2.7.2. Основные физические характеристики шума

К физическим характеристикам шума относятся частота колебаний (Гц), звуковое давление (Па), интенсивность звука (Вт/м²). Скорость распространения звуковых волн в атмосфере равна 344 м/с (при t=20⁰ С).

Звуковое давление р - это разность между значением полного давления и средним значением в невозмущенной среде.

Единица измерения звукового давления - паскаль, 1 Па = 1 Н/ м².

Если существует гармоническая зависимость звукового давления от времени, то говорят о чистом тоне.

Когда звуковое давление описывается случайной (стохастической) зависимостью от времени, то звук воспринимается как шум.

Если звуковой процесс имеет незначительную продолжительность (около 1с) или пик, существующий в течение долей секунды, то речь может идти о взрыве, звуковом импульсе или тональном импульсе.

При распространении звуковых волн имеет место перенос звуковой энергии, величина которой определяется интенсивностью звука.

Интенсивность звука - звуковая мощность на единицу площади, передаваемая в направлении звуковой волны. Интенсивность звука связана со звуковым давлением соотношением :

I = V p , Вт/м²

где р - среднеквадратичное звуковое давление, Па,

V - среднеквадратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с.

В свободном звуковом поле (при отсутствии отражения звуковых волн) интенсивность звука равна :

p²

I = ,

c

где  - плотность среды, кг/м3,

с - скорость распространения звука, м/с.

Произведение c называется удельным акустическим сопротивлением среды.

Минимальное звуковое давлениеи минимальная интенсивность звуков, едва различимых слуховым аппаратом человека, называются пороговыми. Чувствительность уха человека к звукам разных частот разная, а наибольшая при частотах 2000 - 5000 Гц. За эталонный принят звук частотой 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности

I₀=10 ^-12 Вт/м, а соответствующее ему давление p₀ = 2 ^ 10⁵ Па.

Верхняя по интенсивности граница воспринимаемых человеком звуков характеризуется так называемым порогом болевого ощущения равным около I₀ = 1 Вт/м.

Поскольку человек воспринимает звуки в очень большом диапазоне интенсивностей звуковых давлений, то пользоваться для оценки звука абсолютными величинами интенсивностей и звуковых давлений неудобно. Принято измерять и оценивать их относительные уровни по отношению к пороговым значениям, выраженным в логарифмической форме в единицах белах (Б) или децибелах (дБ). Таким образом уровень интенсивности в дБ равен :

L_I = 10 lg J/J₀ .

Уровень звукового давления в дБ равен :

L_p = 20 lg P/P₀.

Шкала дБ удобна для оценки шумов, поскольку очень большой диапазон слышимых звуков укладывается всего в пределах от 0 до 140 дБ.

Звуковое давление и интенсивность звука характеризуют звуковое поле в определенной точке пространства, но не характеризуют источник шума. Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность Р - общее количество звуковой энергии, излучаемой в пространство в секунду. Уровень звуковой мощности источника шума, дБ

L_P = 10 lg P/P₀ .

где Р₀ - пороговая величина, равная 10^-12 Вт.

Звуковую мощность и звуковое давление как величины переменные, изменяющиеся во времени, можно представить в виде суммы их синусоидальных колебаний различной частоты. Частотным спектром называется зависимость среднеквадратичных значений этих синусоидальных составляющих от частоты.

Шум, в котором звуковая энергия распределена по всему спектру частот, называется широкополосным.

Если прослушивается звук определенной частоты, то шум называется тональным.

Шум, воспринимаемый как отдельные импульсы (удары) называется импульсным.

По уровню интенсивности звука еще нельзя судить о физиологическом ощущении громкости этого звука, так как ухо человека неодинаково чувствительно к звукам различных частот : звуки, разные по силе, но разной частоты, кажутся неодинаково громкими. Например звук частотой 100 Гц и силой 50 дБ воспринимается как равногромкий звуку частотой 1000 Гц и силой 20 дБ. Поэтому для сравнения звуков разных частот, наряду с понятием уровня интенсивности звука, введено понятие уровня громкости с условной единицей - фон.

Один фон - громкость звука при частоте 1000 Гц и уровне интенсивности 1 дБ.

Обычно параметры шума оценивают в октавных полосах. За ширину полосы принята октава, т.е. интервал частот, в котором высшая частота f₂ в два раза больше низшей f₁. Среднегеометрическая частота октавы равна

_____

f_сг = f₁ + f₂ .

Среднегеометрические частоты октавных полос стандартизированы ГОСТ-12.1.003-83 “Шум, общие требования безопасности” и составляют 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц при соответствующим им границам : 45-90, 90-180, 180-335, 335-710, 710-1400, 1400-2800, 2800-5600, 5600-11200.

Для удобства физиологической оценки воздействия шума на человека различают низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (300-800 Гц) и высокочастотный (выше 800 Гц) шум.