Акустические колебания

В акустике под звуком понимают механические колебания в сплошной среде: твердой, жидкой или газообразной. Звуковые колебания охватывают диапазон частот от 0 до бесконечности. В зависимости от частоты звуковые колебания подразделяются на инфразвуковые (частота ниже 20 Гц), акустические (слышимые), (частота от 20 Гц до 20 кГц), ультразвуковые (частота выше 20 кГц).

Шумом называют любой нежелательный звук или совокупность таких звуков. Звук это распространяющийся в упругой среде колебательный процесс в виде чередующихся волн сгущения и разряжения частиц этой среды. Источником звука может являться любое колеблющееся тело. Колеблющееся тело отклоняется от своего положения равновесия попеременно в противоположные стороны. При каждом отклонении оно сжимает одной своей стороной прилегающий к нему воздух, а другой стороной разрежает. С одной его стороны давление воздуха становится чуть больше атмосферного, и настолько же оно уменьшается с противоположной стороны. Разница между давлением в слое сжатия или разрежения и обычным атмосферным давлением называется акустическим или звуковым давлением Р. Звуковое давление измеряется в Паскалях (1Па = 1Н/м²). Ухо человека ощущает звуковое давление от 2*10^-5 до 2*10² Н/м².

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке I.(Вт/м²).

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут изменяться в широких пределах: по давлению до 10⁸ раз, по интенсивности до 10¹³. Естественно, что оперировать такими цифрами очень неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что человеческое ухо способно реагировать на относительное изменение интенсивности звука, а не на абсолютное. Поэтому были введены логарифмические величины – уровни интенсивности и звукового давления

Уровень интенсивности звука определяется по формуле:

lg (I/I₀) (дБ)

где I₀=10^-12 Вт/м² – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

lg (p/p₀) (дБ)

где р₀=2*10^-5 Па – пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц, выбранное таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях уровни звукового давления были равны уровням интенсивности, р - среднеквадратичное звуковое давление.

Величину уровня интенсивности используют в акустических расчетах, а уровня звукового давления - для измерения шума и оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

Зависимость уровней звукового давления от частоты называется частотным спектром шума. Спектры получают, используя анализаторы шума – набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот.