Параметры звукового поля, звуковая мощность источника звука

Лекция № 4

Шумы и вибрации

План

Параметры звукового поля, звуковая мощность источника звука. Классификация шумов. Нормирование шумов, контроль параметров шума, измерительные приборы. Методы и средства защиты от шума.

Инфразвук и ультразвук, их источники и характеристики. Нормирование и контроль уровней, методы и средства защиты от инфразвука и ультразвука.

Источники, классификация и характеристики вибраций. Гигиеническое нормирование, методы контроля параметров вибраций. Типовые методы и средства защиты от вибраций.

Параметры звукового поля, звуковая мощность источника звука.

Понятие звук, как правило, ассоциируется со слуховыми ощущениями человека, обладающего нормальным слухом. Слуховые ощущения вызываются колебаниями упругой среды, которые представляют собой механические колебания, распространяющиеся в газообразной, жидкой или твердой среде и воздействующие на органы слуха человека. При этом колебания среды воспринимаются как звук только в определенной области частот (16 Гц - 20 кГц) и при звуковых давлениях, превышающих порог слышимости человека.

Частоты колебаний среды, лежащие ниже и выше диапазона слышимости, называются соответственно инфразвуковыми и ультразвуковыми. Они не имеют отношения к слуховым ощущениям человека и воспринимаются как физические воздействия среды.

В зависимости от способа возбуждения колебаний различают:

· плоскую звуковую волну, создаваемую плоской колеблющейся поверхностью;

· цилиндрическую звуковую волну, создаваемую радиально колеблющейся боковой поверхностью цилиндра;

· сферическую звуковую волну, создаваемую точечным источником колебаний типа пульсирующий шар.

Основными параметрами, характеризующими звуковую волну, являются:

· звуковое давление p _зв, Па;

· интенсивность звука I, Вт/м².

· длина звуковой волны l, м;

· скорость распространения волны с, м/с;

· частота колебаний f, Гц.

Параметры звукового поля – звуковое давление, сила звука, частота, логарифмические уровни силы звука и уровни звука. Границы восприятия шумов органами слуха человека

Звуковое давление - давление звуковой волны, создаваемое в какой-то точке пространства. Измеряется в Паскалях. Если звуковую мощность источника, как было показано ранее, можно уподобить мощности электрического камина, то температура в помещении, где стоит камин, зависит от теплопроводных свойств окружающей среды. Таким же образом, звуковое давление в данной окружающей среде зависит от акустических свойств данной среды, от отражающей способности помещения. Диапазон звуковых давлений широк, поэтому используют УРОВНИ звукового давления, которыми собственно и оперируем мы в акустических расчетах.

 Поверхность тела, совершающая колебания, является излучателем (источником) звуковой энергии, который создает акустическое поле.

Акустическим полем называют область упругой среды, которая является средством передачи акустических волн. Акустическое поле характеризуется:

·   звуковым давлением p _зв, Па;

· акустическим сопротивлением z_А, Па*с/м.

Энергетическими характеристиками акустического поля являются:

· интенсивность  I, Вт/м²;

· мощность звука W, Вт – количество энергии, проходящей за единицу времени через охватывающую источник звука поверхность.

Важную роль при формировании акустического поля играет характеристика направленности звукоизлучения Ф, т.е. угловое пространственное распределение образующегося вокруг источника звукового давления.

Все перечисленные величины взаимосвязаны и зависят от свойств среды, в которой распространяется звук.

Если акустическое поле не ограничено поверхностью и распространяется практически до бесконечности, то такое поле называютсвободным акустическим полем.

В ограниченном пространстве (например, в закрытом помещении) распространение звуковых волн зависит от геометрии и акустических свойств поверхностей, расположенных на пути распространения волн.

Процесс формирования звукового поля в помещении связан с явлениями реверберации и диффузии.

Если в помещении начинает действовать источник звука, то в первый момент времени имеем только прямой звук. По достижении волной звукоотражающей преграды картина поля меняется из-за появления отраженных волн. Если в звуковом поле поместить предмет, размеры которого малы по сравнению с длиной звуковой волны, то практически не наблюдается искажения звукового поля. Для эффективного отражения необходимо, чтобы размеры отражающей преграды были больше или равны длине звуковой волны.

Звуковое поле, в котором возникает большое количество отраженных волн с различными направлениями, в результате чего удельная плотность звуковой энергии одинакова по всему полю, называется диффузным полем.

После прекращения источником излучения звука акустическая интенсивность звукового поля уменьшается до нулевого уровня за бесконечное время. Практически считается, что звук полностью затухает, когда его интенсивность падает в 10⁶ раз от уровня, существующего в момент его выключения. Любое звуковое поле как элемент колеблющейся среды обладает собственной характеристикой затухания звука – реверберацией ("послезвучание").

Стандартным порогом слышимости называют эффективное значение звукового давления (интенсивности), создаваемого гармоническим колебанием с частотойf = 1000 Гц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха.

Стандартному порогу слышимости соответствует звуковое давление p_o=2*10^-5 Па или интенсивность звукаI_o=10^-12Вт/м². Верхний предел звуковых давлений, ощущаемых слуховым аппаратом человека, ограничивается болевым ощущением и принят равным p_max = 20 Па иI_max= 1 Вт/м².

Величина слухового ощущения L при превышении звуковым давлением p_зв

Звуковая мощность - энергия звуковых волн, излучаемая за единицу времени. Измеряется в ваттах. Источник звука излучает энергию независимо от окружающей среды, так же как электрический камин излучает теплоту.

Мощность источника звука в реальной жизни находится в очень широких пределах - от 10^-12 до нескольких миллионов Ватт, поэтому используются логарифмические шкалы - УРОВНИ звуковой мощности (и звукового давления тоже). Думаю о том что такое логарифмическая шкала объяснять не надо.