АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Основные понятия и определения. Слуховое восприятие как средство получения информации является для человека вторым по значению (после зрительного) психофизиологическим процессом.
Шум – всякий нежелательный для человека звук. Звуковые волны возбуждают колебания частиц звуковой среды, в результате чего изменяется атмосферное давление.
Звуковое давление – разность между мгновенным значением давления в точке среды и статическим давлением в той же точке, т.е. давление в невозмущённой среде: Р = Рмг – Рст .
Звуковое давление – величина знакопеременная. В моменты сгущения (сжатия или уплотнения) частиц среды она положительна; в моменты разрежения – отрицательна.
Органы слуха воспринимают не мгновенное, а среднеквадратичное звуковое давление:
. (6.1)
Время усреднения давления: То = 30 – 100 мс.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.
Средний поток энергии в точке среды в единицу времени, отнесённый к единице поверхности, нормальной направлению распространения волны, называется интенсивностью звука (силой звука) в данной точке.
Интенсивность, Вт/м2, связана со звуковым давлением зависимостью
(6.2)
где ρ×с – удельное акустическое сопротивление.
Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению – до 108 раз, по интенсивности – до 1016 раз. Оперировать такими цифрами несколько неудобно.
Кроме того, слуховой анализатор подчиняется основному психофизическому закону (Вебера-Фехнера):
,
где Е – интенсивность ощущений; I – интенсивность раздражителя; С и К – некоторые постоянные величины.
Поэтому были введены логарифмические величины уровня звукового давления и интенсивности звука.
Уровень звукового давления, дБ:
, (6.3)
где Ро = 2×10-5 Па – пороговое звуковое давление; Р – среднеквадратичная величина звукового давления.
Уровень интенсивности звука, дБ:
(6.4)
где I – действующая интенсивность звука; Iо = 10-12 Вт/м2 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (на частоте 1000 Гц).
Величину уровня интенсивности применяют при получении формул акустических расчётов, а уровня звукового давления – для измерения шума и оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.
Интенсивность Imax и величина звукового давления Pmax, соответствующие болевому порогу: Imax = 102 Вт/м, Pmax = 2×102 Па.
Частотный спектр шума – зависимость уровня интенсивности (уровня звукового давления) от частоты: L = L(ƒ). Весь слышимый диапазон частот разбит на 9 октавных полос. Октавная полоса, или октава – это частотный диапазон, для которого выполняется условие
. (6.5)
Различаю следующие виды спектров:
- дискретный (линейчатый) – спектр, синусоидальные составляющие которого отделены друг от друга по частоте (рис. 6.1);