Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

§ 1. Шум и его характеристики.

Для успешной борьбы с шумом необходимо знать его физическую природу, основные закономерности возникновения и распространения.

Шумом принято называть любой нежелательный звук, воспринимаемый органом слуха человека. Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. Давление и скорость движения частиц воздуха в каждой точке звукового поля изменяются во времени. В результате колебаний, создаваемых источником звука, в воздухе возникает звуковое давление, которое накладывается на атмосферное.

Зависимость звукового давления от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа простых синусоидальных колебаний этой величины. Каждое такое колебание характеризуется своим среднеквадратичным значением физической величины и частотой. Частота звука характеризуется числом колебаний звуковой волны в единицу времени (секунду) и измеряется в герцах. По частоте звуковые колебания подразделяются на три диапазона: инфра-звуковые с частотой колебаний менее 20 Гц, звуковые - от 20 до 20 000 Гц и ультразвуковые - более 20 000 Гц. Органы слуха человека воспринимают звуковые колебания в интервале частот от 20 до 20 000 Гц. Звуковой диапазон принято подразделять: на низкочастотный - до 400 Гц, среднечастотный - от 400 до 1000 Гц и высокочастотный - свыше 1000 Гц.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через поверхность, перпендикулярную направлению распространения волны, называется интенсивностью звука I.

Звуковое давление и интенсивность звука могут изменяться по величине в широких пределах: по давлению - до 10⁸ раз, а по интенсивности- до 10¹⁶ раз. Важное значение имеет также то, что ухо человека реагирует не на абсолютное, а на относительное изменение интенсивности звука, поскольку интенсивность звука (ощущения человека при шуме) пропорциональна логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому были введены логарифмические величины - уровни интенсивности и звукового давления, выражаемые в децибелах (дБ).

Уровень интенсивности звука L_I=10 lg I_I/I₀,

где I_I - интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; I₀ - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, 10^-12 Вт/м² на частоте 1000 Гц.

Уровень звукового давления L_p = 20 lg p/p₀,

где р₀ - пороговое звукового давление, 2*10^-5 Па/м²; р- звуковое давление в данной точке, Па.

Уровни интенсивности звука и звукового давления связаны следующим образом:

Понятие «уровень звукового давления» используется для измерения шума и для оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

Пользование шкалой децибел весьма удобно, так как почти весь диапазон слышимых звуков укладывается менее чем в 140 дБ (рис. 49).

Рис. 49. Диаграмма области слухового восприятия

Некоторое представление об уровнях звукового давления дает табл. 16.

Таблица 16

При уровнях звукового давления около 140 дБ возникает физическая боль в ухе. Это так называемый «болевой порог» и дальнейшее повышение звукового давления может привести к разрыву барабанной перепонки.

Логарифмическая шкала децибел дает возможность определить только физическую характеристику шума, потому что она построена так, что пороговое значение звукового давления р₀ соответствует порогу слышимости на частоте 1000 Гц. В то же время слуховой аппарат человека неодинаково чувствителен к звукам различной частоты. Наибольшая чувствительность проявляется к звукам на средних и высоких частотах (от 800 до 4000 Гц), наименьшая - на низких (от 20 до 100 Гц). Вследствие этого для физиологической оценки шума приняты кривые равной громкости (рис. 50), полученные по результатам изучения свойств органа слуха оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, определяя, какой из них сильнее или слабее. Уровень громкости измеряется в фонах. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в дБ) от частоты называется частотным спектром шума (сокращенно спектром).

Рис. 50. График кривых равной громкости

Спектры определяют, применяя анализаторы шума, которые имеют набор электрических фильтров, пропускающих сигнал в определенной полосе частот - полосе пропускания. Весь диапазон частот разбит на октавные полосы. Распространение получили приведенные ниже октавные полосы, в которых верхняя граничная частота в два раза больше нижней, а в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:

Измерения спектров шума выполняют для сравнения шума машин, нормирования и т. п. В целях более детального исследования источников шума применяют третьеоктавные фильтры и узкополосные анализаторы.