Понятия, определения и единицы измерения в акустике

Звук – колебательное движение упругой среды. Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной. За один полный период колебания Тзвуковой процесс распространяется в среде на расстояние, равное длине волны , которая может быть получена из соотношения:

,

где с – скорость распространения звука в среде;

– частота звукового колебания.

Ниже даны скорости распространения звука в некоторых средах.

· Своздух – З40м/с;

· Свода – 1490 м/с;

· Скирпич – 2300 м/с;

· Сбетон – 3700 м/с;

· Ссталь – 5200 м/с.

Изменения давления в звуковой волне относительно среднего значения называется звуковым давлением Р и измеряется в паскалях. Один паскаль это давление, создаваемое силой в один ньютон, действующей на площадь один квадратный метр:

В акустике принято использование относительных единиц измерения уровня звукового давления – децибел:

.

В качестве выбрана величина Па, что соответствует минимальному звуковому давлению, воспринимаемому человеческим слухом. При этом изменение уровня звукового давления на 1 дБ является минимальной, различаемой человеческим слухом величиной изменения громкости.

Следует отметить, что в акустике при частотном анализе сигналов используют стандартизированные частотные полосы шириной в 1 октаву, 1/3 октавы, 1/12 октавы. Октава – это полоса частот, у которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней граничной частоты:

= 1 окт, если .

Центральные частоты стандартных октавных полос соответствуют следующему ряду: 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500 (Гц), 1,2,4,8, 16 (кГц).

Основные звуки речи образуются следующим образом [16]:

· гласные образуются при прохождении воздуха через голосовые связки. Акустические колебания гласных звуков носят периодический, близкий к гармоническому характер и могут изменяться в значительном частотном диапазоне;

· глухие согласные (сонорные, щелевые, взрывные) образуются за счет преодоления воздухом препятствий в носовой и ротовой полостях и носят характер, как отдельных акустических импульсов, так и шумовых сигналов со сплошным спектром различной конфигурации;

· звонкие согласные образуются также как глухие, но при участии голосовых связок.

Таким образом, речевой сигнал представляет собой сложный частотно и амплитудно модулированный шумовой процесс, характеризующийся следующими основными статистическими параметрами:

· частотный диапазон;

· уровень речевых сигналов;

· динамический диапазон.

Частотный диапазонречи лежит в пределах 70...7000 Гц. Энергия акустических колебаний в пределах указанного диапазона распределена неравномерно. На рис. 5.1 (кривая 1)представлен вид среднестатистического спектра русской речи. Следует отметить, что порядка 95 % энергии речевого сигнала лежит в диапазоне 175...5600 Гц

Важно отметить, что информативная насыщенность отдельных участков спектра речи неравномерна. Кривой 2на рис 5.1 представлен вклад отдельных участков спектра речи в суммарную разборчивость .

Рис. 5.1 Спектр русской речи и его вклад в суммарную разборчивость

Уровни речевых сигналов.В различных условиях человек обменивается устной информацией с различным уровнем громкости, при этом выделяют следующие уровни звукового давления:

· тихий шепот – 35...40 дБ;

· спокойная беседа – 55...60 дБ;

· выступление в аудитории без микрофона – 65...70 дБ.

Динамический диапазон.Уровень речи в процессе озвучивания одного сообщения может меняться в значительных пределах. Разность между максимальными и минимальными уровнями для различных видов речи составляет:

· дикторская речь – 25...35 дБ;

· телефонные переговоры – 35...45 дБ;

· драматическая речь – 45...55 дБ.

При своем распространении звуковая волна, доходя до какой-либо преграды (границы двух сред) и взаимодействуя с ней, частично отражается от нее, а частично продолжает распространяться по преграде. Количество акустической энергии Е, прошедшей из одной среды в другую, зависит от свойств этих сред (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Прохождение акустической энергии сквозь преграду

В строительной акустике используются следующие основные понятия:

– коэффициент поглощения;

– коэффициент отражения;

– коэффициент звукопроницаемости;

– звукоизоляция.

В таблице 5.1 приведены характеристики звукоизоляции основных строительных конструкций [16].

Таблица 5.1