Характеристики шуму

Основними характеристиками шуму є спектр (сукупність частот окремих звуків, з яких складається шум), інтенсивність звуку (I), звуковий тиск (Р), швидкість звуку в середовищі (С), довжина хвилі (λ), частота (f). Як і в будь-якому іншому хвильовому процесі, довжина хвилі звуку (λ) пов'язана з частотою і швидкістю його поширення відомою залежністю

λ = C/f.

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей, температури, щільності, вологості середовища, в якому вони поширюються. Наприклад, усереднена швидкість поширення звукових хвиль у бетоні дорівнює 3000 – 4000 м/с, у сталі – 5000 м/с, а в повітрі, при tº = 20 ºС, та тиску В = 760 мм. рт. ст., дорівнює 344 м/с.

При поширенні звуку в пружному середовищі під дією звукових коливань утворюються ділянки згущення і розрідження тиску, які чергуються, що і визначає величину звукового тиску (P), як різницю тисків в збудженому (Р₂) і не збудженому (Р₁) середовищі (рис. 2.11). Іншими словами, стосовно повітряного середовища, звуковий тиск це перемінна складова тиску повітря, що виникає в результаті збудження звуком, який накладається на атмосферний тиск і викликає його флуктуації.

Процес поширення звуку відбувається з перенесенням кінетичної енергії, який виражається у вигляді інтенсивності звуку (I).

Інтенсивність звуку – це середня кількість звукової енергії, що проходить в одиницю часу через одиницю поверхні, перпендикулярну до напрямку поширення звуку:

I = V · P ; I = P²/(ρ · С).

де V – миттєве значення швидкості коливань; Р – миттєве значення звукового тиску; ρ – щільність середовища; (ρ · С) – питомий акустичний опір середовища; С – швидкість звуку в середовищі.

Існують мінімальні значення інтенсивності звуку (I_o) та звукового тиску (Р_o), що розрізняються органами слуху людини. Ці величини називаються граничними. Вони встановлені для частоти 1000 Гц і складають I_o = 10ˉ¹² Вт/м²; Р_o = 2 · 10ˉ⁵ Па.

Вплив звуку на межі болючого відчуття людини перевищує граничні значення ~ у 10¹⁴ разів. Причому, значення цих порогів залежать і від частоти звукових коливань. Так, найнижчі граничні значення цих параметрів спостерігаються в діапазоні 1...5 кГц.

У зв'язку з таким значним динамічним діапазоном сприйняття інтенсивності звуку і звукового тиску людиною, для зручності графічного зображення, наприклад за частотним спектром, представляють відносні логарифмічні рівні інтенсивності й звукового тиску стосовно граничних значень I₀ і Р₀ у такому вигляді:

L_i = 10 Lg I / I₀.

Оскільки інтенсивність звуку (I) пропорційна квадрату звукового тиску (Р), то виходячи з цього, можна представити величину логарифмічного рівня інтенсивності звуку в такий спосіб:

L_р = 10 Lg Р² / Р²₀ = 20Lg Р / Р₀.

Цю величину прийнято називати рівнем звукового тиску. Вона використовується при акустичних вимірах і визначенні нормативних значень, що вказані у відповідних нормативних документах.

Відповідно до прийнятих одиниць виміру виходить, що коли діюча інтенсивність звуку, наприклад (I₁), перевищує граничну в 10 разів, тобто I₁ / I₀ = 10 то результуюча величина складає 1 Б (Бел). Якщо перевищення становить 100 разів, то I₂ / I_о = 2 Б. і т. д.

У такий спосіб забезпечується вимір рівня звукового тиску у відносних одиницях – Белах. Причому встановлено, що орган слуху людини здатний розрізняти приріст інтенсивності звуку на 0,1 Б, тобто на 1 dБ, який і прийнятий за основну одиницю виміру.

З фізіологічних позицій звук – це відчуття, що виникають у звуковому аналізаторі людини в результаті дії флуктуацій тиску часток пружного середовища зазначеної частоти. Для з'ясування більш повної фізичної сутності звукових хвиль необхідно зупинитися на закономірності, що спостерігаються при поширенні їх у повітрі.