Основні поняття та фізичні параметри.
Тіла в стані коливання викликають повздовжні коливання повітряного середовища, які у межах частот від 20 до 20 000 Гц сприймається людиною як звук.
В кожній точці звукового поля тиск та швидкість руху частинок повітря змінюється в часі. Частинки середовища коливаються відносно положення рівноваги, причому швидкість таких коливань (швидкість коливання) значно менша швидкості розповсюдження хвилі. Різниця між миттєвим значенням повного тиску в деякій точці та середнім тиском, який спостерігається у незбудженому середовищі називається звуковим тиском Р (н/м2).
На слух діє середній квадрат звукового тиску:
, [н/м2], (5.1)
де – час усереднення, який в середньому для людини складає 30-100 мс.
Сукупність звуків різної частоти та інтенсивності, що викликають неприємні суб’єктивні відчуття називають шумом.
Шум (звук) крім звукового тиску ще характеризується інтенсивністю або силою – кількість енергії, яка проходить в одиницю часу через одиничну площадку перпендикулярну до напрямку розповсюдження шуму. Інтенсивність звуку зв’язана із звуковим тиском залежністю
, , (5.2)
де – звуковий тиск, (н/м2); – питомий акустичний опір середовища, н·с/м3; – густина середовища, кг/м3; – швидкість розповсюдження звуку в середовищі, м/с (для повітряного середовища =414 н·с/м3; для води =1.5·106 н·с/м3; для сталі =4.8·107 н·с/м3). Крім того акустичний опір визначає звукоізолюючі властивості матеріалів.
Величини звукового тиску та інтенсивності шуму, з якими приходиться на практиці мати справу, змінюється в дуже широких межах: по тиску в 108 раз, по інтенсивності до 106 раз. Оперувати такими цифрами не дуже зручно. Але найбільш важлива та обставина, що вухо людини реагує на відносну зміну звукового тиску, а не на її абсолютне значення (відносно порогу чутності). Крім того, відчуття людини при шумі пропорційне логарифму кількості енергії подразника. Тому були введені логарифмічні величини відношення: рівень інтенсивності шуму та рівень звукового тиску, які вимірюються в децибелах. Вперше поняття рівня було введено вченим А. Г. Бел-лом: рівень інтенсивності
в Беллах (Б),
де порогова інтенсивність чутності. Але оскільки вухо людини реагує на величину в 10 раз меншу за 1 Б, то в якості одиниці вимірювання рівнів взята величина 1 дБ=0.1 Б. Тоді останній вираз запишеться
, [дБ]. (5.3)
Причому слід відзначити, що людина сприймає нормально звукові коливання в певних межах інтенсивності, але нормальність сприйняття залежить й від частоти коливань, так при =1000 Гц ці межі від =10-12 Вт/м2 – поріг сприйняття, до =10 Вт/м2 – больовий поріг. Для других частот ці межі будуть іншими.
Отже рівень інтенсивності шуму визначається співвідношенням (5.3) де – інтенсивність шуму, яка рівна порогу чутності при =1000 Гц ( =10-12 Вт/м2). Больовий поріг 130 дБ, 150 дБ вже не можливо витримати.
Величина рівня звукового тиску в дБ визначається виразом
, (5.4)
Тут пороговий тиск =2·10-5 н/м2 вибраний таким чином, щоб при нормальних атмосферних умовах рівень звукового тиску дорівнював рівню інтенсивності. Величина рівня інтенсивності використовується при проведенні акустичних розрахунків, а рівень звукового тиску – для вимірювання шуму та оцінки його дії на людину, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності а до звукового тиску.
Зв’язок між рівнем інтенсивності шуму та рівнем звукового тиску знайдемо якщо розділити вираз
для інтенсивності звуку на
(порогову інтенсивність) та прологарифмувати:
.
Для нормальних умов
,
так як
а ,
де – густина, – швидкість звуку в повітрі.
Рис. 5.1. Криві рівної гучності звуків
Зменшення шуму також може бути оцінене в децибелах:
, дБ. (5.5)
Приклад: якщо по інтенсивності зменшення шуму маємо в 1000 раз, то рівень інтенсивності зменшиться на 10 1000 = 30 дБ.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У випадку коли в розрахункову точку потрапляє шум від кількох джерел, складаються їх інтенсивності, а не рівні. При цьому вважається, що джерела не когерентні, тобто створювані ними тиски мають різні фази.
. (5.6)
Рівень інтенсивності (дБ) при одночасній роботі цих джерел отримаємо розділивши як праву так і ліву частину цього рівняння на та прологарифмувавши:
, або
, (5.7)
де – рівні звукового тиску, або рівні інтенсивності, які створюються кожним із джерел в розрахунковій точці. (Покажемо, що дійсно ).
Якщо є в наявності однакових джерел шуму з рівнем звукового тиску , то сумарний шум (дБ) з (5.7) буде:
,
Отже,
(5.8)
З виразів (5.7) та (5.8) можна зробити наступні практичні висновки:
· при великій кількості однакових джерел шуму заглушення лише кількох з них практично не послаблять сумарний шум;
· якщо на робоче місце потрапляє шум від різних за інтенсивністю джерел, то для найбільш ефективного послаблення сумарного шуму знижувати необхідно спочатку шум більш потужніших джерел.
В якості прикладу розв’яжемо дві задачі.
Задача 1. В машинному залі встановлено 3 генераторні установки з рівнем інтенсивності шуму в 60 дБ кожна. Визначити їх сумарний рівень шуму та рівень гучності шуму при частотах 100 та 10000 Гц.
При однаковій інтенсивності шуму джерел їх загальний рівень інтенсивності визначиться за формулою (5.8): , де – рівень інтенсивності шуму одного джерела, – число джерел. Тоді дБ, якби було 2 однакових джерела, то дБ.
Скориставшись кривими рівної гучності (див. рис. 5.1) при частоті 100 Гц для дБ опускаючись по відповідній кривій однакової гучності на частоту в 1000 Гц отримаємо рівень гучності 50 фон; аналогічно для 10 000 Гц та дБ рівень гучності складе 55 фон.
Задача 2. В приміщенні працює одночасно чотири вентиляційні установки з рівнями інтенсивності шуму 95, 100, 105 та 110 дБ відповідно. Визначити сумарний рівень інтенсивності шуму.
1-ий варіант розв’язку. При різних за рівнем інтенсивності джерелах шуму сумарний рівень можна визначити за виразом (5.7):
,
У нашому випадку: дБ.
2-ий варіант розв’язку. Можливе використання наступного методу, коли сумування проводиться попарно й послідовно з врахуванням поправки для кожного значення різниці та двох джерел, тобто , де – джерело з більшою інтенсивністю шуму, а взято з таблиці 5.1:
Таблиця 5.1.
, дБ | |||||||||||||
, дБ | 2.5 | 1.8 | 1.5 | 1.2 | 0.8 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.2 |
Потім до сумарного значення послідовно додаються наступні по мірі зменшення значення . У нашому випадку:
, тоді дБ.
; дБ.
дБ.
Як бачимо отримали той же результат але без проведення складних обчислень.
Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 839;