Основные акустические понятия и определения

 Процесс передачи колебаний в среде называется волновым.

Рис. 1. Волновое движение

Основная характеристика волнового движения – длина волны, т.н. расстояние между двумя точками волны, пребывающими в одной фазе. Другая характеристика – амплитуда волны – расстояние, на которое колеблющаяся частица отклоняется от положения равновесия.

Волновое движение характеризуется также частотой f этого движения и скоростью распространения.

Частота – количество колебаний в единицу времени (обычно в секунду, с), измеряется в герцах, Гц.

Частота звуковых волн, воспринимаемых нормальным ухом человека, лежит в пределах от 16 до 16000 Гц. Колебания с частотой меньше 16 Гц называются инфразвуком, больше 16000 Гц – ультразвуком.

Рис. 2. Частота в октавных интервалах

Звук как физическое явление представляет собой волновое движение упругой среды; как физическое явление он представляется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне частот 16-16000 Гц. Другими словами звуком называют механические колебания упругого тела в частотном диапазоне слышимости человека.

Процесс распределения колебательного движения в среде называется звуковой волной. Область среды, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем.

Звуковые волны подобно всякому волновому движению характеризуются длиной волны λ в м, частотой f в герцах, Гц, и периодом колебания Т в секундах, с, а также скоростью их распространения С в м/с.

Зависимость между этими величинами может быть представлена следующим образом: λ = С / f = С · Т (1)

Если смещение частиц среды происходит в направлении распространении звуковой волны, то такие волны называют продольными. В воздухе и на жидкостях звук распространяется только в виде продольных волн. В твердых телах наряду с продольными происходит образование поперечных и изгибных волн.

С целью анализа звукового поля звуковой диапазон (16-16000 Гц) разбивают на полосы (интервалы, шаги).

Октавная полоса – диапазон частот, в котором верхняя граничная частота f2 в два раза больше нижней f1.

Третьоктавная полоса частот – диапазон частот, в котором это соотношение равно 1,26 (f2= 1,26 f1). Октавная и третьоктавные полосы характеризуются среднегеометрической часто-той полосы

(2)

Граничные и среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос приведены в табл. П1.

Таблица П.1 Граничные и среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос, Гц

Граничные частоты для полос Среднегеометрические частоты для полос
октавных третьоктавных октавных третьоктавных
  28-35,5   31,5
35,5-45  
45-90 45-56    
56-71  
71-90  
90-180 90-112    
112-140  
140-180  
180-355 180-224    
224-280  
280-355  
355-710 355-450      
450-560  
560-710  
710-1400 710-900      
900-1120  
1120-1400  
1400-2800 1400-1800      
1800-2240  
2240-2800  
2800-5600 2800-3540      
3540-4500  
4500-5600  
5600-11200 5600-7100    
7100-9000  
9000-11200  

Для воздуха зависимость скорости от температуры выглядит: С = 331,4 + 0,6t, м/с (3) где 331,4 – скорость звука в воздухе при 0ºС; t – температура окружающей среды, ºС.

Таблица 1. Скорость звука в различных материалах

Материал Модуль упругости Единам., МН/м2 Плотность ρ, кг/м3 Скорость звука С, м/с
Бетон 48 · 103    
Легкий бетон 4 · 103    
Стеновой кирпич 1 · 103… 5 · 103 600…2000 1290…1580
Силикатный камень 3 · 103… 8 · 103 600…1200 2236…2580
Гипсокартонные плиты 3 · 103    
Сталь 208 · 103    
Стекло 52 · 103    
Дерево 7 · 103…15 · 103   3416…5000
Песок 0,02 · 103…0,2 · 103   100…317

Если принять среднюю скорость звука в воздухе 340 м/с, то можно получить зависимую от частоты длину волны.

fВ, Гц λВ, м                      
31,5 10,8 5,4 2,72 1,36 0,68 0,34 0,17 0,085 0,0425 0,0212
                                         

Изменение состояния среды в звуковом поле характеризуется звуковым давлением р и колебательной скоростью частиц среды V.

Звуковое давление р – разность между мгновенным значением полного давления и средним (атмосферным) давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля. Единица измерения звукового давления р – Н/м2, 1 Н/м2 = 1 Па (Паскаль).

Колебательной скоростью частиц среды V называется мгновенное значение скорости колебательного движения частиц среды при распространении в ней звуковой волны. Колебательная скорость частиц среды является векторной величиной, единица измерения – м/с.

Связь между этими физическими величинами в плоской бегущей волне определяется соотношением р = V ρс, (4) где ρ – плотность среды. Величина ρс – постоянная для данной среды – называется акустическим (волновым) сопротивлением и для воздуха при нормальных атмосферных условиях (р = 105 Па, t = 20°С) ρс = 408 Па·с/м.

Распространение звуковой волны сопровождается переносом энергии. Средний поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности, нормальной к распространению звуковой волны, называется интенсивностью звука I, которая измеряется в Вт/м2. Связь между звуковым давлением и интенсивностью звука в бегущей волне устанавливается соотношением:

, (5) где черта означает осреднение во времени.

Другой энергетической характеристикой звукового поля является плотность звуковой энергии ω в Дж/м3, равная количеству звуковой энергии, содержащейся в единице объема.

Для плоских звуковых волн определяется соотношением ω = І/с, (6)

Интенсивность звука является векторной, а плотность звуковой энергии скалярной величинами.

Человек воспринимает звук лишь в определенных интервалах. Минимальное значение звукового давления, которое человек воспринимает как звук, называется порогом слышимости (р0 = 2·10-5 Па). Максимальное значение звукового давления, которое воспринимает человек без риска повреждения слуха, называется болевым порогом (р = 2·102 Па). Порогу слышимости соответствуют звуки интенсивностью I0 = 10-12 Вт/м2, а болевому порогу – I = 102 Вт/м2.

Вводится понятие так называемого уровня, в котором абсолютные величины берутся в отношении к определенным величинам (на пороге слышимости), и это отношение логарифмируется. Единицей измерения является децибел (дБ). Таким образом, децибел – это число, выражающее в логарифмическом масштабе отношение двух величин.

Уровень интенсивности звука, дБ,

Уровень звукового давления, дБ,

Рис. 3 Область слухового восприятия звука человеком

Так как децибел – логарифмическая величина, то арифметические действия с ним имеют свои особенности, например: L1 + L2 = 70 дБ + 70 дБ = 10lg (100,1·70 + 100,1·70) =

= 10lg (107 + 107) = 10lg (2·107) = 10 · 7,3 = 73 дБ

Формула сложения децибел имеет вид: L1 + L2 = 10lg (100,1·L1 + 100,1·L2)

В общем виде при наличии нескольких источников звука суммарные уровни звукового давления определяются по формуле

, (9) где Li – слагаемые уровни звукового давления, дБ; n – общее число слагаемых.

L1 – L2, дБ                          
ΔL(L1 > L2), дБ   2,5   1,8 1,5 1,2   0,8 0,5 0,5 0,4 0,2  

L = L1 + ΔL (L1 > L2) (10)

Пример. Требуется найти суммарный для трех слагаемых уровней:L1 = 86 дБ; L2= 80 дБ; L3= 88 дБ. Разность ΔL3,1=2 дБ; поправка ΔL1=2 дБ; L3,1 = 90 дБ; L3,1 – L2= 10 дБ, поправка ΔL2 = 0,4 дБ; L3,1,2 = 90,4 дБ.

Приборы для измерения шума называются шумомерами. Эти приборы состоят из микрофона, усилителя и измерительного прибора со шкалами А, В, С и D. Полную характеристику шума может дать измерение уровня звукового давления по шкале С и его частотная характеристика (распределение компонентов шума по частоте и уровню звукового давления). Для того, чтобы приблизить результаты измерений к субъективному восприятию человека введено понятие корректированного уровня звукового давления. Наиболее употребительная коррекция шумомера А.

Рис. 4 Стандартная частотная характеристика А шумомера

Стандартное значение коррекции ΔLА приведено ниже

Частота, Гц   31,5                
Коррекция ΔLА, дБ     26,2 16,1 8,6 3,2   -1,2 -1 -1,1

Коррективный уровень звукового давления LА = L – ΔLА (11) называется уровнем звука в дБА.

Таким образом, определение уровней звука в дБА следующее – это энергетическая сумма октавных уровней звукового давления в нормируемом диапазоне частот, откорректированных по частотной характеристике А шумомера.

Пример определения уровня звука в дБА

Характеристики Уровни звукового давления, дБ, и поправки в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
31,5              
Измеренная характеристика источника звука, L                
Стандартная частотная характеристика А шумомера ΔLА -40 -26 -16 -9 -3   +1 +1
Спектр прибора с поправкой на фильтр А                
Результаты сложения        
Уровень звука, LА, дБА  







Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 5295; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2022 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.014 сек.