ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМА

Шум – это совокупность звуков различной интенсивности и частоты. Звук представляет собой упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде. Звуковая волна характеризуется длиной волны λ, м:

(6.1)

где С – скорость звука, м/с. Скорость звука в воздухе ~ 340 м/с, в жидкости –1500 м/с, в металлах – 5000 м/с. f – частота звука, Гц.

Звуковые волны передают энергию, которая оценивается как интенсивность звука I, Вт / м ².

(6.2)

где W – звуковая мощность источника, Вт; S – площадь поверхности, м².

Звуковая мощность различных источников колеблется в очень широких пределах, например стартовый двигатель ракеты «Сатурн» – 10⁸ Вт, реактивный самолет – 10⁴ Вт, двигатель автомобиля – 10^-2 Вт, голос – 10^-5 Вт, шепот – 10^-9 Вт.

Ухо человека не может определять звуковую мощность в абсолютных еди­ницах, но может сравнивать мощность различных источников звука. Именно поэтому, а также учитывая большой диапазон мощностей различных источников в акустике для оценки мощности и интенсивности звука, применяются логарифмиче­ские уровни Lw и LI, дБ.

(6.3), (6.4)

где W₀ = 10^-12 Вт, I₀ = 10^-12 Вт/м² – пороговые значения мощности и интенсив­ности звука, соответственно.

При прохождении звуковой волны в пространстве образуется звуковое дав­ление Р, Па. Это разность между мгновенным значением полного давления и сред­ним значением в невозмущенной среде.

Интенсивность звука связана со звуковым давлением соотношением

(6.5)

где r – плотность среды, кг/м²; С – скорость звука, м/с.

На слух действует средний квадрат звукового давления Р², Па.

(6.6)

Это усредненное значение за период T_о = 30 – 100 мс для органов слуха человека.

Уровень звукового давления определяется

(6.7)

где Р_о = 2∙10^-5 Па – пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц.

При нормальных атмосферных условиях, когда акустическое сопротивление среды (r×С) постоянно LI = Lр.

Снижение шума ΔL определяется разностью начального и конечного уровней, дБ.

(6.8)

Суммарный уровень шума от нескольких источников находится сложением интенсивностей звука

I _∑ = I ₁ + I ₂ + I ₃ + ... + I _N (6.9)

и определяется выражением

(6.10)

где Li – уровень шума, создаваемый i-м источником.

Когда имеется N – одинаковых источников, суммарный уровень шума мож­но определить по формуле L = L₁ + 10∙lg N, где L₁ – уровень шума одного источника. При этом устранение одного источника не дает существенного снижения шума.

Если имеется несколько разных по уровню шума источников, то суммиро­вание можно проводить по формуле L = L₁ +ΔL , где L₁ – уровень шума наибольшего источника, а ΔL – поправка, которая определяется в зависимости от разности уровней первого и второго источников (L₁ – L₂) по графику (рис. 6.1).

ΔL

5 10 15 L₁ – L₂

Рис. 6.1. Величина поправки в зависимости от разности
уровней шума 1 и 2 источников

Из рис. 6.1 видно, что суммирование источников шума имеет смысл, если они отличаются по уровню не более чем на 10 дБ.