Основные представления о звуке и шуме

Шум – случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты; мешающий, нежелательный звук.

Звук – упругие волны, колебания в среде, вызванные каким-либо источником.

Звуковое поле – область среды, в которой распространяются звуковые волны.

Звук характеризуется звуковым давлением Р, скоростью рас­пространения с, длиной волны λ, частотой f, интенсивностью I.

В звуковом поле возникают деформации разрежения и сжа­тия, что приводит к изменению давления в любой точке среды по сравнению с атмосферным; разность между этими давлениями звукового поля называют звуковым давлением.

Скорость распространения звука зависит от характеристик сре­ды, в которой распространяется звук. При температуре Т_с = 20°С скорость звука в воздухе с = 344 м/с.

Длина волны представляет собой расстояние, проходимое зву­ковой волной за один период.

Между длиной звуковой волны и частотой существует соот­ношение, используемое в практике борьбы с шумом:

с = λf , м/с,

где λ – длина звуковой волны, м; f – частота, Гц

Например, при частоте f = 1000 Гц длина волны λ в воздухе со­ставляет около 0,3 м, при f = 250 Гц – около 1,2 м, при f = 4000 Гц – около 0,07 м, т.е. чем больше частота звука, тем меньше длина звуковой волны и наоборот. Длина волны весьма значима в таком явлении как дифракция звуковых волн, связанном с проектирова­нием акустических экранов.

По мере удаления от источника звук затухает в пространстве. Распространение звука связано с переносом энергии. Сред­ний поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени че­рез единицу поверхности, называется интенсивностью звука I (Вт/м²). Общее количество звуковой энергии, Вт, излучаемой ис­точником в единицу времени, называется звуковой мощностью:

W = IS.

Уровень звукового давления (УЗД), дБ:

L = 20lg(P/P₀),

где Р – среднеквадратичное звуковое давление, Па, в данной по­лосе частот;

Р₀ = 2*10^-5 Па – значение давления, приблизительно соответствующее порогу чувствительности на частоте 1000 Гц (порог слышимости). В УЗД оценивается спектральный состав шума.

Для интегральной оценки шума используется уровень звука (УЗ), дБА:

L_A=20lg(P_A/P₀),

где Р_А – среднеквадратичное звуковое давление, Па, измеренное с учетом корректировки частотной характеристикой шумомера (шкала А), отражающей частотную чувствительность человече­ского уха.

Шумометр измеряет звуковое шумовое давление, как правило, в диапазоне 2*10 ^-5 – 200 Па, что соответствует диапазону 0-130 дБ. Используемый логарифмический масштаб измерений не только более удобен, но хорошо согласуется с восприятием шума человеком: значение 0 соот­ветствует нулевому порогу, а 130 дБ – болевому порогу; ме­жду этими двумя порогами на­ходится область слухового вос­приятия.

Спектр – зависимость УЗД от частоты. Человеческое ухо вос­принимает звуки в частотном диапазоне приблизительно от 20 до 20000 Гц. Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а звук с частотой выше 20000 Гц - ультразвуком. На практике шум принято измерять и рассчитывать в октавных полосах частот со стандартными среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Помимо информации о ха­рактере шума (высокочастотный, среднечастотный, низкочас­тотный), спектр шума может дать представление о превышении шума в данной измерительной точке над нормами (в какой полосе октавных частот и на сколько децибел УЗД превышает допустимые нормы).

Шум в окружающей среде характеризуется изменениями во времени, что особенно характерно для различных транспортных средств. По временным характеристикам шум может быть посто­янным (если за время выборки УЗ изменяются не более чем на 5 дБА) и непостоянным (в противном случае). Характе­ристикой постоянного шума являются УЗД в октавных полосах частот.