Звук и его характеристики
Механические колебания частиц упругой среды в диапазоне частот 16 – 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц – ультразвуком. Длина звуковой волны l связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью l = c / f . http://www.websiteforyou.su Мы создадим сайт, который принесет прибыль своим владельцам.
Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением, под которым понимают среднеквадратическое значение превышения давления в среде при распространении звуковой волны над давлением в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па).
Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности),
Вт/м2: I = P2/(ρ∙c),
где P – звуковое давление, Па; r – удельная плотность среды, г/м3;
c – скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с.
Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.
Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения P0 = 2·10–5 Па; I0 = 10–12 Вт/м2, а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может привести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения Pб = 20 Па и Iб = 1 Вт/м2. Кроме того, в соответствии с законом Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления. Поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их логарифмические уровни, выраженные в децибелах (дБ):
LI = 10lg(I/I0), LP = 20lg(P/P0) ; (1)
где I0 = 10–12 Вт/м2 и P0 = 2·10–5 Па – стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для нормальных атмосферных условий можно считать, что LI = LP = L.
Если звук в данной точке складывается из n составляющих от нескольких источников с уровнями звуковых давлений Li, то результирующий уровень звукового давления определяется по формуле:
(2)
где Li – уровень звукового давления i-й составляющей в расчетной точке (дБ).
В случае n одинаковых составляющих звука Li = L суммарный уровень составляет:
Lå = L + 10lg(n). (3)
Из формул (2) и (3) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, при наличии большого числа одинаковых источников шума устранение одного или двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.
Характеристикой источника шума являются звуковая мощность и её уровень. Звуковая мощность W, Вт, – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивности I на расстоянии r от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле
W = 4p r2I. По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ) LW = 10lg(W/W0), где W0 = 10-12 – пороговое значение звуковой мощности, Вт.
Спектр шума показывает распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот и характеризуется уровнями звукового давления или интенсивности (для источников звука – уровнем звуковой мощности) в анализируемых частотных полосах, в качестве которых, как правило, используются октавные и третьоктавные частотные полосы, характеризуемые нижней fн и верхней fв граничными частотами и среднегеометрической частотой fсг = (fн ∙fв)1/2.
Октавная полоса звуковых частот характеризуется отношением её граничных частот, удовлетворяющим условию fв/fн = 2, а для третьоктавной – условию fв /fн = 21/3 ≈ 1,26.
Каждая октавная полоса частот включает три третьоктавные полосы, причем среднегеометрическая частота центральной из них совпадает со среднегеометрической частотой октавной полосы. Среднегеометрические частоты fсг октавных полос определяются стандартным двоичным рядом, включающим 9 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.
2. Особенности субъективного восприятия звука
Восприятие звука человеческим ухом очень сильно и нелинейно зависит от его частоты. Особенности субъективного восприятия звука наиболее удобно иллюстрируются графически с помощью кривых равной громкости. Каждая из семейства кривых на рис. 1 характеризует уровни звукового давления на различных частотах, соответствующие одинаковой громкости восприятия звука и уровню громкости LN (фон).
Уровень громкости LN численно равен уровню звукового давления на частоте 1 кГц. На других частотах для обеспечения такой же громкости звука требуется устанавливать другие уровни звукового давления. Из рис. 1 следует, что вид кривой равной громкости и соответствующая ей характеристика слуховой чувствительности зависят от значения LN.
При расчетах и измерениях частотную характеристику органа слуха принято моделировать частотной характеристикой корректирующего фильтра А. Характеристика А является стандартной и задается системой поправок Аi = φ(fсгi), где fсгi – среднегеометрическая частота i-й октавной полосы.
Для соответствия объективных результатов измерений уровня звукового давления субъективному восприятию громкости звука вводят понятие уровня звука. Уровень звука LA (дБА) – результирующий уровень звукового давления шума, прошедшего математическую или физическую обработку в корректирующем фильтре с характеристикой А. Значение уровня звука приближенно соответствует субъективному восприятию громкости шума независимо от его спектра. Уровень звука вычисляется с учетом поправок Аi по формуле (2), в которую вместо Li следует подставить (Li + Аi). Отрицательные значения Аi характеризуют ухудшение слуховой чувствительности по сравнению со слуховой чувствительностью на частоте 1000 Гц.
Характеристики шума и его нормирование
По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные (с непрерывным спектром шириной более одной октавы) и тональные, в спектре которых имеются выраженные дискретные тона, измеренные в третьоктавных полосах частот с превышением уровня звукового давления над соседними полосами не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шумы делят на постоянные, уровень звука которых в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике “медленно” шумомера, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию.
Скачать реферат