![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные акустические понятия и определенияСтр 1 из 3Следующая ⇒
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 f 2 в два раза больше нижней f 1.
Третьоктавная полоса частот – диапазон частот, в котором это соотношение равно 1, 26 (f 2= 1, 26 f 1). Октавная и третьоктавные полосы характеризуются среднегеометрической часто-той полосы
Граничные и среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос приведены в табл. П1.
Таблица П.1 Граничные и среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос, Гц
Для воздуха зависимость скорости от температуры выглядит: С = 331, 4 + 0, 6 t, м/с (3)
где 331, 4 – скорость звука в воздухе при 0º С; t – температура окружающей среды, º С.
Таблица 1 Скорость звука в различных материалах
Если принять среднюю скорость звука в воздухе 340 м/с, то можно получить зависимую от частоты длину волны.
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 ρ с, (4)
где ρ – плотность среды. Величина ρ с – постоянная для данной среды – называется акустическим (волновым) сопротивлением и для воздуха при нормальных атмосферных условиях (р = 105 Па, t = 20°С) ρ с = 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:
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
где Li – слагаемые уровни звукового давления, дБ; n – общее число слагаемых.
L = L1 + Δ L (L1 > L2) (10)
Пример. Требуется найти суммарный для трех слагаемых уровней: L1 = 86 дБ; L2= 80 дБ; L3= 88 дБ. Разность Δ L3, 1=2 дБ; поправка Δ L1=2 дБ; L3, 1 = 90 дБ; L3, 1 – L2= 10 дБ, поправка Δ L2 = 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 Δ LА приведено ниже
Коррективный уровень звукового давления LА = L – Δ LА (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
|