![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Физические характеристики шумаСтр 1 из 5Следующая ⇒
Лекция № 10. Акустические колебания, шум
Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение в различных областях экономики, в том числе в машиностроении, на транспорте, в энергетике. Шум на производстве наносит большой ущерб, вредно действуя на организм человека и снижая производительность труда. Утомление рабочих, операторов и служащих из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Нередко и в быту человек подвергается воздействию шума недопустимо высоких уровней. Поэтому борьба с шумом является важной задачей. Часто возникает необходимость защиты не только от шума, но и от инфра- и ультразвука. Физические характеристики шума
По физической сущностиупругие колебания, распространяющиеся волнообразно в воздухе, жидкой или твердой средах под воздействием какой-либо возмущающей силы, относят к акустическим колебаниям. Они могут быть как слышимыми, так и не слышимыми. Акустические колебания с частотой от 16 до 20000 Гц называются звуковыми, с частотой менее 16 Гц – инфразвуком, с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Производственный шум как гигиенический фактор – совокупность звуков различной интенсивности и частоты, беспорядочно изменяющихся во времени и вызывающих у работающих неприятные субъективные ощущения. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука с). При нормальных атмосферных условиях (Т = 200С и нормальном атмосферном давлении) скорость звука с в воздухе равна 344 м/с. Звуковое поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением р. Единица измерения звукового давления – паскаль (Па). При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке I (Вт/м2): Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами довольно неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что ухо человека способно реагировать на относительное изменение интенсивности, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому для характеристики акустического феномена принята специальная измерительная система интенсивности и энергии шума, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием, а именно шкала логарифмических единиц как наиболее объективная и соответствующая физиологической сущности восприятия. По этой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например, если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3, единицы. Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, называется белом (Б). Уровень интенсивности звука L1 (дБ ) определяют по формуле:
L1 = 10 lg I / I0, где I0 - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, (I0 = 10-12 Вт/м2) на частоте 1000 Гц.
Величина уровня звукового давления L (дБ): L = 20 lg Р / Р0, где Р – звуковое давление, Па; Р0 - нулевое значение интенсивности звука, условно принятое равным 2× 10-5 Па. Таким образом, логарифмические единицы позволяют оценивать интенсивность звука не абсолютной величиной звукового давления, а ее уровнем, т.е. отношением фактически создаваемого давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Такой единицей и принято считать минимальное давление, которое человек воспринимает как звук на частоте 1000 Гц, а именно 2× 10-5 Па. Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук укладывается при таких условиях в 13 …14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей – децибелом (дБ), который соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Таким образом, бел и децибел – это условные единицы, которые показывают, насколько данная интенсивность звука в логарифмическом масштабе больше интенсивности звука, соответствующей порогу слышимости. Измеряемые таким образом величины называются уровнями интенсивности шума или уровнями звукового давления. Интенсивность шума определяют в пределах октав. Октавы – диапазон частот, в котором верхние границы частоты вдвое больше нижней (например, 40 – 80, 80 – 160 Гц). Для обозначения октавы обычно берут не диапазон частот, а так называемые среднегеометрические частоты: например, для октавы 40 - 80 Гц – среднегеометрическая составляет 62, 5 Гц, для октавы 80 – 160 – среднегеометрическая – 125 Гц. По частотной характеристике различают шумы: - низкочастотные – до 350 Гц; - среднечастотные – 350 – 800 Гц; - высокочастотные – выше 800 Гц. В том случае, когда в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, их интенсивности складываются: I = I1 + I2 + ….. Iп Искомый уровень звукового давления при одновременной работе этих источников получается путем деления левой и правой частей уравнения на IО и логарифмирования. После преобразования получаем: L = 10 lg (10L1/ 10 + 10L2/ 10 + … +10Lп/ 10),
где L1 , L2 , Lп - уровни звукового давления, создаваемые каждым источником Если имеется п одинаковых источников с уровнями звукового давления LI, то вычисления упрощаются: L = LI +10 lg п Например, два одинаковых станка совместно создадут уровень шума на 3 дБ больше, чем каждый из них. Любую зависимость какой-либо величины (например, звукового давления) от времени можно представить в виде сумы конечного или бесконечного числа синусоидальных колебаний этой величины. Каждое такое колебание характеризуется своим среднеквадратичным значением физической величины и частотой, т.е. числом колебаний в секунду (Гц). Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в дБ) от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром). Спектры получают, используя анализаторы шума – набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот полосе пропускания. Шумы принято классифицировать (ГОСТ 12.1.003-83) по их спектральным и временным характеристикам. По характеру спектра: - широкополосные, с непрерывным спектром шириной более октавы (например, шум реактивного двигателя); - тональные, в спектре которых имеются слышимые тона (шум дисковой пилы). По временным характеристикам: - постоянные, уровень звука которых за 8-ми часовой рабочий день изменяется не более, чем на 5 дБА; - непостоянные, уровень звука которых за 8-ми часовой рабочий день изменяется более, чем на 5 дБА. Непостоянные шумы в свою очередь, подразделяются на: - колеблющиеся во времени, уровень звука которых изменяется во времени непрерывно; - прерывистые, уровень звука которых ступенчато изменяется на 5 дБА и более, причем длительность интервалов, в течении которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более; - импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с при этом уровни звука отличаются не менее, чем на 7 дБ.
|