Основные характеристики и единицы измерения

Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление р и интенсивность звука I.

Звуковое давление

Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления

где р(t) – разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля; T − время усреднения, которое для уха человека равно 30…1000 мс.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности

где ρ − плотность среды, кг/м³; с − скорость звука, м/с.

Кроме этого, любой источник шума характеризуется звуковой мощностью, которая представляет собой общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.

Если окружить источник шума замкнутой поверхностью площадью S, то звуковая мощность источника определится как

где I_n - нормальная к поверхности составляющая интенсивности.

Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью

Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления интенсивности, воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми.

Минимальная интенсивность звука, которая воспринимается ухом, называется порогом слышимости. В качестве стандартной частоты сравнения принята частота 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости I₀ = 10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление р₀ = 2×10^-5 Па. Максимальная интенсивность звука, при которой орган слуха начинает испытывать болевое ощущение, называется порогом болевого ощущения, равным 10² Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление р = 2×10² Па.

Так как изменения интенсивности звука и звукового давления слышимых человеком, огромны и составляют соответственно 10¹⁴ и 10⁷ раз, то пользоваться для оценки звука абсолютными значениями интенсивности звука или звукового давления крайне неудобно.

Для гигиенической оценки шума принято измерять его интенсивность и звуковое давление не абсолютными физическими величинами, а логарифмами отношений этих величин к условному нулевому уровню, соответствующему порогу слышимости стандартного тона частотой 1000 Гц. Эти логарифмы отношений называют уровнями интенсивности и звукового давления, выраженные в белах (Б). Так как орган слуха человека способен различать изменение уровня интенсивности звука на 0,1 бела, то для практического использования удобнее единица в 10 раз меньше – децибел (дБ).

Уровень интенсивности звука L в децибелах определяется по формуле

где I – интенсивность звука в данной точке, I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному 10^-12 Вт/м.

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то эту формулу можно записать также в виде

где р – звуковое давление в данной точке пространства, р₀ – пороговое звуковое давление, равное 2×10^-5 Па.

Использование логарифмической шкалы для измерения уровня шума позволяет укладывать большой диапазон значений I и р в сравнительно небольшом интервале логарифмических величин от 0 до 140 дБ. При нормальном атмосферном давлении L_I = L_p. Пороговое значение звукового давления р₀ соответствует порогу слышимости L = 0 дБ, порог болевого ощущения 120-130 дБ. Шум, даже когда он невелик (50-60 дБ) создает значительную нагрузку на нервную систему, оказывая психологическое воздействие. При действии шума более 140-145 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.

Для измерения шума с целью оценки его воздействия на человека, используется уровень звукового давления L_p (часто обозначается просто L). Уровень интенсивности L_I используют при акустических расчетах помещений.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты: наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800…4000 Гц) и наименьшей – на низких (20…100 Гц).

Поиск по сайту: