Характеристики акустических колебаний.

<11 12 131415 16 17 >

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой от16 до 20000 Гц (звук).Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (до 10⁹) (ультразвук)не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм. Ухо человека способно реагировать на изменения давления от 2 × 10^-5 до 200 Па. Эти величины получили название пороговых — соответственно нижнее и верхнее пороговые давления. Верхний порог слышимости называют также болевым порогом, так как при таких давлениях возникают резкие боли в ушах.

При звуковых колебаниях частиц среды в ней возникает переменное давление, которое называют звуковым давлением. Характеристика источника шума, определяющая полную энергию, излучаемую источником в окружающее пространство за единицу времени, называется акустической мощностью (P). Акустическая мощность (поток звуковой энергии) – величина, равная отношению звуковой энергии, переносимой упругой средой через заданную поверхность, к интервалу времени, за который эта энергия переносится. Единицей измерения акустической мощности является ватт (Вт).

Распространение звуковых волн связано с переносом энергии. Средний поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности (S, м²), называется интенсивностью звука I (Вт/м²). Общее количество звуковой энергии, Вт, излучаемой источником в единицу времени, называется звуковой мощностью W:

W = I * S

Невозможно создать для измерений прибор со шкалой равноценных делений от верхнего до нижнего предела слышимости. Для измерения уровня звукового давления установлена логарифмическая шкала, каждая ступень которой соответствует изменению интенсивности шума в 10 раз или на 1 бел (Б). Так, если интенсивность одного звука больше интенсивности другого в 10 раз, то считают, что второй звук больше первого на один бел, если в 100 раз — на 2 бела и т. д.В связи с этим на практике принято оценивать звуковое давление не в абсолютных величинах, а в их логарифмических уровнях — децибелах(дБ), определяемых по формуле:

L = 20lg(P/P_о)

где Р — среднеквадратичное звуковое давление, Па, в данной полосе частот; Р_о = 2 × 10^-5 Па — значение давления, приблизительно соответствующее порогу чувствительности на частоте 1000 Гц (порог слышимости). Диапазон слышимых звуков для человека составляет от ~0 до 170 дБ.

Для интегральной оценки шума используется уровень звука L_А, дБА:

L_А = 20lg(Р_А/Р₀),

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

По частоте шумы подразделяются на:

· низкочастотные (максимум звукового давления в диапазоне частот ниже 400 Гц),

· среднечастотные (400—1000 Гц)

· высокочастотные (свыше 1000 Гц).

Для определения частотной характеристики шума звуковой диапазонпо частоте разбивают на октавные полосы частот, где верхняя граничная частота f_B равна удвоенной нижней частоте f_H, т.е. f_B/f_H = 2. Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой:

f_ср = (f_B * f_H)^1/2.

Всего используют 9 октавных полос со следующими среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц, на каждой из которых измеряют уровень звукового давления.

Спектральный состав шума (уровень шума на каждой активной полосе) необходимо знать при определении источника шума и разработке мер защиты от него. Дело в том, что частотные характеристики шума соответствуют тем или иным частотам вращения, перемещения или вибрации отдельных деталей и узлов механизмов. Сравнивая частотную характеристику шума с частотами движения деталей, можно определить, какие из них являются источниками повышенного шума, и принять необходимые меры по его устранению. Кроме того, способы защиты от низкочастотных и высокочастотных звуков на пути их распространения имеют определенные различия.

По характеру спектра шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы и тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. По временным характеристикам шум подразделяется на постоянный и непостоянный (колеблющийся во времени, прерывистый, импульсный).

Постоянный шум – уровни шума в течение дительного времени изменяются незначительно +/- 5 дБА.

Прерывистый шум – шум, уровень которого периодически резко падает до фонового значения.

Колеблющийся шум – шум, уровень которого постоянно меняется во времени.

Импульсный шум – последовательность звуковых сигналов длительностью менее 1 сек.

Шум, создаваемый частями и деталями различных приспособлений и устройств, совершающих движение, трение, удары, вращение и т. д., является механическим. При этом часть механической энергии превращается в тепловую энергию или другие ее виды, в том числе и полезные, а частично – в звуковую энергию, в данном случае не являющуюся полезной. Вибрирующие механические части заставляют колебаться частички воздуха, расположенного вблизи них, создавая давление и раздражение и тем самым звуковую волну в воздухе.

Уровни звукового давления являются логарифмическими величинами, поэтому при сравнении разных источников шума или при определении суммарного шума от нескольких источников их нельзя складывать или вычитать чисто арифметически. Для этого используют формулу:

где L₁, L₂,L_n— уровни звукового давления, создаваемые в расчетной точке 1, 2, n-ым источниками шума.

Если источники шума одинаковые по интенсивности (если L₁ = L₂= L_n), то предыдущее выражение может быть упрощено:

L_сум = L + 10 lg n,

где L — уровень шума от одного источника; n— количество одинаковых по интенсивности источников шума.

Если один источник шума создает уровень звукового давления 90 дБ, а другой — 84 дБ, то их суммарный уровень будет не 174 дБ.

Эквивалентный (по энергии) уровень звука непостоянного шума — это такой уровень постоянного широкополосного шума, который в течение какого-то определенного времени, например за рабочую смену, создает ту же дозу шума (или имеет ту же энергию), что и данный непостоянный шум. Эквивалентный уровень отражает среднее значение уровня шума за смену. В общем виде эквивалентный уровень звука определяют по формуле:

где L — уровни шума, действующие в интервале времени t, Т — суммарная длительность всех циклов уровней шума (Т = Σt_i), n — число циклов уровней шума, t — длительность циклов шума.

<11 12 131415 16 17 >

Дата добавления: 2016-12-09; просмотров: 3837;