Операции с децибелами

Цель работы – изучить методику определения общего уровня шума от двух и белее источников шума.

Краткие теоретические положения

В газах распространяются только продольные волны, которые движутся от источника в трех взаимно перпендикулярных направлениях, характеризующих трехмерное пространство. Особенность этих волн состоит в том, что частицы среды в них колеблются относительно некоторого положения равновесия. При этом скорость звука или скорость распространения этих волн намного больше колебательной скорости частиц. Изменение звукового давления в волнах описывается волновым уравнением.

, (1.1)

где – звуковое давление, Па; – координаты, м; – время, с.

Звуковое давление и плотность среды [кг/м³] в звуковой волне связаны соотношением

, (1.2)

где – скорость распространения звуковой волны, м/с.

Волновое сопротивление среды

, (1.3)

где – колебательная скорость частиц, м/с.

Чем больше волновое сопротивление среды, тем меньшее количество звуковой энергии теряется при распространении в ней звуковых волн. В плоской бегущей воне волновое сопротивление не зависит от амплитуды колебаний. При температуре воздуха +20°С волновое сопротивление н·с/м³.

Скорость звука в воздухе практически не зависит от частоты, но находится в сильной зависимости от температуры давления и влажности. При повышении температуры воздуха на 1°С скорость звука увеличивается примерно на 0,61 м/сек. Зависимость скорости звука в воздухе от температуры может быть выражена следующим соотношением:

, (1.4)

где м/с – скорость звука при температуре воздуха ° С.

Уровень звукового давления или интенсивности звука. Ухо человека способно воспринимать определенный диапазон звуковых давлений, например, на средних звуковых частотах от 10^-5 до 10² н/м², т. е. различающихся примерно в 10⁷ раз. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление, или соответственно интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах – белах (Б) или децибелах (дБ). Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Так, уровень звукового давления

дБ, (1.5)

где н/м² – условный минимальный порог давления, способный восприниматься человеком.

Уровень интенсивности (силы) звука

дБ, (1.6)

где вт/м² – интенсивность звука, принимаемая условно за нулевой уровень.

В плоской звуковой волне свободного звукового поля уровень звукового давления (УЗД) и уровень интенсивности численно совпадают.

Интенсивность звука представляет собой количество энергии перенесенной звуковой волной в единицу времени через площадь единичной величины, т.е. размерность интенсивности звука это – дж/с/м² или вт/м². Интенсивность звука может быть выражена через звуковое давление и волновое сопротивление

(1.7)

Звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью человека, определятся как шум. Строго говоря, между упорядоченным звуковым потоком и шумом физической разницы нет. Законы, в соответствии с которыми эти потоки распространяются одни и те же. В обоих случаях физической основой являются упругие колебания воздушной среды. Иногда шум представляют как случайное сочетание звуков, различающихся по интенсивности, частоте, фазе, и называют это статистическим шумом. Шумы с ярко выраженной тональной окраской носят название тональных шумов.