Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ОБЪЕКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ



Все характеристики звуковых колебаний можно разделить на две группы: первая субъективная, возникающая в слуховом аппарате человека и вторая это характеристики механических волновых процессов, возникающих в упругой и акустической средах. Пер-вая группа была рассмотрена ранее, а вторая в данном параграфе.

Всякий периодический процесс слагается из ряда циклов. Под циклами понимается полная совокупность повторяющихся значений периодически изменяющейся величины.

Рис. 2. Простое гармоническое колебание:

О – точка покоя; А – амплитуда; Т – период колебания

 

Наименьший промежуток времени – t, необходимый для завершения одного полного цикла, называется периодомТ, единицей измерения для которого является – секунда,с.

Частота периодического процессаf,представляет собой число циклов, укладываю-

щихся в единицу времени

f = 1 / Т. (7)

За единицу частоты во всех системах принимается герц, Гц – частота, равная одному циклу в секунду. Иначе говоря, герц есть частота такого периодического процесса, кото-рый повторяется каждую секунду.

Весь частотный диапазон (инфразвуковой, слышимый человеком, ультразвуковой) де-лится на частотные интервалы. Эти интервалы могут быть октавными, полуоктавными, третьокравными. Октава – это полоса частот, где верхняя граничная частота fВ больше нижней граничной частоты fН в два раза: fВ / fН = 2. Октава характеризуется средней гео-метрической частотой

fСР = ( fВ fН )1/2 = ( 2 fН )1/2 = 1,41 fН . (8)

Слышимый диапазон имеет 9 октав, которые характеризуются средними геометричес-кими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц [1].

Скорость распространения звуковых волн (скорость звука)с,м/с.Механические деформации в средах, обладающих упругостью, распространяются со скоростью, завися-щей от упругих свойств и плотности среды. Если деформация является периодической, то в среде распространяются волны, длина которых– λ,м, связана с частотой колебаний и скоростью распространения зависимостью:

λ = c / f . (9)

Звуковое давление – p. Возникновение колебаний в газе или жидкости сопровождает-ся распространением колебаний от места возмущения и колебаниями давления в частич-ках среды. Таким образом, давление в данной точке в каждый момент времени можно представить как сумму давления в невозмущенной среде, т. е. в отсутствие колебаний – статическое давление, и переменного дополнительного давления – мгновенного значения, которое носит название звукового или акустического давления.

Звуковое давление в течение периода колебаний изменяет свою величину и знак между положительными и отрицательными амплитудными значениями. При этом частички сре-ды колеблются относительно некоторого положения равновесия, а скорость распростране-ния волны (скорость звука или скорость с которой перемещается максимум давления) зна-чительно больше скорости колебания частиц (колебательной скорости) относительно по-ложения равновесия, что и приводит к изменению плотности элементов среды. Волна из-менения плотности и является звуковой волной в прямом смысле этого слова. В ней нап-равление колебания частиц среды совпадают с направлением колебаний и к ее характерис-тике относятся те составляющие скорости частиц среды, которые связаны с изменением ее плотности, а не вытеснением (переносом массы).

Колебание давление вызывает изменение объема частичек акустической среды. При этом восстанавливающей силой, необходимой для существования волнового движения, является сопротивление, которое газ или жидкость оказывает сжатию. Характерным обс-тоятельством для акустической среды является то, что изменение формы объема частичек такой среды (например, из шара в куб) сопротивления не оказывает. Следовательно, изме-нение плотности частичек среды происходит вследствие изменения давления, т. е. основ-ным параметром, характеризующим звуковую волну в акустической среде, является зву-ковое давление. Область среды, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Звуковое давление – р, как и всякое другое, определяется следующей за-висимостью, и измеряется в паскалях, Па,

р = F / S, (10)

где F – сила равномерно распределенной нагрузки, Н;

S – площадь поверхности, м2.

На практике наибольший интерес с точки зрения воздействия шума на человека пред-ставляет не фактическое мгновенное значение звукового давления, а среднее квадратичес-кое значение

Т

рскз = [ 1/T ∫ р2(t) dt]1/2, (11)

где р2(t) – мгновенное значение звукового давления, Па;

Т – время усреднения, с.

Поток звуковой энергии (звуковая мощность)W.Волны, распространяющиеся в среде, переносят с собой энергию. Энергия, переносимая в единицу времени через данную (единичную площадку), перпендикулярно направления распространения, определяет ве-личину, называемую потоком звуковой энергии (или звуковой мощностью). Единица по-тока звуковой мощности– ватт,Вт.

Интенсивность звука (сила звука)І.Средняя по величине энергия, переносимая за единицу времени звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную напра-влению распространения волны, называется интенсивностью (силой) звука и измеряется в Вт/м2,

І = Eк / (t S), (12)

где S = 1 м2– площадь единичной площадки.

Междуинтенсивностью звука и звуковым давлением существует соотношение

І = р2 / ρ c, (13)

где ρ – плотность среды, кг/м3.

Уровни интенсивности звукаLI и звукового давленияL.Для характеристики величин, определяющих восприятие человеком звука, существенными являются не абсо-лютные значения интенсивности звука и звукового давления, сколько их отношения к не-которым пороговым значениям. Человеческое ухо чувствительно не к интенсивности, а к среднему квадрату звукового давления и воспринимает не разность, а кратность измене-ния абсолютных величин. Следовательно, слух человека обладает логарифмической шка-лой восприятия. Поэтому введены понятия относительных уровней интенсивности и зву-кового давления. Если интенсивности двух звуковых волн равны I и Iо, то разностью уров-ней этих интенсивностей называется логарифм отношения I / I0

LI = lg (I / I0), (14)

где I0 = 10-12 Вт/м2–пороговое значение интенсивности звука, соответствует порогу чув-

ствительности человеческого уха на частоте 1000 Гц.

За единицу разности уровней принимается бел, Б, определяемый как разность уровней двух интенсивностей, отношение которых равно десяти I / I0 = 10, и соответственно деся-тичный логарифм отношения равен единице lg (I / I0) = 1. Десятая часть бела, соответству-ющая логарифму отношения, равному 0,1, называется децибел, дБ.Измеренная в децибе-лах разность уровней интенсивности определяется формулой

LI = 10 lg (I / I0). (15)

Используя связь интенсивности и звукового давления по (13) справедливо записать

lg (I / I0) = lg (р2 / р02) = 2 lg (р / р0), (16)

где р0 = 2 ∙10-5 Па–пороговое значение среднего квадратического звукового давления,

соответствует порогу чувствительности человеческого уха на частоте

1000 Гц.

Способ измерения разности уровней звуковых давлений (УЗД) устанавливается таким образом, чтобы эта разность совпадала с разностью уровней интенсивности тех же колеба-ний. Соответственно измеренную в децибелах, дБ, разность УЗД можно представить в ви-де

L = 20 lg (р / р0). (17)

Анализируя выражения (12–17)можно сделать вывод, что уровень интенсивности зву-ка и уровень звукового давления численно равны

LI = 10 lg (I / I0) = 20 lg (р / р0) = L.(18)

Распределение эффективных значений частотных составляющих уровней звукового давления (интенсивности) в интересующей области частот называетсяспектром шума.

Уровень звукаLА.Чувствительность слуха снижается с понижением частоты звука. Для того чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному воспри-ятию, введено понятие корректированного уровня звукового давления (уровня звуковой мощности т.п.). Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы в меж-дународном масштабе. Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уро-вень звукового давления называется уровнем звука и измеряется в децибелах А, дБА.

Эквивалентный (по энергии) уровень звука LAЭКВ, дБА, данного непостоянного шу-ма – уровень звука постоянного широкополосного шума L, дБ, который имеет то же самое среднее квадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени

т

LAЭКВ= 10 lg 1/T ∫ [pА(t) / po]2 dt, (19)

где pА(t) – текущее значение среднего квадратического звукового давления с учетом кор-

рекции «А» шумомера, Па;

T – время усреднения шума.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.