Единицы измерения интенсивности шумового воздействия

Децибелы в значении громко. Единицы измерения уровня шума

Для измерения звука используется децибел .

Это относительная логарифмическая единица измерения величин, связанных с интенсивностью звука (мощности, амплитуды, напряжения или тока сигнала, усиления/ослабления и т. п.). Чувствительность слуха носит логарифмический характер – нарастание интенсивности в виде степенной функции воспринимается на слух как линейное увеличение громкости, поэтому в ряде случаев удобнее пользоваться логарифмическими, а не линейными единицами. Десятичный логарифм отношения некоторой величины к ее эталонному значению – lg (X /X Э) – называется белом (Б), а его десятая часть – lg (X /X Э) / 10 – децибелом (дБ). Измерение в децибелах удобно еще и тем, что человеческое ухо различает относительное изменение интенсивности примерно на 1 дБ.

При измерениях абсолютной интенсивности звука (Вт/м 2) за эталонное значение принимается уровень порога слышимости для синусоидального сигнала с частотой 1 кГц – 10 в степени –12 (10 –12) Вт/м 2 . При этом порог слышимости определяется интенсивностью 0 дБ, а интенсивность, при которой начинаются болевые ощущения (болевой порог) – около 140 дБ. Интенсивность тихого шепота – около 35 дБ, громкого голоса – около 95 дБ,forte fortissimo оркестра – около 100 дБ, оркестрового тутти (звучания всех инструментов) – около 120 дБ.

При измерениях величин, с которыми интенсивность связана квадратичной зависимостью – напряжения, тока и звукового давления – в выражении для децибела множитель 10 меняется на 20 (двойка выносится из логарифма отношения квадратов).

При измерениях относительных величин за эталонный уровень принимается какое-либо значение величины. Например, при оценке усиления за него принимается единичное усиление (пропускание сигнала без изменения), равное 0 дБ. При этом 60 дБ соответствует усилению в 1000 раз (60 = 20lg 1000), а –20 дБ – ослаблению в 10 раз. Для описания характеристик усилителей и фильтров применяется также единица «децибел на октаву» (дБ/окт), показывающая изменение усиления при изменении частоты в два раза.

В акустике принято измерять громкость в дБ SPL (Sound Pressure Level ). Удвоение интенсивности звука приводит к увеличению уровня интенсивности на 3 дБ.

Выражая уровень звукового давления в децибелах, следует помнить, что при увеличении давления вдвое прибавляется 6 дБ.

Существуют разновидности измерений: dBA ,dBB ,dBC ,dBD – опорные уровни выбраны по частотным характеристикам «весовых фильтров» в соответствии с кривыми равной громкости.

Децибел акустический

Единица измерения уровня шума с наложенным на измеритель фильтром, учитывающим особенность восприятия шума слуховым аппаратом человека (нелинейность частотной характеристики уха). Величина дБА – уровень звукового давления, измеренный в дБ при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, снижающую чувствительность устройства на низких и очень высоких частотах для того, чтобы точнее имитировать чувствительность человеческого уха и получать отсчеты, дающие некоторые указания на громкость, неприятное действие или приемлемость звука. Значение дБА обычно на 10 единиц превосходит эквивалентное значение нормировочного индекса шума для данного звука.

В цифровой обработке понятие дБ считается от нуля и вниз, в область отрицательных значений. Ноль – максимальный уровень, представимый цифровой схемой.

В dBFS (Full Scale – «полная шкала») – опорное напряжение соответствует полной шкале прибора; например, «уровень записи составляет −6dBFS ». Для линейного цифрового кода каждый разряд соответствует 6 дБ, и максимально возможный уровень записи равен 0dBFS .

Шум определяется как беспорядочное сочетание различных звуков, обладающих тонами различной силы и частоты. Уровни шума подлежат измерению в величинах, способных выразить степень производимого звукового давления. Такие единицы измерения уровня шума связывают с именами двух физиков – Александра Белла и Генриха Герца.

Белами, а чаще децибелами, выражается относительная громкость звука. По своей сути, децибел представляет собой десятикратный логарифм отношения интенсивности существующей звуковой энергии к ее значению. Он не является непосредственно единицей измерения, а именно выражением отношения.

Измеримая характеристика звука – количество заключенной в нем энергии. То есть интенсивность его как потока этой энергии. Именно поэтому количественной характеристикой выступает, например, выражение в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Однако получаемые величины относительно эталонного уровня 10−12 Вт/м2 столь малы и непонятны большинству обывателей, что 1 бел, был «принят» для выражения получаемых отношений. Например, уровень шума реактивного самолета составляет порядка 13 бел или в более мелких величинах – 130 децибел (дБ). Для человеческого уха нормальный диапазон шумов определяется границами от 20 до 120 децибел. При звуках выше этого уровня человек может получать серьезные травмы барабанной перепонки и контузии. А 160 дБ могут оказаться смертельными.

Все люди сталкиваются с жилищно-бытовыми шумами. Они складываются из непосредственно возникающих в помещении и проникающих из вне. В целях охраны здоровья и нормального состояния граждан приняты нормы допустимого проникающего шума. Это 40 дБ днем и 30 – ночью. Средние показатели единиц уровня измерения шума доказывают, что примерно в 80% случаев даже при нормальной работе радио и телевизора, разговорах, проникающий из соседних квартир шум держится на уровне 40-45 дБ, а звуки из подъезда (движение лифта, хлопки дверей) достигают 60 дБ.

Помимо интенсивности звука, человеческое ухо чувствительно к шумовым колебаниям. Герц — единица Си частоты, равновеликая частоте происходящего периодического процесса, при котором за 1 секунду происходит один цикл такого периодического процесса (то есть 1 колебание). Поэтому для объективной характеристики необходимо использовать обе эти единицы измерения уровня шума. Слуховой аппарат человека более чувствителен к колебаниям, создаваемым высокими частотами, чем низкими. Но в производственных и жилищно-бытовых условиях, любой находится под воздействием всего спектра. В связи с этим, при проведении сравнения уровня громкости звука, необходимо помимо характеристики силы и интенсивности звука в децибелах указывать также и частоту колебаний в секунду.

1. Что такое громкость звука, и в каких единицах она оценивается?

Громкость звука – величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость растет с увеличением звукового давления. При одинаковом звуковом давлении громкость чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты различна, т.е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности.

Громкость данной частоты оценивают, сравнивая ее с громкостью простого тона частотой 1000 гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Громкость для сложных звуков оценивают по условной шкале в сонах .

Бел , единица логарифмической относительной величины (логарифма отношения двух одноименных физических величин), применяется в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики; обозначается «Б» или «В», названа по имени американского изобретателя телефона А. Белла. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg(P 1 /P 2), а для «силовых» величин F 1 и F 2 (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и др.) N = 2·lg(F 1 /F 2).

Децибел (от деци. и бел), дольная единица от бела – единицы логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноименных физических величин – энергий, мощностей, звуковых давлений и др.); равна 0,1 бел. Обозначения: русское дБ, международное dB. Децибел чаще применяется на практике, чем основная единица – бел.

Фон (от греч. phone – звук), единица уровня громкости звука. В связи с тем, что на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности (различающиеся звуковым давлением ), громкость звука оценивают, сравнивая ее с громкостью стандартного чистого тона (обычно частотой 1000 гц). 1 фон – разность уровней громкости двух звуков данной частоты, для которых равные по громкости звуки с частотой 1000 гц отличаются по интенсивности (уровню звукового давления) на 1 децибел. Для чистого тона частотой 1000 гц шкала в фонах совпадает со шкалой децибел.

2. Каковы основные количественные характеристики (единицы) звука?

Во-первых, это звуковое давление , то есть давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему значению давления в среде. Звуковое давление представляет собой переменную часть давления, т.е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны

Единица измерения звукового давления в системе единиц СИ – ньютон на м 2 (ранее употреблялась единица бар: 1 бар = 10 -1 н/м 2).

Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления — выраженное в дБ отношение величины данного звукового давления р к пороговому значению звукового давления (р о = 2·10 -5 н/м 2). При этом число децибел N = 20 lg (p/p o).

Звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах – от 10 -5 н/м 2 вблизи порога слышимости до 10 3 н/м 2 при самых громких звуках, например шумах реактивных самолетов. В воде на ультразвуковых частотах порядка нескольких МГц с помощью фокусирующих излучателей получают значение звукового давления до 10 7 н/м 2 . При значительных звуковых давлениях наблюдается явление разрыва сплошности жидкости — кавитация. Звуковое давление следует отличать от давления звука.

3. В чем заключаются конструкционно-строительные мероприятия, названные звукоизоляцией?

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий – совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне.

Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дБ), называется звукоизолирующей способностью . Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100-3200 гц с учетом влияния звукопоглощения изолируемого помещения.

Звукоизоляция от ударного звука (шаги людей, перестановки мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведенного уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учетом звукопоглощения изолируемого помещения.

Для обеспечения необходимой звукоизоляции весьма важно качество строительно-монтажных работ; даже самые незначительные щели, отверстия, трещины в конструкциях резко ухудшают шумоизоляционные свойства последних. При проектировании зданий следует учитывать, что изоляция помещений от внутренних и наружных шумов должна обеспечиваться также правильной планировкой здания, снижением уровня шума от санитарно-технического и инженерного оборудования и рациональными конструкциями ограждений. Наибольший технический и экономический эффект достигается при комплексной защите зданий от шумов.

4. Какие требования по звукоизоляции предъявляют к внутренним стенам?

Внутренние стены и перегородки зданий должны обладать нормативной звукоизолирующей способностью от воздушного звука: междуэтажные перекрытия — от воздушного и ударного звуков. Для повышения звукоизолирующей способности межквартирных стен, а также снижения их массы, вместо однородных конструкций, состоящих из одного материала или из нескольких слоев разнородных материалов, жестко связанных между собой (например, оштукатуренная кирпичная стена и т.п.), возможно применение раздельных конструкций. Их производят со сплошной воздушной прослойкой или слоистыми (в т.ч. комплектные системы), выполненными из отдельных слоев материалов, резко отличающихся по своим физическим свойствам. Звукоизоляция стен, имеющих окна или двери, определяется звукоизоляцией проемов, обычно более низкой, чем звукоизоляция глухой части ограждения.

5. Как повысить шумоизоляцию перекрытий?

Для повышения шумоизоляционных качеств перекрытий или для уменьшения их массы без ухудшения звукоизоляции целесообразно устраивать перекрытия раздельного типа со сплошной воздушной прослойкой или перекрытия с подвесными потолками. Для повышения звукоизоляции от ударного шума сплошных однородных перекрытий применяют полы на упругом основании или на отдельных прокладках из упругих материалов. В последние десятилетия пользуются успехом «плавающие полы».

Рекомендуется также настилать мягкие рулонные полы (например, на тепло- и шумоизоляционной основе). В качестве упругих прокладок под полы используют маты из минеральной или стеклянной ваты, древесноволокнистые плиты и т.п.

Наиболее эффективный способ защиты от шума «сверху» — это борьба с шумом в его источнике, то есть применение на верхних этажах мягких напольных покрытий (ковров, ковролинов и пр.

6. Каковы основные виды и функции звукопоглощающих конструкций?

Звукопоглощающие конструкции – это устройства для поглощения падающих на них звуковых волн. Включают звукопоглощающие материалы, средства их укрепления, иногда — декоративные покрытия. Наиболее распространенные типы — звукопоглощающие облицовки внутренних поверхностей (потолков, стен, вентиляционных каналов, шахт лифтов и т. п.), штучные звукопоглотители, элементы активных глушителей шума.

Звукопоглощающие облицовки применяются для снижения энергии отраженных звуковых волн. Конструкции звукопоглощающих облицовок чаще всего состоят из слоя однородного пористого звукопоглощающего материала (иногда с фактурным слоем) или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного тонкого твердого экрана или покрытия. Эффективность звукопоглощающей облицовки оценивается коэффициентом звукопоглощения (КЗП) в определенном диапазоне частот (октава или 1/3 октавы). Значение КЗП зависит от способа крепления конструкции к ограждению и физических характеристик самой конструкции, главной из которых является комплексное акустическое сопротивление.

Увеличение звукопоглощения на низких частотах достигается утолщением конструкции или устройством воздушной прослойки между конструкцией и ограждением. Для обеспечения почти полного поглощения звука применяются звукопоглощающие облицовки в виде клиньев из звукопоглощающего материала, устанавливаемых перпендикулярно поверхности ограждения.

Штучные звукопоглотители обычно служат для снижения шума от технологического оборудования в производственных зданиях. Они представляют собой конструкции в виде отдельных щитов, конусов, призм и т. п., укрепляемых (подвешиваемых) в помещениях в непосредственной близости от источников шума. Эффективность штучных звукопоглотителей характеризуется значением общего звукопоглощения в м 2 на 1 штучный звукопоглотитель. Благодаря явлению дифракции волн штучные звукопоглотители имеют больший, чем звукопоглощающие облицовки, коэффициент звукопоглощения. Стенки звукопоглотителей обычно выполняются из слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного твердого тонкого листа.

Элементы активных глушителей шума (чаще всего пластины или цилиндры) снижают шумы при распространении потока воздуха или газа; они устанавливаются преимущественно в воздуховодах аэрогазодинамических установок. Пластины могут состоять из однородных пористых звукопоглощающих материалов или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя из перфорированного твердого листа (обычно металла). Эффективность глушителей шума оценивается затуханием звука в децибелах (дБ) на 1 м длины глушителя и зависит от толщины пластин (диаметра цилиндров), их коэффициентом звукопоглощения и расстояния между элементами.

7. Каковы особенности поглощения звука в газах?

Поглощение звука в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в поглощение звука вклад одного порядка величины. В жидкостях поглощение звука в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для поглощения звука существенны объемная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т.е. величина w р = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент поглощения звука обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

8. Каковы особенности поглощения звука в твердых телах?

Поглощение звука в твердых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах — различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твердом теле, такими, как фотоны, электроны, спиновые волны и пр. Величина поглощения звука в твердом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах поглощение звука обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал.

В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., поглощение звука часто зависит от амплитуды звука. Во многих твердых телах при не очень высоких частотах a » w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое поглощение звука при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a » 15 дБ/см при f = 9 Ггц).

В металлах и полупроводниках поглощение звука всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определенных условиях может приводить к «отрицательному поглощению», т.е. к усилению звука . С ростом температуры поглощение звука, как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению поглощения звука. В различных пористых и волокнистых веществах поглощение звука велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции .

9. Что такое порог слышимости?

Порог слышимости, минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть еще воспринят ухом человека. Величину порога слышимости принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2·10 -5 н/м 2 или 2·10 -4 н/м 2 при частоте 1 кГц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и др. звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается, причем повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производятся методами аудиометри

10. Какова основная физическая характеристика уровня звука?

Физической характеристикой уровня звука (а звук в широком диапазоне частот, тонов и обертонов собственно и является шумом) является его сила в децибелах, представляющих собой количество энергии, проносимого волной через площадь в 1 см 2 , перпендикулярно направлению распространения звука, за 1 секунду.

Физиологической характеристикой звука служит уровень его громкости в фонах . Один фон – это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ. Строители для оценки шума кроме децибел используют скорректированные децибелы (дБА), учитывая субъективную оценку шума человеком на разных частотах. 1 дБ = 1 дБА только на звуковой частоте 1000 Гц; чем ниже частота, тем больше разница.

11. Что такое шум?

Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В быту под шумом понимают разного рода нежелательные акустические помехи при восприятии речи, музыки, а также любые звуки, мешающие отдыху, работе. Шум играет существенную роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др.

Шум, независимо от физической природы, отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Часто шум представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания шума применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки шума пользуются усредненными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру шума в источнике и свойства среды, в которой шум распространяется

12. Какими параметрами характеризуются стационарные и нестационарные шумы?

Шум подразделяются на статистически стационарные и нестационарные. Наиболее разработаны теория и методы измерения стационарного шума, классической моделью которого является белый шум.

Стационарный шум характеризуется постоянством средних параметров: интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральная плотность), автокорреляционной функции (среднее по времени от произведения мгновенных значений двух шумов, сдвинутых на время задержки).

Практически ощущаемый шум, возникающий в результате действия многих отдельных независимых источников (например, шум толпы людей, моря, производственных станков, шум вихревого воздушного потока, шум на выходе радиоприемника и др.), является квазистационарным.

Шум, длящийся короткие промежутки времени (меньше, чем время усреднения в измерителях), называется нестационарным. К таким шумам относят, например, уличный шум проходящего транспорта, отдельные стуки в производственных условиях, редкие импульсные помехи в радиотехнике и т.п.

13. В чем заключается вредное воздействие шума на организм человека?

Качественные особенности ощущения при восприятии акустического шума органами слуха и организма в целом зависят от его интенсивности и спектрального состава. Вредное действие шума на организм человека проявляется в специфическом поражении органа слуха и неспецифическими изменениях других органов и систем. Имеют значение характер, уровень, частотный состав, продолжительность воздействия шума и индивидуальная чувствительность к нему.

Продолжительное влияние интенсивного шума может вызвать значительные расстройства деятельности центральной нервной системы, сосудистого тонуса, функций органов желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, а также постепенно развивающуюся тугоухость, обусловленную невритом преддверноулиткового нерва. Для профессиональной тугоухости характерно первоначальное нарушение восприятия высоких частот (4000-8000 гц)

14. Какие разновидности шума выделяются на практике?

Белый шум, шум, в котором звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т.е. в среднем интенсивности звуковых волн разных частот примерно одинаковы, например шум водопада. Название «белый шум» введено по аналогии с белым светом, то есть светом, при разложении которого выделяются все цвета спектра.

Импульсный шум – непостоянный шум, состоящий из одного или ряда звуковых сигналов (импульсов), максимальные уровни звука которого (которых), измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой на 7 дБА и более.

Непостоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни звука которого, измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187 различаются между собой на 7 и более дБА.

Постоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни которого, измереные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой менее чем на 7 дБА.

Проникающий шум – шум, излучаемый вне данного помещения и проникающий в него через ограждающие конструкции, системы вентиляции, водоснабжения и отопления.

Тональный шум – шум, в спектре которого имеются слышимые дискретные тона. Тональный характер шума устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

15. Каким образом измеряют характеристики шума?

Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др. Источниками акустически слышимого и неслышимого шума могут служить любые колебания в твердых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума — различные двигатели и механизмы. Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Точность изготовления деталей, их подгонка и динамическое уравновешивание всех движущихся частей приводят к ослаблению шума и, как правило, ведут к уменьшению износа деталей, к увеличению срока их службы и точности работы.

16. В чем заключается принцип действия шумомера?

Шумомер – прибор для объективного измерения уровня шума. Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор — индикатор. Общая схема выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха.

Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в шумомере имеются три комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости (А)

40 фон (используется в диапазоне 20-55 фон), В — средней громкости

70 фон (55-85 фон) и С – большой громкости (85-140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30-8000 гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в децибелах с пометкой А, при любой громкости. Величиной уровня звука в дБ (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте.

Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50-60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отдельных звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2·10 -5 н/м 2) по одной из 3-х шкал – А, В или С.

Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

Источник

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА

Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление Р и интенсивность звукаI. Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления

где P(t) — разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля;

Т − время усреднения, которое для уха человека находится в пределах 30-100 мс.

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

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па = 1 Н/м 2 ), а интенсивность звука — в Вт/м 2 .

Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью:

где ρ − плотность среды, кг/м 3 ; С − скорость звука, м/с.

Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми. Минимальные значения (порог слышимости) соответствуют едва ощущаемым звукам и при частоте 1000 Гц равны Ро =2*10 -5 Па, I0 =10 -12 Вт/м 2 .

Максимальные значения (порог болевого ощущения) соответствуют звукам, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения и при частоте 1000 Гц равны Рб = 2*10 2 Па и Iб=10 2 Вт/м 2 . Таким образом, величины звукового давления и интенсивность звука, которые различает человек, могут меняться в широком диапазоне: по давлению до 10 7 раз, по интенсивности до 10 14 раз. Ввиду того, что по закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него, были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности, измеряемые в децибелах (дБ). Бел – это логарифмическая единица отношения двух величин (десятичный логарифм отношения 2-х одноименных физических величин, например, мощностей, токов, звукового давления), 0,1 доля Бела – децибел. 1Б = 10дБ.

, дБ,

где L – уровень звукового давления, дБ; I0 и Ро — интенсивность звука и звуковое давление, соответствующие порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

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).

Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности («тихие» звуки) к звукам большой интенсивности («громкие» звуки).

Уровни звука в полосе шириной 1 Гц называются спектральной плотностью. Зависимости уровней звука от частоты называются спектром шума

Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. При равных условиях воздействующего шума наиболее раздражающее действие оказывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости (рис.1), позволяющие судить о том, какой звук субъективно сильнее или слабее, и вводится понятие уровня громкости звука, единицей измерения которого является фон. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления, следовательно, 1 фон — уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого звука на этой частоте равен 1 дБ.

Рис.1. Кривые равной громкости и зависимость уровня звукового давления в дБ от частоты при заданной громкости в фонах

При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используют корректированныйуровень звукового давления (уровень интенсивности). Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе.

Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления

LA = L−∆LA называется уровнем звукаи измеряется в дБА.

Стандартное значение коррекции приведено ниже:

Частота, Гц 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Коррекция LA, дБ 80 42 26,3 16,1 8,6 3,2 0 -1,2 -1,0 —

КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА

Согласно ГОСТ 12.1.003-83 шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра шум подразделяется на:

· широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы (здесь необходимо привести определение: окта́ва — музыкальный интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2, то есть для октавы верхняя частота в два раза больше нижней. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте);

· тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных (для третьоктавы fв/fн= ) полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя — широкополосным.

По временным характеристикам шум подразделяется на:

· постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

· непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:

· колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

· прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

· импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА

Физиологическое воздействие шума на человека зависит от многих факторов: уровня звукового давления, его частотного состава, времени воздействия частоты повторения и индивидуальных особенностей. Дискретные составляющие в спектре шума увеличивают раздражающее действие по сравнению с исходным широкополосным шумом. На графике (рис.2) показаны зоны воздействия шума на человека в зависимости от уровня звука и времени воздействия.

зона I – применение защитных средств не требуется; зоны II и III – защита органов слуха обязательна; зона IV – пребывание человека с любой защитой запрещено

Рис. 2. Типичные зоны воздействия шума на человека

В общем, в зависимости от уровня и характера шума можно выделить несколько ступеней его воздействия на человека.

1. Шума нет — полное отсутствие шума противоестественно. Абсолютная тишина угнетает. Пребывание в полной тишине более нескольких суток ведет к психическим расстройствам.

2. Шум 20-60 дБА, — шумовой фон, постоянно действующий на человека в повседневной деятельности. Степень вредности такого шума во многом зависит от индивидуального отношения к нему. Привычный шум или шум, производимый самим человеком, не беспокоит. Шум свыше 40 дБА может создавать повышенную нагрузку на нервную систему, особенно при умственной работе. Воздействие на психику возрастает с увеличением частоты и уровня шума, а также с уменьшением ширины полосы частот шума,

3. Шум 60-80 дБА оказывает психологическое воздействие, создавая значительную нагрузку на нервную систему человека (особенно при умственной работе). В результате наблюдается повышенная утомляемость, раздражительность, ослабляется внимание, замедляются психические реакции, как следствие, снижается производительность и качество труда. При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается.

4. Шум 80-110 дБА оказывает физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под влиянием шума свыше 80 дБА наблюдается ухудшение слуха (снижение слуховой чувствительности в первую очередь на высоких частотах).

Однако действие сильного шума на организм человека не характеризуется только по состоянию слуха. Изменения в функциональном состоянии нервной системы и ряда органов наступают гораздо раньше, их совокупность характеризуется как шумовая болезнь. К объективным симптомам шумовой болезни относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функции пищеварения, выражающееся в понижении кислотности, сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Длительное воздействие шума вызывает ряд таких серьезных заболеваний, связанных с перенапряжением нервной системы, как гипертоническая болезнь, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания.

Работающие в условиях сильного шума испытывают головные боли, головокружения, снижение памяти, боли в ушах. Человек затрачивает в среднем на 10-20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звуке ниже 70 дБА. Все это снижает работоспособность человека, безопасность его труда. Производительность труда снижается от шума тем больше, чем сложнее трудовой процесс и чем больше в нем элементов умственного труда.

Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА имеет место снижение производительности труда на 20%.

Повышенный уровень шума приводит к росту не только профессиональной, но и общей заболеваемости. Об этом говорит тот факт, что общая заболеваемость рабочих шумных производств увеличена на 15-20%.

5. Шум выше 110 дБА оказывает травматическое действие на органы слуха. При шуме более 140 дБА возможен разрыв барабанной перепонки.

НОРМИРОВАНИЕ ШУМА

Целью санитарного нормирования является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не вызывают существенных изменений в состоянии здоровья человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.

В условиях производства в большинстве случаев технически очень трудно снизить шум до очень малых уровней, поэтому при нормировании исходят не из оптимальных (комфортных), а из терпимых условий, т.е. таких, когда вредное действие шума на человека не проявляется или проявляется незначительно. Санитарные нормы — это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития науки и техники.

Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.l.003-83. «Шум. Общие требования безопасности». Нормируемой характеристикой постоянного шума являются уровни звуковых давлений в децибелах в октавных полосах или 1/3-октавных со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Как известно, среднегеометрическое значение fср для полосы с верхней граничной частотой fв и нижней fн (для октавной полосы fв в два раза больше fн) определяется выражением fср= , например, если fср=63Гц, то fн=45Гц и fв=90Гц.

Совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот называется предельным спектром,а указанный метод нормирования — нормированием по предельному спектру шума(см. табл.1).Предельные спектры обозначают сокращением ПС с цифровым индексом, соответствующим уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-80 обозначает предельный спектр, имеющий в указанной октавной полосе допустимый уровень звукового давления 80 дБ. Значения предельно допустимых уровней звукового давления в нормируемых октавных полосах частот установлены с учетом одинакового физиологического и психологического воздействия шума на человека.

Допустимые уровни звука и звукового давления на рабочих местах

Вид трудовой деятельности, рабочие места Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
31,5
Творческая деятельность, руководящая работа, конструирование и проектирование, программирование, преподавание, врачебная деятельность
Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории
Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону
Рабочие места в кабинах машинистов тепловозов, электровозов, поездов метрополитена, дизель-поездов
Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей
Рабочие места в кабинах и салонах самолетов и вертолетов

Примечания к табл.1:

— допускаемые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах следует принимать для тонального и импульсного шума на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице;

— запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе;

— для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления — на 5 дБ меньше фактических уровней шума в этих помещениях (измеренных или определенных расчетом), если последние не превышают значения, указанные в таблице (поправку для тонального и импульсного шума в этом случае принимать не следует), в остальных случаях — на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице.

Для ориентировочной оценки (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимости осуществления мер по шумоглушению и др.) постоянного шума на рабочих местах допускается использование интегрального показателя — уровня звука в дБА, который измеряется шумомером с корректированной частотной характеристикой А (наряду с линейной частотной характеристикой, шумомеры имеют коррекцию А, имитирующую нелинейную амплитудно-частотную характеристику слухового аппарата человека) и определяется по формуле:

Р0 — звуковое давление, соответствующее порогу слышимости (в воздухе Р0 = 2*10 -5 Па). Уровень звука связан с предельным спектром зависимостью:

Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА — уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднеквадратичное звуковое давление (оказывает на человека такое же воздействие), что и данный непостоянный шум, определяемый по формуле:

где PA(t) – текущее среднеквадратическое значение звукового давления с учетом коррекции А шумомера, Па ; Т — время действия шума .

Эквивалентный уровень измеряется интегрирующими шумомерами и может быть определён расчетным методом. Суть метода в том, что диапазон, подлежащий измерению уровней звука, разбивают на интервалы, затем через равные промежутки времени в течение определенного периода производят измерения уровня звука по шкале А шумомера и подсчитывают количество отсчетов в каждом интервале.

Допустимые уровни шума для различных видов трудовой деятельности согласно ГОСТ 12.1.003-83 приведены в табл.2.

Уровни шума для различных видов трудовой деятельности

Источник

Звук. Шум. Интенсивность шума.

Интенсивность (сила) шума – это понятие, определяемое посредством соотношения количества звуковой энергии, перемещаемое звуковой волной в единицу времени к площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения шумовой волны:

где p – плотность среды, где распространяется шум;

ρaволновое сопротивление шумопроводящей среды.

Интенсивность шума измеряется в Вm/м 2 .

Интенсивность шума изменяется от 10 -12 до 10 2 Вm/м 2 . По причине значительной широты интервала интенсивности шума для удобства ввели логарифмические величины – уровень интенсивности и уровень звукового давления, которые выражаются в децибелах (дБ):

где J – фактическое значение интенсивности шума;

J0пороговое значение интенсивности шума.

J0 = 10 -12 Вm/м 2 при частоте эталона f = 1000 Гц.

Уровень звукового давления шума можно определить из соотношения:

где р – фактическое значение шума;

р0 — пороговое значение шума.

Пороговое значение шума численно равно:

Использование логарифмической шкалы значительно облегчает восприятие интенсивности шума, т.к. звуки, отличающиеся между собой по силе в много раз, укладываются в интервал 0…140 дБ.

Следует иметь в виду, что шум с уровнем интенсивности 70 дБ в 2 раза громче шума в 60 дБ и в 4 раза громче шума в 50 дБ, это видно из логарифмического построения шкалы.

Известно, что звуки с равной интенсивностью, но отличающейся частотой различаются человеком по-разному, поэтому введено понятие громкости шума.

Источник

Единицы измерения интенсивности шумового воздействия. Единицы измерения уровня шума

1. Что такое громкость звука, и в каких единицах она оценивается?

Громкость звука – величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость растет с увеличением звукового давления. При одинаковом звуковом давлении громкость чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты различна, т.е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности.

Громкость данной частоты оценивают, сравнивая ее с громкостью простого тона частотой 1000 гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Громкость для сложных звуков оценивают по условной шкале в сонах .

Бел , единица логарифмической относительной величины (логарифма отношения двух одноименных физических величин), применяется в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики; обозначается «Б» или «В», названа по имени американского изобретателя телефона А. Белла. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg(P 1 /P 2), а для «силовых» величин F 1 и F 2 (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и др.) N = 2·lg(F 1 /F 2).

Децибел (от деци. и бел), дольная единица от бела – единицы логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноименных физических величин – энергий, мощностей, звуковых давлений и др.); равна 0,1 бел. Обозначения: русское дБ, международное dB. Децибел чаще применяется на практике, чем основная единица – бел.

Фон (от греч. phone – звук), единица уровня громкости звука. В связи с тем, что на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности (различающиеся звуковым давлением ), громкость звука оценивают, сравнивая ее с громкостью стандартного чистого тона (обычно частотой 1000 гц). 1 фон – разность уровней громкости двух звуков данной частоты, для которых равные по громкости звуки с частотой 1000 гц отличаются по интенсивности (уровню звукового давления) на 1 децибел. Для чистого тона частотой 1000 гц шкала в фонах совпадает со шкалой децибел.

2. Каковы основные количественные характеристики (единицы) звука?

Во-первых, это звуковое давление , то есть давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему значению давления в среде. Звуковое давление представляет собой переменную часть давления, т.е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны

Единица измерения звукового давления в системе единиц СИ – ньютон на м 2 (ранее употреблялась единица бар: 1 бар = 10 -1 н/м 2).

Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления — выраженное в дБ отношение величины данного звукового давления р к пороговому значению звукового давления (р о = 2·10 -5 н/м 2). При этом число децибел N = 20 lg (p/p o).

Звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах – от 10 -5 н/м 2 вблизи порога слышимости до 10 3 н/м 2 при самых громких звуках, например шумах реактивных самолетов. В воде на ультразвуковых частотах порядка нескольких МГц с помощью фокусирующих излучателей получают значение звукового давления до 10 7 н/м 2 . При значительных звуковых давлениях наблюдается явление разрыва сплошности жидкости — кавитация. Звуковое давление следует отличать от давления звука.

3. В чем заключаются конструкционно-строительные мероприятия, названные звукоизоляцией?

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий – совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне.

Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дБ), называется звукоизолирующей способностью . Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100-3200 гц с учетом влияния звукопоглощения изолируемого помещения.

Звукоизоляция от ударного звука (шаги людей, перестановки мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведенного уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учетом звукопоглощения изолируемого помещения.

Для обеспечения необходимой звукоизоляции весьма важно качество строительно-монтажных работ; даже самые незначительные щели, отверстия, трещины в конструкциях резко ухудшают шумоизоляционные свойства последних. При проектировании зданий следует учитывать, что изоляция помещений от внутренних и наружных шумов должна обеспечиваться также правильной планировкой здания, снижением уровня шума от санитарно-технического и инженерного оборудования и рациональными конструкциями ограждений. Наибольший технический и экономический эффект достигается при комплексной защите зданий от шумов.

4. Какие требования по звукоизоляции предъявляют к внутренним стенам?

Внутренние стены и перегородки зданий должны обладать нормативной звукоизолирующей способностью от воздушного звука: междуэтажные перекрытия — от воздушного и ударного звуков. Для повышения звукоизолирующей способности межквартирных стен, а также снижения их массы, вместо однородных конструкций, состоящих из одного материала или из нескольких слоев разнородных материалов, жестко связанных между собой (например, оштукатуренная кирпичная стена и т.п.), возможно применение раздельных конструкций. Их производят со сплошной воздушной прослойкой или слоистыми (в т.ч. комплектные системы), выполненными из отдельных слоев материалов, резко отличающихся по своим физическим свойствам. Звукоизоляция стен, имеющих окна или двери, определяется звукоизоляцией проемов, обычно более низкой, чем звукоизоляция глухой части ограждения.

5. Как повысить шумоизоляцию перекрытий?

Для повышения шумоизоляционных качеств перекрытий или для уменьшения их массы без ухудшения звукоизоляции целесообразно устраивать перекрытия раздельного типа со сплошной воздушной прослойкой или перекрытия с подвесными потолками. Для повышения звукоизоляции от ударного шума сплошных однородных перекрытий применяют полы на упругом основании или на отдельных прокладках из упругих материалов. В последние десятилетия пользуются успехом «плавающие полы».

Рекомендуется также настилать мягкие рулонные полы (например, на тепло- и шумоизоляционной основе). В качестве упругих прокладок под полы используют маты из минеральной или стеклянной ваты, древесноволокнистые плиты и т.п.

Наиболее эффективный способ защиты от шума «сверху» — это борьба с шумом в его источнике, то есть применение на верхних этажах мягких напольных покрытий (ковров, ковролинов и пр.

6. Каковы основные виды и функции звукопоглощающих конструкций?

Звукопоглощающие конструкции – это устройства для поглощения падающих на них звуковых волн. Включают звукопоглощающие материалы, средства их укрепления, иногда — декоративные покрытия. Наиболее распространенные типы — звукопоглощающие облицовки внутренних поверхностей (потолков, стен, вентиляционных каналов, шахт лифтов и т. п.), штучные звукопоглотители, элементы активных глушителей шума.

Звукопоглощающие облицовки применяются для снижения энергии отраженных звуковых волн. Конструкции звукопоглощающих облицовок чаще всего состоят из слоя однородного пористого звукопоглощающего материала (иногда с фактурным слоем) или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного тонкого твердого экрана или покрытия. Эффективность звукопоглощающей облицовки оценивается коэффициентом звукопоглощения (КЗП) в определенном диапазоне частот (октава или 1/3 октавы). Значение КЗП зависит от способа крепления конструкции к ограждению и физических характеристик самой конструкции, главной из которых является комплексное акустическое сопротивление.

Увеличение звукопоглощения на низких частотах достигается утолщением конструкции или устройством воздушной прослойки между конструкцией и ограждением. Для обеспечения почти полного поглощения звука применяются звукопоглощающие облицовки в виде клиньев из звукопоглощающего материала, устанавливаемых перпендикулярно поверхности ограждения.

Штучные звукопоглотители обычно служат для снижения шума от технологического оборудования в производственных зданиях. Они представляют собой конструкции в виде отдельных щитов, конусов, призм и т. п., укрепляемых (подвешиваемых) в помещениях в непосредственной близости от источников шума. Эффективность штучных звукопоглотителей характеризуется значением общего звукопоглощения в м 2 на 1 штучный звукопоглотитель. Благодаря явлению дифракции волн штучные звукопоглотители имеют больший, чем звукопоглощающие облицовки, коэффициент звукопоглощения. Стенки звукопоглотителей обычно выполняются из слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного твердого тонкого листа.

Элементы активных глушителей шума (чаще всего пластины или цилиндры) снижают шумы при распространении потока воздуха или газа; они устанавливаются преимущественно в воздуховодах аэрогазодинамических установок. Пластины могут состоять из однородных пористых звукопоглощающих материалов или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя из перфорированного твердого листа (обычно металла). Эффективность глушителей шума оценивается затуханием звука в децибелах (дБ) на 1 м длины глушителя и зависит от толщины пластин (диаметра цилиндров), их коэффициентом звукопоглощения и расстояния между элементами.

7. Каковы особенности поглощения звука в газах?

Поглощение звука в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в поглощение звука вклад одного порядка величины. В жидкостях поглощение звука в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для поглощения звука существенны объемная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т.е. величина w р = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент поглощения звука обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

8. Каковы особенности поглощения звука в твердых телах?

Поглощение звука в твердых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах — различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твердом теле, такими, как фотоны, электроны, спиновые волны и пр. Величина поглощения звука в твердом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах поглощение звука обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал.

В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., поглощение звука часто зависит от амплитуды звука. Во многих твердых телах при не очень высоких частотах a » w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое поглощение звука при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a » 15 дБ/см при f = 9 Ггц).

В металлах и полупроводниках поглощение звука всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определенных условиях может приводить к «отрицательному поглощению», т.е. к усилению звука . С ростом температуры поглощение звука, как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению поглощения звука. В различных пористых и волокнистых веществах поглощение звука велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции .

9. Что такое порог слышимости?

Порог слышимости, минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть еще воспринят ухом человека. Величину порога слышимости принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2·10 -5 н/м 2 или 2·10 -4 н/м 2 при частоте 1 кГц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и др. звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается, причем повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производятся методами аудиометри

10. Какова основная физическая характеристика уровня звука?

Физической характеристикой уровня звука (а звук в широком диапазоне частот, тонов и обертонов собственно и является шумом) является его сила в децибелах, представляющих собой количество энергии, проносимого волной через площадь в 1 см 2 , перпендикулярно направлению распространения звука, за 1 секунду.

Физиологической характеристикой звука служит уровень его громкости в фонах . Один фон – это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ. Строители для оценки шума кроме децибел используют скорректированные децибелы (дБА), учитывая субъективную оценку шума человеком на разных частотах. 1 дБ = 1 дБА только на звуковой частоте 1000 Гц; чем ниже частота, тем больше разница.

11. Что такое шум?

Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В быту под шумом понимают разного рода нежелательные акустические помехи при восприятии речи, музыки, а также любые звуки, мешающие отдыху, работе. Шум играет существенную роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др.

Шум, независимо от физической природы, отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Часто шум представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания шума применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки шума пользуются усредненными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру шума в источнике и свойства среды, в которой шум распространяется

12. Какими параметрами характеризуются стационарные и нестационарные шумы?

Шум подразделяются на статистически стационарные и нестационарные. Наиболее разработаны теория и методы измерения стационарного шума, классической моделью которого является белый шум.

Стационарный шум характеризуется постоянством средних параметров: интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральная плотность), автокорреляционной функции (среднее по времени от произведения мгновенных значений двух шумов, сдвинутых на время задержки).

Практически ощущаемый шум, возникающий в результате действия многих отдельных независимых источников (например, шум толпы людей, моря, производственных станков, шум вихревого воздушного потока, шум на выходе радиоприемника и др.), является квазистационарным.

Шум, длящийся короткие промежутки времени (меньше, чем время усреднения в измерителях), называется нестационарным. К таким шумам относят, например, уличный шум проходящего транспорта, отдельные стуки в производственных условиях, редкие импульсные помехи в радиотехнике и т.п.

13. В чем заключается вредное воздействие шума на организм человека?

Качественные особенности ощущения при восприятии акустического шума органами слуха и организма в целом зависят от его интенсивности и спектрального состава. Вредное действие шума на организм человека проявляется в специфическом поражении органа слуха и неспецифическими изменениях других органов и систем. Имеют значение характер, уровень, частотный состав, продолжительность воздействия шума и индивидуальная чувствительность к нему.

Продолжительное влияние интенсивного шума может вызвать значительные расстройства деятельности центральной нервной системы, сосудистого тонуса, функций органов желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, а также постепенно развивающуюся тугоухость, обусловленную невритом преддверноулиткового нерва. Для профессиональной тугоухости характерно первоначальное нарушение восприятия высоких частот (4000-8000 гц)

14. Какие разновидности шума выделяются на практике?

Белый шум, шум, в котором звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т.е. в среднем интенсивности звуковых волн разных частот примерно одинаковы, например шум водопада. Название «белый шум» введено по аналогии с белым светом, то есть светом, при разложении которого выделяются все цвета спектра.

Импульсный шум – непостоянный шум, состоящий из одного или ряда звуковых сигналов (импульсов), максимальные уровни звука которого (которых), измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой на 7 дБА и более.

Непостоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни звука которого, измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187 различаются между собой на 7 и более дБА.

Постоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни которого, измереные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой менее чем на 7 дБА.

Проникающий шум – шум, излучаемый вне данного помещения и проникающий в него через ограждающие конструкции, системы вентиляции, водоснабжения и отопления.

Тональный шум – шум, в спектре которого имеются слышимые дискретные тона. Тональный характер шума устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

15. Каким образом измеряют характеристики шума?

Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др. Источниками акустически слышимого и неслышимого шума могут служить любые колебания в твердых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума — различные двигатели и механизмы. Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Точность изготовления деталей, их подгонка и динамическое уравновешивание всех движущихся частей приводят к ослаблению шума и, как правило, ведут к уменьшению износа деталей, к увеличению срока их службы и точности работы.

16. В чем заключается принцип действия шумомера?

Шумомер – прибор для объективного измерения уровня шума. Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор — индикатор. Общая схема выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха.

Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в шумомере имеются три комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости (А)

40 фон (используется в диапазоне 20-55 фон), В — средней громкости

70 фон (55-85 фон) и С – большой громкости (85-140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30-8000 гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в децибелах с пометкой А, при любой громкости. Величиной уровня звука в дБ (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте.

Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50-60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отдельных звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2·10 -5 н/м 2) по одной из 3-х шкал – А, В или С.

Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

17. Каковы уровни громкости различных источников шума?

Таблица 1

Уровни громкости источников шума

Источник звука

Уровни звука, дБА

Шелест листьев при слабом ветре

Тихая сельская местность; тишина в аудитории

Легковой автомобиль на расстоянии 1 км

Проход кабины лифта

Шелест листьев при тихом ветре

Шепот на расстоянии 0,3 м (1 м)

Железная дорога, трамвай

Металлорежущие или ткацкие станки на рабочем месте

Магистральная улица на расстоянии 7,5 м

Звук автомобильного сигнала; отбойный молоток на расстоянии 1 м

Домашний кинотеатр на полную мощность

Выступление поп-аркестра на расстоянии 1 м

Взлет реактивного самолета на расстоянии 100 м

Начало болевых ощущений в ушах

Иногда шум регистрируют на некотором расстоянии от источника.

18. Каким образом можно снизить уровень шума?

Уровень шума – обобщенное название измеряемой или рассчитываемой величины, характеризующей звуковое поле. Под уровнем шума следует понимать в зависимости от задач измерений уровень звука, эквивалентный уровень звука, максимальный уровень звука, октавный (или третьоктавный) уровень звукового давления, октавный (или третьоктавный) эквивалентный уровень звукового давления.

Устраняют или ослабляют причины, порождающие шум на месте его образования; предотвращают его распространение от источников шума, используя местную звукоизоляцию шумящих узлов машин, амортизацию и звукопоглощение, ослабляющее шум за счет снижения отражений от ограждающих конструкций, облицовываемых звукопоглощающими пористыми материалами; уменьшают аэродинамический шум (выхлоп, шум в воздуховодах и т.д.), устраняя причины вихреобразования, звукоизолируя воздуховоды и применяя глушители.

Шумозащита , это комплекс мероприятий (технических, архитектурно-планировочных, строительно-акустических и др.), осуществляемых для защиты от шума и ограничения его уровня в помещениях, зданиях и на территории населенных мест в соответствии с требованиями санитарных норм. Эффективная шумозащита в значительной мере способствует повышению степени благоустройства населенных мест, оздоровлению условий быта, труда и отдыха населения.

Шум определяется как беспорядочное сочетание различных звуков, обладающих тонами различной силы и частоты. Уровни шума подлежат измерению в величинах, способных выразить степень производимого звукового давления. Такие единицы измерения уровня шума связывают с именами двух физиков – Александра Белла и Генриха Герца.

Белами, а чаще децибелами, выражается относительная громкость звука. По своей сути, децибел представляет собой десятикратный логарифм отношения интенсивности существующей звуковой энергии к ее значению. Он не является непосредственно единицей измерения, а именно выражением отношения.

Измеримая характеристика звука – количество заключенной в нем энергии. То есть интенсивность его как потока этой энергии. Именно поэтому количественной характеристикой выступает, например, выражение в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Однако получаемые величины относительно эталонного уровня 10−12 Вт/м2 столь малы и непонятны большинству обывателей, что 1 бел, был «принят» для выражения получаемых отношений. Например, уровень шума реактивного самолета составляет порядка 13 бел или в более мелких величинах – 130 децибел (дБ). Для человеческого уха нормальный диапазон шумов определяется границами от 20 до 120 децибел. При звуках выше этого уровня человек может получать серьезные травмы барабанной перепонки и контузии. А 160 дБ могут оказаться смертельными.

Все люди сталкиваются с жилищно-бытовыми шумами. Они складываются из непосредственно возникающих в помещении и проникающих из вне. В целях охраны здоровья и нормального состояния граждан приняты нормы допустимого проникающего шума. Это 40 дБ днем и 30 – ночью. Средние показатели единиц уровня измерения шума доказывают, что примерно в 80% случаев даже при нормальной работе радио и телевизора, разговорах, проникающий из соседних квартир шум держится на уровне 40-45 дБ, а звуки из подъезда (движение лифта, хлопки дверей) достигают 60 дБ.

Помимо интенсивности звука, человеческое ухо чувствительно к шумовым колебаниям. Герц — единица Си частоты, равновеликая частоте происходящего периодического процесса, при котором за 1 секунду происходит один цикл такого периодического процесса (то есть 1 колебание). Поэтому для объективной характеристики необходимо использовать обе эти единицы измерения уровня шума. Слуховой аппарат человека более чувствителен к колебаниям, создаваемым высокими частотами, чем низкими. Но в производственных и жилищно-бытовых условиях, любой находится под воздействием всего спектра. В связи с этим, при проведении сравнения уровня громкости звука, необходимо помимо характеристики силы и интенсивности звука в децибелах указывать также и частоту колебаний в секунду.

Для измерения звука используется децибел .

Это относительная логарифмическая единица измерения величин, связанных с интенсивностью звука (мощности, амплитуды, напряжения или тока сигнала, усиления/ослабления и т. п.). Чувствительность слуха носит логарифмический характер – нарастание интенсивности в виде степенной функции воспринимается на слух как линейное увеличение громкости, поэтому в ряде случаев удобнее пользоваться логарифмическими, а не линейными единицами. Десятичный логарифм отношения некоторой величины к ее эталонному значению – lg (X /X Э) – называется белом (Б), а его десятая часть – lg (X /X Э) / 10 – децибелом (дБ). Измерение в децибелах удобно еще и тем, что человеческое ухо различает относительное изменение интенсивности примерно на 1 дБ.

При измерениях абсолютной интенсивности звука (Вт/м 2) за эталонное значение принимается уровень порога слышимости для синусоидального сигнала с частотой 1 кГц – 10 в степени –12 (10 –12) Вт/м 2 . При этом порог слышимости определяется интенсивностью 0 дБ, а интенсивность, при которой начинаются болевые ощущения (болевой порог) – около 140 дБ. Интенсивность тихого шепота – около 35 дБ, громкого голоса – около 95 дБ,forte fortissimo оркестра – около 100 дБ, оркестрового тутти (звучания всех инструментов) – около 120 дБ.

При измерениях величин, с которыми интенсивность связана квадратичной зависимостью – напряжения, тока и звукового давления – в выражении для децибела множитель 10 меняется на 20 (двойка выносится из логарифма отношения квадратов).

При измерениях относительных величин за эталонный уровень принимается какое-либо значение величины. Например, при оценке усиления за него принимается единичное усиление (пропускание сигнала без изменения), равное 0 дБ. При этом 60 дБ соответствует усилению в 1000 раз (60 = 20lg 1000), а –20 дБ – ослаблению в 10 раз. Для описания характеристик усилителей и фильтров применяется также единица «децибел на октаву» (дБ/окт), показывающая изменение усиления при изменении частоты в два раза.

В акустике принято измерять громкость в дБ SPL (Sound Pressure Level ). Удвоение интенсивности звука приводит к увеличению уровня интенсивности на 3 дБ.

Выражая уровень звукового давления в децибелах, следует помнить, что при увеличении давления вдвое прибавляется 6 дБ.

Существуют разновидности измерений: dBA ,dBB ,dBC ,dBD – опорные уровни выбраны по частотным характеристикам «весовых фильтров» в соответствии с кривыми равной громкости.

Децибел акустический

Единица измерения уровня шума с наложенным на измеритель фильтром, учитывающим особенность восприятия шума слуховым аппаратом человека (нелинейность частотной характеристики уха). Величина дБА – уровень звукового давления, измеренный в дБ при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, снижающую чувствительность устройства на низких и очень высоких частотах для того, чтобы точнее имитировать чувствительность человеческого уха и получать отсчеты, дающие некоторые указания на громкость, неприятное действие или приемлемость звука. Значение дБА обычно на 10 единиц превосходит эквивалентное значение нормировочного индекса шума для данного звука.

В цифровой обработке понятие дБ считается от нуля и вниз, в область отрицательных значений. Ноль – максимальный уровень, представимый цифровой схемой.

В dBFS (Full Scale – «полная шкала») – опорное напряжение соответствует полной шкале прибора; например, «уровень записи составляет −6dBFS ». Для линейного цифрового кода каждый разряд соответствует 6 дБ, и максимально возможный уровень записи равен 0dBFS .

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector