2.3.3. Характеристика основных параметров шума
Основными параметрами, характеризующими шум как физический про- цесс, являются звуковое давление, частота, интенсивность, скорость распространения звука.
Звуковым давлением Р называют разность между давлением максимального сгущения среды, в которой происходит распространение звука, и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде. Единицей измерения звукового давления служит паскаль.
Частота звука - число полных колебаний за 1 секунду. Человек способен воспринимать органом слуха колебания с частотой от 20 до 20000 Гц. Ниже 20 Гц находится область инфразвука, а выше 20 кГц - область ультразвука, не слышимые человеком. Наибольшей чувствительностью человек обладает к звукам частотой от 800 до 4000 Гц.
Частотный состав шума характеризует его спектр, т.е. совокупность входящих в него частот. Если в составе шума преобладают звуки с частотой колебаний ниже 400 Гц, то шум относят к низкочастотному, при преобладании звуков с частотой в диапазоне 400-1000 Гц - к среднечастотному, свыше 1000 Гц - к высокочастотному.
Распространение звуковой волны сопровождается переносом энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения звуковой волны, называется интенсивностью, или силой звука в данной точке. Единица измерения интенсивности - Вт/м2.
Интенсивность звука и звуковое давление связаны следующим соотношением:
где - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, кг/м3; с - скорость распространения звука в данной среде, м/с.
Произведение .с называют акустическим сопротивлением среды, которое характеризует звукоизолирующие свойства материалов.
Скорость распространения звука в газообразной среде с определяется по формуле
,
где - показатель адиабаты; Рст - давление газа, Па; г- плотность газа, кг/м3.
В воздухе при нормальных условиях скорость распространения звука равна 344 м/c, при повышении температуры увеличивается примерно на 0,71 м/с на каждый градус.
Для оценки воздействия шума на организм человека необходимо учитывать особенности восприятия звука органом слуха.
Минимальная величина звуковой энергии, способная трансформироваться в нервный процесс, т.е. воспринимаемая ухом человека как звук называется порогом слышимости или слуховым порогом и составляет 10-12 Вт/м2. Звуковое давление, соответствующее этой величине, равно 2.10-5 Па. Высший предел, при котором воспринимаемый звук вызывает болевое ощущение, соответствует силе звука 102 Вт/м2, звуковому давлению 2 102 Па.
Орган слуха различает не разность, а кратность изменения абсолютных величин звукового давления (или интенсивности), т.е. обладает ступенчатостью восприятия. Установлено, что каждая последующая ступень восприятия отличается от предыдущей на 12,4 %, поэтому для физиологической оценки шума принята шкала логарифмических единиц, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием. По этой шкале увеличения интенсивности звука в 10, 100, 1000 раз соответствуют возрастанию на 1, 2, 3 единицы (lg 10 = 1; lg 100 =2; lg 1000 = 3). Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, в акустике называется белом (Б).
Преимуществом логарифмической шкалы измерений является также и удобство пользования ею, так как весь огромный диапазон звукового давления (от 2.10-5 до 2.102 Па) и интенсивности (от 10-12 до 102 Вт/м ) в этой шкале укладывается в 130-140 Б. На практике пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей - децибелом (дБ), которая соответствует примерно минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Логарифмические единицы позволяют оценивать звук не абсолютной величиной звукового давления или интенсивности, а их уровнем, т.е. отношением фактического давления или интенсивности к давлению и интенсивности, принятыми за единицу сравнения. Такой единицей принято считать минимальное давление 2.10-5 Па или минимальную интенсивность 10-12 Вт/м2 на частоте 1000 Гц.
Уровень звукового давления
дБ,
где Ро = 2 10-5 Па.
Уровень интенсивности звука определяют по формуле
дБ,
где Iо = 10-12 Вт/м2.
Оценка шума по уровню звукового давления не всегда достаточна, она справедлива лишь для принятого стандартного звука частотой 1000 Гц. Звуки, имеющие одну и ту же интенсивность, но разную частоту, на слух воспринимаются как разногромкие. Поэтому для сравнения между собой различных по частотному составу звуков в отношении их громкости используют единицы громкости - фоны. Громкость звука силой в 1 дБ при частоте 1000 Гц равна 1 фону. Есть и другая единица уровня громкости - сон. Соотношения между фоном и соном такие: 40 фон = 1 сон, 50 фон = 2 сона, 60 фон = 4 сона и т.д., т.е. с увеличением уровня громкости на 10 фонов уровень громкости в сонах возрастает в 2 раза.