1.2. Основы акустики. Основные свойства звука

Звук вызывается колебаниями давления в воздухе, которые возникают обычно при возвратно-поступательном движении каких-либо тел или их поверхностей, передающих соответствующие колебательные движения воздуху. Могут быть и другие причины возбуждения звуковых колебаний, например турбулентность высокоскоростного потока воздуха. Колебания давления воздействуют на нервные окончания уха, которые в свою очередь передают информацию в мозг.

Передача давления характеризуется двумя основными факторами: изменением давления и скоростью, с которой оно меняется. Давление измеряется в паскалях (Па).

Кроме того, могут применяться и другие единицы, например миллибар (мбар). Одно отклонение от среднего значения давления вверх до максимума, возвращение вниз через среднее значение к минимуму и назад к среднему значению давления называется периодом колебания. Число этих периодов в секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц).

Применяется также выражение «цикл в секунду (цикл/с)». Это означает, что единицей времени является секунда, в то время, как частота вращения машины дается обычно в оборотах в минуту (об/мин). Частота главного двигателя, имеющего 120 об/мин, равна 2 Гц. Она неслышима, так как находится в инфразвуковом диапазоне частот.

Скорость распространения звука, частота и длина волны.

Скорость распространения звука в воздухе при комнатной температуре приблизительно равна 340 м/с. При других температурах скорость звука с, м/с, может быть определена по формуле, м/с:

(1.1)

t – температура воздуха, °С.

Длина звуковой волны, м,

(1.2)

– частота звука, Гц.

Звуковое давление и звуковая мощность

Среднеквадратичное значение (СКЗ) звукового давления. Мгновенное звуковое давление колеблется относительно среднего значения. Переменное звуковое давление принято оценивать эффективным значением, эквивалентным среднеквадратичному значению давления, которое обозначается символом р. Оно используется для расчета интенсивности звука.

Интенсивностью звука называется поток звуковой энергии, проходящий через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения плоской звуковой волны, Вт/м²:

(1.3)

где р — плотность воздуха, кг/м³;

с — скорость звука, м/с.

Уровень звука.

На основании опытных данных установлено, что в среднем у человека предел чувствительности (порог слышимости) равен приблизительно 0,00002 Па (на частоте 1 кГц). Более слабый звук услышать невозможно. Звуковое давление 20 Па считается болевым порогом, при котором интенсивность звука такова, что она может за короткое время вызвать повреждение органов слуха. Для сравнения скажем, что нормальное статическое атмосферное давление равно 100 кПа.

Таким образом, можно представить, следующую шкалу:

атмосферное давление — около 1 бар = 100 кПа;

болевой порог — около 200 мбар (СКЗ) = 20 Па (СКЗ);

порог слышимости — около 0,0002 мбар (СКЗ) = 0,00002 Па (СКЗ).

Эти величины представляются в логарифмическом масштабе. Логарифмический масштаб дает возможность лучше отразить огромный диапазон колебаний (10⁶). Кроме того, его желательно использовать, потому что чувствительность уха также подчиняется логарифмической закономерности. Но поскольку оперировать с логарифмами не всегда удобно, целесообразно принять масштаб, у которого отсчет начинается с нуля и соответствует порогу слышимости. Поэтому была введена единица децибел (дБ). Она является функцией отношения интенсивности звука I к интенсивности звука на пороге слышимости I

Уровень интенсивности звука, дБ,

(1.4)

где

Таким образом, уровень интенсивности звука 0 дБ соответствует порогу слышимости.

Для определения интенсивности звука производится измерение звукового давления. Но поскольку интенсивность пропорциональна квадрату давления, уровень звукового давления, дБ, называемый часто уровнем шума, может быть выражен

(1.5)

где = 0,00002 — нулевой порог, Па.

Если по этому выражению вычислить болевой порог, который, как упоминалось выше, равен примерно 20 Па, то получится 120 дБ. Всегда следует помнить, что децибел является логарифмической величиной. Это означает, что непосредственного числового сложения или вычитания уровней в децибелах производить нельзя. Эти операции могут быть выполнены только логарифмически, за исключением особых случаев.

Частота. Полосы частот.

Другой величиной, характеризующей звук, является частота. Установлено, что ухо человека может воспринимать колебания с частотами от 15 Гц до 15 кГц, т. е. в очень широком диапазоне колебаний, отношение которых составляет 1:1000. Поэтому для частот также используется логарифмическая шкала, например при графическом изображении спектров шума.

Таблица 1.1 – Рекомендуемые центральные частоты

Номер октавной полосы	Центральная частота полосы, Гц		Номер октавной полосы	Центральная частота полосы, Гц		Номер октавной полосы	Центральная частота полосы, Гц
	юоктав-ной	1/3-октав- ной		юоктав-ной	1/3-октав- ной		юоктав-ной	1/3-октав- ной
31,5		25 31,5 40	4	2250	200 250 315	7	22000	1600 2000 2500
63		50 63 80	5	5500	400 500 630	8	44000	3150 4000 5000
125		100 125 160	6	11000	800 1000 1250	9	88000	6300 8000 10000

1.3. Предельные величины допустимых уровней шума на судах (согласно действующих правил «Санитарные нормы шума на морских судах №2498-81»).

Предельные величины допустимых уровней шума в различных помещениях судна представлены в таблице 2

Таблица 1.2 – Предельные величины допустимых уровней шума на судах

Наименование помещений и мест работы и отдыха	Уровни звукового давления дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, гц								Эквивалентные уровни звука L A дБА
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Энергетическое отделение
1. С постоянной вахтой	99	92	86	83	80	78	76	74	85
2. Периодически обслуживаемое (при дистанционном управлении из ЦПУ)	107	100	96	93	90	88	86	85	85
3. С безвахтенным обслуживанием (для судов оборудованных средствами комплексной автоматизации управления механизмами)	111	105	100	97	95	93	91	90	85
4.Центральный пост управления энергетической установкой (ЦПУ)	83	74	68	63	60	57	55	54	65
Производственные помещения
5. Расположенные в энергетическом отделении	99	92	86	83	80	78	76	74	85
6. Расположенные вне энергетического отделения	87	79	72	68	65	63	61	59	70
7. рабочие места на открытых палубах и в трюмах	87	79	72	68	65	63	61	59	70
Служебные помещения
8. Судов 1 и 2 категорий	75	66	59	54	50	47	45	44	55
9. Судов 3 и 4 категорий	79	70	63	58	55	52	50	49	60
10. Крылья ходового мостика	79	70	63	58	55	52	50	49	60
Общественные помещения
11. Пассажирские салоны судов 3 и 4 категорий	83	74	68	63	60	57	55	54	65
12. Помещения для любительских занятий и занятий спортом	83	74	68	63	60	57	55	54	65
13. Рестораны и буфеты	79	70	63	58	55	52	50	49	60
14. Остальные общественные помещения	75	66	59	54	50	47	45	44	55
15. Зоны отдыха	79	70	63	58	55	52	50	49	60
Жилые помещения
16. Судов 1 категории	67	57	49	44	40	37	35	33	45
17. Судов 2 категории	71	61	54	49	45	42	40	38	50
18. Судов 3 категории	75	66	59	54	50	47	45	44	55
Судов 4 категории	79	70	63	58	55	52	50	49	60
Помещения медицинского назначения
20. Санитарная каюта, амбулатория, операционная стационар, изолятор	67	57	49	44	40	37	35	33	45
21. Остальные помещения медицинского назначения	71	61	54	49	45	42	40	38	50