Физические характеристики шума

Звуковыми (акустическими) называют распространяющиеся в среде упругие волны с частотами 16–20000 Гц. Колебания с частотами
ν < 16 Гц называют инфразвуковыми, ν > 20 кГц – ультразвуковыми.

Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем.

Звуковое давление – разность между мгновенным значением давления и средним давлением за определенный промежуток времени (рис. 4).

Рис. 4. Звуковое давление:
Р – давление; Рмг – мгновенное давление; Рср – среднее давление;
Рзв – давление звуковой волны

Человек воспринимает не мгновенное значение давления, а его среднеквадратичное:

(3.1)

где Т_ус – время усреднения.

Поток энергии (I) – энергия, переносимая распространяющейся волной через единицу площади за единицу времени. Вектор потока энергии направлен в сторону распространения волны и носит название вектора Умова. Величина потока энергии измеряется в Вт/м² и для звукового поля называется интенсивностью звука или силой звука.

Интенсивность и звуковое давление связаны зависимостью:

, (3.2)

где р – звуковое давление; ρ – плотность среды, кг/м³; с – скорость распространения звука в среде.

Звуковые волны распространяются с определенной скоростью.

Скорость распространения звука в различных средах различна.
В твердых телах могут распространяться упругие колебания двух типов: продольные и поперечные. В изотропных твердых телах скорости этих двух типов колебаний равны соответственно:

, (3.3)

, (3.4)

где Е – модуль упругости, Па; G – модуль сдвига, Па; ρ – плотность, кг/м³.

В жидкостях могут распространяться только продольные звуковые волны сжатия и разрежения. Их скорость выражается формулой:

, (3.5)

где K – модуль сжатия жидкости, Па.

Скорость распространения звука в идеальном газе определяется выражением:

, (3.6)

где – показатель адиабаты; С_Р и С_V – теплоемкость газа при постоянном давлении и постоянном объеме; р – статическое давление среды, Па; R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К; Т – термодинамическая температура газа, К; μ – молярная масса газа, кг/моль.

Для одноатомных газов γ = 1,67, а для многоатомных приближается к 1. Для воздуха γ = 1,41.

Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от частоты.

По закону Вебера-Фехнера, с ростом интенсивности звука громкость возрастает по логарифмическому закону. На этом основании вводят объективную оценку громкости звука по измеренному значению его интенсивности – уровень интенсивности:

, (3.7)

где I – текущее значение интенсивности звука; I = 10^–12 Вт/м² – пороговая интенсивность звука.

С учетом формулы (3.2) введена аналогичная величина для давления – уровень звукового давления:

(3.8)

где р и р ₀ – соответственно текущее и пороговое значение звукового давления, Па; р ₀ = 2·10^–5 Па.

Уровни интенсивности и звукового давления измеряются в децибелах (дБ).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: