Характеристики звуковой волны

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой λ. Измеряется в единицах расстояния (метры, сантиметры и т. п.). Величина , обратная длине волны, называется волновым числом и имеет смысл пространственной частоты.

Получить соотношение, связывающее длину волны с фазовой скоростью (c) и частотой (f) можно из определения. Длина волны соответствует пространственному периоду волны, то есть расстоянию, которое точка с постоянной фазой проходит за время, равное периоду колебаний T, поэтому:

Пери́од колеба́ний — наименьший промежуток времени, за который система совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно).

Частота́— физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени. Стандартные обозначения в формулах — υ, f или F. Единицей частоты в Международной системе единиц (СИ) в общем случае является герц (Гц, Hz).

Окта́ва (от лат. octava — восьмая) — звуковой интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный звуковой интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте.

При рассмотрении вопросов охраны труда обычно пользуются октавными полосами частот, средние значения которых соответствуют диапазону слышимых звуков и составляют стандартный ряд (16), (31,5), 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (16000) Гц. В скобках показаны частоты, в которых шум, как правило, не нормируют, хотя они лежат в слышимом диапазоне частот.

Частотный состав шума характеризует его спектр. Спектром шума называют зависимость уровня звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос. Спектр можно представить либо в виде таблицы, либо графически в виде ломаной линии. В качестве средней частоты октавной полосы принимают среднегеометрическую частоту:

где и - крайние частоты полосы.

Спектр, а, следовательно, и шум, которому он соответствует, может быть низкочастотным(максимум уровня звукового давления находится в области частот ниже 300 Гц), среднечастотным(область частот от 300 до 800 Гц) и высокочастотным(область частот более 800 Гц).

Звук с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а с частотами выше 20 кГц — ультразвуком. Эти звуки не слышимы для человека.

Шум называют тональным, если в нем прослушивается звук определенной частоты. В противном случае он будет широкополосным. Пример тонального шума — сигналы локомотивов, а широкополосного — шум водопада, шум подвижного состава.

Важной характеристикой звукового (шумового) поля (т. е. области пространства, в которой наблюдается шум), помимо звукового давления и частоты, является интенсивность звука Она представляет собой поток энергии, переносимой звуковыми волнами в единицу времени через площадку единичной площади, ориентированную перпендикулярно направлению звукового луча. Интенсивность звука — векторная величина, измеряемая в ваттах на метр квадратный (Вт/м²). С точки зрения охраны труда интерес представляет лишь средняя во времени величина интенсивности.

Звуковое давление - переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.

Интенсивность и звуковое давление р связаны между собой соотношением:

где — средний квадрат звукового давления. Па²;

р — плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м³;

С — скорость звука в данной точке среды, м/с.

Для воздуха независимо от атмосферного давления: , где Т— абсолютная температура воздуха, К.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле (в дБ):

где — стандартное пороговое значение интенсивности, Вт/м².

Величина выбрана такой, что при нормальных атмосферных условиях (t = 20°С, р = 1,2 кг/м³) уровень звукового давления L и уровень интенсивности L₁ численно равны друг другу. Равенство этих величин упрощает акустические расчеты.

Если в данную точку пространства приходят некогерентные звуковые, волны (т.е. волны, фазы которых в разные моменты времени отличаются друг от друга) с уровнями звукового давления L_i, то уровень звукового давления суммарного звука составит (в дБ):

где n — общее число независимых слагаемых уровней.

Эта формула соответствует условию, что интенсивности всех некогерентных источников складываются: I=I₁+I₂+…I_n.

Поэтому, если имеется т одинаковых источников, каждый из которых создает в данной точке уровень звукового давления L_i, суммарный уровень будет рассчитываться по формуле: .

Например, если один источник создает уровень L₁ = 73 дБ, то 100 источников создадут уровень L = 73 + 10∙lg100 = 93 дБ.

Удвоение числа источников каждый раз увеличивает уровень на 3 дБ.

Измерения шума проводят для контроля соответствия фактических его уровней на рабочих местах установленным нормам, для оценки шумового режима в помещениях, разработки мероприятий по снижению шума и оценки их эффективности.