Основные параметры авиационного шума и его нормирование

Для количественной оценки шума пользуются усредненными акустическими параметрами, определяемыми на основании статических законов, учитывающих структуру шума и свойства среды, в которой он распространяется.

Принято оценивать шум тремя основными параметрами: силой звука, спектром шума и воспринимаемым шумом.

Сила звука определяется уровнем акустической (звуковой) мощности, звуковым давлением и уровнем звукового давления.

Уровень звуковой мощности в децибелах L_W=10ln(W/W₀), где W - полная звуковая мощность источника, Вт; W₀=10^-12 Вт – условная величина, принятая для сравнения и являющаяся наименьшим пороговым значением.

Звуковое давление - избыточное по отношению к атмосферному среднестатистическое давление, порождаемое звуковыми волнами: p_зв=(J_зв/r₀a₀)^0,5, где J_зв - интенсивность (сила) звука, Вт/м²; /r₀ и a₀ - плотность атмосферного воздуха и скорость звука в нем. Приборы, применяемые при акустических измерениях, воспринимают звуковое давление и измеряют его в определенных полосах частот, выделяемых с площадью частотных фильтров.

Уровень звукового давления (уровень интенсивности звука) в децибелах L=20lg(р_зв/р_зв0)=10lg(J_зв/J_зв0), где J_зв0=10^-12 Вт/м и р_зв0=2^.10^-5 Па - минимальные значения интенсивности звука и звукового давления, соответствующие порогу слышимости. Из формулы видно, что увеличение уровня звукового давления примерно на 3 дБ означает удвоение силы звука. Верхний, «болевой» порог восприятия звука ухом человека зависит от частоты звука и соответствует J - 100 Вт/м² или L - 140 дБ. При шуме более 80 дБ рекомендуется использовать защиту органов слуха. Распространение звука в дальнем звуковом поле, где влияние конечных размеров и форм излучателя звука на характеристики звукового поля несущественны, определяется соотношением L=L₁-20lg(r/r₁)-А, где L – известный уровень звукового давления на заданном расстоянии r₁; А - дополнительное ослабление звука в атмосфере в результате поглощения звука воздухом, туманом, дождем, снегом, растительностью, стенами и др. Из формулы видно, что для идеальной среды (А=0) уровень интенсивности звука при удвоении расстояния уменьшается примерно на 6 дБ.

Спектр шума - распределение уровня интенсивности звука но частоте. Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частоты от 16 до 2^.10⁴ Гц. При определении спектра шума двигателя весь диапазон частот разделяют на отдельные полосы, соответствующие октаве или ее 1/3. Октавой называется интервал между частотами, отличающимися в два раза: f₂=2f₁. Для 1/3 октавы соотношение между конечной частотой полосы и начальной будет . В качестве стандартного используется 1/3-

октавный спектр в диапазоне средних частот f_ср=50...10 000 Гц, включающий 24 полосы. Измеряют средние уровни звукового давления в каждой отдельной частотной полосе, относя их к среднегеометрическим частотам. В результате получают спектры шума двигателя (рис. 7.8), имеющие, как правило, непрерывную основу (широкополосный или «белый» шум) 1 с наложенными на нее пиками интенсивности 2 в области средних частот, связанными с работой лопаточных машин (дискретные составляющие или тональный шум). Общий уровень звукового давления равен сумме относительных величин силы звука в каждой из n рассматриваемых частотных полос спектра: .

Воспринимаемый шум оценивает качественные особенности субъективных ощущений акустического шума органами слуха и организмом человека. Воспринимаемый шум зависит не только от силы звука, но и от спектра шума и продолжительности его действия.

Частотный состав шума учитывается системой оценки PNL, в которой уровень воспринимаемого шума выражается в специальных единицах - PN дБ, учитывающих различное раздражающее действие авиационного шума разной частоты. На рис. 7.9 показана полученная опытным путем зависимость, связывающая уровень звукового давления L с уровнем равного воспринимаемого шума в PN дБ при разных частотах. Видно, что наиболее чувствительно ухо человека к частотам 3 000...5 000 Гц. Они самые неприятные для человека. Лучше воспринимаются звуки низких частот. Одинаково воспринимается звук с f~100 Гц и L=107 дБ и звук с f~4 000 Гц и L»90 дБ. несмотря на то, что их интенсивности отличаются в десятки раз. По измеренным в каждой из 24 полос стандартного 1/3-октавного спектра уровня звукового давления L согласно графикам, аналогичным приведенным на рис. 7.9, определяют уровень воспринимаемой шумности в отдельных полосах спектра PNL_i, а затем уровень суммарной воспринимаемой шумности по формуле PNL_S=0,85PNL_max+0,15 , где PNL_max - наибольшая из 24 значений PNL_i. Величины PNL численно совпадают с уровнем звукового давления L на кривых равной шумности при f=1 000 Гц. Увеличение уровня воспринимаемого шума на 10 PN дБ физиологически соответствует удвоению его раздражающего действия.

Продолжительность воздействия и дискретные составляющие шума совместно с частотным составом шума учитываются системой оценки EPNL, в которой эффективный уровень воспринимаемого шума выражается в EPN дБ, установленных ГОСТ 17229-85.

Система EPNL используется для нормирования максимально допустимых уровней авиационного шума на местности.

Воздействию авиационного шума (90 PN дБ и выше) при взлете и посадке подвергаются значительные районы (до ста квадратных километров) в окрестности взлетно-посадочной полосы аэродрома. Например, обычный уровень городского шума в промышленном районе с интенсивным движением равен 85 PN дБ, а в жилом районе днем – 65 PN дБ.

Размеры зоны воздействия авиационного шума в основном зависят от типа двигателей, их тяги, расположения на самолете, траекторий набора высоты или посадки, режимов использования двигателей. Основной источник авиационного шума - двигатель, однако иногда аэродинамический шум планера может быть соизмерим с шумом двигателя вследствие большой механизации крыла или интенсивных эволюции в полете.

Максимально допустимые уровни авиационного шума самолета являются его характеристикой. Эти уровни не должны превышаться, если самолет получил сертификат летной годности. Максимально допустимые уровни шума реактивных самолетов на местности устанавливаются требованиями стандарта ИКАО по шуму и ГОСТов.