Фізичні характеристики

Стандартного визначення поняття шуму немає. Під шумом ми розуміємо несприятливе поєднання різних за частотою і силою звуків, які впливають на організм людини і заважають їй працювати і відпочивати.

З фізичної точки зору звук являє собою розповсюдження коливальних рухів часток пружного середовища.

Звук або шум виникає при механічних коливаннях у твердих тілах, рідких і газоподібних середовищах. Звуки, що передаються будівельними конструкціями, називаються структурними, а ті, що поширюються в повітряному середовищі, прийнято називати повітряним шумом.

Звукові коливання будь-якого середовища виникають, коли порушується його стаціонарний стан під впливом збудженої сили. Частки середовища коливаючись відносно положення рівноваги, створюють хвилі звукових пружних деформацій – це і є звукове поле. Воно характеризується звуковим тиском P, коливальною швидкістю V, інтенсивністю I і частотою f.

¨Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску і середнім значенням тиску, котрий спостерігається в середовищі при відсутності звукового поля.

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей, температури і щільності середовища, в якому вони поширюються. Так, наприклад, швидкість руху в повітрі при температурі 20°С приблизно дорівнює 344 м/с, в сталі 5000 м/с, в бетоні 4000 м/с за температури 0°С.

В наш час майже всі чули про децибели, але майже ніхто не знає, що це таке. Свою назву децибел отримав на честь Олександра Грейама Белла – винахідника телефону.

Децибел не тільки не є одиницею виміру звуку, він взагалі не являється одиницею виміру, в усякому разі в тому сенсі, як наприклад, вольти, метри, грами і т.і. Якщо завгодно, в децибелах можна виміряти навіть довжину волосся, чого ніяк не можна сказати у вольтах. Напевно, це звучить дещо дивно, але спробуємо це пояснити. Ніхто ж не здивується, якщо сказати, що відстань між Києвом та Івано-Франківськом (599 км) в 4 рази більше ніж відстань між Києвом та Чернівцями (151 км), тобто можна виразити будь-яку відстань, порівнюючи її з відстанню між Києвом та Чернівцями.

Але це не позначає, що відстань від Києва до Івано-Франківська – 4 одиниці. Наведений вище приклад лише демонструє відношення певних величин.

Одна із характеристик звуку, яку вимірюють - це кількість закладеної в ньому енергії; тобто інтенсивність звуку, в будь-якій точці можна виміряти як потік енергії, що приходиться на одиницю площі і виражається у Вт/м².

¨Інтенсивність звуку – це енергія, яка переноситься звуковою хвилею через поверхню 1м² перпендикулярно напрямку поширення звукової хвилі за 1 секунду.

При спробі записати в цих одиницях інтенсивність звичайних шумів одразу виникають труднощі, так як інтенсивність найбільш тихого звуку, що доступний для людини, дорівнює приблизно 0,000 000 000 001 Вт/м² (10^-12 Вт/м²). Один з найбільш гучних звуків, з яким зустрічається людина -це гуркіт реактивного літака, на віддалі 50 м його інтенсивність складає 10 Вт/м². А на відстані 100 м від запуску ракети ”Сатурн” 1000 Вт/м². Зрозуміло, що оперувати такими числами, що визначають інтенсивність звуку дуже важко (дуже великий діапазон).

Намагаючись знайти більш зручний спосіб для відображення інтенсивності звуку його представляють у вигляді відношень, прийнявши за еталонну інтенсивність величину 10^-12 Вт/м². Наприклад, шум реактивного літака в 10¹³ разів перевищує наш еталон, тобто еталон необхідно 13 разів помножити на 10. Якщо позначити однократне збільшення у 10 разів як бел, то отримаємо “одиницю” для відображення цього відношення. Тоді рівень шуму реактивного літака буде відповідати 13 белам.

Белл – це десятковий логарифм відношення інтенсивності звуку в даній точці І до еталонної інтенсивності І₀.

Белл - це дуже велика одиниця, слуховий апарат людини здатен сприймати зміну рівня сили звуку в 10 разів меншу за Белл, тому в практиці акустичних вимірювань і розрахунків користуються значенням 0,1Б, що отримала назву децибел. Таким чином, інтенсивність шуму реактивного літака буде дорівнювати 130 дб.

Мінімальний звуковий тиск Р₀=2*10^-5 Па і мінімальну інтенсивність звуку І₀=10^-12 Вт/м² називають абсолютним порогом, а звуковий тиск, що спричиняє біль, Р=2*10² Па, називають больовим порогом.

¨Здатність робочих матеріалів і конструкцій поглинати звукову енергію характеризується коефіцієнтом звукопоглинання a, який дорівнює відношенню звукової енергії, що поглинається матеріалом Е_погл. до повної звукової енергії.

(5.1)

¨ Відбиття звуку від перешкоди характеризується коефіцієнтом відбиття β який дорівнює відношенню відбитої від поверхні енергії Е_відб. до звукової енергії, що падає Е_повн.:

(5.2)

¨ Звукопровідність матеріалу (перешкоди) характеризується коефіцієн­том звукопровідності γ:

(5.3)

На основі закону збереження енергії отримуємо: α+β+γ=1

Найбільш вираженими звукопоглинаючими властивостями володіють хвилясто-пористі матеріали: фібролітові плити, скловолокно, мінеральна вата, поліуретановий поропласт, пористий полівінілхлорид та ін.

Таблиця 5.1