Звуком называют волновое колебание упругой среды, создаю» щее в ней дополнительное переменное давление.

Для характеристики звука используют физические и физиологиче[14] ские показатели.

К физическим показателям оценки звука относятся: а) частота ко­лебания; б) длина волны; в) интенсивность звука; г) уровень интенсив* ности звука; д) звуковое давление; е) уровень звукового давления.

Частота колебания измеряется в герцах (Гц):

(XXIII.1)

Где Т — время одного колебания, с, или период колебания

Длиной волны звука называется расстояние, м, на которое звук распространяется за один период колебания:

Х = сГ = у, (XXIII.2)

Где с — скорость распространения звука в среде, м/с *.

Звук какой-либо одной строго определенной частоты может быть воспроизведен камертоном, создающим чистый тон (синусоидальные акустические колебания).

Подавляющее большинство звуков представляют собой сложные звуки, характеризуемые совокупностью различных частот. Но даже в сложных звуках возможна определенная повторяющаяся тональность. Пример повторяющейся тональности сложного звука приведен на рис. XXIII.1.

Если сложный звук не содержит ясно выраженных частотных со­ставляющих, его называют шумом. Для оценки шумов служат спек­трограммы, в которых звуковая энергия сложного звука распределена по частотам или частотным полосам.

В акустических расчетах вентиляционных установок пользуются октавными полосами частот, т. е. такими, у которых конечная частота в 2 раза больше начальной:

Г

= 2, (XXIII.3)

ІЯ

А среднегеометрическая частота в У~2 раза больше начальной:

/ср. г = УШ = VT/H. (XXIII.4)

На рис. XXIII.2 приведена спектрограмма шума центробежного пы­левого вентилятора ЦАГИ № 4, работающего с частотой вращения 1040 мин-1.

1,дБ 80 75 70 Б5 60 55 50 45 40 J5 JD 25 20 15 W

4

15 20 Ш 100 Z00 № Ю00 2000 4000 /.Гц

Рис. XXIII.1. Тональность слож­ного звука

Рис. XXIII.2. Спектрограмма цент­робежного пылевого вентилятора ЦАГИ № 4 при л = 1040 мин-1

Интенсивностью звука, или силой звука /, называют количество энергии, переносимой звуковыми волнами за единицу времени через единицу площади поверхности, поставленной перпендикулярно направ­лению распространения волн. Единицей интенсивности звука (или силы звука) служит Вт/м2.

Уровень интенсивности звука

Lj — 10 lg —— , (XXIII.5)

М>

Где Lj — уровень интенсивности звука, дБ; I — интенсивность данного звука, Вт/м2; 10 — интенсивность звука той же частоты, с которым сравнивают данный звук, Вт/м2; за /0 принимают наименьшую интенсивность звука, которую воспринимает ухо человека на пороге слышимости (в среднем значение /»= Ю-12 Вт/м2).

В этом случае децибел (дБ) представляет собой такой уровень ин­тенсивности звука, при котором

1.

-12

10 lg

10"

Звуковым давлением р называют дополнительное переменное дав­ление, возникающее в среде при прохождении через нее звуковых волн.

(XX III. 6)

Уровень звукового давлрния. Так как интенсивность звука пропор­циональна квадрату амплитуды колебаний А2, а звуковое давление — первой степени амплитуды А, то при переходе от уровня интенсивности звука к уровню звукового давления получим:

I01g[ —) = 20 lg — , Ро J Ро

Где Lp — уровень звукового давления, дБ; р — звуковое давление данного звука, Па; рв — звуковое давление, с которым сравнивают звуковое давление данного звука, Па; за ро принимают наименьшее звуковое давление (порог), которое воспринимает ухо человека (в среднем значение ро—2- Ю-5 Па). 25—425

Единицей уровней звуковых давлений служит также децибел. В этом случае децибел представляет собой такой уровень звукового давления, при котором

2018"?№Т=1,

Из зависимостей (XXIII.5) и (XXIII.6) следует, что разности двух уровней звуковых давлений или двух уровней интенсивностей звука со­ответствует определенное отношение их абсолютных значений. Каждо­му удвоению звукового давления соответствует увеличение уровня дав­ления на б дБ, а каждому удвоению интенсивности звука — увеличение его уровня на 3 дБ.

Изменение уровня звукового давления на 10 дБ приблизительно соответствует изменению интенсивности звука в 2 раза.

Источники образования звуков оцениваются по звуковой мощности излучения, измеряемой в Вт, или по уровню звуковой мощности, изме­ряемому в дБ:

Lp= 10 lg, (XXIII.7)

"о

Где Lp — уровень звуковой мощности, излучаемой источником, дБ; Р — звуковая мощность, излучаемая источником, Вт; Ро — условная пороговая звуковая мощность, равная Ю-12 Вт.

В данном случае децибел представляет собой такой уровень звуко­вой мощности, при котором

L0ig7Fis = i-

Сложение уровней звуковой мощности или уровней звукового дав­ления проводится по формуле

Lo6ai = L6+ 101g(l+ 10-°'1Л) = Іб + ДЬ, (XXIII. 8)

Где £0бщ — суммарный уровень для каждых двух слагаемых уровней, дБ; Ьц — больший из двух слагаемых уровней, дБ; Д = 1б—— разность между большим и меньшим слагаемыми уровнями, дБ; ДL — добавка к большему уровню, дБ.

При числе разных уровней более двух сложение их проводят после­довательно, начиная с двух больших уровней.

Если все слагаемые уровни одинаковы, то общий уровень будет равен:

Lo6m = L + lOlgn, (XXIII. 9)

Где п — число одинаковых слагаемых уровней.

К физиологическим показателям оценки звука относятся: а) высота тона; б) громкость (уровень громкости).

Высота тона определяется частотой колебаний: чем больше часто­та, тем выше тон.

Человек с нормальным слухом слушит звуки, генерируемые колеба­ниями от 20 до 20 000 Гц. Голос человека создает тоны от 80 до 1300 Гц. В музыке пользуются тонами от 30 до 4000 Гц. Ухо человека по-разному воспринимает звуки различных частот. Наиболее чувствительно оно к высоким тонам.

Интенсивность звука, воспринимаемая человеком, находится в пре­делах от Ю-12 до 10 Вт/м2. Нижний предел соответствует порогу слы­шимости, верхний — болевому порогу. Отношение верхнего предела слышимости к нижнему равно 1013, т. е. десяти триллионам. При столь громадном диапазоне слышимости, каким обладает слуховой аппарат человека, графическое изображение хотя бы части этого диапазона ока­зывается невозможным. Вот почему в акустических расчетах применя­ют логарифмические зависимости.

Для связи физических и физиологических показателей оценки зву­ка используют тон с частотой 1000 Гц, с уровнем которого сравнивают уровни звуковых давлений других равногромких звуков.

Уровнем громкости (оцениваемой в фонах) данного звука называ­ют уровень звукового давления, дБ, равногромкого с ним звука с часто­той 1000 Гц.