Ako sa meria zvuk vo fyzike? Intenzita rôznych zvukov. Rýchlosť zvukových vĺn v rôznych médiách

Vyskytuje sa v plynných, kvapalných a pevných médiách, ktoré po dosiahnutí ľudských sluchových orgánov vníma ako zvuk. Frekvencia týchto vĺn sa pohybuje od 20 do 20 000 vibrácií za sekundu. Uveďme si vzorce pre zvukovú vlnu a zvážme jej vlastnosti podrobnejšie.

Prečo sa objavuje zvuková vlna?

Mnoho ľudí sa pýta, čo je to zvuková vlna. Povaha zvuku spočíva vo výskyte rušenia v elastickom médiu. Napríklad, keď v určitom objeme vzduchu dôjde k poruche tlaku vo forme kompresie, potom tento priestor má tendenciu sa šíriť v priestore. Tento proces spôsobuje stlačenie vzduchu v oblastiach susediacich so zdrojom, ktoré majú tiež tendenciu expandovať. Tento proces pokrýva stále viac a viac najviac priestor, kým nedosiahne nejaký prijímač, napríklad ľudské ucho.

Všeobecné charakteristiky zvukových vĺn

Uvažujme o otázkach, čo je to zvuková vlna a ako ju vníma ľudské ucho. Zvuková vlna je pozdĺžna, keď vstúpi do ušnej mušle, spôsobuje vibrácie ušný bubienok s určitou frekvenciou a amplitúdou. Tieto výkyvy si môžete predstaviť aj ako periodické zmeny tlaku v mikroobjeme vzduchu susediaceho s membránou. Najprv sa zvyšuje v porovnaní s normálnym atmosférickým tlakom a potom klesá, pričom sa riadi matematickými zákonmi harmonického pohybu. Amplitúda zmien stlačenia vzduchu, to znamená rozdiel medzi maximálnym alebo minimálnym tlakom vytvoreným zvukovou vlnou a atmosférickým tlakom, je úmerná amplitúde samotnej zvukovej vlny.

Mnohé fyzikálne experimenty ukázali, že maximálny tlak, ktorý ľudské ucho dokáže vnímať bez toho, aby mu uškodilo, je 2800 µN/cm 2 . Pre porovnanie si povedzme Atmosférický tlak blízko zemského povrchu sa rovná 10 miliónom μN/cm2. Vzhľadom na úmernosť tlaku a amplitúdy kmitov môžeme povedať, že táto hodnota je nevýznamná aj pre najsilnejšie vlny. Ak hovoríme o dĺžke zvukovej vlny, potom pri frekvencii 1000 vibrácií za sekundu to bude tisícina centimetra.

Najslabšie zvuky vytvárajú kolísanie tlaku rádovo 0,001 μN/cm 2, zodpovedajúca amplitúda kmitov vĺn pre frekvenciu 1000 Hz je 10 -9 cm, pričom stredný priemer molekúl vzduchu je 10 -8 cm, tj. ľudské ucho je mimoriadne citlivý orgán.

Koncept intenzity zvukových vĺn

Z geometrického hľadiska zvuková vlna predstavuje vibrácie určitého tvaru, no z fyzikálneho hľadiska je hlavnou vlastnosťou zvukových vĺn ich schopnosť prenášať energiu. Najdôležitejším príkladom prenosu energie vĺn je slnko, ktorého vyžarované elektromagnetické vlny dodávajú energiu celej našej planéte.

Intenzita zvukovej vlny vo fyzike je definovaná ako množstvo energie prenesenej vlnou cez jednotku plochy, ktorá je kolmá na šírenie vlny, a za jednotku času. Stručne povedané, intenzita vlny je jej výkon prenášaný cez jednotku plochy.

Sila zvukových vĺn sa zvyčajne meria v decibeloch, ktoré sú založené na logaritmickej stupnici, vhodnej na praktickú analýzu výsledkov.

Intenzita rôznych zvukov

Nasledujúca stupnica v decibeloch poskytuje predstavu o význame rôznych a pocitov, ktoré spôsobuje:

prah nepríjemných a nepríjemných pocitov začína na 120 decibeloch (dB);
nitovacie kladivo vytvára hluk 95 dB;
vysokorýchlostný vlak - 90 dB;
ulica s intenzívnym dopravy- 70 dB;
hlasitosť bežného rozhovoru medzi ľuďmi je 65 dB;
moderné auto pohybujúce sa miernou rýchlosťou vytvára hladinu hluku 50 dB;
priemerná hlasitosť rádia - 40 dB;
tichý rozhovor - 20 dB;
hluk listov stromov - 10 dB;
Minimálna prahová hodnota citlivosti ľudského zvuku je blízko 0 dB.

Citlivosť ľudského ucha závisí od frekvencie zvuku a je maximálna pre zvukové vlny s frekvenciou 2000-3000 Hz. Pre zvuk v tomto frekvenčnom rozsahu je spodná hranica ľudskej citlivosti 10 -5 dB. Vyššie a nižšie frekvencie ako stanovený interval vedú k zvýšeniu spodnej hranice citlivosti tak, že frekvencie blízke 20 Hz a 20 000 Hz človek počuje len pri intenzite niekoľkých desiatok dB.

Čo sa týka hornej hranice intenzity, po ktorej prekročení začína zvuk človeku spôsobovať nepríjemnosti až bolesti, treba povedať, že je prakticky nezávislý od frekvencie a pohybuje sa v rozmedzí 110-130 dB.

Geometrické charakteristiky zvukovej vlny

Skutočná zvuková vlna je zložitý oscilačný balík pozdĺžnych vĺn, ktorý možno rozložiť na jednoduché harmonické vibrácie. Každá takáto oscilácia je popísaná z geometrického hľadiska nasledujúce charakteristiky:

Amplitúda je maximálna odchýlka každého úseku vlny od rovnováhy. Pre túto veličinu sa používa označenie A.
Obdobie. Toto je čas, počas ktorého jednoduchá vlna dokončí svoju úplnú osciláciu. Po tomto čase začne každý bod vlny opakovať svoj oscilačný proces. Obdobie sa zvyčajne označuje písmenom T a meria sa v sekundách v sústave SI.
Frekvencia. Ide o fyzikálnu veličinu, ktorá ukazuje, koľko kmitov daná vlna urobí za sekundu. To znamená, že vo svojom význame ide o veličinu recipročnú k obdobiu. Označuje sa f. Pre frekvenciu zvukovej vlny je vzorec na jej určenie cez periódu nasledujúci: f = 1/T.
Vlnová dĺžka je vzdialenosť, ktorú prekoná za jednu periódu oscilácie. Geometricky je vlnová dĺžka vzdialenosť medzi dvoma najbližšími maximami alebo dvoma najbližšími minimami na sínusovej krivke. Dĺžka kmitania zvukovej vlny je vzdialenosť medzi najbližšími oblasťami stlačenia vzduchu alebo najbližšími miestami jeho zriedenia v priestore, kde sa vlna pohybuje. Zvyčajne sa označuje gréckym písmenom λ.
Rýchlosť šírenia zvukovej vlny je vzdialenosť, cez ktorú sa oblasť kompresie alebo oblasť riedenia vlny šíri za jednotku času. Táto hodnota je označená písmenom v. Pre rýchlosť zvukovej vlny platí vzorec: v = λ*f.

Geometria čistej zvukovej vlny, teda vlny konštantnej čistoty, sa riadi sínusovým zákonom. Vo všeobecnom prípade má vzorec pre zvukovú vlnu tvar: y = A*sin(ωt), kde y je súradnicová hodnota daného bodu na vlne, t je čas, ω = 2*pi*f je cyklická frekvencia kmitov.

Aperiodický zvuk

Mnoho zdrojov zvuku možno považovať za periodické, napríklad zvuk hudobných nástrojov ako gitara, klavír, flauta, ale v prírode existuje aj veľké množstvo zvukov, ktoré sú aperiodické, to znamená, že vibrácie zvuku menia svoju frekvenciu a tvar v priestore. Odborne sa tento typ zvuku nazýva hluk. Živými príkladmi aperiodického zvuku sú mestský hluk, morský hluk, zvuky z bicích nástrojov, napríklad z bubna, a iné.

Médium šírenia zvukových vĺn

Na rozdiel od elektromagnetická radiácia, ktorých fotóny na svoje šírenie nepotrebujú žiadne hmotné médium, charakter zvuku je taký, že na jeho šírenie je potrebné určité médium, čiže podľa fyzikálnych zákonov sa zvukové vlny nemôžu šíriť vo vákuu.

Zvuk sa môže šíriť v plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Hlavné charakteristiky zvukovej vlny šíriacej sa v médiu sú tieto:

vlna sa šíri lineárne;
šíri sa rovnako vo všetkých smeroch v homogénnom prostredí, to znamená, že zvuk sa odchyľuje od zdroja a vytvára ideálny guľový povrch.
Bez ohľadu na amplitúdu a frekvenciu zvuku sa jeho vlny v danom prostredí šíria rovnakou rýchlosťou.

Rýchlosť zvukových vĺn v rôznych médiách

Rýchlosť šírenia zvuku závisí od dvoch hlavných faktorov: od prostredia, v ktorom sa vlna šíri a od teploty. Vo všeobecnosti to funguje ďalšie pravidlo: Čím je médium hustejšie a čím je jeho teplota vyššia, tým rýchlejšie sa ním zvuk šíri.

Napríklad rýchlosť šírenia zvukovej vlny vo vzduchu blízko zemského povrchu pri teplote 20 ℃ a vlhkosti 50 % je 1235 km/h alebo 343 m/s. Vo vode pri danej teplote sa zvuk pohybuje 4,5-krát rýchlejšie, teda asi 5735 km/h alebo 1600 m/s. Čo sa týka závislosti rýchlosti zvuku od teploty vo vzduchu, tá sa zvyšuje o 0,6 m/s s nárastom teploty o každý stupeň Celzia.

Zafarbenie a tón

Ak necháte strunu alebo kovovú platňu voľne vibrovať, budú vydávať zvuky rôzne frekvencie. Je veľmi zriedkavé nájsť teleso, ktoré vydáva zvuk jednej konkrétnej frekvencie; zvyčajne má zvuk objektu súbor frekvencií v určitom intervale.

Zafarbenie zvuku je určené počtom harmonických v ňom prítomných a ich príslušnými intenzitami. Timbre je subjektívna veličina, teda ide o vnímanie znejúceho objektu konkrétnou osobou. Timbre sa zvyčajne vyznačuje týmito prídavnými menami: vysoký, brilantný, zvučný, melodický atď.

Tón je zvukový vnem, ktorý umožňuje klasifikovať ho ako vysoký alebo nízky. Táto hodnota je tiež subjektívna a nedá sa zmerať žiadnym prístrojom. Tón je spojený s objektívnou veličinou - frekvenciou zvukovej vlny, ale nie je medzi nimi jasná súvislosť. Napríklad pri jednofrekvenčnom zvuku konštantnej intenzity sa tón zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou. Ak frekvencia zvuku zostane konštantná a jeho intenzita sa zvýši, tón sa zníži.

Tvar zdrojov zvuku

V súlade s tvarom tela, ktoré vykonáva mechanické vibrácie a tým vytvára vlny, existujú tri hlavné typy:

Bodový zdroj. Vytvára sférické zvukové vlny, ktoré sa so vzdialenosťou od zdroja rýchlo rozpadajú (približne 6 dB, ak sa vzdialenosť od zdroja zdvojnásobí).
Linkový zdroj. Vytvára valcovité vlny, ktorých intenzita klesá pomalšie ako z bodového zdroja (pri každom zväčšení vzdialenosti o polovicu oproti zdroju sa intenzita znižuje o 3 dB).
Plochý alebo dvojrozmerný zdroj. Vytvára vlny len v určitom smere. Príkladom takéhoto zdroja môže byť piest pohybujúci sa vo valci.

Elektronické zdroje zvuku

Na vytvorenie zvukovej vlny používajú elektronické zdroje špeciálnu membránu (reproduktor), ktorá vykonáva mechanické vibrácie v dôsledku javu elektromagnetickej indukcie. Medzi takéto zdroje patria:

prehrávače rôznych diskov (CD, DVD a iné);
kazetové magnetofóny;
rádiá;
televízory a niektoré ďalšie.

Zvukové vlny vo vzduchu sú striedavé oblasti kompresie a riedenia.

Zvukové vlny môžu slúžiť ako príklad oscilačného procesu. Akákoľvek oscilácia je spojená s porušením rovnovážneho stavu systému a je vyjadrená odchýlkou jeho charakteristík od rovnovážnych hodnôt s následným návratom k pôvodnej hodnote. Pre zvukové vibrácie je touto charakteristikou tlak v určitom bode média a jeho odchýlka je akustický tlak.

Ak urobíte ostrý posun častíc elastické médium na jednom mieste, napríklad pomocou piestu, potom sa tlak v tomto mieste zvýši. Vďaka elastickým väzbám častíc sa tlak prenáša na susedné častice, ktoré následne pôsobia na ďalšie častice a oblasť vysoký krvný tlak akoby sa pohyboval v elastickom médiu. Po oblasti vysokého tlaku nasleduje oblasť nízkeho tlaku, a tak sa vytvorí séria striedajúcich sa oblastí kompresie a zriedenia, ktoré sa šíria v médiu vo forme vlny. Každá častica elastického média bude v tomto prípade vykonávať oscilačné pohyby.

V kvapalných a plynných médiách, kde nedochádza k významným výkyvom hustoty, sú akustické vlny svojou povahou pozdĺžne, to znamená, že smer vibrácií častíc sa zhoduje so smerom pohybu vlny. IN pevné látky, okrem pozdĺžnych deformácií vznikajú aj elastické šmykové deformácie spôsobujúce budenie priečnych (strižných) vĺn; v tomto prípade častice kmitajú kolmo na smer šírenia vlny. Rýchlosť šírenia pozdĺžnych vĺn je oveľa väčšia ako rýchlosť šírenia šmykových vĺn.

Fyzikálne parametre zvuku

Generovanie zvuku

Na generovanie zvuku sa zvyčajne používajú vibračné telesá. rôzneho charakteru spôsobuje vibrácie v okolitom vzduchu. Príkladom takejto generácie je použitie hlasiviek, reproduktorov alebo ladičky. Väčšina hudobných nástrojov je založená na rovnakom princípe. Výnimkou sú dychové nástroje, v ktorých zvuk vzniká interakciou prúdenia vzduchu s nehomogenitami v nástroji. Na vytvorenie koherentného zvuku sa používajú takzvané zvukové alebo fonónové lasery.

Ultrazvuková diagnostika

Ultrazvuk- elastické zvukové vibrácie vysokej frekvencie. Ľudské ucho vníma elastické vlny šíriace sa v prostredí s frekvenciou približne do 16 Hz-20 kHz; Vibrácie s vyššou frekvenciou sú ultrazvukové (za hranicou počuteľnosti).

Šírenie ultrazvuku

Šírenie ultrazvuku je proces pohybu v priestore a čase porúch vyskytujúcich sa vo zvukovej vlne.

Zvuková vlna sa šíri v látke v plynnom, kvapalnom alebo pevnom skupenstve v tom istom smere, v ktorom sú častice tejto látky posunuté, to znamená, že spôsobuje deformáciu prostredia. Deformácia spočíva v tom, že dochádza k postupnému vybíjaniu a stláčaniu určitých objemov média a vzdialenosť medzi dvoma susednými oblasťami zodpovedá dĺžke ultrazvukovej vlny. Čím väčší je špecifický akustický odpor média, tým väčší je stupeň stlačenia a zriedenia média pri danej amplitúde vibrácií.

Častice prostredia, ktoré sa podieľajú na prenose energie vĺn, oscilujú okolo svojej rovnovážnej polohy. Rýchlosť, ktorou častice oscilujú okolo priemernej rovnovážnej polohy, sa nazýva oscilačná rýchlosť. Rýchlosť vibrácií častíc sa mení podľa rovnice:

kde V je veľkosť oscilačnej rýchlosti;

U je amplitúda oscilačnej rýchlosti;
f - ultrazvuková frekvencia;
t - čas;
G je fázový rozdiel medzi rýchlosťou vibrácií častíc a premenlivým akustickým tlakom.

Amplitúda oscilačnej rýchlosti charakterizuje maximálnu rýchlosť, ktorou sa častice média pohybujú počas procesu kmitania, a je určená frekvenciou kmitov a amplitúdou posunu častíc média.

Difrakcia, interferencia

Pri šírení ultrazvukových vĺn sú možné javy difrakcie, interferencie a odrazu.

K difrakcii (vlny ohýbajúce sa okolo prekážok) dochádza vtedy, keď je dĺžka ultrazvukovej vlny porovnateľná (alebo väčšia) s veľkosťou prekážky v dráhe. Ak je prekážka v porovnaní s akustickou vlnovou dĺžkou veľká, potom nedochádza k difrakčnému javu.

Keď sa niekoľko ultrazvukových vĺn pohybuje súčasne v médiu, dochádza k superpozícii (prekrývaniu) týchto vĺn v každom konkrétnom bode v médiu. Superpozícia vĺn rovnakej frekvencie nad sebou sa nazýva interferencia. Ak sa ultrazvukové vlny pretínajú pri prechode objektom, potom sa v určitých bodoch v médiu pozoruje zvýšenie alebo zníženie vibrácií. V tomto prípade stav bodu v médiu, kde dochádza k interakcii, závisí od fázového pomeru ultrazvukových vibrácií v tomto bode. Ak ultrazvukové vlny dosiahnu určitú oblasť média v rovnakých fázach (vo fáze), potom majú posuny častíc rovnaké znaky a interferencia za takýchto podmienok vedie k zvýšeniu amplitúdy oscilácií. Ak vlny dorazia do bodu v médiu v protifáze, posunutie častíc bude v rôznych smeroch, čo vedie k zníženiu amplitúdy kmitov.

Absorpcia ultrazvukových vĺn

Ak má médium, v ktorom sa ultrazvuk šíri, viskozitu a tepelnú vodivosť alebo v ňom prebiehajú iné procesy vnútorného trenia, potom pri šírení vlny dochádza k absorpcii zvuku, to znamená, že keď sa pohybuje od zdroja, amplitúda ultrazvukových vibrácií sa zmenšuje, ako aj energiu, ktorú nesú. Prostredie, v ktorom sa ultrazvuk šíri, interaguje s energiou, ktorá ním prechádza, a absorbuje jej časť. Prevažná časť absorbovanej energie sa mení na teplo, menšia časť spôsobuje nevratné štrukturálne zmeny v odovzdávajúcej látke. Absorpcia je výsledkom vzájomného trenia častíc, v rôznych prostrediach je rozdielna. Absorpcia závisí aj od frekvencie ultrazvukových vibrácií. Teoreticky je absorpcia úmerná druhej mocnine frekvencie.

Mieru absorpcie možno charakterizovať absorpčným koeficientom, ktorý ukazuje, ako sa mení intenzita ultrazvuku v ožarovanom médiu. Zvyšuje sa so zvyšujúcou sa frekvenciou. Intenzita ultrazvukových vibrácií v médiu exponenciálne klesá. Tento proces je spôsobený vnútorným trením, tepelnou vodivosťou absorbujúceho média a jeho štruktúrou. Zhruba ho charakterizuje veľkosť poloabsorbujúcej vrstvy, ktorá ukazuje, v akej hĺbke klesá intenzita vibrácií o polovicu (presnejšie o 2,718-krát alebo o 63 %). Podľa Pahlmanna sú pri frekvencii 0,8 MHz priemerné hodnoty poloabsorbujúcej vrstvy pre niektoré tkanivá nasledovné: tukové tkanivo- 6,8 cm; svalnatý - 3,6 cm; tukové a svalové tkanivo spolu - 4,9 cm.S rastúcou frekvenciou ultrazvuku sa veľkosť poloabsorbujúcej vrstvy zmenšuje. Takže pri frekvencii 2,4 MHz sa intenzita ultrazvuku prechádzajúceho cez tukové a svalové tkanivo zníži na polovicu v hĺbke 1,5 cm.

Okrem toho je možná anomálna absorpcia energie ultrazvukových vibrácií v niektorých frekvenčných rozsahoch - to závisí od charakteristík molekulárna štruktúra tejto látky. Je známe, že 2/3 ultrazvukovej energie sú zoslabené o molekulárnej úrovni a 1/3 na úrovni mikroskopických tkanivových štruktúr.

Hĺbka prieniku ultrazvukových vĺn

Hĺbka prieniku ultrazvuku označuje hĺbku, pri ktorej sa intenzita zníži na polovicu. Táto hodnota je nepriamo úmerná absorpcii: čím silnejšie médium absorbuje ultrazvuk, tým kratšia je vzdialenosť, pri ktorej je intenzita ultrazvuku zoslabená na polovicu.

Rozptyl ultrazvukových vĺn

Ak sú v médiu nehomogenity, potom dochádza k rozptylu zvuku, ktorý môže výrazne zmeniť jednoduchý vzor šírenia ultrazvuku a v konečnom dôsledku aj spôsobiť útlm vlny v pôvodnom smere šírenia.

Lom ultrazvukových vĺn

Keďže akustický odpor mäkkých tkanív človeka sa príliš nelíši od odporu vody, dá sa predpokladať, že lom ultrazvukových vĺn bude pozorovaný na rozhraní medzi médiami (epidermis – dermis – fascia – sval).

Odraz ultrazvukových vĺn

Na základe fenoménu odrazu ultrazvuková diagnostika. Odraz sa vyskytuje v hraničných oblastiach kože a tuku, tuku a svalov, svalov a kostí. Ak ultrazvuk pri šírení narazí na prekážku, dôjde k odrazu, ak je prekážka malá, zdá sa, že ju ultrazvuk obteká. Heterogenity tela nespôsobujú výrazné odchýlky, keďže v porovnaní s vlnovou dĺžkou (2 mm) možno zanedbať ich veľkosti (0,1-0,2 mm). Ak ultrazvuk na svojej ceste narazí na orgány, ktorých rozmery sú väčšie ako vlnová dĺžka, dochádza k lomu a odrazu ultrazvuku. Najsilnejší odraz pozorujeme na hraniciach kosti - okolité tkanivo a tkanivo - vzduch. Vzduch má nízku hustotu a pozoruje sa takmer úplný odraz ultrazvuku. Odraz ultrazvukových vĺn sa pozoruje na rozhraní sval - perioste - kosť, na povrchu dutých orgánov.

Pohyblivé a stojaté ultrazvukové vlny

Ak sa pri šírení ultrazvukových vĺn v médiu neodrážajú, vytvárajú sa postupujúce vlny. V dôsledku energetických strát sa oscilačné pohyby častíc média postupne tlmia a čím ďalej sa častice nachádzajú od vyžarujúceho povrchu, tým je amplitúda ich kmitov menšia. Ak sa na ceste šírenia ultrazvukových vĺn nachádzajú tkanivá s rôznymi špecifickými akustickými odpormi, potom sa ultrazvukové vlny v tej či onej miere odrážajú od hraničného rozhrania. Superpozícia dopadajúcich a odrazených ultrazvukových vĺn môže viesť k vzniku stojatých vĺn. Aby sa vyskytli stojaté vlny, vzdialenosť od povrchu žiariča k povrchu odrazu musí byť násobkom polovice vlnovej dĺžky.

Infrazvuk

Infrazvuk generovaný v mori sa nazýva jeden z možných dôvodov nájdenia lodí opustených posádkou

Experimenty a demonštrácie

Rubensova trúbka sa používa na demonštráciu stojatých vĺn zvuku.

Rozdiel v rýchlosti šírenia zvuku je jasný: keď namiesto vzduchu vdychujú hélium a pri výdychu s ním niečo povedia, hlas sa zvýši. Ak je plynom fluorid sírový SF 6, hlas znie nižšie. Je to spôsobené tým, že plyny sú približne rovnako dobre stlačené, preto v héliu, ktoré má v porovnaní so vzduchom veľmi nízku hustotu, sa rýchlosť zvuku zvyšuje a pri fluoride sírovom, ktorý má na plyny veľmi vysokú hustotu, klesá, zatiaľ čo rozmery ľudského ústneho rezonátora zostávajú nezmenené, v V dôsledku toho sa rezonančná frekvencia mení, keďže čím vyššia je rýchlosť zvuku, tým vyššia je rezonančná frekvencia, pričom ostatné podmienky zostávajú nezmenené.

Rýchlosť zvuku vo vode sa dá vizuálne získať experimentom difrakcie svetla pomocou ultrazvuku vo vode. Vo vode je v porovnaní so vzduchom rýchlosť zvuku vyššia, keďže aj pri výrazne vyššej hustote vody (čo by malo viesť k poklesu rýchlosti zvuku) je voda tak zle stlačiteľná, že v dôsledku toho sa rýchlosť zvuk v ňom je ešte niekoľkonásobne vyšší.

Poznámky

Literatúra

// Encyklopedický slovník Brockhausa a Efrona: V 86 zväzkoch (82 zväzkov a 4 dodatočné). - St. Petersburg. 1890-1907.
Radziševskij Alexander Jurijevič. Základy analógového a digitálneho zvuku. - M.: Williams, 2006. - S. 288. -

Najprv sa pozrime do slovníka a vyhľadáme definície týchto slov.

Zvuk- všetko, čo ucho počuje, čo sa dostane do ucha. Alebo, podrobnejšie, to, čo počujeme, vníma ucho: fyzikálny jav spôsobené oscilačnými pohybmi častíc vzduchu alebo iného média. Zvuk je v širšom zmysle oscilačný pohyb častíc elastického prostredia, šíriaci sa vo forme vĺn v plynnom, kvapalnom alebo pevnom prostredí.

Hluk- sú to zvuky zlúčené do nesúladného (zvyčajne hlasitého) zvuku. Alebo podrobnejšie - náhodné výkyvy rôznych fyzickej povahy, charakterizované zložitosťou ich časovej a spektrálnej štruktúry.

Vibrácie— mechanické vibrácie pružného telesa; chvenie. Slovo pochádza z latinčiny „ Vibratio- váhavosť, chvenie.

Štúdium zvukov je veda nazývaná AKUSTIKA. Akustika je jednou z oblastí fyziky (mechaniky), ktorá študuje elastické vibrácie a vlny od najnižších (bežne od 0 Hz) po vysoké frekvencie.

Ľudské ucho vníma určitý rozsah vibrácií – zvyčajne od 16 predtým 20 000 vibrácií za sekundu. Jedna oscilácia za sekundu sa nazýva Hertz a je skrátená Hz. Oscilácie vyšších frekvencií sa nazývajú ultrazvuk, zatiaľ čo vibrácie nižších frekvencií sa nazývajú infrazvuk.

Zvukové vlastnosti:
vlnová dĺžka (perióda, T) a amplitúda (A)

Keďže zvuk je vlna, charakterizujú ho dve hlavné veličiny: vlnová dĺžka (obdobie oscilácie) a amplitúda. Amplitúda je maximálna hodnota posunutia alebo zmeny premennej od priemernej hodnoty počas oscilačného alebo vlnového pohybu. Prevrátená hodnota periódy sa nazýva frekvencia (Hz). Samotný zvuk je charakterizovaný aj rýchlosťou šírenia, ktorá závisí od prostredia, v ktorom sa elastické kmitanie šíri. Napríklad:

rýchlosť zvuku vo vzduchu = 331 m/s(pri teplote 0 °C a tlaku 101325 Pa);

rýchlosť zvuku v čistej vode = 1 348 m/s;

rýchlosť zvuku v slanej vode = 1 532,3 m/s(pri teplote 24°C, slanosti 35 ppm a nulovej hĺbke).

Vzťah medzi počuteľnosťou zvuku a tlakom,
frekvenciu a hlasitosť

Ako sme už povedali, človek dokáže ideálne vnímať zvuk s frekvenciou od 16 do 20 000 Hz. Samotná frekvencia zvuku nám však nedáva možnosť posúdiť, nakoľko je pre človeka bezpečný. Frekvencia zvuku naznačuje teoretickú možnosť počuť takýto zvuk, ale to, či ho prakticky počujeme alebo nie, závisí od amplitúdy. Logaritmus amplitúdy sa meria v decibeloch (dB). Decibel je relatívna hodnota, čo naznačuje, o koľko sa hlasitosť zvuku zvýšila alebo znížila.

Hlasitosť je zdanlivá intenzita zvuku meraná v decibeloch. Závislosť hlasitosti od úrovne akustický tlak(a intenzita zvuku) je čisto nelineárna krivka, má logaritmický charakter. Keď sa hladina akustického tlaku zvýši o 10 dB, hlasitosť zvuku sa zvýši 2-krát.

S akými úrovňami hlasitosti sa vy a ja stretávame v našich životoch?

*Zvuk*	*Hlasitosť, dB*
Ticho (špeciálny fotoaparát)
Tichý šepot, tikajúce náramkové hodinky
Šuchot lístia, tikanie hodín, norma pre obytné priestory
Vidiecka oblasť mimo ciest, knižnica
Tichá obytná štvrť, park, tichý rozhovor
Stredne hlasitá konverzácia, tichá ulica, tichá kancelária
Bežná konverzácia v 1m, norma pre kancelárie
Silná premávka, telefón
Hlasitý budík, hluk nákladného auta alebo motocykla
Hlasný krik, zbíjačka, nákladné auto vo vzdialenosti 7m
Vlak metra, sušič vlasov, kováčska dielňa, veľmi hlučná továreň
Rocková hudba, výkriky dieťaťa, helikoptéra, traktor na vzdialenosť 1m
Prah bolesti, blízke dunenie hromu, vuvuzela vo vzdialenosti 1 m
Poranenie vnútorného ucha, maximálna hlasitosť na rockovom koncerte
Pomliaždenie, poranenia, možné prasknutie bubienka
Šok, trauma, prasknutý bubienok
Možné prasknutie pľúc, možná smrť
Max. tlak vzduchovej rázovej vlny pri výbuchu trinitrotoluénu
Maximálny tlak vzduchovej rázovej vlny počas jadrového výbuchu
Tlak v jadrovej náloži v momente jadrového výbuchu

Hluk v našich domoch (obytných priestoroch) môže vznikať z rôznych dôvodov. Podľa zdroja hluku sa delia na nárazové, vzduchové, konštrukčné a akustické.

Druhy hluku (zvukov):

Nárazový hluk vzniká, keď je zasiahnutá konštrukcia miestnosti a výsledné vibrácie sa prenášajú na steny alebo stropy. Nárazový hluk vzniká pri náraze ťažkých predmetov na podlahu, pri pohybe nábytku, pri zvuku krokov alebo pri nárazoch na stenu. Zvukové vibrácie sa môžu šíriť pomerne ďaleko pozdĺž štruktúr, pretože prenášajú sa na všetky priľahlé steny, stropy a podlahy.

Hluk prenášaný vzduchom sa šíri vzduchom, ale steny a stropy neabsorbujú dostatočne dobre vzduchom prenášané zvukové vibrácie. Schopnosť pohlcovať zvuky stenami a stropmi závisí od materiálu, z ktorého sú vyrobené. Čím sú priečky masívnejšie, tým majú väčší zvukotesný efekt. Vo vnútornom prostredí vzduchom šírený hluk najčastejšie pochádza z hlasných hlasov, hlasná hudba, štekanie psov.

Hluk prenášaný konštrukciou vzniká, keď sa vibrácie prenášajú potrubím, vetracími šachtami a inými komunikačnými prvkami. Niektoré komunikačné prvky môžu prenášať zvuky na veľké vzdialenosti. Je známe, že klopanie na radiátory môže počuť veľa susedov.

Akustický hluk najčastejšie sa vyskytuje v nezariadených miestnostiach a prejavuje sa vo forme ozveny.

V dôsledku interakcie vetra s rôznymi štruktúrami, ak sú rýchlosti prúdenia veľmi vysoké, a priečne rozmery telesá v prúdení sú malé, vznikajú ultrazvukové vibrácie a ak sú rýchlosti prúdenia malé a priečne rozmery veľké, vznikajú infrazvuky. Napríklad pri obtekaní kmeňov stromov, telegrafných stĺpov, kovových priehradových nosníkov, lodnej takeláže budú tieto vydávať infrazvuky.

Súčasný SanPiN 2.1.2.2801-10 „Zmeny a doplnky č. 1 k SanPiN 2.1.2.2645-10 „Hygienické a epidemiologické požiadavky na životné podmienky v obytných budovách a priestoroch“ poskytujú nasledujúce štandardy pre obytné priestory:

Prípustné hladiny hluku v obytných priestoroch

*Názov priestorov, území*	*Denná doba*	Hladiny akustického tlaku, dB, v oktávových frekvenciách s geometrickými strednými frekvenciami, Hz
*Názov priestorov, území*	*Denná doba*
Obývacie izby bytov	*7 - 23 hod.*
Obývacie izby bytov	*23 - 7 hodín*
Územia priamo susediace s obytnými budovami	*7 - 23 hod.*
Územia priamo susediace s obytnými budovami	*23 - 7 hodín*

Prípustné úrovne infrazvuku v obytných priestoroch

Zvuk (zvuková vlna ) –ide o elastickú vlnu vnímanú sluchovým orgánom ľudí a zvierat. Inými slovami, zvuk je šírenie kolísania hustoty (alebo tlaku) elastického prostredia, ktoré vzniká pri vzájomnej interakcii častíc média.

Atmosféra (vzduch) je jedným z elastických médií. Šírenie zvuku vo vzduchu sa riadi všeobecnými zákonmi o šírení akustických vĺn v ideálnych plynoch a má tiež vlastnosti v dôsledku premenlivosti hustoty, tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu. Rýchlosť zvuku je určená vlastnosťami média a vypočítava sa pomocou vzorcov pre rýchlosť elastickej vlny.

Existujú umelé a prírodné zdrojov zvuk. Medzi umelé žiariče patria:

Vibrácie pevných telies (struny a rezonančné dosky hudobných nástrojov, reproduktorové difúzory, telefónne membrány, piezoelektrické platne);

Vibrácie vzduchu v obmedzenom objeme (organové píšťaly, píšťaly);

Perkusie (klavírne klávesy, zvonček);

Elektrický prúd (elektroakustické meniče).

Prírodné zdroje zahŕňajú:

Výbuch, kolaps;

Prúdenie vzduchu okolo prekážok (vietor fúkajúci roh budovy, hrebeň morskej vlny).

Existujú aj umelé a prírodné prijímačov zvuk:

Elektroakustické prevodníky (mikrofón vo vzduchu, hydrofón vo vode, geofón v zemskej kôre) a iné zariadenia;

Sluchový aparát ľudí a zvierat.

Keď sa šíria zvukové vlny, sú možné javy charakteristické pre vlny akejkoľvek povahy:

Odraz od prekážky

Refrakcia na hranici dvoch médií,

Rušenie (dodatok),

Difrakcia (ohýbanie sa okolo prekážok),

Disperzia (závislosť rýchlosti zvuku v látke od frekvencie zvuku);

Absorpcia (pokles energie a intenzity zvuku v médiu v dôsledku nevratnej premeny zvukovej energie na teplo).

Objektívne zvukové vlastnosti

Frekvencia zvuku

Frekvencia zvuku počuteľného pre človeka sa pohybuje od 16 Hz predtým 16 - 20 kHz . Elastické vlny s frekvenciou nižšie počuteľný rozsah volal infrazvuk (vrátane otrasu mozgu), s vyššie frekvencia – ultrazvuk a elastické vlny s najvyššou frekvenciou hyperzvuk .

Celý frekvenčný rozsah zvuku možno rozdeliť do troch častí (tabuľka 1).

Hluk má spojité spektrum frekvencií (resp. vlnových dĺžok) v oblasti nízkofrekvenčného zvuku (tab. 1, 2). Pevné spektrum znamená, že frekvencie môžu mať akúkoľvek hodnotu z daného intervalu.

Hudobné , alebo tónový , zvuky majú lineárne frekvenčné spektrum v oblasti stredofrekvenčného a čiastočne vysokofrekvenčného zvuku. Zvyšnú časť vysokofrekvenčného zvuku zaberá pískanie. Čiarové spektrum znamená, že hudobné frekvencie majú iba presne definované (diskrétne) hodnoty zo špecifikovaného intervalu.

Okrem toho je interval hudobných frekvencií rozdelený na oktávy. Oktáva – toto je frekvenčný interval uzavretý medzi dvoma hraničnými hodnotami, z ktorých horná je dvakrát väčšia ako dolná(Tabuľka 3)

Bežné oktávové frekvenčné pásma

Oktávové frekvenčné pásma	 min Hz	 max Hz	 St Hz

Príklady frekvenčných intervalov zvuku vytvoreného ľudským hlasovým aparátom a vnímaného ľudským načúvacím prístrojom sú uvedené v tabuľke 4.


Kontralt, alt
Mezzosoprán

Koloratúrny soprán

Príklady frekvenčných rozsahov niektorých hudobných nástrojov sú uvedené v tabuľke 5. Pokrývajú nielen zvukový, ale aj ultrazvukový rozsah.

Hudobný nástroj	Frekvencia Hz

Saxofón

Zvieratá, vtáky a hmyz vytvárajú a vnímajú zvuk v iných frekvenčných rozsahoch ako ľudia (tabuľka 6).

V hudbe sa každá sínusová zvuková vlna nazýva jednoduchým tónom, alebo tón. Výška závisí od frekvencie: čím vyššia frekvencia, tým vyšší tón. Hlavný tón komplexný hudobný zvuk sa nazýva tón zodpovedajúci najnižšia frekvencia vo svojom spektre. Volajú sa tóny zodpovedajúce iným frekvenciám podtóny. Ak podtóny násobky frekvencia základného tónu, potom sa volajú podtóny harmonický. Podtón s najnižšou frekvenciou sa nazýva prvá harmonická, podtón s nasledujúcou sa nazýva druhá atď.

Hudobné zvuky s rovnakým základným tónom sa môžu líšiť timbre. Zafarbenie závisí od zloženia tónov, ich frekvencií a amplitúd, od charakteru ich vzostupu na začiatku zvuku a poklesu na konci.

Rýchlosť zvuku

Platí pre zvuk v rôznych prostrediach všeobecné vzorce(22) – (25). Malo by sa vziať do úvahy, že vzorec (22) je použiteľný v prípade suchého atmosférického vzduchu a pri zohľadnení číselných hodnôt Poissonovho pomeru, molárnej hmotnosti a univerzálnej plynovej konštanty možno zapísať ako:

Skutočný atmosférický vzduch má však vždy vlhkosť, ktorá ovplyvňuje rýchlosť zvuku. Je to spôsobené tým, že Poissonov pomer  závisí od pomeru parciálneho tlaku vodnej pary ( p para) na atmosférický tlak ( p). Vo vlhkom vzduchu je rýchlosť zvuku určená vzorcom:

Z poslednej rovnice je vidieť, že rýchlosť zvuku vo vlhkom vzduchu je o niečo väčšia ako v suchom vzduchu.

Numerické odhady rýchlosti zvuku, berúc do úvahy vplyv teploty a vlhkosti atmosférického vzduchu, je možné vykonať pomocou približného vzorca:

Tieto odhady ukazujú, že keď sa zvuk šíri v horizontálnom smere ( 0 X) so zvýšením teploty o 1 0 C rýchlosť zvuku sa zvyšuje o 0,6 m/s. Pod vplyvom vodnej pary s parciálnym tlakom nie väčším ako 10 Pa rýchlosť zvuku sa zvýši o menej ako 0,5 m/s. Vo všeobecnosti však platí, že pri maximálnom možnom parciálnom tlaku vodnej pary na povrchu Zeme sa rýchlosť zvuku nezvýši o viac ako 1 m/s.

Akustický tlak

Pri absencii zvuku je atmosféra (vzduch) nenarušeným médiom a má statický atmosférický tlak (
).

Keď sa zvukové vlny šíria, k tomuto statickému tlaku sa pridáva dodatočný premenlivý tlak v dôsledku kondenzácie a riedenia vzduchu. V prípade rovinných vĺn môžeme písať:

Kde p zvuk, max- amplitúda akustického tlaku,  - cyklický frekvencia zvuku,k– vlnové číslo. V dôsledku toho sa atmosférický tlak v pevnom bode v danom čase rovná súčtu týchto tlakov:

Akustický tlak je premenlivý tlak, ktorý sa rovná rozdielu medzi okamžitým skutočným atmosférickým tlakom v danom bode počas prechodu zvukovej vlny a statickým atmosférickým tlakom v neprítomnosti zvuku:

Akustický tlak mení svoju hodnotu a znamienko počas periódy oscilácie.

Akustický tlak je takmer vždy oveľa nižší ako atmosférický

Stáva sa veľkým a porovnateľným s atmosférickým tlakom, keď sa pri silných výbuchoch alebo pri prechode prúdového lietadla vyskytnú rázové vlny.

Jednotky akustického tlaku sú nasledovné:

- pascal v SI
,

- bar v GHS
,

- milimeter ortuti,

- atmosféru.

V praxi prístroje nemerajú okamžitú hodnotu akustického tlaku, ale tzv efektívne (alebo prúd )zvuk tlak . Je to rovné druhá odmocnina priemernej hodnoty druhej mocniny okamžitého akustického tlaku v danom bode priestoru v danom čase

(44)

a preto sa aj nazýva akustický tlak . Dosadením výrazu (39) do vzorca (40) dostaneme:

. (45)

Zvuková impedancia

Zvukový (akustický) odpor nazývaný pomer amplitúdyakustický tlak a rýchlosť vibrácií častíc média:

. (46)

Fyzikálny význam zvukovej odolnosti: číselne sa rovná akustickému tlaku, ktorý spôsobuje vibrácie častíc média pri jednotkovej rýchlosti:

Jednotka SI merania zvukovej impedancie – pascal sekunda na meter:

V prípade rovinnej vlny rýchlosť oscilácie častíc rovná

Potom vzorec (46) bude mať tvar:

. (46*)

Existuje aj iná definícia zvukového odporu ako súčin hustoty média a rýchlosti zvuku v tomto médiu:

. (47)

Potom je to fyzický význam je, že sa číselne rovná hustote prostredia, v ktorom sa elastická vlna šíri jednotkovou rýchlosťou:

Okrem akustickej odolnosti využíva akustika koncept mechanická odolnosť (R m). Mechanický odpor je pomer amplitúd periodickej sily a oscilačnej rýchlosti častíc média:

, (48)

Kde S– povrchová plocha žiariča zvuku. Mechanický odpor sa meria v newton sekúnd na meter:

Energia a sila zvuku

Zvuková vlna sa vyznačuje rovnakými energetickými veličinami ako elastická vlna.

Každý objem vzduchu, v ktorom sa šíria zvukové vlny, má energiu, ktorá je súčtom kinetickej energie kmitajúcich častíc a potenciálnej energie elastickej deformácie prostredia (pozri vzorec (29)).

Intenzita zvuku sa zvyčajne nazývasila zvuku . Je to rovné

. (49)

Preto fyzikálny význam zvukovej sily je podobný významu hustoty toku energie: číselne sa rovná priemernej hodnote energie, ktorá sa prenesie vlnou za jednotku času cez priečny povrch jednotkovej plochy.

Jednotkou intenzity zvuku je watt na meter štvorcový:

Intenzita zvuku je úmerná druhej mocnine efektívneho akustického tlaku a nepriamo úmerná akustickému tlaku:

, (50)

alebo, berúc do úvahy výrazy (45),

, (51)

Kde R ak – akustická odolnosť.

Zvuk možno charakterizovať aj akustickým výkonom. Zvukový výkon je celkové množstvo zvukovej energie vyžarovanej zdrojom za určitý čas cez uzavretý povrch obklopujúci zdroj zvuku:

, (52)

alebo, berúc do úvahy vzorec (49),

. (52*)

Akustický výkon, ako každý iný, sa meria v wattov:

Táto brožúra odpovedá na väčšinu základných otázok týkajúcich sa meraní zvuku a hluku a súvisiacich zariadení.
V brožúre sú stručne zhrnuté a načrtnuté nasledujúce materiály:

Táto brožúra odpovedá na väčšinu základných otázok týkajúcich sa meraní zvuku a hluku a súvisiacich zariadení. V brožúre sú stručne zhrnuté a načrtnuté nasledujúce materiály:

Dôvody a účely merania zvuku Fyzikálna definícia a základné vlastnosti zvuku,
Akustické jednotky a stupnica dB,
Subjektívne hodnoty zvuku
Prístroje na meranie zvuku
Frekvenčné korekčné obvody a dynamické charakteristiky zvukomeru
Frekvenčná analýza
Šírenie zvukových vĺn
Akustické parametre špeciálnych komôr a bežných miestností
Efekt objektov odrážajúcich zvuk
Hluk v pozadí
Vplyvy podmienok prostredia
Akustické odporúčania a normy
Protokol o meraní
Grafické znázornenie zvukových a šumových polí
Krivky indexu hluku
Dávka hluku

Zvuk a človek

Zvuk je taká bežná súčasť Každodenný život moderného človeka, že takmer nepozná všetky jeho typy a funkcie. Zvuk prináša človeku potešenie napríklad pri počúvaní hudby alebo spevu vtákov. Zvuk uľahčuje verbálnu komunikáciu medzi členmi rodiny a priateľmi. Zvuk upozorní osobu a signalizuje poplach, ako napríklad zvonenie telefónu, klopanie na dvere alebo kvílenie sirény. Zvuk dáva človeku možnosť posúdiť kvalitu a urobiť diagnózu, napríklad chrastenie ventilov motora auta, škrípanie kolesa alebo šelest na srdci. Avšak ten zvuk moderná spoločnosť je často nepríjemný a otravný.

Nepríjemné a otravné zvuky sa nazývajú hluk. Miera nepríjemnosti a podráždenosti však závisí nielen od parametrov samotného hluku, ale aj od psychologického postoja človeka k hluku, ktorý ho ovplyvňuje. Hluk prúdového lietadla môže napríklad jeho konštruktérovi pripadať ako príjemná hudba, kým pre tých, ktorí bývajú v blízkosti letiska a ich sluch, môže byť skutočným mučidlom. Dokonca aj zvuky a zvuky nízkej intenzity môžu byť nepríjemné a otravné. Vŕzgajúca podlaha, poškriabaná platňa alebo kvapkajúci kohútik môžu byť dráždivé ako hlasné hromy. Najhoršie je, že zvuk môže byť aj škodlivý a deštruktívny. Sonický tresk môže napríklad zničiť sklo v oknách a omietku na stenách. Najnebezpečnejšie a najškodlivejšie však je, že zvuk môže poškodiť najjemnejšie a najcitlivejšie zariadenie na jeho vnímanie – ľudský sluch.

Dôvody a účely meraní zvuku

Merania zvuku sú efektívne a prospešné z mnohých dôvodov: na základe ich výsledkov sa zlepšujú akustické parametre stavebných konštrukcií a reproduktorov, a preto je možné skvalitniť vnímanie hudby nielen v koncertných sálach, ale aj v bežnom bývaní. priestory.

Akustické merania umožňujú presne a vedecky analyzovať a vyhodnocovať dráždivé a škodlivé zvuky a zvuky. Treba zdôrazniť, že na základe výsledkov meraní je možné objektívne vyhodnotiť a porovnať rôzne zvuky a hluk aj v rozdielne podmienky, ale v dôsledku fyziologických a psychologické vlastnostiľudského tela nie je možné presne a jednoznačne určiť mieru subjektívnej nepríjemnosti či dráždivosti rôznych zvukov vo vzťahu k jednotlivcom.
Akustické merania tiež poskytujú jasný a jednoznačný údaj o stupni nebezpečenstva a škodlivosti zvukov a hluku, a preto uľahčujú včasné prijatie vhodných protiopatrení. Na základe audiometrických štúdií a meraní možno posúdiť citlivosť a ostrosť sluchu ľudí. Merania zvuku sú preto základným nástrojom ochrany sluchu a tým aj ochrany zdravia.
Napokon merania a analýzy zvuku sú účinnou diagnostickou metódou používanou pri riešení problémov s kontrolou hluku na letiskách, v priemysle, budovách, obytných priestoroch, rozhlasových štúdiách atď. Vo všeobecnosti sú akustické merania účinným prostriedkom na zlepšenie kvality života ľudí.

Fyzikálna definícia a základné vlastnosti zvuku

Zvuk označuje zmeny tlaku vnímané ľudským uchom (vo vzduchu, vode alebo inom médiu). Najbežnejším a najznámejším zariadením na meranie zmien tlaku vzduchu je barometer.
Zmeny tlaku spôsobené zmenami počasia sa však vyskytujú tak pomaly, že nie sú vnímateľné ľudským sluchom, a preto nespĺňajú vyššie uvedenú definíciu zvuku.
Vyskytuje sa rýchlejšie, t.j. aspoň 20-krát za sekundu sú zmeny tlaku vzduchu už zaznamenané ľudským sluchom, a preto sa nazývajú zvuk. Všimnite si, že barometer nereaguje dostatočne rýchlo a nezaznamenáva rýchle zmeny tlaku, takže ho nemožno použiť na meranie zvuku.

Počet zmien tlaku za sekundu sa nazýva frekvencia zvuku a vyjadruje sa v jednotkách Hz (hertz). Rozsah počuteľné frekvencie siaha od 20 Hz do 20 000 Hz (20 kHz)

Všimnite si, že frekvenčný rozsah pokrytý klavírom má limity 27,5 Hz a 4186 Hz.
Ľudia majú dobrú predstavu o rýchlosti zvuku vo vzduchu na základe experimentálnej metódy určenia vzdialenosti medzi pozorovateľom a bleskom: od okamihu pozorovania blesku po vnímanie hukotu, intervaly trvajúce 3 sekundy. zodpovedajú intervalom vzdialeností o dĺžke 1 km. V prepočte tieto hodnoty zodpovedajú rýchlosti šírenia zvuku 1224 km/h. V oblasti akustiky a akustických meraní sa však uprednostňuje vyjadrenie rýchlosti zvuku v m/s, t.j. 340 m/s.
Na základe rýchlosti šírenia a frekvencie zvuku možno určiť jeho vlnovú dĺžku, t.j. fyzická vzdialenosť medzi dvoma susednými maximami alebo minimami jeho amplitúdy. Vlnová dĺžka sa rovná rýchlosti zvuku delenej frekvenciou. Preto je vlnová dĺžka zvuku s frekvenciou 20 Hz 17 m, zatiaľ čo vlnová dĺžka zvuku s frekvenciou 20 kHz je dlhá len 17 mm.

dB stupnica

Najslabší zvuk detekovateľný normálnym sluchom zdravého človeka má amplitúdu rovnajúcu sa 20 milióntinám základnej jednotky tlaku (pascal), t.j. 20 uPa (20 mikropascalov). To sa rovná normálnemu atmosférickému tlaku vydelenému 5000000000 (1 atm sa rovná 1 kg/cm2, t.j. 10 t/m2). Zmena tlaku o 20 μPa je taká malá, že zodpovedá pohybu bubienka o vzdialenosť menšiu ako je priemer jedného atómu.
Je úžasné, že ľudské ucho dokáže vnímať zvuky, ktoré spôsobujú zmeny tlaku viac ako miliónkrát väčšie, než je minimálna hodnota opísaná vyššie. Preto použitie základných jednotiek tlaku, t.j. Pa, v akustickej praxi by bola sprevádzaná nutnosťou používať veľké a nejasné čísla. Aby sa predišlo tejto nevýhode v akustike, bežne sa používa logaritmická stupnica a zodpovedajúca jednotka dB (decibel).
Referenčným bodom škály dB je prah sluchu, t.j. tlak 20 µPa. Keďže tento bod je východiskovým bodom stupnice, zodpovedá úrovni 0 dB.
Lineárne zvýšenie akustického tlaku o 10-násobok zodpovedá na logaritmickej stupnici zvýšeniu hladiny o 20 dB. Preto akustický tlak 200 μPa zodpovedá úrovni 20 dB rel. 20 µPa, tlak 2000 µPa hladina 40 dB atď. Použitie logaritmickej stupnice teda umožňuje komprimovať rozsah 1: 1 000 000 do rozsahu 120 dB.
Na obrázku sú znázornené hodnoty akustického tlaku a hladiny akustického tlaku (SPL) v zodpovedajúcich jednotkách, t.j. Pa a dB, dobre známe a často sa vyskytujúce zvuky. Medzi výhody a nevýhody logaritmickej dB stupnice patrí aj to, že presnejšie ako lineárna stupnica Pa zodpovedá subjektívnemu vnímaniu relatívnej hlasitosti zvuku. Je to spôsobené tým, že sluch reaguje na percentuálne zmeny intenzity zvuku (tlaku) a následne aj na zmeny jeho úrovne. 1 dB je najmenšia sluchovo zistiteľná zmena hladiny zvuku, ktorá predstavuje identickú relatívnu zmenu v akomkoľvek bode logaritmickej stupnice úrovne.

Subjektívne hodnoty zvuku

Faktory, ktoré určujú subjektívnu hlasitosť zvuku, sú také zložité, že v príslušnej oblasti akustiky stále prebiehajú dôležité výskumné, teoretické a experimentálne práce.

Jedným z týchto faktorov je frekvenčná závislosť citlivosti ľudského sluchu (maximálna citlivosť v oblasti 2 - 5 kHz a minimá na vysokých a nízkych frekvenciách). Komplikuje to, že frekvenčná závislosť citlivosti sluchu opísaná vyššie je výraznejšia v oblasti nízkych hladín akustického tlaku a klesá so zvyšujúcou sa SPL.

Vyššie uvedené ilustrujú krivky rovnakej hlasitosti znázornené na obrázku, z ktorých je možné určiť hladiny akustického tlaku pri rôznych frekvenciách, výsledkom čoho je subjektívna hlasitosť identická s čistým tónom s frekvenciou 1000 Hz.

Napríklad úroveň 50 Hz tónu musí byť o 15 dB vyššia ako úroveň 1000 Hz tónu a 70 dB SPL, aby obe mali rovnakú subjektívnu hlasitosť.
Pomerne jednoduchou úlohou v elektronike a prístrojoch na meranie zvuku je zostrojiť špeciálny elektronický obvod, ktorého citlivosť sa mení s frekvenciou podľa frekvenčných zmien citlivosti ľudského sluchu. V súčasnosti sa široko používajú schémy korekcie frekvencie označené ako „A“, „B“ a „C“, definované medzinárodnými odporúčaniami a normami. Charakteristika korekčného obvodu „A“ zodpovedá rovnakým krivkám hlasitosti v oblasti nízkych hladín akustického tlaku, obvod „B“ je aproximáciou v oblasti stredných hladín akustického tlaku a parametre obvodu „C“ zodpovedajú rovnakým krivky hlasitosti v oblasti vysokých hladín akustického tlaku. Vo väčšine praktických oblastí sa však uprednostňuje schéma korekcie frekvencie „A" z dôvodu relatívne slabej korelácie medzi výsledkami subjektívnych experimentov a objektívnymi meraniami prístrojmi so schémami korekcie frekvencie „B" a „C". Treba poznamenať, že V súčasnosti je k dispozícii dodatočná schéma korekcie frekvencie "B". D", definovaná medzinárodnými odporúčaniami a normami a určená na meranie hluku lietadiel.

Jednou z príčin nie veľmi dobrých výsledkov použitia frekvenčných korekčných obvodov „B“ a „C“ je samotná metóda stanovenia kriviek rovnakej hlasitosti.
Faktom je, že tieto krivky sa týkajú čistých tónov a podmienok voľného zvukového poľa, pričom väčšina zvukov, s ktorými sa stretávame v akustickej praxi, sa líši od čistých tónov a má komplexný alebo dokonca náhodný charakter.

V prípadoch, keď je potrebný podrobnejší popis komplexného akustického signálu, je potrebné použiť oblasť počuteľných frekvencií, t.j. Rozsah 20 Hz - 20 kHz je výhodne rozdelený do niekoľkých priľahlých úzkych frekvenčných pásiem, napríklad širokých jedna oktáva alebo jedna tretina oktávy. Na tento účel sú k dispozícii elektronické filtre, ktoré prepúšťajú komponenty s frekvenciami v určitom frekvenčnom pásme a takmer úplne blokujú komponenty s frekvenciami mimo tohto pásma.
Napríklad oktávový filter so strednou frekvenciou 1 kHz prechádza frekvenčným pásmom od 707 do 1410 Hz.

Proces izolácie frekvenčných zložiek signálu a spracovanie jednotlivých frekvenčných pásiem sa nazýva frekvenčná analýza. Výsledkom frekvenčnej analýzy je frekvenčné spektrum a spektrogram v grafickom znázornení.

Krátke zvuky, t.j. zvuky trvajúce menej ako 1 s sa nazývajú pulzné. Príklady takýchto impulzných zvukov zahŕňajú hluk generovaný písacím strojom a nárazový zvuk kladiva. Impulzné zvuky ešte viac sťažujú a komplikujú hodnotenie subjektívnej hlasitosti, keďže s klesajúcou dĺžkou trvania zvuku klesá aj citlivosť sluchu, ktorý ho vníma. Vedci a výskumníci v oblasti akustiky sa vo všeobecnosti zhodujú na pravidle, že subjektívna hlasitosť klesá s klesajúcim trvaním pulzujúcich zvukov až do celkovej doby 70 ms.
V súlade s týmto pravidlom bol vyvinutý a medzinárodne prijatý špeciálny elektronický obvod, ktorého citlivosť klesá s klesajúcou dobou trvania krátkodobého zvuku. Charakteristika tohto obvodu sa nazýva „pulz“.

Zvukomer

Zvukomer je elektronický merací prístroj, ktorý reaguje na zvuk podobným spôsobom ako ľudský sluch a poskytuje objektívne a opakovateľné meranie hladín zvuku alebo akustického tlaku.

Zvuk prijímaný zvukomerom je konvertovaný jeho mikrofónom na proporcionálny elektrický signál. Pretože amplitúda tohto signálu je veľmi malá, je potrebné vhodné zosilnenie ešte pred jeho odoslaním do číselníka alebo digitálneho indikátora. Elektrický signál zosilnený zosilňovacím stupňom umiestneným na vstupe zvukomera môže byť podrobený frekvenčnej korekcii v bloku obsahujúcom štandardné korekčné obvody. A, B, C a/alebo D, alebo filtrovanie pomocou externých pásmových priepustov (napríklad oktávových alebo tretinových oktávových) filtrov. Elektrický signál, zosilnený príslušným zosilňovacím stupňom, je potom privedený do detektorovej jednotky a z jej výstupu do číselníka alebo po konverzii na digitálny indikátor. Detektorový blok štandardného zvukomera obsahuje detektor RMS, ale môže byť vybavený aj špičkovým detektorom. Číselník alebo digitálny indikátor zobrazuje hladiny zvuku alebo hladiny akustického tlaku v dB.

Stredná kvadratická hodnota (RMS) je matematicky presne definovaná špeciálna priemerná hodnota súvisiaca s energiou skúmaného procesu. Toto je obzvlášť dôležité v akustike, pretože hodnota RMS je úmerná množstvu energie zvuku alebo hluku nameraného zvukomerom. Špičkový detektor poskytuje možnosť merania špičkovej hodnoty prechodových a pulzných zvukov, pričom použitie pamäťového zariadenia (prídržného obvodu) pomáha zaznamenať maximálnu špičkovú alebo efektívnu hodnotu nameranú v pulznom režime zvukomera.

Preferovanou metódou kalibrácie zvukomerov je akustická metóda, ktorá sa spolieha na použitie presného a prípadne prenosného akustického kalibrátora. Akustický kalibrátor je v podstate kombináciou presného oscilátora a reproduktora, ktorý generuje zvuk s presnou presnosťou. určitú úroveň.) Keďže zvukomer je presný merací prístroj, je navrhnutý tak, aby umožňoval rekalibráciu a overenie jeho parametrov s cieľom zabezpečiť vysokú presnosť a spoľahlivosť výsledkov merania.

Dynamická charakteristika zvukomeru

Pri meraní zvuku s meniacimi sa hladinami je potrebné, aby výchylka ručičky na zvukomeri presne zodpovedala týmto zmenám.
Príliš rýchle zmeny v úrovni meraného zvuku však môžu spôsobiť, že ručička meracieho prístroja bude kolísať tak rýchlo, že odčítanie údajov bude ťažké alebo dokonca nemožné. Z tohto dôvodu medzinárodné odporúčania a normy stanovujú dve hlavné dynamické charakteristiky zvukomerov; „fast" je charakteristika, ktorá zodpovedá rýchlej odozve prístroja. V prípade rýchleho kolísania ručičky meracieho prístroja (pozri horný obrázok), pri prevádzke v „rýchlom" režime je výhodnejšie nastaviť zvukomer do „pomalého“ režimu.
Ak sú výkyvy ručičiek zvukomeru pracujúceho v „pomalom“ režime príliš veľké, je potrebné určiť priemernú hodnotu výchyliek ručičiek a zaznamenať maximálne a minimálne hodnoty meracieho prístroja do príslušného protokolu.
Pri meraní krátkodobých a pulzných zvukov je potrebný pulzný zvukomer. Niektoré smernice a normy vyžadujú meranie špičkových hodnôt, zatiaľ čo iné vyžadujú použitie dynamického pulzného režimu. Všimnite si, že možnosť zaznamenávať hodnoty meracieho zariadenia alebo indikátora zvukomeru je efektívna a pohodlná pri meraní všetkých druhov krátkodobých zvukov. Pri meraní zvuku s meniacimi sa hladinami je potrebné, aby výchylka ručičky na zvukomeri presne zodpovedala týmto zmenám. Príliš rýchle zmeny v úrovni meraného zvuku však môžu spôsobiť, že ručička meracieho prístroja bude kolísať tak rýchlo, že odčítanie údajov bude ťažké alebo dokonca nemožné. Z tohto dôvodu medzinárodné odporúčania a normy stanovujú dve hlavné dynamické charakteristiky zvukomerov; „fast" je charakteristika zodpovedajúca rýchlej odozve prístroja. Ak ručička meracieho prístroja (pozri horný obrázok) pri prevádzke v „rýchlom" režime rýchlo kolíše, je vhodnejšie nastaviť zvukomer na „pomalý" režim. Ak je ručička meracieho zariadenia zvukomeru príliš veľká. v „pomalom" režime je potrebné určiť priemernú hodnotu odchýlok ručičky a do príslušného protokolu zaznamenať max. a minimálnymi údajmi meracieho prístroja.Pri meraní krátkodobých a pulzných zvukov je potrebný pulzný zvukomer Niektoré odporúčania a normy vyžadujú meranie špičkových hodnôt, iné určujú potrebu použiť režim s dynamickou charakteristikou “ impulz.“ Všimnite si, že možnosť zaznamenávať hodnoty meracieho zariadenia alebo indikátora zvukomeru je efektívna a pohodlná pri meraní všetkých druhov krátkodobých zvukov.

Šírenie zvukových vĺn

Šírenie zvukových vĺn vo vzduchu je podobné ako šírenie vĺn vo vode. Zvukové vlny sa šíria rovnomerne všetkými smermi a ich amplitúda klesá s rastúcou vzdialenosťou od zdroja. Zdvojnásobenie vzdialenosti vo vzduchu zodpovedá polovičnému zníženiu amplitúdy zvukovej vlny, t.j. zníženie hladiny o 6 dB. V dôsledku toho zdvojnásobením vzdialenosti medzi zdrojom zvuku a pozorovateľom sa hladina akustického tlaku vnímaná pozorovateľom zníži o 6 dB. Zväčšenie vzdialenosti o 4, 8 atď. časy zodpovedá poklesu hladiny o 12 dB, 18 dB atď.
Vyššie uvedené však platí len pri absencii predmetov, ktoré odrážajú alebo pohlcujú zvuk. Takéto ideálne podmienky sa nazývajú podmienky voľného zvukového poľa. Predmety nachádzajúce sa vo zvukovom poli viac-menej odrážajú, pohlcujú a prepúšťajú zvukové vlny.
Množstvo odrazenej, pohltenej a prenesenej zvukovej energie je určené fyzikálnymi vlastnosťami jednotlivých predmetov, najmä koeficientom pohltivosti a veľkosťou a vlnovou dĺžkou zvuku. Vo všeobecnosti len predmety väčšie ako je vlnová dĺžka zvuku vážne rušia zvukové pole. Napríklad vlnová dĺžka 10 kHz zvuku je len 34 mm, takže aj malé predmety (napríklad merací mikrofón) budú rušiť zvukové pole. Naopak, zvuková izolácia a absorpcia v oblasti vysokých frekvencií sú relatívne jednoduché úlohy. Úplne naopak je to v oblasti nízkych frekvencií (vlnová dĺžka zvuku s frekvenciou 100 Hz je 3,4 m), kde sa zvuková izolácia stáva komplexným problémom v aplikovanej akustike.
Vyššie uvedené môže potvrdiť hudba šíriaca sa z vedľajšej miestnosti – basové tóny sa takmer nedajú oddialiť.

Anechoické (zvuk pohlcujúce) komory

Ak potrebujete meranie vo voľnom zvukovom poli, t.j. Pri absencii predmetov odrážajúcich zvuk sa výskum alebo testovanie musí vykonávať buď vonku s mikrofónom na konci dlhej a tenkej vertikálnej tyče, alebo v bezodrazovej komore. Steny, strop a podlaha anechoickej komory sú pokryté zvukovo pohlcujúcim materiálom, ktorého parametre a prevedenie eliminujú odraz zvukových vĺn. Preto je možné v anechoickej komore merať zvuk šíriaci sa v akomkoľvek smere od zdroja bez narušenia zvukového poľa predmetmi odrážajúcimi zvukové vlny.

Dozvukové (zvukové) komory

Dozvuková komora je z hľadiska vlastností a dizajnu opakom anechoickej komory. Všetky povrchy dozvukovej komory sú maximálne tvrdé a hladké s obvodom zaisťujúcim čo najväčší odraz zvukových vĺn. Aby sa zabezpečilo požadované uhlové rozloženie zvuku, povrchy dozvukovej komory nie sú navzájom rovnobežné. Zvukové pole vytvorené v dozvukovej komore sa nazýva difúzne a vyznačuje sa rovnomerným rozložením zvukovej energie vo všetkých svojich bodoch. Dozvukové komory môžu merať silu zvuku a hluku vyžarovaného rôznymi zdrojmi, ale pokus zmerať hladiny zvuku alebo hladiny akustického tlaku v špecifickom smere vzhľadom na zdroj vedie k chybným a prakticky nezmyselným výsledkom v dôsledku odrazov zvukových vĺn. Všimnite si, že kvôli nižším nákladom na dozvukové komory (v porovnaní s anechoickými komorami) sú široko používané v technickej akustike, najmä pri štúdiách hluku generovaného a emitovaného strojmi a zariadeniami.

Akustické parametre bežných miestností

Väčšina praktických meraní zvuku sa nevykonáva ani v bezodrazových alebo dozvukových komorách, ale v miestnostiach, ktorých akustické parametre sú niekde medzi parametrami špeciálnych komôr spomínaných vyššie.
Pri meraní zvuku alebo hluku generovaného a vydávaného konkrétnym zdrojom sú možné rôzne chyby. Malé zmeny v polohe mikrofónu umiestneného v malej vzdialenosti od zdroja zvuku
zariadenia na meranie zvuku môžu byť sprevádzané veľkými zmenami hladín zvuku alebo akustického tlaku. Táto situácia nie je vylúčená pri vzdialenostiach menších ako je väčšia z nasledujúcich dvoch hodnôt: vlnová dĺžka najnižšej frekvenčnej zložky zvuku generovaného a vydávaného zdrojom zvuku a dvojnásobok maximálnej veľkosti zdroja zvuku.
Takto definované zvukové pole sa nazýva blízke pole. Upozorňujeme, že z vyššie uvedených dôvodov sa neodporúča meranie hladín zvuku v blízkom poli alebo akustického tlaku.
Aj pri meraní na veľké vzdialenosti od zdroja zvuku nie je možné vylúčiť určité chyby, najmä chyby spôsobené odrazmi od stien miestnosti a iných predmetov odrážajúcich zvuk. Pole, v ktorom sa intenzita odrazeného zvuku môže takmer rovnať intenzite zvuku šíriaceho sa priamo zo zdroja, sa nazýva reverberant. Niekde medzi poľom dozvuku a blízkym poľom sa nachádza voľné zvukové pole, ktorého hranice možno nájsť podľa jeho definície: zdvojnásobenie vzdialenosti vo voľnom poli musí zodpovedať zníženiu hladiny o 6 dB. Akustické merania sa odporúča vykonávať vo voľnom zvukovom poli alebo v podmienkach čo najbližšie k nemu.
V protokole o meraní je potrebné zaznamenať nielen výslednú hladinu zvuku alebo akustický tlak, ale aj vzdialenosť mikrofónu od zdroja zvuku, smer mikrofónu a jeho výšku.

Merací mikrofón vo zvukovom poli

Merací mikrofón musí spĺňať množstvo prísnych požiadaviek.
V prvom rade musí byť kvalitný a spoľahlivý. Ďalej musí mať hladkú a rovnomernú frekvenčnú odozvu, t.j. jeho citlivosť by mala byť identická alebo takmer identická na všetkých frekvenciách. Musí byť aj všesmerový, t.j. majú rovnakú alebo takmer rovnakú citlivosť vo všetkých smeroch.
Brühl & Kjær vyrába a vyrába presné meracie mikrofóny s optimálnym výkonom vo voľnom zvukovom poli, meraní tlaku a difúznom zvukovom poli. Mikrofóny určené na použitie vo voľnom zvukovom poli majú plochú frekvenčnú odozvu vo vzťahu k zvuku, ktorý tvorí zvukové pole predtým, ako je do neho mikrofón nainštalovaný. Treba zdôrazniť, že každý mikrofón narúša zvukové pole, ale mikrofóny s voľným poľom sú navrhnuté tak, aby automaticky kompenzovali ich prítomnosť vo zvukovom poli. Mikrofóny prijímajúce tlak sú navrhnuté tak, aby dosahovali plochú frekvenčnú odozvu vzhľadom na skutočný akustický tlak, samozrejme, s automatickou kompenzáciou narušenia zvukového poľa v dôsledku prítomnosti mikrofónu. Konštrukcia mikrofónov určených na použitie v difúznom zvukovom poli zaručuje ich všesmerovosť, t.j. identická alebo takmer identická citlivosť na zvukové vlny prichádzajúce súčasne z rôznych uhlov, ako je to v prípade dozvuku a difúzneho zvukového poľa. Pre akustické merania vo voľnom zvukovom poli musí byť mikrofón určený pre podmienky voľného zvukového poľa nasmerovaný priamo na zdroj zvuku, pričom mikrofón tlakového prijímača musí byť v uhle 90° voči smeru k zdroju zvuku, t.j. musí byť umiestnený tak, aby jeho membrána bola rovnobežná so smerom šírenia zvukových vĺn.

Merací mikrofón vo zvukovom poli

Pri použití v difúznom alebo náhodnom zvukovom poli musí byť mikrofón všesmerový. Ako všeobecné pravidlo možno akceptovať, že čo menšie veľkosti mikrofón, tým lepšia je jeho smerová charakteristika, t.j. čím bližšie je k ideálnemu všesmerovému mikrofónu.
Citlivosť malých mikrofónov je však pomerne nízka, čo môže znemožňovať ich použitie v relatívne tichom prostredí. Riešením tohto problému je použitie citlivého mikrofónu s optimálnym výkonom vo voľnom zvukovom poli, t.j. jednopalcový mikrofón vybavený špeciálnym zariadením nazývaným difúzor, ktoré mu dáva takmer všesmerovú odozvu. Ak však nie je potrebná vysoká citlivosť jednopalcového mikrofónu, dáva sa prednosť použitiu menších mikrofónov určených na použitie v difúznom zvukovom poli, t.j. mikrofóny s priemerom 1/2 palca alebo menej.
Je potrebné zdôrazniť, že prítomnosť tela nástroja a operátora v difúznom zvukovom poli môže zabrániť šíreniu zvukových vĺn v určitých smeroch a tým výrazne zhoršiť inak dobrú všesmerovú odozvu mikrofónu. Preto sa odporúča, aby bol mikrofón namontovaný na predlžovaciu tyč alebo pri použití predlžovacieho kábla mikrofónu na pevnú podperu, ktorá je vzdialená od tela merača a obsluhy a neruší zvukové pole.

Environmentálny hluk

Táto brožúra sa doteraz zaoberala zvukom a hlukom generovaným a vydávaným jedným zdrojom, napríklad strojom, najmä s okruhom opisu akustických parametrov tohto zdroja a určovania parametrov zvuku a ich závislosti od vzdialenosti. Úplne iným typom akustického výskumu je meranie, rozbor a vyhodnotenie zvuku alebo hluku na určitom mieste, pričom zvukové pole môžu vytvárať rôzne zdroje a ich kombinácie.

Príkladom hluku je hluk na pracovisku vonkajšie prostredie. Meranie a analýza takéhoto hluku sa vykonáva na bežnom pracovisku, pričom sa neberie do úvahy, či sa toto miesto nachádza v blízkom alebo vzdialenom zvukovom poli príslušného zariadenia, či je zvukové pole vytvorené iba týmto zariadením alebo určitou kombináciou , atď.

Skutočné podmienky, jednotlivé zdroje hluku atď. sa berú do úvahy v štádiu kontroly hluku, ale pri meraní a posudzovaní dávky hluku pôsobiacej na osobu nie sú významné.
Keďže všeobecný hluk vonkajšieho prostredia je vo väčšine prípadov tvorený zvukovými vlnami z rôznych zdrojov atď., mikrofón zvukomeru používaného pri meraniach musí byť všesmerový. Zvukomer s mikrofónom musí mať preto vo všetkých smeroch rovnakú citlivosť a jeho hodnoty by nemali závisieť od umiestnenia zdrojov tvoriacich zvukové pole.
Medzi ďalšie príklady environmentálneho hluku patrí hluk v obytných oblastiach, v blízkosti priemyselných zariadení, v kanceláriách, divadlách atď.

Vplyv prítomnosti meracieho prístroja a operátora

Pri vykonávaní akýchkoľvek meraní zvuku a hluku je potrebné dbať na to, aby prítomnosť zariadenia na meranie zvuku a obsluha nenarušili merané zvukové pole. Je potrebné vziať do úvahy, že telo meracieho prístroja a telo operátora môžu nielen zabrániť šíreniu zvukových vĺn v určitých smeroch, ale aj spôsobiť odrazy zvukových vĺn, ktoré narúšajú zvukové pole. Ľudské telo na prvý pohľad nevyzerá ako predmet, ktorý dobre odráža zvukové vlny. Experimentálne štúdie však ukázali, že pri frekvenciách okolo 400 Hz môžu odrazy od ľudského tela spôsobiť chyby rádovo 6 dB pri meraní vo vzdialenosti menšej ako 1 m od tela operátora.

Aby sa minimalizovali odrazy od tela prístrojov na meranie zvuku, sú zvukomery Brupy a Kjær vybavené špeciálnou kužeľovou fasádou. S väčšinou týchto zvukomerov je možné použiť flexibilnú predlžovaciu tyč, ktorá pomôže oddialiť mikrofón od zvukomera a tým znížiť celkovú chybu merania. Okrem toho je možné použiť predlžovacie káble mikrofónu v prípadoch, keď je potrebné úplne eliminovať rušenie zvukového poľa prítomnosťou krytu prístroja na meranie zvuku.
Odrazy zvukových vĺn od tela operátora a ich vplyv na výsledky merania je možné vo väčšine prípadov minimalizovať správnou inštaláciou zvukomeru. Zvukomer by mal byť držaný na dĺžku paže alebo, pokiaľ možno, namontovaný na statíve alebo inom pevnom držiaku, ktorý neruší zvukové pole. V každom prípade sa odporúča použitie flexibilnej predlžovacej tyče. Ešte pokročilejšie z hľadiska znižovania chýb v dôsledku prítomnosti operátora je namontovať mikrofón v určitej vzdialenosti od zvukomera a spojiť ich pomocou vhodného predlžovacieho kábla mikrofónu.

Hluk na pozadí (odčítanie úrovní)

Ostatným dôležitým faktorom, ovplyvňujúcim celkovú chybu výsledkov akustických meraní je hluk pozadia, najmä pomer jeho hladiny k hladinám meraného zvuku alebo hluku. Je jasné, že hladina hluku pozadia by nemala presiahnuť úrovne meraného procesu.
V praxi sa môže použiť pravidlo na určenie, či hladina hluku pozadia musí prekročiť nameraný zvuk alebo hladiny hluku o 3 dB alebo viac. Avšak aj keď sú splnené požiadavky tohto pravidla, je potrebné vykonať príslušné úpravy, aby sa dosiahli správne výsledky s minimálnou chybou. Technika merania a výpočtu hladiny zvuku alebo hluku generovaného špecifickým zdrojom (napríklad strojom) v prítomnosti hluku pozadia na relatívne vysokej úrovni je nasledovná:

Zmerajte celkový zvuk alebo hladinu hluku (Ls+m) so zapnutým zdrojom.
Po vypnutí zdroja zmerajte hladinu hluku pozadia (Ln).
Vypočítajte rozdiel medzi výsledkami vyššie opísaných meraní. Ak je tento rozdiel menší ako 3 dB, hluk pozadia sa musí považovať za nadmerne intenzívny a bráni poskytovaniu presných výsledkov. Ak je rozdiel medzi 3 a 10 dB, je potrebné vykonať primeranú korekciu. Korekciu je možné zanedbať, ak vyššie uvedený rozdiel presiahne 10 dB
Korekcia šumu pozadia sa určuje pomocou nomogramu znázorneného na obrázku vpravo. Na vodorovnej osi nomogramu musíte nájsť bod zodpovedajúci rozdielu hladiny vypočítanému v kroku 3. Z tohto bodu nakreslite zvislú čiaru smerom nahor, aby ste určili bod, v ktorom pretína tučnú krivku. Od tohto bodu je nakreslená vodorovná čiara vertikálna os nomogramy. Priesečník určuje hodnotu Δ Ln v dB.
Od celkovej hladiny zvuku alebo hluku nameranej v bode 1 odpočítajte hodnotu Δ Ln určenú pozdĺž vertikálnej osi nomogramu (pozri bod 4 vyššie).
Výsledkom tejto operácie je požadovaná úroveň zvuku alebo hluku generovaného a vydávaného skúmaným zdrojom.

Príklad:

Celková hlučnosť = 60 dB
Hladina hluku pozadia - 53 dB
Rozdiel hladín - 7 dB
Korekcia určená na základe nomogramu - 1 dB
Požadovaná hladina hluku zdroja = 60—1 = 59 dB

Pridanie úrovní

Ak sa hladiny zvuku alebo hluku vyžarovaného dvoma zdrojmi merajú jednotlivo a je potrebné určiť celkovú hladinu zvuku alebo hluku pri súčasnej prevádzke oboch týchto zdrojov, je potrebné pripočítať zodpovedajúce hladiny. Použitie logaritmickej stupnice a dB však vylučuje možnosť priameho pridania úrovne zvuku alebo hluku.

Sčítanie sa vykonáva zavedením vhodnej korekcie, určenej buď výpočtom, alebo na základe nomogramu, napríklad nomogramu znázorneného na obrázku vpravo.
Pracovná metódaĎalšie:
Zmerajte jednotlivo úroveň zvuku alebo hluku oboch zdrojov, napríklad strojov 1 a 2.
Vypočítajte rozdiel medzi výsledkami vyššie opísaných meraní.
Nájdite bod na vodorovnej osi nomogramu, ktorý zodpovedá rozdielu hladiny vypočítanému v kroku 3. Z tohto bodu nakreslite zvislú čiaru tak, aby ste určili bod jej priesečníka s hrubou krivkou. Horizontálna čiara od tohto bodu k vertikálnej osi nomogramu určuje nový priesečník a zodpovedajúcu hodnotu Δ L v dB.
Pridajte hodnotu určenú pozdĺž vertikálnej osi nomogramu (pozri bod 3 vyššie) k väčšej úrovni určenej krokom 1. Výsledkom tejto operácie je požadovaná všeobecná úroveň, t.j. súčet úrovní generovaných dvoma zdrojmi zvuku alebo hluku.

Príklad:

Zdroj 1 - 85 dB Zdroj 2 = 82 dB
Rozdiel hladín = 3 dB
Korekcia založená na nomograme -1,7 dB
Požadovaná celková úroveň je 85+ 1,7 = 86,7 dB

Vietor
Prítomnosť vetra je mikrofónom zariadenia na meranie zvuku vnímaná ako hluk, podobný hluku, ktorý počuje ľudské ucho, keď fúka vietor. Na zníženie hluku vytváraného vetrom sú navrhnuté špeciálne vetruodolné krytky, ktoré majú tvar gule z porézneho a penového polyuretánu a zároveň chránia mikrofón pred prachom, špinou a inými nečistotami. Je potrebné zdôrazniť, že pri použití mikrofónu vonku by sa mala používať vetruodolná čiapka.
Vlhkosť
Okolitá vlhkosť má na kvalitné prístroje na meranie zvuku a mikrofóny malý vplyv, takže vplyv relatívnej vlhkosti do 90% možno prakticky zanedbať. Meracie zariadenie však musí byť chránené pred dažďom, snehom a pod. Pri použití vonku je potrebná vetruodolná čiapka. Všimnite si, že chyba merania zostáva takmer nezmenená, aj keď je vetruodolný kryt umiestnený na mikrofóne silne navlhčený. Špeciálne mikrofóny, dažďové kukly a odvlhčovače sú určené pre stacionárne použitie v podmienkach vysokej relatívnej vlhkosti.
Teplota
Zariadenie na meranie hluku vyrábané a vyrábané spoločnosťou Brühl & Kjaer je navrhnuté pre vysoko presnú a spoľahlivú prevádzku v rozsahu teplôt od -10 do + 50 ° C. Zvláštnu pozornosť však treba venovať rýchlemu meraniu teploty, pretože môže spôsobiť kondenzáciu vlhkosti vnútri mikrofónov.

Vplyv podmienok prostredia

Statický tlak
Zmeny statického (atmosférického) tlaku v rozmedzí ±10% nemajú takmer žiadny vplyv na citlivosť mikrofónov (zmeny ±0,2 dB). V príliš vysokých nadmorských výškach sú však zmeny citlivosti mikrofónu, najmä vo vysokofrekvenčnom rozsahu, viditeľné a je potrebné ich zohľadniť v súlade s príslušnými prevádzkovými pokynmi. Pri akustickej kalibrácii zariadenia pomocou piestónu je potrebné brať do úvahy aj miestny atmosférický tlak.
Mechanické vibrácie
Hoci mikrofóny a zvukomery sú relatívne necitlivé na mechanické vibrácie, stále sa odporúča, aby boli spoľahlivo izolované proti mechanickým vibráciám a otrasom s veľkými amplitúdami. Ak je potrebné prevádzkovať zariadenie na meranie hluku v prítomnosti mechanických vibrácií a otrasov, odporúča sa použiť elastické vankúše alebo tesnenia vyrobené z penovej gumy alebo iného vhodného materiálu.
Elektromagnetické polia
Vplyv elektrostatických a elektromagnetických polí na zvukomery možno zanedbať.

Odporúčania a normy týkajúce sa akustických meraní

Pri plánovaní a príprave akustických meraní sa odporúča brať do úvahy usmernenia príslušných medzinárodných a národných odporúčaní a noriem. Tieto odporúčania a normy stanovujú meracie metódy a techniky a požiadavky na meracie zariadenia. Smernice a normy preto poskytujú pevný základ pre presné, spoľahlivé a reprodukovateľné akustické merania.

Odporúčanie ISO 2204 s názvom „Akustika – Sprievodca metódami merania akustického hluku a jeho účinkov na človeka“ je obzvlášť dôležité, najmä pre tých, ktorí nemajú dostatočné skúsenosti, pretože obsahuje definície a vysvetlenia základných pojmov, popisy metód merania a zoznam príslušné odporúčania a normy.

Odporúčania 123 a 179 Medzinárodnej elektrotechnickej komisie IEC stanovujú požiadavky na zvukomery rôznych tried presnosti. Je potrebné poznamenať, že zariadenia na meranie hluku vyrábané a vyrábané spoločnosťou Brühl a Kjaer spĺňajú požiadavky týchto odporúčaní a tiež iných noriem. V USA sú široko používané národné normy (ANSI). Zvukomery od Brühl a Kjaer vybavené flexibilnou predlžovacou tyčou tiež spĺňajú požiadavky príslušných americké štandardy.
Prehľad a zoznam odporúčaní a noriem týkajúcich sa akustických meraní získate od miestneho zástupcu Bryp & Kjær.

Protokol merania zvuku alebo hluku

Dôležitou súčasťou akustického merania je vytvorenie presného meracieho protokolu. Správa o meraní zvuku alebo hluku musí obsahovať:

Náčrt miesta merania s uvedením príslušných rozmerov, umiestnenia mikrofónu a objektu, ktorý sa má merať.
Typ a sériové čísla použitých meracích prístrojov.
Opis spôsobu kalibrácie meracieho zariadenia.
Popis obvodov frekvenčnej korekcie a dynamickej odozvy používaných pri meraniach.
Stručný popis meraného akustického signálu (impulzný zvuk, nepretržitý šum, čistý tón atď.).
Úroveň hluku pozadia.
Meteorologické údaje a časové údaje merania.
Základné údaje meraného objektu (typ zariadenia, prevádzkové parametre, zaťaženie, rýchlosť atď.).
Starostlivo navrhnutý merací protokol zabezpečuje, že výsledky akustických meraní vykonaných v iný čas a na rôznych miestach.

Grafické znázornenie zvukových alebo šumových polí

Jedným z prvých krokov pri realizácii zložitejšieho programu kontroly hluku je zvyčajne grafické znázornenie príslušného hlukového poľa, t.j. vypracovanie pomerne presného náčrtu s uvedením umiestnenia a hlavných rozmerov jednotlivých zdrojov hluku (strojov a pod.) a iných objektov nachádzajúcich sa v skúmanom teréne. Tento náčrt je potom vyplnený hladinami hluku nameranými v rôzne bodyšumové pole. Je zrejmé, že s nárastom počtu výsledkov meraní sa získava čoraz presnejšie znázornenie skúmaného odboru.

Spojením bodov s identickými hladinami hluku sa vytvárajú krivky podobné izohypsám v kartografii a poskytujúce grafické znázornenie rozloženia energie hluku. Grafické znázornenie hlukového poľa pomáha identifikovať najhlučnejšie miesta a slúži ako počiatočná platforma pre plánovanie a prípravu akustických opatrení na ochranu ľudí pred hlukom. Nové merania vykonané po implementácii vyššie uvedených opatrení poskytujú vizuálnu reprezentáciu ich výsledkov a ilustráciu dosiahnutých výsledkov v oblasti znižovania hluku a optimalizácie hlukového poľa. Na náčrte uvedenom vyššie môžete červenou farbou označiť oblasti, v ktorých je povinné používanie osobných ochranných prostriedkov, napríklad ušné tampóny, chrániče sluchu atď.

Krivky indexu hluku

Väčšina plánov na znižovanie hluku, najmä v oblastiach, kde namerané hladiny dB(A) prekračujú prijateľné limity, vyžaduje posúdenie hladín hluku a škodlivých účinkov hluku.

V takýchto prípadoch je potrebná frekvenčná analýza šumu, ako je oktávová alebo tretinová oktávová analýza. Viac-menej sú stanovené rôzne odporúčania a štandardy komplexné metódy posudzovanie hluku a jeho účinkov. Najjednoduchšia metóda je založená na aplikácii kriviek indexu hluku znázornených na obrázku. Výsledky frekvenčnej analýzy sa zapisujú do poľa kriviek indexu hluku, t.j. úrovne zodpovedajúce jednotlivým frekvenčným pásmam. Porovnaním sa určí krivka, ktorá je v kontakte s maximom spektra šumu, a preto je šumu priradený šumový index NR zodpovedajúci tejto krivke (v príklade na obrázku je tento index NR78). Z tvaru kriviek indexu hluku je zrejmé, že oblasť vysokých frekvencií je považovaná za dôležitejšiu a z hľadiska nepriaznivých vplyvov hluku aj závažnejšia ako oblasť nízkych frekvencií.

Všimnite si, že definície a vysvetlenia týkajúce sa kriviek indexu hluku sú uvedené v odporúčaní ISO z roku 1996. Podobné krivky sa v niektorých krajinách používajú na určenie maximálneho prípustného času vystavenia hluku pôsobiaceho na ľudí a na stanovenie prípustných limitov hluku pre stroje, zariadenia atď. Je potrebné poznamenať, že pri aplikácii vyššie uvedených kriviek sa mimochodom automaticky berie do úvahy frekvenčná odozva ľudského sluchu.

Dávka hluku

Potenciálne nebezpečenstvo určitého hluku, najmä s ohľadom na poruchu a poškodenie sluchu, je určené nielen jeho úrovňou, ale aj dĺžkou trvania. Napríklad škodlivý účinok hluku s určitou úrovňou, ktorý pôsobí na človeka 60 minút, je oveľa väčší ako účinok hluku s rovnakou úrovňou a trvaním iba jednu minútu. Na posúdenie stupňa nebezpečenstva sú preto potrebné merania hladiny hluku a trvania. Takéto merania nie sú úplne zložité v prípade stacionárneho hluku s pevnými úrovňami, ale stávajú sa zložitejšími tam, kde je hluk nestacionárny a kde sa jeho úrovne v priebehu času menia.
Komplikácia vyplýva z nutnosti periodického merania hladín hluku v presne definovaných časových intervaloch. Na základe diskrétnych hodnôt hladiny nestacionárneho hluku priradených k jednotlivým časovým intervalom je možné vypočítať jednociferný parameter nazývaný ekvivalentná hladina hluku (1_eq) - L eq je ekvivalentná hladina nepretržitého hluku v dB. (A), ktorého stupeň nebezpečenstva pre sluch je zhodný so stupňom nebezpečenstva hluku s rôznou časovou úrovňou. Ak sa hladina skúmaného hluku mení viac-menej diskrétne, ekvivalentnú hladinu možno vypočítať na základe výsledkov meraní pomocou zvukomera a stopiek.
Ekvivalentnú hladinu hluku s kolísavou alebo náhodne sa meniacou hladinou nie je možné vypočítať na základe viacerých výsledkov meraní, v takýchto prípadoch je potrebné použiť dozimeter hluku, ktorý automaticky meria a vypočítava ekvivalentné hladiny hluku. Merače hladiny hluku môžu byť buď stacionárne zariadenia alebo prenosné, vreckové zariadenia.
Akustické smernice a normy stanovujú dve metódy na určenie a výpočet ekvivalentných hladín hluku. Jedna z týchto metód je stanovená odporúčaniami Medzinárodnej organizácie pre normalizáciu z rokov 1996 a 1999, zatiaľ čo druhá metóda je určená politikou bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci (OSHA).

Základné metódy kontroly hluku

Ak výsledky akustických meraní poukazujú na príliš vysoké hladiny hluku a prekračujúce prípustné limity, musia sa prijať všetky vhodné opatrenia na ich zníženie. Hoci sú metódy a prostriedky kontroly hluku často zložité, príslušné základné opatrenia sú stručne opísané nižšie.

Zníženie hluku pri jeho zdroji, napríklad pomocou špeciálnych technologických procesov, úprava konštrukcie zariadenia, dodatočná akustická úprava častí, komponentov a povrchov zariadenia, prípadne použitie nového a menej hlučného zariadenia.
Blokovanie dráh zvukových vĺn. Táto metóda
na základe použitia dodatočných technických prostriedkov spočíva vo vybavení zariadenia zvukovoizolačným náterom alebo akustickými clonami a jeho zavesení na tlmiče vibrácií. Hluk na pracoviskách možno znížiť pokrytím stien, stropov a podláh materiálmi, ktoré pohlcujú zvuk a znižujú odraz zvukových vĺn.
Používanie osobných ochranných prostriedkov tam, kde iné metódy nie sú z jedného alebo druhého dôvodu účinné. Použitie týchto prostriedkov by sa však malo považovať len za dočasné riešenie problému.
Zastavenie prevádzky hlučných zariadení je najradikálnejšou a poslednou metódou, ktorá sa berie do úvahy v špeciálnych a závažných prípadoch. Na tomto mieste je potrebné zdôrazniť možnosť skrátenia doby prevádzky hlučných zariadení, presun hlučných zariadení na iné miesto, výber racionálny režim práca a odpočinok a skrátenie času stráveného v hlučných podmienkach atď.

Základné pravidlá pre akustické merania

Táto brožúra končí prehľadom základných pravidiel pre akustické merania vykonávané prenosným zvukomerom.

Oboznámte sa s odporúčaniami a normami, ktoré stanovujú vhodné metódy a kladú požiadavky na používané meracie zariadenia.
Skontrolujte stav vnútorného napájacieho zdroja zvukomeru a pripravte si náhradnú sadu vysokokvalitných prvkov. Upozorňujeme, že pri skladovaní zvukomeru v sklade, najmä na dlhší čas, je potrebné odstrániť prvky, ktoré sa bežne nachádzajú v batériovom zdroji energie.

Skontrolujte zvukomer a v prípade potreby ho nakalibrujte. V každom prípade sa odporúča kalibrácia pomocou akustického kalibrátora v pravidelných intervaloch.
Určite schému korekcie frekvencie vhodnú pre podmienky a účely merania. Všimnite si, že vo väčšine bežných prípadov sa používa korekčný obvod A.

Ešte pred začatím samotného merania sa odporúča vykonať niekoľko približných odpočtov z zvukomeru v skúmanom zvukovom poli.
Určite typ a hlavné parametre skúmaného zvukového poľa a meracie body zodpovedajúce prevádzkovým podmienkam.
Zvukomer vybavený mikrofónom s optimálnou odozvou vo voľnom poli by mal byť držaný na dĺžku paže, s mikrofónom otočeným smerom k zdroju zvuku alebo hluku.

V difúznych zvukových poliach a poliach s náhodným výskytom zvukových vĺn je dôležité použiť mikrofón a spôsob montáže zariadenia, ktorý zaručí všesmerovosť zvukomeru vybaveného mikrofónom.
Určte dynamickú charakteristiku zvukomeru, t.j. „rýchle“ alebo „pomalé“, zodpovedajúce podmienkam merania a bez chýb čítania. Upozorňujeme, že na meranie pulzných zvukov potrebujete špeciálny pulzný zvukomer

V prípadoch, keď je ťažké určiť zdroj zvuku, ktorý určuje čítanie číselníka alebo digitálneho indikátora zvukomera, môžu byť slúchadlá pripojené k výstupu zvukomera cenným pomocníkom. Upozorňujeme, že použitie slúchadiel je možné len vtedy, ak je zvukomer vybavený príslušným výstupným konektorom.
Pri meraní je potrebné vziať do úvahy nasledovné:
- dostatočná vzdialenosť medzi mikrofónom zvukomeru a predmetmi odrážajúcimi zvuk
- vzdialenosť medzi zvukomerom a meraným zvukom alebo zdrojom hluku zodpovedajúca podmienkam merania a typu zvukového poľa
- úroveň hluku pozadia
- prítomnosť predmetov schopných blokovať šírenie zvukových vĺn zo zdroja do zvukomeru
- nutnosť používať vetruodolnú čiapku pri práci vonku
- nutnosť vylúčiť výsledky merania pri preťažení zvukomeru alebo jeho indikátora

Opatrne vypracujte príslušný protokol o meraní

Autori tejto brožúry dúfajú, že poskytne praktický úvod do oblasti merania zvuku a hluku a odpovie na väčšinu praktických otázok, a preto nájde uplatnenie ako praktický odkaz. Ak potrebujete poradiť so špeciálnymi otázkami týkajúcimi sa akustických meraní a súvisiacich zariadení, kontaktujte zástupcov Brühl & Kjær alebo napíšte priamo na adresu Brühl & Kjær 2850 Nærum Dánsko

Páčil sa vám článok? Zdieľaj to

Vytlačte si tento článok