Раздел теории




АКУСТИКА

Базовые понятия о звуке

Прежде чем мы начнем обсуждение связи между уровнем звуковой мощности и уровнем звукового давления, мы должны определить некоторые базовые понятия, такие как звуковое давление, звуковая мощность и частота.

Звуковое давление

Звуковые волны распостраняются в воздухе в виде колебаний давления. Наши уши воспринимают колебания давления как звук. Звуковое давление измеряется в паскалях (Па).

Наименьшее звуковое давление, которое воспринимает человеческое ухо - 2*10-5 Па, является порогом слышимости. Самое сильное звуковое давление, которое может вынести ухо (болевой порог) - 20 Па, и это считается верхней границей слышимости. Большая числовая разница, измеряемая в Па, между порогом слышимости и болевым порогом создаёт неудобства при расчете. Поэтому используется логарифмическая шкала, которая основывается на отношении действительного уровня звукового давления к порогу слышимости. Эта шкала использует в качестве единицы измерения децибел (дБ), где 0 дБ соответствует порогу слышимости, а 120 дБ соответствуют болевому порогу.

Звуковое давление уменьшается с увеличением расстояния от источника звука и зависит от акустических характеристик помещения и места нахождения источника звука.

Звуковая мощность

Звуковая мощность определяется, как количество энергии, передаваемой в единицу времени (Вт), которую испускает источник звука. Звуковая мощность не может быть измерена непосредственно и вычисляется через звуковое давление. Существует логарифмическая шкала для мощности звука, аналогичная шкале звукового давления.

Звуковая мощность не зависит от места расположения источника звука или акустических характеристик помещения и поэтому ее удобно использовать для сравнения акустических характеристик различных вентиляторов.

Частота

Количество колебаний источника звука в единицу времени относительно среднего значения определяется частотой. Частота измеряется как количество колебаний в секунду, при этом одно колебание в секунду равно 1 Герц (Гц). Большее количество колебаний в секунду, т. е. более высокая частота, дает более высокий тон.

Частоты часто подразделяются на 8 групп, известных как полосы со среднегеометрическими частотами: 63 Гц, 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц, 4000 Гц и 8000 Гц.



Уровень звуковой мощности и уровень звукового давления

На уровень звукового давления, создаваемого источником шума, оказывает влияние уровень звуковой мощности источника, коэффициент направленности (1), расстояние до источника (2) и звукопоглощающие характеристики помещения (3).

1) Коэффициент направленности, Q

Коэффициент направленности определяет, как звук распределяется от источника. Распространение звука во всех направлениях, сферическое, означает, что Q = 1. Для диффузора, расположенного в середине стены, направленность будет полусферической Q = 2.

Q = 1 В центре помещения
Q = 2 На стене или потолке
Q = 4 Торец стены и потолка
Q = 8 В углу
Рис. 1. Коэффициенты направленности для различно расположенных источников шума

2) Расстояние от источника шума, г

г - это расстояние до источника звука в метрах.

3) Эквивалентная площадь поглощения помещения, Aeqv

Способность материалов поглощать звук называется коэффициентом поглощения а. Коэффициент поглощения может иметь значения от 0 до 1, где значение 1 соответствует полностью поглощающей поверхности, а значение 0 - полностью отражающей поверхности.

Эквивалентная площадь поглощения помещения измеряется в м2 и может быть рассчитана путем умножения площади поверхностей помещения на их соответствующие коэффициенты поглощения.

Во многих случаях проще использовать средние значения для расчета звукового поглощения в различных типах помещений, а затем также оценочное значение эквивалентной площади поглощения помещения (см. рис. 2).



3) Эффективная площадь поглощения, основанная на оценке

Если не известны коэффициенты поглощения всех поверхностей и допустимо использовать усредненный коэффициент поглощения, то можно расчитать его по графику. График построен для помещений со стандартными пропорциями, т.е. 1:1 или 5:2.

Зная объем и тип помещения, с помощью графика и таблицы 1 можно определить его среднее эквивалентное поглощение.


Рис. 2. Оценка эквивалентной площади поглощения

Средние значения коэффициентов поглощения для различных типов помещений

Радиостудии, музыкальные салоны 0,30 - 0,45
Телевизионные студии, читальные залы, склады 0,15-0,25
Жилые помещения, офисы, конференц-залы, театр ; 0,10 - 0,15
Школьные комнаты, детские сады, небольшие церкви 0,05 - 0,10
Заводы, плавательные бассейны, большие церкви 0,03 - 0,05

Расчет уровня звукового давления

С помощью вышеописанных коэффициентов теперь возможно рассчитать уровень звукового давления, если известен уровень звуковой мощности. Уровень звукового давления может быть рассчитан с помощью формулы, включающей все эти факторы, но это равенство можно также воспроизвести в форме графика.

Расчет уровня звукового давления по графику начинаем с расстояния до источника звука (г) и, учитывая коэффициент направленности (Q), получаем разницу между уровнем звуковой мощности и уровнем звукового давления для эквивалентной площади поглощения заданного помещения (А). Это значение разности добавляем к уже известному уровню звуковой мощности и получаем уровень звукового давления (см. также стр.539).

Рис. 3. Примерная оценка уровня звукового давления

Прилегающее и реверберационное пространство

Прилегающим называется пространство, где уровень шума от источника доминирует над общим уровнем шума в помещении. В реверберационном пространстве будет доминировать отраженный звук. И невозможно определить оригинальный источник звука.

При прямом распространении звук ослабевает с увеличением расстояния, в то время как отраженный звук примерно одинаков во всех частях помещения.


Рис. 4. Прямой и отраженный звук.

Время ревербераци

Время реверберации - это время, за которое уровень звука, уменьшается на 60 дБ. Это подобно эффекту эха, который образуется в тихой комнате после выключения мощного источника звука. Если время реверберации рассчитано достаточно точно, то по этой же формуле можно рассчитать и эквивалентную площадь поглощения помещения.

Сложение

График построен на основании разницы в дБ двух складываемых источников звука. Величину дБ, которая должна быть прибавлена к большему уровню, определяем по шкале у.


Рис. 5. Логарифмическое сложение

Вычитание

График построен на основании разницы в дБ между общим уровнем звука и уже известным уровнем звука. Величину дБ, которая должна быть вычтена из общего уровня звука, получаем по шкале у.


Рис. 6. Логарифмическое вычитание

Имитация слуха

Человеческое ухо имеет разную степень чувствительности к звукам различной частоты. Это означает, что звуки с высокой и низкой частотой одинаковой мощности будут распознаваться, как два разных звуковых уровня. Говоря проще, мы слышим высокочастотный звук лучше, чем звук с низкой частотой.

А - фильтр

Чувствительность слуха также зависит от силы звука. Для компенсации неравномерного восприятия звука на октавные полосы частот накладываюся корректировки, так называемые фильтры. Для уровня звукового давления ниже 55 дБ используется А-фильтр. Для уровня между 55 и 85 дБ - В-фильтр, а для уровня свыше 85 дБ - С-фильтр.


Рис. 7. Выравнивание с А-, В- или С-фильтрами

А-фильтр наиболее часто применяется в вентиляции, накладывая корректировку на каждую октавную полосу частот (см. табл. 2). Поатому значения дБ, получаемые с корректировкой А-фильтра, обозначаются как дБ(А).

Помимо фильтров, существуют также другие способы компенсировать несовершенство восприятия уха. График с NR-кривыми (Noise Rating - рейтинг шума) показывает звуковое давление и частоту звука, которая воспринимается человеческим ухом одинаково. Например, 43 дБ при 4000 Гц так же опасны, как 65 дБ при 125 Гц.



Снижение шума

Снижение шума достигается двумя способами: поглощением или отражением звука.

Затухание поглощением

- Звукоизолированные воздуховоды.
- Глушители.
- Поглощение звука самой комнатой.

Затухание отражением

- Концевое отражение (когда звук отражается от конечного диффузора назад в воздуховод).
- Разветвления или повороты (отводы, утки, отступы).

Степень глушения шума может быть рассчитана с использованием таблиц и графиков, представленных в технической документации соответствующих поставщиков.



Цены на продукцию коралловый клуб официальный сайт в Беларусии.