/ср = /Ж (7.10)

Частота /1 называется нижней гра­ничной частотой полосы спектра, а /2 — верхней граничной частотой.

В практике измерения шумов и проведения акустических расчетов принято представлять спектры в поло­сах частот определенной ширины. По­лоса частот, у которой отношение /2/А = 32, называется октавой. Если /2//1 = ^Т = 1,26, то ширина полосы равна 1/3 октавы. Чаще всего исполь­зуются спектры шума в октавных по­лосах частот. На рис. 7.4 показан спектр шума в октавных полосах ча­стот со среднегеометрическими часто­тами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Часто бывает необходимо сложить уровни звукового давления двух или более источников звука или найти средние уровни звукового давления. Такое сложение уровней может быть осуществлено с помощью номограммы, представленной на рис. 7.5.

Уровни шума различных источни­ков суммируются последовательно. По разности уровней шума L\ и Ьг двух источников с помощью номограммы определяется величина Л в децибе­лах, которая добавляется к большему уровню L{ у в результате чего получа­ется суммарный уровень шума двух источников. Считая полученный уро­вень уровнем шума некоторого экви­валентного источника, его суммируют с уровнем шума третьего источника. Находят уровень шума источника, эк­вивалентного первым трем, и так да­лее до тех пор, пока не будет опре­делен общий уровень шума всех ис­точников.

7.2. Звук и слух

Человек воспринимает звук чаще всего посредством органа слуха. Органы слуха, т. е. ухо и следующие за ним органы обработки сигнала на пути к мозгу, позволяют человеку вос­принимать звуковой процесс в обшир­ной области изменений звукового дав­ления и частоты и различать его по силе, высоте тона и окраске, а также узнавать направление его прихода. Чувствительность этого органа превос­ходит во многих отношениях свойства лучшей электроакустической аппара­туры.

292 Часть III. Архитектурная акустика

Порог слышимости, например, ле­жит так низко, что дальнейшее не­значительное его снижение привело бы к восприятию шумов, сопровождаю­щих пищеварение, тепловое движение молекул, а также шумов в системе кровообращения.

Ухо человека состоит из трех ос­новных частей: наружного уха, сред­него и внутреннего (рис. 7.6). Наруж­ное ухо согласовывает импеданс (со­противление) барабанных перепонок с импедансом воздуха; согласование очень хорошее при частоте колебаний 800 Гц, оставаясь достаточно хорошим и при частотах выше 800 Гц. И только при частотах ниже 400 Гц согласова­ние несколько хуже.

Колебания барабанной перепонки механиче­ским путем через среднее ухо передаются внутрен­нему уху. Так как внутреннее ухо заполнено лим­фой, при этом происходит дальнейшее "согласова­ние" импеданса. Колебания барабанной перепонки преобразуются в колебания со значительно мень­шей амплитудой, но более высоким давлением во внутреннем ухе. Наконец, восприятие звука нерв­ными окончаниями происходит вдоль основной мембраны улитки внутреннего уха. Здесь же осу­ществляется в некотором роде частотный анализ

Звука. *

Весь процесс восприятия звука можно разде­лить на ряд отдельных процессов, которые сами по себе очень сложны, поэтому не существует просто­го и однозначного соотношения между физически

СЛУХОвЫЕ косточки

ПОЛУОКРУЖНОЙ КАНАЛ

УЛИТКА

НЕРВНЫЕ ВОЛОКНА

ВНУТРЕННЕЕ УХО

Внешнее УХО

Рис. 7.6. Устройство уха че­ловека

Глава 7, Звуковая среда в городах и зданиях 293


Рис — 7.7. Кривые равной громкости для чистых тонов

1 — минимально слышимое поле при обычном бинауралъ — ном восприятии

20 30 *t0 6080100 200 300400600 1000 frГц 2 3 4 6 8 10 15 f7кГц

ЧАСТОТА

Измеренным уровнем звукового давления и воспри­ятием звука человеком. Например, громкость не­которого чистого тона может отличаться от громко­сти другого чистого тона или от их комбинации, да­же если во всех случаях уровень звукового давле­ния один и тот же.

Ряд исследователей в течение по­следних десятилетий изучали воспри­ятие человеком громкости чистых то­нов на различных частотах и предло­жили большое число "диаграмм равной громкости". Эти кривые явились ре­зультатом проведения целого ряда психоакустических экспериментов, по­этому, естественно, они имеют смысл только при выполнении некоторых ус­ловий проведения эксперимента. На­пример, слушатель должен быть обра­щен лицом к источнику и находиться вместе с источником в акустически свободном поле, а также быть в "нор­мальном" физическом и психологиче­ском состоянии. Кроме того, он не дол­жен "видеть то, что делает" и тем са­мым влиять на результаты измерений и т. д.

Система кривых равной громкости, принятая в качестве стандартной в международном масштабе, приведена на рис. 7.7, где показано изменение уровня громкости чистых тонов с ча­стотой при постоянном уровне звуко­вого давления.

Шкала уровней звукового давле­ния в децибелах отложена по оси ор­динат. Эта шкала введена на основа­нии фундаментального психофизиче­ского закона Вебера—Фехнера, кото­рый утверждает, что изменение чувствительности при изменении воз­буждения обратно пропорционально значению абсолютного возбуждения, имевшему место до начала изменения. Кроме того, эта шкала удобна при большом динамическом диапазоне зву­ков, воспринимаемых человеком

(1:1 ООО ООО).

Следует отметить, что если интен­сивность звука увеличить так, что слу­шателю он покажется в 2 раза громче, то повышение уровня звукового дав­ления не будет соответствовать удво­ению. В большей части слышимого ди­апазона в этом случае наблюдается по­вышение уровня звукового давления примерно на 10 дБ.

Воспринимаемую человеком гром­кость измеряют в сонах, и, как уже было сказано, двукратное изменение

УРОВЕНЬ ГРОМКОСТИ, ФОНЫ

Рис. 7.8. Соотношения сти (в сонах) и уровня —

Между значениями громко — ми громкости (в фонах)

Громкости эквивалентно изменению уровня громкости звука на 10 дБ (фон). Эта связь (рис. 7.8) принята в качестве международного стандарта.

294 Часть III. Архитектурная акустика

На рис. 7.9 для наглядности пока­зана частотная область восприятия звука ухом человека.

Большинство шумов содержит зву­ки почти всех частот слухового диа­пазона, но они имеют разное распре­деление уровней звукового давления по частотам, а также характеризуется изменением их во времени. По харак­теру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональные. По рас­пределению уровней по частотам шу­мы могут быть разбиты на низкоча­стотные — шумы с максимальными уровнями звукового давления в обла­сти частот ниже 300 Гц, сред нечастот­ные — шумы с максимальными уров­нями звукового давления в области ча­стот 300—800 Гц и высокочастот­ные — шумы с максимумом звукового давления в области частот выше

800 Гц.

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровень звука которых изменяется во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, уровень звука которых изменяется во времени более чем на 5 дБА.

К постоянным шумам можно от­нести шум постоянно работающих на­сосных или вентиляционных устано-

Болевой порог

120

LЫ 4

100

Слышимый диапазон

?

Ш

С

TЩ <

Ci О

80

60

О ?

00 п

МО

Ш њ

О о.

20

Музыка;

Слуховой порог

1

I

1

I

J——— 1——— 1—— i—j

50 100 200 500

20

170J 2-103 5-10Z 7010 2010

Частота, гц

J

Рис. 7.9. Области слухового восприятия

Глава 7. Звуковая среда в городах и зданиях 295

Таблица 7.1. Относительная частотная характеристика коррекции А

Частота, Гц

63

125

250

|^500

1000

2000

4000

8000

-1,1

+ 1,2 +1,0

О

Относительная частотная харак теристика, дБ

— 26,2 -16,1 -8,6 -3,2

Вок, а также шум постоянно работа­ющего оборудования промышленных предприятий (воздуходувки, компрес­сорные установки, различные испыта­тельные стенды).

Непостоянные шумы в свою оче­редь можно подразделить на следую­щие: колеблющиеся во времени, уро­вень звука которых непрерывно изме­няется; прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фо­нового шума несколько раз за время наблюдения, причем длительность ин­тервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более; импульсные, состоящие из одного или нескольких следующих друг за другом ударов длительностью менее 1 с. К непостоянному, колеб­лющемуся во времени относится шум транспортного движения.

Прерывистые шумы — это шумы от работы лебедки лифтовой установ­ки, периодически включающихся аг­регатов холодильных установок, шумы некоторых непостоянно работающих установок промышленных предприя­тий или мастерских.

К импульсным шумам относятся шум ударов пневматического молотка, кузнечно-прессового оборудования, по­этажного лифтового переключателя, хлопанье дверьми и др.

Методы оценки шума зависят в первую очередь от его характера. По­стоянный шум оценивается по уровням звукового давления в децибелах (дБ) в октавных полосах частот со средне­геометрическими частотами 63, 125,

250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Этот метод оценки постоянного шума является основным.

Для оценки непостоянных шумов, а также для ориентировочной оценки постоянных используют "уровень зву­ка" — общий уровень звукового дав­ления, измеряемый шумомером на ча­стотной коррекции А, характеризую­щей приближенно частотную характе­ристику восприятия шума человеческим ухом. Относительная ча­стотная характеристика коррекции А (шкала А) показывает, на сколько де­цибел на каждой частоте чувствитель­ность уха человека отличается от его чувствительности на частоте 1000 Гц. При проведении измерений на частот­ной коррекции А (шкала А) уровни на низких частотах уменьшаются по аналогии с уменьшением относитель­ной чувствительности органа слуха, у которого на низких частотах слуховая чувствительность ниже, чем на сред­них и высоких. Так, при звуке с ча­стотой 63 Гц измеренный уровень по шкале "Лин" с прямолинейной частот­ной характеристикой будет отличаться от уровня, измеренного по шкале А, на 26,2 дБ. Относительная частотная характеристика коррекции А шумоме — ра приведена в табл. 7.1.

Сопоставление уровней звука по шкалам А и "Лин" имеет практическое значение при отсутствии прибора для измерения спектра шума. В этом слу­чае по разности уровней можно ори­ентировочно определить характер шу­ма. Так, если эта разность мала, то шум преимущественно высокочастот­ный; если же она значительна — шум низкочастотный. Например, для транс­портного шума разность может состав­лять 10—15 дБ, что свидетельствует о его низкочастотном характере.

О во О ас

Со

<Г)

В »

Ос

1 80

Ш «

Л

X Ш

О 8:

10

50

100

7000

5000

70000

500 ЧАСТОТА, Гц

Рис. 710. Распределение различных источников и/у — ма но уровням звукового давления и частотам

Глава 7. Звуковая среда в городах и зданиях 297


Таблица 7.2. Шкалы звуковой мощности, уровни звуковой мощности и звуковая мощность источников шума

Звуко­

Уровень

Источник шума

Звуко­

Вая

Звуко­

Вая мощ­

Мощ­

Вой

Ность ис­

Ность,

Мощ­

Точника

Вт

Ности,

Шума, Вт

ДБ

10*

200

Ракета Сатурн

5 • 107

106

180

Самолет с 4 реак­

5 -104

Тивными двига­

104

160

Телями

100

140

Большой оркестр

10

1

120

Клепальный моло­

1

Ток

0,01

100

10~4

80

Громкий крик

10~3

10-6

6(i

10-5

40

Обычная беседа

20 -1СГ6

10-ю

20

Шепот

10-9

10-12

0

Непостоянные шумы принято оце­нивать эквивалентными (по энергии) уровнями звука. Эквивалентный уро­вень звука Ьа экв, дБА, данного не­постоянного шума — это уровень зву­ка постоянного широкополосного не-

Рис. 7.11. Распространение сферических волновых фронтов от точечного ис­точника

Импульсного шума, связанный с изме­няющимся уровнем звука непостоян­ного шума ЬАу дБА, соотношением

Т

Ьа экв=Ю а/Т) 5 10ОЛЬ ли (7.11)

О

Где Т — время наблюдения; ^ — текущее время, ко­торое соответствует Ьа —

Для наглядности на рис. 7.10 по­казаны распределения различных ис­точников шума по уровням и часто­там, а в табл. 7.2 приведены данные о звуковой мощности и уровнях зву­ковой мощности различных источни­ков шума.

7,3, Основные закономерн ост и распространение звука и шума

Распространение шума в от­крытом пространстве (свободное зву­ковое поле) и над поверхностью зем­ли. Источник звука можно рассматри­вать как точечный, если его размеры малы по сравнению с расстоянием до приемника звука. К точечным относят многие встречающиеся в практике ис­точники шума, включая промышлен­ные предприятия, самолеты, дорожные экипажи. Такие источники чаще всего излучают сферические звуковые волны (рис. 7.11).

Как показано на рис. 7.12, в сво­бодном звуковом поле звуковая энер­гия расходится во всех направлениях, и чем дальше от источника шума, тем больше сферическая поверхность, по которой она распределена. Если пред­положить, что затухание в среде от­сутствует, излучаемая источником энергия распределяется по поверхно­сти сферы радиусом г. Поэтому ин­тенсивность звука равна звуковой мощности источника Р, деленной на площадь сферы:

(7.12)

I « Р/4 г2.


298 Часть 111. Архитектурная акустика


Рис. 7.72. Снижение шума в свободном звуковом поле

I — точечный источник мощ­ностью Р

Г

2 г

Зг

Г

Рис. 7.13. Снижение звука от точечного источника

Г2 = 2 г, расстояние от источника звука

Легко видеть, что интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния между источником шума и приемником (точкой наблюдения); та­ким образом, снижение уровня звуко­вого давления составляет 6 дБ при уд­воении расстояния от источника (рис. 7.13).

Протяженный в одном направле­нии источник шума, который имеет непрерывное излучение звука, напри­мер, трубопровод с турбулентным по­током, или источник шума, который может состоять из большого числа то­чечных источников шума, расположен­ных в ряд, например, транспортный

Поток достаточно большой интенсив­ности, железнодорожный состав или расположенное в ряд технологическое оборудование в цехе, называется ли­нейным источником. Такие источники обычно излучают цилиндрические зву­ковые волны.

На рис. 7.14 показано распространение ци­линдрических волновых фронтов от линейного ис­точника, который имеет постоянную звуковую мощность на единицу длины. Энергия, излучаемая линейным источником, распределяется по цилин­дрической поверхности (или полу цилиндрической поверхности в случае расположения источника на поверхности земли) радиусом г. Интенсивность звука на расстоянии г равна мощности источника на единичной длине Р% деленной на площадь еди­ничной цилиндрической поверхности:



.