Количественная мера звука

Звуковое давление, соответствующее нулевому порогу слышимости человеческого уха на частоте 1000 Гц, равно 2х10–5 Па, а максимальное значение звукового давления, которое воспринимает ухо, равно 2х103 Па, то есть минимальное и максимальное значение звукового давления отличаются в 100 000 000 раз!

Легко представить, что математические действия с числами такого порядка будут весьма затруднительны, поэтому основной мерой звука в акустике является децибел (дБ) (отношение двух одноименных физических величин). Для определения уровней звукового давления и уровня звука используется следующая формула:

где: p — среднеквадратичное значение звукового давления, измеряемое в паскалях; p0 – нулевой порог слышимости (2х10-5 Па).

Система измерения звука в децибелах позволяет легко сравнивать величины звука, соизмеримые с чувствительностью человеческого уха, не используя для этого числа с большим количеством нулей. Область восприятия звука человеком в шкале децибел — от 0 дБ (нулевой порог) до 130–140 дБ (болевой порог).

Для акустических расчетов достаточно часто используются такие характеристики, как уровни интенсивности и уровни звуковой мощности, которые определяются по формулам:

где: I и W — среднеквадратичные значения интенсивности и мощности звука; I0 = 10–12 Вт/м2, W0 = 10–12≈ Вт – значения нулевых порогов, соответственно, интенсивности и мощности звука.

Математические действия с децибелами:

Так как децибел — логарифмическая величина, то арифметические действия с ним имеют свои особенности, например:

Формула сложения децибел имеет вид:

Удобно для расчетов использовать следующую таблицу:

Таблица 5. Операции с уровнями звукового давления (УЗД) Разность УЗ

В реальных условиях создать звук строго определенной частоты могут только специальные приборы — зависимость уровней звукового давления от частоты называют спектром звука. В зависимости от частоты человеческое ухо по-разному воспринимает звук: на высоких частотах звук воспринимается лучше, чем на низких. Поэтому болевой порог на низких частотах выше, чем на высоких. Именно поэтому необходимо знать частотную характеристику звука, которая показывает уровни звука в зависимости от его частоты. В акустике используют восемь диапазонов частот, называемых октавными полосами частот, в составе каждой из которых выделяют три частотных диапазона, которые называют третьоктавными полосами частот, в каждой третьоктавной полосе выбрана среднегеометрическая частота, по которой ведется измерение уровней звукового давления.

Таблица 6. Среднегеометрические и граничные частоты октавных и третьоктавных полос

Для измерений уровней звука в реальных условиях используют специальный прибор — шумомер. Так как чувствительность уха зависит как от частоты, так и от интенсивности звука, поэтому шумомер производит замеры по специальным откорректированным частотным характеристикам A, B, C, D, согласно ГОСТ 17187, обязательной в шумомерах является характеристи- ка А, остальные характеристики являются дополнительными. Таким образом, определение уровня звука в акустике следующее: это энергетическая сумма октавных уровней звукового давления в нормируемом диапазоне частот, откорректированных по частотной характеристике А шумомера по ГОСТ 17187, для ее измерения используется специальная величина дБА.

Таблица 7. Стандартная частотная характеристика «А» шумомера

Таблица 8. Пример определения уровня звука в дБА