Как распространяется звук
Понятие о шуме. В производственных условиях всегда имеет место комплекс звуков (чистых тонов) различной интенсивности и частоты, находящихся в беспорядочном сочетании, которые принято называть шумом. С физиологической точки зрения шумом может быть назван любой нежелательный звук (простой или сложный), мешающий восприятию полезных звуков (человеческой речи, сигналов и пр.), нарушающих тишину и оказывающих вредное действие на человека.
Источником шума в производственных условиях являются твердые, жидкие и газообразные тела. Их колебания воспринимаются органом слуха человека как звуковые, если они имеют частоту в интервале от 16—20 Гц до 16—20 кГц. Однако способность человеческого уха воспринимать высокие частоты с возрастом, а также с продолжительностью работы в условиях воздействия интенсивного высокочастотного шума изменяется. Пределом слышимости становятся звуки с частотой в 10—12 кГц и ниже.
Классификация шума. Шумы, состоящие из беспорядочного сочетания звуков, носят название статистических. Шумы с преобладанием какого-либо тона, улавливаемого на слух, называются тональными.
В зависимости от среды, в которой распространяется звук, условно различают структурные или корпусные и воздушные шумы. Структурные шумы возникают при непосредственном контакте колеблющегося тела с частями машины, трубопроводами, строительными конструкциями и т. д. и распространяются по ним в виде волн (продольных, поперечных или тех и других одновременно). Колеблющиеся поверхности сообщают колебания прилегающим к ним частицам воздуха, образуя звуковые волны. В тех случаях, когда источник шума не связан с какими-либо конструкциями, излучаемый им в воздух шум носит название воздушного.
По характеру возникновения шум условно делят на механический, аэродинамический и магнитный.
По характеру изменения общей интенсивности во времени шумы подразделяются на импульсные и стабильные. У импульсного шума происходит быстрое нарастание звуковой энергии и быстрый спад, после чего следует длительный перерыв. У стабильного шума энергия во времени изменяется мало.
По продолжительности действия шумы подразделяют на продолжительные (суммарная длительность непрерывно или с паузами не менее 4 ч в смену) и кратковременные (длительность менее 4 ч в смену).
Область слухового восприятия шума. На рис. 28 нанесена область звукового восприятия, нижняя граница которого является порогом слышимости, т. е. характеризуется минимальными величинами звукового давления, при которых звук воспринимается в обстановке полной тишины как едва слышимый, а верхняя граница — порогом болевого ощущения, соответствующим таким значениям звукового давления, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения.
Десятичный логарифм отношения интенсивности интересующего нас звука к пороговой интенсивности называют уровнем интенсивности (силы) звука. За единицу измерения силы звука принят бел (Б).
Орган слуха способен различать прирост звука в 0,1 Б, поэтому на практике при измерении звуков и шумов применяется величина в 10 раз меньшая, чем бел, — децибел (дБ).
Рис. 27. Графическое изображение спектров шума :
а— линейчатый; б — сплошной; в — смешанный
Уровни
интенсивности (силы) шума, звукового давления и акустической
мощности.
Уровень интенсивности
шума определяется формулой 
где I—интенсивность интересующего нас шума;
I 0 — пороговая интенсивность.
Поскольку интенсивность пропорциональна квадрату звукового давления, уровень интенсивности (силы) шума можно определить и по звуковому давлению
где P — звуковое давление интересующего нас шума; Р 0 —пороговое звуковое давление.
Вычисляемый по этой формуле уровень интенсивности шума L принято называть уровнем звукового давления.
Соответственно
уровень звуковой мощности (акустической мощности) источника шума
равен 
где W — звуковая мощность источника шума; W 0 — пороговое значение звуковой мощности.
Международной организацией по стандартизации (ИСО) в качестве пороговой интенсивности I 0 принята интенсивность, равная 10 -12 Вт/м 2 при частоте 2000 Гц, а соответствующее ей звуковое давление Р 0 = 2*10 -5 Н/м 2 , Пороговое значение уровня звуковой мощности W 0 принимают равным 10 -12 Вт ≈ 10 -13 кг*м/с.
Суммарный уровень шума от нескольких источников. Предположение о том, что с увеличением числа работающих машин или агрегатов в помещении происходит значительное усиление шума, не вполне правильно. Уровни шума, выражаемые в децибелах, складывать арифметически нельзя.
Суммарный уровень шума L от n одинаковых источников в равноудаленной от них точке определяется по формуле
где L 1 —уровень шума одного источника; n —число источников шума.
Соответственно числу источников шума уровень шума увеличивается следующим образом:
Из приведенных данных видно, что две одинаковые по интенсивности шума машины при совместной работе создадут уровень шума, всего на 3 дБ больший, чем каждая из них, 10 машин — на 10 дБ, 100 машин — на 20 дБ и т. д.
При совместном действии два агрегата с различными уровнями шума L 1 и L 2 имеют суммарный уровень шума L = L 1 + ∆L дБ,
где L 1 — больший из двух нормируемых уровней шума; ∆L — добавка, определяемая из следующих данных:
При нескольких различных источниках шума суммирование производится последовательно.
Допустим, что нужно узнать суммарный уровень шума от четырех станков с уровнями 102, 99, 97 и 95 дБ.
Определим первую разность уровней: 102 — 99 = 3 дБ. Величине 3 дБ соответствует добавка 1,8 дБ. Прибавляем ее к наибольшему значению, получаем 103,8 дБ. Определяем следующую разность уровней: 103,8 — 97 = 6,8 дБ, а затем прибавляем добавку 0,8 дБ. Общий уровень возрос до 103,8 + 0,8 = 104,6 дБ. Следующая разность уровней 104,6 — 95 = 9,6 дБ даст добавку 0,4 дБ. Таким образом, общий уровень шума от всех четырех станков составит 104,6 + 0,4= 105 дБ, т. е. возрастет всего на 3 дБ против уровня шума наиболее шумного станка.
С удалением от источника шум ослабляется. Поэтому при наличии нескольких одинаковых источников шума, расположенных в большом помещении, вблизи каждого из источников преобладает его собственный шум; добавка от удаленных источников шума невелика и не превышает обычно 3—5 дБ. Если разность уровней двух источников шума превышает 8—10 дБ, то уровень менее громкого источника можно не учитывать, так как добавка будет меньше 1 дБ.
УРОВЕНЬ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ
Звуковые волны распространяются в воздухе в виде колебаний давлений. Звуковое давление -это ощущение звука на слух Звуковое давление измеряется в паскалях, (Па). Наименьшее звуковое давление, которое воспринимает человеческое ухо (порог слышимости), составляет 2*10в -5степени. Наибольшее давление (болевой порог) составляет 20 Па. Большая разница между порогом слышимости и болевым порогом создает неудобство при использовании, поэтому используется логарифмическая шкала, равная отношению звукового давления вблизи источника к порогу слышимости. Уровень звукового давления определяется по формуле;
где Р1-звуковое давление вблизи источника.Па;
P0 пороговая величина звукового давления Па.
Р0=2*10в-5степени Па.
Уровень звукового давления замеряется специальным прибором- ШУМОМЕРОМ. В отличие от уровня звуковой мощности, уровень звукового давления не является фиксированной величиной. На его формирование влияют многочисленные внешние факторы, зависящие от тех условий, в которых производилось замерение. Оснавными показателями являются расстояние до устоновки, размеры и форма помещения, наличие возможных отражающих поверхностей, высота расположения шумомера над поверхностью во время замера и т. д. определить уровень звуковой мощности, зная уровень звукового давления на вооброжаемой поверхности, окружающей источник (идя наоборот- зная мощность, можно определить уровень звукового давления), можно по приближонному соотношению между уровнем звуковой мощности и среднем уровнем звукового давления:
где: Lw- звуковая мощность, ДБ;
LPcp средний уровень звукового давления, дБ;
S - площадь излучения, метров квадратных.
Уравнение справидливо при определении звукового давления в свободном звуковом поле, когда отсутствует влиение отражения звука от стен помещения, при следующих условиях: источник шума представляет собой точечный источник, размерами которого можно пренебречь; поверхность, на которой определяется звуковое давление, представляет собой сферу (или соответствующую часть сферы, когда оборудование стоит на полу или в непосредственной близости от стенки или угла помещения), центр сферы совпадает с акустическим центром источника шума. Если положение центра точно не известно, то считают, что он совпадает с геометрический центром; расстояние от акустического центра до сферы равно или больше удвоенного максимального габарита установки; источник шума имеет равномерную направленность излучения.
Администрация сайта выражает огромную благодарность "Системы вентиляции и кондиционирования" теория и практика изд. евроклимат 2008 Ананьев В.А. Балуева Л.Н. Мурашко В.П. За предоставление этой информации.
Отдельное спасибо алекса!
В соответствии с вступившими в силу в 2003г. новыми нормами пожарной безопасности, при проектировании требуется обеспечивать заданные уровни звука. В документе имеется ссылка на методику измерения уровня звука, но нет никаких ссылок на то, как правильно рассчитать необходимое количество и мощность громкоговорителей .
Попробуем расписать порядок расчета оповещения по шагам.
1. Необходимо определить количество громкоговорителей для обеспечения равномерного распределения звука.
- рупорный..............................................30-45 о
- прожекторный.......................................30-45 о
- настенный..............................................75-90 о
- потолочный............................................80-90 о
Также, по опыту установки, можно считать, что расставлять потолочные громкоговорители допускается через расстояние, равное высоте потолка (при этом равномерность звука получится довольно посредственная, но нормам НПБ удволетворять будет. Если требуется равномерное озвучивание, то устанавливать придется через "высота потолка - рост человека"). Настенные громкоговорители устанавливаются через расстояние, равное ширине коридора (комнаты). А рупорные и прожекторные расставляют так, чтобы места скопления людей попали в диаграмму направленности. При установке настенных и рупорных громкоговорителей требуется придерживаться правила если требуется установить несколько грмокоговорителей в на одной площади, лучше установить их в центре и направить в разные стороны, чем ставить их на стенах и направлять к центру. Разборчивость и качество в последнем случае будут значительно хуже.
2. Определить уровень шума в помещении. Для этого его можно измерить или воспользоваться таблицей с примерными уровнями, для различных типов помещений.
3. Уровень трансляции должен превышать уровень шума на:
- для фоновой музыки..................................на 5-6дБ
- для аварийного оповещения.....................на 7-10дБ.
- для качественной музыки...........................на 15-20дБ
4. Для учета ослабления уровня звука от расстояния (в пределах диаграммы направленности) можно воспользоваться таблицей:
5. Для учета увеличения уровня звука в зависимости от подводимой мощности можно воспользоваться таблицей:
6. Для рассчета уровня звукового давления на требуемом расстоянии можно воспользоваться упрощенной формулой:
SPL (Дб) =SPL паспортное - SPL ослабления + SPL увеличения
SPL (Дб) - уровень на требуемом расстоянии в диаграмме направленности
SPL паспортное - уровень звукового давления по паспорту на расстоянии в 1м (дБ/Вт/м)
SPL ослабления - уровень ослабления в зависимости от расстояния (см. таблицу)
SPL увеличения - - уровень увеличения в зависимости от подводимой мощности (см. таблицу)
Из приведенной выше формулы легко можно вычислить требуемую мощность для отдельно взятого громкоговорителя. Просуммировав мощности громкоговорителей можно вычислить суммарную мощность усилителя. Мощность усилителя рекомендуется выбирать с 20% запасом по мощности. При эксплуатации системы Вы сможете убедится в этом.
Например: есть торговое помещение размерами 20х30м с высотой потолков 3м. Требуется его озвучить фоновой музыкой, но с учетом возможности аварийного оповещения.
Для равномерного озвучивания потребуется 20:3-1 = 5 рядов по 30:3-1=9 шт. итого 45 шт.
Уровень звука на расстоянии 1, 5 м от громкоговорителя (высота потолка - рост самого низкого человека) должен быть не менее 63+7=70 дБ. Следовательно, если воспользоваться громкоговорителями АРТ-01 (Inter-M) мощностью 1 Вт, (по паспорту уровень звукового давления на расстоянии 1 м у них составляет 90 дБ.), формула приобретет вид:
SPL (Уровень звукового давления) = 90-3+0 =87 дБ. Что больше чем 70. Так, что данные громкоговорители подходят для озвучивания данного помещения. И в принципе, если необходимо только аварийное оповещение, то количество может быть еще меньше.(можно пересчитать самостоятельно).
Если-же Вам совсем не хочется утруждать себя "сложными" математическими расчетами, то всегда можно воспользоваться какой-либо программой для расчета количества громкоговорителей например от компании ТОА. При использовании оборудования других производителей необходимо учитывать отличие их звукового давления от выбранного типа. Программу расчета систем оповещения Вы сможете скачать (8,2mb)
Распространение звука, громкость и особенности восприятия
Многие люди оказываются удивлены необычному и даже странному, по их мнению, поведению звуковых волн в помещении и на открытом пространстве. Например, находясь сбоку от акустической системы, часто жалуются, что в звуке преобладают низкие частоты, а средних, и особенно высоких сильно не хватает. Между тем, звуковые колебания распространяются по вполне определённым законам.Схема распространения звуковых частот
Схему распространения высоких частот можно представить в виде конуса, вершина (остриё) которого располагается у излучателя сигнала. Чем выше частота звуковых колебаний, тем уже конус.
Низкие частоты не имеют направленности, т.е. распространяются практически одинаково хорошо во все стороны. По этой причине, сабфуферы (низкочастотные акустические системы) можно располагать в любом месте помещения. В этой статье мы рассматривали вопросы оптимальной установки акустических систем. Что же касается средних частот, то здесь громкость уменьшается при удалении от оси, однако не так заметно.
Раз уж мы затронули тему расстояний, то давайте немного поговорим о том, насколько уменьшается громкость звука при удалении от источника звукового сигнала.
Но прежде, необходимо уточнить два наиважнейших параметра: громкость и интенсивность звука.
Громкость, мощность, звуковое давление
Интенсивность, или если выражаться более привычным термином - мощность звука, это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной. Однако наше ухо воспринимает не интенсивность, а звуковое давление (или громкость) на нашу барабанную перепонку. Эти два параметра связаны между собой квадратичной зависимостью.Как следствие из этого, можно привести любопытный пример из жизни, с которым может столкнуться любой. Представим себе, у нас есть в качестве источника звука акустическая система (колонка), звучащая на определённой мощности. Насколько изменится громкость, если подключить и поставить рядом вторую такую же колонку? В 2 раза? В 2 раза возрастёт мощность, а громкость всего лишь в 1,41 раза. Но вернёмся к зависимости громкости звука от расстояния.
