BSI. Шумоизоляция и виброизоляция в Самаре.

Акустический комфорт помещениий

 

Акустическая энциклопедия

По материалам БСЭ

Акустика

Акустика (от греч. akustikos – слуховой, слушающийся), в узком смысле слова – учение о звуке, т. е. об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твёрдых телах, слышимых человеческим ухом (частоты таких колебаний находятся в диапазоне 16 гц-20 кгц); в широком смысле – область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 гц) до предельно высоких частот 1012-1013 гц, их взаимодействия с веществом и применения этих колебаний (волн).

Исторический очерк. А. – одна из самых древних областей знания, зародившаяся из потребности дать объяснение явлениям слуха и речи и в особенности музыкальным звукам и инструментам. Ещё древнегреческий математик и философ Пифагор (6 в. до н. э.) обнаружил связь между высотой тона и длиной струны или трубы; Аристотель (4 в. до н. э.) понимал, что звучащее тело вызывает сжатия и разрежения воздуха, и объяснял эхо отражением звука от препятствий.

Период средневековья мало что дал развитию А.; её прогресс становится заметным, начиная с эпохи Возрождения. Итальянский учёный Леонардо да Винчи (15-16 вв.) исследовал отражение звука, сформулировал принцип независимости распространения звуковых волн от разных источников.

Историю развития А., как физической науки, можно разбить на 3 периода. Первый период – от начала 17 в. до начала 18 в. – характеризуется исследованиями системы музыкальных тонов, их источников (струны, трубы), скорости распространения звука. Г. Галилей обнаружил, что звучащее тело испытывает колебания и что высота звука зависит от частоты этих колебаний, а интенсивность звука – от их амплитуды. Французский учёный М. Мерсенн, следуя Галилею, уже мог определить число колебаний звучащей струны; он впервые измерил скорость звука в воздухе. Р. Гук (Англия) устанавливает на опыте пропорциональность между деформацией тела и связанным с ней напряжением – основной закон теории упругости и А., а Х. Гюйгенс (Голландия) – важный принцип волнового движения, названный его именем.

Второй период охватывает два века – от создания основ механики И. Ньютоном (конец 17 в.) и до начала 20 в. В этот период А. развивается как раздел механики. Создаётся общая теория механических колебаний, излучения и распространения звуковых (упругих) волн в среде, разрабатываются методы измерения характеристик звука (звукового давления в среде, импульса, энергии и потока энергии звуковых волн, скорости распространения звука). Диапазон звуковых волн расширяется и охватывает как область инфразвука (до 16 гц), так и ультразвука (свыше 20 кгц). Выясняется физическая сущность тембра звука (его “окраски”).

С работ Ньютона начинается расцвет классической физики. Механика, гидродинамика и теория упругости, теория волн, акустика и оптика развиваются в тесной связи друг с другом. Члены Петербургской Академии наук Л. Эйлер и Д. Бернулли и французские учёные Ж. Д‘Аламбер и Ж. Лагранж разрабатывают теорию колебаний струн, стержней и пластинок, объясняют происхождение обертонов. Немецкий учёный Э. Хладни (конец 18 – начало 19 вв.) экспериментально исследует формы звуковых колебаний, совершаемых различными звучащими телами – мембранами, пластинами, колоколами. Т. Юнг (Англия) и О. Френель (Франция) развивают представления Гюйгенса о распространении волн, создают теорию интерференции и дифракции волн. Х. Доплер (Австрия) устанавливает закон изменения частоты волны при движении источника звука относительно наблюдателя. Огромное значение не только для А., но и для физики в целом имело создание методов разложения сложного колебательного процесса на простые составляющие – анализа колебаний – и синтеза сложных колебаний из простых. Математический метод разложения периодически повторяющихся процессов на простые гармонические составляющие был найден французским учёным Ж. Фурье. Экспериментально анализ звука – разложение его в спектр гармонических колебаний с помощью набора резонаторов – и синтез сложного звука из простых составляющих осуществил немецкий учёный Г. Гельмгольц. Подбором камертонов с резонаторами Гельмгольцу удалось искусственно воспроизвести различные гласные. Он исследовал состав музыкальных звуков, объяснил тембр звука характерным для него набором добавочных тонов (гармоник). На основе своей теории резонаторов Гельмгольц дал первую физическую теорию уха как слухового аппарата. Его исследования заложили основу физиологической акустики и музыкальной акустики. Весь этот этап развития А. подытожен английским физиком Рэлеем (Дж. Стретт) в его классическом труде “Теория звука”.

На рубеже 19 и 20 вв. важные работы по А. были выполнены русским физиком Н. А. Умовым, который ввёл понятие плотности потока энергии для упругих волн. Американский учёный У. Сэбин заложил основы архитектурной акустики. Русский физик П. Н. Лебедев (вместе с Н. П. Неклепаевым) выделил из резкого звука электрической искры ультразвуковые волны с частотами до нескольких сот кгц и исследовал их поглощение в воздухе.

К началу 20 в. интерес к А. ослабевает; А. считают теоретически и экспериментально завершенной областью науки, в которой остались нерешенными лишь задачи частного характера.

Третий, современный период в истории А., начинающийся в 20-х гг. 20 в., связан, прежде всего, с развитием электроакустики и созданием радиотехники и радиовещания. Перед А. встал новый круг проблем – преобразование звуковых сигналов в электромагнитные и обратно, их усиление и неискажённое воспроизведение. В то же время радиотехника и электроакустика открыли невиданные ранее возможности развития А. Электроакустика появилась ещё в последней четверти 19 в. В 1876 был изобретён телефон (Белл, США), в 1877 – фонограф (Эдисон, США). В 1901 была разработана магнитная запись звука, примененная затем в магнитофоне и звуковом кино. В начале 20 в. электромеханические преобразователи звука были применены в громкоговорителях, а в 20-х гг. стали основой всей современной акустической аппаратуры.

Электронная лампа дала возможность усиления чрезвычайно слабых акустических сигналов, преобразованных в электрические. Были разработаны методы радиоакустических измерений, анализа и воспроизведения звука. Эти новые возможности революционизировали А., превратив её из считавшейся завершенной области механики в самостоятельный раздел современной физики и техники.

Развитие А. в 1-й половине 20 в. получило мощный импульс в связи с запросами военной техники. Задача определения положения и скорости самолёта (звуковая локация в воздухе), подводной лодки (гидролокация), определение места, времени и характера взрыва, глушение шумов самолёта – все эти проблемы требовали более глубокого изучения механизма образования и поглощения звука, распространения звуковых (в частности, ультразвуковых) волн в сложных условиях. Проблемы генерации звука стали предметом обширных исследований и в связи с развитием общей теории колебаний, охватывающей воедино механические, электрические и электромеханические колебательные процессы. В 20-х и 30-х гг. много работ было посвящено теории автоколебаний – самоподдерживающихся колебаний системы, связанной с постоянным источником энергии; большой вклад в разработку этой теории внесла советская школа физиков, возглавлявшаяся Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси. Особый интерес вызвал вопрос о распространении звуковых волн большой интенсивности (например, взрывных волн); работы русских физиков А. А. Эйхенвальда и Н. Н. Андреева в этой области внесли значительный вклад в нелинейную акустику, предметом исследования которой являются мощные звуковые поля. М. Лайтхилл (Англия, 1952) дал общую теорию аэродинамической генерации звука, изучающую возникновение звука в движущейся среде за счёт неустойчивости потока газа. Н. Н. Андреев и И. Г. Русаков (1934), Д. И. Блохинцев (1947) разработали основы акустики движущихся сред.

Первые успехи в гидроакустике были достигнуты французским физиком П. Ланжевеном (1916), применившим ультразвуковые волны для измерения глубины моря и обнаружения подводных лодок. Явление сверхдальнего распространения звука взрыва в море в подводных звуковых каналах было открыто независимо американскими учёными (М. Ивингом и Д. Ворцелем, 1944) и советскими учёными (Л. М. Бреховских, Л. Д. Розенбергом, 1946). Проблемам звукопоглощения и звукорассеяния, которые приобрели особую актуальность в связи с развитием архитектурной и строительной акустики, были посвящены исследования С. Н. Ржевкина, Г. Д. Малюжинца и В. В. Фурдуева. Большое внимание было уделено изучению акустических шумов и методам их устранения.

Изучение влияния структуры среды на распространение звука в свою очередь создало возможность применения звуковых волн для зондирования среды, в частности атмосферы; это привело к развитию атмосферной акустики.

В последние два десятилетия чрезвычайно большое значение приобрели исследования ультразвука, особенно высоких частот и больших интенсивностей, ставшего средством изучения структуры и свойств вещества. Ещё в 20-х гг. советский учёный С. Я. Соколов применил ультразвук для дефектоскопии металлов. В Германии Х. О. Кнезер (1933) обнаружил явление сильного поглощения и дисперсии ультразвука в многоатомных газах. Позднее дисперсия и аномальное поглощение ультразвука были обнаружены также и в жидкостях. Общая теория этих явлений, т. н. релаксационная теория, была дана Л. И. Мандельштамом и М. А. Леонтовичем (1937). Ультразвуковые колебания высокой частоты вызывают также перестройку структуры жидкостей, диссоциацию молекул и многие другие эффекты. На стыке А. и оптики Мандельштам (1918, 1926) и Л. Бриллюэн (Франция, 1922) создали теорию рассеяния света на ультразвуковых волнах в жидкостях и твёрдых телах. Это явление оказалось важным для изучения молекулярной структуры вещества.

Круг вопросов, связанных с влиянием молекулярной структуры вещества на распространение ультразвука, называют молекулярной акустикой, которая изучает поглощение и дисперсию ультразвука, в многоатомных газах, жидкостях и твёрдых телах. Ультразвук оказался не только средством исследования, но и мощным орудием воздействия на вещество.

Важное значение приобрели исследования гиперзвука (частоты 1 Ггц и выше). Интенсивно исследуются взаимодействия гиперзвуковых волн с электронами в металлах и полупроводниках.

Глубокие преобразования произошли и в старых разделах А. В середине 20 в. начинается быстрое развитие психофизиологической акустики, вызванное необходимостью разработки методов неискажённой передачи и воспроизведения множества звуковых сигналов – речи и музыки – по ограниченному числу каналов связи. Эти вопросы А. входят в круг проблем общей теории информации и связи. Исследовались механизмы образования различных звуков речи, характер их звукового спектра, основные показатели качества речи, воспринимаемой на слух. Созданы приборы видимой речи, дающие видимые изображения различных звуков. Разрабатываются методы кодирования речи (сжатой передачи её основных элементов) и её расшифровки (синтеза), развернулись исследования механизмов слухового восприятия, ощущения громкости, определения направления прихода звука (венгерский учёный Д. Бекеши). В этой области А. сомкнулась с физиологией органов чувств и биофизикой.

Таким образом, современная А. по своему содержанию и значению далеко перешагнула те границы, в которых она развивалась до 20 в.

Основные разделы А. Современную А. подразделяют на общую, прикладную и психофизиологическую.

Общая А. занимается теоретическим и экспериментальным изучением закономерностей излучения, распространения и приёма упругих колебаний и волн в различных средах и системах; условно её можно разделить на теорию звука, физическую А. и нелинейную А. Теория звука пользуется общими методами, разработанными в теории колебаний и волн. Для колебаний и волн малой амплитуды принимается принцип независимости колебаний и волн (суперпозиции принцип), на основе которого определяют звуковое поле в разных областях пространства и его изменение во времени.

На распространение, генерацию и приём упругих волн оказывает влияние огромное число факторов, связанных со свойствами и состоянием среды. Рассмотрением этого занимается физическая А. К её задачам относятся, в частности, изучение зависимости скорости и поглощения упругих волн от температуры и вязкости среды и др. факторов.

К важным вопросам физической А. относятся также взаимодействие элементарных звуковых волн (фононов) с электронами и фотонами. Эти взаимодействия становятся особенно существенными на очень высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частотах при низких температурах. В области таких частот и температур начинают проявляться квантовые эффекты. Этот раздел физики А. иногда называют квантовой А. Нелинейная А. изучает интенсивные звуковые процессы, когда принцип суперпозиции не выполняется и звуковая волна при распространении изменяет свойства среды. Этот раздел А., очень сложный в теоретическом отношении, быстро развивается (как и теория нелинейных волновых процессов в оптике и электродинамике).

Прикладная А. – чрезвычайно обширная область, к которой относится прежде всего электроакустика. Сюда же относятся акустические измерения – измерения величин звукового давления, интенсивности звука, спектра частот звукового сигнала и т. д. Архитектурная и строительная А. занимается задачами получения хорошей слышимости речи и музыки в закрытых помещениях и снижением уровней шума, а также разработкой звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов. Прикладная А. изучает также шумы и вибрации и разрабатывает способы борьбы с ними. Изучением распространения звука в океане и возникающими при этом явлениями: рефракцией звука, реверберацией при отражении звукового сигнала от поверхности моря и его дна, рассеянием звука на неоднородностях и т. д. занимаются гидроакустика и гидролокация.

Атмосферная А. исследует особенности распространения звука в атмосфере, обусловленные неоднородностью её структуры, и является частью метеорологии. Геоакустика изучает применения звука в инженерной геофизике и геологии.

Огромное прикладное значение как в технике физического эксперимента, так и в промышленности, на транспорте, в медицине и др. имеют ультразвук и гиперзвук. Например, в измерительной технике – ультразвуковые линии задержки, измерение сжимаемости жидкостей, модулей упругости твёрдых тел и т. д.; в промышленном контроле – дефектоскопия металлов и сплавов, контроль протекания химических реакций и т. д.; технологические применения – ультразвуковое сверление, очистка и обработка поверхностей, коагуляция аэрозолей и др.

Психофизиологическая А. занимается изучением звукоизлучающих и звукопринимающих органов человека и животных, проблемами речеобразования, передачи и восприятия речи. Результаты используются в электроакустике, архитектурной А., системах передачи речи, теории информации и связи, в музыке, медицине, биофизике и т. п. К её разделам относятся: речь, слух, психологическая А., биологическая А.

Вопросами А. в СССР занимаются: в Москве – Акустический институт АН СССР, Научно-исследовательский институт строительной физики, Научно-исследовательский кинофотоинститут, институт звукозаписи; в Ленинграде – институт радиоприёма и акустики; ряд отраслевых институтов, а также большое число лабораторий и кафедр в университетах и вузах страны.

Научные проблемы А. освещаются в различных физических журналах, а также в специальных акустических журналах: “Акустический журнал” (М., с 1955), “Acustica” (Stuttgart, с 1951), “Journal of the Acoustical society of America” (N. Y., с 1929) и др.

Акустические материалы

Акустические материалы подразделяются на звукопоглощающие материалы и звукоизоляционные прокладочные материалы.

Звукопоглощающие материалы применяются в основном в звукопоглощающих облицовках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, машинописные бюро, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий (зрительные залы, аудитории, радиостудии и пр.). Звукопоглощающая способность материалов обусловлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обычно не превышает 2 мм (общая пористость должна составлять не менее 75% по объёму). Большая удельная поверхность материалов, создаваемая стенками открытых пор, способствует активному преобразованию энергии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на трение. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения a, равным отношению количества поглощённой энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуковых волн.

Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение и могут обладать различной степенью жёсткости (мягкие, полужёсткие, твёрдые). Мягкие звукопоглощающие материалы изготовляются на основе минеральной ваты или стекловолокна с минимальным расходом синтетического связующего (до 3% по массе) или без него. К ним относятся маты или рулоны с объёмной массой до 70 кг/м3, которые обычно применяются в сочетании с перфорированным листовым экраном (из алюминия, асбестоцемента, жёсткого поливинилхлорида) или с покрытием пористой плёнкой. Коэффициент звукопоглощения этих материалов на средних частотах (250-1000 гц) от 0,7 до 0,85.

К полужёстким материалам относятся минераловатные или стекловолокнистые плиты размером (мм) 500 × 500 × 20 с объёмной массой от 80 до 130 кг/м3 при содержании синтетического связующего от 10 до 15% по массе, а также древесноволокнистые плиты с объёмной массой 180-300 кг/м3. Поверхность плит покрывается пористой краской или плёнкой. Коэффициент звукопоглощения полужёстких материалов на средних частотах составляет 0,65-0,75. В эту же группу входят звукопоглощающие плиты из пористых пластмасс, имеющие ячеистое строение (пенополиуретан, полистирольный пенопласт и др.).

Твёрдые материалы волокнистого строения изготовляются в виде плит “Акминит” и “Акмигран” (СССР), “Травертон” (США) и др. размером (мм) 300 х 300 х 20 на основе гранулированной или суспензированной минеральной ваты и коллоидного связующего (крахмальный клейстер, раствор карбоксиметилцеллюлозы). Поверхность плит окрашена и имеет различную фактуру (трещиноватую, рифлёную, бороздчатую). Объёмная масса 300-400 кг/м3, коэффициент звукопоглощения на средних частотах 0,6-0,7. Разновидность твёрдых материалов – плиты и штукатурные растворы, в состав которых входят пористые заполнители (вспученный перлит, вермикулит, пемза) и белые или цветные портландцементы. Применяются также звукопоглощающие плиты, в которых древесная шерсть связана цементным раствором (т. н. акустический фибролит). Выбор материала зависит от акустического режима, назначения и архитектурных особенностей помещения.

Звукоизоляционные прокладочные материалы применяются в виде рулонов или плит в конструкциях междуэтажных перекрытий, во внутренних стенах и перегородках, а также как виброизоляционные прокладки под машины и оборудование. Характеризуются малым значением динамического модуля упругости, как правило, не превышающим 1,2 Мн/м2 (12 кгс/см2), при нагрузке 20 Мн/м2 (200 кгс/м2). Упругие свойства скелета материала и наличие воздуха, заключённого в его порах, обусловливают гашение энергии удара и вибрации, что способствует снижению структурного и ударного шума. Различают звукоизоляционные прокладочные материалы, изготовляемые из волокон органического или минерального происхождения (древесноволокнистые плиты, минераловатные и стекловолокнистые рулоны и плиты толщиной от 10 до 40 мм, объёмная масса 30-120 кг/м3), а также из эластичных газонаполненных пластмасс (пенополиуретан, пенополивинилхлорид, латексы синтетических каучуков), выпускаемых в виде плит толщиной от 5 до 30 мм; объёмная масса эластичного пенополиуретана 40-70 кг/м3, пенополивинилхлорида 70-270 кг/м3. В ряде случаев для целей звукоизоляции применяются штучные прокладки из литой или губчатой резины.

Акустический институт

Акустический институт Академии наук СССР (АКИН), научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся работы в области акустики. Создан в Москве в 1953 на базе Акустической лаборатории Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР. Основные направления работ института (1968): исследования по распространению и дифракции звука, физиологической акустике, нелинейной акустике, ультразвуку, физической акустике жидкости и газов, акустике твёрдого тела и квантовой акустике, акустике океана; изыскание новых материалов, применяемых в акустических преобразователях; изыскание новых вибропоглощающих материалов и методов борьбы с шумами и вибрациями.

За последние 15 лет выполнены работы по исследованию распространения звука, изучению процесса воздействия ультразвука на вещество, исследованию вибраций и способов их уменьшения, установлению закономерностей, сопутствующих истечению высокоскоростных струй, разработке физических основ ультразвуковой технологии и др.

Наряду с экспериментальными лабораториями в А. и. имеется теоретический отдел. Большой объём исследований проводится и на научно-исследовательских судах “Петр Лебедев” и “Сергей Вавилов”.

Институт имеет очную и заочную аспирантуру. Учёному совету предоставлено право присуждать учёные степени доктора и кандидата физико-математических и технических наук.

Работы А. и. публикуются в “Акустическом журнале” и др. периодич. изданиях.

Архитектурная акустика

Архитектурная акустика, акустика помещений, область акустики, изучающая распространение звуковых волн в помещении, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Целью исследований служит создание приёмов проектирования залов (театральных, концертных, лекционных, радиостудий и т. п.) с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости.

В закрытых помещениях более или менее значительного объёма слушатель воспринимает, кроме прямого звука, ещё и ряд его запаздывающих повторений, обусловленных отражениями от ограничивающих поверхностей и быстро следующих друг за другом. Вследствие поглощения звуковой энергии при каждом отражении и в процессе её распространения эти повторения ослабляются тем сильнее, чем больше их запаздывание относительно прямого звука. После выключения источника звука количество отражённой энергии в помещении убывает до тех пор, пока она не будет поглощена; это постепенное затухание звука называется реверберацией. Продолжительность реверберации является важнейшим фактором, определяющим акустическое качество залов. При чрезмерно медленном затухании звучание речи и музыки оказывается недостаточно чётким, при короткой реверберации речь звучит слишком глухо, а музыкальные звучания утрачивают слитность и выразительность. Даже при оптимальной реверберации на акустическую оценку зала влияют распределения времён прихода ранних, более интенсивных отражений, а также и направления, по которым они достигают слушателя. Наиболее благоприятные условия различны не только для речи и музыки, но и для музыкальных произведений различного характера (камерная, эстрадная, симфоническая музыка). Поэтому акустическое проектирование концертных залов (выбор формы, размещение слушателей, обработка ограничивающих поверхностей рассеивающими и поглощающими конструкциями, применение подвесных отражателей и т.д.) нередко требует компромиссных решений. В залах большой вместимости условия слышимости могут быть улучшены применением электроакустических систем усиления и искусственной реверберации; выдающимся примером электроакустически оснащенного зала универсального назначения (конгрессы, концерты, опера, звуковой кинопоказ) может служить большой (6000 мест) зал Дворца съездов в Московском Кремле.

Прежде в состав А. а. включали вопросы изоляции помещений от проникающих извне звуков; теперь эти проблемы выделились в самостоятельную область – строительную акустику. Методами А. а. пользуются также в технике борьбы с шумом в помещениях.

В А. а. различают более строгую волновую теорию и менее строгую, но более удобную для технических расчётов геометрическую, в которой направление распространения и границы основной части потока звуковой энергии, переносимой падающими на препятствие или отражёнными звуковыми волнами, изображают прямыми лучами. Геометрические представления тем более правомерны, чем меньше длина звуковой волны по сравнению с размерами препятствия.

Современная А. а. ведёт начало от работ американского учёного У. Сэбина, показавшего в последнем десятилетии 19 в., что в замкнутом помещении последовательные многократные и при этом постепенно ослабевающие отражения сливаются в плавно затухающий гул, сопровождающий каждый излученный звук (т. н. реверберация), причём скорость затухания является существенным показателем условий слышимости. Примеры применения акустических знаний в строительстве находят в открытых театрах Древней Греции и Рима.

Акустические испытания помещений основаны на электрических измерениях звукового сигнала, принимаемого в помещении микрофоном, и заключаются в определении равномерности распределения звука в пространстве и в исследовании затухания отзвука во времени. Наряду с испытаниями залов в натуре всё большее распространение находят испытания малых моделей, что позволяет своевременно избежать ошибок при проектировании новых залов и находить способы исправления дефектов уже существующих.

Управление акустическими условиями в помещении осуществляется путём установки отражающих щитов и регулирования количества звукопоглощающих материалов, размещаемых на поверхностях. Теория звукопоглощения и методы его измерения также относятся к А. а. Всё больше распространяется применение электроакустической аппаратуры для звукоусиления и для создания искусственной реверберации. Электроакустическими способами имитации отзвука помещения пользуются также в лабораторной практике.

Бел

Бел, единица логарифмической относительной величины (логарифма отношения двух одноимённых физических величин), применяется в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики; обозначается б или В, названа по имени американского изобретателя телефона А. Г. Белла. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg(P1/P2), а для “силовых” величин F1 и F2 (напряжения, силы тока, давления, напряжённости поля и др.) N = 2·lg(F1/F2). Обычно применяют 0,1 долю Б., называемою децибелом (дб, dB).

Белый шум

Белый шум, шум, в котором звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т. е. в среднем интенсивности звуковых волн разных частот примерно одинаковы, например шум водопада. Название “Б. ш.” – по аналогии с белым светом. См. также Шум.

Громкость звука

Громкость звука, величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Г. з. сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний Г. з. растет с увеличением звукового давления (см. рис.). При одинаковом звуковом давлении Г. з. чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты различна, т. е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности. Г. з. данной частоты оценивают, сравнивая её с громкостью простого тона частотой 1000 гц. Уровень звукового давления (в дб) чистого тона с частотой 1000 гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Г. з. для сложных звуков оценивают по условной шкале в сонах. Г. з. является важной характеристикой музыкального звука.

Громкость звука

Децибел

Децибел (от деци… и бел), дольная единица от бела – единицы логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноимённых физических величин – энергий, мощностей, звуковых давлений и др.); равна 0,1 бел. Обозначения: русское дб, международное dB. Д. чаще применяется на практике, чем основная единица – бел.

Звуковое давление

Звуковое давление, давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему значению давления в среде. Т. о., З. д. представляет собой переменную часть давления, т. е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны. З. д. – основная количественная характеристика звука. Единица измерения З. д. в системе единиц СИ – ньютон на м2 (ранее употреблялась единица бар: 1 бар = 10-1 н/м2). Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления – выраженное в дб отношение величины данного З. д. р к пороговому значению З. д. ро = 2-10-5 н/м2. При этом число децибел N = 20 lg (p/po). З. д. в воздухе изменяется в широких пределах – от 10-5 н/м2 вблизи порога слышимости до 103 н/м2 при самых громких звуках, например шумах реактивных самолётов. В воде на ультразвуковых частотах порядка нескольких Мгц с помощью фокусирующих излучателей получают значение З. д. до 107 н/м2. При значит. З. д. наблюдается явление разрыва сплошности жидкости – кавитация. З. д. следует отличать от давления звука.

Звукоизоляция (шумоизоляция)

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий, ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле – совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера З. ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дб), называется звукоизолирующей способностью. Различают З. от воздушного и ударного звуков. З. от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой З. в диапазоне частот 100-3200 гц с учётом влияния звукопоглощения изолируемого помещения. З. от ударного звука (шагов людей, передвигания мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведённого уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учётом звукопоглощения изолируемого помещения.

Внутренние стены и перегородки зданий должны обладать нормативной звукоизолирующей способностью от воздушного звука: междуэтажные перекрытия – от воздушного и ударного звуков. Для повышения звукоизолирующей способности межквартирных стен, а также снижения их массы вместо однородных конструкций, состоящих из одного материала или из нескольких слоев разнородных материалов, жестко связанных между собой (например, оштукатуренная кирпичная стена и т.п.), применяются раздельные конструкции со сплошной воздушной прослойкой или слоистые конструкции, выполненные из отдельных слоев материалов, резко отличающихся по своим физическим свойствам. З. стен, имеющих окна или двери, практически определяется З. проёмов, обычно более низкой, чем З. глухой части ограждения. Для повышения шумоизоляционных качеств перекрытий или для уменьшения их массы без ухудшения З. целесообразно устраивать перекрытия раздельного типа со сплошной воздушной прослойкой или перекрытия с подвесными потолками. Для повышения З. от ударного шума сплошных однородных перекрытий применяют полы на упругом основании или на отдельных прокладках из упругих материалов. Рекомендуется также настилать мягкие рулонные полы (например, на тепло- и шумоизоляционной основе). В качестве упругих прокладок под полы используют маты из минеральной или стеклянной ваты, древесно-волокнистые плиты и т.п.

Для обеспечения необходимой З. весьма важно качество строительно-монтажных работ; даже самые незначительные щели, отверстия, трещины в конструкциях резко ухудшают шумоизоляционные свойства последних. При проектировании зданий следует учитывать, что изоляция помещений от внутренних и наружных шумов должна обеспечиваться также правильной планировкой здания, снижением уровня шума от санитарно-технического и инженерного оборудования и рациональными конструкциями ограждений. Наибольший технический и экономический эффект достигается при комплексной защите зданий от шумов. См. также Акустические материалы.

Звукопоглощающие конструкции

Звукопоглощающие конструкции, устройства для поглощения падающих на них звуковых волн. З. к. включают звукопоглощающие материалы, средства их укрепления, иногда – декоративные покрытия (см. Акустические материалы). Наиболее распространённые типы З. к. – звукопоглощающие облицовки внутренних поверхностей (потолков, стен, вентиляционных каналов, шахт лифтов и т. п.), штучные звукопоглотители, элементы активных глушителей шума.

Звукопоглощающие облицовки применяются для снижения энергии отражённых звуковых волн. Конструкции звукопоглощающих облицовок чаще всего состоят из слоя однородного пористого звукопоглощающего материала (иногда с фактурным слоем) или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного тонкого твёрдого экрана или покрытия. Эффективность звукопоглощающей облицовки оценивается коэффициентом звукопоглощения (КЗП) в определенном диапазоне частот (октава или 1/3 октавы). Значение КЗП зависит от способа крепления конструкции к ограждению и физических характеристик самой конструкции, главной из которых является комплексное акустическое сопротивление (см. Импеданс акустический). Увеличение звукопоглощения на низких частотах достигается утолщением конструкции или устройством воздушной прослойки между конструкцией и ограждением. Для обеспечения почти полного поглощения звука применяются звукопоглощающие облицовки в виде клиньев из звукопоглощающего материала, устанавливаемых перпендикулярно поверхности ограждения.

Штучные звукопоглотители обычно служат для снижения шума от технологического оборудования в производственных зданиях. Они представляют собой конструкции в виде отдельных щитов, конусов, призм и т. п., укрепляемых (подвешиваемых) в помещениях в непосредственной близости от источников шума. Эффективность штучных звукопоглотителей характеризуется значением общего звукопоглощения в м2 на 1 штучный звукопоглотитель. Благодаря явлению дифракции волн штучные звукопоглотители имеют больший, чем звукопоглощающие облицовки, коэффициент звукопоглощения. Стенки звукопоглотителей обычно выполняются из слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного твёрдого тонкого листа.

Элементы активных глушителей шума (чаще всего пластины или цилиндры) снижают шумы при распространении потока воздуха или газа; они устанавливаются преимущественно в воздуховодах аэрогазодинамических установок. Пластины могут состоять из однородных пористых звукопоглощающих материалов или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя из перфорированного твёрдого листа (обычно металла). Эффективность глушителей шума оценивается затуханием звука в децибелах (дб) на 1 м длины глушителя и зависит от толщины пластин (диаметра цилиндров), их коэффициентом звукопоглощения и расстояния между элементами.

Импеданс акустический

Импеданс акустический, комплексное сопротивление, которое вводится при рассмотрении колебаний акустических систем (излучателей, рупоров, труб и т. п.).

И. а. представляет собой отношение комплексных амплитуд звукового давления и объёмной колебательной скорости частиц среды (последняя равна произведению усреднённой по площади колебательной скорости на площадь, для которой определяется И. а.). Комплексное выражение И. а. имеет вид

Za = Ra + i Xa,

где i – мнимая единица. Разделяя комплексный И. а. на вещественную и мнимую части, получают активную Ra и реактивную Xa составляющие И. а. – активное и реактивное акустические сопротивления. Первое связано с трением и потерями энергии на излучение звука акустической системой, а второе – с реакцией сил инерции (масс) или сил упругости (гибкости). Реактивное сопротивление в соответствии с этим бывает инерционное или упругое.

Акустическое сопротивление в системе СИ измеряется в единицах н·сек/м5, в системе СГС – в дин·сек/см5 (в литературе для этой единицы встречается обозначение “акустический ом”). Понятие И. а. важно при рассмотрении распространения звука в трубах переменного сечения, рупорах и подобных системах или при рассмотрении акустических свойств излучателей и приёмников звука, их диффузоров, мембран и т. п. Для излучающих систем от И. а. зависят мощность излучения и условия согласования со средой.

Кроме акустического Za, применяют также удельный акустический Z1 и механический Zm импедансы, которые связаны между собой зависимостью Zm = SZ1 = S2Za, где S – рассматриваемая площадь в акустической системе. Удельный акустический импеданс выражается отношением звукового давления к колебательной скорости в данной точке или для единичной площади. В случае плоской волны удельный И. а. равен волновому сопротивлению среды. Механический импеданс (и соответственно механическое активное и реактивное сопротивления) определяется отношением силы (т. е. произведения звукового давления на рассматриваемую площадь) к средней колебательной скорости для этой площади. Единица механического сопротивления в системе СИ – н?сек/м, в системе СГС – дин?сек/см (иногда называется “механический ом”).

Музыкальная акустика

Музыкальная акустика, наука, изучающая объективные физические закономерности музыки в связи с её восприятием и исполнением. Исследует такие явления, как высота звука, громкость звука, тембр и длительность музыкальных звуков, консонанс и диссонанс, музыкальных системы и строи. Занимается изучением музыкального слуха, исследованием музыкальных инструментов и человеческих голосов. Выясняет, как физические и психофизиологические закономерности музыки отражаются в специфических законах этого искусства и воздействуют на их эволюцию. В М. а. используются данные и методы общей физической акустики, изучающей процессы возникновения и распространения звука. Она тесно связана с архитектурной акустикой, с психологией восприятия, физиологией слуха и голоса. М. а. привлекается для объяснения ряда явлений в области гармонии, музыкальных инструментов, инструментовки и т.д.

Как раздел музыкальной теории М. а. зародилась ещё в учениях древних философов и музыкантов. Значительный этап в развитии М. а. связан с именем выдающегося немецкого учёного-физика и физиолога 19 в. Г. Гельмгольца, выдвинувшего первую законченную концепцию физиологии звуковысотного слуха – так называемую резонансную теорию слуха. Большой вклад в развитие М. а. внесли в конце 19 – начале 20 вв. К. Штумпф и В. Кёлер (Германия), которые ввели в неё учение о механизмах отражения (ощущения и восприятия) различных объективных сторон звуковых колебаний. В 20 в. сфера М. а. ещё более расширяется. Развивается метод анализа музыкальных звуков, основанный на выделении из сложного звукового спектра частичных тонов и измерении их относительной интенсивности, приобретший большое значение в акустике певческого голоса и музыкальных инструментов. Разрабатываются вопросы акустики радиостудий, студий звукозаписи, стереофонической записи и воспроизведения звука. Важный этап в развитии современной М. а. связан с исследованиями советского музыковеда и учёного-акустика Н. А. Гарбузова, выдвинувшего теорию слухового восприятия, исходящую из зонной концепции музыкального слуха. Всеобщее признание получила и работа советских специалистов Л. С. Термена и А. А. Володина в области электромузыкальных инструментов, а также разработанная последним теория звуковысотного восприятия, согласно которой воспринимаемая человеком высота звука определяется не одной лишь частотой колебаний его основного тона, но всем его гармоническим спектром.

Ограждающие конструкции

Ограждающие конструкции зданий и сооружений, строительные конструкции (стены, перекрытия, покрытия, заполнения проёмов, перегородки и т.д.), ограничивающие объём здания (сооружения) и разделяющие его на отдельные помещения. Основное назначение О. к.) защита (ограждение) помещений от температурных воздействий, ветра, влаги, шума, радиации и т.п., в чём состоит их отличие от несущих конструкций, воспринимающих силовые нагрузки; это отличие условно, т.к. часто ограждающие и несущие функции совмещаются в одной конструкции (стены, перегородки, плиты перекрытий и покрытий и др.). О. к. разделяют на внешние (или наружные) и внутренние. Внешние служат главным образом для защиты от атмосферных воздействий, внутренние) в основном для разделения внутреннего пространства здания и шумоизоляции.

По способу изготовления различают О. к. сборные (монтируемые из готовых элементов заводского изготовления) и возводимые на месте строительства. В последнем случае для кирпичных, бетонных и железобетонных О. к. применяют термин “монолитные”. В зависимости от конструктивного решения О. к. подразделяют на простые и комплексные (составные). Простые (“однослойные”) О. к. выполняют из одного материала или из однородных штучных изделий (кирпичные стены, легкобетонные панели, гипсовые перегородки и т.п.). Комплексные (“многослойные”) О. к. состоят из нескольких элементов или слоев, например несущих, изоляционных, отделочных.

Среди О. к. особое значение придаётся наружным стенам, определяющим архитектурный облик здания; часто материал стен характеризует и конструктивный тип здания) крупноблочное, крупнопанельное, деревянное (рубленое или щитовое), кирпичное. Стены выполняют также роль вертикальных диафрагм жёсткости.

Эксплуатационные качества наружных О. к. должны соответствовать местным климатическим характеристикам и обеспечивать необходимые санитарно-гигиенические и комфортные условия в помещениях. К внутренним О. к. предъявляются требования надлежащей изоляции от воздушных и ударных шумов, от тепла и влаги смежных помещений. О. к. должны обладать высокой прочностью, жёсткостью, устойчивостью, огнестойкостью. Необходимо также, чтобы фактура, цвет и др. декоративные качества поверхностей О. к. отвечали назначению зданий и помещений, способствовали достижению их архитектурной выразительности.

Важное свойство О. к. – их долговечность, степень которой устанавливается в зависимости от класса здания и применяемых материалов, с учётом реальных условий износа О. к. в результате внешних воздействий. При использовании сборных конструкций особое внимание уделяется конструктивным решениям соединительных узлов и качеству выполнения сопряжений (стыкам, связям, крепёжным и закладным деталям), с тем чтобы исключить возможность разрушения соединительных элементов в течение срока службы, установленного для здания (сооружения) в целом.

Основные тенденции развития современного О. к.: преимущественное использование сборных крупноразмерных конструкций индустриального изготовления с высокой степенью заводской готовности, в том числе крупных стеновых панелей (офактуренных и остеклённых), укрупнённых комплексных перекрытий с готовым полом, объёмных элементов (блоков) с отделкой всех поверхностей; совершенствование конструкций сборных элементов и их соединительных узлов с целью снижения трудоёмкости изготовления и монтажа О. к. и здания в целом; снижение веса О. к.; использование для изготовления О. к. местных строительных материалов.

Порог слышимости

Порог слышимости, минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека. Величину П. с. принято выражать в децибеллах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2·10-5 н/м2 или 2·10-4 н/м2 при частоте 1 кгц (для плоской звуковой волны). П. с. зависит от частоты звука. При действии шумов и др. звуковых раздражений П. с. для данного звука повышается, причём повышенное значение П. с. сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время П. с. может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения П. с. обычно производятся методами аудиометрии.

Реверберация

Реверберация (позднелат. reverberatio – отражение, от лат. reverbero – отбрасываю), процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника. Воздушный объём помещения представляет собой колебательную систему с очень большим числом собственных частот. Каждое из собственных колебаний характеризуется своим коэффициентом затухания, зависящим от поглощения звука при его отражении от ограничивающих поверхностей и при его распространении. Поэтому возбуждённые источником собственные колебания различных частот затухают неодновременно. Р. оказывает значительное влияние на слышимость речи и музыки в помещении, т.к. слушатели воспринимают прямой звук на фоне ранее возбуждённых колебаний воздушного объёма, спектры которых изменяются во времени в результате постепенного затухания составляющих собственных колебаний. Влияние Р. тем более значительно, чем медленнее они затухают. В помещениях, размеры которых велики по сравнению с длинами волн, спектр собственных колебаний можно считать непрерывным и представлять Р. как результат сложения прямого звука и ряда запаздывающих и убывающих по амплитуде его повторений, обусловленных отражением от ограничивающих поверхностей.

Длительность Р. характеризуется т. н. временем реверберации, т.е. временем, в течение которого интенсивность звука уменьшается в 106 раз, а его уровень на 60 дб. Время Р. – важнейший фактор, определяющий акустическое качество помещения (см. также Архитектурная акустика). Оно тем больше, чем больше объём помещения (или время свободного пробега звука) и чем меньше поглощение на ограничивающих поверхностях. Измеряют время Р., записывая процесс убывания уровня звука после выключения его источника; для этого применяются самописцы с логарифмической шкалой. Время Р. определяется по среднему наклону записанной на ленте уровнеграммы.

Р. называется также послезвучание, наблюдаемое в море в результате отражения и рассеяния исходного звука от дна (донная Р.), взволнованной поверхности (поверхностная Р.) и неоднородностей водной среды, рыб и др. биологических объектов (объёмная Р.).

Строительная акустика

Строительная акустика, научная дисциплина, изучающая вопросы защиты помещений, зданий и территорий населённых мест от шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими (конструктивными) методами. С. а. рассматривают и как отрасль прикладной акустики, и как раздел строительной физики. К архитектурно-планировочным методам С. а. относятся: рациональные (с точки зрения защиты от шума) объёмно-планировочные решения зданий и помещений; удаление источников шума от защищаемых объектов; оптимальная планировка микрорайонов, жилых районов, а также территорий промышленных предприятий. Строительно-акустические методы включают применение конструкций и устройств, обеспечивающих эффективное снижение уровня шума (см. Звукоизоляция, Звукопоглощающие конструкции), они тесно связаны с проблемой снижения шума от технологического, санитарно-технического и инженерного оборудования, средств транспорта, механизированного инструмента и бытовых приборов (во многих случаях борьба с шумом прежде всего целесообразна непосредственно в источнике его возникновения). К задачам С. а. относят и вопросы исследований и разработки акустических материалов. Проблемы С. а. приобрели в современном строительстве большое значение: мероприятия по борьбе с шумом обеспечивают улучшение санитарно-гигиенических условий жизни населения, способствуют повышению производительности труда, эксплуатационных качеств и комфорта зданий.

С. а. как самостоятельная научная область возникла в начале 30-х гг. 20 в. и получила интенсивное развитие с 50-х гг. в связи со значительным ростом числа и мощности источников шума внутри зданий (инженерное и санитарно-техническое оборудование, радиоприёмники, телевизоры, магнитофоны, бытовые электрические приборы и др.) и на территориях населённых мест (средства автомобильного, воздушного и ж.-д. транспорта), а также в связи с расширением масштабов применения индустриальных облегчённых ограждающих конструкций, обладающих сравнительно низкой звукоизолирующей способностью. Научные исследования по С. а. проводились главным образом в направлении разработки теории шумоизоляции ограждающих конструкций и соответствующих методов их расчёта и проектирования. Основные тенденции современных исследований в области С. а. – изыскание наиболее эффективных шумоглушащих и звукоизолирующих конструкций и устройств, совершенствование методов их расчёта, разработка облегчённых ограждающих конструкций с повышенной шумоизоляционной способностью и новых градостроительных принципов, способствующих защите жилой застройки от транспортного шума.

С. а. базируется на теоретических положениях общей акустики, в ней используются экспериментальные методы исследований в лабораторных и натурных условиях (например, метод моделирования при исследовании звукоизолирующей способности ограждающих конструкций и изучении распространения шума в помещениях, инженерных коммуникациях, а также на территориях городской застройки).

В СССР основным научно-исследовательским центром по проблемам С. а. является строительной физики институт. Вопросы С. а. занимают большое место на Международных акустических конгрессах, проводимых Комиссией по акустике (1СА) Международного объединения теоретической и прикладной акустики (IU PAP) при ЮНЕСКО. институт строительной физики выпускает сборники научных трудов по вопросам С. а. В зарубежной печати статьи по С. а. публикуются в журналах “Applied acoustics” (Essex, с 1968), “Acoustical Society of America. Journal” (N. Y., с 1929) и “Larmbekampfung” (Baden-Baden, с 1957).

Фон

Фон (от греч. phone – звук), единица уровня громкости звука. В связи с тем, что на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности (различающиеся звуковым давлением), громкость звука оценивают, сравнивая её с громкостью стандартного чистого тона (обычно частотой 1000 гц). 1 Ф. – разность уровней громкости двух звуков данной частоты, для которых равные по громкости звуки с частотой 1000 гц отличаются по интенсивности (уровню звукового давления) на 1 децибел. Для чистого тона частотой 1000 гц шкала Ф. совпадает со шкалой децибел (см. рис. в ст. Громкость звука).

Шум

Шум, беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В быту под Ш. понимают разного рода нежелательные акустические помехи при восприятии речи, музыки, а также любые звуки, мешающие отдыху, работе. Ш. играет существ. роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др. Ш., независимо от физической природы, отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Часто Ш. представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания Ш. применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки Ш. пользуются усреднёнными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру Ш. в источнике и свойства среды, в которой Ш. распространяется.

Ш. подразделяются на статистически стационарные и нестационарные. Наиболее разработаны теория и методы измерения стационарного Ш., классической моделью которого является белый шум. Стационарный Ш. характеризуется постоянством средних параметров: интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральная плотность), автокорреляционной функции (среднее по времени от произведения мгновенных значений двух Ш., сдвинутых на время задержки). Практически наблюдаемый Ш., возникающий в результате действия многих отдельных независимых источников (например, Ш. толпы людей, моря, производственных станков, Ш. вихревого воздушного потока, Ш. на выходе радиоприёмника и др.), является квазистационарным. Ш., длящийся короткие промежутки времени (меньше, чем время усреднения в измерителях), называется нестационарным. К таким Ш. относят, например, уличный шум проходящего транспорта, отдельные стуки в производственных условиях, редкие импульсные помехи в радиотехнике и т.п.

Исследование Ш. преследует разнообразные цели: изучение источников Ш. для уменьшения их вредного воздействия на человека и на различные системы; изыскание способов и средств наилучшего (оптимального) приёма, обнаружения и измерения параметров разных сигналов. в присутствии Ш.; повышение точности измерений в аналоговых и цифровых устройствах обработки информации и др. Для измерения характеристик Ш. применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др.

Источниками акустически слышимого и неслышимого Ш. могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники Ш. – различные двигатели и механизмы. Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Точность изготовления деталей, их подгонка и динамическое уравновешивание всех движущихся частей приводят к ослаблению Ш. и, как правило, ведут к уменьшению износа деталей, к увеличению срока их службы и точности работы.

Радиоэлектронные Ш. – случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т.д. (шумы космоса). Ш. ограничивает чувствительность радиоприёмной аппаратуры.

В ряде случаев Ш. используется как источник информации. Например, в военно-морской технике по Ш., создаваемому на ходу подводными лодками и надводными кораблями, их обнаруживают и пеленгуют; в радиоастрономии по Ш. в определённых диапазонах частот исследуется радиоизлучение звёзд и других космических образований. Шумоподобные сигналы применяются в технике радио- и акустических измерений, например в архитектурной акустике. Некоторые звуки, используемые в музыке, по физическому существу шумовые или обладают шумовыми признаками. Встречающиеся в речи шумные согласные по своим свойствам также являются шумами.

Качеств. особенности ощущения при восприятии акустического Ш. органами слуха и организма в целом зависят от его интенсивности (см. Громкость звука) и спектрального состава. Вредное действие Ш. на организм человека проявляется в специфическом поражении органа слуха и неспецифическими изменениях других органов и систем. Имеют значение характер, уровень, частотный состав, продолжительность воздействия Ш. и индивидуальная чувствительность к нему. Продолжит. влияние интенсивного Ш. может вызвать значительные расстройства деятельности центр. нервной системы, сосудистого тонуса, функций органов желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, а также постепенно развивающуюся тугоухость, обусловленную невритом преддверноулиткового нерва. Для профессиональной тугоухости характерно первоначальное нарушение восприятия высоких частот (4000-8000 гц). Неспецифическое действие Ш. может проявиться раньше, чем изменения слуха, и выражается в форме невротических реакций, астении, нарушения функций вегетативной нервной системы. Под влиянием Ш. нарушается точность координации движений, снижается производительность труда. В связи с единой этиологией клинических нарушений в медицинской литературе появился термин “шумовая болезнь”. Для предотвращения вредного действия акустических Ш. на организм человека принимают ряд организационных, технических и медицинских мер. Устраняют или ослабляют причины, порождающие Ш., на месте его образования; предотвращают его распространение от источников Ш., используя местную звукоизоляцию шумящих узлов машин, амортизацию и звукопоглощение, ослабляющее Ш. за счёт снижения отражений от ограждающих конструкций, облицовываемых звукопоглощающими пористыми материалами; уменьшают аэродинамический Ш. (выхлоп, Ш. в воздуховодах и т.д.), устраняя причины вихреобразования, звукоизолируя воздуховоды и применяя глушители. Важно рационально чередовать труд и отдых работающих в условиях Ш., ограничивать длительность воздействия Ш. на них, систематически наблюдать за состоянием их здоровья. Борьба с уличным Ш. ведётся путём замены трамвайного транспорта троллейбусным и автобусным, ограничения пользования звуковыми сигналами и т.п. Зоны, где уровень Ш. достигает 85 дб, обозначают предупредительными знаками, а работающих в этих зонах снабжают индивидуальными звукоизолирующими наушниками. Кроме вредного воздействия на человека, известно благотворное, успокаивающее влияние на него акустического Ш., например Ш. морского прибоя, Ш. леса.

Шумозащита

Шумозащита, комплекс мероприятий (технических, архитектурно-планировочных, строительно-акустических и др.), осуществляемых для защиты от шума и ограничения его уровня в помещениях, зданиях и на территории населённых мест в соответствии с требованиями санитарных норм. Эффективная Ш. в значительной мере способствует повышению степени благоустройства населённых мест, оздоровлению условий быта, труда и отдыха населения. См. также Акустические материалы, Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий, Звукопоглощающие конструкции, Строительная акустика.

Шумомер

Шумомер, прибор для объективного измерения уровня громкости звука (шума). Ш. содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор – индикатор. Общая схема Ш. выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в Ш. имеются 3 комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости ~40 фон (используется в диапазоне 20-55 фон), В – средней громкости ~70 фон (55-85 фон) и С – большой громкости (85-140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30-8000 гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в единицах – децибел с пометкой А, т. е. дб (А), при любой громкости. Величиной уровня звука в дб (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50-60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отд. звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2·10-5 н/м2) по одной из 3 шкал – А, В или С.

Современный Ш. представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор Ш. должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

Поглощение звука

Поглощение звука, превращение энергии звуковой волны в другие виды энергии, и в частности в тепло; характеризуется коэффициентом поглощения а, который определяется как величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е = 2,718 раз. а выражается в см-1 т.е. в неперах на см или же в децибелах на м (1 дб/м = 1,15·10-3 см-1). П. з. характеризуют также коэффициент потерь e = al/r: (где l – длина волны звука) или добротностью Q = 1/e. Величина al называется логарифмическим декрементом затухания. При распространении звука в среде обладающей вязкостью и теплопроводностью,

Поглощение звука

где r – плотность среды, с – скорость звука в ней, w – круговая частота звуковой волны, h и x – коэффициент сдвиговой и объёмной вязкости соответственно, c – коэффициент теплопроводности, Ср и Cv – теплоёмкости среды при постоянном давлении и объёме соответственно. Если ни один из коэффициентов h, x и c не зависит от частоты, что часто выполняется на практике, то a ~ w2. Если при прохождении звука нарушается равновесное состояние среды, П. з. оказывается значительно большим, чем определяемое по формуле (1). Такое П. з. называется релаксационным и описывается формулой

Поглощение звука

где t – время релаксации, c0 и c? – скорости звука при wt << 1 и при wt > 1 соответственно. В этом случае П. з. сопровождается дисперсией звука. Величина a/f2, где f = w/2r, является характеристикой вещества, определяющей П. з. Она, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твёрдых телах для продольных волн меньше, чем в жидкостях.

П. з. в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в П. з. вклад одного порядка величины. В жидкостях П. з. в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для П. з. существенны объёмная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т. е. величина wр = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент П. з. обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

П. з. в твёрдых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах – различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твёрдом теле, такими, как фононы, электроны, спиновые волны и пр. Величина П. з. в твёрдом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал. В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., П. з. часто зависит от амплитуды звука. Во многих твёрдых телах при не очень высоких частотах a ~ w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое П. з. при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a ~ 15 дб/см при f = 9 Ггц). В металлах и полупроводниках П. з. всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определённых условиях может приводить к “отрицательному поглощению”, т. е. к усилению звука. С ростом температуры П. з., как правило, увеличивается.

Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению П. з. В различных пористых и волокнистых веществах П. з. велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.

 

Статьи партнёров

BSI. Шумоизоляция и виброизоляция в Самаре.

© 2009-2017 BSI Group www.acoustic-stroy.ru

Эл. почта: info@acoustic-stroy.ru Телефон: +7 (846) 922 94 16