Учитывая протяженный частотный диапазон (20–20 000 Гц) при оценке источника шума, используется логарифмический показатель, который называется уровнем интенсивности (дБ).
Уровень звука обычно выражают в дБ.
При расчетах и нормировании используется такой показатель, как уровень звукового давления (дБ).
P – звуковое давление в точке измерения (Па);
P0 – пороговое значение 2 x 10–5 (Па).
При распространении звуковых волн в воздухе в каждой точке звукового поля возникают попеременные сжатие и разрежение, что приводит к изменению давления в среде по сравнению с атмосферным (статическим) давлением. Разность между атмосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением P (Па).
Звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, может меняться от порога слышимости до болевого порога в 10E + 10 раз. При этом ощущение степени изменения звукового давления (субъективное восприятие человеком) согласно психофизическому закону Вебера – Фехнера почти совпадает с логарифмической кривой. Поэтому в акустике для оценки звуковых воздействий на человека принято использовать не абсолютные величины изменения звукового давления, а относительные – логарифмические.
Принято измерять и оценивать относительные уровни интенсивности звука и звукового давления по отношению к пороговым значениям, выраженным в логарифмической форме.
Уровень интенсивности: LI = 10 lg I / 10.
Уровень звукового давления: Lp = 20 lg P / P0.
Слышимый диапазон составляет 0–140 дБ.
Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность (P) – общее количество звуковой энергии, излучаемой в окружающее пространство в секунду.
Уровень звуковой мощности источника шума LP = 10 lg P / P0, где Р0 – пороговая величина, равная 10–12 Вт.
Интенсивность звукового давления в слуховом диапазоне варьирует от 0 до 140 (дБ), что соответствует физическим пределам давления от 2 x 10–5 до 102 Па (1 Па соответствует 1 н/м2).
Если давление P0 = 2 x 10–5 Па представляет порог слышимости, то уровень звукового давления 102 Па (140 дБ) вызывает у человека болевое ощущение, а дальнейшее увеличение давления грозит разрушением слухового аппарата. Каждому увеличению уровня звука на 10 дБ соответствует возрастание звукового давления на порядок, т. е. в 10 раз.
Таблица 16
Характеристика восприятия звука органом слуха человека
Так как органы слуха человека обладают неодинаковой чувствительностью к звуковым колебаниям различной частоты, весь диапазон частот на практике разбит на октавные полосы. Диапазон звуковых частот подразделяется на октавные полосы, характерные тем, что у них верхние частоты вдвое больше нижних граничных частот. Соответственно удваиваются средние частоты смежных полос при переходе к более высоким частотам. Их принято называть среднегеометрическими частотами.
Весь спектр разбит на восемь октавных полос: 45–90; 90–180; 180–360,5600–11 200.
Среднегеометрические частоты октавных полос: 63,125, 250…, 8000.
Октава – полоса частот с границами f1 – f2, где f2 / f1 = 2.
Среднегеометрическая частота fСТ = 63, 125, 250, 500, …
Спектры бывают дискретными, сплошными, тональными.
Шум в диапазоне 20–400 Гц называется низкочастотным, от 400 до 1000 Гц – среднечастотным, более 1000 Гц – высокочастотным. Шум, в котором представлены различные звуковые частоты, считается широкополосным, а если прослушивается звук определенной частоты – тональным. При тональном шуме, который труднее переносится человеком, чем широкополосный, уровень звукового давления на одной из частот октавной полосы превышает уровни на других частотах этой полосы на 6 дБ или более.
По степени стабильности звучания различают постоянный, прерывистый, непостоянный и импульсный шумы.
Постоянный шум характерен колебаниями давления во времени не более 5 дБ.
Прерывистый шум – разновидность постоянного, прерываемого паузами и звучащего между ними не менее 1 с.
Непостоянный шум – шум, интенсивность которого меняется во времени более чем на 5 дБ.
Импульсный шум – непостоянный шум с мгновенными (менее 1 с) изменениями звукового давления.
Звуковой комфорт – 20 дБ; шум проезжей части улицы – 60 дБ; интенсивное движение – 80 дБ; работа пылесоса – 75–80 дБ; шум в метро – 90–100 дБ; концерт – 120 дБ; взлет самолета – 145–150 дБ; взрыв атомной бомбы – 200 дБ.