Энергетические параметры источников шума. Логарифмическая шкала шума

К энергетическим параметрам источников шума относятся: звуковое давление, интенсивность звука и звуковая мощность.
Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением в невозмущенной среде, обозначается – р, измеряется в Н/м2 или в Паскалях- 1Па=1 Н/м2.
При распространении звуковой волны в пространстве происходит перенос энергии, определяемый интенсивностью звука.
Интенсивностью звука в данной точке называется усредненный поток энергии в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, расположенной перпендикулярно распространяющимся звуковым волнам, обозначается – I, измеряется в Bт/м2.
I = р2/ ρc,
ρ – плотность среды, в которой распространяются звуковые колебания;
c - скорость звука в среде;
ρc - акустическое сопротивление среды (Z), Н/м3. Для воздуха акустическое сопротивление составляет 410 Н/м3.

Звуковая мощность источника шума определяется общим количеством звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени, обозначается Р и измеряется в Вт.

Io =10-12 Вт/м2 - пороговая интенсивность, т.е. порог слышимости на частоте 1000 Гц.,
Iб =102 Вт/м2 - болевой порог,
ро = 2 *10-5 Н/м2 - пороговое значение звукового давления.
рб = 200 Н/м2 - болевой порог.
Между порогом слышимости и болевым порогом, лежит область слышимости, занимающая 14 порядков.

ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ШКАЛА ШУМА
Чтобы не оперировать большими числами предложено, использовать, логарифмическую шкалу, то есть весь огромный диапазон физических характеристик интенсивностей и звуковых давлений выражать не многозначными числами абсолютных значений, а логарифмами отношений этих величин к значениям соответствующим порогу слышимости.
Логарифмическая величина, характеризующая интенсивность шума называется уровнем интенсивности и измеряется в безразмерных единицах (в Белах) Б, обозначается L
LI= lg I/Io, Б;
Соответственно:
Lр= lg р2/ро2= 2 lg р/р 0, Б

ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ШКАЛА ШУМА
Для удобства принята в 10 раз меньшая единица измерения, называемая дБ:
логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений, численно равная десятичному логарифму безразмерного отношения физической величины к одноимённой, принимаемой за исходную физическую величину, умноженному на десять Отечественное обозначение единицы «децибел» — «дБ», международное — «dB».
LI= 10 lg (I/Io), дБ
Lp=20 lg (р/р 0), дБ
LI= 10 lg (100/10-12)= 10 lg 10-14 = 140 дБ,
т. е. вся шкала звуковых давлений и интенсивностей изменяется от 0 до 140 дБ.

сравнительная таблица шумов

Приведем простые соотношения:
изменение уровня шума в десять раз соответствует 10дБ,
изменение уровня в четыре раза означает 6 дБ разницы,
в 100 раз – 20дБ.
Если происходит измерение роста величины, то значение в децибелах положительное,
если характеризуется уменьшение параметра – отрицательное, к числовому значению параметра добавляется знак «минус».
При увеличении шума в 2 раза, его уровень в дБ в 2 раза не увеличиться, т.к. при удвоении числа его логарифм возрастает на 0.3.
Ослабление уровня шума в два раза будет описано как -3дБ.

Перевод дБ в Н/м2 и обратно
Например, 80дБ перевести в→Н/ м2.
Lp=20 lg (р/рo)=80; lg (р/рo)=80/20=4;
р/рo=104 ; р = 104 * рo = 104*2*10-5 = 2*10-1 Н/ м2.
Обратный перевод Н/ м2 в дБ:
р= 20.000 μПа ( показал прибор),
р=20.000 μПа * 10-6 = 2*10-2 Па,
Lp=20 lg (р/рo) = 20 lg ((2*10-2)/(2*10-5)) = 20 lg 103 = 20*3 = 60 дБ.
Ещё один пример: р =107 μПа =107 * 10-6 = 10 Па;
Lp=20lg(р/р0)=20lg(10/210-5)=20(lg 5+lg 105)= 20*(0.7+5)=114 дБ.