Понятия, определения и единицы измерения в акустике

Звук – колебательное движение упругой среды. Процесс распростране-ния колебательного движения в среде называется звуковой волной. За один полныйпериод колебания Т звуковой процесс распространяется в среде на расстояние, равное длине волны, которая может быть получена из соотношения:

ë= сТ = с/f ,

где        с – скорость распространения звука в среде; f =1/T – частота звукового колебания.

Ниже даны скорости распространения звука в некоторых средах. 

• · Своздух – З40м/с;
• · Свода – 1490 м/с;
• · Скирпич – 2300 м/с; 
• · Сбетон – 3700 м/с; 
• · Ссталь – 5200 м/с.

Изменения давления в звуковой волне относительно среднего значения называется звуковым давлением Р и измеряется в паскалях. Один паскаль это давление,создаваемое силой в один ньютон, действующей на площадь один квадратный метр:

Р = 1Н/1м² =1Па =1/100000АТМ.

В акустике принято использование относительных единиц измерения уровня звукового давления – децибел:

LдБ = 20lg P/ P0

В качестве P0 выбрана величина 

P = P0= 2 10-⁵  Па,  что соответствует минимальному звуковому давлению,  воспринимаемому  человеческим слухом.  Приэтом изменение уровня звукового давления на 1 дБ является минимальной, различаемой человеческим слухом величиной изменения громкости.

Следует отметить, что в акустике при частотном анализе сигналов используют стандартизированные частотные полосы шириной в 1 октаву, 1/3 октавы, 1/12октавы. Октава -  это полоса частот, у которой верхняя гранич-ная частота в два раза больше нижней граничной частоты:

f = fв-fн= 1 окт, если fв = 2fн.

Центральные частоты стандартных октавных полос соответствуют сле-дующему ряду: 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500 (Гц), 1,2,4,8, 16 (кГц).

Основные звуки речи образуются следующим образом [16]:

· гласные образуются при прохождении воздуха через голосовые связки. Акустические колебания гласных звуков носят периодический, близ-кий кгармоническому характер и могут изменяться в значительном частот-ном диапазоне;

· глухие согласные (сонорные, щелевые, взрывные) образуются за счет преодоления воздухом препятствий в носовой и ротовой полостях и но-сят характер,как отдельных акустических импульсов, так и шумовых сигна-лов со сплошным спектром различной конфигурации;

· звонкие согласные образуются также как глухие, но при участии голосовых связок.

Таким образом, речевой сигнал представляет собой сложный частотно и амплитудно модулированный шумовой процесс, характеризующийся сле-дующимиосновными статистическими параметрами:

· частотный диапазон;

· уровень речевых сигналов; · динамический диапазон.

Частотный диапазон речи лежит в пределах 70...7000 Гц. Энергия аку-стических колебаний в пределах указанного диапазона распределена нерав-номерно. Нарис. 5.1 (кривая 1) представлен вид среднестатистического спек-тра русской речи. Следует отметить, что порядка 95 % энергии речевого сиг-нала лежит в диапазоне 175...5600 Гц

Важно отметить, что информативная насыщенность отдельных участков спектра речи неравномерна. Кривой 2 на рис 5.1 представлен вклад отдель-ных участков спектра речи в суммарную разборчивость Sсл.

Уровни речевых сигналов. В различных условиях человек обменивает-ся устной информацией с различным уровнем громкости, при этом выделяют следующиеуровни звукового давления:

· тихий шепот – 35...40 дБ;

· спокойная беседа – 55...60 дБ;

· выступление в аудитории без микрофона – 65...70 дБ.

Динамический диапазон. Уровень речи в процессе озвучивания одного сообщения может меняться в значительных пределах. Разность между мак-симальными иминимальными уровнями для различных видов речи составля-ет:

· дикторская речь – 25...35 дБ;

· телефонные переговоры – 35...45 дБ; · драматическая речь – 45...55 дБ.

При своем распространении звуковая волна, доходя до какой-либо пре-грады (границы двух сред) и взаимодействуя с ней, частично отражается от нее, а частичнопродолжает распространяться по преграде. Количество аку-стической энергии Е, прошедшей из одной среды в другую, зависит от свойств этих сред (рис. 5.2).

 

В строительной акустике используются следующие основные понятия: α= (Епад                 Еотр)/Епад – коэффициент поглощения;

â= Еотр/Епад – коэффициент отражения;

ã= Епр/Епад – коэффициент звукопроницаемости;

Q[дБ]=10 lgЕпад – звукоизоляция. пр

В таблице приведены характеристики звукоизоляции основных строительных конструкций [16].

Тип строительной конструк-ции	Центральные частоты октавныхполос, Гц
	250	500	1000	2000	4000
Оштукатуренная кирпичнаястена толщиной 270 мм	44	51	58	64	65
Железобетонная стена тол-щиной 100 мм	40	44	50	55	60
Гипсобетонная перегородка толщиной 80 мм	33	37	39	44	44
Перегородка ДСП толщиной20 мм	26	26	26	26	26