АКУСТИЧЕСКАЯ

Акустическая разведка

Понятия, определения и единицы измерения в акустике

Звук — колебательное движение упругой среды. Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной.

За один полный период колебаний T звуковой процесс распространяется в среде на расстояние, равное длине волны:

λ = c · T = c / f

где:
c — скорость распространения звука в среде;
f = 1 / T — частота звукового колебания.

Скорости распространения звука в различных средах:

• воздух — 340 м/с;
• вода — 1490 м/с;
• кирпич — 2300 м/с;
• бетон — 3700 м/с;
• сталь — 5200 м/с.

Изменение давления в звуковой волне относительно среднего значения называется звуковым давлением P и измеряется в паскалях.

1 Па = 1 Н / м² ≈ 1 / 100000 атм

В акустике принято использование относительных единиц измерения уровня звукового давления — децибел.

L (дБ) = 20 · lg (P / P₀)

В качестве P₀ выбрана величина 2·10^-5 Па, что соответствует минимальному звуковому давлению, воспринимаемому человеческим слухом.

Изменение уровня звукового давления на 1 дБ является минимальным различимым человеческим слухом изменением громкости.

При частотном анализе акустических сигналов используются стандартизированные частотные полосы шириной:

• 1 октава;
• 1/3 октавы;
• 1/12 октавы.

Октава — это полоса частот, у которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней:

f_в = 2 · f_н

Центральные частоты стандартных октавных полос:

2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500 Гц;
1, 2, 4, 8, 16 кГц.

Акустические характеристики речевых сигналов

Основные звуки речи образуются следующим образом:

• гласные — образуются при прохождении воздуха через голосовые связки; акустические колебания носят периодический, близкий к гармоническому характер;
• глухие согласные — образуются за счет преодоления воздухом препятствий в ротовой и носовой полостях и имеют импульсный или шумовой характер;
• звонкие согласные — образуются аналогично глухим, но при участии голосовых связок.

Речевой сигнал представляет собой сложный частотно и амплитудно модулированный шумовой процесс.

Он характеризуется следующими параметрами:

• частотный диапазон;
• уровень речевых сигналов;
• динамический диапазон.

Частотный диапазон речи лежит в пределах 70–7000 Гц. Около 95% энергии речевого сигнала сосредоточено в диапазоне 175–5600 Гц.

Информативная насыщенность различных участков спектра речи неравномерна: отдельные диапазоны вносят больший вклад в разборчивость речи.

Уровни речевых сигналов

• тихий шепот — 35–40 дБ;
• спокойная беседа — 55–60 дБ;
• выступление в аудитории без микрофона — 65–70 дБ.

Динамический диапазон речи

Разность между максимальными и минимальными уровнями звукового давления для различных видов речи составляет:

• дикторская речь — 25–35 дБ;
• телефонные переговоры — 35–45 дБ;
• драматическая речь — 45–55 дБ.

При распространении звуковая волна, взаимодействуя с преградой, частично отражается, частично проходит через нее.

В строительной акустике используются следующие коэффициенты:

α = (E_пад − E_отр) / E_пад — коэффициент поглощения;
β = E_отр / E_пад — коэффициент отражения;
γ = E_пр / E_пад — коэффициент звукопроницаемости;
Q (дБ) = 10 · lg (E_пад / E_пр) — звукоизоляция.