Характеристики шума

При измерениях шума, в том числе шума вентиляторов, используют в основ­ном три физические величины: звуковое давление р, Па, интенсивность звука I, Вт/м², и звуковую мощность W, Вт. Рассмотрим эти параметры.

1. Звуковое давление р определяет силовое воздействие звуковой волны (вол­ны сжатия/расширения) в заданной точке пространства на мембрану уха или за­меняющий ее микрофон. Это силовая характеристика выбранной точки звуко­вого поля. Звуковое давление р применяется для измерения шума от работы вентилятора в конкретной точке, например на рабочем месте или в месте отдыха. Кроме того, звуковое давление используется для измерения корпусного шума вентилятора (звуковое давление в определенной точке свободного пространства на некотором фиксированном расстоянии от поверхности корпуса вентилято­ра), а также для характеристики шума на выходе в свободном пространстве, окружающем крышный вентилятор (на некотором фиксированном расстоянии). Термин «свободное пространство» означает отсутствие вокруг измеряемого объекта (вентилятора) каких-либо посторонних источников шума или отражаю­щих поверхностей, которые могут исказить результаты измерений. Фактически те или иные помехи при реальных измерениях всегда имеют место, и поэтому необходимо пользоваться соответствующими ГОСТ, в которых установлены тре­буемые условия измерений и оценка возникающих при этом помех.

2. Интенсивность звука I характеризует перенос энергии при распростране­нии звуковой волны, т. е. плотность потока звуковой мощности W. Эта физи­ческая величина связана со звуковым давлением в общем случае сложными уравнениями акустики. В простейшем случае плоской звуковой волны в свобод­ном пространстве (которое моделируется для некоторого частотного диапазона в измерительных заглушённых камерах при испытаниях вентиляторов) интен­сивность звука I связана со звуковым давлением р формулой, которая играет большую роль в акустических измерениях:

I = p² / p*c

где р² — средний квадрат звукового давления; р — плотность воздуха (при нор­мальных атмосферных условиях — 1,2 кг/м³); с — скорость звука (при нормальных атмосферных условиях — 344 м/с).

3. Звуковая мощность W определяет энергию звуковой волны, проходящими в единицу времени через заданную поверхность.

Звуковая мощность W используется для характеристики шума вентилятора, распространяющегося по воздуховодам системы, на входе/выходе воздуховодов или вентилятора. Следует иметь в виду, что в большинстве случаев, например в воздуховодах, при сильных отражениях звука, при резонансах звуковое давле­ние не является характеристикой источника шума и поэтому используется звуко­вая мощность. Кроме того, шум, излучаемый из какого-либо отверстия вентиля­ционной системы, входного или выходного отверстий вентилятора, в общем случае имеет диаграмму направленности, т. е. излучается неравномерно по на­правлению.

Так как человеческое ухо чувствительно к звуку в очень широком диапазоне громкое гей, то в акустике принято использовать логарифмическую шкалу — шкалу в децибелах, позволяющую охватить широкий диапазон громкостей и наиболее приближенную к характеристике чувствительности уха. Значение па­раметра в децибелах пропорционально логарифму отношения соответствующей величины к пороговому значению.

Уровень звукового давления, дБ,

L_P = 10 lg (p²/p₀²)

где p₀ = 2*10^-5 Па — пороговое значение звукового давления.

Именно эту величину — звуковое давление, выраженное в децибелах, — по­казывают стандартные шумомеры.

Интенсивность звука

L_i = 10 lg (I/I₀)

Здесь Li — уровень интенсивности звука, дБ; I₀ = 10^-12 Вт/м² — пороговое значение интенсивности звука.

Звуковая мощность

L_W = 10 lg (W/W₀)

Здесь L_W – уровень звуковой мощности, дБ; W₀ = 10^-12 Вт — пороговое значе­ние звуковой мощности.

Поскольку для воздуха при нормальных условиях р с = 400 Па*c/v, то уровни звукового давления и интенсивности в плоской волне L_P = L_i, а уровень звуковой мощности L_W = L_P+10 lg S

Из формул следует, что если звуковые давления отличаются в два раза, то раз­ница уровней звукового давления равна 6 дБ, в три раза — 10 дБ. А если звуко­вые мощности отличаются в два раза, то разница уровней звуковой мощности равна 3 дБ.

Для сферической волны с радиусом распространения R справедливо соотно­шение W = I*(4?R²) и, следовательно, если мощность источника шума известна, то можно определить интенсивность на требуемом расстоянии R. Если расстоя­ние велико, то звуковую волну можно считать плоской и уровни звукового дав­ления примерно равны уровням интенсивности:

L_P = L_i = L_W – 10 lg (4?R²) = L_W – 20 lg R – 11