Физическая сущность звуков заключается в том, что они являются волнообразно распространяющимися механическими колебательными движениями частиц упругой среды (твердой, жидкой или газовой), которые, как правило, имеют случайный, беспорядочный характер.
Источник звуковой волны – любое колеблющееся материальное тело, которое внешней силой выведено из устойчивого состояния покоя.
Существенным является то, что волна распространяется во времени и в пространстве. Частицы упругой среды, которые непосредственно примыкают к источнику колебания, присоединяются к колебательному процессу и смещаются, при этом приходя в состояние ритмичного разрежения и сгущения.
Физические характеристики звуковой волны
Данный процесс из-за упругости сплошной среды последовательно распространяется на смежные частицы волной с параметром в виде звукового давления $p(t).$
Звуковое давление (выражают в Па – $\frac{H}{м^2}$)является переменным давлением, которое возникает дополнительно к атмосферному в той среде, через какую проходят звуковые волны.
Звуковую волну характеризует период колебания Т (измеряется в секундах), который обратно пропорционален частоте $f$ (измеряется в Гц):
$T = \frac{1}{f}$.
Скорость звука c (измеряется в м/с) равна расстоянию, на которое за 1 секунду может распространиться волновой процесс.
При нормальном атмосферном давлении и температуре $20^0 \ C$ в воздухе скорость звука равна 334 м/с. При увеличении температуры она повышается приблизительно на 0,71 м/с за каждый градус.
Длина волны $\lambda$ (измеряется в м) характеризуется расстоянием между двумя соседними разрежениями или сгущениями в звуковом поле.
Связь длины волны с частотой и скоростью звука выражается соотношением:
$\lambda = \frac{c}{f}$.
При распространении звуковых волн происходит перенос колебательной энергии в пространстве.
Количество колебательной энергии, которое проходит через площадь $1\ м^2$, расположенную перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны, называется интенсивностью звука I (измеряется в $Вт/ м^2$), которая является энергетической характеристикой звуковой волны и вычисляется по формуле:
$I=\frac{p^2}{ρ \cdot c}$.
Здесь $ρ$ – плотность среды.
Частотный состав шума характеризуется его спектром.
Спектр характеризует распределение звуковой энергии составляющих данного шума по частоте.
При присутствии в составе шума более интенсивных звуков с частотами колебаний до 400 Гц спектр относится к низкочастотному, с частотами в диапазоне от 400 до 1000 Гц – к среднечастотному, а более 1000 Гц – к высокочастотному.
Спектры классифицируют на дискретные (линейчатые) и сплошные в зависимости от величины интервалов между составляющими звуками шума.
Дискретные спектры характеризуются разделенными значительными частотными интервалами отдельных составляющих звуков, входящих в спектр шума.
Сплошные спектры характеризуются следующими один за другим непрерывно с бесконечно малыми интервалами отдельных составляющих звуков, входящих в спектр шума.
Выделяют также смешанный спектр, который характеризуют отдельные пиковые дискретные составляющие на фоне сплошного спектра.
Классификация шумов
Официальная классификация шумов согласно ГОСТу 12.1.003-83 «Шум. Общие требования безопасности» подразделяет шумы по характеру спектра на широкополосные (имеют непрерывный спектр шириной больше одной октавы) и тональные (в спектре имеют слышимые дискретные тона).
Классификация шумов по временным характеристикам делит на постоянные с незначительным изменением во времени уровня звука за 8-часовой рабочий день и непостоянные.
При распространении звуковых волн появляется ряд акустических феноменов, которые имеют важное значение для гигиенической оценки шумового фактора, его характеристики и выбора мер защиты.
