По разделу «Звуковое поле в помещении и открытом пространстве: основные закономерности и расчетные выражения» - лекция 6

Вопросы и задания для самопроверки

для дисциплины «Шум и вибрация машин»

По разделу «Основные понятия и особенности воздействия вибрации» - лекция 5

1. Что такое вибрация?

Вибрация: механические колебания, оказывающее ощутимое влияние на человека.

2. Какие параметры характеризуют вибрацию?

Основными параметрами вибрации являются:

- амплитуда виброперемещения - , м;

- амплитуда колебательной скорости (виброскорости) - , м/с;

- амплитуда колебательного ускорения (виброускорения) - , м/с²;

- период колебаний – Т, с;

- частота колебаний –f, Гц=1/с.

3. Какие параметры характеризуют колебательную систему?

параметры характеризуют колебательную систему:

Смещение (х) - отклонение колеблющейся точки от положения равновесия в данный момент времени [м].

Амплитуда колебаний – наибольшее смещение от положения равновесия [м]. Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна.

Период колебаний (Т)- время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах [с].

Частота колебаний (v) - число полных колебаний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц).
Единица измерения названа так в честь известного немецкого физика Генриха Герца (1857...1894).
1 Гц – это одно колебание в секунду. Примерно с такой частотой бьется человеческое сердце. Слово «херц» по-немецки означает «сердце».

Фаза колебаний - физическая величина, определяющая смещение x в данный момент времени. Измеряется в радианах (рад).

Период и частота колебаний связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью

4. Какая связь существует между параметрами вибрации в гармонической волне?

Одним из наиболее частых видов колебаний, существующих в природе, являются гармонические колебания, описываемые уравнением:

где х – смещение тела от положения равновесия;

ω – циклическая частота колебаний;

t – время.

Максимальное значение смещения от положения равновесия (x_m) называется амплитудой колебания. Величина, стоящая под знаком косинуса, называется фазой гармонического колебания:

.

Фаза колебаний начальный момент времени t = 0 называется начальной фазой. Фаза колебания характеризуется величиной и направлением отклонения колебания от положения равновесия в зависимости от времени.

5. Дайте определение частоты собственных колебаний механической системы.

Собственные колебания - это колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

6. От каких величин зависит собственная частота колебательной системы?

Собственная частота колебательной системы зависит от:

a) от частоты действующей на колебательную систему вынуждающей силы

b) от свойств самой колебательной системы

c) от частоты вынуждающей силы и свойств колебательной системы

d) собственная частота колебательной системы определяется исключительно свойствами среды, в которой эта система находится

7. Что такое импеданс колебательной системы?

Импеданс колебательной системы - сопротивление, которое оказывает система вынуждающей переменной силе.

8. Что такое резонанс и к каким последствиям он может привести?

Резонанс - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы.

9. Каково условие возникновения резонанса?

Важным условием возникновения резонанса является наличие у того или иного тела так называемой собственной резонансной частоты. Собственная резонансная частота — это такая частота колебаний, с которой данное физическое тело начнет колебаться, будучи выведенным из состояния покоякакой-либо внешней возбуждающей силой, например толчком, как качели, маятник часов и др., или ударом, как ножки камертона, корпус колокола, струна рояля, или потоком воздуха, как труба органа или бутылка, если подуть в ее горлышко и т. д. Собственную резонансную частоту называют иногда частотой свободных колебаний.

10. Перечислите типы вибрационных спектров.

Спектр увибрации – зависимость уровней вибростойкости от частоты. Спектр периодической вибрации является дискретным, спектр случайной вибрации – непрерывным. Типы:

- Узкополосные вибрации, при которых измеряемые параметры в третьоктаывной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения на октавных частотах.

- Широкополосные вибрации с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

11. От каких величин зависит количество энергии, поглощенной человеком энергии?

Зависит от интенсивности, спектрального состава, направления и продолжительности действия шума, а также от местонахождения человека и характера работы.

12. Какую систему координат называют базицентрической?

13. Укажите направления осей базицентрической системы координат для стоящего, сидящего и лежащего человека? (см. 12)

14. Перечислите дипазоны частот собственных колебаний колебательных систем человека.

Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне 6-9 Гц. Воздействие на организм человека внешних колебаний с такими же частотами может вызвать резонансные колебания внутренних органов, что представляет опасность их смещения и механических повреждений.

15. Каковы особенности спектра вертикальной и горизонтальной вибрации, воспринимаемой человеком?

Вертикальнаю, распространяющуаяся по оси х, перпендикулярной к опорной поверхности; Горизонтальную, распространяющуюся по оси у, от спины к груди;

Между ответными реакциями организма и уровнем воздействующей вибрации нет линейной зависимости. Причину этого явления видят в резонансном эффекте. При повышении частот колебаний более 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах человека. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20...30 Гц, при горизонтальных -1,5...2 Гц.

По разделу «Звуковое поле в помещении и открытом пространстве: основные закономерности и расчетные выражения» - лекция 6

1. Из каких слагаемых состоит звуковое давление в помещении с оборудованием?

+ лекции

Lp - уровень звукового давления в дБ;

Lw - уровень звуковой мощности в дБ;

r - расстояние до источника (м);

Q - коэффициент направления, который равен:

1 - для источников, находящихся рядом с центром комнаты;

2 - если источник звука находится по центру стены или пола;

4 - если источник звука находится на пересечении двух стен.

R - константа помещения (м²)

2. Какую гипотезу принимают для упрощения представления звукового давления в помещении с оборудованием и при каких условиях она справедлива?

=­_=’’

3. При каком условии в помещении справедлив энергетический статистический подход?

Применение СЭА (статистический энергетический анализ) позволяет находить решение задач строительной акустики в энергетической постановке путем составления уравнений баланса энергии волн в помещениях и конструкциях здания. Развитие метода СЭА путем разработки более полной модели энергетического обмена между волновыми полями в конструкциях и помещениях позволяет улучшить точность и расширить область применения метода. Следует решить и ряд частных задач вычисления собственных параметров колебаний конструкций и помещений и характеристик прохождения волн через их сопряжения.

4. Какое поле называют свободным звуковым полем?

Звуковое поле в однородной изотропной среде, в котором влияние ограничивающих поверхностей ничтожно мало.

5. На какие зоны можно разбить звуковое поле источника звука и каковы их особенности?

В зависимости от среды, звуковое поле делится на зоны:

Структурного звука – составляющая звукового поля, обусловленная излучением щума вибрацией ограждающих конструкций.

Воздушного звука – звуковое поле, обусловленное передачей звука от источника к точке наблюдения по воздуху или через ограждающие конструкции.

6. Напишите общее выражение для интенсивности свободного звукового поля источника звука и поясните физический смысл, входящих в него величин.

Поток энергии за единицу времени через единицу поверхности в направлении распространения звуковой волны. Для звукового поля в помещении, если поглощение звуковой энергии незначительно, понятие интенсивности в этом своем классическом определении теряет смысл, ибо в каждый момент времени одновременно существуют потоки энергии, распространяющиеся (вследствие наличия отражений) в разных направлениях. Уровни звуковых давлений могут очень сильно меняться от одной точки поля к другой. Эти изменения существенно отличаются от наблюдаемых в условиях открытого пространства для поля бегущей волны.
Универсальной и удобной в данной ситуации энергетической характеристикой звукового поля является плотность звуковой энергии e Она зависит не только от акустической мощности источника звука, но и от акустических свойств помещения.

Звуковое поле помещения в каждой точке пространства можно представить как совокупность волн, приходящих непосредственно от источника по кратчайшему пути (прямой звук), и волн, попадающих в данную точку после одного или нескольких отражений (совокупность отзвуков, образующих реверберационный процесс в помещении). Направления потоков мощности отраженных волн зависят от геометрической формы помещения и степени поглощения акустической энергии границами (поверхностями) помещения.

7. Какое поле называют диффузным и какова связь между интенсивностью и плотностью звуковой энергии в таком поле?

Звуковое поле в замкнутом объеме, образованное отражениями от поверхностей и характеризуемое равномерным распределением уровня звука и уровня звукового давления по всему объему и равновероятностью направлений прихода звуковых волн в любую точку помещения

Плотность энергии Wп в любой точке изолированного объема будет складываться (рис. 6.38) из плотности энергии w прямой волны и плотности энергии Wg при диффузном поле отра-женной волны: Wп = w + Wg. Умножив это уравнение на скорость с, получим
Iп=I+4Ig

Практически идеально диффузного поля не бывает. Степень приближения к нему оценивается при помощи индекса (коэффициента) диффузности:

,

где , , .

I _ср - средняя интенсивность звука в пределах полного телесного угла,

D I _i= I _i- I _ср.

D I - среднее отклонение интенсивности звука.

m₀ - среднее относительное отклонение интенсивности звука, измеренное в заглушенной камере для того же относительного расположения тех же излучателя и приемника.

8. Перечислите акустические характеристики помещения.

Можно привести типичные акустические проблемы, связанные с неграмотным подбором акустических систем, их неправильным взаимным расположением и отсутствием настройки:

- "Отсутствие локализации"

Невозможно определить место происходящего на экране события.

Должно: По замыслу г-на Спилберга вертолет должен появиться сзади справа, пролететь над слушателем и скрыться впереди слева.

Получается: вертолет появляется где-то сзади и исчезает где-то впереди.

- "Неоднородность звукового поля"

Разные зрители-слушатели слышат происходящее на экране по-разному

Должно: По замыслу Джона Ву пуля, пробившая окно, разбивает лампочку.

Получается: правый зритель услышал только звон разбившегося окна, а левый только звук лопнувшей лампочки.

- "Какофония"

Диалоги персонажей звучат неразборчиво, звуковые детали сливаются в гул.

Должно: В зале суда идет яростная дискуссия между адвокатом, обвинителем и присяжными.

Получается: Зал суда превращается в рынок, монологи персонажей превращаются в отдельные трудно разборчивые слова с непонятной принадлежностью.

- "Чрезмерное звуковое давление"

Просмотр некоторых особо громких сцен вызывает осознанный дискомфорт.

Должно: многочисленные разрывы гранат и взрывы снарядов в кинодраме "Взвод" Оливера Стоуна заставляют зрителя оказаться в самом пекле боя, осознать драматизм положения героев.

Получается: Зритель оказывается в эпицентре ядерного взрыва, на экране непонятно почему выжили вьетнамцы и янки. После просмотра кинокартины некоторое время уши плохо слышат.

- "Стоячая Волна"

Из-за явления акустического резонанса, в комнате появляются места с практически полным отсутствием низких частот.

Должно: многочисленные разрывы гранат и взрывы снарядов в кинодраме "Взвод" Оливера Стоуна заставляют зрителя оказаться в самом пекле боя, осознать драматизм положения героев.

Получается: На фоне нервных диалогов американских солдат земля, трава и т.д. с некоторой периодичностью разлетается в разные стороны.

9. Дайте определения понятиям коэффициент звукопоглощения преграды, эквивалентная площадь звукопоглощенияпреграды и помещения_, средний коэффициент звукопоглощения в помещении, реверберация, время реверберации, постоянная звукопоглощения помещения.

Коэффициент звукопоглащения равен отношению не отразившейся (поглощенной внутри и прошедшей сквозь) от поверхности энергии колебания воздуха к полной энергии, воздействующей на поверхность.

Эквивалентная площадь звукопоглощения (А, м²)– акустическая хар-ка помещения А= α_sS_v, где S_v- его площадь, α_s- коэффициент звукопоглащения ограждающей конструкции.

Средний коэффициент звукопоглащения - Отношение суммарной эквивалентной площади поглощения в помещении (включая поглощение всех поверхностей, оборудования и людей) к суммарной площади всех поверхностей помещения

Реверберация - это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях.^[1] Иногда под реверберацией понимается имитация данного эффекта с помощью ревербераторов.

Время реверберации - Оно определяется как время, в секундах, за которое звук снижается на 60 дБ по сравнению с моментом отключения.

Постоянная звукопоглощения помещения - =_=’’

10. Какова связь между средним коэффициентом звукопоглощения в помещении, временем реверберации и постоянной звукопоглощения помещения?

11. Напишите выражение для интенсивности отраженного звука.

Интенсивность отраженного звука зависит в большей степени от акустич. поглощения помещения, которое характериз. коэфф. поглощения помещения.

Ca =( αS)/(1- α)

(или постоянная поглощения)

α - среднее течение коэфф. акустич. поглощения;

S – площадь внутр. поверх. помещения.

12. Напишите расчетное выражение для уровня звукового давления в помещении с одним и несколькими источниками звука.

Для того чтобы в расчетной точке пространства определить уровень звукового давления, создаваемого несколькими источниками шума, нельзя производить простое сложение уровней звукового давления этих источников.

Суммарный уровень шума L_общ при совместном действии двух источников с уровнями L₁ и L₂ (дБ)

L_общ=L₁+ΔL,

где L₁ - наибольший из двух суммируемых уровней, ΔL - поправка, зависящая от разности уровней:

Октавные уровни звукового давления L, дБ, в расчетных точках соразмерных помещений (с отношением наибольшего геометрического размера к наименьшему не более 5) при работе одного источника шума следует определять по формуле

(1)

где Lw - октавный уровень звуковой мощности, дБ;

? - коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля в тех случаях, когда расстояние r меньше удвоенного максимального габарита источника (r <2 lмакс) (принимают по таблице 2);

Ф - фактор направленности источника шума (для источников с равномерным излучением Ф = 1);

? - пространственный угол излучения источника, рад. (принимают по таблице 3);

r - расстояние от акустического центра источника шума до расчетной точки, м (если точное положение акустического центра неизвестно, он принимается совпадающим с геометрическим центром);

k - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении (принимают по таблице 4 в зависимости от среднего коэффициента звукопоглощения ?ср);

В - акустическая постоянная помещения, м2

13. На какие зоны можно разбить звуковое поле источника звука в помещении?

В зависимости от среды, звуковое поле делится на зоны:

Структурного звука – составляющая звукового поля, обусловленная излучением щума вибрацией ограждающих конструкций.

Воздушного звука – звуковое поле, обусловленное передачей звука от источника к точке наблюдения по воздуху или через ограждающие конструкции.

14. Что такое реверберационный радиус и как он определяется?

Реверберационный радиус - это расстояние до источника сигнала, где интенсивность прямого и отражённого сигнала одинакова.

Для ненаправленного источника шума радиус реверберации можно определить:

a) для помещений, близких к кубической форме, - по формуле Сэбина

, (3)

где V - &объем помещения, м3&;

А, Т - &см. раздел 4&;

b) для помещений с большим числом звукорассеивающих объектов - по формуле

, (4)

где = 4V/S - среднее свободное расстояние между объектами, м (V - общий объем объектов, установленных в помещении и обладающих свойствами отражения и рассеяния звука, м3; S - площадь охватывающей все объекты поверхности, м2).

Дата добавления: 2015-09-05