KHOREV Anatoly Anatolyevich, dottore in scienze tecniche, professore

CANALI TECNICI PER LA FUGA DI INFORMAZIONI ACUSTICHE (PAROLATORIE).

Caratteristiche generali del segnale vocale

Le informazioni acustiche si riferiscono solitamente a informazioni i cui portatori sono segnali acustici. Se la fonte dell'informazione è il linguaggio umano, viene chiamata informazione acustica discorso.

Le fonti primarie dei segnali acustici sono i sistemi oscillatori meccanici, ad esempio gli organi vocali umani, e le fonti secondarie sono vari tipi di trasduttori, ad esempio gli altoparlanti.

I segnali acustici sono onde meccaniche longitudinali. Sono emessi da una sorgente - un corpo oscillante - e si propagano nei solidi, nei liquidi e nei gas sotto forma di vibrazioni acustiche (onde), cioè movimenti oscillatori delle particelle del mezzo sotto l'influenza di vari disturbi. Lo spazio in cui si propagano le vibrazioni acustiche si chiama campo acustico, direzione di propagazione delle vibrazioni acustiche - fascio acustico e la superficie che collega tutti i punti adiacenti del campo con la stessa fase di oscillazione delle particelle del mezzo - fronte d'onda. Nel caso generale il fronte d'onda ha una forma complessa, ma nella pratica, a seconda dello specifico problema da risolvere, ci si limita solitamente a considerare tre tipologie di fronti: piano, sferico e cilindrico.

Le caratteristiche del campo acustico si dividono in lineare ed energetico.

Le caratteristiche lineari del campo acustico sono:

Pressione acustica p (Pa) - la differenza tra il valore istantaneo della pressione p am in un punto del mezzo quando un'onda acustica lo attraversa e la pressione statica pa ac nello stesso punto (1 Pa = 1 N/m 2) : p = p am – p ac ; (1)

Spostamento u (m) - deviazione delle particelle del mezzo dalla sua posizione statica sotto l'influenza di un'onda acustica passante;

Velocità di oscillazione n (m/s) - la velocità di movimento delle particelle medie sotto l'influenza di un'onda acustica passante: n = du/dt, (2), dove u è lo spostamento delle particelle medie, m; t - tempo, s;

Resistenza acustica specifica z (kg/m 2 s) - il rapporto tra la pressione sonora p e la velocità di vibrazione delle particelle medie n: z = p/n.(3)

Le caratteristiche energetiche del campo acustico sono:

Intensità delle vibrazioni acustiche I (W/m 2) - la quantità di energia che passa al secondo attraverso un'unità di superficie perpendicolare alla direzione di propagazione delle onde;

Densità di energia e (J/m 3) - la quantità di energia delle vibrazioni acustiche situate in un volume unitario. La densità di energia è legata all'intensità delle vibrazioni acustiche I dalla relazione:
e = I/v suono (4), dove v suono è la velocità del suono.

Nei mezzi gassosi, la velocità del suono dipende dalla densità del mezzo r (la densità dell'aria dipende dalla sua temperatura) e dalla pressione atmosferica statica pa ac.

Per una temperatura dell'aria di 15 - 20 ° C e una pressione di 101325 Pa (760 mm Hg), la velocità del suono è v suono = 340 - 343 m/s.

Per le oscillazioni con periodo T, la lunghezza d'onda del suono l, cioè la distanza tra fronti d'onda adiacenti con la stessa fase (ad esempio tra i massimi o i minimi delle oscillazioni), e la frequenza di oscillazione f si calcolano utilizzando le formule:

l = vsv T; (5)
f = 1/T. (6)

Le frequenze delle vibrazioni acustiche nell'intervallo da 20 a 20.000 Hz sono chiamate suono (possono essere percepite dall'orecchio umano), sotto i 20 Hz - infrasoniche e sopra i 20.000 Hz - ultrasoniche.

In acustica, i livelli delle caratteristiche del campo acustico sono considerati valori proporzionali ai logaritmi dei valori relativi (rispetto al valore zero) di queste caratteristiche.

Per valore convenzionale (normalizzato) del livello di intensità zero delle vibrazioni acustiche si assume un'intensità pari a I 0 = 10 -12 W/m 2 , mentre il relativo livello di intensità sarà pari a:

L I = 10log(I/I 0), dB. (7)

Il livello di pressione acustica per l'aria è determinato rispetto alla pressione acustica corrispondente al valore zero del livello di intensità per resistenza acustica specifica pari a z = 400 kg/(m 2 s):

Lp = 20lg(p/p 0), dB, (8)

dove p 0 = 2 10 -5 Pa è il valore condizionale del livello di pressione acustica zero.

I valori p 0 e I 0 corrispondono approssimativamente alla soglia della percezione uditiva (udibilità).

L'unità di livello relativo è il decibel (dB). Un aumento del livello di 1 dB corrisponde ad un aumento della pressione sonora del 12% e dell'intensità sonora del 26%.

Il campo acustico in spazio aperto in presenza di un'unica fonte di alimentazione è caratterizzato dall'intensità delle vibrazioni acustiche, calcolata con la formula:

(9)
dove P W è la potenza della sorgente di radiazione, W;
c è il coefficiente che tiene conto dell'influenza del campo acustico vicino (per spazio aperto c » 1);
r è la distanza dalla sorgente al punto calcolato, m;
G è il coefficiente di direttività della sorgente di radiazione;
W è l'angolo spaziale di radiazione (per radiazione in un angolo diedro W = p, per radiazione in un semispazio W = 2p, per radiazione nello spazio W = 4p), rad.

In teoria, è abbastanza difficile calcolare il livello di intensità delle vibrazioni acustiche di oggetti reali. Pertanto, molto spesso il livello di intensità delle vibrazioni acustiche viene misurato in una certa direzione ad una certa distanza dall'oggetto r0, e quindi ricalcolato a qualsiasi altra distanza r nella stessa direzione utilizzando la formula:

, dB, (10)

dove r 0 è la distanza alla quale è stato misurato il livello di intensità delle vibrazioni acustiche (nella maggior parte dei casi r 0 = 1 m).

Il livello di intensità misurato delle vibrazioni acustiche a una distanza r 0 .

A r 0 = 1 m per spazio aperto, il livello di intensità delle vibrazioni acustiche ad una distanza r dalla sorgente sarà pari a:

, dB. (11)

Quando si propaga un segnale acustico nei locali, è necessario tenere conto della loro attenuazione quando passano attraverso le strutture di recinzione:

DB, (12)
dove Z ok è il coefficiente di attenuazione del segnale acustico nella struttura di contenimento (coefficiente di isolamento acustico), dB.

A seconda della forma delle vibrazioni acustiche, ci sono semplice (tonale) E complesso segnali. Un segnale tonale è un segnale causato da un'oscillazione che avviene secondo una legge sinusoidale. Un segnale complesso comprende un intero spettro di componenti armoniche. Il segnale vocale è un segnale acustico complesso.

Il discorso può essere caratterizzato da tre gruppi di caratteristiche:

Il lato semantico o semantico del discorso caratterizza il significato di quei concetti che vengono trasmessi con il suo aiuto;

Le caratteristiche fonetiche del discorso sono dati che caratterizzano il discorso dal punto di vista della sua composizione sonora. La principale caratteristica fonetica della composizione del suono è la frequenza con cui si verificano vari suoni e le loro combinazioni nel discorso;

Caratteristiche fisiche: quantità e dipendenze che caratterizzano il parlato come segnale acustico.

Oltre al fatto che i suoni del parlato, quando combinati in determinate combinazioni fonetiche, formano alcuni elementi semantici, differiscono anche per parametri puramente fisici: potenza, pressione sonora, spettro di frequenza, durata del suono.

Lo spettro di frequenze dei suoni del parlato contiene un gran numero di componenti armoniche, le cui ampiezze diminuiscono con l'aumentare della frequenza. L'altezza del tono fondamentale (primo armonico) di questa serie caratterizza il tipo di voce di chi parla: basso, baritono, tenore, contralto, contralto, soprano, ma nella maggior parte dei casi non gioca quasi alcun ruolo nel distinguere i suoni del parlato l'uno dall'altro .

Nella lingua russa ci sono quarantuno suoni linguistici (fonemi). In termini di composizione spettrale, i suoni del parlato differiscono tra loro per il numero di formanti e per la loro posizione nello spettro di frequenze. Di conseguenza, l'intelligibilità del discorso trasmesso dipende, prima di tutto, da quale parte delle formanti è arrivata all'orecchio dell'ascoltatore senza distorsioni e quale parte è stata distorta, o per un motivo o per l'altro non è stata affatto udita.

Una formante può essere caratterizzata sia dalla banda di frequenza che occupa, sia dalla frequenza media corrispondente all'ampiezza o energia massima dei componenti nella banda della formante, e dal livello medio di questa energia.

La maggior parte dei suoni del parlato ha una o due formanti, il che è dovuto alla partecipazione alla formazione di questi suoni dei principali risonatori dell'apparato vocale: la cavità faringea e il rinofaringe.

Nei singoli suoni sono state osservate un massimo di 6 regioni di frequenza amplificate. Tuttavia, non tutti sono formanti. Alcuni di essi non hanno alcun significato per il riconoscimento del suono, sebbene portino con sé un'energia piuttosto significativa.

Una o due regioni di frequenza sono formanti. L'esclusione di una qualsiasi di queste aree dalla trasmissione provoca la distorsione del suono trasmesso, cioè la sua trasformazione in un altro suono, o addirittura la perdita delle caratteristiche del suono della parola umana.

Le formanti dei suoni del parlato si trovano in un'ampia gamma di frequenze da circa 150 a 8600 Hz. L'ultimo limite viene superato solo dalle componenti della banda formante del suono F, che può trovarsi nella regione fino a 12.000 Hz. Tuttavia, la stragrande maggioranza delle formanti del suono vocale si trova nell'intervallo compreso tra 300 e 3400 Hz, il che ci consente di considerare questa banda di frequenza abbastanza sufficiente per garantire una buona intelligibilità del parlato trasmesso. Le formanti si trovano non solo vicine l'una all'altra, ma anche sovrapposte.

Diversi tipi di discorso corrispondono a livelli integrali tipici dei segnali vocali, misurati a una distanza di 1 m dalla fonte vocale (persona che parla, dispositivo di riproduzione del suono): l s = 64 dB - discorso tranquillo; L s = 70 dB - parlato a volume medio; l s = 76 dB - discorso ad alta voce; l s = 84 dB - discorso molto forte, amplificato con mezzi tecnici.

Tipicamente, i livelli del segnale vocale vengono misurati in bande di ottava o di terzo d'ottava della gamma di frequenza vocale. Le caratteristiche delle bande di ottava e di terzo d'ottava della gamma di frequenze del parlato e i valori numerici dei livelli tipici del segnale vocale in essi l s.i a seconda del loro livello integrale l s sono presentati nella Tabella. 1 e tabella. 2.

Tabella 1. Livelli tipici del segnale vocale in bande di ottava della gamma di frequenza vocale L s.i

Tabella 2. Livelli tipici del segnale vocale nelle bande di un terzo di ottava della gamma di frequenza vocale L s.i

Le bande della prima e della settima ottava non sono informative, quindi, molto spesso, per valutare le capacità dei mezzi di ricognizione acustica, i livelli del segnale vocale vengono misurati solo in cinque (2 - 6) bande di ottava.

La composizione spettrale del discorso dipende in gran parte dal sesso, dall'età e dalle caratteristiche individuali di chi parla. Per persone diverse, la deviazione dei livelli del segnale misurati in bande di ottava dai livelli tipici può essere di 6 dB.

L'intercettazione delle informazioni vocali mediante ricognizione acustica viene effettuata sullo sfondo del rumore naturale (Tabella 3). Il processo di percezione del parlato nel rumore è accompagnato da perdite degli elementi costitutivi del messaggio vocale. L'intelligibilità di un messaggio vocale è caratterizzata dal numero di parole correttamente accettate, che riflette l'area qualitativa dell'intelligibilità, che si esprime in termini di dettagli del certificato della conversazione intercettata compilato dal "nemico" (la persona che intercetta le informazioni).

Tabella 3. Livello medio di rumore acustico integrato

Per quantificare la qualità delle informazioni vocali intercettate, l'indicatore più spesso utilizzato è l'intelligibilità del parlato verbale. W, che si riferisce al numero relativo (in percentuale) di parole correttamente comprese.

L'analisi ha mostrato la possibilità di classificare la comprensibilità delle informazioni vocali intercettate. Per ragioni pratiche è possibile stabilire una certa scala per valutare la qualità di una conversazione intercettata:

1. Le informazioni sul parlato intercettato contengono un numero di parole correttamente comprese sufficienti per compilare un rapporto dettagliato sul contenuto della conversazione intercettata.

2. Le informazioni sul parlato intercettato contengono un numero di parole correttamente comprese, sufficienti solo per compilare un breve riassunto, che riflette l'argomento, il problema, lo scopo e il significato generale della conversazione intercettata.

3. Le informazioni vocali intercettate contengono singole parole correttamente comprese che consentono di stabilire l'oggetto della conversazione.

4. Quando si ascolta la colonna sonora di una conversazione intercettata, è impossibile determinare l'oggetto della conversazione.

L'esperienza pratica dimostra che è impossibile redigere un rapporto dettagliato sul contenuto di una conversazione intercettata quando l'intelligibilità verbale è inferiore al 60-70% e un breve riassunto è impossibile quando l'intelligibilità verbale è inferiore al 40-60%. Quando l'intelligibilità verbale è inferiore al 20 - 40%, è molto difficile stabilire anche l'oggetto di una conversazione in corso, e quando l'intelligibilità verbale è inferiore al 10 - 20%, ciò è praticamente impossibile anche quando si utilizzano i moderni metodi di riduzione del rumore.

Classificazione dei canali tecnici per la fuoriuscita di informazioni acustiche (vocali).

Per la trattazione di informazioni ad accesso riservato (riunioni, dibattiti, convegni, trattative, ecc.), vengono utilizzati appositi locali (uffici, aule assembleari, sale conferenze, ecc.), denominati locali dedicati (VP). Per impedire l'intercettazione di informazioni da questi locali, di norma vengono utilizzati mezzi di protezione speciali, pertanto in alcuni casi vengono chiamati locali dedicati locali protetti (ZP).

In locali dedicati, nonché presso le strutture dei mezzi tecnici di trasmissione, elaborazione, archiviazione e visualizzazione delle informazioni (TSPI), mezzi e sistemi tecnici ausiliari (VTSS).

All'interno sono ubicati locali dedicati zona controllata (CR), inteso come uno spazio (territorio, edificio, parte di un edificio) in cui è esclusa la presenza incontrollata di dipendenti e visitatori dell'organizzazione, nonché di veicoli. Il confine della zona controllata può essere il perimetro del territorio protetto dell’organizzazione o le strutture di recinzione di un edificio protetto o una parte protetta di un edificio se si trova in un’area non protetta. In alcuni casi, il confine dell'area controllata può essere costituito dalle strutture di recinzione (pareti, pavimento, soffitto) della stanza assegnata. In alcuni casi, per il periodo di un evento chiuso, può essere temporaneamente istituita una zona controllata più grande del territorio protetto dell'impresa. In questo caso è necessario adottare misure organizzative, operative e tecniche che escludano o complichino significativamente la possibilità di intercettare informazioni in questa zona.

Sotto canale tecnico per la perdita di informazioni acustiche (vocali) (TKU AI) comprendere la totalità dell'oggetto da ricognizione (locali dedicati), i mezzi tecnici di ricognizione acustica (vocale) (TS AR), con l'aiuto dei quali vengono intercettate le informazioni vocali e l'ambiente fisico in cui si propaga il segnale informativo.

A seconda della natura fisica del verificarsi dei segnali di informazione e dell'ambiente della loro propagazione, i canali di perdita tecnica delle informazioni acustiche (vocali) possono essere suddivisi in acustici diretti (aria), vibroacustici (vibrazioni), acusto-ottici (laser), acustoelettrici e acustoelettromagnetico (parametrico).

Letteratura

1. Acustica: Manuale/Ed. MA Sapozhkova. 2a ed., riveduta. e aggiuntivi M.: Radio e comunicazione, 1989. 336 p.
2. GOST R 51275-99. Protezione delle informazioni. Oggetto informativo. Fattori che influenzano l'informazione. Disposizioni generali. (Adottato e messo in vigore con la risoluzione dello standard statale della Russia del 12 maggio 1999 n. 160).
3. Zheleznyak, V.K., Makarov Yu.K., Khorev A.A. Alcuni approcci metodologici per valutare l'efficacia della protezione delle informazioni vocali // Attrezzature speciali, 2000, n. 4, p. 39 – 45.
4. Pokrovsky N.B. Calcolo e misura dell'intelligibilità del parlato. M.: Stato. Casa editrice di letteratura sulle comunicazioni e sulla radio, 1962. 392 p.
5. Manuale dei dispositivi radioelettronici, in 2 volumi. T. 2/Varlamov R.G., Dodik S.D., Ivanov-Tsiganov A.I. e altri/Ed. D.P. Linda. M.: Energia, 1978. 328 p.
6. Acustica tecnica dei veicoli da trasporto/ Sub. Ed. N. I. Ivanova. San Pietroburgo: Politekhnika, 1992. 365 p.

La banda d'ottava è una banda di frequenza in cui la frequenza limite superiore fв è uguale al doppio della frequenza inferiore fн, cioè fâ/fí = 2.

La banda d'ottava è caratterizzata dalla frequenza media geometrica fSG:

fâ=2* fí=357*2=714 Hz

Risposta: la frequenza limite superiore è 714 Hz, la frequenza limite inferiore è 357 Hz.

2.4 Campi e radiazioni elettromagnetiche

Si ritiene che le radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d'onda di 20-30 cm siano le più dannose per il corpo umano. Qual è la frequenza di queste onde? Quali parametri sono normalizzati per questo intervallo?

La frequenza dell'onda è determinata dalla seguente formula:

с – velocità della luce nel vuoto ;

– lunghezza d'onda,

Determiniamo le frequenze d'onda per i punti estremi dell'intervallo di lunghezze d'onda :

Quindi lo troviamo per l'intervallo di lunghezze d'onda corrisponde alla seguente gamma di frequenza .

Il valore effettivo dell'intensità del campo elettrico, misurato alla distanza di 1 m dallo schermo televisivo, è risultato pari a E V/m. Un modo efficace per proteggersi dalle radiazioni elettromagnetiche è la protezione a distanza. Supponendo che l'intensità E diminuisca con la distanza

proporzionale al cubo, determinare a quale distanza verrà misurato il valore Edop = 0,5 V/m, accettato da alcuni ricercatori come valore sicuro? Qual è il valore di E alla distanza x = 2 m e alla distanza di 4 m consigliata dagli igienisti?

Poiché l'intensità E diminuisce proporzionalmente al cubo con la distanza, determiniamo a quale distanza verrà misurato il valore Edop = 0,5 V/m, accettato da numerosi ricercatori come valore sicuro:

Determiniamo anche la tensione E a varie distanze dallo schermo televisivo:

E in conclusione, determiniamo la tensione E alla distanza di visione televisiva consigliata:

Troviamo quindi che la tensione diminuisce con l'aumentare della distanza dalla sorgente di radiazione, in questo caso la TV. È preferibile la distanza più consigliata r = 4 m, poiché è l'opzione ottimale, che garantisce la visione più confortevole della TV e inoltre non causa un valore significativo della tensione effettiva.

Banda d'ottava

banda di frequenza in cui la frequenza limite superiore è doppia della frequenza inferiore. (Vedi: GOST 23499-79. Materiali e prodotti da costruzione fonoassorbenti e fonoisolanti. Classificazione e requisiti tecnici generali.)

Fonte: "Casa: terminologia edilizia", ​​M.: Buk-press, 2006.

Dizionario delle costruzioni.

Scopri cos'è una "banda di frequenza d'ottava" in altri dizionari:

BANDA D'OTTAVA- (ottava) banda di frequenza in cui il rapporto tra la frequenza limite superiore e quella inferiore è 2 ... Enciclopedia russa della protezione del lavoro

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Banda d'ottava- 36. Banda di frequenza d'ottava Una banda di frequenza in cui il rapporto tra la frequenza limite superiore e la frequenza inferiore è 2 Sorgente ...

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Nella Tabella 4 sono riportati esempi di intervalli di frequenza del suono creati dall'apparato vocale umano e percepiti dall'apparecchio acustico umano.

Nella Tabella 5 sono riportati esempi di gamme di frequenza di alcuni strumenti musicali. Essi coprono non solo la gamma audio, ma anche quella degli ultrasuoni.

Animali, uccelli e insetti creano e percepiscono il suono in gamme di frequenza diverse rispetto agli esseri umani (Tabella 6).

Nella musica, ogni onda sonora viene chiamata sinusoidale con tono semplice, O tono. L'altezza dipende dalla frequenza: più alta è la frequenza, più alto è il tono. Tono principale il suono musicale complesso è chiamato tono corrispondente frequenza più bassa nel suo spettro. Vengono chiamati i toni corrispondenti ad altre frequenze sovratoni. Se sovratoni multipli frequenza del tono fondamentale, quindi vengono chiamati gli armonici armonico. L'armonico con la frequenza più bassa si chiama prima armonica, quello con la frequenza successiva si chiama seconda, ecc.

I suoni musicali con lo stesso tono fondamentale possono differire timbro. Il timbro dipende dalla composizione degli armonici, dalle loro frequenze e ampiezze, dalla natura del loro aumento all'inizio del suono e dal declino alla fine.

Velocità del suono

Per il suono in vari media valgono le formule generali (1), (2), (3), (4):

Se l'onda si propaga nei gas, allora

. (2)

Se un'onda elastica si propaga in un liquido, allora

, (3)

Dove K – modulo di compressione a tutto tondo del liquido. Il suo valore per diversi liquidi è riportato nei libri di consultazione, l'unità di misura è pascal:

.

Se un'onda elastica si propaga nei solidi, allora la velocità dell'onda longitudinale

, (4)

e la velocità delle onde di taglio

, (5)

Dove E – modulo di deformazione a trazione o compressione (modulo di Young), G – modulo di deformazione a taglio. I loro valori per i diversi materiali sono riportati nei libri di consultazione, l'unità di misura è pascal:

,

.

È opportuno notare che la formula (1) o (2) è applicabile nel caso di aria atmosferica secca e, tenendo conto dei valori numerici del rapporto di Poisson, della massa molare e della costante universale dei gas, può essere scritta come:

.

Tuttavia, l'aria atmosferica reale contiene sempre umidità, che influisce sulla velocità del suono. Ciò è dovuto al fatto che il rapporto di Poisson  dipende dal rapporto tra la pressione parziale del vapore acqueo ( P vapore) alla pressione atmosferica ( P). Nell'aria umida, la velocità del suono è determinata dalla formula:

. (1*)

Dall'ultima equazione si vede che la velocità del suono nell'aria umida è leggermente maggiore che nell'aria secca.

Le stime numeriche della velocità del suono, tenendo conto dell'influenza della temperatura e dell'umidità dell'aria atmosferica, possono essere effettuate utilizzando la formula approssimativa:

Queste stime mostrano che quando il suono si propaga lungo la direzione orizzontale ( 0 X) con un aumento della temperatura di 1 0 C la velocità del suono aumenta di 0,6 m/sec. Sotto l'influenza del vapore acqueo con una pressione parziale non superiore a 10 Pa la velocità del suono aumenta di meno 0,5 m/sec. Ma in generale, alla massima pressione parziale possibile del vapore acqueo sulla superficie terrestre, la velocità del suono aumenta non più di 1 m/sec.

Lunghezza d'onda

Conoscendo la velocità e il periodo dell'onda, puoi trovare un'altra caratteristica: lunghezza d'onda secondo la formula:

. (26)

Questo valore viene misurato metri:

.

Significato fisico della lunghezza d'onda: la lunghezza d'onda è pari alla distanza che l'onda percorre con velocità  in un tempo pari al periodo di oscillazione. Di conseguenza, le particelle del mezzo, tra le quali esiste una distanza , oscillano con la stessa fase. COSÌ, lunghezza d'onda è la distanza minima lungo il fascio tra le particelle che oscillano in fase(Fig. 9).

Pressione sonora

In assenza di suono, l'atmosfera (aria) è un mezzo indisturbato e ha una pressione atmosferica statica (
).

Quando le onde sonore si propagano, a questa pressione statica si aggiunge un'ulteriore pressione variabile dovuta alla condensazione e alla rarefazione dell'aria. Nel caso delle onde piane possiamo scrivere:

Dove P suono, massimo– ampiezza della pressione sonora,  - frequenza ciclica del suono, k – numero d'onda. Di conseguenza, la pressione atmosferica in un punto fisso in un dato momento diventa uguale alla somma di queste pressioni:

Pressione sonora è una pressione variabile pari alla differenza tra la pressione atmosferica effettiva istantanea in un dato punto durante il passaggio di un'onda sonora e la pressione atmosferica statica in assenza di suono:

La pressione sonora cambia valore e segno durante il periodo di oscillazione.

La pressione sonora è quasi sempre molto inferiore a quella atmosferica

Diventa grande e paragonabile alla pressione atmosferica quando si verificano onde d'urto durante potenti esplosioni o durante il passaggio di un aereo a reazione.

Le unità di pressione sonora sono le seguenti:

- pascal nel SI
,

- sbarra nel GHS
,

- millimetro di mercurio ,

- atmosfera .

In pratica gli strumenti non misurano il valore istantaneo della pressione sonora, ma il cosiddetto efficiente (O attuale ) suono pressione . È uguale la radice quadrata del valore medio del quadrato della pressione sonora istantanea in un dato punto dello spazio in un dato momento

(44)

e quindi viene anche chiamato valore quadratico medio della pressione sonora . Sostituendo l'espressione (39) nella formula (40), otteniamo:

. (45)

Impedenza sonora

Resistenza sonora (acustica). chiamato rapporto di ampiezza pressione sonora e velocità vibrazionale delle particelle del mezzo:

. (46)

Significato fisico della resistenza al suono: è numericamente uguale alla pressione sonora che provoca le vibrazioni delle particelle del mezzo ad una velocità unitaria:

Unità SI di misura dell’impedenza sonora – pascal secondo per metro:

.

Nel caso di un'onda piana velocità di oscillazione delle particelle uguale a

.

Quindi la formula (46) assumerà la forma:

. (46*)

Esiste anche un'altra definizione di resistenza al suono, come il prodotto della densità di un mezzo e della velocità del suono in questo mezzo:

. (47)

Allora lo è significato fisicoè che è numericamente uguale alla densità del mezzo in cui l'onda elastica si propaga con velocità unitaria:

.

Oltre alla resistenza acustica, l'acustica utilizza il concetto resistenza meccanica (R M). La resistenza meccanica è il rapporto tra le ampiezze della forza periodica e la velocità oscillatoria delle particelle del mezzo:

, (48)

Dove S– superficie dell’emettitore sonoro. La resistenza meccanica si misura newton secondi al metro:

.

Energia e potenza del suono

Un'onda sonora è caratterizzata dalle stesse quantità di energia di un'onda elastica.

Ogni volume d'aria in cui si propagano le onde sonore possiede un'energia che è la somma dell'energia cinetica delle particelle oscillanti e dell'energia potenziale di deformazione elastica del mezzo (vedi formula (29)).

L'intensità del suono viene solitamente chiamatail potere del suono . È uguale

. (49)

Ecco perché significato fisico della potenza sonoraè simile al significato di densità del flusso di energia: numericamente uguale al valore medio dell'energia che viene trasferita da un'onda nell'unità di tempo attraverso la superficie trasversale di un'unità di area.

L'unità di intensità del suono è watt per metro quadrato:

.

L'intensità del suono è proporzionale al quadrato della pressione sonora effettiva e inversamente proporzionale alla pressione sonora (acustica):

, (50)

oppure, tenendo conto delle espressioni (45),

, (51)

Dove R ok – resistenza acustica.

Il suono può anche essere caratterizzato dalla potenza sonora. Potenza sonora è la quantità totale di energia sonora emessa da una sorgente in un determinato periodo di tempo attraverso una superficie chiusa che circonda la sorgente sonora:

, (52)

oppure, tenendo conto della formula (49),

. (52*)

La potenza sonora, come qualsiasi altra, viene misurata watt:

.

Caratteristiche soggettive del suono. Sensibilità spettrale del suono. Percezione del suono da parte dell'orecchio umano*.

Caratteristiche sonore soggettive

Le caratteristiche soggettive del suono sono determinate dalla capacità degli organi uditivi umani di percepire le vibrazioni sonore. La percezione è individuale.

Livello sonoro

e la differenza nei livelli di intensità del suono

Si è notato che l'orecchio umano registra i cambiamenti nell'intensità del suono secondo una legge logaritmica. Ciò significa che non è il valore assoluto dell'intensità del suono ad essere importante, ma il suo valore logaritmico. Misurare lg(IO) , viene chiamato uguale al logaritmo decimale della forza del suono (intensità). livello logaritmico forza sonora .

Misurare l, uguale alla differenza dei livelli logaritmici viene chiamato differenza di livello forza sonora

,

. (53)

Unità di misura del livello di intensità sonora e del dislivello – bianco:

,
.

Uno bianco - Questo differenza nei livelli di intensità del suono su una scala logaritmica decimale se l'intensità del suono è aumentata dieci volte :

.

centuplo corrisponde un aumento dell'intensità del suono due bianchi

mille volte l'aumento è pari a tre bianchi

La differenza minima nei livelli di intensità sonora che il nostro orecchio può percepire è pari a uno decibel:

.

Pertanto, in pratica, al posto della formula (53), si utilizza la formula:

. (54)

Commento:

Se il livello sonoro è determinato non dal decimale, ma dal logaritmo naturale

,

allora l'unità di misura è neper:

.

Uno neper è la differenza nei livelli di intensità del suono su una scala di logaritmi naturali, se il rapporto tra l'intensità del suono è uguale a 10 :

.

Rapporto tra bianco e neper:

Il suono percepito ha limiti inferiore e superiore, ovvero intensità minima e massima:

.

Viene chiamato il valore minimo dell'intensità del suono (potenza del suono) percepito dall'orecchio umanosoglia uditiva: .

Intensità del suono al di sotto della soglia di udibilità

non viene percepito dagli esseri umani.

Rispetto alla soglia uditiva, la differenza nei livelli di intensità sonora è determinata dalle formule:

, (55)

O
(56)

Se l'intensità del suono è uguale alla soglia uditiva, allora

Questo valore l 0 chiamato zero (O soglia ) livello del volume .

Esempio: significato dell'espressione " Il livello sonoro negli altoparlanti è di cento decibel".

Significa: rispetto alla soglia uditiva, la differenza nei livelli di intensità del suono è uguale a
.

Confrontiamo con la formula (56):
.

Quindi,

D'altra parte,
.

Ecco perché
,

Di conseguenza, il valore assoluto dell’intensità del suono è:

.

Massimo si chiama l'intensità del suono che l'orecchio umano percepisce soglia del dolore :

L'intensità del suono è superiore alla soglia del dolore

non viene percepito dall'uomo, ma provoca dolore alle orecchie.

Viene chiamata la differenza tra i livelli di soglia del dolore e soglia dell'udito gamma dinamica dell'udito ed è uguale a

. (57)

Se il suono viene emesso da due o più sorgenti sonore con livelli di intensità sonora L 1, L 2, ..., L i, ..., L N, il loro livello sonoro totale è determinato dalla formula:

(58)

Livello del volume

e differenza di volume

Secondo l'espressione (51), l'intensità del suono è proporzionale al quadrato dell'ampiezza della pressione sonora:

.

Misurare lg (P suono, massimo 2 ) , uguale al logaritmo decimale del quadrato dell'ampiezza della pressione sonora livello del volume .

Differenza di volume nominare la quantità l P , uguale alla differenza

. (59)

L'unità di misura per il livello del volume e la differenza di volume è bianco, e anche dB:

,
.

Quindi,

. (61)

(62)

Pressione sonora minima (P 0 ) vengono chiamatipressione di soglia . Rispetto alla pressione di soglia, la differenza nei livelli di volume (a una frequenza standard 1000 Hz) è uguale a

(63)

(64)

Sensibilità spettrale dell'orecchio

La sensibilità dell'udito umano non è la stessa per le diverse gamme di frequenza. Quindi c'è sensibilità spettrale orecchio: suoni della stessa intensità (forza) IO, ma di frequenze diverse  L'orecchio umano percepisce diversamente.

N La sensibilità spettrale è chiaramente rappresentata utilizzando curve di sensibilità – grafici delle dipendenze dell'intensità sonora IO( ), livello di intensità sonoral IO ( ) e pressione sonoraP( ) sulla frequenza del suono presentato in scala logaritmica (Fig. 13).

La curva superiore corrisponde agli effetti meccanici sull'udito umano, al limite della percezione dolorosa dell'intensità dei suoni della frequenza corrispondente. La curva inferiore corrisponde alla soglia uditiva alle frequenze indicate. Si può notare che la sensibilità varia selettivamente a seconda della frequenza del suono che va dalla soglia dell'udibilità alla soglia del dolore. suono. Per ciascuna frequenza ci sono determinati valori della soglia uditiva IO 0 e soglia del dolore IO B .

1. Per la frequenza del suono 100 Hz sono la soglia uditiva, il suo livello e la pressione sonora minima

,
,
,

e la soglia del dolore, il suo livello e la pressione sonora massima -

,
,
;

a questa frequenza è uguale a

2. Frequenza del suono 1000 Hz nell'acustica fisiologica è considerato come frequenza standard . Viene chiamata la soglia dell'udito a una frequenza standard soglia uditiva standard . La soglia uditiva standard, il suo livello e la pressione sonora minima sono rispettivamente uguali

,
,
.

Per suoni con frequenza standard soglia del dolore , il suo livello e la pressione sonora massima hanno i seguenti valori:

,
,
.

Gamma uditiva dinamica per la frequenza standard è

Nella tabella sono riportati esempi di differenze nei livelli di intensità sonora di una frequenza standard. 7.

Tabella 7.

A 140dB si avverte un forte dolore quando 150dB si verificano danni all'orecchio. In generale, è auspicabile che la gamma del volume operativo che copre tutte le frequenze non venga superata 100-110dB.

3. Per ascoltare una frequenza sonora 10kHz avrai bisogno di una sorgente sonora che fornisca la soglia di udibilità, il suo livello e la pressione sonora minima:

,
,
,

Le orecchie a questa frequenza sonora inizieranno a ferire ai valori della soglia del dolore, al suo livello e alla massima pressione sonora

,
,
.

Gamma dinamica dell'udito per tale frequenza è

Commento: Intervalli uguali di livello di sonorità (pressione sonora) corrispondono a diversi livelli di intensità del suono (intensità). Pertanto, per caratterizzare i livelli di sonorità, viene introdotta un'unità: sfondo.Sfondo – differenza di volume due suoni data frequenza, per la quale suona con frequenza 1000 Hz, aventi lo stesso volume, differiscono in intensità da 10dB. Gli sfondi vengono contati da zero, pari all'intensità della soglia uditiva. Per onde sonore con frequenza 1000 Hz livello volume corrispondenze sonore il livello della sua intensità.

Curve di sensibilità più dettagliate IO( ) E l IO ( ) sono riportati in Fig. 14.

Gli spettri di vibrazione a banda larga (ottava e subottava) vengono utilizzati per monitorare le vibrazioni (e il rumore) di meccanismi in cui la velocità di rotazione può variare da misurazione a misurazione (e durante il processo di misurazione) e i limiti di questo cambiamento sono impostati come un percentuale della frequenza media nota.

In tali spettri, lungo gli assi delle coordinate sono indicate le unità di misura logaritmiche: dB per visualizzare l'ampiezza (livello) della componente del segnale e il numero di ottava per visualizzarne la frequenza. Allo stesso tempo, per comodità di confrontare spettri sub-ottava di diversa ampiezza relativa (ottava, 1/3 ottava, 1/6 ottava, 1/12 ottava, ecc.), non i numeri di banda sono standardizzati, ma la loro media (più precisamente media geometrica) frequenze in Hertz . Di conseguenza, queste frequenze sono mostrate sui grafici degli spettri sub-ottava.

Nei compiti di monitoraggio delle condizioni dei meccanismi mediante vibrazione, ciascuna delle modalità indipendenti del loro funzionamento in termini di velocità di rotazione viene solitamente impostata con una precisione di +/- 5% (o una zona di variazioni consentite nella velocità di rotazione in una modalità è impostato con una larghezza del 10-15%). La soluzione ottimale per il monitoraggio delle condizioni con un tale intervallo di velocità di rotazione è uno spettro di vibrazione di un terzo di ottava misurato nei punti di controllo.

Le frequenze al contorno delle bande degli spettri sub-ottava sono determinate dalla relazione:

, Dove

f 0 - frequenza media geometrica,f n - frequenza limite inferiore,f in - frequenza limite superiore.

Le frequenze limite superiore e inferiore di ciascuna banda dello spettro di un terzo di ottava sono legate dalla relazione
, cioè. le loro frequenze di taglio differiscono di un terzo di ottava. La larghezza di banda di un filtro di terzo d'ottava è pari al 23% della sua frequenza media geometrica, il che significa che maggiore è la frequenza media, più ampia è la banda di frequenza corrispondente, ma su scala logaritmica la larghezza delle bande è la stessa ( vedere la Figura D.1).

La frequenza media geometrica di base è presa dall'acustica - 1000 Hz, questa è la frequenza alla quale la sensibilità dell'organo uditivo umano viene considerata massima. Di conseguenza, da esso, in entrambe le direzioni della frequenza, si contano le frequenze medie geometriche delle bande d'ottava (alle basse frequenze con arrotondamento), e da queste frequenze medie geometriche si contano le frequenze medie geometriche sub-ottava. Solo le frequenze medie geometriche di ottava e di terzo di ottava sono standardizzate (GOST 17168-82). I valori delle frequenze limite inferiore e superiore per ciascuna banda di terzo d'ottava sono riportati nella Tabella D.1.

Riso. D.1 - Frequenze caratteristiche dei filtri di terzo d'ottava.

Tabella D.1. Media geometrica e frequenze di taglio di filtri di terzo d'ottava

Nei problemi di identificazione dello stato di un meccanismo, è necessario determinare in quali bande dello spettro di vibrazione a banda larga ricadono quelle componenti armoniche della vibrazione dell'oggetto monitorato che sono responsabili della comparsa di specifici difetti. Questo problema viene risolto in modo più accurato se la velocità di rotazione è nota con elevata precisione (meno dell'1-2%), ad esempio, dai dati ottenuti dai sistemi di controllo per oggetti di controllo.

Se la frequenza della componente armonica della vibrazione utilizzata come parametro diagnostico è vicina alle frequenze di taglio dei filtri vicini, con un aumento del livello della componente armonica della vibrazione nello spettro di un terzo di ottava, le due componenti più vicine in frequenza potrebbe aumentare contemporaneamente. In questo caso, l'aumento del valore della componente armonica della vibrazione può essere superiore all'aumento registrato nel livello delle componenti vicine dello spettro di vibrazione di un terzo di ottava fino a 3 dB nel caso in cui la frequenza della componente armonica La componente cade esattamente tra le bande spettrali adiacenti di un terzo di ottava.

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