KHOREV Anatoly Anatolyevich, doctor în științe tehnice, profesor

CANALE TEHNICE PENTRU SCURSARE DE INFORMAȚII ACUSTICE (VORBIREA).

Caracteristicile generale ale semnalului de vorbire

Informațiile acustice se referă de obicei la informații ai căror purtători sunt semnale acustice. Dacă sursa informației este vorbirea umană, se numește informația acustică vorbire.

Sursele primare de semnale acustice sunt sisteme oscilatorii mecanice, de exemplu, organele vorbirii umane, iar sursele secundare sunt diferite tipuri de traductoare, de exemplu, difuzoarele.

Semnalele acustice sunt unde mecanice longitudinale. Ele sunt emise de o sursă - un corp oscilant - și se propagă în solide, lichide și gaze sub formă de vibrații acustice (valuri), adică mișcări oscilatorii ale particulelor de mediu sub influența diferitelor perturbații. Spațiul în care se propagă vibrațiile acustice se numește câmp acustic, direcția de propagare a vibrațiilor acustice - fascicul acusticși suprafața care leagă toate punctele adiacente ale câmpului cu aceeași fază de oscilație a particulelor mediului - frontul de val. În cazul general, frontul de undă are o formă complexă, dar în practică, în funcție de problema specifică rezolvată, de obicei ne limităm la a considera trei tipuri de fronturi: plan, sferic și cilindric.

Caracteristicile câmpului acustic sunt împărțite în liniar și energetic.

Caracteristicile liniare ale câmpului acustic sunt:

Presiunea acustică p (Pa) - diferența dintre valoarea instantanee a presiunii p am într-un punct al mediului când o undă acustică trece prin acesta și presiunea statică p ac în același punct (1 Pa = 1 N/m 2) : p = p am – p ac ; (1)

Deplasarea u (m) - abaterea particulelor mediului de la poziția sa statică sub influența unei unde acustice care trece;

Viteza de oscilație n (m/s) - viteza de mișcare a particulelor medii sub influența unei unde acustice care trece: n = du/dt, (2), unde u este deplasarea particulelor medii, m; t - timp, s;

Rezistența acustică specifică z (kg/m 2 s) - raportul dintre presiunea sonoră p și viteza de vibrație a particulelor medii n: z = p/n.(3)

Caracteristicile energetice ale câmpului acustic sunt:

Intensitatea vibrațiilor acustice I (W/m 2) - cantitatea de energie care trece pe secundă printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare a undei;

Densitatea de energie e (J/m 3) - cantitatea de energie a vibrațiilor acustice situate într-o unitate de volum. Densitatea de energie este legată de intensitatea vibrațiilor acustice I prin relația:
e = I/v sunet (4), unde v sunet este viteza sunetului.

În mediile gazoase, viteza sunetului depinde de densitatea mediului r (densitatea aerului depinde de temperatura acestuia) și de presiunea atmosferică statică p ac.

Pentru o temperatură a aerului de 15 - 20 ° C și o presiune de 101325 Pa (760 mm Hg), viteza sunetului este v sunet = 340 - 343 m/s.

Pentru oscilațiile cu o perioadă T, lungimea de undă a sunetului l, adică distanța dintre fronturile de undă adiacente cu aceeași fază (de exemplu, între maximele sau minimele oscilațiilor) și frecvența de oscilație f sunt calculate folosind formulele:

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

Frecvențele vibrațiilor acustice în intervalul 20 - 20.000 Hz se numesc sunet (pot fi percepute de urechea umană), sub 20 Hz - infrasonice și peste 20.000 Hz - ultrasonice.

În acustică, nivelurile caracteristicilor câmpului acustic sunt considerate a fi valori proporționale cu logaritmii valorilor relative (relativ cu valoarea zero) ale acestor caracteristici.

Valoarea convențională (normalizată) a nivelului de intensitate zero al vibrațiilor acustice este considerată a fi o intensitate egală cu I 0 = 10 -12 W/m 2 , în timp ce nivelul de intensitate relativă va fi egal cu:

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

Nivelul presiunii acustice pentru aer se determină în raport cu presiunea acustică corespunzătoare valorii zero a nivelului de intensitate pentru rezistența acustică specifică egală cu z = 400 kg/(m 2 s):

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

unde p 0 = 2 10 -5 Pa este valoarea condiționată a nivelului de presiune acustică zero.

Valorile p 0 și I 0 corespund aproximativ pragului de percepție auditivă (audibilitate).

Unitatea de măsură a nivelului relativ este decibelul (dB). O creștere a nivelului cu 1 dB corespunde unei creșteri a presiunii sonore cu 12%, iar intensitatea sunetului cu 26%.

Câmpul acustic în spațiu deschis în prezența unei singure surse de energie este caracterizat de intensitatea vibrațiilor acustice, calculată prin formula:

(9)
unde P W este puterea sursei de radiație, W;
c este coeficientul luând în considerare influența câmpului acustic apropiat (pentru spațiu deschis c » 1);
r este distanța de la sursă la punctul calculat, m;
G este coeficientul de directivitate al sursei de radiație;
W este unghiul spațial al radiației (pentru radiația într-un unghi diedru W = p, pentru radiația într-un semi-spațiu W = 2p, pentru radiația în spațiu W = 4p), rad.

Teoretic, este destul de dificil de calculat nivelul de intensitate al vibrațiilor acustice de la obiecte reale. Prin urmare, cel mai adesea nivelul de intensitate al vibrațiilor acustice este măsurat într-o anumită direcție la o anumită distanță de obiectul r0 și apoi recalculat la orice altă distanță r în aceeași direcție folosind formula:

, dB, (10)

unde r 0 este distanța la care a fost măsurat nivelul de intensitate al vibrațiilor acustice (în majoritatea cazurilor, r 0 = 1 m).

Nivelul de intensitate măsurat al vibrațiilor acustice la distanța r 0 .

La r 0 = 1 m pentru spațiu deschis, nivelul de intensitate al vibrațiilor acustice la distanța r de sursă va fi egal cu:

, dB. (11)

La propagarea unui semnal acustic în spații, este necesar să se țină cont de atenuarea acestora la trecerea prin structurile de închidere:

DB, (12)
unde Z ok este coeficientul de atenuare al semnalului acustic din structura de inchidere (coeficient de izolare fonica), dB.

În funcție de forma vibrațiilor acustice, există simplu (tonal)Şi complex semnale. Un semnal tonal este un semnal cauzat de o oscilație care are loc conform unei legi sinusoidale. Un semnal complex include un întreg spectru de componente armonice. Semnalul de vorbire este un semnal acustic complex.

Discursul poate fi caracterizat prin trei grupuri de caracteristici:

Latura semantică sau semantică a vorbirii caracterizează sensul acelor concepte care sunt transmise cu ajutorul ei;

Caracteristicile fonetice ale vorbirii sunt date care caracterizează vorbirea din punctul de vedere al compoziției sale sunetului. Principala caracteristică fonetică a compoziției sunetului este frecvența de apariție a diferitelor sunete și combinațiile lor în vorbire;

Caracteristici fizice - cantități și dependențe care caracterizează vorbirea ca semnal acustic.

Pe lângă faptul că sunetele vorbirii, atunci când sunt combinate în anumite combinații fonetice, formează niște elemente semantice, ele diferă și prin parametri pur fizici: puterea, presiunea sonoră, spectrul de frecvență, durata sunetului.

Spectrul de frecvență al sunetelor de vorbire conține un număr mare de componente armonice, ale căror amplitudini scad odată cu creșterea frecvenței. Înălțimea tonului fundamental (prima armonică) din această serie caracterizează tipul de voce al difuzorului: bas, bariton, tenor, alto, contralto, soprană, dar în majoritatea cazurilor nu joacă aproape niciun rol în distingerea sunetelor vorbirii unele de altele. .

Există patruzeci și unu de sunete de vorbire (foneme) în limba rusă. În ceea ce privește compoziția spectrală, sunetele vorbirii diferă unele de altele prin numărul de formanți și locația lor în spectrul de frecvență. În consecință, inteligibilitatea vorbirii transmise depinde, în primul rând, de ce parte a formanților a ajuns la urechea ascultătorului fără distorsiuni și care parte a fost distorsionată sau dintr-un motiv sau altul nu a fost auzită deloc.

Un formant poate fi caracterizat fie prin banda de frecvență pe care o ocupă, fie prin frecvența medie corespunzătoare amplitudinii sau energiei maxime a componentelor din banda formanților și nivelul mediu al acestei energii.

Cele mai multe sunete de vorbire au unul sau doi formanți, ceea ce se datorează participării la formarea acestor sunete a rezonatorilor principali ai aparatului vocal - cavitatea faringiană și nazofaringe.

Un maxim de 6 regiuni de frecvență amplificate au fost observate în sunete individuale. Cu toate acestea, nu toți sunt formanți. Unele dintre ele nu au nicio semnificație pentru recunoașterea sunetului, deși transportă o energie destul de semnificativă.

Una sau două regiuni de frecvență sunt formante. Excluderea oricăreia dintre aceste zone din transmisie provoacă distorsiunea sunetului transmis, adică fie transformarea acestuia într-un alt sunet, fie chiar pierderea caracteristicilor sunetului vorbirii umane.

Formanții sunetelor de vorbire sunt localizați într-o gamă largă de frecvențe de la aproximativ 150 până la 8600 Hz. Ultima limită este depășită doar de componentele benzii formante de sunet F, care se poate afla în regiune până la 12.000 Hz. Cu toate acestea, majoritatea covârșitoare a formanților de sunet de vorbire se află în intervalul de la 300 la 3400 Hz, ceea ce ne permite să considerăm această bandă de frecvență ca fiind suficientă pentru a asigura o bună inteligibilitate a vorbirii transmise. Formanții sunt amplasați nu numai aproape unul de celălalt, ci chiar suprapunându-se.

Diferite tipuri de vorbire corespund nivelurilor integrale tipice ale semnalelor de vorbire, măsurate la o distanță de 1 m de sursa vorbirii (persoană vorbitoare, dispozitiv de reproducere a sunetului): l s = 64 dB - vorbire liniștită; L s = 70 dB - vorbire de volum mediu; l s = 76 dB - vorbire tare; l s = 84 dB - vorbire foarte tare, amplificată prin mijloace tehnice.

În mod obișnuit, nivelurile semnalului de vorbire sunt măsurate în benzi de octavă sau a treia octavă din domeniul de frecvență al vorbirii. Caracteristicile benzilor de octavă și a treia octavă ale intervalului de frecvență al vorbirii și valorile numerice ale nivelurilor tipice ale semnalului vocal din acestea l s.i în funcție de nivelul lor integral l s sunt prezentate în tabel. 1 și masa. 2.

Tabelul 1. Niveluri tipice ale semnalului de vorbire în benzi de octave ale intervalului de frecvență a vorbirii L s.i

Tabelul 2. Niveluri tipice ale semnalului de vorbire în benzi de o treime de octavă din domeniul de frecvență a vorbirii L s.i

Benzile de prima și a șaptea octavă sunt neinformative, prin urmare, cel mai adesea, pentru a evalua capacitățile mijloacelor de recunoaștere acustică, nivelurile semnalului de vorbire sunt măsurate numai în benzi de cinci (2 - 6) octave.

Compoziția spectrală a vorbirii depinde în mare măsură de sexul, vârsta și caracteristicile individuale ale vorbitorului. Pentru diferite persoane, abaterea nivelurilor de semnal măsurate în benzi de octave de la nivelurile tipice poate fi de până la 6 dB.

Interceptarea informațiilor de vorbire prin recunoaștere acustică se realizează pe fondul zgomotului natural (Tabelul 3). Procesul de percepere a vorbirii în zgomot este însoțit de pierderi ale elementelor constitutive ale mesajului vocal. Inteligibilitatea unui mesaj de vorbire este caracterizată de numărul de cuvinte acceptate corect, reflectând zona calitativă a inteligibilității, care este exprimată în termenii detaliilor certificatului conversației interceptate întocmit de „inamic” (persoana care interceptează informația).

Tabelul 3. Nivelul mediu de zgomot acustic integrat

Pentru a cuantifica calitatea informațiilor de vorbire interceptate, indicatorul cel mai des folosit este inteligibilitatea vorbirii verbale. W, care se referă la numărul relativ (în procente) de cuvinte înțelese corect.

Analiza a arătat posibilitatea ierarhizării gradului de comprehensibilitate a informațiilor de vorbire interceptate. Din motive practice, se poate stabili o anumită scară pentru evaluarea calității unei conversații interceptate:

1. Informațiile privind vorbirea interceptată conțin un număr de cuvinte înțelese corect suficient pentru a întocmi un raport detaliat asupra conținutului conversației interceptate.

2. Informațiile privind vorbirea interceptată conțin un număr de cuvinte înțelese corect, suficiente doar pentru a alcătui un scurt rezumat, care reflectă subiectul, problema, scopul și sensul general al conversației interceptate.

3. Informațiile de vorbire interceptate conțin cuvinte individuale înțelese corect care fac posibilă stabilirea subiectului conversației.

4. Când ascultați coloana sonoră a unei conversații interceptate, este imposibil să determinați subiectul conversației.

Experiența practică arată că întocmirea unui raport detaliat asupra conținutului unei conversații interceptate este imposibilă atunci când inteligibilitatea verbală este mai mică de 60–70%, iar un scurt rezumat este imposibil când inteligibilitatea verbală este mai mică de 40–60%. Când inteligibilitatea verbală este mai mică de 20 - 40%, este semnificativ dificil să stabiliți chiar și subiectul unei conversații în curs, iar când inteligibilitatea verbală este mai mică de 10 - 20%, acest lucru este practic imposibil chiar și atunci când se utilizează metode moderne de reducere a zgomotului.

Clasificarea canalelor tehnice pentru scurgerea de informații acustice (vorbirii).

Pentru a discuta informații cu acces restricționat (întâlniri, discuții, conferințe, negocieri etc.), sunt folosite săli speciale (birouri, săli de adunări, săli de conferințe etc.), care se numesc sediu dedicat (VP). Pentru a preveni interceptarea informațiilor din aceste incinte, de regulă, se folosesc mijloace speciale de protecție, prin urmare, spațiile dedicate sunt denumite în unele cazuri spații protejate (ZP).

În spații dedicate, precum și la instalațiile mijloacelor tehnice de transmitere, prelucrare, stocare și afișare a informațiilor (TSPI), mijloace și sisteme tehnice auxiliare (VTSS).

Spațiile dedicate sunt situate în interior zonă controlată (CR), care este înțeles ca un spațiu (teritoriu, clădire, parte dintr-o clădire) în care este exclusă prezența necontrolată a angajaților și vizitatorilor organizației, precum și a vehiculelor. Granița zonei controlate poate fi perimetrul teritoriului protejat al organizației sau structurile de închidere a unei clădiri protejate sau a unei părți protejate a unei clădiri dacă este situată într-o zonă neprotejată. În unele cazuri, limita zonei controlate poate fi structurile de închidere (pereți, podea, tavan) ale încăperii alocate. În unele cazuri, pentru perioada unui eveniment închis, o zonă controlată poate fi stabilită temporar mai mare decât teritoriul protejat al întreprinderii. În acest caz, trebuie luate măsuri organizatorice, operaționale și tehnice care exclud sau complică semnificativ posibilitatea interceptării informațiilor în această zonă.

Sub canal tehnic pentru scurgerea informațiilor acustice (vorbirii) (TKU AI) să înțeleagă totalitatea obiectului de recunoaștere (premisele dedicate), mijloacele tehnice de recunoaștere acustică (vorbirii) (TS AR), cu ajutorul cărora sunt interceptate informațiile de vorbire și mediul fizic în care este propagat semnalul informațional.

În funcție de natura fizică a apariției semnalelor informaționale și de mediul în care se propagă, canalele tehnice de scurgere ale informațiilor acustice (vorbirii) pot fi împărțite în acustice directe (aer), vibroacustice (vibrații), acusto-optice (laser), acustoelectrice. și acustoelectromagnetic (parametric).

Literatură

1. Acustica: Manual/Ed. M.A. Sapozhkova. Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare M.: Radio și comunicare, 1989. 336 p.
2. GOST R 51275-99. Protecția informațiilor. Obiect informativ. Factorii care influențează informația. Dispoziții generale. (Adoptată și pusă în aplicare prin Rezoluția Standardului de Stat al Rusiei din 12 mai 1999 nr. 160).
3. Zheleznyak, V.K., Makarov Yu.K., Khorev A.A. Câteva abordări metodologice de evaluare a eficacităţii protecţiei informaţiei vorbirii // Echipamente speciale, 2000, nr. 4, p. 39 – 45.
4. Pokrovsky N.B. Calculul și măsurarea inteligibilității vorbirii. M.: Stat. Editura de literatură despre comunicaţii şi radio, 1962. 392 p.
5. Manual de aparate radio-electronice, în 2 volume. T. 2/Varlamov R.G., Dodik S.D., Ivanov-Tsiganov A.I. şi alţii/Ed. D.P. Linda. M.: Energie, 1978. 328 p.
6. Acustica tehnică a vehiculelor de transport/ Sub. Ed. N.I. Ivanova. Sankt Petersburg: Politeknika, 1992. 365 p.

Banda de octave este o bandă de frecvență în care frecvența limită superioară fв este egală cu dublul frecvenței inferioare fн, adică fв/fн = 2.

Banda de octave este caracterizată de frecvența medie geometrică fSG:

fв=2* fн=357*2=714 Hz

Răspuns: frecvența limită superioară este de 714 Hz, frecvența limită inferioară este de 357 Hz.

2.4 Câmpuri electromagnetice și radiații

Se crede că cele mai dăunătoare pentru corpul uman sunt radiațiile electromagnetice cu o lungime de undă de 20-30 cm Care este frecvența acestor unde? Ce parametri sunt normalizați pentru acest interval?

Frecvența undei este determinată de următoarea formulă:

с – viteza luminii în vid ;

- lungimea de unda,

Să determinăm frecvențele undelor pentru punctele extreme ale intervalului de lungimi de undă :

Astfel găsim că pentru intervalul de lungimi de undă corespunde următorului interval de frecvență .

Valoarea efectivă a intensității câmpului electric, măsurată la o distanță de 1 m de ecranul televizorului, s-a dovedit a fi egală cu E V/m. O modalitate eficientă de a proteja împotriva radiațiilor electromagnetice este protecția prin distanță. Presupunând că intensitatea E scade cu distanța

proporțional cu cubul, se va determina la ce distanță se va măsura valoarea Edop = 0,5 V/m, acceptată de un număr de cercetători ca valoare sigură? Care este valoarea lui E la o distanta de x=2 m si la o distanta de 4 m recomandata de igienisti?

Întrucât intensitatea E scade cu distanța proporțional cu cubul, determinăm la ce distanță se va măsura valoarea Edop = 0,5 V/m, acceptată de un număr de cercetători ca valoare sigură:

De asemenea, determinăm tensiunea E la diferite distanțe de ecranul televizorului:

Și în concluzie, determinăm tensiunea E la distanța de vizionare TV recomandată:

Astfel, constatăm că tensiunea scade odată cu creșterea distanței față de sursa de radiații, în acest caz televizorul. Cea mai recomandată distanță r = 4 m este de preferat, deoarece este opțiunea optimă, care asigură cea mai confortabilă vizionare a televizorului și, de asemenea, nu provoacă o valoare semnificativă a tensiunii efective.

Banda de octave

bandă de frecvență în care frecvența limită superioară este de două ori mai mare decât frecvența inferioară. (A se vedea: GOST 23499-79. Materiale și produse de construcție fonoabsorbante și fonoizolante. Clasificare și cerințe tehnice generale.)

Sursă: „Casa: Terminologia construcției”, M.: Buk-press, 2006.

Dicționar de construcții.

Vedeți ce este o „bandă de frecvență de octave” în alte dicționare:

BANDA DE OCTAVE- banda de frecvență (octavă) în care raportul dintre frecvența limită superioară și cea inferioară este de 2 ... Enciclopedia rusă de securitate și sănătate în muncă

banda de frecventa de octave- octava O bandă de frecvență în care raportul dintre frecvența limită superioară și cea inferioară este 2. [GOST 24346 80] Subiecte vibrație Sinonime octave EN octave DE oklavband FR octave ... Ghidul tehnic al traducătorului

Banda de octave- 36. Banda de frecvență octava O bandă de frecvență în care raportul dintre frecvența limită superioară și frecvența inferioară este 2 Sursă ...

banda de octave- Banda de 3,6 octave: un domeniu de frecvență în care frecvența superioară este egală cu de două ori frecvența inferioară. Notă Benzile de octave sunt prezentate în Tabelul 1. Tabelul 1 Benzi de frecvență standard În herți Banda de octave Banda de o treime de octavă Frecvență joasă... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

banda de octave- intervalul de frecvențe în care frecvența cea mai înaltă este de două ori frecvența cea mai joasă... Index rusesc la dicționarul englez-rus de terminologie muzicală

gama de frecvente- 01/06/128 interval de frecvență (echipament): intervalul de frecvență la care echipamentul poate fi configurat să funcționeze. Notă Gama de frecvență a echipamentului poate fi împărțită în sub-benzi comutabile,... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

intervalul de frecvență de măsurare- 3.17 interval de frecvență de interes: benzi de frecvență de o treime de octavă cu frecvențe medii geometrice de la 50 la 10000 Hz. Notă Pentru anumite aplicații ale amortizoarelor, este suficient să se limiteze măsurătorile la... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

GOST 24346-80: Vibrație. Termeni și definiții- Terminologie GOST 24346 80: Vibrație. Termeni și definiții document original: 112. Autooscilații Oscilații ale sistemului care apar ca urmare a autoexcitației Definiții termenului din diverse documente: Autooscilații 137. Protecție activă la vibrații... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

RD 34.21.306-96: Orientări pentru examinarea stării dinamice a structurilor clădirilor, structurilor și fundațiilor echipamentelor întreprinderilor energetice- Terminologie RD 34.21.306 96: Linii directoare pentru examinarea stării dinamice a structurilor de construcție a structurilor și fundațiilor echipamentelor întreprinderilor energetice: 54. Auto-oscilații Oscilațiile sistemului apar ca urmare a... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

GOST 23499-79: Materiale și produse de construcție fonoabsorbante și izolatoare fonic. Clasificare și cerințe tehnice generale- Terminologie GOST 23499 79: Materiale și produse de construcție fonoabsorbante și izolatoare fonic. Clasificare și cerințe tehnice generale document original: 9. Material de izolare fonică Material caracterizat prin proprietăți vâscoelastice... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Exemple de intervale de frecvență ale sunetelor create de aparatul vocal uman și percepute de aparatul auditiv uman sunt date în Tabelul 4.

Exemple de intervale de frecvență ale unor instrumente muzicale sunt date în Tabelul 5. Acestea acoperă nu numai domeniul audio, ci și domeniul ultrasonic.

Animalele, păsările și insectele creează și percep sunet în diferite game de frecvență decât oamenii (Tabelul 6).

În muzică, fiecare undă sonoră sinusoidală este numită pe un ton simplu, sau ton. Tonul depinde de frecvență: cu cât frecvența este mai mare, cu atât tonul este mai mare. Tonul principal sunetul muzical complex se numește tonul corespunzător cea mai joasă frecvență în spectrul său. Sunt numite tonuri corespunzătoare altor frecvențe acorduri. Dacă acorduri multipli frecvența tonului fundamental, apoi se numesc armonizările armonic. Harmonimul cu frecvența cea mai joasă se numește prima armonică, cel cu următoarea se numește a doua etc.

Sunetele muzicale cu același ton fundamental pot diferi timbru. Timbrul depinde de compoziția tonurilor, de frecvențele și amplitudinile acestora, de natura creșterii lor la începutul sunetului și de declin la sfârșit.

Viteza sunetului

Pentru sunet în diverse medii, formulele generale (1), (2), (3), (4) sunt valabile:

Dacă unda se propagă în gaze, atunci

. (2)

Dacă o undă elastică se propagă într-un lichid, atunci

, (3)

Unde K – modul de compresie globală a lichidului. Valoarea sa pentru diferite lichide este dată în cărțile de referință, unitatea de măsură este pascal:

.

Dacă o undă elastică se propagă în solide, atunci viteza undei longitudinale

, (4)

și viteza undei de forfecare

, (5)

Unde E – modulul de deformare la tracțiune sau compresiune (modulul Young), G – modul de deformare prin forfecare. Valorile lor pentru diferite materiale sunt date în cărți de referință, unitatea de măsură este pascal:

,

.

Trebuie remarcat faptul că formula (1) sau (2) este aplicabilă în cazul aerului atmosferic uscat și, ținând cont de valorile numerice ale raportului lui Poisson, masa molară și constanta universală a gazului, poate fi scrisă astfel:

.

Cu toate acestea, aerul atmosferic real are întotdeauna umiditate, ceea ce afectează viteza sunetului. Acest lucru se datorează faptului că raportul lui Poisson  depinde de raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă ( p aburi) la presiunea atmosferică ( p). În aer umed, viteza sunetului este determinată de formula:

. (1*)

Din ultima ecuație se poate observa că viteza sunetului în aerul umed este puțin mai mare decât în ​​aerul uscat.

Estimările numerice ale vitezei sunetului, ținând cont de influența temperaturii și umidității aerului atmosferic, pot fi efectuate folosind formula aproximativă:

Aceste estimări arată că atunci când sunetul se propagă de-a lungul direcției orizontale ( 0 x) cu o creștere a temperaturii cu 1 0 C viteza sunetului crește cu 0,6 m/s. Sub influența vaporilor de apă cu o presiune parțială de cel mult 10 Pa viteza sunetului creste cu mai putin de 0,5 m/s. Dar, în general, la presiunea parțială maximă posibilă a vaporilor de apă la suprafața Pământului, viteza sunetului crește cu cel mult 1 m/s.

Lungime de undă

Cunoscând viteza și perioada valului, puteți găsi o altă caracteristică - lungime de undă dupa formula:

. (26)

Această valoare este măsurată în metri:

.

Semnificația fizică a lungimii de undă: lungimea de undă este egală cu distanța pe care o parcurge unda cu viteza  într-un timp egal cu perioada de oscilație. În consecință, particulele mediului, între care se află o distanță , oscilează cu aceeași fază. Aşa, lungime de undă este distanța minimă de-a lungul fasciculului dintre particulele care oscilează în fază(Fig. 9).

Presiunea sonoră

În absența sunetului, atmosfera (aerul) este un mediu netulburat și are presiune atmosferică statică (
).

Când undele sonore se propagă, la această presiune statică se adaugă o presiune variabilă suplimentară din cauza condensării și rarefării aerului. În cazul undelor plane putem scrie:

Unde p sunet, max- amplitudinea presiunii sonore,  - frecvența ciclică a sunetului, k – numărul de undă. În consecință, presiunea atmosferică într-un punct fix la un moment dat devine egală cu suma acestor presiuni:

Presiunea sonoră este o presiune variabilă egală cu diferența dintre presiunea atmosferică reală instantanee într-un punct dat în timpul trecerii unei unde sonore și presiunea atmosferică statică în absența sunetului:

Presiunea sonoră își schimbă valoarea și semnul în timpul perioadei de oscilație.

Presiunea sonoră este aproape întotdeauna mult mai mică decât cea atmosferică

Devine mare și comparabilă cu presiunea atmosferică atunci când undele de șoc apar în timpul exploziilor puternice sau în timpul trecerii unui avion cu reacție.

Unitățile de presiune sonoră sunt următoarele:

- pascalîn SI
,

- barîn GHS
,

- milimetru de mercur ,

- atmosferă .

În practică, instrumentele nu măsoară valoarea instantanee a presiunii sonore, ci așa-numita eficient (sau actual ) sunet presiune . Este egal rădăcina pătrată a valorii medii a pătratului presiunii acustice instantanee într-un punct dat din spațiu la un moment dat

(44)

și de aceea se mai numește presiunea sonoră medie pătrată . Înlocuind expresia (39) în formula (40), obținem:

. (45)

Impedanța sunetului

Rezistență sonoră (acustică). numit raport de amplitudine presiunea sonoră și viteza de vibrație a particulelor din mediu:

. (46)

Semnificația fizică a rezistenței la sunet: este numeric egală cu presiunea sonoră care provoacă vibrații ale particulelor de mediu la o viteză unitară:

Unitatea de măsură SI a impedanței sunetului – pascal secundă pe metru:

.

În cazul unui val plan viteza de oscilație a particulelor egal cu

.

Atunci formula (46) va lua forma:

. (46*)

Există, de asemenea, o altă definiție a rezistenței la sunet, ca produsul dintre densitatea unui mediu și viteza sunetului în acest mediu:

. (47)

Atunci este sens fizic este că este numeric egală cu densitatea mediului în care unda elastică se propagă cu viteza unitară:

.

Pe lângă rezistența acustică, acustica folosește conceptul rezistenta mecanica (R m). Rezistența mecanică este raportul dintre amplitudinile forței periodice și viteza de oscilație a particulelor mediului:

, (48)

Unde S– suprafața emițătorului de sunet. Rezistența mecanică se măsoară în newton secunde pe metru:

.

Energia și puterea sunetului

O undă sonoră este caracterizată de aceleași cantități de energie ca o undă elastică.

Fiecare volum de aer în care se propagă undele sonore are energie care este suma energiei cinetice a particulelor oscilante și a energiei potențiale de deformare elastică a mediului (vezi formula (29)).

Intensitatea sunetului este de obicei numităputerea sunetului . Este egal

. (49)

De aceea sensul fizic al puterii sunetului este similar cu semnificația densității fluxului de energie: egală numeric cu valoarea medie a energiei care este transferată de o undă pe unitatea de timp prin suprafața transversală a unei unități de suprafață.

Unitatea de măsură a intensității sunetului este wați pe metru pătrat:

.

Intensitatea sunetului este proporțională cu pătratul presiunii sonore efective și invers proporțională cu presiunea sonoră (acustică):

, (50)

sau, luând în considerare expresiile (45),

, (51)

Unde R ak – rezistenta acustica.

Sunetul poate fi caracterizat și prin puterea sonoră. Puterea sunetului este cantitatea totală de energie sonoră emisă de o sursă într-un timp specificat printr-o suprafață închisă care înconjoară sursa de sunet:

, (52)

sau, ținând cont de formula (49),

. (52*)

Puterea sunetului, ca oricare alta, se măsoară în wați:

.

Caracteristicile subiective ale sunetului. Sensibilitatea spectrală a sunetului. Percepția sunetului de către urechea umană*.

Caracteristicile subiective ale sunetului

Caracteristicile subiective ale sunetului sunt determinate de capacitatea organelor auditive umane de a percepe vibrațiile sonore. Percepția este individuală.

Nivel de sunet

și diferența de niveluri de intensitate a sunetului

S-a observat că urechea umană înregistrează modificări ale intensității sunetului conform unei legi logaritmice. Aceasta înseamnă că nu valoarea absolută a intensității sunetului este importantă, ci valoarea sa logaritmică. Dimensiune lg(eu) , egal cu logaritmul zecimal al forței (intensității) sunetului se numește nivel logaritmic puterea sunetului .

Dimensiune L, egal cu diferența de niveluri logaritmice se numește diferenta de nivel puterea sunetului

,

. (53)

Unitate de măsură a nivelului de intensitate a sunetului și a diferenței de nivel – alb:

,
.

Unul alb - Asta diferența dintre nivelurile de intensitate a sunetului pe o scară logaritmică zecimală dacă intensitatea sunetului a crescut de zece ori :

.

însutit ii corespunde o crestere a intensitatii sunetului doi albi

de mii de ori cresterea este egala cu trei albi

Diferența minimă a nivelurilor de intensitate a sunetului pe care urechea noastră o poate percepe este una decibel:

.

Prin urmare, în practică, în locul formulei (53), se utilizează formula:

. (54)

Comentariu:

Dacă nivelul sunetului este determinat nu prin zecimală, ci prin logaritm natural

,

atunci unitatea de măsură este neper:

.

Unul neper este diferența dintre nivelurile de intensitate a sunetului pe o scară de logaritmi naturali, dacă raportul dintre intensitatea sunetului este egal cu 10 :

.

Relația dintre alb și neper:

Sunetul perceput are limite inferioare și superioare, adică intensitate minimă și maximă:

.

Se numește valoarea minimă a intensității sunetului (puterea sunetului) percepută de urechea umanăpragul de auz: .

Intensitatea sunetului sub pragul de audibilitate

nu este perceput de oameni.

În ceea ce privește pragul de auz, diferența de niveluri de intensitate a sunetului este determinată de formulele:

, (55)

sau
(56)

Dacă intensitatea sunetului este egală cu pragul de auz, atunci

Această valoare L 0 numit zero (sau prag ) nivelul volumului .

Exemplu: sensul expresiei " Nivelul sunetului în difuzoare este de o sută de decibeli".

Mijloace: În raport cu pragul de auz, diferența de niveluri de intensitate a sunetului este egală cu
.

Să comparăm cu formula (56):
.

Prin urmare,

Pe de alta parte,
.

De aceea
,

Ca urmare, valoarea absolută a intensității sunetului este:

.

Maxim se numește intensitatea sunetului pe care urechea umană o percepe pragul durerii :

Intensitatea sunetului este peste pragul durerii

nu este percepută de oameni, dar provoacă dureri în urechi.

Se numește diferența dintre nivelurile pragului durerii și pragul auzului intervalul dinamic al auzului si este egal cu

. (57)

Dacă sunetul este emis de două sau mai multe surse de sunet cu niveluri de intensitate a sunetului L 1, L 2, ..., L i, ..., L N, atunci nivelul lor total de sunet este determinat de formula:

(58)

Nivelul volumului

si diferenta de volum

În conformitate cu expresia (51), intensitatea sunetului este proporțională cu pătratul amplitudinii presiunii sonore:

.

Dimensiune lg (p sunet, max 2 ) , egal cu logaritmul zecimal al pătratului amplitudinii presiunii sonore se numește nivelul volumului .

Diferența de volum denumește cantitatea L p , egal cu diferenta

. (59)

Unitatea de măsură pentru nivelul de volum și diferența de volum este alb, și de asemenea dB:

,
.

Prin urmare,

. (61)

(62)

Presiunea sonoră minimă (p 0 ) sunt numitepresiunea de prag . În raport cu presiunea de prag, diferența de niveluri de volum (la o frecvență standard 1000 Hz) este egal cu

(63)

(64)

Sensibilitatea spectrală a urechii

Sensibilitatea auzului uman nu este aceeași pentru diferite game de frecvență. Prin urmare, există sensibilitatea spectrală ureche: sunete de aceeași intensitate (putere) eu, dar de diferite frecvențe  Urechea umană percepe diferit.

N Sensibilitatea spectrală este descrisă clar folosind curbele de sensibilitate – grafice ale dependențelor intensității sunetului eu( ), nivelul de intensitate a sunetuluiL eu ( ) și presiunea sonorăp( ) pe frecvența sunetului prezentat în scară logaritmică (Fig. 13).

Curba superioară corespunde efectelor mecanice asupra auzului uman, limitându-se la percepția dureroasă a intensității sunetelor cu frecvența corespunzătoare. Curba inferioară corespunde pragului de auz la frecventele indicate. Se poate observa că sensibilitatea variază selectiv în funcție de frecvența sunetului variind de la pragul audibilității până la pragul durerii. sunet. Pentru fiecare frecvență există anumite valori ale pragului de auz eu 0 și pragul durerii eu B .

1. Pentru frecvența sunetului 100 Hz pragul de auz, nivelul acestuia și presiunea sonoră minimă sunt

,
,
,

și pragul durerii, nivelul și presiunea sonoră maximă -

,
,
;

la această frecvență este egală cu

2. Frecvența sunetului 1000 Hz în acustica fiziologică se ia ca frecventa standard . Se numește pragul de auz la o frecvență standard pragul standard de auz . Pragul de auz standard, nivelul acestuia și respectiv presiunea sonoră minimă sunt egale

,
,
.

Pentru sunete cu frecvență standard pragul durerii , nivelul său și presiunea sonoră maximă au următoarele valori:

,
,
.

Interval de auz dinamic pentru frecvența standard este

Exemple de diferențe ale nivelurilor de intensitate a sunetului ale unei frecvențe standard sunt date în tabel. 7.

Tabelul 7.

La 140 dB durerea severă se simte când 150 dB apar leziuni ale urechii. În general, este de dorit ca intervalul de volum de operare care acoperă toate frecvențele să nu depășească 100 - 110 dB.

3. Pentru a auzi o frecvență sonoră 10 kHz veți avea nevoie de o sursă de sunet care să ofere pragul de auz, nivelul acestuia și presiunea sonoră minimă:

,
,
,

Urechile la această frecvență a sunetului vor începe să doară la valorile pragului durerii, nivelul acestuia și presiunea sonoră maximă

,
,
.

Gama dinamică a auzului căci o asemenea frecvenţă este

Comentariu: Intervalele egale ale nivelului de zgomot (presiunea sonoră) corespund diferitelor niveluri de intensitate (intensitate) a sunetului. Prin urmare, pentru a caracteriza nivelurile de zgomot, este introdusă o unitate - fundal.Fundal – diferenta de volum două sunete frecventa data, pentru care sunete cu frecventa 1000 Hz, având același volum, diferă ca intensitate prin 10 dB. Fondurile sunt numărate de la zero, egal cu intensitatea pragului de auz. Pentru unde sonore cu frecvență 1000 Hz nivel volum potriviri sonore nivelul intensității sale.

Curbe de sensibilitate mai detaliate eu( ) Şi L eu ( ) sunt date în Fig. 14.

Spectrele de vibrații în bandă largă (octavă și sub-octavă) sunt utilizate pentru a monitoriza vibrația (și zgomotul) mecanismelor în care viteza de rotație de la măsurare la măsurare (și în timpul procesului de măsurare) se poate modifica, iar limitele acestei modificări sunt stabilite ca un procent din frecvența medie cunoscută.

În astfel de spectre, unitățile de măsură logaritmice sunt indicate de-a lungul axelor de coordonate - dB pentru a afișa mărimea (nivelul) componentei semnalului și numărul de octave pentru a-și afișa frecvența. În același timp, pentru comoditatea comparării spectrelor sub-octave de diferite lățimi relative (octavă, 1/3 octava, 1/6 octava, 1/12 octava etc.), nu numerele benzilor sunt standardizate, ci media lor. (mai precis media geometrică) frecvențe în Herți . În consecință, aceste frecvențe sunt afișate pe graficele spectrelor sub-octave.

În sarcinile de monitorizare a stării mecanismelor prin vibrații, fiecare dintre modurile independente de funcționare a acestora în ceea ce privește viteza de rotație este de obicei setat cu o precizie de +/- 5% (sau o zonă de modificări permise ale vitezei de rotație într-un mod cu se setează o lățime de 10-15 %). Optim pentru monitorizarea stării cu o astfel de gamă de viteză de rotație este un spectru de vibrații de o treime de octavă măsurat la punctele de control.

Frecvențele limită ale benzilor de spectre sub-octave sunt determinate de relația:

, Unde

f 0 - frecvența medie geometrică,f n - frecvența limită inferioară,f in - frecvența limită superioară.

Frecvențele de limitare superioară și inferioară ale fiecărei benzi din spectrul de o treime de octava sunt legate prin relația
, adică frecvențele lor de tăiere diferă cu o treime de octavă. Lățimea de bandă a unui filtru de o treime de octavă este egală cu 23% din frecvența medie geometrică, ceea ce înseamnă că cu cât frecvența medie este mai mare, cu atât banda de frecvență corespunzătoare este mai largă, dar pe o scară logaritmică lățimea benzilor este aceeași ( vezi Figura D.1).

Frecvența medie geometrică de bază este luată din acustică - 1000 Hz, aceasta este frecvența la care sensibilitatea organului auditiv uman este considerată maximă. În consecință, din acesta, în ambele direcții de frecvență, se numără frecvențele medii geometrice ale benzilor de octave (la frecvențe joase cu rotunjire), iar din aceste frecvențe medii geometrice se numără frecvențele medii geometrice sub-octave. Numai frecvențele medii geometrice de octavă și o treime de octavă sunt standardizate (GOST 17168-82). Valorile frecvențelor limită inferioară și superioară pentru fiecare bandă de o treime de octavă sunt date în tabelul D.1.

Orez. D.1 - Frecvențele caracteristice ale filtrelor de o treime de octava.

Tabelul D.1. Media geometrică și frecvențele de tăiere ale filtrelor de o treime de octavă

În problemele de identificare a stării unui mecanism, este necesar să se determine care benzi ale spectrului de vibrații în bandă largă conțin acele componente armonice de vibrație ale obiectului controlat care sunt responsabile de apariția unor defecte specifice. Această problemă este rezolvată cel mai precis dacă viteza de rotație este cunoscută cu o precizie ridicată (mai puțin de 1-2%), de exemplu, din datele obținute din sistemele de control pentru obiectele de control.

Dacă frecvența componentei armonice a vibrației utilizate ca parametru de diagnostic este apropiată de frecvențele de tăiere ale filtrelor învecinate, cu o creștere a nivelului componentei armonice a vibrației în spectrul de o treime de octavă, cele două componente cele mai apropiate ca frecvență poate crește dintr-o dată. În acest caz, creșterea valorii componentei armonice a vibrației poate fi mai mare decât creșterea înregistrată a nivelului componentelor vecine ale spectrului de vibrații de o treime de octavă cu până la 3 dB pentru cazul în care frecvența armonicii. componenta se încadrează exact între benzile adiacente de spectru de o treime de octavă.

Vă recomandăm să citiți

Echipamente electrice

Cuvintele antice și semnificația lor

Bazele ingineriei electrice

Avantajele și dezavantajele profesiei de ecologist 5 profesii legate de ecologie

Motor electric

Păsări corvide: descriere, fotografie, dietă, caracteristici și caracteristici ale speciei Cine este responsabil în familia corbului

Prize și întrerupătoare

Tipuri de păuni, descrierile și fotografiile acestora

Măsurători și calcule

Care sunt unele conspirații pentru pantofi?

Bazele ingineriei electrice

O vrajă pentru noroc: să ai mereu noroc în toate Vrăji pentru noroc la cercei.