---

Примечания

1 В таблице 1 для удобства указаны номинальные среднегеометрические частоты полосы пропускания третьоктавных фильтров по ГОСТ 17168 и [2]. Однако значения коэффициента затухания рассчитаны для точных (расчетных по ГОСТ 17168) значений среднегеометрических частот полосы пропускания фильтров, определенных по формуле

, (6)

где 1000 - опорная частота (основная частота ряда по ГОСТ 17168), Гц;

- ширина полосы пропускания фильтра, выражаемая в долях октавной полосы (например, для третьоктавных фильтров 1/3 и т.д. для фильтров с другими полосами пропускания);

- показатель степени, принимающий значения от минус 13 до плюс 10 для частот от 50 до 10000 Гц таблицы 1. В ультразвуковом диапазоне для точных частот третьоктавных полос от 10 кГц до 1 МГц принимает значения от плюс 10 до плюс 30.

Расчетные значения среднегеометрической частоты полосы пропускания фильтра указаны в таблице 2 ГОСТ 17168.

2 Значения относительной влажности указаны для воздуха над водной поверхностью при соответствующей температуре (см. приложение В). Давление насыщенного пара рассчитано по формулам, использованным при создании международных метеорологических таблиц [3].

7 Точность расчета

7.1 Точность расчета ±10%

Указанная точность достигается при следующих условиях:

- концентрация водяных паров от 0,5% до 5%;

- температура воздуха от 253,15 до 323,15 К (от минус 20 °С до плюс 50 °С);

- атмосферное давление менее 200 кПа (2 атм);

- отношение частоты к давлению от 4·10 до 10 Гц/Па (от 40 Гц/атм до 1 МГц/атм).

Примечание - Концентрации водяных паров и температуры, при которых относительная влажность составляет более 100%, в 7.1-7.3 не рассматриваются.

7.2 Точность расчета ±20%

Указанная точность достигается при следующих условиях:

- концентрация водяных паров от 0,005% до 0,05% и выше 5%;

- температура воздуха от 253,15 до 323,15 К (от минус 20 °С до плюс 50 °С);

- атмосферное давление менее 200 кПа (2 атм);

- отношение частоты к давлению от 4·10 до 10 Гц/Па.

7.3 Точность расчета ±50%

Указанная точность достигается при следующих условиях:

- концентрация водяных паров менее 0,005%;

- температура воздуха более 200 К (минус 73 °С);

- атмосферное давление менее 200 кПа (2 атм);

- отношение частоты к давлению от 4·10 до 10 Гц/Па.

8 Расчет затухания широкополосного шума, анализируемого полосовыми фильтрами в долю октавы

8.1 Постановка задачи и методы расчета

8.1.1 В разделе 6 рассмотрен метод расчета коэффициента затухания. Однако на практике шум большинства реальных источников, имеющих широкий спектр, обычно анализируют с помощью полосовых фильтров в долю октавы.

8.1.2 При анализе широкополосного сигнала звукового давления фильтрами в долю октавы расчет затухания усложняется из-за ошибок измерений уровней звуковых давлений. Ошибки возникают из-за того, что эквивалентная мощность, пропускаемая реальным фильтром, может быть больше или меньше эквивалентной мощности, пропускаемой соответствующим идеальным фильтром, который имеет полное пропускание в полосе пропускания и нулевое пропускание вне ее. Диапазон ошибок полосовых уровней изменяется в зависимости от спада спектра сигнала на входе фильтра и формы амплитудно-частотной характеристики фильтра. Уровни звукового давления, измеренные в месте расположения удаленного приемника, особенно подвержены ошибкам в высокочастотных полосах, так как затухание вследствие поглощения атмосферой обычно быстро повышается с увеличением частоты, из-за чего спектр сигнала звукового давления на микрофоне получает большой отрицательный наклон.

8.1.3 Ввиду неизбежности ошибок измерения полосовыми фильтрами шума с большими наклонами спектра и сложности их определения настоящий стандарт устанавливает метод расчета затухания реального широкополосного шума в полосах пропускания фильтров (см. 8.2), основанный на дискретно-частотной аппроксимации затухания. Метод расчета затухания на дискретных частотах (метод чистого тона) применим для многих практических случаев, когда затухание вследствие звукопоглощения атмосферой в полосе частот в зависимости от атмосферных условий и траектории распространения звука составляет не более 15 дБ. Критерий применимости метода указан в 8.2.2.

8.1.4 Для расчета уровня звука по 8.3 применяют метод чистого тона, используя результаты измерений (или заданные значения) уровней звуковых давлений в полосах частот. Метод чистого тона применяют также для расчетов по 8.4, когда анализируемый спектр представляет собой комбинацию широкополосного спектра и чистых тонов.

8.1.5 Альтернативный метод расчета, описанный в приложении D, требует знания уровня звукового давления как непрерывной функции частоты и позволяет численным интегрированием определить затухание в полосах частот. Метод обеспечивает более высокую точность оценки затухания и накладывает меньшие ограничения на условия применения, чем метод чистого тона по 8.2.

8.2 Метод чистого тона, аппроксимирующий снижение уровня звукового давления в полосе частот

8.2.1 Для каждой полосы частот при заданных однородных метеорологических условиях вдоль траектории распространения звука коэффициент затухания на частоте, рассчитанной по формуле (6), определяют по разделу 6. Снижение уровня звукового давления в полосе принимают равным произведению коэффициента затухания на среднегеометрической частоте рассматриваемой полосы на длину траектории распространения и рассчитывают по формуле (2). Неоднородность метеорологических условий может быть учтена по приложению С.

8.2.2 Ошибка расчета снижения уровня звукового давления в полосе частот по методу чистого тона не превосходит 0,5 дБ при следующих условиях:

a) используют полосовые фильтры класса точности 1 по ГОСТ 17168;

b) произведение длины траектории распространения звука в километрах на квадрат среднегеометрической частоты третьоктавной полосы в килогерцах не более 6 км·кГц , при этом длина траектории (при любой среднегеометрической частоте) не более 6 км;

c) для октавных фильтров произведение длины траектории распространения звука в километрах на квадрат среднегеометрической частоты октавы в килогерцах не более 3 км·кГц , при этом длина траектории (при любой среднегеометрической частоте) не более 3 км.

8.2.3 Метод по 8.2.1 пригоден для расчета снижения уровня звукового давления в полосе частот как для стационарного, так и подвижного источника шума. Если источник движется, то снижение уровня изменяется во времени из-за доплеровского эффекта, изменяющего эффективную частоту излучения. Доплеровский сдвиг частоты, зависящий от скорости и направления движения источника звука по отношению к приемнику, должен быть учтен при расчете.

8.3 Расчет снижения уровня звука

Так как поглощение звука атмосферой сильно зависит от частоты, рекомендуется применять метод расчета снижения уровня звука согласно примеру в приложении Е. Определяют снижение уровня звукового давления в полосе частот при данных метеорологических условиях на длине траектории распространения звука. Учитывают другие возможные потери и приводят полученный результат к корректированному по частотной характеристике А уровню звукового давления для данной полосы частот. Затем рассчитывают уровень звука.

Примечание - Если длина траектории больше ограничения, налагаемого 8.2.2, то ошибка расчета снижения уровня в полосе частот по 8.2.1 также увеличивается и нередко очень быстро. Однако даже при больших ошибках в полосах частот ошибка расчета снижения уровня звука зачастую оказывается много ниже. Это объясняется тем, что влияние ошибок, даваемых реальными полосовыми фильтрами, согласно 8.1.2 велико только для высокочастотных полос, что не может оказать существенного влияния на уровень звука.

В приложении Е приведен пример расчета корректированных по частотной характеристике А уровней звукового давления октавных полос и уровня звука.

8.4 Комбинация широкополосного шума и чистых тонов

Для источников широкополосного шума в комбинации с одним или многими чистыми тонами применяют нижеследующую методику расчета снижения уровней звукового давления в полосах частот. Методика применима для стационарных и подвижных источников. Для подвижных источников при расчете учитывают доплеровский сдвиг как среднегеометрической частоты полосы, так и сдвиг частоты чистого тона по 8.2.3.

Шаг 1. Выделяют в спектре усредненные по времени квадраты звуковых давлений чистых тонов и уровни в полосах частот широкополосного спектра. Частоту чистого тона определяют узкополосным спектральным анализом или по априори известным данным о наличии чистых тонов, или наличие и уровень чистого тона определяют по изменению уровней звуковых давлений в двух соседних по отношению к исследуемой полосах частот в долю октавы (например, превышение уровня в исследуемой полосе над соседними при третьоктавном анализе для признания наличия в ней чистого тона должно быть не менее 10 дБ). В последнем случае частоту чистого тона можно принять равной точной среднегеометрической частоте полосы пропускания фильтра. Но если для широкополосной части спектра предполагают применить метод чистого тона по 8.2 и если частота чистого тона принята равной точной среднегеометрической частоте полосы пропускания фильтра, то выделение в этом случае чистого тона не требуется, так как затухание чистого тона и затухание в полосе частот окажутся одинаковыми.

Шаг 2. Рассчитывают снижение уровня звукового давления на заданной длине траектории по 5.2 и 6.3 для каждого чистого тона и по 8.2 снижение уровня в полосах частот.

Шаг 3. Если начальный спектр определен у источника шума, то оценку компонентов спектра на приемнике получают, вычитая значения снижения уровней звукового давления в полосах частот или уровней звукового давления чистого тона из компонентов спектра у источника, принимая при этом, что снижение уровня звукового давления происходит только вследствие поглощения звука атмосферой. Если начальный спектр определен на приемнике, то компоненты спектра у источника находят, прибавляя к соответствующим компонентам спектра на приемнике значения снижения уровней звукового давления. Аналогично из компонентов начального спектра вычитают или прибавляют к ним значения снижения уровня вследствие других причин (например, из-за геометрического расхождения звуковых волн).

Шаг 4. Складывают оценки средних по времени квадратов давлений отдельных компонентов спектра, чтобы определить оценки уровней звукового давления в полосах частот объединенного спектра на приемнике или у источника.

Приложение А

(рекомендуемое)

Физические механизмы

А.1 Формулы (3)-(5) в 6.2 позволяют рассчитать коэффициент затухания , не разделяя влияние на него различных физических механизмов затухания, что затрудняет смысловое понимание формул. В настоящем приложении приведены формулы расчета коэффициента затухания из-за действия нижерассматриваемых механизмов затухания.

А.2 Формулы настоящего приложения носят скорее физический, чем эмпирический характер, что способствует наиболее полному теоретическому пониманию физических процессов затухания. Значения констант в формулах получены на основе теоретического представления и анализа обширных экспериментальных данных по результатам лабораторных измерений поглощения звука атмосферой при сухом и влажном воздухе.

А.3 Коэффициент затухания , дБ/м, может быть выражен суммой четырех коэффициентов по формуле

, (А.1)

где - коэффициент затухания вследствие звукопоглощения в процессах переноса с позиций "классической" физики;

- коэффициент затухания вследствие молекулярного поглощения при вращательной релаксации;

и - коэффициенты затухания вследствие молекулярного поглощения при колебательной релаксации кислорода и азота соответственно.

Примечание - Молекулярное поглощение углекислым газом учтено в формулах вибрационной релаксации кислорода и азота.

А.4 Сумма первых двух членов формулы (А.1), обозначаемая , для температур воздуха по настоящему стандарту хорошо аппроксимируется формулой

. (А.2)

Эталонные значения давления и температуры в формуле (А.2) соответствуют указанным в 4.2.

А.5 Коэффициенты затухания при колебательной релаксации кислорода и азота рассчитывают по формулам:

; (A.3)

, (А.4)

где - скорость звука, м/с;

- релаксационная частота, Гц;

- максимальное затухание при колебательной релаксации на длине траектории, равной длине звуковой волны в метрах, дБ;

и - индексы, обозначающие кислород и азот соответственно.

Релаксационные частоты кислорода и азота рассчитывают по формулам (3) и (4) в 6.2.

Скорость звука в настоящем стандарте рассчитывают по формуле

. (А.5)

Примечание - В формуле (А.5) влиянием водяных паров на скорость звука пренебрегают. Оно составляет не более 0,3% при условиях, указанных в разделе 7.

А.7 Максимальное затухание при колебательной релаксации , зависящее только от температуры воздуха, рассчитывают по формулам: