Уровень звука непостоянного шума, называемый эквивалентным по энергии, является важной характеристикой, используемой для оценки воздействия переменного шума на человека или на технические системы. Эквивалентный уровень шума (Leq) — это уровень звукового давления, который имеет такую же энергию за определённый интервал времени, как и изменяющийся во времени шум.
Давайте разберём этот термин и его расчёты более подробно.
1. Что такое эквивалентный уровень шума?
Эквивалентный уровень шума (Leq) — это средний по мощности звуковой уровень шума, который эквивалентен переменному шуму за заданный период времени. Он измеряет энергию шума во временном интервале, в отличие от мгновенных значений уровня звука, которые могут сильно колебаться.
Например, если в определённый момент времени уровень шума составляет 70 дБ, а через несколько секунд — 50 дБ, то Leq будет отражать среднюю звуковую энергию, которая будет эквивалентна этому изменяющемуся уровню.
2. Как рассчитывается эквивалентный уровень шума?
Формула для расчёта эквивалентного уровня шума выглядит так:
Leq=10⋅log(1T∫0T10L(t)/10dt)L_{eq} = 10 cdot log left( frac{1}{T} int_0^T 10^{L(t)/10} dt right)
где:
LeqL_{eq} — эквивалентный уровень шума в децибелах (дБ),
TT — продолжительность измеряемого периода (в секундах),
L(t)L(t) — моментальный уровень шума в децибелах в момент времени tt,
интеграл берётся от 0 до TT, что означает усреднение мощности шума за всё время измерения.
Другими словами, для каждого момента времени измеряется звуковое давление, затем эти данные усредняются по всему временно́му интервалу с учётом логарифмической шкалы звука, что позволяет учесть вариативность шума.
3. Особенности расчёта Leq
Для оценки эквивалентного уровня шума важно учитывать следующие моменты:
Логарифмическая шкала: звуковой уровень измеряется в децибелах, которые используют логарифмическую шкалу. Это означает, что средний уровень шума, например, 60 дБ, не является простым средним арифметическим значением всех уровней, а скорее средним уровням мощности шума.
Переменный шум: для переменного шума Leq будет учитывать все изменения уровня шума в течение периода измерения и давать одну сводную цифру для этого шума.
4. Практическое применение
Leq используется для оценки:
Воздействия шума на здоровье человека. Например, шум на рабочем месте или в жилой зоне.
Шумового загрязнения окружающей среды. Это позволяет учитывать изменения уровня шума в течение суток, недель или даже месяцев.
Нормирования шума. Во многих странах существует законодательство, регулирующее допустимые уровни шума в жилых зонах, на рабочих местах и т. д.
5. Пример
Предположим, что мы измеряем уровень шума на строительном участке, где уровень шума варьируется от 80 дБ до 100 дБ в течение 10 минут. Для того чтобы вычислить эквивалентный уровень шума (Leq) для этого интервала времени, нужно провести расчёт по формуле, учитывая все изменения уровня шума за это время. Простой арифметический средний уровень (например, 90 дБ) не будет точным, так как шум меняется по степени интенсивности, и логарифмическая шкала учитывает эти различия.
6. Энергетическая эквивалентность
Логарифмическая шкала звука означает, что уровень шума в децибелах измеряет отношение мощности звука. В случае эквивалентного уровня шума мы находим среднее отношение мощности шума за период времени, что позволяет получить более точное представление о воздействии шума на человека или объекты, чем простое среднее значение уровня в определённый момент времени.
7. Преимущества Leq
Учёт изменения шума во времени: Leq даёт более точную характеристику шума, если он меняется во времени, в отличие от обычного пикового уровня.
Удобство в эксплуатации: Leq используется в самых разных областях, от проектирования звукоизоляции до мониторинга окружающей среды.
8. Международные стандарты и нормы
В разных странах существуют различные нормативы и стандарты для шума, основанные на Leq. Например, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ограничения по уровню шума для жилых помещений, основанные на эквивалентных уровнях шума за 24 часа.
Таким образом, эквивалентный уровень шума — это важная характеристика, учитывающая изменения звукового давления во времени, и позволяющая оценить воздействие шума на человека или на систему. Это помогает более точно моделировать акустическую ситуацию, чем просто использование моментальных уровней шума.
