Zvukové pole a jeho vlastnosti. Šíření zvuku. Parametry charakterizující zvukové pole Fyzikální veličiny charakterizující zvukové pole

Zvuk- lidské sluchové vjemy způsobené mechanickými vibracemi elastického média, vnímané ve frekvenčním rozsahu (16 Hz - 20 kHz) a při akustických tlacích překračujících práh lidského sluchu.

Frekvence vibrací média ležící pod a nad rozsahem slyšitelnosti se nazývají příslušně infrazvukový A ultrazvukové .

1. Základní charakteristiky zvukového pole. Šíření zvuku

A. Parametry zvukové vlny

Zvukové vibrace částic elastického prostředí jsou komplexní povahy a lze je reprezentovat jako funkce času a = a(t)(Obrázek 3.1, A).

Obr.3.1. Vibrace částic vzduchu.

Nejjednodušší proces je popsán sinusoidou (obr. 3.1, b)

,

Kde Amax- amplituda kmitů; w = 2 pF- úhlová frekvence; F- kmitočet kmitů.

Harmonické vibrace s amplitudou Amax a frekvence F jsou nazývány tón.

Komplexní oscilace jsou charakterizovány efektivní hodnotou za časové období T

.

Pro sinusový proces platí vztah

U křivek jiných tvarů je poměr efektivní hodnoty k maximální hodnotě od 0 do 1.

V závislosti na způsobu buzení vibrací existují:

 rovinná zvuková vlna , vytvořený plochou oscilující plochou;

 válcové zvuková vlna, vytvořený radiálně kmitající boční plochou válce;

 kulové zvukové vlny , vytvořený bodovým zdrojem vibrací, jako je pulzující koule.

Hlavní parametry charakterizující zvukovou vlnu jsou:

 akustický tlak p sv, Pa;

 intenzita zvukujá, W/m2.

 vlnová délka zvuku 1, m;

 rychlost vlny S, slečna;

 kmitání frekvence F, Hz.

Z fyzikálního hlediska spočívá šíření vibrací v přenosu hybnosti z jedné molekuly na druhou. Díky elastickým mezimolekulárním vazbám pohyb každého z nich opakuje pohyb předchozího. Přenos impulsu vyžaduje určitý čas, v důsledku čehož dochází k pohybu molekul v pozorovacích bodech se zpožděním ve vztahu k pohybu molekul v zóně buzení vibrací. Vibrace se tedy šíří určitou rychlostí. Rychlost zvukové vlny S je fyzikální vlastností prostředí.

Vlnová délka l se rovná délce dráhy, kterou urazí zvuková vlna za jednu periodu T:

Kde s - rychlost zvuku , T = 1/F.

Zvukové vibrace ve vzduchu vedou k jeho stlačení a zředění. V oblastech komprese se tlak vzduchu zvyšuje a v oblastech vzácnosti se snižuje. Rozdíl mezi tlakem existujícím v narušeném médiu p St v tuto chvíli a atmosférický tlak p bankomat, volal akustický tlak(obr. 3.3). V akustice je tento parametr tím hlavním, jehož prostřednictvím se určují všechny ostatní.

p sv = p St - p bankomat.

(3.1)

Obr.3.3. Akustický tlak Prostředí, ve kterém se zvuk šíří, má charakteristický akustická odolnost p z A, která se měří v Pa*s/m (nebo v kg/(m 2 *s) a je poměrem akustického tlaku zvuk na vibrační rychlost částic média

uzA= p zvuk/u =S, (3.2)

Kde s - rychlost zvuku , r* m; - r

hustota média, kg/m3.uz Pro různá prostředí hodnoty

jsou rozdílní. Zvuková vlna je nositelem energie ve směru jejího pohybu. Množství energie přenesené zvukovou vlnou za jednu sekundu průřezem o ploše 1 m 2 kolmo ke směru pohybu se nazývá intenzita zvuku

. Intenzita zvuku je dána poměrem akustického tlaku k akustickému odporu média W/m2: Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem W m;, W intenzita zvuku na povrchu koule o poloměru

rovná= Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem / (4pjá 2),

r tedy intenzita kulová vlna klesá s rostoucí vzdáleností od zdroje zvuku. Když rovinná vlna

intenzita zvuku nezávisí na vzdálenosti.. V

Akustické pole a jeho charakteristika

Povrch tělesa, které vibruje, je emitorem (zdrojem) zvukové energie, která vytváří akustické pole. Akustické pole

 akustický tlak p nazývaná oblast elastického prostředí, která je prostředkem přenosu akustických vln. Akustické pole se vyznačuje:

 charakteristický u A sv, Pa;

, Pa*s/m.

 Energetické charakteristiky akustického pole jsou: já intenzita

 , W/m2; Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem, zvukový výkon

W je množství energie procházející za jednotku času povrchem obklopujícím zdroj zvuku. Důležitou roli při tvorbě akustického pole hrajecharakteristický směrovost vyzařování zvuku F

, tj. úhlové prostorové rozložení akustického tlaku generovaného kolem zdroje. Všechny uvedené množství spolu souvisí

a závisí na vlastnostech prostředí, ve kterém se zvuk šíří. Pokud akustické pole není omezeno na povrch a sahá téměř do nekonečna, pak se takové pole nazývá

volné akustické pole. Šíření zvukových vln závisí na geometrii a akustických vlastnostech povrchů nachází v dráze šíření vln.

Proces vytváření zvukového pole v místnosti je spojen s jevy dozvuk A difúze.

Pokud v místnosti začne fungovat zdroj zvuku, pak máme v prvním okamžiku pouze přímý zvuk. Když vlna dosáhne bariéry odrážející zvuk, změní se obrazec pole v důsledku výskytu odražených vln. Pokud je do zvukového pole umístěn předmět, jehož rozměry jsou malé ve srovnání s délkou zvukové vlny, pak není pozorováno prakticky žádné zkreslení zvukového pole. Pro efektivní odraz je nutné, aby rozměry odrazné bariéry byly větší nebo rovné délce zvukové vlny.

Zvukové pole, ve kterém se objevuje velké množství odražených vln v různých směrech, v důsledku čehož je měrná hustota zvukové energie v celém poli stejná, se nazývá difuzní pole .

Poté, co zdroj přestane vydávat zvuk, akustická intenzita zvukového pole se po nekonečnou dobu sníží na nulovou úroveň. V praxi se zvuk považuje za zcela utlumený, když jeho intenzita klesne na 10 6násobek úrovně existující v okamžiku jeho vypnutí. Jakékoli zvukové pole jako prvek vibračního média má svou vlastní charakteristiku útlumu zvuku - dozvuk(„dozvučení“).

S. Akustické úrovně

Člověk vnímá zvuk v širokém rozsahu akustický tlak p zvuk ( intenzity rovná).

Standard sluchový práh je efektivní hodnota akustického tlaku (intenzity) vytvářeného harmonickým kmitáním o frekvenci F= 1000 Hz, sotva slyšitelné pro osobu s průměrnou citlivostí sluchu.

Standardní práh sluchu odpovídá akustickému tlaku p o =2*10 -5 Pa nebo intenzita zvuku rovná o =10 -12 W/m2. Horní hranice akustického tlaku pociťovaného lidským sluchadlem je omezena pocitem bolesti a považuje se za rovna p max = 20 Pa a rovná max = 1 W/m2.

Velikost sluchového vjemu L při překročení akustického tlaku p Zvuk standardního prahu sluchu se určuje podle Weber-Fechnerova zákona psychofyziky:

L= q lg( p zvuk / pÓ),

Kde q- nějaká konstanta, v závislosti na podmínkách experimentu.

Zohlednění psychofyzického vnímání zvuku osobou k charakterizaci hodnot akustického tlaku p zvuk a intenzitu rovná byly představeny logaritmické hodnoty – úrovněL (s odpovídajícím indexem), vyjádřeno v bezrozměrných jednotkách – decibely, dB, (10násobné zvýšení intenzity zvuku odpovídá 1 Bel (B) – 1B = 10 dB):

L p= 10 lg ( p/p 0) 2 = 20 lg ( p/p 0), (3.5, A)

L rovná= 10 lg ( rovná/rovná 0). (3.5, b)

Je třeba poznamenat, že za normálních atmosférických podmínek L p =L rovná .

Analogicky byly také zavedeny hladiny akustického výkonu

L w = 10 lg ( Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem/Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem 0), (3.5, PROTI)

Kde Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem 0 =rovná 0 *S 0 =10 -12 W – prahový akustický výkon při frekvenci 1000 Hz, S 0 = 1 m2.

Bezrozměrné množství L p , L rovná , L w jsou docela jednoduše měřeny přístroji, takže je užitečné je použít k určení absolutních hodnot p, rovná, Pro kulovou vlnu ze zdroje zvuku s výkonem podle inverzních závislostí k (3.5)

(3.6, A)

(3.6, b)

(3.6, PROTI)

Úroveň součtu několika veličin je určena jejich úrovněmi L i , i = 1, 2, ..., n poměr

(3.7)

Kde n- počet přidaných hodnot.

Pokud jsou přidané úrovně stejné, pak

L  = L+ 10 lg n.

Prostor, ve kterém se zvuk šíří, se nazývá zvukové pole. Charakteristiky zvukového pole se dělí na lineární a energetické.

Vlastnosti lineárního zvukového pole:

1. akustický tlak;

2. míchání částic média;

3. rychlost kmitání částic média;

4. akustická odolnost prostředí;

Energetická charakteristika zvukového pole:

1. síla (intenzita) zvuku.

1. Akustický tlak je přídavný tlak, který vzniká, když zvuk prochází médiem. Je to přídavný tlak ke statickému tlaku v médiu, například k atmosférickému tlaku vzduchu. Označeno symbolem R a měří se v jednotkách:

P = [N/m2] = [Pa].

2. Posun částic média je hodnota rovna výchylce podmíněných částic média od rovnovážné polohy. Označeno symbolem L, měřeno v metrech (cm, mm, km), L = [m].

3. Rychlost kmitání částic média je rychlost posunu částic média vzhledem k rovnovážné poloze vlivem zvukové vlny. Označeno symbolem zvuk na vibrační rychlost částic média a vypočítá se jako posunový poměr L Včas t během kterých k tomuto posunu došlo. Vypočteno podle vzorce:

Jednotka měření [m/s], v nesystémových jednotkách cm/s, mm/s, µm/s.

4. Akustický odpor je odpor, který médium poskytuje akustické vlně, která jím prochází. Vzorec pro výpočet:

Jednotka: [Pa s/m].

V praxi se pro stanovení akustické impedance používá jiný vzorec:

Z=p*v. Z-akustická impedance,

p je hustota média, v je rychlost zvukové vlny v médiu.

Z energetických charakteristik se v medicíně a farmacii využívá pouze jedna – síla nebo intenzita zvuku.

Síla (intenzita) zvuku je hodnota rovnající se množství zvukové energie E, průchod za jednotku času t na jednotku plochy S. Označeno symbolem rovná. Vzorec pro výpočet: I=E/(St) Jednotky: [J/s m2]. Joule za sekundu se tedy rovná 1 wattu

já = [ J/s m2 ] = [ W/m2].

Psychofyzikální vlastnosti zvuku.

Psychofyzika je věda o souvislostech mezi objektivními fyzikálními vlivy a výslednými subjektivními vjemy.

Z hlediska psychofyziky je zvuk vjem, který vzniká ve sluchovém analyzátoru, když na něj působí mechanické vibrace.

Psychofyzicky se zvuk dělí na:

Tóny jsou jednoduché;

Tóny jsou složité;

Tón nečinnosti je zvuk odpovídající sinusovému harmonickému mechanickému kmitání o určité frekvenci. Graf jednoduchého tónu - sinusovka (viz 3. Průběh).

Komplexní tón- jedná se o zvuk skládající se z různého (vícenásobného) počtu jednoduchých tónů. Komplexní tónový graf je periodická nesinusová křivka (viz 3. Tvar vlny).

Hluk - Jedná se o komplexní zvuk, skládající se z velkého množství jednoduchých i složitých tónů, jejichž počet a intenzita se neustále mění. Hluky nízké intenzity (zvuk deště) uklidňují nervový systém, zatímco zvuky vysoké intenzity (provoz silného elektromotoru, provoz městské dopravy) unavují nervový systém. Boj proti hluku je jedním z úkolů lékařské akustiky.

Psychofyzikální vlastnosti zvuku:

Rozteč

Hlasitost

Zvukový timbre

Rozteč je subjektivní charakteristika frekvence slyšitelného zvuku. Čím vyšší frekvence, tím vyšší výška tónu.

Hlasitost - To je vlastnost, která závisí na frekvenci a síle zvuku. Pokud se síla zvuku nezmění, pak se zvýšením frekvence z 16 na - 1000 Hz se hlasitost zvýší. Při frekvenci od 1000 do 3000 Hz zůstává konstantní s dalším zvyšováním frekvence se hlasitost snižuje a při frekvencích nad 16 000 Hz se zvuk stává neslyšitelným.

Hlasitost (úroveň hlasitosti) se měří pomocí jednotky zvané „phon“. Hlasitost v pozadí se určuje pomocí speciálních tabulek a grafů nazývaných „izoakustické křivky“.

Zvukový timbre- to je nejkomplexnější psychofyzická charakteristika vnímaného zvuku. Zabarvení závisí na počtu a intenzitě jednoduchých tónů obsažených ve složitém zvuku. Jednoduchý tón nemá zabarvení. Neexistují žádné jednotky pro měření zabarvení zvuku.

Logaritmické jednotky měření zvuku.

Experimenty prokázaly, že velké změny v síle a frekvenci zvuku odpovídají menším změnám hlasitosti a výšky. Matematicky to odpovídá skutečnosti, že ke zvýšení pocitu výšky a objemu dochází podle logaritmických zákonů. V tomto ohledu se pro měření zvuku začaly používat logaritmické jednotky. Nejběžnějšími jednotkami jsou „bel“ a „decibel“.

Bel je logaritmická jednotka rovna desetinnému logaritmu poměru dvou homogenních veličin. Jsou-li tyto veličiny dvě různé intenzity zvuku I 2 a I 1, pak lze počet zvonů vypočítat pomocí vzorce:

N B = log(I 2 / I 1)

Je-li poměr I 2 k I 1 10, pak N B = 1 bílý, je-li tento poměr 100, pak 2 bílé, 1000 - 3 bílé. Pro jiné poměry lze počet bel vypočítat pomocí logaritmických tabulek nebo pomocí mikrokalkulátoru.

Decibel je logaritmická jednotka rovna desetině bel.

Indikováno v dB. Vypočteno podle vzorce: N dB =10·lg(I 2 /I 1).

Decibel je pro praxi vhodnější jednotkou, a proto se ve výpočtech používá častěji.

Oktáva je logaritmická jednotka lékařské akustiky, která se používá k charakterizaci frekvenčních intervalů.

Oktáva je interval (pásmo) frekvencí, ve kterém je poměr vyšší frekvence k nižší frekvenci dva.

Kvantitativně je frekvenční interval v oktávách roven binárnímu logaritmu poměru dvou frekvencí:

N OCT = log2 (f2/f1). Zde N je počet oktáv ve frekvenčním intervalu;

f 2, f 1 - hranice frekvenčního intervalu (extrémní frekvence).

Jedna oktáva se získá, když je poměr frekvencí dva: f 2 / f 1 =2.

V lékařské akustice se používají standardní oktávové frekvenční hranice.

V rámci každého intervalu jsou uvedeny průměrné zaokrouhlené oktávové frekvence.

Frekvenční hranice 18 - 45 Hz odpovídají průměrné oktávové frekvenci - 31,5 Hz;

frekvenční hranice 45-90 Hz odpovídají průměrné oktávové frekvenci 63 Hz;

hranice 90-180 Hz - 125 Hz.

Posloupnost průměrných oktávových frekvencí při měření sluchové ostrosti bude následující frekvence: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Kromě bílé, decibelové a oktávové in akustika Používá se logaritmická jednotka „dekáda“. Frekvenční interval v dekádách se rovná dekadickému logaritmu poměru dvou extrémních frekvencí:

Ndec = log(f2/f1).

Zde N dekád je počet dekád ve frekvenčním intervalu;

f 2, f 1 - hranice frekvenčního intervalu.

Jedna dekáda se získá, když je poměr krajních frekvencí intervalu roven deseti: f 2 / f 1 = 10.

Z hlediska měřítka se dekáda rovná bílé, ale používá se pouze v akustice a pouze k charakterizaci frekvenčního poměru.

Podmínky pro lidské vnímání zvuku.

Z Zvukové pole se projevuje ve formě kinetické energie kmitajících hmotných těles, zvukových vln v prostředí s pružnou strukturou (pevné látky, kapaliny a plyny). Proces šíření vibrací v elastickém prostředí se nazývá mávat. Směr šíření zvukové vlny se nazývá zvukový paprsek, a povrch spojující všechny sousední body pole se stejnou fází kmitání částic média je čelo vlny. V pevných látkách se mohou vibrace šířit v podélném i příčném směru. Šíří se pouze vzduchem podélné vlny.

Volné zvukové pole nazývá se pole, ve kterém převládá přímá zvuková vlna a odražené vlny chybí nebo jsou zanedbatelně malé.

Difúzní zvukové pole- jedná se o pole, ve kterém je v každém bodě hustota zvukové energie stejná a ve všech směrech se šíří shodné toky energie za jednotku času.

Zvukové vlny jsou charakterizovány následujícími základními parametry.

Vlnová délka- rovna poměru rychlosti zvuku (340 m/s ve vzduchu) k frekvenci zvukových vibrací. Vlnová délka ve vzduchu se tedy může lišit od 1,7 cm (např F= 20000 Hz) až 21 m (pro F= 16 Hz).

Akustický tlak- je definován jako rozdíl mezi okamžitým tlakem zvukového pole v daném bodě a statistickým (atmosférickým) tlakem. Akustický tlak se měří v Pascalech (Pa), Pa = N/m2. Fyzikální analogy – elektrické napětí, proud.

Intenzita zvuku– průměrné množství zvukové energie procházející za jednotku času jednotkovou plochou kolmou ke směru šíření vln. Intenzita se měří v jednotkách W/m2 a představuje aktivní složku síly zvukových vibrací. Fyzickým analogem je elektrická energie.

V akustice se výsledky měření obvykle zobrazují ve formě relativních logaritmických jednotek. Pro hodnocení sluchového vjemu se používá jednotka zvaná Bel (B). Protože Bel je poměrně velká jednotka, byla zavedena menší hodnota - decibel (dB) rovný 0,1 B.

Akustický tlak a intenzita zvuku jsou vyjádřeny v relativních akustických hladinách:

,

Nulové hodnoty akustických hladin odpovídají obecně uznávaným a W/m 2 s harmonickým chvěním zvuku o frekvenci 1000 Hz. Uvedené hodnoty přibližně odpovídají minimálním hodnotám způsobujícím sluchové vjemy (absolutní práh sluchu).

Podmínky pro měření charakteristik mikrofonu. Akustická měření mají řadu specifických vlastností. Měření některých charakteristik elektroakustického zařízení tedy musí být prováděno v podmínkách volného pole, tzn. když nejsou žádné odražené vlny.

V běžných místnostech nelze tuto podmínku splnit a měření venku je obtížné a ne vždy možné. Za prvé, venku je obtížné vyhnout se odrazům od povrchů, jako je zem. Za druhé, měření v tomto případě závisí na atmosférických podmínkách (vítr atd.) a může vést k velkým chybám, nemluvě o řadě dalších nepříjemností. Za třetí, ve venkovním prostředí je obtížné vyhnout se vlivu vnějšího (průmyslového atd.) hluku.

Pro provádění měření ve volném poli se proto používají speciální zvukově tlumené komory, ve kterých odražené vlny prakticky chybí.

Měření charakteristik mikrofonu v bezodrazové komoře. Chcete-li změřit citlivost mikrofonu s volným polem, musíte nejprve změřit akustický tlak v místě, kde by byl testovaný mikrofon umístěn, a poté jej umístit do tohoto bodu. Protože však v komoře prakticky nedochází k žádnému rušení a vzdálenost mikrofonu od reproduktoru je rovna 1 - 1,5 m (nebo více) s průměrem emitoru ne větším než 25 cm, lze měřicí mikrofon umístit blízko do testovaného mikrofonu. Schéma nastavení měření je na obr. 4. Obr. Citlivost se určuje v celém jmenovitém frekvenčním rozsahu. Nastavením požadovaného tlaku pomocí zvukoměru (zvukoměru) změřte napětí vyvinuté zkoušeným mikrofonem a určete jeho axiální citlivost.

E O.C. = U M /P( mV/Pa)

Citlivost je určena buď napětím naprázdno nebo napětím při jmenovité zátěži. Jako jmenovité zatížení se zpravidla bere modul vnitřního odporu mikrofonu s frekvencí 1000 Hz.

Obr.4. Funkční schéma měření citlivosti mikrofonu:

1 - generátor tónů nebo bílého šumu; 2 - oktávový filtr (třetinová oktáva); 3 - zesilovač; 4 - anechoická komora; 5 – akustický zářič; 6 - testovaný mikrofon; 7 - měřicí mikrofon; 8 - milivoltmetr; 9 - milivoltmetr, odstupňovaný v pascalech nebo decibelech (zvukoměr).

Úroveň citlivosti je definována jako citlivost, vyjádřená v decibelech, vzhledem k hodnotě rovné 1.

Standardní úroveň citlivosti (v decibelech) je definován jako poměr napětí vyvinutého při jmenovitém zatěžovacím odporu při akustickém tlaku 1 Pa k napětí odpovídajícímu výkonu = 1 mW a vypočítá se pomocí vzorce:

kde je napětí (V) vyvinuté mikrofonem při jmenovitém zatěžovacím odporu (Ohm) při akustickém tlaku 1 Pa.

Frekvenční odezva citlivost mikrofonu je závislost citlivosti mikrofonu na frekvenci při konstantních hodnotách akustického tlaku a napájecího proudu mikrofonu. Frekvenční odezva se měří plynulou změnou frekvence generátoru. Na základě získané frekvenční charakteristiky se určí její nerovnoměrnost v rozsahu jmenovitých a pracovních frekvencí.

Směrové charakteristiky Mikrofon se odebírá podle stejného schématu (obr. 4) a v závislosti na úloze buď na více frekvencích pomocí tónového generátoru, nebo pro šumový signál v třetinooktávových pásmech, nebo pro dané frekvenční pásmo. použití odpovídajícího pásmového filtru místo třetinooktávových filtrů.

Pro měření směrových charakteristik se testovaný mikrofon namontuje na otočný kotouč s číselníkem. Disk se otáčí ručně nebo automaticky, synchronně se záznamovým stolem. Charakteristika se bere v jedné rovině procházející pracovní osou mikrofonu, jedná-li se o těleso rotace kolem své osy. Pro ostatní tvary mikrofonů se charakteristika bere pro dané roviny procházející pracovní osou. Úhel otáčení se měří mezi pracovní osou a směrem ke zdroji zvuku. Směrová charakteristika je normalizována vzhledem k axiální citlivosti.

ZVUKOVÉ POLE- soubor časoprostorových rozložení veličin charakterizujících uvažovanou poruchu zvuku. Nejdůležitější z nich: akustický tlak p, vibrační rychlost částic v, vibrační posun částic x, relativní změna hustoty (tzv. akustická komprese) s=dr/r (kde r je hustota prostředí), adiabatická. změna teploty d T, doprovázející kompresi a ředění média. Při zavádění pojmu 3. p. se médium považuje za spojité a nebere se v úvahu molekulární struktura látky. 3. položky jsou studovány buď metodami geometrická akustika nebo založené na vlnové teorii. S celkem hladkou závislostí veličin charakterizujících 3. p na souřadnicích a čase (tj. při absenci tlakových rázů a kolísání rychlosti z bodu do bodu), specifikující časoprostorovou závislost jedné z těchto veličin (např. , akustický tlak) zcela určuje časoprostorové závislosti všech ostatních. Tyto závislosti jsou určeny rovnicemi 3. p., které jsou při absenci disperze rychlosti zvuku redukovány na vlnovou rovnici pro každou z veličin a rovnice spojující tyto veličiny mezi sebou. Například akustický tlak splňuje vlnovou rovnici

A vzhledem ke známému R zbývající charakteristiky 3. p můžete určit pomocí f-lamů:

Kde S- rychlost zvuku, g= c p/životopis- poměr tepelné kapacity na pošt. tlak na tepelnou kapacitu při konstantní. objem, a - koeficient. tepelná roztažnost média. Pro harmonické 3. p vlnová rovnice přechází do Helmholtzovy rovnice: D R+k 2 R= 0, kde k= w /C je vlnové číslo pro frekvenci w a výrazy pro proti a x mají tvar:

Kromě toho musí 3. položka splňovat okrajové podmínky, tj. požadavky, které jsou kladeny na veličiny charakterizující 3. položku, fyzikální. vlastnosti hranic - povrchy omezující prostředí, povrchy omezující překážky umístěné v prostředí a dekompoziční rozhraní. prům. Například na absolutně tuhé hranici, normální složka kmitů. Rychlost vn musí jít na nulu; na volném povrchu by měl akustický tlak zmizet; na hranici charakter akustická impedance, p/v n by se měla rovnat specifické akustice. hraniční impedance; na rozhraní mezi dvěma médii velikosti R A vn na obou stranách povrchu by měly být stejné ve dvojicích. Ve skutečných kapalinách a plynech existuje komplementarita. okrajová podmínka: zánik tečné složky kmitů. rychlosti na pevné hranici nebo rovnost tečných složek na rozhraní mezi dvěma prostředími. V pevných látkách vnitřní napětí jsou charakterizována nikoli tlakem, ale tenzorem napětí, který odráží přítomnost pružnosti média s ohledem na změny nejen jeho objemu (jako u kapalin a plynů), ale také tvaru. V souladu s tím se jak rovnice 3, tak i okrajové podmínky stávají složitějšími. Rovnice pro anizotropní prostředí jsou ještě složitější. Rovnice 3. p a okrajové podmínky samy o sobě vůbec neurčují typ vln: v dekomp. situace ve stejném prostředí za stejných okrajových podmínek, 3. položky budou mít různé podoby. Níže popisujeme různé typy položek, 3. které vznikají v různých typech. situace. 1) Volné vlny - 3. p., které mohou existovat neomezeně. prostředí v nepřítomnosti vnějších vlivy, např. rovinné vlny p=p(x 6ct), běžící podél osy X v kladném (znaménko „-“) a záporném směru (znaménko „+“). V rovinné vlně p/v= br S, kde r S - charakteristická impedanceživotní prostředí. Dejte to na místa. akustický tlak směr kmitání rychlost v postupující vlně se shoduje se směrem šíření vlny, místy je záporná. tlak je opačný k tomuto směru a v místech, kde se tlak stáčí k nule, kmitá. rychlost také zmizí. Harmonický letící vlna má tvar: p=p 0 cos(š t-kx+ j), kde R 0 a j 0 - respektive amplituda vlny a její začátek. fáze v bodě x=0. V médiích s rozptylem rychlosti zvuku harmonická rychlost. vlny S=w/ k závisí na frekvenci. 2) Výkyvy v omezeném oblastí životního prostředí při absenci vnějších vlivy, například 3. p., vznikající v uzavřeném objemu na daných začátcích. podmínky. Takové 3. body lze znázornit ve formě superpozice stojatých vln charakteristických pro daný objem média. 3) 3. položky vznikající v neomez. prostředí na dané iniciále podmínky - hodnoty R A proti na nějakém začátku bod v čase (například 3. předměty vzniklé po výbuchu). 4) 3. záření vytvářené kmitajícími tělesy, výtrysky kapaliny nebo plynu, kolabujícími bublinami apod. přirozené. nebo umění. akustický emitory (viz Emise zvuku Nejjednodušší záření z hlediska tvaru pole jsou následující. Monopolní záření je sféricky symetrická divergující vlna; pro harmonické záření má tvar: p = -i rwQexp ( ikr)/4p m;, kde Q je produktivita zdroje (například rychlost změny objemu pulzujícího tělesa, malá ve srovnání s vlnovou délkou), umístěného ve středu vlny a m;- vzdálenost od středu. Amplituda akustického tlaku pro monopólové záření se mění se vzdáleností jako 1/ m;, A

v bezvlnné zóně ( kr<<1) proti mění se vzdáleností jako 1/ m; 2 a ve vlně ( kr>>1) - jako 1/ m;. Fázový posun j mezi R A proti klesá monotónně z 90° ve středu vlny na nulu v nekonečnu; opálení j=1/ kr. Dipólové záření - kulové. rozbíhavá vlna s osmičkovou směrovou charakteristikou tvaru:

Kde F je síla působící na médium ve středu vlny, q je úhel mezi směrem síly a směrem k pozorovacímu bodu. Stejné záření vytváří koule o poloměru A<u=F/2 prw a 3. Záření pístu - 3. p., vytvořené translačními vibracemi plochého pístu. Jsou-li jeho rozměry >>l, pak záření je kvazirovinná vlna šířící se ve formě hranic. paprsek spočívající na pístu. Jak se pohybuje od pístu, difrakce rozostřuje paprsek, který se ve velké vzdálenosti od pístu přeměňuje na mnoholaločný rozbíhavý sférický paprsek. mávat. Všechny typy záření třetích stran ve velké vzdálenosti od zářiče (v tzv. vzdálené zóně, nebo Fraunhoferově zóně) mají asymptoticky podobu rozbíhavých kulových částic. vlny: R=A exp( ikr)R(q, j)/ m;, Kde A-konstanta, q a j jsou sférické úhly. souřadnicové systémy, R(q, j) - směrová charakteristika záření. Pole se tedy asymptoticky zmenšuje nepřímo úměrně vzdálenosti pozorovacího bodu od oblasti, kde se nachází zdroj zvuku. Za začátek vzdálené zóny se obvykle považuje vzdálenost m;=D 2 /l, kde D- příčné rozměry vyzařovací soustavy. V tzv v blízké zóně (Fresnelova zóna) za 3. p záření v obecném případě není k-l. určitá závislost na m; a ang. závislost se mění při změně m;- směrová charakteristika ještě není vytvořena. 5) 3. zaostřovací body - pole v blízkosti ohnisek a žíravin zaostřovacích zařízení, vyznačující se zvýšeným. hodnoty akustického tlaku, který se obrací (pomocí geometrických akustických aproximací) do nekonečna v ohniscích a žíravinách (viz. Zvuk zaostření). 6) 3. položky spojené s přítomností omezujících ploch a překážek v prostředí. Když se rovinné vlny odrážejí a lámou na hranicích rovin, vznikají také rovinné odražené a lomené vlny. V akustické vlnovody vyplněna homogenním prostředím, superpozice rovinných vln tvoří normální vlny. Při odrazu harmonické rovinné vlny od hranic rovin se tvoří stojaté vlny a výsledná pole mohou stát v jednom směru a cestovat v jiném. 7) 3. body, tlumené v důsledku nedokonalosti média - přítomnost viskozity, tepelné vodivosti atd. (viz. Absorpce zvuku Pro postupné vlny je vliv takového útlumu charakterizován faktorem exp a X, kde a je prostorový koeficient amplitudy. útlum spojený s faktorem kvality Q média vztahem: a =k/2 Q. Ve stojatých vlnách se objeví multiplikátor exp (-d). t >>

Zvukové pole je oblast prostoru, ve které se šíří zvukové vlny, tj. dochází k akustickým vibracím částic pružného prostředí (pevného, ​​kapalného nebo plynného), které tuto oblast vyplňují. Pojem zvukové pole se obvykle používá pro oblasti, jejichž rozměry jsou řádově stejné nebo větší než vlnová délka zvuku.

Po energetické stránce je zvukové pole charakterizováno hustotou zvukové energie (energie oscilačního procesu na jednotku objemu) a intenzitou zvuku.

Povrch tělesa, které vibruje, je emitorem (zdrojem) zvukové energie, která vytváří akustické pole.

Akustické pole nazývaná oblast elastického prostředí, která je prostředkem přenosu akustických vln. Akustické pole se vyznačuje:

· akustický tlak p sv, Pa;

· akustická odolnost z A, Pa*s/m.

Energetické charakteristiky akustického pole jsou:

· intenzita I, W/m2;

· akustický výkon W, W je množství energie procházející za jednotku času povrchem obklopujícím zdroj zvuku.

Důležitou roli při tvorbě akustického pole hraje charakteristika směrovosti vyzařování zvuku F, tj. úhlové prostorové rozložení akustického tlaku generovaného kolem zdroje.

Všechny tyto veličiny spolu souvisí a závisí na vlastnostech prostředí, ve kterém se zvuk šíří.

Pokud není akustické pole omezeno na povrch a sahá téměř do nekonečna, pak se takové pole nazývá volné akustické pole.

V omezeném prostoru (například v interiéru) závisí šíření zvukových vln na geometrii a akustických vlastnostech povrchů umístěných v dráze vln.

Proces vytváření zvukového pole v místnosti je spojen s jevy dozvuk A difúze.

Pokud v místnosti začne fungovat zdroj zvuku, pak máme v prvním okamžiku pouze přímý zvuk. Když vlna dosáhne bariéry odrážející zvuk, změní se obrazec pole v důsledku výskytu odražených vln. Pokud je do zvukového pole umístěn předmět, jehož rozměry jsou malé ve srovnání s délkou zvukové vlny, pak není pozorováno prakticky žádné zkreslení zvukového pole. Pro efektivní odraz je nutné, aby rozměry odrazné bariéry byly větší nebo rovné délce zvukové vlny.

Zvukové pole, ve kterém se objevuje velké množství odražených vln v různých směrech, v důsledku čehož je měrná hustota zvukové energie v celém poli stejná, se nazývá difuzní pole.

Poté, co zdroj přestane vydávat zvuk, akustická intenzita zvukového pole se po nekonečnou dobu sníží na nulovou úroveň. V praxi se zvuk považuje za zcela utlumený, když jeho intenzita klesne na 10 6násobek úrovně existující v okamžiku jeho vypnutí. Jakékoli zvukové pole jako prvek vibračního média má svou vlastní charakteristiku útlumu zvuku - dozvuk(„dozvučení“).