Zvukové pole a jeho vlastnosti. Šírenie zvuku. Parametre charakterizujúce zvukové pole Fyzikálne veličiny charakterizujúce zvukové pole

Zvuk- ľudské sluchové vnemy spôsobené mechanickými vibráciami elastického média, vnímané vo frekvenčnom rozsahu (16 Hz - 20 kHz) a pri akustických tlakoch presahujúcich prah ľudského sluchu.

Frekvencie vibrácií média ležiace pod a nad rozsahom počuteľnosti sa nazývajú resp infrazvukové A ultrazvukové .

1. Základná charakteristika zvukového poľa. Šírenie zvuku

A. Parametre zvukových vĺn

Zvukové vibrácie častíc elastického média sú zložité a môžu byť vyjadrené ako funkcia času a = a (t)(Obrázok 3.1, A).

Obr.3.1. Vibrácie častíc vzduchu.

Najjednoduchší proces je opísaný sínusoidou (obr. 3.1, b)

,

Kde amax- amplitúda kmitov; w = 2 pf- uhlová frekvencia; f- frekvencia kmitov.

Harmonické vibrácie s amplitúdou amax a frekvenciu f sa volajú tón.

Komplexné oscilácie sú charakterizované efektívnou hodnotou za časové obdobie T

.

Pre sínusový proces platí vzťah

Pre krivky iných tvarov je pomer efektívnej hodnoty k maximálnej hodnote od 0 do 1.

V závislosti od spôsobu budenia vibrácií existujú:

 rovinná zvuková vlna , vytvorený plochým kmitajúcim povrchom;

 cylindrický zvuková vlna, vytvorený radiálne oscilujúcim bočným povrchom valca;

 sférická zvuková vlna , vytvorený bodovým zdrojom vibrácií ako je pulzujúca guľa.

Hlavné parametre charakterizujúce zvukovú vlnu sú:

 akustický tlak p sv, Pa;

 intenzita zvukuja, W/m2.

 vlnová dĺžka zvuku 1, m;

 rýchlosť vlny s, pani;

 oscilačná frekvencia f Hz.

Z fyzikálneho hľadiska spočíva šírenie vibrácií v prenose hybnosti z jednej molekuly na druhú. Vďaka elastickým medzimolekulovým väzbám pohyb každého z nich opakuje pohyb predchádzajúceho. Prenos impulzu vyžaduje určitý čas, v dôsledku čoho sa pohyb molekúl v pozorovacích bodoch vyskytuje s oneskorením vo vzťahu k pohybu molekúl v zóne budenia vibrácií. Vibrácie sa teda šíria určitou rýchlosťou. Rýchlosť zvukovej vlny s je fyzikálna vlastnosť prostredia.

Vlnová dĺžka l sa rovná dĺžke dráhy, ktorú prejde zvuková vlna za jednu periódu T:

Kde s - rýchlosť zvuku , T = 1/f.

Zvukové vibrácie vo vzduchu vedú k jeho stlačeniu a rednutiu. V oblastiach kompresie sa tlak vzduchu zvyšuje a v oblastiach riedenia klesá. Rozdiel medzi tlakom existujúcim v narušenom médiu p Momentálne st a atmosférický tlak p bankomat, tzv akustický tlak(obr. 3.3). V akustike je tento parameter hlavným, prostredníctvom ktorého sa určujú všetky ostatné.

p sv = p St - p bankomat. (3.1)

Obr.3.3. Akustický tlak

Médium, v ktorom sa zvuk šíri, má špecifické akustická odolnosť z A, ktorá sa meria v Pa*s/m (alebo v kg/(m 2 *s) a je pomerom akustického tlaku p zvuk na rýchlosť vibrácií častíc média u

zA= p zvuk /u =r*s, (3.2)

Kde s - rýchlosť zvuku , m; r - hustota média, kg/m3.

Hodnoty pre rôzne prostrediazA sú rôzne.

Zvuková vlna je nositeľom energie v smere jej pohybu. Množstvo energie prenesené zvukovou vlnou za jednu sekundu cez rez s plochou 1 m 2 kolmý na smer pohybu sa nazýva intenzita zvuku. Intenzita zvuku je určená pomerom akustického tlaku k akustickému odporu média W/m2:

Pre sférickú vlnu zo zdroja zvuku s výkonom W, W intenzita zvuku na povrchu gule s polomerom r rovná

ja= W / (4pr 2),

teda intenzita sférická vlna klesá s rastúcou vzdialenosťou od zdroja zvuku. Kedy rovinná vlna intenzita zvuku nezávisí od vzdialenosti.

IN. Akustické pole a jeho charakteristika

Povrch telesa, ktorý vibruje, je žiaričom (zdrojom) zvukovej energie, ktorá vytvára akustické pole.

Akustické pole nazývaná oblasť elastického média, ktorá je prostriedkom na prenos akustických vĺn. Akustické pole sa vyznačuje:

 akustický tlak p sv, Pa;

 akustická odolnosť z A, Pa*s/m.

Energetické charakteristiky akustického poľa sú:

 intenzita ja, W/m2;

 zvuková sila W, W je množstvo energie, ktorá prejde za jednotku času povrchom obklopujúcim zdroj zvuku.

Dôležitú úlohu pri tvorbe akustického poľa hrá charakteristickýsmerovosť vyžarovania zvuku F, t.j. uhlové priestorové rozloženie akustického tlaku generovaného okolo zdroja.

Všetky uvedené množstvá spolu súvisia a závisia od vlastností prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.

Ak akustické pole nie je obmedzené na povrch a siaha takmer do nekonečna, potom sa také pole nazýva voľné akustické pole.

V uzavretom priestore (napríklad v interiéri) Šírenie zvukových vĺn závisí od geometrie a akustických vlastností povrchov nachádza v dráhe šírenia vĺn.

Proces vytvárania zvukového poľa v miestnosti je spojený s javmi dozvuk A difúzia.

Ak v miestnosti začne fungovať zdroj zvuku, tak v prvom momente máme iba priamy zvuk. Keď vlna dosiahne bariéru odrážajúcu zvuk, vzor poľa sa zmení v dôsledku objavenia sa odrazených vĺn. Ak sa do zvukového poľa umiestni predmet, ktorého rozmery sú malé v porovnaní s dĺžkou zvukovej vlny, nepozoruje sa prakticky žiadne skreslenie zvukového poľa. Pre efektívny odraz je potrebné, aby rozmery odrazovej bariéry boli väčšie alebo rovné dĺžke zvukovej vlny.

Zvukové pole, v ktorom sa objavuje veľké množstvo odrazených vĺn v rôznych smeroch, v dôsledku čoho je špecifická hustota zvukovej energie v celom poli rovnaká, sa nazýva difúzne pole .

Potom, čo zdroj prestane vydávať zvuk, akustická intenzita zvukového poľa sa v priebehu nekonečného času zníži na nulovú úroveň. V praxi sa zvuk považuje za úplne utlmený, keď jeho intenzita klesne na 10 6-násobok úrovne existujúcej v momente jeho vypnutia. Každé zvukové pole ako prvok vibrujúceho média má svoju vlastnú charakteristiku útlmu zvuku - dozvuk(„dozvučenie“).

S. Akustické úrovne

Človek vníma zvuk v širokom rozsahu akustický tlak p zvuk ( intenzity ja).

Štandardné sluchový prah je efektívna hodnota akustického tlaku (intenzity) vytváraného harmonickým kmitaním s frekvenciou f= 1000 Hz, sotva počuteľné pre osobu s priemernou citlivosťou sluchu.

Štandardný prah sluchu zodpovedá akustickému tlaku p o = 2*10 -5 Pa alebo intenzita zvuku ja o = 10 -12 W/m2. Horná hranica akustického tlaku pociťovaného ľudským načúvacím prístrojom je obmedzená pocitom bolesti a považuje sa za rovnakú p max = 20 Pa a ja max = 1 W/m2.

Veľkosť sluchového vnemu L pri prekročení akustického tlaku p Zvuk štandardného prahu sluchu sa určuje podľa Weber-Fechnerovho zákona psychofyziky:

L= q log( p zvuk / p o),

Kde q- nejaká konštanta, v závislosti od podmienok pokusu.

Zohľadnenie psychofyzického vnímania zvuku osobou na charakterizáciu hodnôt akustického tlaku p zvuk a intenzitu ja boli predstavené logaritmické hodnoty – úrovneL (s príslušným indexom), vyjadrené v bezrozmerných jednotkách – decibelov, dB, (10-násobné zvýšenie intenzity zvuku zodpovedá 1 Bel (B) – 1B = 10 dB):

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

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

Treba poznamenať, že za normálnych atmosférických podmienok L p =L ja .

Analogicky boli zavedené aj hladiny akustického výkonu

L w = 10 lg ( W/W 0), (3.5, V)

Kde W 0 =ja 0 *S 0 = 10 -12 W – prahový akustický výkon pri frekvencii 1000 Hz, S 0 = 1 m2.

Bezrozmerné množstvá L p , L ja , L w sú celkom jednoducho merané prístrojmi, takže sú užitočné na určenie absolútnych hodnôt p, ja, W podľa inverzných závislostí k (3.5)

(3.6, A)

(3.6, b)

(3.6, V)

Úroveň súčtu viacerých veličín je určená ich úrovňami L i , i = 1, 2, ..., n pomer

(3.7)

Kde n- počet pridaných hodnôt.

Ak sú pridané úrovne rovnaké, potom

L  = L+ 10 lg n.

Priestor, v ktorom sa zvuk šíri, sa nazýva zvukové pole. Charakteristiky zvukového poľa sú rozdelené na lineárne a energetické.

Charakteristika lineárneho zvukového poľa:

1. akustický tlak;

2. miešanie častíc média;

3. rýchlosť kmitania častíc média;

4. akustická odolnosť prostredia;

Energetická charakteristika zvukového poľa:

1. sila (intenzita) zvuku.

1. Akustický tlak je dodatočný tlak, ktorý vzniká pri prechode zvuku cez médium. Ide o dodatočný tlak k statickému tlaku v médiu, napríklad k atmosférickému tlaku vzduchu. Označené symbolom R a meria sa v jednotkách:

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

2. Posun častíc média je hodnota rovnajúca sa odchýlke podmienených častíc média od rovnovážnej polohy. Označené symbolom L, merané v metroch (cm, mm, km), L = [m].

3. Rýchlosť kmitania častíc média je rýchlosť posunu častíc média vzhľadom na rovnovážnu polohu vplyvom zvukovej vlny. Označené symbolom u a vypočíta sa ako posunový pomer L Na čas t počas ktorého k tomuto posunu došlo. Vypočítané podľa vzorca:

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

4. Akustický odpor je odpor, ktorý médium poskytuje akustickej vlne, ktorá ním prechádza. Vzorec na výpočet:

Jednotka: [Pa s/m].

V praxi sa na určenie akustickej impedancie používa iný vzorec:

Z = p*v. Z-akustická impedancia,

p je hustota média, v je rýchlosť zvukovej vlny v médiu.

Z energetických charakteristík sa v medicíne a farmácii využíva len jedna – sila alebo intenzita zvuku.

Sila (intenzita) zvuku je hodnota rovnajúca sa množstvu zvukovej energie E, prejdenie za jednotku času t na jednotku plochy S. Označené symbolom ja. Vzorec na výpočet: I=E/(St) Jednotky: [J/s m2]. Pretože Joule za sekundu sa rovná 1 wattu

ja = [ J/s m2 ] = [ W/m2].

Psychofyzikálne vlastnosti zvuku.

Psychofyzika je veda o spojení medzi objektívnymi fyzikálnymi vplyvmi a výslednými subjektívnymi vnemami.

Z hľadiska psychofyziky je zvuk vnem, ktorý vzniká v sluchovom analyzátore, keď naň pôsobia mechanické vibrácie.

Psychofyzikálne sa zvuk delí na:

Tóny sú jednoduché;

Tóny sú zložité;

Tón nečinnosti je zvuk zodpovedajúci sínusovému harmonickému mechanickému kmitaniu určitej frekvencie. Graf jednoduchého tónu - sínusoida (pozri 3. Priebeh).

Komplexný tón- ide o zvuk pozostávajúci z rôzneho (viacnásobného) počtu jednoduchých tónov. Komplexný tónový graf je periodická nesínusová krivka (pozri 3. Tvar vlny).

Hluk - Ide o komplexný zvuk pozostávajúci z veľkého množstva jednoduchých a zložitých tónov, ktorých počet a intenzita sa neustále menia. Hluky nízkej intenzity (zvuk dažďa) upokojujú nervový systém, zatiaľ čo zvuky vysokej intenzity (prevádzka silného elektromotora, prevádzka mestskej dopravy) unavujú nervový systém. Boj proti hluku je jednou z úloh lekárskej akustiky.

Psychofyzikálne vlastnosti zvuku:

Smola

Hlasitosť zvuku

Zvukový timbre

Smola je subjektívna charakteristika frekvencie počuteľného zvuku. Čím vyššia je frekvencia, tým vyššia je výška tónu.

Hlasitosť zvuku - Toto je charakteristika, ktorá závisí od frekvencie a sily zvuku. Ak sa sila zvuku nezmení, potom so zvýšením frekvencie zo 16 na - 1000 Hz sa hlasitosť zvýši. Pri frekvencii od 1000 do 3000 Hz zostáva konštantná pri ďalšom zvyšovaní frekvencie sa hlasitosť znižuje a pri frekvenciách nad 16 000 Hz sa zvuk stáva nepočuteľný.

Hlasitosť (úroveň hlasitosti) sa meria pomocou jednotky nazývanej „phon“. Hlasitosť v pozadí sa určuje pomocou špeciálnych tabuliek a grafov nazývaných „izoakustické krivky“.

Zvukový timbre- to je najkomplexnejšia psychofyzická charakteristika vnímaného zvuku. Zafarbenie závisí od počtu a intenzity jednoduchých tónov zahrnutých v komplexnom zvuku. Jednoduchý tón nemá zafarbenie. Neexistujú žiadne jednotky na meranie zafarbenia zvuku.

Logaritmické jednotky merania zvuku.

Experimenty ukázali, že veľké zmeny v sile a frekvencii zvuku zodpovedajú malým zmenám hlasitosti a výšky tónu. Matematicky to zodpovedá skutočnosti, že zvýšenie pocitu výšky a objemu nastáva podľa logaritmických zákonov. V tomto ohľade sa na meranie zvuku začali používať logaritmické jednotky. Najbežnejšie jednotky sú "bel" a "decibel".

Bel je logaritmická jednotka rovnajúca sa desiatkovému logaritmu podielu dvoch homogénnych veličín. Ak sú tieto veličiny dve rôzne intenzity zvuku I 2 a I 1, potom počet zvonov možno vypočítať pomocou vzorca:

NB = log(I2/I1)

Ak je pomer I 2 k I 1 10, potom N B = 1 biely, ak je tento pomer 100, potom 2 biele, 1000 - 3 biele. Pre iné pomery je možné počet bel vypočítať pomocou logaritmických tabuliek alebo pomocou mikrokalkulačky.

Decibel je logaritmická jednotka rovnajúca sa desatine bel.

Udáva sa v dB. Vypočítané podľa vzorca: N dB =10·lg(I 2 /I 1).

Decibel je vhodnejšia jednotka pre prax, a preto sa častejšie používa pri výpočtoch.

Oktáva je logaritmická jednotka lekárskej akustiky, ktorá sa používa na charakterizáciu frekvenčných intervalov.

Oktáva je interval (pásmo) frekvencií, v ktorom je pomer vyššej frekvencie k nižšej frekvencii dva.

Kvantitatívne sa frekvenčný interval v oktávach rovná binárnemu logaritmu pomeru dvoch frekvencií:

N OCT = log2 (f2/f1). Tu N je počet oktáv vo frekvenčnom intervale;

f 2, f 1 - hranice frekvenčného intervalu (extrémne frekvencie).

Jedna oktáva sa získa, keď je pomer frekvencií dva: f 2 / f 1 =2.

V lekárskej akustike sa používajú štandardné oktávové frekvenčné hranice.

V rámci každého intervalu sú uvedené priemerné zaokrúhlené oktávové frekvencie.

Frekvenčné hranice 18 - 45 Hz zodpovedajú priemernej oktávovej frekvencii - 31,5 Hz;

frekvenčné hranice 45-90 Hz zodpovedajú priemernej oktávovej frekvencii 63 Hz;

hranice 90-180 Hz - 125 Hz.

Postupnosť priemerných oktávových frekvencií pri meraní ostrosti sluchu bude nasledovná: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Okrem bielej, decibelovej a oktávovej in akustika Používa sa logaritmická jednotka „dekáda“. Frekvenčný interval v desaťročiach sa rovná desiatkovému logaritmu pomeru dvoch extrémnych frekvencií:

Ndec = log(f2/f1).

Tu N dekád je počet dekád vo frekvenčnom intervale;

f 2, f 1 - hranice frekvenčného intervalu.

Jedna dekáda sa získa, keď sa pomer extrémnych frekvencií intervalu rovná desiatim: f 2 / f 1 = 10.

Z hľadiska mierky sa desaťročie rovná bielej, ale používa sa iba v akustike a len na charakterizáciu frekvenčného pomeru.

Podmienky ľudského vnímania zvuku.

Z Zvukové pole sa prejavuje vo forme kinetickej energie kmitajúcich hmotných telies, zvukových vĺn v médiách s elastickou štruktúrou (pevné látky, kvapaliny a plyny). Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí je tzv mávať. Smer šírenia zvukovej vlny sa nazýva zvukový lúč, a povrch spájajúci všetky susedné body poľa s rovnakou fázou kmitania častíc média je čelo vlny. V pevných látkach sa vibrácie môžu šíriť v pozdĺžnom aj priečnom smere. Šíria sa len vzduchom pozdĺžne vlny.

Voľné zvukové pole nazývané pole, v ktorom prevláda priama zvuková vlna a odrazené vlny chýbajú alebo sú zanedbateľne malé.

Difúzne zvukové pole- ide o pole, v ktorom je v každom bode hustota zvukovej energie rovnaká a vo všetkých smeroch sa šíria rovnaké toky energie za jednotku času.

Zvukové vlny sú charakterizované nasledujúcimi základnými parametrami.

Vlnová dĺžka- rovná sa pomeru rýchlosti zvuku (340 m/s vo vzduchu) k frekvencii zvukových vibrácií. Vlnová dĺžka vo vzduchu sa teda môže meniť od 1,7 cm (napr f= 20 000 Hz) až 21 m (pre f= 16 Hz).

Akustický tlak- je definovaný ako rozdiel medzi okamžitým tlakom zvukového poľa v danom bode a štatistickým (atmosférickým) tlakom. Akustický tlak sa meria v pascaloch (Pa), Pa = N/m2. Fyzikálne analógy – elektrické napätie, prúd.

Intenzita zvuku– priemerné množstvo zvukovej energie, ktorá prejde za jednotku času jednotkovou plochou kolmou na smer šírenia vlny. Intenzita sa meria v jednotkách W/m2 a predstavuje aktívnu zložku sily zvukových vibrácií. Fyzickým analógom je elektrická energia.

V akustike sa výsledky meraní zvyčajne zobrazujú vo forme relatívnych logaritmických jednotiek. Na vyhodnotenie sluchového vnemu sa používa jednotka nazývaná Bel (B). Keďže Bel je pomerne veľká jednotka, zaviedla sa menšia hodnota - decibel (dB) rovný 0,1 B.

Akustický tlak a intenzita zvuku sú vyjadrené v relatívnych akustických hladinách:

,

Nulové hodnoty akustických hladín zodpovedajú všeobecne akceptovaným a W/m 2 s harmonickým kmitaním zvuku s frekvenciou 1000 Hz. Uvedené hodnoty približne zodpovedajú minimálnym hodnotám vyvolávajúcim sluchové vnemy (absolútny prah sluchu).

Podmienky merania charakteristík mikrofónu. Akustické merania majú množstvo špecifických vlastností. Meranie niektorých charakteristík elektroakustických zariadení sa teda musí vykonávať v podmienkach voľného poľa, t.j. keď nie sú odrazené vlny.

V bežných miestnostiach túto podmienku nemožno splniť a meranie vonku je náročné a nie vždy možné. Po prvé, vonku je ťažké vyhnúť sa odrazom od povrchov, ako je zem. Po druhé, merania v tomto prípade závisia od atmosférických podmienok (vietor a pod.) a môžu viesť k veľkým chybám, nehovoriac o množstve iných nepríjemností. Po tretie, na čerstvom vzduchu je ťažké vyhnúť sa vplyvu vonkajšieho (priemyselného atď.) hluku.

Preto sa na meranie vo voľnom poli používajú špeciálne zvukovo tlmené komory, v ktorých odrazené vlny prakticky chýbajú.

Meranie charakteristík mikrofónu v anechoickej komore. Na meranie citlivosti mikrofónu s voľným poľom by sa najprv zmeral akustický tlak v bode, kde by bol umiestnený testovaný mikrofón, a potom by sa do tohto bodu umiestnil. Ale keďže v komore prakticky nedochádza k rušeniu a vzdialenosť mikrofónu od reproduktora sa rovná 1 - 1,5 m (alebo viac) s priemerom vysielača nie väčším ako 25 cm, merací mikrofón môže byť umiestnený blízko k testovanému mikrofónu. Schéma nastavenia merania je znázornená na obr. Citlivosť sa určuje v celom rozsahu menovitej frekvencie. Nastavením požadovaného tlaku pomocou zvukomeru (zvukomeru) zmerajte napätie vyvinuté skúšaným mikrofónom a stanovte jeho axiálnu citlivosť.

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

Citlivosť je určená buď napätím naprázdno alebo napätím pri menovitom zaťažení. Ako menovité zaťaženie sa spravidla berie modul vnútorného odporu mikrofónu s frekvenciou 1000 Hz.

Obr.4. Funkčná schéma na meranie citlivosti mikrofónu:

1 - generátor tónov alebo bieleho šumu; 2 - oktávový filter (tretinová oktáva); 3 - zosilňovač; 4 - anechoická komora; 5 – akustický žiarič; 6 - testovaný mikrofón; 7 - merací mikrofón; 8 - milivoltmeter; 9 - milivoltmeter, odstupňovaný v pascaloch alebo decibeloch (zvukomer).

Úroveň citlivosti je definovaná ako citlivosť vyjadrená v decibeloch vo vzťahu k hodnote rovnajúcej sa 1.

Štandardná úroveň citlivosti (v decibeloch) je definovaný ako pomer napätia vyvinutého pri menovitom zaťažovacom odpore pri akustickom tlaku 1 Pa k napätiu zodpovedajúcemu výkonu = 1 mW a vypočíta sa pomocou vzorca:

kde je napätie (V) vyvinuté mikrofónom pri nominálnom zaťažovacom odpore (Ohm) pri akustickom tlaku 1 Pa.

Frekvenčná odozva citlivosť mikrofónu je závislosť citlivosti mikrofónu od frekvencie pri konštantných hodnotách akustického tlaku a napájacieho prúdu mikrofónu. Frekvenčná odozva sa meria plynulou zmenou frekvencie generátora. Na základe získanej frekvenčnej charakteristiky sa určí jej nerovnomernosť v nominálnom a prevádzkovom frekvenčnom rozsahu.

Smerové charakteristiky Mikrofón sa odoberá podľa rovnakej schémy (obr. 4) a v závislosti od úlohy buď na viacerých frekvenciách, pomocou tónového generátora, alebo pre šumový signál v tretinových oktávových pásmach, alebo pre dané frekvenčné pásmo. použitím zodpovedajúceho pásmového filtra namiesto tretinových oktávových filtrov.

Na meranie smerových charakteristík je skúšaný mikrofón namontovaný na otočnom kotúči s číselníkom. Disk sa otáča manuálne alebo automaticky, synchrónne so záznamovým stolom. Charakteristika sa odoberá v jednej rovine prechádzajúcej pracovnou osou mikrofónu, ak ide o rotačné teleso okolo svojej osi. Pre iné tvary mikrofónov sa charakteristika berie pre dané roviny prechádzajúce pracovnou osou. Uhol otáčania sa meria medzi pracovnou osou a smerom k zdroju zvuku. Smerová charakteristika je normalizovaná vzhľadom na axiálnu citlivosť.

ZVUKOVÉ POLE- súbor časopriestorových rozdelení veličín charakterizujúcich uvažované rušenie zvuku. Najdôležitejšie z nich: akustický tlak p, vibračná rýchlosť častíc v, vibračný posun častíc x, relatívna zmena hustoty (tzv. akustická kompresia) s=dr/r (kde r je hustota prostredia), adiabatická. zmena teploty d T, sprevádzajúce kompresiu a riedenie média. Pri zavádzaní pojmu 3.p. sa médium považuje za spojité a molekulárna štruktúra látky sa neberie do úvahy. 3. položky sa študujú buď metódami geometrická akustika alebo na základe vlnovej teórie. Pri pomerne hladkej závislosti veličín charakterizujúcich 3. p od súradníc a času (t. j. pri absencii tlakových rázov a kolísaní rýchlosti z bodu do bodu), špecifikujúc časopriestorovú závislosť jednej z týchto veličín (napr. , akustický tlak) úplne určuje časopriestorové závislosti všetkých ostatných. Tieto závislosti sú určené rovnicami 3. p., ktoré sa pri absencii disperzie rýchlosti zvuku redukujú na vlnovú rovnicu pre každú z veličín a rovnice spájajúce tieto veličiny navzájom. Napríklad akustický tlak spĺňa vlnovú rovnicu

A vzhľadom na známe R môžete určiť zostávajúce charakteristiky 3. p.

Kde s- rýchlosť zvuku, g= c p/životopis- pomer tepelnej kapacity na post. tlak na tepelnú kapacitu pri konštantnom. objem, a - koeficient. tepelná rozťažnosť média. Pre harmonické 3. p vlnová rovnica prechádza do Helmholtzovej rovnice: D R+k 2 R= 0, kde k= w /c je vlnové číslo pre frekvenciu w a výrazy pre v a x majú tvar:

Okrem toho 3. položka musí spĺňať okrajové podmienky, t. j. požiadavky, ktoré sú kladené na veličiny charakterizujúce 3. položku, fyzikálne. vlastnosti hraníc - povrchy, ktoré obmedzujú prostredie, povrchy, ktoré obmedzujú prekážky umiestnené v prostredí, a dekompozičné rozhrania. priem. Napríklad na absolútne tuhej hranici, normálna zložka kmitov. rýchlosť vn musí ísť na nulu; na voľnom povrchu by mal akustický tlak zmiznúť; na hranici charakter akustická impedancia, p/v n by sa mala rovnať špecifickej akustike. hraničná impedancia; na rozhraní medzi dvoma médiami veľkosti R A vn na oboch stranách povrchu by mali byť rovnaké v pároch. V skutočných kvapalinách a plynoch existuje komplementarita. okrajová podmienka: vymiznutie dotyčnicovej zložky kmitov. rýchlosti na pevnej hranici alebo rovnosť dotyčnicových zložiek na rozhraní medzi dvoma médiami. V pevných látkach vnútorné Napätia sú charakterizované nie tlakom, ale tenzorom napätia, ktorý odráža prítomnosť pružnosti média vzhľadom na zmeny nielen jeho objemu (ako v kvapalinách a plynoch), ale aj tvaru. V súlade s tým sa rovnica 3 aj okrajové podmienky skomplikujú. Rovnice pre anizotropné médiá sú ešte zložitejšie. Rovnica 3. p a okrajové podmienky samy o sebe vôbec neurčujú typ vĺn: v dekomp. situácie v rovnakom prostredí za rovnakých okrajových podmienok, 3. položky budú mať rôzne podoby. Nižšie popíšeme rôzne typy 3. položiek, ktoré vznikajú v rôznych typoch. situácie. 1) Voľné vlny - 3. p., ktoré môžu existovať neobmedzene. prostredia v neprítomnosti externého vplyvy, napr p=p(x 6ct), prebiehajúce pozdĺž osi X v kladnom (znamienko „-“) a zápornom smere (znamienko „+“). V rovinnej vlne p/v= br s, kde r s - charakteristická impedanciaživotné prostredie. Dajte to na miesta. akustický tlak smer oscilácie rýchlosť v postupujúcej vlne sa zhoduje so smerom šírenia vlny, miestami je záporná. tlak je opačný k tomuto smeru a v miestach, kde sa tlak zmenšuje na nulu, kmitá. rýchlosť tiež zmizne. Harmonický vlna postupujúca lietadlom má tvar: p=p 0 cos(š t-kx+ j), kde R 0 a j 0 - amplitúda vlny a jej začiatok. fáza v bode x=0. V médiách s rozptylom rýchlosti zvuku, harmonická rýchlosť. vlny s=w/ k závisí od frekvencie. 2) Výkyvy v obmedzenom oblasti životného prostredia pri absencii vonkajších vplyvy napr 3. p., vznikajúce v uzavretom objeme pri daných začiatkoch. podmienky. Takéto 3. body možno znázorniť vo forme superpozície stojatých vĺn charakteristických pre daný objem média. 3) 3. položky vznikajúce v neobmedzenom. prostredia pri danom iniciále podmienky – hodnoty R A v na nejakom začiatku bod v čase (napríklad 3. predmety vznikajúce po výbuchu). 4) 3. žiarenie vytvárané kmitajúcimi telesami, prúdmi kvapaliny alebo plynu, kolabovanými bublinami a pod. alebo umenie. akustické žiariče (viď Emisia zvuku Najjednoduchšie žiarenie z hľadiska tvaru poľa sú nasledujúce. Monopolné žiarenie je sféricky symetrická divergujúca vlna; pre harmonický žiarenie má tvar: p = -i rwQexp ( ikr)/4p r, kde Q je produktivita zdroja (napríklad rýchlosť zmeny objemu pulzujúceho telesa, malá v porovnaní s vlnovou dĺžkou), umiestneného v strede vlny a r- vzdialenosť od stredu. Amplitúda akustického tlaku pre monopólové žiarenie sa mení so vzdialenosťou ako 1/ r, A

v bezvlnovej zóne ( kr<<1) v sa mení so vzdialenosťou ako 1/ r 2 a vo vlne ( kr>>1) - páči sa mi 1/ r. Fázový posun j medzi R A v monotónne klesá z 90° v strede vlny na nulu v nekonečne; opálenie j=1/ kr. Dipólové žiarenie - sférické. rozbiehajúca sa vlna s osmičkovou smerovou charakteristikou tvaru:

Kde F je sila pôsobiaca na médium v ​​strede vlny, q je uhol medzi smerom sily a smerom k bodu pozorovania. Rovnaké žiarenie vytvára guľa s polomerom a<u=F/2 prw a 3. Žiarenie piestu - 3. p., vytvorené translačnými vibráciami plochého piesta. Ak jeho rozmery >>l, tak žiarenie je kvázirovinná vlna šíriaca sa vo forme hraníc. lúč spočívajúci na pieste. Keď sa pohybuje od piestu, difrakcia rozmazáva lúč, ktorý sa vo veľkej vzdialenosti od piestu transformuje na viaclaločný rozbiehavý sférický lúč. mávať. Všetky typy žiarenia tretích strán vo veľkej vzdialenosti od žiariča (v tzv. vzdialenej zóne alebo Fraunhoferovej zóne) majú asymptoticky podobu rozbiehajúcich sa sférických častíc. vlny: R=A exp( ikr)R(q, j)/ r, Kde A-konštanta, q a j sú sférické uhly. súradnicové systémy, R(q, j) - charakteristika smeru žiarenia. Pole sa teda asymptoticky zmenšuje nepriamo úmerne k vzdialenosti pozorovacieho bodu od oblasti, kde sa nachádza zdroj zvuku. Za začiatok vzdialenej zóny sa zvyčajne považuje vzdialenosť r=D 2 /l, kde D- priečne rozmery sálavého systému. V tzv v blízkej zóne (Fresnelova zóna) pre 3. p žiarenia vo všeobecnom prípade nie je k-l. určitú závislosť na r a ang. závislosť sa mení pri zmene r- smerová charakteristika ešte nie je vytvorená. 5) 3. zaostrovacie body - polia v blízkosti ohnísk a žieravín zaostrovacích zariadení, vyznačujúce sa zv. hodnoty akustického tlaku, ktorý sa v ohniskách a žieravinách stáča (pomocou geometrických akustických aproximácií) do nekonečna (viď. Zvuk zaostrenia). 6) 3. položky spojené s prítomnosťou obmedzujúcich plôch a prekážok v prostredí. Keď sa rovinné vlny odrážajú a lámu na hraniciach rovin, vznikajú aj rovinné odrazené a lomené vlny. IN akustické vlnovody naplnené homogénnym prostredím, superpozícia rovinných vĺn vytvára normálne vlny. Pri odraze harmonicky rovinné vlny od rovinných hraníc sa vytvárajú stojaté vlny a výsledné polia môžu stáť v jednom smere a pohybovať sa v inom. 7) 3. body, tlmené v dôsledku nedokonalosti média - prítomnosť viskozity, tepelnej vodivosti atď. (viď. Absorpcia zvuku Pre postupujúce vlny je vplyv takéhoto útlmu charakterizovaný faktorom exp a X, kde a je priestorový koeficient amplitúdy. útlm spojený s faktorom kvality Q média vzťahom: a =k/2 Q. V stojatých vlnách sa objaví multiplikátor exp (-d). t >>

Zvukové pole je oblasť priestoru, v ktorej sa šíria zvukové vlny, teda dochádza k akustickým vibráciám častíc elastického média (tuhého, kvapalného alebo plynného), ktoré túto oblasť vypĺňajú. Pojem zvukové pole sa zvyčajne používa pre oblasti, ktorých rozmery sú rádovo alebo väčšie ako vlnová dĺžka zvuku.

Po energetickej stránke je zvukové pole charakterizované hustotou zvukovej energie (energia kmitavého procesu na jednotku objemu) a intenzitou zvuku.

Povrch telesa, ktorý vibruje, je žiaričom (zdrojom) zvukovej energie, ktorá vytvára akustické pole.

Akustické pole nazývaná oblasť elastického média, ktorá je prostriedkom na prenos akustických vĺn. Akustické pole sa vyznačuje:

· akustický tlak p sv, Pa;

· akustická odolnosť z A, Pa*s/m.

Energetické charakteristiky akustického poľa sú:

· intenzita I, W/m2;

· akustický výkon W, W je množstvo energie, ktorá prejde za jednotku času povrchom obklopujúcim zdroj zvuku.

Dôležitú úlohu pri tvorbe akustického poľa hrá charakteristika smerovosti emisie zvuku F, t.j. uhlové priestorové rozloženie akustického tlaku generovaného okolo zdroja.

Všetky tieto veličiny spolu súvisia a závisia od vlastností prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.

Ak akustické pole nie je obmedzené na povrch a siaha takmer do nekonečna, potom sa takéto pole nazýva voľné akustické pole.

V uzavretom priestore (napríklad v interiéri) závisí šírenie zvukových vĺn od geometrie a akustických vlastností povrchov nachádzajúcich sa v dráhe vĺn.

Proces vytvárania zvukového poľa v miestnosti je spojený s javmi dozvuk A difúzia.

Ak v miestnosti začne fungovať zdroj zvuku, tak v prvom momente máme iba priamy zvuk. Keď vlna dosiahne bariéru odrážajúcu zvuk, vzor poľa sa zmení v dôsledku objavenia sa odrazených vĺn. Ak sa do zvukového poľa umiestni predmet, ktorého rozmery sú malé v porovnaní s dĺžkou zvukovej vlny, nepozoruje sa prakticky žiadne skreslenie zvukového poľa. Pre efektívny odraz je potrebné, aby rozmery odrazovej bariéry boli väčšie alebo rovné dĺžke zvukovej vlny.

Zvukové pole, v ktorom sa objavuje veľké množstvo odrazených vĺn v rôznych smeroch, v dôsledku čoho je špecifická hustota zvukovej energie v celom poli rovnaká, sa nazýva difúzne pole.

Potom, čo zdroj prestane vydávať zvuk, akustická intenzita zvukového poľa sa v priebehu nekonečného času zníži na nulovú úroveň. V praxi sa zvuk považuje za úplne utlmený, keď jeho intenzita klesne na 10 6-násobok úrovne existujúcej v momente jeho vypnutia. Každé zvukové pole ako prvok vibrujúceho média má svoju vlastnú charakteristiku útlmu zvuku - dozvuk(„dozvučenie“).