Sound field at ang mga katangian nito. Pagpapalaganap ng tunog. Mga parameter na nagpapakilala sa sound field Mga pisikal na dami na nagpapakilala sa sound field

Tunog- pandama ng pandinig ng tao na dulot ng mga mekanikal na panginginig ng boses ng isang nababanat na daluyan, na nakikita sa saklaw ng dalas (16 Hz - 20 kHz) at sa mga presyon ng tunog na lumalampas sa threshold ng pandinig ng tao.

Ang mga frequency ng vibrations ng medium na nasa ibaba at sa itaas ng hanay ng audibility ay tinatawag ayon sa pagkakabanggit infrasonic At ultrasonic .

1. Mga pangunahing katangian ng field ng tunog. Pagpapalaganap ng tunog

A. Mga parameter ng sound wave

Ang mga sound vibrations ng mga particle ng isang elastic medium ay kumplikado sa kalikasan at maaaring kinakatawan bilang isang function ng oras a = a(t)(Larawan 3.1, A).

Fig.3.1. Mga panginginig ng boses ng mga particle ng hangin.

Ang pinakasimpleng proseso ay inilalarawan ng isang sinusoid (Larawan 3.1, b)

,

saan amax- amplitude ng mga oscillations; w = 2 pf- dalas ng anggular; f- dalas ng oscillation.

Harmonic vibrations na may amplitude amax at dalas f ay tinatawag tono.

Ang mga kumplikadong oscillation ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang epektibong halaga sa tagal ng panahon T

.

Para sa isang sinusoidal na proseso ang kaugnayan ay wasto

Para sa mga kurba ng iba pang mga hugis, ang ratio ng epektibong halaga sa pinakamataas na halaga ay mula 0 hanggang 1.

Depende sa paraan ng paggulo ng mga vibrations, mayroong:

 sound wave ng eroplano , na nilikha ng isang patag na oscillating surface;

 cylindrical sound wave, nilikha ng radially oscillating side surface ng cylinder;

 spherical sound wave , nilikha ng isang puntong pinagmumulan ng mga panginginig ng boses tulad ng isang pumipintig na bola.

Ang mga pangunahing parameter na nagpapakilala sa isang sound wave ay:

 presyon ng tunog p sv, Pa;

 intensity ng tunogako, W/m2.

 wavelength ng tunog l, m;

 bilis ng alon Sa, MS;

 dalas ng oscillation f, Hz.

Mula sa pisikal na pananaw, ang pagpapalaganap ng mga vibrations ay binubuo ng paglipat ng momentum mula sa isang molekula patungo sa isa pa. Salamat sa nababanat na intermolecular bond, ang paggalaw ng bawat isa sa kanila ay inuulit ang paggalaw ng nauna. Ang paglipat ng salpok ay nangangailangan ng isang tiyak na tagal ng oras, bilang isang resulta kung saan ang paggalaw ng mga molekula sa mga punto ng pagmamasid ay nangyayari na may pagkaantala na may kaugnayan sa paggalaw ng mga molekula sa zone ng paggulo ng mga vibrations. Kaya, ang mga vibrations ay nagpapalaganap sa isang tiyak na bilis. Bilis ng sound wave Sa ay isang pisikal na pag-aari ng kapaligiran.

Haba ng daluyong Ang l ay katumbas ng haba ng landas na dinaanan ng sound wave sa isang yugto T:

saan kasama si - bilis ng tunog , T = 1/f.

Ang mga tunog na panginginig ng boses sa hangin ay humahantong sa compression at rarefaction nito. Sa mga lugar ng compression, tumataas ang presyon ng hangin, at sa mga lugar ng rarefaction ay bumababa ito. Ang pagkakaiba sa pagitan ng presyon na umiiral sa isang nababagabag na daluyan p Wed sa ngayon, at atmospheric pressure p atm, tinawag presyon ng tunog(Larawan 3.3). Sa acoustics, ang parameter na ito ang pangunahing isa kung saan natutukoy ang lahat ng iba pa.

p sv = p Ikasal - p atm. (3.1)

Fig.3.3. Presyon ng tunog

Ang daluyan kung saan ang tunog ay nagpapalaganap ay may tiyak acoustic resistance z A, na sinusukat sa Pa*s/m (o sa kg/(m 2 *s) at ang ratio ng sound pressure p tunog sa vibrational velocity ng mga particle ng medium u

zA= p tunog /u =r*Sa, (3.2)

saan kasama si - bilis ng tunog , m; r - density ng medium, kg/m3.

Para sa iba't ibang mga halaga ng kapaligiranzA ay magkaiba.

Ang sound wave ay isang carrier ng enerhiya sa direksyon ng paggalaw nito. Ang dami ng enerhiya na inilipat ng sound wave sa isang segundo sa pamamagitan ng isang seksyon na may lawak na 1 m 2 patayo sa direksyon ng paggalaw ay tinatawag intensity ng tunog. Ang intensity ng tunog ay tinutukoy ng ratio ng sound pressure sa acoustic resistance ng medium W/m2:

Para sa isang spherical wave mula sa isang sound source na may kapangyarihan W, W sound intensity sa ibabaw ng isang globo ng radius r katumbas ng

ako= W / (4pr 2),

ibig sabihin, intensity spherical wave bumababa sa pagtaas ng distansya mula sa pinagmulan ng tunog. Kailan alon ng eroplano Ang intensity ng tunog ay hindi nakasalalay sa distansya.

SA. Acoustic field at mga katangian nito

Ang ibabaw ng katawan na nag-vibrate ay isang emitter (pinagmulan) ng sound energy, na lumilikha ng acoustic field.

Acoustic field tinatawag na rehiyon ng isang nababanat na daluyan, na isang paraan ng pagpapadala ng mga acoustic wave. Ang acoustic field ay nailalarawan sa pamamagitan ng:

 presyon ng tunog p sv, Pa;

 acoustic resistance z A, Pa*s/m.

Ang mga katangian ng enerhiya ng acoustic field ay:

 intensity ako, W/m2;

 lakas ng tunog W, Ang W ay ang dami ng enerhiya na dumadaan sa bawat yunit ng oras sa ibabaw na nakapalibot sa pinagmumulan ng tunog.

Ang isang mahalagang papel sa pagbuo ng acoustic field ay nilalaro ni katangiandireksyon ng pagpapalabas ng tunog F, ibig sabihin. angular spatial distribution ng sound pressure na nabuo sa paligid ng source.

Nakalista lahat magkakaugnay ang mga dami at depende sa mga katangian ng daluyan kung saan ang tunog ay nagpapalaganap.

Kung ang acoustic field ay hindi limitado sa ibabaw at umaabot halos sa kawalang-hanggan, kung gayon ang naturang field ay tinatawag libreng acoustic field.

Sa isang nakakulong na espasyo (halimbawa, sa loob ng bahay) Ang pagpapalaganap ng mga sound wave ay nakasalalay sa geometry at acoustic properties ng mga ibabaw matatagpuan sa landas ng pagpapalaganap ng alon.

Ang proseso ng pagbuo ng sound field sa isang silid ay nauugnay sa mga phenomena umalingawngaw At pagsasabog.

Kung ang isang mapagkukunan ng tunog ay nagsimulang gumana sa silid, pagkatapos ay sa unang sandali ng oras mayroon lamang kaming direktang tunog. Kapag naabot ng alon ang hadlang na sumasalamin sa tunog, nagbabago ang pattern ng field dahil sa hitsura ng mga sinasalamin na alon. Kung ang isang bagay na ang mga sukat ay maliit kumpara sa haba ng sound wave ay inilagay sa sound field, kung gayon halos walang pagbaluktot ng sound field ang naobserbahan. Para sa epektibong pagmuni-muni, kinakailangan na ang mga sukat ng sumasalamin na hadlang ay mas malaki kaysa o katumbas ng haba ng sound wave.

Ang isang field ng tunog kung saan lumilitaw ang isang malaking bilang ng mga sinasalamin na alon sa iba't ibang direksyon, bilang isang resulta kung saan ang tiyak na density ng enerhiya ng tunog ay pareho sa buong field, ay tinatawag na diffuse field .

Pagkatapos huminto ang pinagmulan sa paglabas ng tunog, ang acoustic intensity ng sound field ay bababa sa zero level sa loob ng walang katapusang oras. Sa pagsasagawa, ang isang tunog ay itinuturing na ganap na pinahina kapag ang intensity nito ay bumaba sa 10 6 na beses sa antas na umiiral sa sandaling ito ay naka-off. Anumang sound field bilang elemento ng vibrating medium ay may sariling sound attenuation na katangian - umalingawngaw(“pagkatapos ng tunog”).

SA. Mga antas ng tunog

Nakikita ng isang tao ang tunog sa isang malawak na hanay presyon ng tunog p tunog ( intensidad ako).

Pamantayan threshold ng pandinig ay ang epektibong halaga ng sound pressure (intensity) na nilikha ng isang harmonic vibration na may dalas f= 1000 Hz, halos hindi marinig ng isang taong may average na sensitivity ng pandinig.

Ang standard na threshold ng pandinig ay tumutugma sa sound pressure p o =2*10 -5 Pa o intensity ng tunog ako o =10 -12 W/m2. Ang pinakamataas na limitasyon ng sound pressure na nararamdaman ng hearing aid ng tao ay limitado ng pandamdam ng sakit at itinuturing na katumbas ng p max = 20 Pa at ako max = 1 W/m2.

Ang magnitude ng auditory sensation L kapag nalampasan ang sound pressure p Ang tunog ng karaniwang threshold ng pandinig ay tinutukoy ayon sa Weber-Fechner law ng psychophysics:

L= q lg( p tunog / p o),

saan q- ilang pare-pareho, depende sa mga kondisyon ng eksperimento.

Isinasaalang-alang ang psychophysical perception ng tunog ng isang tao upang makilala ang mga halaga ng sound pressure p tunog at intensity ako ay ipinakilala mga halaga ng logarithmic - mga antasL (na may kaukulang index), na ipinahayag sa walang sukat na mga yunit - decibels, dB, (isang 10-tiklop na pagtaas sa intensity ng tunog ay tumutugma sa 1 Bel (B) – 1B = 10 dB):

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

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

Dapat tandaan na sa ilalim ng normal na kondisyon ng atmospera L p =L ako .

Sa pamamagitan ng pagkakatulad, ipinakilala din ang mga antas ng lakas ng tunog

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

saan W 0 =ako 0 *S 0 =10 -12 W – threshold sound power sa frequency na 1000 Hz, S 0 = 1 m2.

Mga walang sukat na dami L p , L ako , L w ay medyo simpleng sinusukat sa pamamagitan ng mga instrumento, kaya ang mga ito ay kapaki-pakinabang para sa pagtukoy ng mga ganap na halaga p, ako, W ayon sa inverse dependencies sa (3.5)

(3.6, A)

(3.6, b)

(3.6, V)

Ang antas ng kabuuan ng ilang mga dami ay tinutukoy ng kanilang mga antas L i , i = 1, 2, ..., n ratio

(3.7)

saan n- ang bilang ng mga idinagdag na halaga.

Kung ang mga idinagdag na antas ay pareho, kung gayon

L  = L+ 10 lg n.

Ang espasyo kung saan naglalakbay ang tunog ay tinatawag na sound field. Ang mga katangian ng sound field ay nahahati sa linear at enerhiya.

Mga katangian ng linear na field ng tunog:

1. presyon ng tunog;

2. paghahalo ng mga particle ng daluyan;

3. bilis ng oscillation ng mga particle ng medium;

4. acoustic resistance ng kapaligiran;

Mga katangian ng enerhiya ng field ng tunog:

1. lakas (intensity) ng tunog.

1. Ang sound pressure ay ang karagdagang pressure na nangyayari kapag ang tunog ay dumaan sa isang medium. Ito ay isang karagdagang presyon sa static na presyon sa medium, halimbawa, sa atmospheric pressure ng hangin. Ipinapahiwatig ng simbolo R at sinusukat sa mga yunit:

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

2. Ang displacement ng mga particle ng medium ay isang value na katumbas ng deviation ng conditional particle ng medium mula sa equilibrium position. Ipinapahiwatig ng simbolo L, sinusukat sa metro (cm, mm, km), L = [m].

3. Ang bilis ng vibration ng mga particle ng medium ay ang bilis ng displacement ng mga particle ng medium na may kaugnayan sa posisyon ng equilibrium sa ilalim ng impluwensya ng sound wave. Ipinapahiwatig ng simbolo u at kinakalkula bilang ratio ng displacement L Sa oras t kung saan nangyari ang paglilipat na ito. Kinakalkula ng formula:

Unit ng pagsukat [m/s], sa non-system units cm/s, mm/s, µm/s.

4. Ang acoustic resistance ay ang resistance na ibinibigay ng medium sa isang acoustic wave na dumadaan dito. Formula para sa pagkalkula:

Yunit: [Pa s/m].

Sa pagsasagawa, isa pang formula ang ginagamit upang matukoy ang acoustic impedance:

Z=p*v. Z-acoustic impedance,

p ay ang density ng medium, v ay ang bilis ng sound wave sa medium.

Sa mga katangian ng enerhiya, isa lamang ang ginagamit sa gamot at parmasya - ang lakas o intensity ng tunog.

Ang lakas (intensity) ng tunog ay isang halaga na katumbas ng dami ng enerhiya ng tunog E, pagpasa sa bawat yunit ng oras t bawat unit area S. Ipinapahiwatig ng simbolo ako. Formula para sa pagkalkula: I=E/(S t) Mga Yunit: [J/s m2]. Dahil ang isang Joule bawat segundo ay katumbas ng 1 Watt, kung gayon

ako = [ J/s m 2 ] = [ W/m2].

Psychophysical na katangian ng tunog.

Ang psychophysics ay ang agham ng koneksyon sa pagitan ng mga layuning pisikal na impluwensya at ang mga resultang pansariling sensasyon.

Mula sa punto ng view ng psychophysics, ang tunog ay isang sensasyon na nangyayari sa auditory analyzer kapag ang mga mekanikal na panginginig ng boses ay kumikilos dito.

Sa psychophysical, ang tunog ay nahahati sa:

Ang mga tono ay simple;

Ang mga tono ay kumplikado;

Idle tone ay isang tunog na tumutugma sa isang sinusoidal harmonic mechanical vibration ng isang tiyak na frequency. Graph ng isang simpleng tono - isang sine wave (tingnan ang 3. Waveform).

Kumplikadong tono- ito ay isang tunog na binubuo ng ibang (maraming) bilang ng mga simpleng tono. Ang complex tone graph ay isang periodic non-sinusoidal curve (tingnan ang 3. Waveform).

ingay - Ito ay isang kumplikadong tunog, na binubuo ng isang malaking bilang ng mga simple at kumplikadong mga tono, ang bilang at intensity na nagbabago sa lahat ng oras. Ang mga ingay na mababa ang intensity (ang tunog ng ulan) ay nagpapatahimik sa sistema ng nerbiyos, habang ang mga ingay na may mataas na intensity (ang pagpapatakbo ng isang malakas na de-koryenteng motor, ang pagpapatakbo ng transportasyon ng lungsod) ay nakakapagod sa sistema ng nerbiyos. Ang paglaban sa ingay ay isa sa mga gawain ng mga medikal na acoustics.

Mga katangian ng psychophysical ng tunog:

Pitch

Lakas ng tunog

Tunog ng timbre

Pitch ay isang subjective na katangian ng dalas ng isang naririnig na tunog. Kung mas mataas ang dalas, mas mataas ang pitch.

Lakas ng tunog - Ito ay isang katangian na nakasalalay sa dalas at lakas ng tunog. Kung ang lakas ng tunog ay hindi nagbabago, pagkatapos ay may pagtaas sa dalas mula 16 hanggang - 1000 Hz, ang lakas ng tunog ay tumataas. Sa isang dalas mula 1000 hanggang 3000 Hz ito ay nananatiling pare-pareho na may karagdagang pagtaas sa dalas, ang volume ay bumababa at sa mga frequency na higit sa 16,000 Hz ang tunog ay nagiging hindi marinig.

Ang loudness (loudness level) ay sinusukat gamit ang isang unit na tinatawag na "phon". Ang lakas sa background ay tinutukoy gamit ang mga espesyal na talahanayan at graph na tinatawag na "isoacoustic curves".

Tunog ng timbre- ito ang pinaka kumplikadong psychophysical na katangian ng pinaghihinalaang tunog. Ang timbre ay nakasalalay sa bilang at intensity ng mga simpleng tono na kasama sa isang kumplikadong tunog. Ang isang simpleng tono ay walang timbre. Walang mga yunit para sa pagsukat ng timbre ng tunog.

Logarithmic unit ng mga sukat ng tunog.

Natukoy ng mga eksperimento na ang malalaking pagbabago sa lakas at dalas ng tunog ay tumutugma sa maliliit na pagbabago sa volume at pitch. Sa matematika, ito ay tumutugma sa katotohanan na ang pagtaas sa pandamdam ng taas at dami ay nangyayari ayon sa mga batas ng logarithmic. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang mga yunit ng logarithmic ay nagsimulang gamitin para sa mga sukat ng tunog. Ang pinakakaraniwang mga yunit ay "bel" at "decibel".

Ang Bel ay isang logarithmic unit na katumbas ng decimal logarithm ng ratio ng dalawang homogenous na dami. Kung ang mga dami na ito ay dalawang magkaibang intensity ng tunog I 2 at I 1, kung gayon ang bilang ng mga bel ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:

N B =log(I 2 /I 1)

Kung ang ratio ng I 2 hanggang I 1 ay 10, kung gayon ang N B = 1 puti, kung ang ratio na ito ay 100, pagkatapos ay 2 puti, 1000 - 3 puti. Para sa iba pang mga ratio, ang bilang ng mga bel ay maaaring kalkulahin gamit ang logarithm table o gamit ang isang microcalculator.

Ang decibel ay isang logarithmic unit na katumbas ng ikasampu ng isang bel.

Ipinapahiwatig ng dB. Kinakalkula ng formula: N dB =10·lg(I 2 /I 1).

Ang decibel ay isang mas maginhawang yunit para sa pagsasanay at samakatuwid ay ginagamit nang mas madalas sa mga kalkulasyon.

Ang octave ay isang logarithmic unit ng medical acoustics na ginagamit upang makilala ang mga frequency interval.

Ang octave ay isang interval (band) ng mga frequency kung saan ang ratio ng mas mataas na frequency sa mas mababang frequency ay dalawa.

Sa dami, ang frequency interval sa octaves ay katumbas ng binary logarithm ng ratio ng dalawang frequency:

N OCT =log 2 (f 2 /f 1). Narito ang N ay ang bilang ng mga oktaba sa pagitan ng dalas;

f 2, f 1 - mga hangganan ng pagitan ng dalas (matinding dalas).

Isang octave ang nakukuha kapag ang frequency ratio ay dalawa: f 2 / f 1 =2.

Sa mga medikal na acoustics, ginagamit ang karaniwang mga hangganan ng dalas ng octave.

Sa loob ng bawat pagitan, ang average na rounded octave frequency ay ibinibigay.

Ang mga hangganan ng dalas ng 18 - 45 Hz ay ​​tumutugma sa average na dalas ng octave - 31.5 Hz;

ang mga hangganan ng dalas ng 45-90 Hz ay ​​tumutugma sa isang average na dalas ng octave na 63 Hz;

mga hangganan 90-180 Hz - 125 Hz.

Ang sequence ng average na octave frequency kapag sinusukat ang hearing acuity ay ang mga sumusunod na frequency: 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Bilang karagdagan sa puti, decibel at octave in acoustics Ginagamit ang logarithmic unit na "decade". Ang frequency interval sa mga dekada ay katumbas ng decimal logarithm ng ratio ng dalawang extreme frequency:

N dec =log(f 2 /f 1).

Dito ang N dekada ay ang bilang ng mga dekada sa pagitan ng dalas;

f 2, f 1 - mga hangganan ng pagitan ng dalas.

Nakukuha ang isang dekada kapag ang ratio ng matinding frequency ng interval ay katumbas ng sampu: f 2 / f 1 = 10.

Sa mga tuntunin ng sukat, ang isang dekada ay katumbas ng puti, ngunit ginagamit lamang sa mga tunog, at para lamang makilala ang ratio ng dalas.

Mga kondisyon para sa pang-unawa ng tao sa tunog.

Z Ang sound field ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng kinetic energy ng oscillating material body, sound waves sa media na may nababanat na istraktura (solids, liquids at gases). Ang proseso ng pagpapalaganap ng mga vibrations sa isang nababanat na daluyan ay tinatawag kumaway. Ang direksyon ng pagpapalaganap ng sound wave ay tinatawag sound beam, at ang ibabaw na nagkokonekta sa lahat ng katabing punto ng field na may parehong yugto ng oscillation ng mga particle ng medium ay kaway sa harap. Sa solids, ang mga vibrations ay maaaring magpalaganap sa parehong longitudinal at transverse na direksyon. Kumalat lang sila sa hangin mga paayon na alon.

Libreng sound field tinatawag na field kung saan nangingibabaw ang direktang sound wave, at ang mga reflected wave ay wala o bale-wala.

Diffuse sound field- ito ay isang patlang kung saan sa bawat punto ay pareho ang density ng enerhiya ng tunog at sa lahat ng direksyon kung saan ang parehong mga daloy ng enerhiya ay nagpapalaganap bawat yunit ng oras.

Ang mga sound wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na pangunahing parameter.

Haba ng daluyong- katumbas ng ratio ng bilis ng tunog (340 m/s sa hangin) sa dalas ng mga vibrations ng tunog. Kaya, ang wavelength sa hangin ay maaaring mag-iba mula sa 1.7 cm (para sa f= 20000 Hz) hanggang 21 m (para sa f= 16 Hz).

Presyon ng tunog- ay tinukoy bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng agarang presyon ng field ng tunog sa isang naibigay na punto at ng istatistika (atmospheric) na presyon. Ang presyon ng tunog ay sinusukat sa Pascals (Pa), Pa = N/m2. Mga pisikal na analogue - boltahe ng kuryente, kasalukuyang.

Tindi ng tunog– ang average na dami ng enerhiya ng tunog na dumadaan sa bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng ibabaw ng yunit na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Ang intensity ay sinusukat sa mga yunit ng W/m2 at kumakatawan sa aktibong bahagi ng kapangyarihan ng mga sound vibrations. Ang pisikal na analogue ay electrical power.

Sa acoustics, ang mga resulta ng pagsukat ay karaniwang ipinapakita sa anyo ng mga kamag-anak na logarithmic unit. Upang suriin ang pandinig na sensasyon, ginagamit ang isang yunit na tinatawag na Bel (B). Dahil ang Bel ay isang medyo malaking yunit, isang mas maliit na halaga ang ipinakilala - decibel (dB) na katumbas ng 0.1 B.

Ang presyon ng tunog at intensity ng tunog ay ipinahayag sa mga relatibong antas ng acoustic:

,

Ang mga zero na halaga ng mga antas ng acoustic ay tumutugma sa karaniwang tinatanggap at W/m 2 na may harmonic sound vibration na may frequency na 1000 Hz. Ang mga ibinigay na halaga ay tumutugma ng humigit-kumulang sa pinakamababang halaga na nagdudulot ng mga sensasyon sa pandinig (ganap na threshold ng pandinig).

Mga kondisyon para sa pagsukat ng mga katangian ng mikropono. Ang mga sukat ng tunog ay may ilang partikular na tampok. Kaya, ang pagsukat ng ilang mga katangian ng electroacoustic equipment ay dapat isagawa sa mga kondisyon ng libreng field, i.e. kapag walang masasalamin na alon.

Sa mga ordinaryong silid ay hindi matutugunan ang kundisyong ito, at ang pagsukat sa labas ay mahirap at hindi laging posible. Una, sa labas ay mahirap iwasan ang mga pagmuni-muni mula sa mga ibabaw tulad ng lupa. Pangalawa, ang mga sukat sa kasong ito ay nakasalalay sa mga kondisyon ng atmospera (hangin, atbp.) at maaaring humantong sa malalaking pagkakamali, hindi pa banggitin ang ilang iba pang mga abala. Pangatlo, sa open air mahirap iwasan ang impluwensya ng extraneous (industrial, etc.) ingay.

Samakatuwid, upang magsagawa ng mga sukat sa isang libreng patlang, ginagamit ang mga espesyal na silid na pinahina ng tunog, kung saan ang mga nakalarawan na alon ay halos wala.

Pagsukat ng mga katangian ng mikropono sa isang anechoic chamber. Upang sukatin ang sensitivity ng isang free-field na mikropono, susukatin muna ng isa ang sound pressure sa punto kung saan ilalagay ang mikropono na sinusuri, at pagkatapos ay ilagay ito sa puntong iyon. Ngunit dahil halos walang interference sa silid, at ang distansya ng mikropono mula sa loudspeaker ay kinuha katumbas ng 1 - 1.5 m (o higit pa) na may diameter ng emitter na hindi hihigit sa 25 cm, ang mikropono sa pagsukat ay maaaring ilagay malapit. sa mikroponong sinusuri. Ang diagram ng setup ng pagsukat ay ipinapakita sa Fig. 4. Natutukoy ang pagiging sensitibo sa buong saklaw ng nominal na dalas. Sa pamamagitan ng pagtatakda ng kinakailangang presyon gamit ang sound pressure meter (sound meter), sukatin ang boltahe na binuo ng mikropono sa ilalim ng pagsubok at tukuyin ang sensitivity ng axial nito.

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

Ang sensitivity ay tinutukoy alinman sa pamamagitan ng open circuit boltahe o sa pamamagitan ng boltahe sa rated load. Bilang isang patakaran, ang panloob na module ng paglaban ng isang mikropono sa dalas ng 1000 Hz ay ​​kinukuha bilang ang na-rate na pagkarga.

Fig.4. Functional na diagram ng pagsukat ng sensitivity ng mikropono:

1 - tono o puting ingay generator; 2 - octave filter (isang-ikatlong oktaba); 3 - amplifier; 4 - anechoic chamber; 5 – acoustic emitter; 6 - mikropono sa ilalim ng pagsubok; 7 - pagsukat ng mikropono; 8 - millivoltmeter; 9 - millivoltmeter, nagtapos sa pascals o decibels (sound level meter).

Antas ng pagiging sensitibo ay tinukoy bilang sensitivity, na ipinahayag sa mga decibel, na nauugnay sa isang halaga na katumbas ng 1.

Karaniwang antas ng sensitivity (sa decibels) ay tinukoy bilang ang ratio ng boltahe na binuo sa nominal load resistance sa sound pressure na 1 Pa sa boltahe na tumutugma sa power = 1 mW at kinakalkula gamit ang formula:

nasaan ang boltahe (V) na binuo ng mikropono sa nominal load resistance (Ohm) sa sound pressure na 1 Pa.

Dalas na tugon Ang sensitivity ng mikropono ay ang pag-asa ng sensitivity ng mikropono sa dalas sa mga pare-parehong halaga ng sound pressure at kasalukuyang supply ng mikropono. Ang frequency response ay sinusukat sa pamamagitan ng maayos na pagbabago ng frequency ng generator. Batay sa nakuhang frequency response, ang hindi pagkakapantay-pantay nito sa nominal at operating frequency ranges ay tinutukoy.

Mga katangian ng direksyon Ang mikropono ay tinanggal ayon sa parehong pamamaraan (Larawan 4), at depende sa gawain, alinman sa ilang mga frequency, gamit ang isang tone generator, o para sa isang signal ng ingay sa isang-ikatlong octave band, o para sa isang ibinigay na frequency band, gamit ang isang kaukulang bandpass filter sa halip na isang-ikatlong octave na filter.

Upang sukatin ang mga katangian ng direksyon, ang mikroponong nasa ilalim ng pagsubok ay naka-mount sa isang umiikot na disk na may dial. Ang disk ay pinaikot nang manu-mano o awtomatiko, kasabay ng talahanayan ng pag-record. Ang katangian ay kinuha sa isang eroplano na dumadaan sa gumaganang axis ng mikropono, kung ito ay isang katawan ng pag-ikot sa paligid ng axis nito. Para sa iba pang mga hugis ng mikropono, ang katangian ay kinuha para sa mga ibinigay na eroplano na dumadaan sa gumaganang axis. Ang anggulo ng pag-ikot ay sinusukat sa pagitan ng gumaganang axis at ang direksyon patungo sa pinagmulan ng tunog. Ang katangian ng directivity ay na-normalize na may kaugnayan sa sensitivity ng axial.

SOUND FIELD- isang hanay ng mga spatio-temporal na distribusyon ng mga dami na nagpapakita ng kaguluhan sa tunog na isinasaalang-alang. Ang pinakamahalaga sa kanila: sound pressure p, vibrational velocity ng mga particle v, vibrational displacement ng mga particle x, relatibong pagbabago sa density (tinatawag na acoustic compression) s=dr/r (kung saan ang r ay ang density ng medium), adiabatic. pagbabago ng temperatura d T, kasama ng compression at rarefaction ng medium. Kapag ipinakilala ang konsepto ng 3.p., ang daluyan ay itinuturing na tuluy-tuloy at ang molekular na istraktura ng sangkap ay hindi isinasaalang-alang. 3. pinag-aaralan ang mga aytem sa pamamagitan ng pamamaraan geometric acoustics, o batay sa teorya ng alon. Sa medyo maayos na pag-asa ng mga dami na nagpapakilala sa 3. p sa mga coordinate at oras (i.e., sa kawalan ng pressure surges at pagbabagu-bago sa bilis mula sa punto hanggang punto), na tumutukoy sa spatio-temporal na pagdepende ng isa sa mga dami na ito (halimbawa. , sound pressure) ganap na tinutukoy ang spatiotemporal dependencies ng lahat ng iba pa. Ang mga dependency na ito ay tinutukoy ng mga equation 3. p., na sa kawalan ng dispersion ng bilis ng tunog ay nabawasan sa isang wave equation para sa bawat isa sa mga dami at mga equation na nagkokonekta sa mga dami na ito sa bawat isa. Halimbawa, natutugunan ng sound pressure ang wave equation

At ibinigay ang kilala R matutukoy mo ang natitirang mga katangian ng 3. p.

saan Sa- bilis ng tunog, g= c p/c V- ratio ng kapasidad ng init sa post. presyon sa kapasidad ng init sa pare-pareho. dami, a - koepisyent. thermal expansion ng medium. Para magkasundo 3. p. ang wave equation ay napupunta sa Helmholtz equation: D R+k 2 R= 0, kung saan k= w /c ay ang wave number para sa frequency w, at ang mga expression para sa v at x kunin ang form:

Bilang karagdagan, ang 3. item ay dapat matugunan ang mga kundisyon sa hangganan, ibig sabihin, ang mga kinakailangan na ipinapataw sa mga dami na nagpapakilala sa 3. item, pisikal. mga katangian ng mga hangganan - mga ibabaw na naglilimita sa kapaligiran, mga ibabaw na naglilimita sa mga hadlang na inilagay sa kapaligiran, at mga interface ng agnas. avg. Halimbawa, sa isang ganap na mahigpit na hangganan, ang normal na bahagi ng mga oscillation. bilis vn dapat pumunta sa zero; sa libreng ibabaw ang presyon ng tunog ay dapat maglaho; sa hangganan na nailalarawan acoustic impedance, p/v n dapat ay katumbas ng partikular na acoustic. impedance ng hangganan; sa interface sa pagitan ng dalawang media ng magnitude R At vn sa magkabilang panig ng ibabaw ay dapat na pantay sa mga pares. Sa mga tunay na likido at gas ay may complementarity. kundisyon ng hangganan: paglalaho ng tangent component ng mga oscillations. mga bilis sa isang mahigpit na hangganan o pagkakapantay-pantay ng mga tangent na bahagi sa interface sa pagitan ng dalawang media. Sa mga solidong panloob Ang mga stress ay nailalarawan hindi sa pamamagitan ng presyon, ngunit sa pamamagitan ng isang stress tensor, na sumasalamin sa pagkakaroon ng pagkalastiko ng daluyan na may paggalang sa mga pagbabago hindi lamang sa dami nito (tulad ng sa mga likido at gas), kundi pati na rin sa hugis. Alinsunod dito, ang parehong equation 3. at ang mga kondisyon ng hangganan ay nagiging mas kumplikado. Ang mga equation para sa anisotropic media ay mas kumplikado. Equation 3. p at boundary kondisyon ay hindi sa lahat ng matukoy ang uri ng waves sa kanilang sarili: sa decomp. mga sitwasyon sa parehong kapaligiran sa ilalim ng parehong kondisyon ng hangganan, 3. ang mga bagay ay magkakaroon ng iba't ibang anyo. Sa ibaba ay inilalarawan natin ang iba't ibang uri ng 3. bagay na lumitaw sa iba't ibang uri. mga sitwasyon. 1) Libreng alon - 3. p., na maaaring umiral sa buong walang limitasyon. kapaligiran sa kawalan ng panlabas mga impluwensya, hal p=p(x 6ct), tumatakbo sa kahabaan ng axis X sa positibong ("-" sign) at negatibo ("+" sign) na direksyon. Sa isang alon ng eroplano p/v= br Sa, kung saan ang r Sa - katangian impedance kapaligiran. Ilagay ito sa mga lugar. direksyon ng sound pressure ng oscillation ang bilis sa isang naglalakbay na alon ay tumutugma sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, sa mga lugar na ito ay negatibo. ang presyon ay kabaligtaran sa direksyon na ito, at sa mga lugar kung saan ang presyon ay nagiging zero ito ay nag-o-oscillate. ang bilis din mawala. Harmonic ang isang eroplanong naglalakbay na alon ay may anyo: p=p 0 cos(w t-kx+ j), saan R 0 at j 0 - ayon sa pagkakabanggit, ang amplitude ng alon at ang simula nito. yugto sa punto x=0. Sa media na may pagpapakalat ng bilis ng tunog, ang maharmonya na bilis. mga alon Sa=w/ k depende sa frequency. 2) Pagbabago sa limitado mga lugar ng kapaligiran sa kawalan ng panlabas mga impluwensya, halimbawa 3. p., na nagmumula sa isang saradong dami sa ibinigay na simula. kundisyon. Ang nasabing 3. puntos ay maaaring kinakatawan sa anyo ng isang superposisyon ng mga nakatayong alon na katangian ng isang ibinigay na dami ng daluyan. 3) 3. mga bagay na nagmumula sa walang limitasyon. kapaligiran sa ibinigay na inisyal kundisyon - mga halaga R At v sa ilang simula punto sa oras (halimbawa, 3. mga bagay na nagmula pagkatapos ng pagsabog). 4) 3. radiation na nilikha ng mga oscillating na katawan, mga jet ng likido o gas, mga bumabagsak na bula, atbp. natural. o sining. acoustic mga nagbubuga (tingnan Paglabas ng tunog Ang pinakasimpleng radiation sa mga tuntunin ng hugis ng field ay ang mga sumusunod. Ang monopole radiation ay isang spherically symmetrical diverging wave; para maayos radiation mayroon itong anyo: p = -i rwQexp ( ikr)/4p r, kung saan ang Q ay ang pagiging produktibo ng pinagmulan (halimbawa, ang rate ng pagbabago sa volume ng isang pulsating body, maliit kumpara sa wavelength), inilagay sa gitna ng wave, at r- distansya mula sa gitna. Ang sound pressure amplitude para sa monopole radiation ay nag-iiba sa distansya bilang 1/ r, A

sa non-wave zone ( kr<<1) v nag-iiba sa distansya bilang 1/ r 2, at sa alon ( kr>>1) - tulad ng 1/ r. Phase shift j sa pagitan R At v bumababa ng monotonically mula 90° sa gitna ng wave hanggang sa zero sa infinity; tan j=1/ kr. Dipole radiation - spherical. isang diverging wave na may figure-of-eight na direksyon na katangian ng form:

saan F ay ang puwersa na inilapat sa daluyan sa gitna ng alon, q ay ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng puwersa at direksyon sa punto ng pagmamasid. Ang parehong radiation ay nilikha ng isang globo ng radius a<u=F/2 prw a 3. Piston radiation - 3. p., na nilikha ng translational vibrations ng flat piston. Kung ang mga sukat nito ay >>l, kung gayon ang radiation ay isang quasi-plane wave na nagpapalaganap sa anyo ng mga hangganan. sinag na nakapatong sa piston. Habang lumalayo ito sa piston, pinalabo ng diffraction ang sinag, na nagbabago sa isang malaking distansya mula sa piston tungo sa isang multi-lobed diverging spherical beam. kumaway. Ang lahat ng mga uri ng radiation ng third-party sa isang malaking distansya mula sa emitter (sa tinatawag na malayong zone, o Fraunhofer zone) ay asymptotically kumuha ng anyo ng diverging spherical particle. mga alon: R=A exp( ikr)R(q, j)/ r, Saan A-constant, q at j ay mga spherical na anggulo. mga sistema ng coordinate, R(q, j) - katangian ng direktiba ng radiation. Kaya, asymptotically bumababa ang field sa kabaligtaran na proporsyon sa distansya ng observation point mula sa lugar kung saan matatagpuan ang pinagmulan ng tunog. Ang simula ng malayong sona ay karaniwang itinuturing na distansya r=D 2 / l, kung saan D- nakahalang mga sukat ng radiating system. Sa tinatawag na sa malapit na zone (Fresnel zone) para sa 3. p radiation sa pangkalahatang kaso walang k-l. tiyak na pag-asa sa r, at ang. nagbabago ang dependence kapag nagbabago r- hindi pa nabuo ang katangian ng direksyon. 5) 3. tumututok na mga punto - mga patlang na malapit sa foci at caustics ng mga nakatutok na aparato, na nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas. mga halaga ng sound pressure, na lumiliko (gamit ang geometric acoustics approximations) sa infinity sa foci at caustics (tingnan. Nakatuon ang tunog). 6) 3. mga bagay na nauugnay sa pagkakaroon ng paglilimita sa mga ibabaw at mga hadlang sa kapaligiran. Kapag ang mga alon ng eroplano ay sinasalamin at na-refracte sa mga hangganan ng eroplano, ang mga sinasalamin ng eroplano at na-refracted na mga alon ay lumitaw din. SA acoustic waveguides na puno ng isang homogenous na daluyan, ang superposisyon ng mga alon ng eroplano ay bumubuo ng mga normal na alon. Kung masasalamin, magkakasuwato mga alon ng eroplano mula sa mga hangganan ng eroplano, ang mga nakatayong alon ay nabuo, at ang mga resultang field ay maaaring nakatayo sa isang direksyon at naglalakbay sa isa pa. 7) 3. puntos, damped dahil sa di-kasakdalan ng daluyan - ang pagkakaroon ng lagkit, thermal conductivity, atbp. (tingnan. Pagsipsip ng tunog Para sa mga naglalakbay na alon, ang impluwensya ng naturang pagpapalambing ay nailalarawan sa pamamagitan ng salik na exp a X, kung saan ang a ay ang amplitude spatial coefficient. attenuation na nauugnay sa quality factor Q ng medium sa pamamagitan ng ugnayan: a =k/2 T. Sa mga nakatayong alon, lumilitaw ang multiplier exp (-d). t >>

Ang sound field ay isang rehiyon ng espasyo kung saan ang mga sound wave ay nagpapalaganap, iyon ay, acoustic vibrations ng mga particle ng isang elastic medium (solid, liquid o gaseous) na pumupuno sa rehiyong ito. Ang konsepto ng sound field ay kadalasang ginagamit para sa mga lugar na ang mga sukat ay nasa ayos ng o mas malaki kaysa sa sound wavelength.

Sa panig ng enerhiya, ang sound field ay nailalarawan sa density ng sound energy (ang enerhiya ng oscillatory process bawat unit volume) at sound intensity.

Ang ibabaw ng katawan na nag-vibrate ay isang emitter (pinagmulan) ng sound energy, na lumilikha ng acoustic field.

Acoustic field tinatawag na rehiyon ng isang nababanat na daluyan, na isang paraan ng pagpapadala ng mga acoustic wave. Ang acoustic field ay nailalarawan sa pamamagitan ng:

· presyon ng tunog p sv, Pa;

· acoustic resistance z A, Pa*s/m.

Ang mga katangian ng enerhiya ng acoustic field ay:

· intensity I, W/m2;

· lakas ng tunog W, Ang W ay ang dami ng enerhiya na dumadaan sa bawat yunit ng oras sa ibabaw na nakapalibot sa pinagmumulan ng tunog.

Ang isang mahalagang papel sa pagbuo ng acoustic field ay nilalaro ni katangian ng direksiyon ng pagpapalabas ng tunog F, ibig sabihin. angular spatial distribution ng sound pressure na nabuo sa paligid ng source.

Ang lahat ng mga dami na ito ay magkakaugnay at nakasalalay sa mga katangian ng daluyan kung saan ang tunog ay nagpapalaganap.

Kung ang acoustic field ay hindi limitado sa ibabaw at umaabot halos hanggang sa infinity, kung gayon ang naturang field ay tinatawag na isang libreng acoustic field.

Sa isang nakakulong na espasyo (halimbawa, sa loob ng bahay), ang pagpapalaganap ng mga sound wave ay nakasalalay sa geometry at acoustic na katangian ng mga ibabaw na matatagpuan sa landas ng mga alon.

Ang proseso ng pagbuo ng sound field sa isang silid ay nauugnay sa mga phenomena umalingawngaw At pagsasabog.

Kung ang isang mapagkukunan ng tunog ay nagsimulang gumana sa silid, pagkatapos ay sa unang sandali ng oras mayroon lamang kaming direktang tunog. Kapag naabot ng alon ang hadlang na sumasalamin sa tunog, nagbabago ang pattern ng field dahil sa hitsura ng mga sinasalamin na alon. Kung ang isang bagay na ang mga sukat ay maliit kumpara sa haba ng sound wave ay inilagay sa sound field, kung gayon halos walang pagbaluktot ng sound field ang naobserbahan. Para sa epektibong pagmuni-muni, kinakailangan na ang mga sukat ng sumasalamin na hadlang ay mas malaki kaysa o katumbas ng haba ng sound wave.

Ang isang field ng tunog kung saan lumilitaw ang isang malaking bilang ng mga sinasalamin na alon sa iba't ibang direksyon, bilang isang resulta kung saan ang tiyak na density ng enerhiya ng tunog ay pareho sa buong field, ay tinatawag na diffuse field.

Pagkatapos huminto ang pinagmulan sa paglabas ng tunog, ang acoustic intensity ng sound field ay bababa sa zero level sa loob ng walang katapusang oras. Sa pagsasagawa, ang isang tunog ay itinuturing na ganap na pinahina kapag ang intensity nito ay bumaba sa 10 6 na beses sa antas na umiiral sa sandaling ito ay naka-off. Anumang sound field bilang elemento ng vibrating medium ay may sariling sound attenuation na katangian - umalingawngaw(“pagkatapos ng tunog”).