To tylko jedna z 12 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Pomiary akustyczne
1.
Wstęp
Z fizycznego punktu widzenia dźwięk to drgania mechaniczne gazowego, płynnego lub
stałego elastycznego medium, w trakcie których energia odprowadzana jest ze źródła za pomocą
fal akustycznych. Potocznie przez dźwięk rozumiemy takie zaburzenie (zmianę ciśnienia,
przemieszczenie cząstek), które jest w stanie wywołać wraŜenie słuchowe. RozwaŜmy cząstkę
medium, która jest mała w stosunku do zaburzenia akustycznego (tj. długości fali), ale wystarczająco duŜa by reprezentować własności fizyczne ośrodka. JeŜeli taka cząstka zostanie wytracona z
połoŜenia równowagi, to uderzy swa sąsiadkę, powodując jej ruch o podobnym przemieszczeniu,
sama się odbijając. Ta sąsiednia cząstka uderzy teraz następną itd. Nastąpi w ten sposób
propagacja zaburzeń medium dzięki kolejnym oscylacjom sąsiadujących ze sobą elastycznych
drobin. śadna z nich nie porusza się wraz z zaburzeniem (fala) - to tylko energia zaburzenia
podlega transmisji, a same cząstki drgają jedynie wokół połoŜeń równowagi wzdłuŜ kierunku
propagacji fali akustycznej. Rozprzestrzenianie się tej zmiany jest związane z przenoszeniem
energii wibroakustycznej z jednego do drugiego punktu przestrzeni bez przenoszenia materii
między tymi punktami. Jest to moŜliwe, poniewaŜ, energia jest przekazywana łańcuchowo od
cząsteczki do cząsteczki wskutek drgań wokół połoŜenia równowagi. Kierunki i prędkości tych
drgań oraz powstałej wskutek tego fali mogą być róŜne.
Fala akustyczna rozchodzi się w ośrodku spręŜystym nawet po zakończeniu działania źródła
zakłóceń. Gdyby to był ośrodek zachowawczy, to po pewnym czasie fala dotarłaby bez zniekształceń do kaŜdego punktu ośrodka leŜącego na kierunku rozprzestrzeniania się fali. Jednak
rzeczywiste ośrodki mają zawsze pewne własności tłumiące i dlatego przenoszona energia
wibroakustyczna ulega rozpraszaniu z upływem czasu, co powoduje zanikanie drgań cząsteczek
ośrodka.
W ruchu falowym powsta- a)
jącym w ośrodku spręŜystym
ciągłym moŜna wyróŜnić:
Kierunek rozchodzenia
• falę podłuŜną, w której
Kierunek drgań
się fali
cząsteczki
materialne
cząsteczek
b)
drgają w kierunku rozchodzenia się fali (rys. 1a),
• falę poprzeczną, w której
cząsteczki
materialne
drgają prostopadle do
Rysunek 1. Drgania cząsteczek ośrodka w fali: a) podłuŜnej,
kierunku rozchodzenia się
b) poprzecznej
fali (rys. 1b).
Czas niezbędny do przekaza-
1
nia ruchu pomiędzy kolejnymi cząstkami, a wiec i prędkość propagacji zaburzeń (prędkość
dźwięku) zaleŜy od modułu spręŜystości ośrodka. Prędkości rozchodzenia się fal są wyraŜone
zaleŜnościami:
• dla fali podłuŜnej:
K+
c1 =
4
⋅G
3
ρ
gdzie:
K
G
ρ
-
moduł odkształcenia objętościowego [MPa],
moduł spręŜystości poprzecznej [MPa],
gęstość ośrodka kg/m3,
• dla fali poprzecznej:
c2 =
G
ρ
.
Z porównania wyraŜeń znajdujących się pod pierwiastkami wynika, Ŝe zawsze c1c2. Dla stałego
ciała izotropowego obowiązują zaleŜności:
E
3 ⋅ (1 - 2 ⋅ ν )
E
G=
2 ⋅ (1 + ν )
K=
gdzie:
E
moduł spręŜystości wzdłuŜnej [MPa],
ν
liczba
(…)
…, jakim jest powietrze. JeŜeli nie rozchodzą się w nim
fale akustyczne, to istnieje w tym ośrodku ciśnienie statyczne zwane często ciśnieniem atmosferycznym. Obszar przestrzeni, w którym rozchodzą się fale akustyczne nazywa się polem
akustycznym. W kaŜdym punkcie pola ciśnienie ośrodka zmienia się z czasem, oscylując wokół
3
wartości średniej, jaką jest ciśnienie statyczne. RóŜnicę chwilowej wartości ciśnienia i ciśnienia
statycznego nazwano ciśnieniem akustycznym, którego wartość podaje się w (Pa).
Wartość fali dźwiękowej moŜe być opisana róŜnymi sposobami, ale zwykle najwygodniej jest
mierzyć ciśnienie akustyczne (a nie przesunięcie cząstek czy ich prędkość). Intensywnością
dźwięku jest średnią wartością mocy płynącej przez jednostkowa powierzchnie:
T
I = p(t) ⋅ v(t) =
1
⋅ p(t) ⋅ v(t) ⋅ dt ,
T ∫
0
v…
… i dlatego jest najczęściej stosowana. Krzywe B i C aproksymują kontury linii odpowiednio 70 i 100 fonów, krzywa D ( nie pokazana na rysunku) stosowana jest w pomiarach
jednego typu hałasu - hałasu samolotów. W filtry o takich charakterystykach wyposaŜa się
mierniki poziomu dźwięku.
Rysunek 3. Krzywe korekcyjne
8
5. Miernik poziomu dźwięku
Mikrofon
przetwarza
zmiany
ciśnienia powietrza na odpowiednie
napięcie elektryczne…
… =
∫ p (t)dt =
T 0 ρ ⋅c
ρ ⋅c ⋅T 0
ρ ⋅c
Szczególnie przydatnymi miarami są tzw. poziomy dźwięku. Z akustyki fizjologicznej wiadomo,
Ŝe ucho ludzkie moŜe odbierać dźwięki o ciśnieniu z zakresu 10-5 do 102Pa tzn. róŜniące się 10
milionów razy. Wiemy takŜe, Ŝe ludzkie odczucie głośności jest proporcjonalne do logarytmu
ciśnienia lub intensywności. Dla tych powodów w akustyce uŜywa się jednostek względnych…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)