Звуковое поле. Количество звуковой энергии в единице объема звукового поля. Акустическое сопротивление

ЛЕКЦИЯ 1.

Звуковое поле.

          Звук– психофизиологическое ощущение, вызываемое механическими колебаниями частиц упругой среды.

Звуковой диапазон » 20-20000 Гц

Колебания с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, а больше 20000 Гц- ультразвуком.

Звуковое поле – пространство упругой среды, обычно воздушной, где распространяются звуковые колебания.

Возбуждение звука вызывает колебательный процесс, изменяющий давление в упругой среде, в которой образуются чередующиеся слои сжатия и разрежения, распространяющиеся от источника звука в виде звуковых волн. Скорость распространения звука определяется скоростью распространения областей сжатия.

С » 340 м/с (в воздухе);

С » 1.5*10³ м/с (в воде);

С » 5¸6*10³ м/с (в твердых веществах);

НЧ акустические колебания- 20-500 Гц;

СЧ акустические колебания до 2 кГц;

ВЧ акустические колебания от 2-5 кГц до 20 кГц.

Звуковое поле характеризуется звуковым давлением, колебательной скоростью, интенсивностью звука и плотностью звуковой энергии.

         Звуковое давление – это разность между мгновенным значением давления в точке среды в момент прохождения звуковой волны и статическим (атмосферным) давлением в той же точке. Это знакопеременная величина.

р_атм.=10⁵Па =10⁵Н/м²

               1Па=1 Н/м²

р=10^-5Па - 50Па

Рис. 1. Изменение звукового давления в точке звукового поля при синусоидальном колебании частиц упругой среды.

       Колебательная скорость–  скорость колебаний частиц среды около своего положения покоя.

                                                       (1.1)

Где U-смещение частиц. V [м/с]. С увеличением частоты V увеличивается.

       Интенсивность звука(I)– количество энергии проходящей в секунду через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны.

                                                   (1.2)

Для периодических и сложных звуков.

                                                 (1.3)

Вектор Умова, Р - мощность. I- среднее значение удельной мощности колебаний, распространяющихся в положительном направлении.

При синусоидальных колебаниях:

                               (1.4)

                                                 (1.5)

Для плоской волны .

                                           (1.6)

Для сферической волны:

                                   (1.7)

Для двух поверхностей радиусами  (если нет поглотителей между ними):

                                                (1.8)

                                                         (1.9)

Отсюда:

                                                       (1.10)

Где - интенсивность на расстоянии 1м от сферы.

       Плотность звуковой энергии(e)– количество звуковой энергии находящейся в единице объема звукового поля.

Количество звуковой энергии в единице объема звукового поля:

                                                   (1.11)

Интенсивность имеет смысл для бегущих волн, плотность энергии – для стоячих, а также для волн в закрытых помещениях.

Акустическое сопротивление.

Противодействие излучению – это акустическое сопротивление Z. Аналог электрического сопротивления – волновое акустическое сопротивление. Разность потенциалов – причина движения электрических зарядов. Разность давлений – причина движений частиц среды. Колебательная скорость(V) - аналог тока (i), а давление (p) аналог напряжения (U). . Z – функция частоты, формы фронта волны, свойств среды. , .

Плоская волна.

       Фронт плоской волны– плоскость перпендикулярная оси распространения волны.

Рис. 2. К Определению свойств плоско волны.

p, I постоянны вдоль направления распространения. Z- активно (r). Параметры поля по х неизменны. Волновое уравнение получается из решения трех уравнений: