Portal akustyki profesjonalnej.

Portal akustyki profesjonalnej.

Wyszukiwarka

Najnowsze og?oszenia

Ankieta

Najbardziej interesuje Mnie...
 

U?ytkownicy online

We have 16 guests online
Strona domowa Kompendium wiedzy Jak to jest, ?e decybel decybelowi nierwny?
Wtorek, 24 Sierpień 2010 23:51

Opis zjawisk i parametrw w akustyce wymaga stosowania ca?ej gamy r?nych wielko?ci fizycznych. Wynika to z uwzgl?dniania nie tylko czysto ilo?ciowego opisu zjawisk w czasie i przestrzeni, ale tak?e potrzeby ich lokalizacji w funkcji cz?stotliwo?ci, a dalej od samego sposobu odbioru d?wi?ku przez ludzkie ucho.

Ocena zjawisk akustycznych w kontek?cie ochrony cz?owieka wymaga zatem dodatkowego odniesienia w?a?ciwych wielko?ci do czasu ich obserwacji i uci??liwo?ci dla organizmu.

P?ynne, prawid?owe pos?ugiwanie si? wielko?ciami akustycznymi wymaga poznania ich genezy i znaczenia, a nierzadko nastr?cza wielu trudno?ci. W tym cyklu artyku?w stara?em si? przybli?y? podstawowe wielko?ci akustyczne zwi?zane z oddzia?ywaniem ha?asu na cz?owieka. Szczegln? uwag? zwrci?em na te przydatne w budownictwie czy ochronie ?rodowiska, chocia? podejrzewam, ?e ka?dy znajdzie co? dla siebie.


Na pocz?tek podstawy tytu?em wprowadzenia.
Natur? d?wi?ku jest przemieszczanie si? miejscowego zaburzenia ci?nienia w o?rodku spr??ystym np. w powietrzu. O?rodki takie maj? tak? w?a?ciwo??, ?e po zadzia?aniu na niego z pewn? si?? z zewn?trz powstanie si?a o tym samym kierunku, ale o przeciwnym zwrocie o?rodek taki po wytr?ceniu ze swojego stanu rwnowagi wraca do stanu pierwotnego (np. nadmuchany balon po ?ci?ni?ciu powraca do pierwotnego kszta?tu).

W naszym przypadku zaburzeniem s? stosunkowo niewielkie zmiany ci?nienia w powietrzu. Mog? by? nimi rwnie? drgania mechaniczne cia? (wibracje) lub zmiany ci?nienia w cieczach. Pozostaj?c w obszarze oddzia?ywania na cz?owieka zosta?my na razie przy d?wi?kach w powietrzu, a wibracjami zajmiemy si? w osobnych artyku?ach.

Za??my, ?e pewne cia?o (nasze ?rd?o zaburzenia, np. p?yta metalowa) wykonuje jednorazowy ruch wychyla si? ze swojego po?o?enia rwnowagi i wraca, przez co wytr?ca cz?steczki powietrza przy powierzchni p?yty ze stanu rwnowagi. Powoduje ich ?ci?ni?cie i powstanie obszaru lokalnego zwi?kszenia ci?nienia. Si?y oddzia?ywania mi?dzy cz?steczkami, d???c do stanu rwnowagi, dzia?aj? przeciwnie odpychaj?c cz?steczki s?siednie, a te z kolei nast?pne w ten sposb jednorazowe zaburzenie o?rodka wywo?uje lawinow? reakcj?. Obszar zwi?kszonego ci?nienia anga?uj?c kolejne cz?steczki stopniowo przesuwa si? dalej od ?rd?a i w ten sposb powstaje fala akustyczna. Ilustracj? tego zjawiska przedstawia rys 1.

Przemieszczanie si? fali akustycznej.

Rys. 1. Przemieszczanie si? fali akustycznej w przestrzeni w kolejnych krokach czasowych. Wysoko?? fali okre?la zmian? ci?nienia, ktra oddala si? od ?rd?a - przesuwa si? w czasie w prawo.

Takie jednorazowe zaburzenie ma charakter impulsu akustycznego. W przestrzeni o?rodka tylko raz wyst?pi zwi?kszenie ci?nienia, ktre rozprzestrzeni si? po czym wszystko wrci do stanu rwnowagi. Trudno uwa?a? impuls za w?a?ciwy d?wi?k, gdy? prawdopodobnie nie zosta?by w ogle zauwa?ony przez ludzkie ucho, ale to zale?y jeszcze od jego czasu trwania i energii w ka?dym razie nie b?d? si? nim tu zajmowa?.

Id?c dalej, je?eli p?yta b?dzie powtarza? ruch (wykonywa? proste drgania o sta?ym okresie), b?dzie wywo?ywa? stale powtarzaj?ce si? zaburzenia - w powietrzu z t? sam? cz?sto?ci? b?d? wyst?powa? lokalne zag?szczenia i rozrzedzenia cz?steczek.
Ilo?? takich pe?nych okresw (cykli zag?szczenie-rozrzedzenie) w czasie sekundy stanowi cz?stotliwo?? d?wi?ku f w Hercach [Hz].

f = 1/T

T czas trwania pe?nego okresu drgania w sekundach.

Jak ju? wspomnia?em fala akustyczna rozchodzi si? w przestrzeni i oddala od ?rd?a. Odleg?o??, jak? pokona w czasie trwania jednego okresu jest d?ugo?ci? fali (patrz rys 2).
Mo?na j? ?atwo okre?li? znaj?c pr?dko?? d?wi?ku i jego cz?stotliwo??:

? = c/f
c- pr?dko?? d?wi?ku,
? d?ugo?? fali.


Przyk?adowo jeden pe?ny okres drgania o cz?stotliwo?ci 1 Hz trwa 1 s. Pr?dko?? d?wi?ku przyjm? na 340 m/s, zatem w czasie jednego okresu fala przeb?dzie a? 340 m.
Zag?szczenia i rozrzedzenia cz?steczek powietrza.

Rys. 2. Zag?szczenia i rozrzedzenia o?rodka odpowiadaj? zmianom ci?nienia akustycznego w przestrzeni. Zmiany te s? bardzo ma?e - mo?na powiedzie?, ?e s? modulacj? ci?nienia atmosferycznego.

Jak wida? d?ugo?? fali i cz?stotliwo?? s? ?ci?le zwi?zane z pr?dko?ci? rozchodzenia si? fali akustycznej pr?dko?ci? d?wi?ku. Dla r?nych o?rodkw pr?dko?? d?wi?ku si? r?ni najwi?ksza jest w cia?ach sta?ych, a najmniejsza w gazach.
Dla powietrza w temperaturze 150C i na poziomie morza (warunki normalne) przyjmuje si? pr?dko?? d?wi?ku ok. 340,4 m/s (1225,4 km/h).

Pomimo, ?e pr?dko?? d?wi?ku zale?y nie tylko od temperatury, ale te? od ci?nienia i wilgotno?ci, zmiany pr?dko?ci d?wi?ku w powietrzu c dobrze przybli?a wzr:

Wzr na pr?dko?c d?wi?ku w powietrzu.[km/h]

Tc temperatura powietrza w 0C.

W tabeli 1 zestawiono d?ugo?ci fal o r?nych cz?stotliwo?ciach w temperaturze 150C.

Cz?stotliwo?? fali
[Hz]
D?ugo?? fali
[cm]
25
1361,60
31,5
1080,63
40
851,00
50
680,80
63
540,32
80
425,50
100
340,40
125
272,32
160
212,75
200
170,20
250
136,16
315
108,06
400
85,10
500
68,08
630
54,03
800
42,55
1000
34,04
1250
27,23
1600
21,28
2000
17,02
2500
13,62
3150
10,81
4000
8,51
5000
6,81
6300
5,40
8000
4,26
10000
3,40
12500
2,72
16000
2,13
20000
1,70

W przyrodzie ka?d? fal? charakteryzuje tak?e jej amplituda i faza. W fizycznym rozumieniu amplitud? fali akustycznej jest maksymalne wychylenie z po?o?enia rwnowagi cz?steczek o?rodka, w jakim rozchodzi si? fala. Przyk?adowo amplitud? fali w drgaj?cej strunie b?dzie jej maksymalne wychylenie w metrach, a w powietrzu maksymalna lokalna zmiana ci?nienia w Pascalach.

Powy?szy opis oddaje tylko podstawow? i wyidealizowan? zasad? powstawania prostej fali d?wi?kowej sinusoidalnej. W praktyce fale d?wi?kowe sumuj? si? i sk?adaj? z niesko?czonej liczby nak?adaj?cych si? fal o r?nych kierunkach rozchodzenia, cz?stotliwo?ciach, amplitudach i fazach. Do opisu fal z?o?onych konieczna jest znajomo?? poj?cia fazy fali.

Je?eli dwa jednakowe ?rd?a umieszczone w po?o?eniu pocz?tkowym (jak na rysunku 3B) rozpoczn? w tym samym momencie jednakowe drgania, to fale rozchodz?ce si? w prawo b?d? zgodne w fazie. Ich suma da fal? o amplitudzie od nich dwa razy wi?kszej.

Inaczej, kiedy jedno ?rd?o rozpocznie swj ruch o po?ow? okresu p?niej ni? drugie. Wtedy sumowane fale b?d? w przeciwfazie, a ich suma da zero fale znios? si?. Nak?adanie si? fal (zwane interferencj?) przybiera znacznie bardziej skomplikowana form?, kiedy zaczynamy rozpatrywa? efekty sumowania si? fal biegn?cych w r?nych kierunkach w przestrzeni o tym zjawisku przy innej okazji. Rysunek 3 poni?ej dostatecznie dobrze ilustruje poj?cie okresu, amplitudy i fazy fal nie wnikaj?c zbytnio w matematyczny opis tych wielko?ci.


Ilustracja okresu, amplitudy i fazy fali akustycznej.
Rys. 3. Ilustracja wielko?ci charakteryzuj?cych fal? akustyczn? okresu, amplitudy i fazy. Jak wida? w cz??ci B rysunku fale o tej samej amplitudzie i fazie zgodnej po dodaniu utworz? fal? o tym samym okresie ale dwukrotnie wi?kszej amplitudzie, natomiast fale o tej samej amplitudzie i przeciwnej fazie znios? si? i ich suma b?dzie rwna zero.

W nast?pnej cz??ci o cz?stotliwo?ciach i ich analizie.


?rd?a:
F. Alton Everest - "Podr?cznik akustyki"
Tor Erik Vigran - "Building acoustics"
David A. Bies, Colin H. Hansen - "Engineering noise control. Theory and practice"
Heinrich Kuttruff - "Acoustics. An introduction"
Heinrich Kuttruff - "Room acoustics"


Komentarze (0)
Napisz komentarz
Your Contact Details:
Komentarz:
[b] [i] [u] [url] [quote] [code] [img]   
:D:angry::angry-red::evil::idea::love::x:no-comments::ooo::pirate::?::(
:sleep::););)):0
Security
Proszę wpisać kod antyspamowy widoczny na obrazku.
 
 
Joomla 1.5 Templates by Joomlashack