Fale akustyczne

Fala akustyczna - zaburzenie mechaniczne

rozchodzące się w ośrodku sprężystym

obdarzonym masą i przenoszące energię.

Ośrodki w których mogą się poruszać fale

akustyczne

to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz,

gaz)

Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić 4 rodzaje fal:

• infradźwięki - < 20

Hz,

• dźwięki słyszalne - 20 Hz - 20 kHz - jesteśmy je

w stanie

rejestrować poprzez wrażenia zmysłowe;

• ultradźwięki - > 20

kHz,

• hiperdźwięki - >

10

10

Hz.

• Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości
(im większa częstotliwość sygnału, tym wyższy dźwięk)
• Głośność dźwięku zależy od natężenia
(jeśli sygnał ma odpowiednio duże natężenie, wydaje się głośniejszy)

Pole akustyczne - obszar przestrzeni,
w którym istnieją drgania akustyczne

Ucho ludzkie najlepiej wyłapuje dźwięki o częstotliwości 1000 Hz.
Natężenie progowe (próg słyszalności dla częstotliwości = 1000 Hz):

Krzywa słyszalności ucha ludzkiego :

I

0

=10

-12

[W/m

2

]

Ciśnienie akustyczne

Ciśnienie akustyczne p określamy jako różnicę między

aktualną

wartością ciśnienia P, a ciśnieniem P

0

panującym

wówczas,

gdy ośrodek ten był w równowadze.

P

0

w normalnych warunkach odpowiada ciśnieniu

atmosferycznemu.

Okres T jest najkrótszym czasem, w którym ciśnienie
akustyczne przechodzi przez wszystkie swoje wartości

Natężenie dźwięku

Natężenie dźwięku I jest to energia fali akustycznej E
przekazywana w jednostce czasu przez jednostkową
powierzchnię.

I = E/St

Prawo Webera-Fechnera - najmniejszy odczuwalny
przyrost natężenia dźwięku jest wprost proporcjonalny
do natężenia dźwięku wyjściowego.
Wynika z tego, że intensywność wrażenia zmysłowego
jest nieliniową funkcją natężenia bodźca (dźwięku).

Bliższa analiza prawa Webera-Fechnera wskazuje,
że względna intensywność odczuwania bodźca jest
proporcjonalna do logarytmu ze stosunku natężeń
tego bodźca i bodźca wzorcowego. Prowadzi to do
następującej definicji poziomu natężenia dźwięku L:

L = log

10

(I/I

0

)

Prędkość

fali akustycznej

B - moduł sprężystości objętościowej
- gęstość

Przykładowe prędkości rozchodzenia się fali:

Opór akustyczny

z = v

Fala będzie tym lepiej przechodziła z jednego ośrodka
do drugiego im bliższe są sobie ich wartości oporów
akustycznych, czyli im różnica z

1

-z

2

będzie mniejsza.

Gdy fala przechodzi przez ośrodki o nieznacznie

różnych oporach akustycznych to na ich granicy

część fali padającej ulegnie odbiciu, a natężenie

fali przechodzącej głębiej ulegnie stosownemu

zmniejszeniu.

Wartości prędkości dźwięku i oporu akustycznego

niektórych ośrodków:

Echo

Fala odbita od granicy ośrodków powraca po czasie

t’ liczonym od momentu nadania sygnału do źródła

dając efekt echa.

Odległość między źródłem, a odbijającą granicą ośrodków

można obliczyć posługując się następującym wzorem:

x = 0,5*vt’

Przy powierzchni gładkiej efekt echa może być zarejestrowany

w miejscu wysyłania fali, gdy powierzchnia odbijająca

jest położona prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali.