background image

Zagadnienia z wykładów na egzamin z Akustyki Analitycznej – 2017, znajomość których pozwoli na 
uzyskanie pozytywnego wyniku. Nie są to przykłady pytań, a „mapa drogowa”, jak się 
przygotowywać. 

1.   23. Podaj trzy podstawowe prawa/zasady, z których wyprowadzamy równanie falowe dla 

wielkości opisujących pole akustyczne. Jakie to mogą być wielkości – podaj przykłady?  

2.  Pokaż, że równanie Eulera jest z natury nieliniowe i podaj sposób jego linearyzacji. 
3.  Napisz postać rozwiązania równania falowego we współrzędnych kartezjańskich w najbardziej 

zwartej postaci (użyj wektora falowego i wektora położenia) i w postaci wynikającej z metody 
rozdzielania zmiennych. Co fizycznie opisuje to rozwiązanie? 

4.  Pokaż, że zakładając pobudzenie harmoniczne z równania falowego dostajemy równanie 

Helmholtza. Podaj ogólną postać rozwiązania tego równania (lub równania falowego) we 
współrzędnych 

a.  - kartezjańskich 
b.  - cylindrycznych 
c.  - sferycznych 

Dokładnie opisz występujące w podanym rozwiązaniu funkcje. 

5.  Zastosuj metodę separacji zmiennych do równania falowego /równania Helmholtza  w 

przypadku, gdy funkcja opisująca wielkość rozchodzącą się falowo zależy od dwóch zmiennych 
przestrzennych -2D). Podaj przykłady wielkości fizycznych, z akustyki i innych dziedzin, które 
spełniają równanie falowe. Co możemy powiedzieć o funkcjach postaci f(x±ct) ( użyto symboli 
w ich powszechnie przyjętym w fizyce znaczeniu).  

6.  Napisz postać rozwiązania równania falowego we współrzędnych kartezjańskich w najbardziej 

zwartej postaci (użyj wektora falowego i wektora położenia) i w postaci wynikającej z metody 
rozdzielania zmiennych. Co fizycznie opisuje to rozwiązanie? 

7.  Napisz i omów warunki brzegowe dla odbicia i przejścia fali płaskiej padającej prostopadle na 

płaską granicę dwóch/trzech ośrodków o znanych impedancjach charakterystycznych. 
Uwaga!  Nie uczyć się tu końcowych wzorów na pamięć! Należy podać odpowiednie równania 
i sformułować i wyjaśnić warunki brzegowe! 

8.  Napisz i omów warunki brzegowe dla odbicia i przejścia fali płaskiej padającej pod dowolnym 

kątem na płaską granicę dwóch ośrodków o znanych impedancjach charakterystycznych. 

9.  Omów warunki brzegowe Dirichleta, Neumanna i mieszany zwany też Robina. 
10. Zdefiniuj i podaj interpretację fizyczną następujących wielkości, a także przykład 

wzoru/zagadnienia , w którym ta wielkość się pojawia 

a.  -gęstość energii akust. 
b.  -natężenie pola akust. 
c.  - impedancja powierzchni i impedancja charakterystycznej ośrodka 
d.  -wydatek źródła 
e.  -współczynnik kierunkowy ciśnienia/natężenia fali akustycznej 
f.  -współczynnik odbicia i transmisji fali ciśnieniowy/natężeniowy/mocowy  

11.  Impedancję używaną w akustyce wyrażamy w rejlach lub omach akustycznych.  Podaj 

przyczynę i dokładne nazwy każdej z nich. 

12. . Wyznacz częstości odcięcia poszczególnych modów falowodowych w falowodzie o przekroju 

prostokątnym/cylindrycznym, którego ściany są sztywne/podatne. Napisz odpowiednie w tych 
przypadkach warunki brzegowe  

background image

13.  Wyznacz częstości własne poszczególnych modów rozchodzących się we wnęce 

prostopadłościennej/cylindrycznej/sferycznej, której ściany są sztywne lub podatne (różne 
możliwe konfiguracje). 

14.  W zagadnieniach pola akustycznego spotykamy sferyczną funkcją Bessela  j

m

(x) i  funkcją 

Bessela  pierwszego rodzaju J

m

(x) - podaj przykłady zagadnień, w rozwiązaniu  których te 

funkcje się pojawiają. 

15.  Źródłem pola akustycznego jest wylot falowodu cylindrycznego pobudzonego 

osiowosymetrycznie częstotliwością  

a) mniejszą od częstotliwości odcięcia pierwszego modu besselowskiego 
b) leżącą powyżej częstotliwości odcięcia pierwszego osiowego modu 

besselowskiego (0,1). 

Zaproponuj efektywną metodę pomiaru mocy akustycznej tego źródła w obu przypadkach. 

16.  Sformułuj warunki brzegowe dla falowodu płaszczyznowego, o przekroju prostokątnym i 

wnęki prostopadłościennej o sztywnych ścianach. Zilustruj te układy odpowiednimi 
rysunkami. W którym przypadku pojawi się pojęcie częstości odcięcia, a w którym częstości 
własnych. 

17.  Podaj funkcję Greena równania Helmholtza dla przestrzeni swobodnej i postać równania, 

którego jest ona rozwiązaniem.  

18.  Podaj wyrażenie na potencjał akustyczny/ciśnienie akustyczne źródła punktowego o wydatku 

Q. Co to jest wydatek źródła?  Jaki jest wydatek tłoka kołowego o promieniu a i amplitudzie 
prędkości v

0

,  dipola utworzonego przez dwa monopole o wydatku Q, kwadrupola podłużnego 

złożonego z 4 monopoli o wydatku Q. 

19. *. Pokaż, że stosując funkcję Greena dla przestrzeni swobodnej do II twierdzenia Greena  

otrzymujemy  wyrażenie całkowe (całkę Helmholtza – Huyghensa, zwaną także całką 
Kirchhoffa)  określające  potencjał/ciśnienie  akustyczne  w dowolnym punkcie pola. Z jakiego 
powodu wzór ten jest mało użyteczny w praktyce. 

20.  Podaj wzór całkowy wyznaczania ciśnienia akustycznego/potencjału (całka Rayleigha, zwana 

też Kirchhoffa) dla półprzestrzeni ograniczonej sztywną płaszczyzną i ważny w akustyce 
przykład jego zastosowania, będący jednym z podstawowych modeli powierzchniowego 
źródła akustycznego, w szczególności głośnika w obudowie. 

21.  Wyznacz ciśnienie na osi tłoka kołowego drgającego w nieskończonej sztywnej odgrodzie, 

podaj warunek pola dalekiego i pokaż, że w granicy ma ono spodziewaną postać exp(-ikz)/z, 
gdzie z – odległość od środka tłoka do punktu na osi, w którym wyznaczamy pole. 

22.  Zdefiniuj impedancję powierzchni i podaj warunki brzegowe na powierzchni idealnie 

sztywnej, idealnie podatnej i o skończonej impedancji powierzchni.   

23. Wyprowadź wyrażenie na pole ciśnienia akustycznego/potencjału prędkości dipola 

akustycznego i współczynnik kierunkowości. Podaj definicję dipola.  

24.  Znając wyrażenie na ciśnienie akustyczne w polu dalekim, wytwarzane przez tłok kołowy 

drgający w nieskończonej sztywnej odgrodzie, wyznacz współczynnik kierunkowości. Omów 
jego spodziewany kształt w funkcji parametru ka. 
Uwaga – wzór na ciśnienie/potencjał akustyczny prędkości zostanie podany 

25.  Anteną akustyczną nazywamy układ N jednakowych źródeł akustycznych rozmieszczonych na 

odcinku o długości L w jednakowych odstępach od siebie. Pokaż, że na osi prostopadłej, w 
polu dalekim ciśnienie akustyczne będzie N-krotnie większe od ciśnienia wytwarzanego przez 

background image

pojedyncze źródło monopolowe tworzące antenę. Zaproponuj sposób obliczenia ciśnienia 
akustycznego takiego układu. 

26.  Wytłumacz, dlaczego w teorii pola akustycznego chętnie posługujemy się postacią zespoloną 

analizowanych wielkości (np. ciśnienia akustycznego, prędkości akustycznej, natężenia pola 
itp.), choć mierniki wskazują wartości rzeczywiste. 

27.  Wszystko, co wiesz o natężeniu pola akustycznego – natężenie jako wektor, chwilowe i 

średnie w czasie, prosty i ogólny sposób obliczania natężenia średniego dla fal harmonicznych, 
interpretacja części rzeczywistej i urojonej, związek z mocą zespoloną, natężenie w polu 
dalekim, współczynnik kierunkowy natężenia, miara logarytmiczna (dB) itp.