top.ht1.jpg (17384 bytes)

Национальный исследовательский университет МЭИ

Кафедра инженерной экологии и охраны труда

 

Учебно-методический комплекс (издание второе, исправленное и дополненное)

                                         Справки по телефону: 362-71-32;   e-mail: KorolevIV@mpei.ru _ _

 

   

1. Звук. Основные характеристики звукового поля. Распространение звука

А. Параметры звуковой волны

Звуковые колебания частиц упругой среды имеют сложный характер и могут быть представлены в виде функции времени a = a(t) (рис 3.1, а).  

колеб ч-ц.jpg (10002 bytes)

Рис.3.1.   Колебания частиц воздуха.

Простейший процесс описывается синусоидой (рис. 3.1, б)

, 

где amax - амплитуда колебаний; w = 2p f - угловая частота; f - частота колебаний.

Гармонические колебания  с амплитудой amax и частотой f  называются тоном. 

Сложные колебания характеризуются эффективным значением на временном периоде Т   

.

Для синусоидального процесса  справедливо соотношение

.

 Для кривых другой формы отношение эффективного значения к максимальному составляет от 0 до 1.

В зависимости от способа возбуждения колебаний различают:

· плоскую звуковую волну, создаваемую плоской колеблющейся поверхностью;

· цилиндрическую звуковую волну, создаваемую радиально колеблющейся боковой поверхностью цилиндра;

· сферическую звуковую волну, создаваемую точечным источником колебаний типа пульсирующий шар.  

Основными параметрами, характеризующими звуковую  волну, являются: 

·       звуковое давление  pзв, Па;

·       интенсивность звука I, Вт/м2.

·       длина звуковой волны l, м;

·       скорость распространения волны с, м/с;

·       частота колебаний f, Гц.

Если в сплошной среде возбудить колебания, то они расходятся во все стороны. Наглядным примером являются  колебания волн на воде. При этом следует различать скорость распространения механических колебаний  u (в нашем случае видимые поперечные колебания воды) и скорость распространения возмущающего действия с (продольные акустические колебания).

С физической точки зрения распространение колебаний состоит в передаче импульса движения от одной молекулы к другой. Благодаря упругим межмолекулярным связям движение каждой из них повторяет движение предыдущей. Передача импульса требует определенной затраты времени, в результате чего движение молекул в точках наблюдения происходит с запаздыванием по отношению к движению молекул в зоне возбуждения колебаний. Таким образом, колебания распространяются с определенной скоростью. Скорость распространения звуковой волны с - это физическое свойство среды.

Длина волны l равна длине пути, проходимого звуковой волной за один период Т:

где  с - скорость звука, Т = 1/f.

Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разрежению. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях разрежения понижается. Разность между давлением, существующем в возмущенной среде pср в данный момент, и атмосферным давлением pатм, называется звуковым давлением (рис.3.3). В акустике этот параметр является основным, через который определяются все остальные.

pзв = pср -  pатм.                   (3.1)

wpe70.jpg (8059 bytes)

Рис.3.3.  Звуковое давление 

Среда, в которой распространяется звук, обладает удельным акустическим сопротивлением zA, которое измеряется в Па*с/м (или в кг/(м2*с) и представляет собой  отношение звукового давления pзв к колебательной скорости частиц среды u 

zA = pзв/u = r*с,        (3.2)          

где  с - скорость звука, м; r - плотность среды, кг/м3.

Для различных сред  значения zA различны.  

Звуковая волна является носителем энергии в направлении своего движения. Количество энергии, переносимой звуковой волной за одну секунду через сечение площадью 1 м2, перпендикулярное   направлению движения, называется интенсивностью звука. Интенсивность звука определяется отношением звукового давления к акустическому сопротивлению среды Вт/м2 :

               (3.3)

Для сферической волны от источника звука с мощностью W, Вт интенсивность звука на поверхности сферы радиуса r равна

I = W / (4p r2),                                                       

то есть интенсивность сферической волны убывает с увеличением расстояния от источника звука. В случае плоской волны интенсивность звука не зависит от расстояния.

          Следующий раздел        Предыдущий раздел        Оглавление