Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основы строительной акустики

Общие понятия.

Звук - распространяющиеся в упругих средах, газах, жидкостях и твердых телах механические колебания, воспринимаемые ухом или электронным устройством.

Колебания воздуха, источником которых является колеблющееся тело, называют звуковыми волнами, а пространство, в котором они распространяются, звуковым полем.

Скорость распространения звуковых колебаний зависит от упругости среды, в которой они распространяются.

В воздухе скорость распространения звуковых колебаний равна:

c = 331,45 , м/с

при t=20˚С (𝑻𝒐 = 293˚K) скорость звука в воздухе c = 343 м/с

(для расчетов принято c = 340 м/с)

В безвоздушном пространстве звук не распространяется.

Скорость звука в воде c = 1490 м/с, в стали c = 5039 5177 м/с.

При распространении звука, вследствие колебаний частиц среды, в каждой точке звукового поля происходит периодическое изменение давления. Среднее квадратичное значение величины этого давления, обозначаемое буквой P, называют звуковым давлением.

За единицу звукового давления принята величина Паскаль (Па), равная силе в один Ньютон (Н), действующей на площадь в один квадратный метр (Н/м2). 1 Па = 1 Н/м2.

Чем больше звуковое давление, тем громче звук.

Простой звук (нота) может быть представлен в виде гармонического колебания в упругой среде, а музыка - в виде наложения нескольких гармонических колебаний друг на друга.

Немузыкальные звуки (шумы) имеют сплошной спектр.

Частотой колебаний называют количество полных колебаний в секунду. За единицу измерения частоты (f) принят 1 герц (Гц). 1 герц соответствует одному полному (в одну и другую сторону) колебанию, происходящему за одну секунду.

Периодом называют время (с), в течение которого происходит одно полное колебание. Чем больше частота колебаний, тем меньше их период, т.е. f=1/T. Таким образом, частота колебаний тем больше, чем меньше их период, и наоборот.

Голос человека создает звуковые колебания частотой от 80 до 12000 Гц, а слух воспринимает звуковые колебания в диапазоне 16-20000 Гц.

Амплитудой колебаний называют наибольшее отклонение колеблющегося тела от его первоначального (спокойного) положения. Чем больше амплитуда колебания, тем громче звук.

Если размеры звучащего тела малы по сравнению с удалениями от него слушателей, то такой источник звука приближенно может быть рассматриваем как точечный. При этом звуковые волны, не вполне оформленные в непосредственной близости от источника, получают на некотором удалении сферическую форму с центром в источнике звука.

Если источником звука служит стержень значительной длины, волны будут иметь цилиндрическую форму.

Колебания плоскости значительных линейных размеров возбуждают плоскую волну.

Интенсивность звука в цилиндрических волнах уменьшается при удалении от источника звука пропорционально расстоянию, то есть каждое удвоение расстояния уменьшает уровень звука на 3 дБ.

Уменьшение интенсивности звука в сферических волнах пропорционально квадрату расстояния, то есть при удвоении расстояния сферическая волна ослабевает на 6 дБ.

Интенсивность звука в плоской волне не изменяется с удалением от источника звука. Потери звуковой энергии в плоской волне происходят только в результате преодоления вязкого сопротивления воздуха, поэтому плоская волна проходит значительные расстояния с постоянной интенсивностью звука.

Когда необходимо повысить направленность излучения звука, стараются сформировать плоскую волну например с помощью рупоров.

Все три типа волн могут превращаться друг в друга. Кроме того, на большом (по сравнению с длиной волны) расстоянии от источника звука маленькие участки сферической или цилиндрической волны неотличимы от плоской, тогда как вблизи от источника звука могут сосуществовать все три типа волн.

Основные параметры звуковой волны

Звуковое давление P – переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па. Определяет силовое воздействие звуковой волны в заданной точке пространства на мембрану уха или микрофон.

Звуковая мощность N – количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через заданную поверхность, Вт.

Плотность звуковой энергии w – количество звуковой энергии в единице объема среды:

w = = , где

J – интенсивность звука

Интенсивность звука J (удельная звуковая мощность) – количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади фронта волны, Вт/м². Характеризует перенос энергии при расширении звуковой волны, т.е. плотность полотна звуковой мощности:

J = = , где

p² – среднеквадратичное значение звукового давления;

ρ – плотность воздуха (ρ = 1,2 кг/м³ при t=20˚С);

с – скорость звука в воздухе (с = 343 м/с при t=20˚С);

s – площадь фронта волны.

Скорость распространения звука с с длиной волны λ и частотой колебаний f в среде с модулем упругости Е и плотностью ρ запишется:

с = = λf, м/с – основная формула акустики.

Термин «частота» предложен английским ученым Джоном Вильямом Стреттом – лордом Рэлеем, автором классической «Теории звука».

Единица измерения частоты Гц (герц), равная числу полных колебаний в секунду, названа в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца.

Скорость звука в широких пределах не зависит от его интенсивности и частоты.