Интенсивность звука
Звуковые измерения | |
---|---|
Характеристика | Символы |
Звуковое давление | п , СПЛ, Л ПА |
Скорость частиц | в , СВЛ |
Смещение частиц | д |
Интенсивность звука | I , SIL |
Звуковая мощность | П , SWL, L WA |
Звуковая энергия | В |
Плотность звуковой энергии | В |
Звуковое воздействие | Э , СЭЛ |
Акустический импеданс | С |
Звуковая частота | ИЗ |
Потери при передаче | ТЛ |
Интенсивность звука , также известная как интенсивность звука , определяется как мощность, переносимая звуковыми волнами на единицу площади в направлении, перпендикулярном этой площади. Единицей в системе СИ интенсивности , включающей в себя интенсивность звука, является ватт на квадратный метр (Вт/м). 2 ). Одним из применений шума является измерение интенсивности звука в воздухе в месте нахождения слушателя как величины звуковой энергии. [1]
Интенсивность звука не является той же физической величиной, что и звуковое давление . Человеческий слух чувствителен к звуковому давлению, которое связано с интенсивностью звука. В бытовой аудиоэлектронике разницу уровней называют разницей «интенсивности», но интенсивность звука представляет собой специально определенную величину и не может быть уловлена простым микрофоном.
Уровень интенсивности звука представляет собой логарифмическое выражение интенсивности звука относительно эталонной интенсивности.
Математическое определение [ править ]
Интенсивность звука, обозначаемая I , определяется выражением
- р — звуковое давление ;
- v — скорость частицы .
И I , и v являются векторами , а это означает, что оба имеют направление не только величину, но и . Направление интенсивности звука — это среднее направление, в котором течет энергия.
Средняя интенсивность звука за время T определяется выражением
- частота звука,
- – амплитуда смещения частицы звуковой волны ,
- - плотность среды, в которой распространяется звук, и
- это скорость звука.
Закон обратных квадратов [ править ]
Для сферической звуковой волны интенсивность в радиальном направлении как функция расстояния r от центра сферы определяется выражением
- P – звуковая мощность ;
- A ( r ) — площадь поверхности сферы радиуса r .
Таким образом, интенсивность звука уменьшается как 1/ r 2 от центра сферы:
Эта зависимость представляет собой закон обратных квадратов .
Уровень интенсивности звука [ править ]
Уровень интенсивности звука (SIL) или уровень акустической интенсивности — это уровень ( логарифмическая величина ) интенсивности звука относительно эталонного значения.
Он обозначается L I , выражается в неперах , белах или децибелах и определяется как [2]
- I — интенсивность звука;
- I 0 – эталонная интенсивность звука ;
Обычно используемая эталонная интенсивность звука в воздухе равна [3]
это примерно самая низкая интенсивность звука, слышимая неповрежденным человеческим ухом в комнатных условиях.Правильные обозначения уровня интенсивности звука с использованием этого эталона: L I /(1 пВт/м 2 ) или L I (относительно 1 пВт/м 2 ) , но обозначения dB SIL , dB(SIL) , dBSIL или dB SIL очень распространены, даже если они не принимаются SI. [4]
Эталонная интенсивность звука I 0 определяется таким образом, что прогрессивная плоская волна имеет одинаковое значение уровня интенсивности звука (SIL) и уровня звукового давления (SPL), поскольку
Равенство SIL и SPL требует, чтобы
Для прогрессивной сферической волны
В воздухе при температуре окружающей среды z 0 = 410 Па·с/м , отсюда и опорное значение I 0 = 1 пВт/м. 2 . [5]
В безэховой камере, которая аппроксимирует свободное поле (без отражения) с одним источником, измерения в дальнем поле при SPL можно считать равными измерениям в SIL. Этот факт используется для измерения мощности звука в безэховых условиях.
Измерение [ править ]
Интенсивность звука определяется как усредненное по времени произведение звукового давления и скорости акустических частиц. [6] Обе величины можно измерить напрямую с помощью pu -зонда интенсивности звука, включающего микрофон и датчик скорости частиц , или оценить косвенно с помощью pp -зонда, который аппроксимирует скорость частиц путем интегрирования градиента давления между двумя близко расположенными микрофонами. [7]
Методы измерения давления широко используются в безэховых условиях для целей количественной оценки шума. Ошибка смещения, вносимая pp- зондом, может быть аппроксимирована выражением [8]
С другой стороны, ошибка смещения, вносимая pu- зондом, может быть аппроксимирована выражением [8]
Ссылки [ править ]
- ^ «Интенсивность звука» . Проверено 22 апреля 2015 г.
- ^ «Буквенные символы, используемые в электротехнике. Часть 3: Логарифмические и связанные с ними величины и их единицы» , IEC 60027-3 Ed. 3.0 , Международная электротехническая комиссия, 19 июля 2002 г.
- ^ Росс Розер, Майкл Валенте, Аудиология: Диагностика (Thieme 2007), стр. 240.
- ^ Томпсон, А. и Тейлор, Б.Н., раздел 8.7, «Логарифмические величины и единицы: уровень, непер, бел», Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ), издание 2008 г. , Специальная публикация NIST 811, 2-е издание (ноябрь). 2008), СП811 PDF
- ^ Измерения звуковой мощности, Примечание по применению Hewlett Packard 1230, 1992.
- ^ Фэхи, Фрэнк (2017). Интенсивность звука . ЦРК Пресс. ISBN 978-1138474192 . OCLC 1008875245 .
- ^ Якобсен, Финн (29 июля 2013 г.). Основы общей линейной акустики . ISBN 9781118346419 . OCLC 857650768 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Якобсен, Финн; де Бри, Ханс-Элиас (1 сентября 2005 г.). «Сравнение двух разных принципов измерения интенсивности звука» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 118 (3): 1510–1517. Бибкод : 2005ASAJ..118.1510J . дои : 10.1121/1.1984860 . ISSN 0001-4966 . S2CID 56449985 .