Transcript 1. Физическа акустика

Курс: Архитектурна Акустика
седмица
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Тема на лекцията
Брой
часове
Физическа акустика.
Психоакустика.
Основни понятия и величини в архитектурната акустика. Стандарти.
Методи за определяне параметрите на звуковото поле.
Фактори, определящи акустиката на зали.
Изисквания към акустиката на помещенията – офиси, жилища, зали и
студия.
Звукопоглъщащи материали и конструкции.
Разпръскване на звука; звукова дифузия.
Звукоизолиращи материали и конструкции.
Основни методи за оразмеряване на звукоизолация от въздушен и
ударен шум.
Акустика на жилищни помещения.
Методи за проектиране на зали с естествена акустика.
Методи за проектиране на зали с електроакустични системи. Кинозали.
Студия.
Акустични измервания; измерване на време на реверберация в
обработено и празно помещение.
Забележка
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Гост лектор
Ц.Недков
Гост лектор
К.Янев
Практическо
занимание в
работилница
Трансформатори
Семестър: Пролет 2014
Лектор: Ивайло Христев
ЗВУК – основни понятия
Инж.Стойчо Христев
Инж.Ивайло Христев
1.ФИЗИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ЗВУКА И ЗВУКОВИТЕ ВЪЛНИ.
Звукът представлява еластични колебания на веществото,
които се разпространяват във вид на вълна във веществена
среда. При това явление частиците на веществото трептят
около едно равновесно състояние, предавайки трептенето на
съседните частици, като след затихване на звуковото колебание
всички частици се връщат първоначалното си положение.
Разпространението на трептенето в пространството се
нарича звукова вълна, а областта от пространството, в която
се разпространяват звукови вълни се нарича звуково поле.
Разпространение на звука
Тук Т е период на колебанието (времето на един пълен цикъл
при периодичните колебания).
2. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ
А.ЧЕСТОТА НА ЗВУКА
Броят колебания за единица време се нарича
честота на звука. Означава се с f.
Тя може да бъде от части от херца до 1013
херца. Горната граница на честотата на
звука се обуславя от разстоянието между
частиците на веществото.
Б.ВИДОВЕ ЗВУК
Честотно звукът се разделя на следните
поддиапазони:
-ИНФРАЗВУК – звук с честота по-ниска от 20 Hz.
Той не се възприема от слуховия апарат на
човека.
-ЧУВАЕМ ЗВУК
– това е звукът с честота от 20 Hz до 20 kHz. Този
честотен диапазон се обуславя от
физиологическите особености на човешкото ухо и
само той предизвиква слухово усещане.
УЛТРАЗВУК
Това е трептене с
честота над 20
kHz. Той не
предизвиква
слухово усещане,
но при високи
интензивности
може да има
неблагоприятно
влияние върху
човешкия
организъм.
В зависимост от спектралния състав, звукът
бива:
- Чист звук (тон) – звук, създаван от
синусоидално акустично трептене.
- Сложен (съставен) – звук, създаван
от два или повече чисти звука.
-Шум - представлява непостоянно,
статистически случайно акустично
трептене.
В. ДРУГИ ТЕРМИНИ, СВЪРЗАНИ СЪС ЗВУКА И
ЗВУКОВОТО ПОЛЕ:
- Хармоник (обертон) – чист звук с честота цяло
число пъти по-висока от основната честота на
звуковата вълна.
- Субхармоник (унитон) – чист звук с честота
цяло число пъти по-ниска от основната честота на
звуковата вълна.
- Тембър на звука – характерна окраска на
сложен звук, която се определя от количеството и
интензивността на хармониците. Благодарение на
тембърът може на слух да се определи видът на
звуковия източник.
- Октава – честотно отстояние между две честоти,
като втората е два пъти по-висока:
f max / f min= 2
В акустиката се използва и 1/3 от октавата или
терца. Съотношението на честотите, които
ограничават една терца е:
1
3
f max
 2  1,26
f min
- честотен обхват – всички честоти, съдържащи се
между две честоти, наречени граници на
честотния обхват.
3.ОСНОВНИ ВЕЛИЧИНИ В АКУСТИКАТА
А. Линейни характеристики на звуковото поле
-статично налягане P0- налягането, което съществува в дадената
точка, когато няма звукова вълна (напр. атмосферно налягане)
-звуково налягане p- промяната на налягането в определени граници
около статичното, което звукът предизвиква. Моментната стойност на
звуковото налягане е алгебричната разлика между общото налягане в
дадения момент и статичното. Означава се и се измерва в Паскали [Ра].
- фронт на звуковата вълна - повърхнина,
която се получава от съединяването на всички
съседни точки, които имат еднаква моментна
стойност на звуково налягане.
- амплитуда на преместване на частиците разстоянието, на което се измества всяка частица
под действието на преминаващата звукова вълна.
Тя е право пропорционална на звуковото налягане
и обратно пропорционална на честотата на
колебание.
- колебателна скорост - скоростта на движение
на частиците под действието на преминаващата
звукова вълна. Прието е да се означава с буквата
u.
- скорост на звука - скоростта, с която се разпространява
фронта на звуковата вълна. Прието е да се означава с
буквата с.
с=331,7+0,6.t [m/s] (t е –температура в градуси по
Целзий)
- акустичен импеданс –отношението на звуковото
налягане р към колебателната скорост на частиците u.
Прието е да се означава с буквата z. Зависи от материала
на средата и от условията на разпространение на
вълната.
z=p/u [
] – всички величини в уравнението
са комплексни, т.е. между налягането и скоростта може
да има фазова разлика.
При чистият звук, могат да бъдат дефинирани и
следните понятия:
- период – най-малкия интервал от време, в края
на който звуковото налягане има същата моментна
стойност, както в началото. Означава се с буквата
Т. T=1/f
-дължина на
звуковата
вълнаразстоянието,
което изминава
разпространяващата се
звукова вълна за
един период на колебанието.
4.ВИДОВЕ ЗВУКОВИ ВЪЛНИ И ТЯХНОТО
ОБРАЗУВАНЕ.
В зависимост от формата на фронта, звуковите
вълни биват плоски, сферични и цилиндрични.
А. Плоска звукова вълна - нейният фронт е
равнина,
перпендикулярна на посоката
на разпространение. Получава се при разпространение на звука
в тръба. Звуковото налягане не се изменя с разстоянието.
Б.Сферична вълна
1
pr  p1
r
- нейният фронт
представлява сфера, в чийто
център се намираизточникът
на колебания, представляващ
или пулсираща сфера, или
размерът му е малък в
сравнение с дължината на
вълната (точков източник) .
Звуковото налягяне е обратно
пропорционално на
разстоянието.
В.Цилиндрична вълна
вълната звукоизточник.
налягане е:
p1
pr 
r
- фронтът и е
кръгов цилиндър,
чиято ос съвпада с
оста на дълъг в
сравнение с
дължината на
Звуковото
В зависимост от посоката на трептене на
частиците спрямо посоката на разпространение,
звуковите вълни биват:
-Надлъжни - При тях движението се извършва по посока
на разпространение на вълната. Този вид вълни
представляват последователно сгъстяване и разреждане на
частиците. В течностите и газовете съществуват само
такива вълни.
-Напречни - съществуват само в твърди тела. При тях
движението на частиците е перпендикулярно на посоката
на движение на вълната.
-Вълни на огъване - съществуват само в пластини или
прътове. Този вид вълни в зависимост от взаимното
движение на пластовете на материала биват такива с
приплъзване на пластовете и с ветрилообразно
разместване.
5. ОСНОВНИ ФИЗИЧЕСКИ ЕФЕКТИ В
ЗВУКОВОТО ПОЛЕ
ЗАТИХВАНЕ И ПОГЛЪЩАНЕ НА ЗВУКА
Затихването на звука представлява намаляване
на амплитудата на звуковото налягане на звука
при неговото разпространение. То се обуславя от
няколко фактора:
а) Намаляване на амплитудата вследствие на
разпределянето на енергията на все по-голяма
площ при сферичната и цилиндрична звукови
вълни. Този ефект беше разгледан при звуковите
вълни.
б) Разсейване на звука от нееднородности на
средата, в резултат на което се намалява потока на
енергията в първоначалната посока на
разпространение. Разсейването на звука става
забележимо при наличието на частици с диаметър
над 10 микрона и се увеличава с увеличението на
честотата на звука.
Честота, Hz
125
250
500
1000
2000
4000
Затихване dB/km
0,8
1,2
2,0
4,0
8,8
22,2
в) Превръщане на енергията на звука в друг
вид енергия, което се нарича звукопоглъщане. То
бива класическо - дължащо се на вискозитета и
топлопроводността на средата, при което
енергията на звука се превръща в топлина и
молекулярно (релаксационно).
Зависимостта на амплитудата на звуковото
налягане от разстоянието, обусловена от
класическото звукопоглъщане се характеризира
с коефициента на звукопоглъщане , който показва
на какво разстояние амплитудата на вълната
намалява е пъти.
p  p0e
k x
Суперпозиция - наслагване
Наслагване на две звукови вълни се получава при застъпване
на два фронта на звукова вълна във времето или
пространството. Звуковото налягане на двете вълни се сумира.
ДИФРАКЦИЯ
Дифракцията на звуковата вълна представлява
отклонение на движението на звука от законите на
геометричната акустика, обусловено от вълновата му
природа. Резултат от дифракцията е разширяването на
звуковите лъчи след преминаване през отвор върху екран,
заобикалянето от звуковата вълна на препятствия с размер
по-голям от дължината на вълната, липсата на акустична
сянка зад препятствия, малки в сравнение с дължината на
вълната и др.
ДИФРАКЦИЯ
Дифракцията на звуковата вълна представлява
отклонение на движението на звука от законите на
геометричната акустика, обусловено от вълновата му
природа. Резултат от дифракцията е разширяването на
звуковите лъчи след преминаване през отвор върху екран,
заобикалянето от звуковата вълна на препятствия с размер
по-голям от дължината на вълната, липсата на акустична
сянка зад препятствия, малки в сравнение с дължината на
вълната и др.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ. ИНТЕРФЕРЕНЧНА КАРТИНА
Интерференцията на звука представлява неравномерно
пространствено разпределение на амплитудата на звуковата вълна,
получена от сумирането на няколко звукови вълни с различна фаза.
В.КОНСТРУКТИВНА И ДЕСТРУКТИВНА
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ.
Конструктивна интерференция
настъпва при суперпозиция на
две вълни с еднаква фаза.
Деструктивна интерференция
настъпва при суперпозиция на
две вълни с обратна фаза.
В. СТОЯЩИ ВЪЛНИ.
Когато две вълни с еднаква амплитуда и противополож-на
посока на разпространение интерферират, се получава стояща
вълна. Това се получава, когато интерферират правата и
отразената от твърда преграда плоски звукови вълни.
СТОЯЩИ ВЪЛНИ.
Когато две вълни с еднаква амплитуда и противополож-на
посока на разпространение интерферират, се получава стояща
вълна. Това се получава, когато интерферират правата и
отразената от твърда преграда плоски звукови вълни.
ПРЕЧУПВАНЕ НА ЗВУКА.
Звуковата вълна, падайки върху разделителната
повърхнина на две среди частично се отразява, а
частично преминава в другата среда, като се пречупва .
Отношението на ъгъла на падане към ъгъла на
пречупване се определя от отношението на скоростите
на разпространение в тези среди.
В случая на разпространение на
звук във въздушна среда,
отражението
от
твърда
повърхност
става
съгласно
закона на Снел: ъгъла на падане
е равен на ъгъла на отражение.
ПРЕЧУПВАНЕ В СРЕДИ С РАЗЛИЧНА ПЛЪТНОСТ
Скоростта на разпространение на звука в среди с
различни еластични свойства е различна. Пътят на
звукова вълна падаща на граничната повърхност
между две среди с различна плътност ще се огъне;
това явление се нарича рефракция.
РЕФРАКЦИЯ ВЪВ ВЪЗДУШНА СРЕДА
При наличие на температурен градиент (разлика в
температурата в дадена посока), се получава рефракция
на звука.
ОТРАЖЕНИЕ.
Отражението на звука е явление, възникващо при падане на
звуковата вълна върху препятствие или друга среда с
параметри, различни от тези на средата, в която до сега се е
движила
звуковата
вълна. То
представлява
образуване на
друга вълна,
разпространяваща се от
препятствието
обратно в средата, от която е дошла падащата вълна.