Измерение акустических сигналов и вибраций

(1)

В твердых телах наряду с продольными волнами возникают поперечные (перпендикулярные направлению распространения волны) колебания, которые не создают давления в продольном направлении.

Акустические волны как носители информации характеризуются следующими показателями и свойствами:

энергией (мощностью);

скоростью распространения носителя в определенной среде;

величиной (коэффициентом) затухания или поглощения;

условиями распространения акустической волны (коэффициентом отражения от границ различных сред, дифракцией).

Теоретически скорость звука определяется формулой Лапласа и зависит от модуля всесторонней упругости (когда сжатие производится без притока и отдачи тепла) и плотности вещества среды распространения.

Для газов модуль всесторонней упругости равен их давлению. При сжатии газа увеличение давления сопровождается пропорциональным увеличением его плотности. Поэтому скорость звука в газе не зависит от его плотности, а пропорциональна корню квадратному из температуры газа, значению универсальной газовой постоянной, отношению величин теплоемкостей газа при постоянном объеме и давлении.

Скорость звука в морской воде зависит от ее температуры, солености и давления на рассматриваемой глубине, а в твердых телах определяется, в основном, плотностью и упругостью веществ.

Значения скорости распространения звука в некоторых типичных средах приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Среда распространения и скорость звука

Разброс значений скорости обусловлен отличиями свойств среды распространения.

Среда распространения носителя информация от источника к приемнику может быть однородной и неоднородной, образованной последовательными участками различных физических сред: воздуха, древесины дверей, стекол окон, бетона или кирпича стен, различными породами земной поверхности и т.д. Но и в однородной среде ее параметры не постоянные, могут существенно различаться в разных точках пространства.

При распространении звуковых колебаний движение частиц среды вызывает давление во фронте волны. Фронтом звуковой волны называется поверхность, соединяющая точки поля с одинаковой фазой колебания. По мере распространения в любой среде звуковые волны затухают. Затухание акустической волны в воздухе вызвано:

расхождением акустической волны в пространстве;

рассеянием акустической волны на неоднородностях воздушной среды (каплях дождя, снежинках, пыли, ветках деревьев и др.);

турбулентностью воздушных потоков, вызванной неравномерным распределением в пространстве температуры, давления, силы и скорости ветра, которые искривляют акустическую волну и вызывают частичное ее отражение от границы раздела слоев воздуха с различными плотностями.

Затухание звука в среде распространения пропорционально квадрату частоты колебаний. Интенсивность сферической акустической волны в результате расхождения убывает обратно

пропорционально расстоянию от источника. При распространении акустической волны ее траектория изменяется в результате отражении и дифракции. На границе сред с разной плотностью акустическая волна частично переходит из одной среды в другую, частично отражается.

В соответствии с приближенной формулой Рэлея (когда акустическое сопротивление материала преграды существенно выше акустического сопротивления воздуха) коэффициент проникновения акустической волны в материал преграды X равен

(2)

где Ув и Уn - скорость распространения акустической волны в воздухе и материале преграды;

Рв и Рn - удельная плотность воздуха и материала преграды.

Произведения VвPв и VnPn называются акустическим сопротивлением воздуха и материала преграды.

Чем больше отличаются акустические сопротивления сред, тем больше коэффициент отражения акустической волны от границы их раздела. При падении звука из воздуха гга воду, бетон, дерево в эти среды проникает не более сотых долей мощности звука. В помещении акустическая волна многократно отражается от ограждений, в результате чего в нем возникает сложное акустическое поле в виде совокупности волн, приходящих от источника и отраженных. Акустические сигналы при прохождении через вентиляционные воздухопроводы ослабевают из-за поглощения в стенах короба и изгибах. Однако за счет многократных переотражеиий акустической волны от стенок воздуховода ее энергия не рассеивается в пространстве. Вследствие этого дальность распространения волны в воздуховоде можег быть существенно больше, чем в свободном пространстве. Затухание в прямых металлических воздуховодах составляет 0,15 дБ/м, в неметаллических - 0,2-0,3 дБ/м. При изгибах затухание достигает 3-7 дБ (на один изгиб), при изменениях сечения - 1-3 дБ. Ослабление сигнала на выходе из воздуховода помещения может составить 10-16 дБ.

Читайте также

Одномодовые оптические волокна
В одномодовых оптических волокнах (SM ОВ) диаметр сердцевины соизмерим с длиной волны, и за счет этого в нем существует только одна основная направляемая мода LP01. Рис. 1. Р ...

Организация сети широкополосного доступа Комсомольского микрорайона г. Краснодара
Сегодня потребность пользователей Интернет в передаче большого объема данных на высокой скорости стремительно растет. Это связано с увеличением качества используемых данных, и как резул ...

Обучающая подсистема для лабораторного исследования характеристик замкнутых САУ в среде интернет
В последние десятилетия в зарубежных системах образования произошли существенные изменения, обусловленные бурным развитием научно-технического прогресса и его воздейст ...