ИЗУЧАЕМ: ЗВУКОВАЯ ВОЛНА
Бой часов, пение птиц, речь человека и музыка — все эти явления можно обобщить одним словом «звук». Физика трактует звук как порождаемые некоторым источником колебания воздуха, на которые реагируют наши слуховые органы чувств.
О звуке подробнее
Итак, любой звук — это колебание воздуха. Если ввести в качестве дополнительного параметра одну из координат окружающего пространства, то совокупность колебаний каждой частицы на выбранном направлении образует звуковую волну. Если источник звука представить в виде точки, то звуковые волны можно уподобить лучам, которые от него распространяются во все стороны. Звук приводит в движение молекулы воздуха, которые начинают циклически перемещаться, изменяя механическое давление. Причем молекулы практически не перемещаются относительно своей первоначального местоположения.
Как человеческое ухо реагирует на звук?
Если на пути звуковой волны встречаются механические препятствия, то наблюдаются ее неоднократные переотражения. Колебания частиц воздуха, находящихся поблизости барабанной перепонки, изменяют воздушное давление. На барабанной перепонке имеется множество нервных окончаний, которые изменения давления трансформируют в понятный нашему мозгу сигнал.
Главные характеристики звуковых волн
Если графически отобразить звуковую волну, то получится простейшая гармоническая функция — синусоида. Хотя реальный сигнал, соответствующий этой функции, очень сложно встретить в реальном мире, для начального ознакомления с физической природой звуковых волн он вполне пригоден. Каким бы не был сложным звук, его всегда можно представить в виде математической суммы таких вот простых функций. Однако все слагаемые будут отличаться своими параметрами — частотой, фазой и амплитудой.
Что такое частота звука?
Физическая величина, численное значение которой соответствует числу колебаний за некоторый временной интервал. В привычной нам системе СИ этот интервал равен 1 секунде. А единицей измерения частоты является 1 Герц (одно колебание в секунду). Диапазон восприятия человеческого уха составляет от 20 Гц до 20кГц. А какие звуки лежат за границами нашего восприятия? Это так называемые инфразвук (частота меньше 20 Гц) и ультразвук (с частотой выше 20 кГц).
Амплитуда отвечает за громкость звука, причем здесь наблюдается прямая зависимость: растет амплитуда, увеличивается громкость и наоборот. Громкость тоже имеет свой диапазон, причем довольно широкий — от еле слышного поскребывания мыши под полом до оглушающих раскатов грома. Единицей измерения громкости является децибел, причем его значение может отображать как амплитуду, так и мощность звукового сигнала. Подробнее об этом речь пойдет далее.
Фаза — относительная характеристика, поэтому ее нужно замерять относительно другой звуковой волны. Когда речь идет о фазе, то всегда подразумевается наличие как минимум двух волн. Рассмотрим пример: есть 2 волны с одинаковой частотой. Если они находятся в фазе, то на графике это сразу видно — у них совпадают координаты максимумов, минимумов и нулей. Фаза измеряется в градусах и может принимать значения от нуля до 360. Крайние значения имеют свои собственные названия — 0 говорит о том, что волны находятся в фазе, а 360 — наоборот, в противофазе. Иногда говорят, что волны синхронны (в первом случае), и асинхронны (при фазе, равной 360-ти градусов). Как фаза связана с амплитудой? Ответ на этот вопрос несложен: усиление звука происходит только тогда, когда волны в фазе. Противофазные сигналы взаимно подавляют друг друга, обращая (в теории) амплитуду каждого в абсолютный нуль. На практике это явление может приводить к нежелательным последствиям. Например, отраженная от стен помещения звуковая волна начинает подавлять звучание источника. Нередко пропадание звука наблюдается при совмещении двух звуковых каналов в микшере для стереоскопического воспроизведения.
Что такое децибел?
Децибелы — это единицы, в которых измеряются сразу 2 физических величины: давление и напряжение. В первом случае речь идет о звуке, а во втором — об электричестве. Математически децибел описывается как логарифм от результата деления двух величин. А теперь запомните важный нюанс — для получения децибела следует взять логарифм по основанию «10» или десятичный (сокращенно десятичный логарифм обозначают 2-мя буквами латинского алфавита — «lg»). Децибелы введены для удобства пользования, так как шкала звукового давления расходится в очень больших пределах. Разница между тихим и громким звуком огромна и может достигать миллионов единиц. А введение логарифмов сокращает этот диапазон до привычных десятков и сотен. Поэтому в любой инструкции к современной звуковой аппаратуре все данные, имеющие отношения к усилению или ослаблению звука, приводятся в децибелах (дБ или dB).
Децибел децибелу рознь
Существуют несколько модификаций относительных единиц измерения уровня звука. Самых распространенных 4 и о них стоит поговорить подробнее.
1. дБм(dBm) — последняя буква обозначает милливатты, а значит речь идет о мощности. Правда, мощности электрического сигнала, в который был преобразован звуковой. Децибелы по мощности широко используются при описании характеристик электронной аппаратуры профессионального класса, а также в телефонии.
2. dBu (русск. дБн или дБu) — применяется для измерения амплитуды электрического сигнала (напряжения). Измеренное напряжение делится на эталонное значение (0.75 В), а затем логарифмируется. Сегодня этот подход не актуален, встретить значение dBu в паспорте современной электронной звуковой техники практически невозможно — повсеместно используется dBm как более удобный.
3. dBV(дБВ) — отличие дБВ от единицы измерения, описанной выше, заключается в эталонном напряжении — оно равно 1 Вольту. В отличие от dBu, единица dBV часто используется для описания технических возможностей как бытовых, так и полупрофессиональных звуковых устройств.
4. дБFS — кардинально отличается от всех децибелов, описанных выше. Две последние буквы FS являются сокращением английского слова fullscale, которое переводится как «полная шкала». Причиной ввода дБFS стало активное внедрение цифровых технологий в сферу звуковоспроизведения и звукозаписи. Ведь цифровой сигнал не имеет критерия оптимального напряжения, и для него можно выбрать любое из цифровых значений в заданном диапазоне. Максимальное значение звукового сигнала, преобразованного в «цифру» и не порождающего никаких искажений, соответствует 0.0 дБFS.
Важное отличие рассмотренных выше стандартов для измерения аналоговых сигналов по напряжению (dBu, dBV) от дБFS, заключается в том, что у них динамический диапазон не имеет запаса после нулевого значения.
Затухание звуковых волн
К огда звук распространяется в среде, его интенсивность уменьшается с расстоянием. В идеальных материалах, звуковое давление (амплитуда сигнала) уменьшается только при распространении волны. Все реальные материалы, однако, производят эффект, который еще больше ослабляет звук. Это дальнейшее ослабление результат рассеяния и поглощения. Рассеяние является отражением звука в направлениях отличных от первоначального направления распространения. Поглощение это преобразования звуковой энергии в другие формы энергии. Комбинированный эффект рассеяния и поглощения называют ослабление. Ультразвуковое затухание это скорость распада волны при распространении через материал.
Ослабление звука в самом материале часто не внутренние интересы. Однако природные свойства и условия нагрузки могут быть связаны с затуханием. Ослабление часто выступает в качестве инструмента измерения, что приводит к формированию теорий, объясняющих физические или химические явления, которое уменьшают интенсивности ультразвука.
Амплитуда изменения затухающей плоской волны можно представить в виде:
В этом выражении 0 является незатухающей амплитудой распространяющейся волны в некотором месте. Амплитуда А это снижающаяся амплитуда после того, как волна прошла расстоянии г от исходного положения. Количество а это коэффициент затухания волны, бегущей в г-направлении. Размерность непер / длина, где непер является безразмерной величиной. Термин е является экспонентой (или постоянная Непера), которая равна примерно 2,71828.
Единицы значения переменной ослабленияв неперы на метр (Np / м) могут быть преобразованы в децибелы / длина путем деления на 0,1151. Децибелы это более распространенная единица сравнения амплитуд двух сигналов.
Затухание, как правило, пропорционально квадрату частоты звука. Приведенное значения затухания часто даются для одной частоты, или значение ослабления усреднено по многим данным частотам. Кроме того, фактическое значение коэффициента затухания для данного материала во многом зависит от того, как материал был изготовлен. Таким образом, приведенные значения затухания дают лишь приблизительное представление о затухании и им не следует доверять. Как правило, надежные значения затухания могут быть получены только путем определения затухания экспериментально для конкретного используемого материала.
Ослабление может быть определено путем оценки многократных отражений донного сигнала на видимом типичном А-скане дисплея, как показано на рисунке в верхней части страницы. Количество децибел между двумя соседними сигналами измеряется, и это значение делится на интервал времени между ними. Этот расчет дает коэффициент затухания в децибелах на единицу времени U т . Это значение может быть преобразовано в nepers / длина по следующей формуле.
Там, где V -скорость звука в метрах в секунду и U т в децибелах в секунду.
Акустический импеданс
Звук проходит через материалы под воздействием звукового давления. Поскольку молекулы или атомы твердого тела связаны упруго друг с другом, избыток давления приводит к волне, распространяющейся через твердое тело.
Акустический импеданс ( Z ) материала определяется как произведение его плотности ( р ) и скорости звука ( V ).
Акустическое сопротивление играет важную роль в
- определение акустических пропускания и отражения на границе двух материалов с различными акустическими сопротивлениями.
- конструкция ультразвуковых преобразователей.
- оценки поглощения звука в среде.
Словарь акустических терминов
Акустическая изоляция – защита помещений от проникновения внешнего шума, источники которого находятся вне здания, и внутреннего, возникающего в смежных помещениях.
Акустически прозрачная ткань – любая продуваемая ткань, у которой площадь просветов между нитями не меньше площади нитей.
Акустический диффузор – акустические панели, используемые в комнатах прослушивания и студиях для рассеивания звуковых волн.
Акустические экраны (АЭ) – физические ограждения, устанавливаемые между источником шума и расчетными точками, в которых необходимо снижение шума.
Акустическое отношение – отношение плотности диффузной составляющей звукового поля (энергии отраженных звуковых волн) к плотности энергии прямого звука.
Акустическое сопротивление — произведение плотности среды на скорость звука в ней.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — в общем случае представляет собой график, показывающий зависимость уровня сигнала от его частоты по всему спектру частот.
Бинауральный эффект – способность определять направление на источник сигнала при слушании двумя ушами.
Вибрация – механические колебания в твердых телах. По воздействию на человека выделяют общую (при передаче на стоящего или сидящего) и локальную вибрацию (передача через руки).
Виброизоляция – метод снижения структурного звука, базирующихся на отражении вибрации в виброизоляторах.
Время раннего спада T10, или EDT (Early Determination Time) – это время реверберации, определяется по начальному участку кривой затухания в пределах от 0 до -10 дБ.
Глушители шума – устройства, применяемые для уменьшения аэродинамического или гидродинамического шума за счет отражения (реактивные) или поглощения (абсорбционные) звуковой энергии.
Громкость звука — это субъективное восприятие силы/интенсивности звука, измеряется в децибелах.
Децибел – принятая в акустике логарифмическая шкала выражающая громкость звука.
Дифракция – способность звуковых волн огибать препятствия, находящиеся на пути их распространения.
Диффузное звуковое поле – звуковое поле в котором все звуковые волны некогерентны, и, как следствие, отсутствуют явления интерференции. Данное поле характеризуется изотропностью (равновероятностью направлений прихода звука в любую точку помещения) и однородностью (равномерным распределением уровня звука и уровня звукового давления по объему помещению).
Закон массы — индекс изоляции воздушного шума Rw однослойного ограждения увеличивается на 6 дБ с каждым удвоением его массы или частоты падающего звука.
Звукоизолирующий капот (ЗИК) – замкнутая конструкция: устанавливаемая на источник шума так, чтобы между источником и капотом был воздушный промежуток.
Звукоактивная поверхность – любая поверхность, излучающая звук (труба/лист металла, потолок).
Звуковая тень – зона относительной тишины, возникающая за акустическим экраном.
Звукоизоляция – процесс ослабление звука при его прохождении из одного помещения в другое.
Звукопоглощение – ослабление отраженного звука в помещении. В физическом смысле звукопоглощением называют процесс перехода звуковой энергии в тепловую, мерой измерения является коэффициент звукопоглощения α.
Измерители шума (шумомеры) – приборы, предназначенные для измерения уровня громкости звука.
Изодецибел – линии равного уровня громкости, которые наносятся при построении карт шума.
Индекс прозрачности звучания C80 (Clarity Factor) — десятикратный логарифм отношения импульсного отклика в первые 80 мс после прихода прямого звука к энергии от 80 мс до затухания реверберационного процесса.
- Все материалы
- Шумоизоляция
- Стройматериалы
- Виброизоляция
- Доп материалы
- Готовые решения
Готовые решения
- Шумоизоляция пола
- Звукоизоляция потолка
- Звукоизоляция стен
- Звукоизоляция перегородок
- Звукоизоляция перекрытия
- Звукоизоляция окон
apt.ru
Timeweb — компания, которая размещает проекты клиентов в Интернете, регистрирует адреса сайтов и предоставляет аренду виртуальных и физических серверов. Разместите свой сайт в Сети — расскажите миру о себе!
Виртуальный хостинг
Быстрая загрузка вашего сайта, бесплатное доменное имя, SSL-сертификат и почта. Первоклассная круглосуточная поддержка.
от 196 руб руб. / мес
Аренда VDS и VPS
Виртуальные серверы с почасовой оплатой. Меняйте конфигурацию сервера в любой момент и в пару кликов.