Fale dźwiękowe Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski
Podstawowe cechy dźwięku Ze wzrostem częstotliwości rośnie wysokość dźwięku Dźwięk o barwie złożonej składa się z pewnej liczby dźwięków prostych (tonów) Dźwięk silniejszy ma większą amplitudę fali
Natężenie dźwięku Założenia wyjściowe: fale akustyczne rozchodzące się w powietrzu padają prostopadle na powierzchnię o polu S w ciągu czasu t fala przekazuje na rozpatrywanej powierzchni energię E. Definicja: Iloraz energii przeniesionej przez falę dźwiękową w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię, ustawioną prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali Natężenie dźwięku Uwaga: ucho ludzkie jest mało czułe na zmiany natężenia dźwięku, zmiana natężenia o ok. 30% nie powoduje, że dźwięk wydaje nam się cichszy lub głośniejszy.
Jak natężenie dźwięku zależy od odległości od jego źródła? Założenia wyjściowe: izotropowe, punktowe źródło dźwięku Z emituje fale akustyczne rozchodzące w powietrzu, moc akustyczna źródła wynosi P. Stąd: Wniosek: powierzchnia kuli Natężenie dźwięku jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od jego źródła!
Jak natężenie dźwięku zależy od amplitudy fali? Energia ruchu drgającego cząsteczki o masie m, amplitudzie A i częstości kątowej ω, wyraża się wzorem: Energię ruchu drgającego N cząsteczek można wyrazić następująco: Stąd: łączna masa cząsteczek Ponieważ fala w czasie t przebywa odległość l = v t, to t = l/v Stąd: objętość, jaką zajmuje N cząsteczek
Zgodnie z definicją gęstości: Stąd: Wniosek: Natężenie fali jest wprost proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali. Uwaga: natężenie fali jest wielkością, której pomiar wartości jest trudny, znacznie łatwiejszy jest pomiar tzw. ciśnienia akustycznego.
Fala dźwiękowa w powietrzu Założenia wyjściowe: w powietrzu (wzdłuż osi X) rozchodzi się podłużna fala akustyczna o ustalonej częstotliwości i pewnej amplitudzie (tzw. ton), amplituda tej fali się nie zmienia (brak tłumienia), tzn. nie zależy od odległości od źródła tej fali, W obszarach zagęszczeń ciśnienie powietrza ma wyższą wartość niż w obszarach rozrzedzeń!
Podłużna fala dźwiękowa w powietrzu - amplituda ciśnienia akustycznego - ciśnienie atmosferyczne powietrza, gdy nie rozchodzi się w nim fala akustyczna Zmiany ciśnienia akustycznego, od odległości od źródła fal, opisuje równanie: Ciśnienie akustyczne najcichszego dźwięku, jaki jest w stanie usłyszeć człowiek o zdrowym słuchu wynosi około 0,00002 Pa czyli 20 μpa. Dźwięki powyżej 20 Pa wywołują już ból uszu.
Jak przeliczyć wartość ciśnienia akustycznego na natężenie dźwięku? Dla fali sinusoidalnej natężenie dźwięku wyraża się wzorem: Jak definiuje się poziom natężenia dźwięku? Jest to logarytmiczna miara natężenia dźwięku w stosunku do pewnej przyjętej wartości odniesienia, wyrażana jest w decybelach. db [decybel] - ciśnienie odniesienia próg słyszalności
Natężenie dźwięku a poziom jego natężenia Natężenie dźwięku Poziom natężenia dźwięku Wniosek: Jeżeli n jest liczbą całkowitą, to zmiana natężenia dźwięku o powoduje zmianę poziomu jego natężenia o
Ciśnienie akustyczne a poziom natężenia dźwięku?
Jak zależy czułość ucha od częstotliwości odbieranego dźwięku?
Zadanie 1. Ile razy zmieni się energia niesiona przez falę, jeżeli amplituda fali wzrośnie dwa razy, a jej częstotliwość zmaleje cztery razy? Zadanie 2. Ile razy zmieni się natężenie fali kulistej, jeżeli odległość od jej źródła wzrośnie z 0,5 metra do 2 metrów? Zadanie 3. Na ucho ludzkie, o powierzchni czynnej 10 cm 2, pada prostopadle fala akustyczna, której moc akustyczna wynosi 10-10 W. Ile wynosi wartość natężenia padającej fali i poziom jej natężenia? Zadanie 4. Ile razy zmieni się natężenie fali akustycznej, jeżeli poziom jej natężenia zmalał o 60 decybeli?