Введение

Акустика (от греческого acusticos - слуховой, слушающийся) - область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно 0 Гц) до предельно высоких частот (10¹¹, ...., 10¹³ Гц), их взаимодействия с веществом и разнообразные применения.

Акустика - одна из самых древних областей знания. Возникла как учение о звуке, т.е. об упругих волнах, воспринимаемых человеческим ухом. Вопросы, которыми занимается акустика, очень разнообразны. Некоторые из них связаны со свойствами и особенностями органов слуха.

Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний, а за последние десятилетия охватила и колебания, лежащие за пределами слышимости (ультраакустика). При этом она широко пользуется разнообразными методами превращения механические колебания, электрические и обратно. Применительно к звуковым колебаниям, число задач физической акустики входит и изучение физических явлений, обусловливающих те или иные качества звука, различимые на слух.

Электроакустика, или техническая акустика, занимается получением, передачи, приемом и записью звуков при помощи электрических приборов.

Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях, влияние на звук размеров и формы помещений, свойств материалов, покрывающих стены и потолки и. т. д. При этом имеется в виду слуховое восприятие звука.

Музыкальная акустика исследует природу музыкальных звуков, а также музыкальные настрой и системы. Мы различаем, например, музыкальные звуки (пение, свист, звон, звучание струн) и шумы (треск, стук, скрип, шипение, гром). Музыкальные звуки более простые, чем шумы. Комбинация музыкальных звуков может вызвать ощущение шума, но никакая комбинация не даст музыкального звука.

Гидроакустика (морская акустика) занимается изучением явлений, происходящих в водной среде, связанных с излучением, приемом и распространением акустических волн. Она включает вопросы разработки и создания акустических приборов, предназначенных для использования в водной среде.

Атмосферная акустика изучает звуковые процессы в атмосфере, в частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего распространения звука.

Физиологическая акустика исследует возможности органов слуха, их устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи. Создание систем; способных анализировать человеческую речь - важный этап на пути проектирования машин, в особенности роботов- манипуляторов и электронно-вычислительных машин, послушным устным распоряжениям оператора.

Биологическая акустика рассматривает вопросы звукового и ультразвукового общения животных и изучает механизм локации, которым они пользуются, исследует так же проблемы шумов, вибрации и борьбы сними за оздоровление окружающей среды.

Все разделы и виды акустики неразрывно связаны с акустическими измерениями.

Акустические измерения - измерения величин, характеризующих звуки и шумы по их интенсивности и по различным качественным признакам (по спектру, по нарастанию и спаданию звука во времени и др.). Главные величины, которые измеряют в акустике: звуковое давление, интенсивность звука, скорость распространения, спектральный состав и др. Наиболее важная характеристика звука — звуковое давление; это связано с тем, что человеческое ухо в звуковой волне воспринимает именно это давление.

Акустические измерения охватывают все без исключения разделы акустики: атмосферная акустика, гидроакустика, музыкальная акустика и т.д. Акустические измерения охватывают практически все сферы техники: измерения характеристик параметров шумов различного происхождения, создание и испытание акустических приборов связи и вещания — передатчиков и приёмников звука, гидроакустическая аппаратура, бытовая радиоэлектронная аппаратура и многих других областях.

Важным разделом акустических измерений являются измерения в строительной и архитектурной акустике — измерения звукоизоляции перегородок и перекрытий и параметров звукопоглощения строительных перегородок покрытий (штукатурок, обивок, полов и т. д.).

Особую и значительную группу акустических измерений составляет физиологическая акустика: субъективные измерения чувствительности слуха людей, а также отклонений от нормы (аудиометрия).

Акустические измерения тесно переплетаются с электрическими измерениями и проводятся главным образом электронной измерительной аппаратурой.

Акустические измерения – это наука, стоящая на службе охраны здоровья и удовлетворения потребностей человека.

Практическая работа №_1__

Тема: Единицы измерения физических величин в акустических измерениях

(Логарифмические уровни. Шкала децибел)

Краткие теоретические сведения.

За единицу измерения силы в системе СИ принимается Ньютон – (Н) – сила, сообщая массе в 1 кг ускорение в м/с .

Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль – (Дж) – работа, произведенная силой 1 Н при перемещении точки приложения силы на 1м в направлении ее действия.

За единицу измерения мощности принят ватт (Вт) – это мощность, при которой в течение 1 с выполняется работа в 1 Дж.

Единицы измерения удельного акустического импеданса (волнового сопротивления) – ньютон на секунду на метр в третьей степени ( Н с/м ) – есть акустическое давление 1 Н/ вызывает объемную скорость со среднеквадратичным значением 1м /c:

.

Единица измерения механического сопротивления – ньютон за секунду на метр (Н с/ м) – механическое сопротивление колебательной системы, на входе которой под действием периодической силы 1 Н возникает скорость колебаний 1 м/с:

.

Акустическое давление в системе СИ измеряется ньютоном на квадратный метр . Под этим понимается звуковое давление, испытываемое в звуковом поле малой по сравнению с длиной волны поверхностью, которое по своему среднеквадратичному значению (0,707 от максимального за период) эквивалентно давлению, испытываемому плоской поверхностью 1 м под действием равномерно по ней распределенной нагрузки 1 Н: Р=1Н/м = 10( )=1Па (Паскаль).

Интенсивность звука (сила звука) в системе СИ измеряется в ваттах на квадратный метр, 1 Вт/м - интенсивность в плоской звуковой волне, при которой сквозь поверхность в 1 м , расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны, передается звуковая мощность, равная 1 Вт: .

В ГОСТ 8849-59 включены также несистемные единицы – децибелы и октава.

Октава представляет собой единицу измерения частотного интервала, при котором отношение крайних частот равно двум. Октава может быть определена как интервал между двумя частотами и , логарифм отношения которых при основании 2 равен единице. Частотный интервал ∆ в октавах выражается:

.

Децибел. Единица измерения относительных величин: давления, интенсивности, напряжения и т.д. Применение логарифмической единицы децибел вызвано тем, что на практике мы имеем дело с очень широким диапазоном изменения давления и интенсивности. Так, например, у порога слышимости интенсивность составляет 10 Вт/м , а у порога болевого ощущения – 10 Вт/м . Как видно из приведенного примера, диапазон акустических интенсивностей равен 10¹² раз. Это и объясняет применение в акустических измерениях логарифмического масштаба. Обычно гидроакустические звукоприемники калибруются в логарифмических единицах-децибелах (дБ). В децибелах калибруются шумомеры, самописцы, специальные усилительные устройства, делители напряжения. В децибелах измеряются неравномерность АЧХ, динамический диапазон усилителя, уровень добавочных лепестков и ряд других параметров.

Если акустические поля определяются через звуковые давления Р и Р или через интенсивности I и I , то их отношения могут быть выражены в логарифмическом масштабе:

.

Единица децибел применяется также для сравнения электрических величин: силы тока, напряжения и т.д. Кроме децибелов в качестве логарифмической единицы применяется также непер (Нп). Две величины Р и Р или I и I в неперах выражаются следующим образом:

Х {Нп] =

Переход от одной системы логарифмических единиц к другой осуществляется по следующей схеме. Для одного и того же отношения запишем:

1 децибел – единица измерения уровня звукового давления, равная такому уровню звукового давления, отношение которого к условному порогу давления, равному , принимаемому за нулевой уровень (по ГОСТ 8849), равно единице. Давление соответствует силе звука в воздухе (порог слышимости).

Для интенсивности