Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лаб 9а 22-09.doc
Скачиваний:
7
Добавлен:
21.11.2019
Размер:
1.31 Mб
Скачать

Лабораторная 9

Измерение уровня звука шумомером

Цель работы:

изучить методику экспериментального измерения уровня звука; определить уровень акустического фона; исследовать акустические зависимости в условиях реального помещения

Приборы и принадлежности:

цифровой измеритель уровня звука, генератор ….

Методические указания к выполнению работы

Изучив дополнительный материал по теме, выполнить задания, ответы на которые представить для отчета в письменном виде.

1 Краткие теоретические сведения

Звук, как физическое явление, представляет распространяющееся механическое колебательное движение частиц упругой среды – газа, жидкости, твердого тела – с малыми амплитудами. Источником звука служит вибрирующее тело. Его колебания передаются ближайшим частицам среды, а от них – все более отдаленным. Каждая частица совершает колебания относительно равновесного состояния, в котором она находилась до возбуждения. Скорость, с которой происходит передача энергии от частицы к частице, определяет скорость распространения звуковой волны, или, другими словами, скорость звука.

Колебания частиц среды условно называются звуковыми волнами, хотя наше ухо воспринимает их как звук только когда частота колебаний находится в диапазоне 16 … 20000 Гц. Колебания, частоты которых ниже 16 Гц, называются инфразвуковыми, а выше 20 кГц – ультразвуковыми.

Пространство, к котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. Звуковые волны относятся к продольным волнам, то есть силы, создающие упругие деформации в среде, нормальны к фронту волны.

Звуковые волны являются носителями звуковой энергии. Общее количество энергии, которое источник звука излучает в окружающее пространство за единицу времени, характеризует звуковую мощность источника. Звуковую мощность обычно измеряют в ваттах (Вт). Некоторые конкретные источники звука можно характеризовать следующими приблизительными числами: шепот – 10– 9 Вт, разговор – 10– 5 Вт, крик – 10– 3 Вт, симфонический оркестр – 10 Вт, реактивный самолет – 105 Вт.

Следует отметить, что для электроакустического преобразователя излучаемая акустическая мощность меньше подводимой электрической мощности. Коэффициент полезного действия (КПД) источников звука, работающих в воздухе, невелик и составляет несколько %.

В большинстве случаев для потребителя практический интерес представляет не общая акустическая мощность, излучаемая во все стороны, а лишь та, которая достигает приемника звука – барабанной перепонки уха, диафрагмы микрофона и т.п. Часть общей мощности, приходящейся на единицу площади, называется интенсивностью звука ( ).

В каждой точке сферической поверхности, отдаленной от источника звука, излучающего энергию равномерно во все стороны на расстояние r (рис. 1), интенсивность звука одинакова. Таким образом можно записать:

,

где – интенсивность звука, измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2), – общая мощность излучения источника, Вт, – площадь сферической поверхности с радиусом , м2.

С увеличением радиуса (по мере удаления от источника) увеличивается площадь сферы , а значит, интенсивность звука уменьшается.

Непосредственное измерение интенсивности звука связано с большими техническими трудностями, но с помошью акустических приборов можно сравнительно просто измерить эффективное звуковое давление и колебательную скорость частиц среды, величины которых находятся в прямой зависимости от интенсивности звука.

Разница между мгновенным значением давления среды и средним давлением в отсутствии звука, называется звуковым давлением ( ). Таким образом, звуковое давление представляет избыточное давление в среде по отношению к постоянному давлению, существующему там до появления звуковых волн. Измеряется звуковое давление в паскалях (Па).

Примечание. За нормальное атмосферное давление принято давление, равное 760 мм рт. ст. = 105 Па, т.е. один паскаль приблизительно в 105 раз меньше нормального атм. давл.

Изменения состояния среды под действием звуковых волн характеризуются колебательной скоростью ( ) – мгновенная скорость колебательного движения частиц среды относительно их равновесного положения. Для данной среды эта скорость зависит от звукового давления. Колебательная скорость частиц и скорость распространения звука имеют одинаковую размерность (м/с), но представляют разные понятия и их не следует путать: скорость звука зависит от среды, а колебательная скорость – от параметров источника звука. Колебательная скорость частиц значительно меньше скорости звука.

Примером приемников звукового давления может служить большинство типов современных микрофонов, которые преобразуют это давление в пропорциональные электрические сигналы. Конструкция некоторых микрофонов позволяет получать напряжения, пропорциональные колебательной скорости.

Колебательная скорость движения частиц среды при распространении звуковой волны является векторной величиной. За положительное направление вектора принимают направление, совпадающее с направлением распространения звуковой волны.

Интенсивность звука (I) связана со звуковым давлением и колебательной скоростью простой зависимостью (предполагается, что точка измерения находится на большом удалении от источника звука):

. (1)

Звуковое давление и колебательная скорость однозначно взаимосвязаны. Если звуковая волна распространяется в свободном пространстве, где нет отражения звука (поле плоской волны), то

, (2)

где – плотность среды, – колебательная скорость, – скорость распространения звука в данной среде.

Произведение характеризует среду, в которой происходит распространение звуковой энергии, и называется ее удельным акустическим сопротивлением. Для воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 оС = 420 кг/м2·с; для воды = 1,5·106 кг/м2·с.

Если из формулы (2) в формулу (1) подставить значение колебательной скорости, то после преобразования окажется, что

. (3)

Анализ формул (1) – (3) позволяет обнаружить аналогию между отдельными понятиями, характеризующими электрические и акустические явления, и уравнениями, описывающими количественные зависимости между ними.

Аналогом электрической мощности является акустическая мощность и интенсивность звука – непосредственно связанная с мощностью через площадь волновой поверхности; аналогом напряжения служит звуковое давление; электрический ток соответствует колебательной скорости, а электрическое сопротивление – удельному электрическому сопротивлению; по аналогии с законом Ома для электрической цепи можно говорить об акустическом законе Ома:

Электрическая

мощность

Р

Напряжение

U

Электрич

ток

I

Электрическое

cопротивление

R

Акустическая

мощность Р

Интенсивность

звука I

Звуковое

давление р

Колеба-

тельная скорость

vК

Удельное

акустическое сопротивление

Звуковое давление и силу звука удобно определять по уровню (единица измерения – децибел).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]