Fale akustyczne

 

 

Fala akustyczna - zaburzenie mechaniczne 

rozchodzące się w ośrodku sprężystym 

obdarzonym masą i przenoszące energię.

Ośrodki w których mogą się poruszać fale 

akustyczne 

to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz, 

gaz)

 

 

Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić 4 rodzaje fal:

 • infradźwięki - < 20 

Hz,

• dźwięki słyszalne - 20 Hz - 20 kHz - jesteśmy je 

w stanie

rejestrować poprzez wrażenia zmysłowe;

• ultradźwięki - > 20 

kHz,

• hiperdźwięki - > 

10

10

 Hz.

• Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości
(im większa częstotliwość sygnału, tym wyższy dźwięk)
• Głośność dźwięku zależy od natężenia
(jeśli sygnał ma odpowiednio duże natężenie, wydaje się głośniejszy)

 

 

Pole akustyczne - obszar przestrzeni, 
w którym istnieją drgania akustyczne

 

Ucho ludzkie najlepiej wyłapuje dźwięki o częstotliwości 1000 Hz. 
Natężenie progowe (próg słyszalności dla częstotliwości = 1000 Hz):

Krzywa słyszalności ucha ludzkiego :

I

0

=10

-12

 [W/m

2

]

 

 

Ciśnienie akustyczne

Ciśnienie akustyczne p określamy jako różnicę między 

aktualną

wartością ciśnienia P, a ciśnieniem P

0

 panującym 

wówczas, 

gdy ośrodek ten był w równowadze. 

P

0

 w normalnych warunkach odpowiada ciśnieniu 

atmosferycznemu.

Okres T jest najkrótszym czasem, w którym ciśnienie
akustyczne przechodzi przez wszystkie swoje wartości

 

 

Natężenie dźwięku

Natężenie dźwięku I jest to energia fali akustycznej E
przekazywana w jednostce czasu przez jednostkową
powierzchnię.

I = E/St

Prawo Webera-Fechnera - najmniejszy odczuwalny
przyrost natężenia dźwięku jest wprost proporcjonalny
do natężenia dźwięku wyjściowego.
Wynika z tego, że intensywność wrażenia zmysłowego
jest nieliniową funkcją natężenia bodźca (dźwięku). 

 

 

Bliższa analiza prawa Webera-Fechnera wskazuje, 
że względna intensywność odczuwania bodźca jest
proporcjonalna do logarytmu ze stosunku natężeń
tego bodźca i bodźca wzorcowego. Prowadzi to do
następującej definicji poziomu natężenia dźwięku L:

L = log

10

(I/I

0

)

 

 

Prędkość

 

fali akustycznej

B - moduł sprężystości objętościowej
    - gęstość

 

 

Przykładowe prędkości rozchodzenia się fali:

 

 

Opór akustyczny

z = v

Fala będzie tym lepiej przechodziła z jednego ośrodka
do drugiego im bliższe są sobie ich wartości oporów
akustycznych, czyli im różnica z

1

-z

2

 będzie mniejsza.

Gdy fala przechodzi przez ośrodki o nieznacznie 

różnych oporach akustycznych to na ich granicy

część fali padającej ulegnie odbiciu, a natężenie 

fali przechodzącej głębiej ulegnie stosownemu

zmniejszeniu.

 

 

Wartości prędkości dźwięku i oporu akustycznego

niektórych ośrodków:

 

 

Echo

Fala odbita od granicy ośrodków powraca po czasie

t’ liczonym od momentu nadania sygnału do źródła

dając efekt echa.

Odległość między źródłem, a odbijającą granicą ośrodków

można obliczyć posługując się następującym wzorem:

x = 0,5*vt’ 

Przy powierzchni gładkiej efekt echa może być zarejestrowany

w miejscu wysyłania fali, gdy powierzchnia odbijająca

jest położona prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali.