FALE AKUSTYCZNE

FALA AKUSTYCZNA

• Fala akustyczna – zaburzenie mechaniczne 

rozchodzące się w ośrodku sprężystym 

obdarzonym masą (jak powietrze, inna 

mieszanina gazów, ale również ciecz, metal, itd.) 

i przenoszące energię.

• Fala akustyczna nie przenosi masy, tzn. średnie 

położenie cząsteczek ośrodka nie ulega zmianie 

podczas ruchu falowego.

• Oznacza to, że z falą akustyczną jest związany 

ruch „pobudzonych” cząsteczek ośrodka wokół 

pewnych „położeń równowagi”. Ruch ten 

prowadzi do chwilowych lokalnych rozrzedzeń i 

zagęszczeń ośrodka, a w konsekwencji do 

chwilowych lokalnych zmian ciśnienia

FALE DŹWIĘKOWE

• Dźwiękiem nazywamy falę mechaniczną, 

przenoszoną przez drgania cząsteczek ośrodka. 

Dźwięki rozchodzą się we wszystkich ośrodkach, 

a więc zarówno w ośrodkach gazowych jak i 

ciekłych oraz stałych. W gazach i cieczach 

dźwięki są zawsze falą podłużną, w ciałach 

stałych mogą rozchodzić się jako fala podłużna 

lub poprzeczna.

• Źródłem dźwięku może być każde ciało 

drgające lub przepływ powietrza przez 

przewężenie. Jeśli źródłem dźwięku jest ciało 

drgające, to parametry dźwięku przez nie 

wytwarzanego są ściśle związane z 

parametrami drgań tego ciała.

• Ze względu na to, że dla ucha 

ludzkiego słyszane są dźwięki o 
częstotliwościach znajdujących się w 
przedziale od 20 Hz do 20 000Hz 
(20kHz), fale dźwiękowe dzielimy na 3 
kategorie:

• infradźwięki (<20Hz)
• dźwięki słyszalne
• ultradźwięki (>20Hz)

POLE AKUSTYCZNE

•

Fale dźwiękowe rozchodząc się w środowisku pobudzają jego 

cząstki do drgań i tworzą obszar zwany polem 

akustycznym. W ogólnym przypadku pole akustyczne jest 

utworzone przez dwa układy fal. Pierwszy układ - to fale 

odbiegające od źródła, drugi - to fale odbite od powierzchni 

ograniczającej i wracające ku źródłu. O ile pierwszy układ 

zależy jedynie od właściwości źródła i środowiska, o tyle drugi 

zależy również od właściwości powierzchni granicznych.

Gdy pole akustyczne jest nieograniczone lub gdy jego 

powierzchnie graniczne doskonale pochłaniają dźwięk, nie ma 

fal powracających i istnieją tylko fale odbiegające od źródła. 

Takie pole nazywa się polem akustycznym swobodnym.

Gdy w przestrzeni, w której rozchodzą się fale dźwiękowe, 

znajduje się przeszkoda o rozmiarach dużych w stosunku do 

długości fali, bieg fali zostaje zakłócony. Następuje odbicie 

częściowe lub zupełne, zgodnie z zasadami wynikającymi z 

twierdzenia Huygensa.

CIŚNIENIE AKUSTYCZNE

• Ciśnienie akustyczne to wielkość charakteryzująca siłę (w 

uproszczeniu odpowiada głośności) zjawiska 
akustycznego (dźwięku) w pewnym punkcie.

• Ciśnienie akustyczne p, wyrażane w paskalach (Pa), to różnica 

między aktualną wartością ciśnienia P (w danym miejscu 
ośrodka) a ciśnieniem P0 panującym wówczas, gdy ośrodek ten 
był w równowadze (przed nadejściem fali): 

• P= P - P0

• Podczas rozchodzenia się dźwięku ciśnienie akustyczne zależy 

zarówno od czasu, jak i miejsca (sąsiednie punkty drgającego 
ośrodka różnią się chwilową wartością ciśnienia.)

• Różnica ta wywołana jest drganiami cząsteczek powietrza. Hałasy 

o niskich poziomach ciśnienia akustycznego odbierane są jako 
ciche, a o wysokich poziomach ciśnienia akustycznego – jako 
głośne

Ze względu na bardzo szeroki zakres zmian ciśnienia akustycznego, 

od 0,00002 do 200 Pa, powszechnie stosowana jest skala 

logarytmiczna, czego skutkiem jest stosowanie w praktyce pojęcia 

poziomu ciśnienia akustycznego, wyrażanego w decybelach (dB), jako 

wartości względnej odniesionej do 0,00002 Pa 

Rys. 1. Ciśnienia i poziomy ciśnienia akustycznego różnych dźwięków

PRĘDKOŚĆ FALI AKUSTYCZNEJ 

W RÓŻNYCH OŚRODKACH

W powietrzu w warunkach normalnych dźwięk rozchodzi się z prędkością 330 m/s. W 

próżni i w ośrodkach idealnie sztywnych dźwięk się nie rozchodzi – drgania tam są 

niemożliwe lub w ogóle nie ma cząstek, które mogłyby drgać.

 
Dla fal dźwiękowych istotnymi parametrami ośrodka są jego sprężystość objętościowa 

oraz gęstość.

Prędkość rozchodzenia się dźwięku zależy od tych parametrów w następujący sposób:

 B – moduł sprężystości objętościowej 
 - gęstość

W stałych warunkach prędkości dźwięku w różnych ośrodkach są w miarę stabilne i 

określone.

Poniżej podano prędkości dźwięku dla kilku ośrodków w warunkach normalnych 

(temperatura  20°C,ciśnienie normalne 1013,25 Pa):

stal - 5100 m/s
beton - 3800 m/s
woda - 1490 m/s
powietrze - 343 m/s
Z przedstawionych danych wynika, że dźwięki znacznie szybciej rozchodzą się 

ośrodkach skondensowanych (ciecze, ciała stałe) niż w powietrzu. 

OPÓR AKUSTYCZNY

• Opór akustyczny (impedancja) jest zasadniczą wielkością charakteryzującą 

rozchodzenie się fal akustycznych w ośrodkach. Impedancja jest zdefiniowana jako 
iloraz ciśnienia akustycznego do prędkości cząsteczek:

•  
• Z = p/V
•  
• Jednostką impedancji jest kg/(m

2

s). Impedancja akustyczna jest miarą oporu, jaki 

ośrodek stawia rozchodzącej się w nim fali akustycznej. Impedancję właściwą  Z

c

 

ośrodka wyraża wzór:

•  
• Z

c

 = V * 

•  
• Jeśli fala dźwiękowa napotyka granicę dwóch ośrodków o różnej impedancji (Z

1

 i 

Z

2

), to część jej energii odbija się od granicy ośrodków, a część wnika do drugiego 

ośrodka.

• Fala tym lepiej będzie przechodziła z jednego ośrodka do drugiego im bliższe sobie 

są wartości ich oporów akustycznych, czyli im ich różnica (Z

1

 - Z

2) 

będzie mniejsza.