Acustica [PDF]

Zitiervorschau

Sunetul se propagă diferit în diverse materiale (viteza, spectrul de frecvențe, suprimare, etc.). Acesta se propagă și după modul în care este construit locul de emisie. Dacă acesta are de exemplu proprietățile unei săli de spectacol sunetul va lovi pereții sălii și se va propaga în toată sala. Fenomenul ecoului este reflectarea sunetului de către munți sau de stânci. Acustica se ocupă cu studiul undelor sonore care pot produce senzații auditive (cu frecvența cuprinsă în intervalul 20 Hz - 20 kHz) dar și cu studiul ultrasunetelor (frecvențe mai mari de 20 kHz) și al infrasunetelor (frecvențe mai mici de 20 Hz). Unde • Unda reprezinta fenomenul de propagare din aproape in aproape, in timp si spatiu a unei oscilatii. – Undele elastice sunt generate de o perturbatie mecanica intr-un mediu elastic. – Undele electromagnetice sunt generate de variatia (oscilatia) campului electromagnetic.

Unde elastice • Clasificare: – Unde transversale: oscilatia este perpendiculara pe directia de propagare. – Unde longitudinale: oscilatia este realizata de- a lungul directiei de propagare.

Unde longitudinale si transversale • Undele longitudinale determină modificări periodice ale densităţii mediului pe direcţia pe care se propagă şi se propagă în toate stările de agregare ale materiei. • Undele transversale determină deformarea mediului şi se propagă numai în solide şi la suprafaţa lichidelor. Aparitia undelelor transversale este posibila doar daca schimbarea formei mediului este urmata de aparitia unor forte elastice de revenire. Viteza undelor • La propagarea oscilatiilor intr-un mediu elastic se realizeaza si schimbarea fazei. Viteza de propagare a oscilatiilor intr-un mediu elastic , numita si viteza de faza este:

λ/Τ= ∗λ

v=u = v • Experimental s-a stabilit ca viteza de faza este determinata numai de proprietatile mediului si starea sa de agregare.

Caracteristicile propagarii undelor elastice • In medii izotrope undele mecanice se propaga in toate directiile cu aceeasi viteza, • Viteza de propagare nu depinde de intensitatea perturbatiei, • Viteza de propagare a undelor depinde de proprietatile fizice ale mediului. • La trecerea undei dintr-un mediu in altul frecventa de oscilatie λ ramane constanta dar lungimea de unda λ variaza corespunzator cu variatia vitezei v. Caracteristicile propagarii undelor elastice • In cazul mediilor solide viteza undelor longitudinale este mai mare decat a undelor transversale. Această deosebire între vitezele de propagare a celor două tipuri de unde este folosită în seismologie pentru determinarea epicentrului cutremurelor. – Întâi este percepută unda longitudinală, ca o vibraţie (trepidaţie) a podelei şi după câtva timp (zeci de secunde) apare unda transversală ca o vibraţie sau oscilaţie (legănare) orizontală.

Pentru ca o undă elastică să provoace senzații auditive trebuie să îndeplinească trei condiții: Să aibă o durată mai mare de 0,06 s. Să aibă o intensitate peste pragul de audibilitate 10-12 W/m2 Să aibă o frecventă cuprinsă în intervalul 20 Hz ≤ v ≤ 20 kHz Regiunea din spațiu în care se propagă undele sonore poartă numele de câmp sonor. În mediile solide elastice se propagă atât unde longitudinale cât și transversale. Prin lichide și gaze (atmosferă) se pot propaga numai undele longitudinale. Unde acustice • Sunetul reprezinta o miscare oscilatorie a particulelor unui mediu eleastic care produce o senzatie auditiva. • Acustica studiaza fenomene produse de vibratiile mecanice si de propagarea lor sub forma de unde elastice. – Urechea omeneasca este un receptor remarcabil, capabil sa analizeze sunetul perceput, la fel ca un aparat spectral, descompunându-l în spectrul oscilatiilor armonice simple. Unde acustice • Urechea omeneasca percepe sunetele cu frecventele cuprinse în intervalul 16Hz – 20kHz. • Dupa spectrul frecventelor, sunetele se clasifica în : – zgomote: sunete cu spectrul continuu, – sunete muzicale: sunete cu spectru discontinuu. • Aceste vibratii se impart in mai multe categorii in functie de frecventa lor: Oscilatiile mecanice cu frecventa sub 16 Hz se numesc infrasunete, • Oscilatiile cu frecventa peste 20 kHz se numesc ultrasunete. – Infrasunetele sunt percepute de pasari si pesti, care „simt” astfel, producerea cutremurelor si apropierea furtunilor. – Ultrasunetele sunt percepute de catre lilieci. Din cauza lungimii de unda foarte mici, ultrasunetele au o directivitate remarcabila si animalele respective se pot orienta în spatiu si pot percepe deplasarea obiectelor pe care se reflecta ultrasunetele. Organismele vii sunt surse de vibratii mecanice si acustice, medii de propagare pentru ele si sisteme de receptionare. • Ca surse acustice organismele vii produc

sunete si zgomote. Gama acestora este larga: – Bataile inimii – Zgomotele zborului pasarilor, al insectelor, etc.

Calităţile sunetelor • Înălţimea sunetelor este determinată de frecvenţa lor, sunetul fiind cu atât mai înalt cu cât frecvenţa lui este mai mare. – Sunetele ale căror frecvenţe sunt un multiplu întreg al unei frecvenţe ν0 poartă numele de armonice ale acestui sunet. • Timbrul sunetelor este determinat de numărul, înălţimea şi intensitatea armonicelor care însoţesc sunetul fundamental. Calităţile sunetelor • Intensitatea sunetului reprezintă energia medie a undelor sonore, ce străbate pe direcţie normală, unitatea de suprafaţă, în unitatea de timp: I=dE/dS*dt [I]si=W/m2 Domeniul de audibilitate • În mod experimental, s-a constatat că sunetele sunt percepute de urechea omenească dacă au intensităţi ce depăşesc anumite limite, limite ce depind de frecvenţa lor. • De asemenea tot experimental s-a constatat că sunetele foarte intense a căror intensitate depăşeşte o limită superioară (ce de asemenea depinde de frecvenţa lor) provoacă doar o senzaţie de durere. Cele două limite, cea inferioară şi cea superioară reprezintă pregurile de audibilitate delimitând domeniul de audibilitate. • Limita inferioară reprezintă pragul auditiv inferior şi pentru frecvenţa de 1.000Hz intensitatea are valoarea cea mai mică I0 = 10-12 W/m2. • Curba superioară reprezintă pragul auditiv superior, sau pragul senzaţiei de durere, şi intensitatea atinge valoarea maximă de Imax = 102 W/m2, la aceeaşi frecvenţă de 103 Hz. Pentru aprecierea cantitativă a semnalelor sonore nu se foloseşte intensitatea sonoră ci raportul acesteia faţă de pregul auditiv inferior deoarece noi percepem sunetele într-o scară logaritmică. Se defineşte astfel, nivelul intensităţii sonore Ns prin expresia : Ns=k* logI/I0

I0 = 10-12 W/m2, este intensitatea de referinţă, • I este intensitatea sunetului măsurat. • k este o constantă ce poate lua valorile 1 sau 10. – Pentru k=1 nivelul intensităţii sonore se exprimă in beli (B), iar – pentru k = 10 nivelul intensităţii sonore se exprimă in decibeli (dB). Notificăm câteva valori ale nivelului intensităţii sonore: – vorbirea în şoaptă are 20 dB – conversaţia normală tare are 60 dB – zgomotul unei străzi aglomerate are 70 dB – zgomotul produs de o motocicletă are 100 dB – zgomotul produs de un turboreactor are 120 dB