Ciśnienie akustyczne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Wykres przedstawiający ciśnienie akustyczne na tle ciśnienia atmosferycznego

Ciśnienie akustyczne – zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Ciśnienie akustyczne opisuje natężenie dźwięku i wyraża się w paskalach[1].

Najmniejsze ciśnienie akustyczne, które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe wynosi 2·10-5 Pa. Jest to ciśnienie odniesienia, oznaczane p_0[1].

Ponieważ słuch ludzki reaguje na bodźce w sposób logarytmiczny, ciśnienie akustyczne wyraża się często w skali logarytmicznej (w decybelach). Poziom ciśnienia akustycznego to logarytm stosunku ciśnienia zmierzonego p_1 do ciśnienia odniesienia, określony wzorem[1]:

L_p=10\, \log_{10}\left(\frac{(p_1)^2}{(p_0)^2}\right)\mathrm{dB}

Często spotykany zapis:

L_p=20\, \log_{10}\left(\frac{p_1}{p_0}\right)\mathrm{dB}

choć prawidłowy z matematycznego punktu widzenia, jest niezgodny z definicją poziomu wyrażanego w decybelach.

Ciśnienie akustyczne p jest też związane zależnościami:


p = Z \cdot v = \frac{J}{v} = \sqrt{J \cdot Z}
Z - Oporność falowa w Pa·s/m
v - prędkość cząsteczek w m/s
J - natężenie dźwięku w W/m2

Spadek ciśnienia akustycznego dźwięku w pomieszczeniu[edytuj | edytuj kod]

Rozkład poziomu ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu w funkcji odległości od źródła z zaznaczonymi strefami pola akustycznego

Wartość ciśnienia akustycznego fali sinusoidalnej emitowanej przez punktowe źródło dźwięku wyraża się wzorem:

p= {1 \over r} \sqrt {{P \rho c} \over {2\pi}}

gdzie:

r\, – odległość od źródła dźwięku
p\, – amplituda ciśnienia akustycznego
\rho\, – gęstość ośrodka
c\, – prędkość rozchodzenia się fali akustycznej.

Wynika stąd, że ciśnienie akustyczne jest odwrotnie proporcjonalne do odległości od źródła. Podwojeniu odległości od źródła odpowiada więc dwukrotny spadek ciśnienia.

Obecność powierzchni odbijających w pomieszczeniach sprawia, że prawo odwrotnej proporcjonalności nie jest spełnione, a pole swobodne może istnieć tylko w niewielkiej odległości od źródła. W polu bliskim występują duże fluktuacje ciśnienia akustycznego w funkcji położenia punktu pomiarowego, a ich zakres maleje ze wzrostem odległości od źródła. Wielkość obszaru pola bliskiego zależy od częstotliwości, rozmiarów źródła i stosunków fazowych jego powierzchni promieniujących. W przypadku pola swobodnego energetycznie dominującą składowa pola jest fala biegnąca bezpośrednio ze źródła dźwięku, której poziom zmniejsza się o 6 dB na każde podwojenie odległości. Odległość, w której moc fali bezpośredniej równa jest mocy fal odbitych, nosi nazwę odległości granicznej. W obszarze pola pogłosowego występują fluktuacje ciśnienia akustycznego wynikające z interferencji fali bezpośredniej i fal odbitych. Wartość ciśnienia akustycznego zmienia się nieznacznie z odległością od źródła. W granicznym przypadku, gdy pole pogłosowe wypełnia cała objętość pomieszczenia, ciśnienie nie zależy od odległości od źródła i jest stałe w każdym punkcie pomieszczenia.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 Jerzy Krajewski: Głośniki i zestawy głośnikowe. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 2003, s. 16. ISBN 83-206-1491-0.