Ses basıncı - Sound pressure

Ses ölçümleri
karakteristik
Semboller
 Ses basıncı  p , SPL,L PA
 Parçacık hızı  v , SVL
 parçacık yer değiştirmesi  δ
 ses yoğunluğu  ben , SIL
 ses gücü  P , SWL, L WA
 Ses enerjisi  W
 Ses enerjisi yoğunluğu  w
 Sese maruz kalma  E , SEL
 Akustik empedans  Z
 Ses frekansı  AF
 İletim kaybı  TL

Ses basıncı veya akustik basınç , bir ses dalgasının neden olduğu ortam (ortalama veya denge) atmosferik basıncından yerel basınç sapmasıdır . Havada, ses basıncı bir mikrofon kullanılarak ve suda bir hidrofon ile ölçülebilir . SI birim ses basıncı olan Pascal (Pa).

matematiksel tanım

Ses basıncı diyagramı:
  1. sessizlik;
  2. duyulabilir ses;
  3. atmosferik basınç;
  4. ses basıncı

İletim ortamındaki bir ses dalgası , yerel ortam basıncında, statik basınçta bir sapmaya (ses basıncı, dinamik basınç) neden olur .

p ile gösterilen ses basıncı, şu şekilde tanımlanır:

nerede

p toplam toplam basınçtır,
p stat statik basınçtır.

Ses ölçümleri

ses yoğunluğu

Bir ses dalgasında, ses basıncının tamamlayıcı değişkeni parçacık hızıdır . Birlikte, dalganın ses yoğunluğunu belirlerler.

I ile gösterilen ve SI birimlerinde W · m -2 olarak ölçülen ses şiddeti , şu şekilde tanımlanır:

nerede

p ses basıncıdır,
v parçacık hızıdır.

Akustik empedans

Akustik empedans , Z ile gösterilir ve SI birimlerinde Pa·m −3 ·s olarak ölçülür , şu şekilde tanımlanır:

nerede

bir Laplace dönüşümü ses basıncı,
ses hacmi akış hızının Laplace dönüşümüdür.

z ile gösterilen ve SI birimlerinde Pa·m −1 ·s cinsinden ölçülen spesifik akustik empedans , şu şekilde tanımlanır:

nerede

ses basıncının Laplace dönüşümüdür,
parçacık hızının Laplace dönüşümüdür.

parçacık yer değiştirmesi

Parçacık değiştirme a ilerleyen sinüs dalgası ile verilir

nerede

olan genlik parçacık yer değiştirme,
bir faz kayması parçacık yer değiştirme,
k olan açısal dalga vektörü ,
ω olan açısal frekans .

Ses dalgasının x yayılma yönü boyunca parçacık hızı ve ses basıncının şu şekilde verildiğini takip eder:

nerede

v m parçacık hızının genliğidir,
parçacık hızının faz kayması,
p m , akustik basıncın genliğidir,
akustik basıncın faz kaymasıdır.

v ve p'nin Laplace dönüşümlerini zaman verimlerine göre almak

Bu yana , özel bir akustik empedans genliği ile verilmektedir

Sonuç olarak, parçacık yer değiştirmesinin genliği, akustik hız ve ses basıncı ile ilişkilidir.

Ters orantı yasası

Bir ses kaynağının oluşturduğu ses basıncını ölçerken, küresel bir ses dalgasının ses basıncı kürenin merkezinden 1/ r kadar (ve 1/ r kadar değil) azaldığından , nesneye olan mesafeyi de ölçmek önemlidir. r 2 , ses yoğunluğu gibi):

Bu ilişki ters orantılı bir yasadır .

Ses basıncı p 1 , kürenin merkezinden r 1 mesafesinde ölçülürse , başka bir r 2 konumundaki ses basıncı p 2 hesaplanabilir:

Ses basıncı için ters orantılı yasa, ses yoğunluğu için ters-kare yasasından gelir:

Aslında,

nerede

olan konvolüsyon operatörü
z -1 , spesifik akustik empedansın evrişim tersidir ,

dolayısıyla ters orantılı yasa:

Ses basıncı kürenin merkezine göre de değişebilir, bu nedenle duruma bağlı olarak farklı açılarda ölçüm yapılması gerekebilir. Küresel ses dalgasının seviyesi farklı yönlerde değişen bir ses kaynağının bariz bir örneği bir boğadır .

Ses basınç seviyesi

Ses basıncı seviyesi (SPL) veya akustik basınç seviyesi , bir referans değerine göre bir sesin etkin basıncının logaritmik bir ölçüsüdür .

L p ile gösterilen ve dB cinsinden ölçülen ses basıncı seviyesi , şu şekilde tanımlanır:

nerede

p , kök ortalama ses basıncının karesidir ,
p 0 olan bir referans ses basıncı ,
1 Np olan neper ,
1 B = ( 1/210 İn) Np olan bel ,
1 dB = (1/2010 İn) Np olan desibel .

Havada yaygın olarak kullanılan referans ses basıncı,

p 0 = 20 μPa,

genellikle insan işitme eşiği olarak kabul edilir (kabaca 3 m öteden uçan bir sivrisinek sesi). Bu referans kullanılarak ses basıncı seviyesi için uygun notasyonlar L p /(20 μPa) veya L p (re 20 μPa) şeklindedir , ancak dB SPL , dB(SPL) , dBSPL veya dB SPL son ek notasyonları , SI tarafından kabul edilmezler.

Çoğu ses seviyesi ölçümü bu referansa göre yapılacaktır, yani 1 Pa , 94 dB'lik bir SPL'ye eşit olacaktır . Sualtı gibi diğer ortamlarda, 1 μPa'lık bir referans seviyesi kullanılır. Bu referanslar ANSI S1.1-2013'te tanımlanmıştır .

Ortamdaki ses seviyelerini ölçmek için kullanılan ana alet ses seviyesi ölçerdir . Çoğu ses seviyesi ölçer, A, C ve Z ağırlıklı desibellerde okuma sağlar ve IEC 61672-2013 gibi uluslararası standartları karşılamalıdır .

Örnekler

İşitilebilirliğin alt sınırı 0 dB'lik SPL olarak tanımlanır , ancak üst sınır net olarak tanımlanmaz. İse 1 atm ( 194 dB tepe ya da 191 dB SPL ), bir bozulmamış ses dalgası içinde olabilir büyük basınç varyasyonu dünya atmosferinin hava termodinamik özellikleri göz ardı edilir (yani, gerçekte ses üzerinde başlayan doğrusal olmayan kademeli hale dalga 150 dB), daha büyük ses dalgaları diğer atmosferlerde veya su altı veya Dünya gibi diğer ortamlarda bulunabilir.

Farklı algılanan ses seviyelerinde ses basıncına karşı frekansı gösteren eşit ses yüksekliği konturu

Kulaklar ses basıncındaki değişiklikleri algılar. İnsan işitmesinin genliğe karşı frekansa göre düz bir spektral duyarlılığı ( frekans yanıtı ) yoktur . İnsanlar düşük ve yüksek frekanslı sesleri algılamadıkları gibi, eşit ses yüksekliği konturunda gösterildiği gibi 3.000 ile 4.000 Hz arasındaki sesleri de algılarlar . Genlik ile insan işitme değişiklikleri frekans tepkisi, üç ağırlıkları ses basıncı ölçmek için kurulan Çünkü: A, B ve C A-değerlendirmesi basınçlar seviyeleri ses için geçerli 55 dB , B ağırlık arasında, basınçlar seviyeleri ses için geçerlidir 55 dB ve 85 dB ve C-ağırlıklandırma, 85 dB'nin üzerindeki ses basıncı seviyelerini ölçmek içindir .

Farklı ses ölçülerini ayırt etmek için bir son ek kullanılır: A ağırlıklı ses basınç seviyesi dB A veya L A olarak yazılır . B ağırlıklı ses basınç seviyesi dB B veya L B olarak yazılır ve C ağırlıklı ses basınç seviyesi dB C veya L C olarak yazılır . Ağırlıksız ses basıncı düzeyine "doğrusal ses basıncı düzeyi" denir ve genellikle dB L veya sadece L olarak yazılır . Bazı ses ölçüm cihazları, doğrusal SPL'nin bir göstergesi olarak "Z" harfini kullanır.

Mesafe

SPL ölçümleri alıntılandığında, ölçüm mikrofonunun bir ses kaynağına olan mesafesi genellikle ihmal edilir ve bu da, kaynak ile alıcı arasındaki mesafenin iki katına çıkarılmasının bölünmeyle sonuçlandığını özet olarak belirten ters kare yasasının doğal etkisi nedeniyle verileri işe yaramaz hale getirir. dört ile ölçülebilir etki. "Arka plan" gürültüsünün ortam çevresel ölçümleri durumunda, tek bir kaynak bulunmadığından mesafenin belirtilmesine gerek yoktur, ancak belirli bir ekipmanın gürültü seviyesi ölçülürken mesafe her zaman belirtilmelidir. Kaynaktan bir metre (1 m) mesafe, sıklıkla kullanılan standart bir mesafedir. Kapalı bir odada yansıyan gürültünün etkileri nedeniyle, yankısız bir odanın kullanılması , sesin serbest alan ortamında yapılan ölçümlerle karşılaştırılabilir olmasını sağlar.

Ses seviye ters orantılı kanuna göre L p 1 bir mesafe ile ölçülür r 1 , ses seviyesi L p 2 mesafe en r 2 olduğu

Birden çok kaynak

n tutarsız yayılan kaynağın ses basınç seviyelerinin toplamı için formül şu şekildedir:

Formüllerin eklenmesi

ses basınç seviyelerinin toplamı için formülde

Ses basıncı örnekleri

Standart atmosfer basıncında havadaki ses basıncı örnekleri
ses kaynağı Mesafe Ses basınç seviyesi
( baba ) ( dB SPL )
Şok dalgası (bozuk ses dalgaları > 1 atm ; dalga formu vadileri sıfır basınçta kırpılır) >1.01×10 5 >191
Basit açık uçlu termoakustik cihaz 1.26×10 4 176
1883 Krakatoa patlaması 165 km 172
.30-06 tüfek ateşleniyor m kadar
atıcıların tarafında
7.09×10 3 171
havai fişek 0,5 m 7.09×10 3 171
Sersemletme bombası ortam 1.60×10 3
...8.00×10 3
158-172
9 inçlik (23 cm) parti balonu şişirilerek yırtılması 0 m 4.92×10 3 168
9 inç (23 cm) çapındaki balon ezilerek yırtıldı 0 m 1.79×10 3 159
9 inçlik (23 cm) parti balonu şişirilerek yırtılması 0,5 m 1.42×10 3 157
9 inç (23 cm) çapında bir iğne ile patlatılan balon 0 m 1.13×10 3 155
LRAD 1000Xi Uzun Menzilli Akustik Cihaz 1 m 8.93×10 2 153
9 inçlik (23 cm) parti balonu şişirilerek yırtılması 1 m 731 151
Jet motoru 1 m 632 150
9 inç (23 cm) çapındaki balon ezilerek yırtıldı 0,95 m 448 147
9 inç (23 cm) çapında bir iğne ile patlatılan balon 1 m 282.5 143
En yüksek insan sesi 1 inç 110 135
Trompet 0,5 m 63.2 130
Vuvuzela boynuzu 1 m 20.0 120
acı eşiği Bir gözyaşı 20–200 120–140
Ani gürültü kaynaklı işitme kaybı riski Bir gözyaşı 20.0 120
Jet motoru 100–30 m 6.32–200 110–140
İki zamanlı motorlu testere 1 m 6.32 110
kırıcı 1 m 2.00 100
Yoğun bir yolda trafik 10 m 0.20–0.63 80-90
İşitme hasarı (uzun süreli maruz kalma, sürekli olması gerekmez) Bir gözyaşı 0.36 85
Yolcu aracı 10 m 0.02-0.20 60-80
EPA - uyku bozukluğu, stres, öğrenme hasarı vb. gibi gürültüden kaynaklanan işitme kaybına ve diğer yıkıcı etkilere karşı koruma sağlamak için maksimum olarak tanımlanmıştır. ortam 0.06 70
TV (ev seviyesinde ayarlanır) 1 m 0.02 60
Normal konuşma 1 m 2×10 −3 –0.02 40-60
Çok sakin oda ortam 2,00×10 −4
...6,32×10 −4
20-30
Hafif yaprak hışırtısı, sakin nefes alma ortam 6,32×10 −5 10
1 kHz'de işitsel eşik Bir gözyaşı 2.00×10 −5 0
Yankısız oda , Orfield Labs, A ağırlıklı ortam 6.80×10 −6 -9.4
Yankısız oda , Salford Üniversitesi , A ağırlıklı ortam 4.80×10 −6 -12.4
Yankısız oda , Microsoft, A ağırlıklı ortam 1.90×10 −6 -20.35

Ayrıca bakınız

Referanslar

Genel
  • Beranek, Leo L., Akustik (1993), Amerika Akustik Derneği, ISBN  0-88318-494-X .
  • Daniel R. Raichel, Akustiğin Bilimi ve Uygulamaları (2006), Springer New York, ISBN  1441920803 .

Dış bağlantılar