Слайд 2
Акустика - основные понятия
АКУСТИКА (греч. akustikos — слуховой)
—
учение о звуке; раздел физики, изучающий свойства, возникновение,
распространение и прием упругих волн в газообразных, жидких или твердых средах.
Одна из самых древних областей физики — зародилась в связи с потребностью дать объяснение явлениям слуха и речи
Слайд 3
Звуковые волны
(звук) — это упругие продольные волны, которые, воздействуя на
слуховой аппарат человека, вызывают определенные (слуховые) ощущения.
Звуковые волны в воздухе — чередующиеся области сжатия и разрежения.
Слайд 4
Громкость звука – это численная характеристика
возмущения давления при распространении звука, то есть кратковременное увеличение
давления относительного нормального, чем больше прирост давления, тем громче звук.
Минимальный порог слышимости уха человека 0,00002 Па.
Человеческое ухо способно слышать звуки частотой от 17 до 20000 Герц.
Слайд 5
Зависимости уровней громкости от частоты
Максимальное слышимое значение громкости
называется болевой порог, при превышении которого происходит повреждение барабанных
перепонок.
Слайд 6
Выражение для громкости в децибелах где Рпорог –
пороговое значение возмущения давления, Р – текущее значение возмущения
давления.
Слайд 8
Волновая поверхность (фронт волны) – это
геометрическое место точек среды, колеблющихся в одинаковых фазах.
Звуковой луч – это линия, в каждой точке совпадающая с направлением распространения волны. В однородной изотропной среде звуковой луч является прямой линией, перпендикулярной к волновой поверхности.
Слайд 9
Скорость распространения звуковой волны V –
расстояние, которое за единицу времени проходит любая точка волновой
поверхности. Скорость распространения звуковых волн в газе прямо пропорциональна корню квадратному абсолютной температуры газа.
Длиной волны λ называется расстояние между двумя ближайшими точками среды, колеблющимися со сдвигом фаз Δφ=2π.
Период колебания Т – время, за которое источник совершает одно полное колебание.
Частотой колебания f называется число полных колебаний, совершаемых за единицу времени.
Слайд 10
СПЕКТР ЗВУКА - выражает частотный состав
звука и получается в результате звука анализа. Спектр звука
представляют обычно на координатной плоскости, где по оси абсцисс отложена частота f, по оси ординат - амплитуда А или интенсивность I гармонической составляющей звука.
Рис. 2. Сплошной спектр затухающего колебания
Рис. 1. Линейчатый спектр, полученный при сложении двух периодических волн с основными частотами и
Слайд 11
Звуковым давлением называется величина, примерно равная
(при гармоническом колебании) 70% от максимальной разности между статическим
давлением и давлением, создаваемым звуковыми колебаниями. Звуковое давление измеряется в н/м2 (или, что то же самое, в Па).
Звуковое давление в данной точке убывает пропорционально увеличению расстояния точки до источника.
Слайд 12
Элементы геометрической акустики
Законы отражения и преломления звуковых
лучей аналогичны законам геометрической оптики.
Слайд 13
Коэффициент поглощения
α=(Епогл+Епр)/Епад
Коэффициент отражения
β=Еот/Епад
Коэффициент звукопроводности
γ=Епр/Епад
Епад
– энергия звука, падающего на данную преграду
Еот – энергия
отраженного звука
Епр – энергия звука, прошедшего сквозь преграду
α+β=1
Слайд 15
При отражении от вогнутой поверхности может произойти
фокусировка отраженных лучей с образованием мнимого источника звука в
точке S′, в которой увеличивается плотность звуковой энергии
Слайд 16
Акустика помещения
Состояние звука в пространстве, главным образом, зависит
от двух факторов:
Звукопоглощение
Звукоизоляция
Слайд 17
Звукопоглощение
Коэффициент звукопоглощения α является соотношением поглощенной звуковой энергии
к исходной.
0
Слайд 18
В помещениях с низким или с нулевым уровнем
звукопоглощения образуется эхо. Эхо является следствием отражения звука от
поверхностей и объектов в пространстве.
Существует три главных проблемы, вызываемых слишком сильным эхом:
Дезориентация:
Звуковая волна достигает слушателя со всех направлений приблизительно с одинаковым уровнем звука. Уровень звука в пространстве фактически одинаков. Направление источника звука не может быть определено, и в результате возникает дезориентация, оказывающая отрицательное влияние на концентрацию.
Слайд 19
Низкая разборчивость речи:
Множество отражений звука накладываются
друг на друга, делая речь неразборчивой или трудной для
понимания.
‘Эффект вечеринки’:
В неформальной обстановке, одновременно говорящие люди создают помехи друг другу, так как уровень звука практически одинаков во всем пространстве. Люди начинают говорить громче, до тех пор, пока не переходят на крик. Это называется “эффектом вечеринки”. Эффект вечеринки является причиной установления в детских садах уровня звука выше 90 dB, при котором может происходить вынужденная шумом тугоухость.
Слайд 20
Звукоизоляция
Звукоизоляция – это степень проникновения звука
в другое помещение. Звукоизоляция влияет на уровень звука в
пространстве помещения, и поэтому влияет на:
конфиденциальность;
концентрацию внимания.
Слайд 21
В зданиях звук может проникать в помещения разными
путями
Прямой звук(возникающий внутри помещения
Продольный звук(проникает в помещение через подвесные
потолки, вентиляционные системы)
Ударный звук (проникающий в помещение от ударов по строительным конструкциям)
Побочный звук(проникающий в помещение через обходные пути)
Слайд 22
R1, R2 и R3 - прямая звукоизоляция
R4 -
продольная звукоизоляция
Слайд 23
Порхающее эхо
Если существуют две параллельные отражающие поверхности
, то при появлении звукового сигнала звук, отраженный одной
поверхностью, возвращается к другой, отражается от нее, и начинает метаться, как бы порхать между ними, постепенно затухая. Возникает порхающее эхо
Слайд 24
Стоячие волны в помещении
На акустику помещения оказывает влияние
и влияние параллельность стен
Прямоугольная комната представляет собой трехмерный резонатор
Слайд 25
Проведем опыт
В качестве одномерного резонатора представим узкую трубу,
закрытую с двух сторон.
Поместим источник синусоидальных колебаний.
Вдоль трубы
со скоростью звука будет перемещаться синусоидальная звуковая волна, отражаясь от закрытых стенок.
Поместим возле другой стенки трубы микрофон.
Изменяя частоту генератора, можно заметить, что при изменении частоты амплитуда звука, то нарастает, то падает почти до нуля
Слайд 26
Резонанс образуется, если длина трубы кратна половине
длины волны возбуждаемых колебаний. Это явление носит название гребенчатой
фильтрации.
Прямоугольное помещение с физической точки зрения ведет себя точно так же, как закрытая с двух сторон труба.
Труба демонстрирует амплитудно-частотную характеристику, по виду напоминающую гребенку, причем каждый ее зубец представляет собой акустический резонанс.
Слайд 27
Волны, создающие резонансы, подразделяют на три категории
Осевые (аксиальные)
волны
Касательные волны, которые распространяются, последовательно отражаясь от четырех стен.
Косые
волны, отражающиеся последовательно от всех шести ограждающих поверхностей.
продольные
поперечные
вертикальные
Слайд 28
Физик-теоретик Филипп Морз подсчитал, сколько в помещении должно
быть резонансов в заданном интервале частот для того, чтобы
без заметных искажений нести форму звука длительностью порядка 0,1 с. Результат его расчетов таков: в интервале Δf=10 Гц должно быть не менее 10 резонансов.
Борьба с вредными резонансами и излишней реверберацией помещения происходит в основном посредством заглушения комнаты пористыми материалами.
Слайд 29
Время реверберации
Время реверберации помещения служит показателем продолжительности сохранения
в нем звуковой энергии.
Обычно оно определяется как время,
в течение которого происходит снижение интенсивности звука в миллион раз (60 дБ).
Слайд 30
Формула Сабина
Для определения времени реверберации небольшого помещения может
использоваться эмпирическая формула
T = 0.16 * V / A
T
= время реверберации, с
V = объем помещения, м3
A = (Σ площадь поверхности (S) x a) = площадь поглощения помещения, м2
Слайд 31
Пример:
Если заданное время реверберации в помещении размерами
6x10x3 м составляет 0,8 с, то какой коэффициент поглощения
должен иметь звукопоглощающий материал, который планируется использовать для звукоизоляции потолка площадью 45 м2?
Решение: A = 0.16 * V/T
А= 0.16 * 180/0.8 = 36 m2 * α = 36/45 = 0.8
Ответ: α = 0.8
