Войти
Акустика Поглощениеотносится к процессу с помощью которого материал, конструкция или объект t вызывает звуковую энергию, когда встречаются звуковые волны, в отличие от , отражающего энергию. Часть поглощенной энергии преобразуется в тепло, а часть передается через поглощающее тело. Говорят, что энергия, преобразованная в тепло, была «потеряна».
Когда звук из громкоговорителя сталкивается со стенами комнаты, часть энергии звука отражается, часть передается, а часть поглощается стенами. Подобно тому, как акустическая энергия передавалась через воздух в виде перепадов давления (или деформаций), акустическая энергия таким же образом проходит через материал, из которого состоит стена. Деформация вызывает механические потери за счет преобразования части звуковой энергии в тепло, что приводит к акустическому затуханию, в основном из-за вязкости стенки. Аналогичные механизмы затухания применимы к воздуху и любой другой среде, через которую распространяется звук.
Доля поглощенного звука определяется акустическим импедансом обеих сред и является функцией частоты и угла падения. Размер и форма могут влиять на поведение звуковой волны, если они взаимодействуют с ее длиной волны, вызывая волновые явления, такие как стоячие волны и дифракция.
Особенно важно акустическое поглощение. Интерес к звукоизоляции. Звукоизоляция направлена на поглощение как можно большего количества звуковой энергии (часто в определенных частотах), преобразовывая ее в тепло или передавая вдали от определенного места.
Как правило, мягкие, податливые или пористые материалы (например, ткань) служат хорошими акустическими изоляторами, поглощая большую часть звука, тогда как плотные, твердые, непроницаемые материалы (например, металлы) отражают больше всего.
Насколько хорошо комната поглощает звук, количественно определяют по эффективной площади поглощения стен, также называемой общей площадью поглощения. Он рассчитывается с использованием его размеров и коэффициентов поглощения стен. Общее поглощение выражается в Сэбинсе и используется, например, для определения времени реверберации для залов. Коэффициенты поглощения можно измерить с помощью реверберационной камеры , которая является противоположностью безэховой камере (см. Ниже).
| Материалы | Коэффициенты поглощения по частоте (Hz ) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1,000 | 2,000 | |
| Акустическая плитка (потолок) | .80 | .90 | .90 | .95 | .90 |
| Brick | .03 | .03 | .03 | .04 | .05 |
| Ковер поверх бетона | .08 | .25 | .60 | .70 | .72 |
| Тяжелый занавески | .15 | .35 | .55 | .75 | .70 |
| Мрамор | .01 | .01 | .01 | .01 | .02 |
| Окрашенный бетон | .10 | .05 | .06 | .07 | .09 |
| Штукатурка на бетоне | .10 | .10 | .08 | .05 | .05 |
| Фанера на шпильках | .30 | .20 | .15 | .10 | .09 |
| Гладкий бетон | .01 | .01 | .01 | .02 | .02 |
| Деревянный пол | .15 | .11 | .10 | .07 | .06 |
Акустическое поглощение имеет решающее значение в таких областях, как:
Акустическая безэховая камера - это помещение, предназначенное для поглощения как можно большего количества звука. Стены состоят из ряда перегородок из материала с высокой поглощающей способностью, расположенных таким образом, что часть звука, которую они отражают, направляется к другой перегородке, а не обратно в комнату. Это делает камеру почти лишенной эхо, что полезно для измерения уровня звукового давления источника и для различных других экспериментов и измерений.
Безэховые камеры дороги по нескольким причинам и поэтому редко встречаются.
Они должны быть изолированы от внешних воздействий (например, самолетов, поездов, автомобилей, снегоходов, лифтов, насосов,...; действительно, любого источника звука, который может помешать измерениям внутри камеры), и они должны быть физически большой. Первое, изоляция от окружающей среды, требует в большинстве случаев специально построенных, почти всегда массивных, а также толстых стен, полов и потолков. Такие камеры часто строятся как изолированные комнаты с подпружиненными пружинами в большом здании. Национальный исследовательский совет Канады имеет современную безэховую камеру и разместил видео в Интернете, отметив эти, а также другие конструктивные детали. Двери должны быть специально изготовлены, их герметизация должна быть акустически полной (отсутствие утечек по краям), вентиляция (если таковая имеется) должна тщательно контролироваться, а освещение должно быть бесшумным.
Второе требование частично следует из первого и из необходимости предотвращения реверберации внутри комнаты, например, от тестируемого источника звука. Предотвращение эха почти всегда достигается с помощью клиньев из поглощающей пены на стенах, полах и потолках, и для того, чтобы они были эффективны на низких частотах, они должны быть физически большими; чем ниже частоты, которые должны быть поглощены, тем они должны быть больше.
Следовательно, безэховая камера должна быть большой, чтобы вместить эти поглотители и схемы изоляции, но при этом оставлять место для экспериментального оборудования и тестируемых устройств.
Энергия , рассеиваемая в среде при прохождении звука через нее, аналогична энергии, рассеиваемой в электрических резисторах или рассеивается в механических амортизаторах для систем механической передачи движения. Все три эквивалентны резистивной части системы резистивных и реактивных элементов. Резистивные элементы рассеивают энергию (необратимо в тепло), а реактивные элементы накапливают и выделяют энергию (обратимо, пренебрегая малыми потерями). Реактивные части акустической среды определяются ее модулем объемной упругости и ее плотностью, аналогично соответственно электрическому конденсатору и электрическому индуктору, и аналогично, соответственно, механическая пружина, прикрепленная к массе.
Обратите внимание, что поскольку рассеяние зависит исключительно от резистивного элемента, оно не зависит от частоты. Однако на практике резистивный элемент зависит от частоты. Например, колебания большинства материалов изменяют их физическую структуру и, следовательно, их физические свойства; результатом является изменение эквивалентности «сопротивления». Кроме того, цикл сжатия и разрежения демонстрирует гистерезис волн давления в большинстве материалов, который является функцией частоты, поэтому при каждом сжатии возникает разрежение, и общее количество энергии, рассеиваемой из-за гистерезиса, изменяется с частотой. Кроме того, некоторые материалы ведут себя неньютоновским образом, что приводит к изменению их вязкости в зависимости от скорости деформации сдвига, возникающей при сжатии и разрежении; опять же, это зависит от частоты. Газы и жидкости обычно имеют меньший гистерезис, чем твердые материалы (например, звуковые волны вызывают адиабатическое сжатие и разрежение) и ведут себя, в основном, ньютоновским образом.
В совокупности резистивные и реактивные свойства акустической среды образуют акустический импеданс. Поведение звуковых волн, сталкивающихся с другой средой, продиктовано разными акустическими импедансами. Как и в случае с электрическими сопротивлениями, есть совпадения, и несоответствия, и энергия будет передаваться для определенных частот (почти до 100%), тогда как для других она может в основном отражаться (опять же, до очень больших процентов).
В конструкции усилителя и громкоговорителя электрические импедансы, механические импедансы и акустические импедансы системы должны быть сбалансированы таким образом, чтобы частота и фазовая характеристика в наименьшей степени изменяли воспроизводимый звук в очень широком спектре, но при этом обеспечивали адекватные уровни звука. для слушателя. Моделирование акустических систем с использованием тех же (или аналогичных) методов, которые долгое время использовались в электрических цепях, дало разработчикам акустики новый и мощный инструмент проектирования.
