Измерения звука | |
---|---|
Характеристика | Символы |
Звуковое давление | p, SPL, L PA |
Скорость частиц | v, SVL |
Смещение частиц | δ |
Интенсивность звука | I, SIL |
Мощность звука | P, SWL, L WA |
Энергия звука | W |
Плотность энергии звука | w |
Звуковое воздействие | E, SEL |
Акустическое сопротивление | Z |
Звуковая частота | AF |
Потери при передаче | TL |
|
Интенсивность звука, также известная как интенсивность звука, определяется как мощность, переносимая звуковыми волнами на единицу площади в направлении, перпендикулярном этой области. единица СИ интенсивности, которая включает в себя интенсивность звука, составляет ватт на квадратный метр (Вт / м). Одним из приложений является измерение шума интенсивности в воздухе в месте нахождения слушателя в качестве количества звуковой энергии.
Интенсивность звука - это не то же физическое значение, что и звуковое давление. Человеческий слух напрямую чувствителен к звуковому давлению, которое связано с интенсивностью звука. В бытовой аудиоэлектронике разность уровней называется разницей «интенсивности», но интенсивность звука - это конкретно определенная величина, которую невозможно уловить с помощью простого микрофона.
Уровень интенсивности звука - это логарифмическое выражение интенсивности звука относительно эталонной интенсивности.
Интенсивность звука, обозначенная I, определяется как
, где
Оба I и v являются векторами, что означает, что оба имеют направление как ну как величина. Направление интенсивности звука - это среднее направление, в котором течет энергия.
Средняя интенсивность звука в течение времени T определяется как
Кроме того,
Где,
Для сферической звуковой волны интенсивность в радиальном направлении как функция расстояния r от центра сферы определяется выражением
где
Таким образом интенсивность звука уменьшается как 1 / r от центра сферы:
Это соотношение является законом обратных квадратов.
Уровень интенсивности звука (SIL) или уровень интенсивности звука - это уровень (логарифмическая величина ) интенсивности звука относительно контрольного значения.
Обозначается L I, выражается в неперс, бел или децибел и определяется как
где
Обычно используемая эталонная интенсивность звука в воздухе составляет
- это приблизительно самая низкая интенсивность звука, которую может слышать неповрежденное человеческое ухо в комнатных условиях. Соответствующие обозначения для уровня интенсивности звука с использованием этого эталона: L I / (1 пВт / м) или L I (относительно 1 пВт / м), но обозначения дБ SIL, дБ (SIL), dBSIL или дБ SIL очень распространены, даже если они не приняты SI.
Эталонная интенсивность звука I 0 определяется как что прогрессивная плоская волна имеет то же значение уровня интенсивности звука (SIL) и уровня звукового давления (SPL), поскольку
Равенство SIL и SPL требует, чтобы
где p 0 = 20 мкПа - эталонное звуковое давление.
Для прогрессивной сферической волны
где z 0 - это характеристический удельный акустический импеданс. Таким образом,
На воздухе при температуре окружающей среды, z 0 = 410 Па · с / м, следовательно, эталонное значение I 0 = 1 пВт / м.
В безэховой камере, которая приближается к свободному полю (без отражения) с одним источником, измерения в дальнем поле в SPL можно считать равным измерениям в SIL. Этот факт используется для измерения звуковой мощности в безэховых условиях.
Интенсивность звука определяется как среднее по времени произведение звукового давления и скорости акустических частиц. Обе величины могут быть непосредственно измерены с помощью зонда pu интенсивности звука, содержащего микрофон и датчик скорости частиц, или оценены косвенно, используя зонд pp, который аппроксимирует скорость частицы путем интегрирования градиента давления между двумя близко расположенными микрофонами.
Методы измерения давления широко используются в безэховых условиях для количественной оценки шума. Ошибка смещения, вносимая датчиком pp, может быть аппроксимирована следующим образом:
где - «истинная» интенсивность (не подверженная ошибкам калибровки), - смещенная оценка, полученная с помощью пробы pp, - среднеквадратичное значение звуковое давление, - волновое число, - плотность воздуха, - скорость звука, а - расстояние между двумя микрофонами. Это выражение показывает, что ошибки калибровки фазы обратно пропорциональны частоте и расстоянию между микрофонами и прямо пропорциональны отношению среднего квадрата звукового давления к интенсивности звука. Если отношение давления к интенсивности велико, то даже небольшое фазовое рассогласование приведет к значительным ошибкам смещения. На практике измерения интенсивности звука не могут быть выполнены точно при высоком индексе интенсивности давления, что ограничивает использование датчиков интенсивности p-p в средах с высоким уровнем фонового шума или отражений.
С другой стороны, ошибка смещения, вносимая датчиком о.у., может быть аппроксимирована выражением
где - смещенная оценка, полученная с использованием пу зонд, и - это преобразование Фурье звукового давления и скорости частиц, - это реактивная интенсивность, а - рассогласование фаз pu, вызванное ошибками калибровки. Следовательно, калибровка фазы имеет решающее значение, когда измерения выполняются в условиях ближнего поля, но не так важна, если измерения выполняются в дальней зоне. «Реактивность» (отношение реактивной мощности к активной) указывает, вызывает ли беспокойство этот источник ошибки или нет. По сравнению с датчиками давления, датчики интенсивности p-u не подвержены влиянию отношения давления к интенсивности, что позволяет оценить распространяющуюся акустическую энергию в неблагоприятных условиях испытаний при условии, что расстояние до источника звука достаточно.