Ciśnienie akustyczne - Polski Serwis Naukowy

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.

Odległość graniczna (także odległość krytyczna, promień krytyczny, promień dobrej zrozumiałości) – odległość od źródła umieszczonego w pomieszczeniu, w której moc fali bezpośredniej jest równa mocy fal odbitych.

Ciśnienie statyczne jest to ciśnienie równe wartości siły działającej na jednostkę powierzchni, z jaką działają na siebie dwa stykające się elementy przepływającego lub będącego w spoczynku płynu, które znajdują się w danej chwili w rozpatrywanym punkcie przestrzeni.

Najmniejsze ciśnienie akustyczne, które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe wynosi 2·10 Pa. Jest to ciśnienie odniesienia, oznaczane $p_0$ .

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

Często spotykany zapis:

Fala akustyczna – to rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka.

Fluktuacja, wahania przypadkowe - przypadkowe, nie dające się przewidzieć, odchylenia od wartości średniej zmiennej losowej (np. wielkości fizycznej) podlegającej stochastycznym zmianom w czasie i nie wykazujące żadnej tendencji.

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

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/m

Spadek ciśnienia akustycznego dźwięku w pomieszczeniu

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:

Pomieszczenie – wydzielona przegrodami budowalanymi (np. ścianami) część mieszkania, domu lub budynku. Zespół pomieszczeń składa się na lokal lub mieszkanie.

Logarytm (łac. [now.] logarithmus, w sensie stosunek, z gr. λόγ- log-, od λόγος logos , „słowo”, w sensie proporcja, i ἀριθμός árithmós, „liczba”). Logarytm przy podstawie a z liczby b (symbolicznie log ab) oznacza liczbę c, będącą potęgą, do której podstawa a musi być podniesiona, aby dać liczbę b, czyli

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

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.

Oporność falowa (impedancja akustyczna) w akustyce to miara oporu, jaki stawia ośrodek, rozchodzącej się w nim fali dźwiękowej, jest szczególnym przypadkiem impedancji falowej. Określa ją wzór:

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

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