Akustiske bølge

Akustiske bølger er en type af langsgående bølger, der udbreder sig ved adiabatisk kompression og dekompression. Langsgående bølger er bølger, der har samme retning vibration som deres kørselsretning. Vigtige mængder for at beskrive akustiske bølger er lydtryk, partikelhastighed, partikel forskydning og lyd intensitet. Akustiske bølger rejse med lydens hastighed, der afhænger af medie, de er passerer igennem.

Wave ejendomme

Akustiske bølger er langsgående bølger, der udviser fænomener som diffraktion, refleksion og interferens. Lydbølger imidlertid ikke har nogen polarisering, da de svinger langs den samme retning som de bevæger sig.

Akustiske bølgeligning

Den akustiske bølgeligning beskriver udbredelsen af ​​lydbølger. Den akustiske bølgeligning for lydtrykket i én dimension er givet ved

hvor

Bølgeligningen for partikelhastigheden har samme form og er givet ved

hvor

For lossy medier, skal anvendes for at tage højde for frekvensafhængig dæmpning og fase hastighed mere indviklede modeller. Sådanne modeller omfatter akustiske bølge ligninger, der inkorporerer brøkdele afledte termer, se også den akustiske dæmpning artiklen.

D'Alembert gav den generelle løsning for tabsfri bølgeligningen. For lydtryk, ville en løsning være

hvor

For den bølge bliver en omrejsende bølge bevæger sig mod højre, til den bølge bliver en omrejsende bølge bevæger sig mod venstre. En stående bølge kan opnås ved.

Fase

I et vandrebølgerør tryk og partikelhastighed er i fase, hvilket betyder, at fasevinklen mellem de to mængder er nul.

Dette kan let bevises ved hjælp idealgasloven

hvor

Overvej en volumen. Som en akustisk bølge udbreder sig gennem volumen, adiabatiske kompression og dekompression forekommer. For adiabatisk ændre følgende relation mellem volumen af ​​en parcel af væske og tryk holder

hvor

Som en lydbølge udbreder sig gennem et volumen, forskydning af partikler sker langs bølgeudbredelse retning.

hvor

Fra denne ligning kan det ses, at når trykket er på sit maksimum, når nul forskydning. Som nævnt før, kan det oscillerende tryk i et højregående vandrebølgerør gives af

Eftersom forskydningen er maksimum, når trykket er nul er der et 90 grader faseforskel, så forskydning er givet ved

Partikelhastigheden den første afledede af partikel forskydning. Differentiering af en sinus giver en cosinus igen

Under adiabatisk forandring, ændrer temperaturen med tryk samt efter

Denne kendsgerning udnyttes inden for thermoacoustics.

Udbredelseshastigheden

Udbredelseshastigheden af ​​akustiske bølger er givet ved lydens hastighed. Generelt er lydens hastighed c givet ved Newton-Laplace ligning:

hvor

Lydens hastighed øges således med materialets stivhed og falder med tætheden. For generelle tilstandsligninger, hvis der anvendes klassisk mekanik, lydens hastighed er givet ved

hvor differentiering er taget med hensyn til adiabatisk forandringer.

Interferens

Interferens er tilføjelsen af ​​to eller flere bølger, der resulterer i en ny bølge mønster. Interferens af lydbølger kan observeres, når to højttalere overfører det samme signal. På visse steder sker konstruktiv interferens, fordobling af lokale lydtryk. Og andre steder sker destruktiv interferens, der forårsager en lokal lydtryk på nul pascal.

Stående bølge

En stående bølge er en speciel form for bølge, der kan forekomme i en resonator. I en resonator superposition af hændelsen og reflekterende bølge opstår, forårsager en stående bølge. Tryk og partikelhastighed er 90 grader ude af fase i en stående bølge.

Overvej et rør med to lukkede ender virker som en resonator. Den resonator har normale tilstande ved frekvenser givet af

hvor

Ved enderne partikelhastighed bliver nul, da der kan være nogen partikel forskydning. Tryk fordobler dog i enderne på grund af indblanding af hændelsen bølge med den reflekterende bølge. Når trykket er maksimal ved enderne, mens hastigheden er nul, er der en 90 grader faseforskel mellem dem.

Refleksion

En akustisk vandrebølge kan reflekteres af en fast overflade. Hvis et vandrebølgerør reflekteres, kan den reflekterede bølge forstyrre den indfaldende bølge forårsager en stående bølge i den nærmeste område. Som følge heraf er den lokale tryk i nærfeltet fordoblet, og partikelhastigheden bliver nul.

Dæmpning forårsager reflekterede bølge at falde i kraft som afstanden fra reflekterende materiale stiger. Som kraften i den reflekterende bølge falder i forhold til magten af ​​hændelsen bølge, interferens også falder. Og som interferens falder, så gør faseforskellen mellem lydtrykket og partikelhastigheden. Ved en tilstrækkelig stor afstand fra reflekterende materiale, der ikke er interferens venstre længere. På denne afstand kan man tale om fjernfeltet.

Mængden af ​​refleksion er givet ved refleksion koefficient, der er forholdet mellem den reflekterede intensitet over hændelsen intensitet

Absorption

Akustiske bølger kan optages. Mængden af ​​absorption er givet ved absorptionskoefficienten som er givet ved

hvor

Ofte akustisk absorption af materialer er angivet i decibel stedet.

Måling

Lydtryk kan måles direkte ved hjælp af en mikrofon. Partikelhastighed kan måles direkte ved hjælp af en partikel hastighed probe. Det er også muligt at måle mængderne indirekte ved hjælp af modsatte instrument. Kan måles lydintensitet bruge forskellige kombinationer:

  • Mikrofon og partikelhastighed sonde
  • To mikrofoner
  • To partikelhastighed prober

Lydtrykket måles i pascal, partikelhastigheden i meter per sekund og lydintensitet i watt. Ofte måles disse mængder som et niveau i decibel i forhold til en bestemt mængde.

Lydtrykniveauet er givet ved

hvor

Partikelhastigheden plan er givet ved

hvor

Lydintensitetsnivauet er givet ved

hvor

  0   0
Forrige artikel Boekentoren
Næste artikel Cytosis

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha