Lydintensitet

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Lydmængder

Lydintensiteten (symbol I ), som er en af lydenergimængderne , angiver den lydeffekt, der pr. Arealenhed passerer gennem et lydgennemtrængt område. Den tilhørende logaritmiske mængde er lydintensitetsniveauet . To-mikrofon teknologi (se nedenfor) bruges normalt til at måle lydintensiteten. Nogle gange omtales lydintensiteten også som lydenergifluxdensiteten.

definition

"Energistrømmen" i lydfelter kan beskrives punktuelt med lydintensiteten. Lydintensiteten angiver, hvor stort "energilaget" er i et punkt i rummet, og i hvilken retning energien spredes der. Det beregnes ud fra produktet af lydhastighed v og lydtryk p . Lydintensiteten er, ligesom lydhastigheden, en rettet mængde:

. (1)

Ved at integrere lydintensiteten over det pågældende område opnår man den lydeffekt, der passerer gennem dette område, hvorved for hvert område kun de dele, der er vinkelret på overfladen, har indflydelse på bestemmelsen af ​​lydeffekten. Matematisk svarer dette forhold til skalarproduktet af lydintensitetsvektoren med en områdevektor, hvor områdevektoren er orienteret vinkelret på det respektive område:

Intensitetsenheden er W / m². Lydintensiteten er en lydenergimængde . I modsætning hertil er lydtrykket en lydfeltmængde .

Lydintensitetsniveau

Det er også almindeligt at angive mængden af ​​lydintensitet som lydintensitetsniveauet L I i decibel (dB):

med den standardiserede referenceværdi I 0 = 10 −12 W / m².

Flybølge og sfærisk bølge

I lydfeltet for en plan bølge stammer lydintensiteten fra produktet af de effektive værdier for lydtryk p og lydhastighed v .

For en sfærisk lydkilde gælder følgende for intensiteten som funktion af afstanden r :

Her er P ak lydeffekten, og A er den sfæriske overflade af en imaginær sfære med radius r . Så gælder følgende:

= Lydintensitet ved en mindre afstand
= Lydintensitet ved en større afstand

Således falder lydintensiteten som en variabel lydenergi i det frie felt med 1 / r 2 afstanden fra en punktlydkilde, hvorimod lydtrykket som en lydfeltstørrelse kun falder med 1 / r afstanden fra en punktlydkilde ( fjernlov ).

Lydintensiteten man bruger

  • til at beskrive et lydfelt på et hvilket som helst tidspunkt
  • som et mellemliggende trin for at bestemme lydeffekten, der passerer gennem en overflade
  • som et mellemliggende trin i måling af lydeffekten af en lydkilde.

Lydintensiteten I i W / m² for en bølge, der skrider frem, er:

. (9)

Symbolerne står for følgende mængder:

symbol enheder betyder
JEG. W / m 2 Lydintensitet
s. s Pascal = N / m² Lydtryk
v Frk Lydens hastighed
Z = c ρ N s / m 3 Karakteristisk akustisk impedans, akustisk feltimpedans
ρ kg / m 3 Lufttæthed , luftens densitet (af mediet)
-en m / s 2 Lydacceleration
ξ m , meter Lydbøjning
= 2 · F rad / s Vinkelfrekvens
f hertz frekvens
E. W s / m 3 Lydenergitæthed
P ak W , watt Lydeffekt
EN. m 2 Lydgennemtrængt overflade
c m / s Lydens hastighed

Måling af lydintensiteten med to-mikrofonteknikken

En intensitetsmålersonde skal levere signaler, hvorfra to feltmængder, lydtrykket p (t) og den hurtige komponent v n (t), kan bestemmes på målestedet. Måling af lydtrykket kan let foretages med en målemikrofon. Det er vanskeligere at bestemme lydens hastighed. Til dette formål, z. B. miniature ultralydssendere og -modtagere kan bruges. Disse er arrangeret tæt på hinanden i måleretningen. Frekvensændringen af ​​det ultralydssignal, der opstår i modtagersignalet på grund af Doppler -effekten, kan derefter bruges som et mål for lydens hastighed.

Mest almindeligt er imidlertid at bruge forholdet mellem tryk og hastighed beskrevet i Euler -ligningen . Lydhastighedskomponenten v n i en bestemt rumlig retning n kan derefter beregnes som følger:

. (10)
Grundlæggende målerrangement for to-mikrofon teknologi

Da det ikke er muligt at bestemme differentialkvotienten for lydtrykket med enkle midler, måles lydtrykket, og differenskvoten dannes på to tæt tilstødende steder, hvis forbindelseslinje er i rumlig retning n . Denne metode er kendt som to-mikrofonteknikken. Den her anvendte probe består af to mikrofoner specielt udvalgt for deres faseopførsel, som er anbragt ved siden af hinanden i en lille afstand Δ r og registrerer lydtrykkene p A og p B modtaget på de to steder.

Lydhastighedskomponenten v n i retningen n kan nu beregnes analogt med Eq. (10), bestemmes som følger

. (11)

Lydtrykket p ( t ) beregnes som middelværdien af p A ( t ) og p B ( t ):

. (12)

Hvis man sætter Eq. (11) og (12) i ligning. (1), er resultatet for lydintensiteten:

. (10)
Kommercielt tilgængelig lydintensitetsprobe med afstandsstykker i forskellige længder

Afstanden AR mellem mikrofonerne bestemmer sondeens frekvensområde. Derfor bruges afstandsstykker i forskellige længder til forskellige frekvensområder.

Ved lave frekvenser, dvs. store bølgelængder, vælges større mikrofonafstande for ikke at lade trykforskellene mellem de to mikrofoner blive for små og dermed holde målefejlene små på grund af forskellige signaloverførselstider og målenøjagtigheder i to målekanaler. Ved høje frekvenser indstilles derimod mindre mikrofonafstande. Her er frekvensområdet begrænset af det faktum, at differenskvotienten til bestemmelse af lydens hastighed i forhold til differentialkvotienten ikke længere giver tilstrækkeligt nøjagtige resultater fra en bestemt frekvens.

Weblinks