نوشته شده توسط مهدی نوروزی فر دسته: آکوستیک
نمایش از 11 آبان 1391 بازدید: 6849
پرینت

مشخصات  اصلي موج صدا 

 

فركانس و Pitch

فاز(Phase)

فشارِ و ترازِ‌ فشارِ صدا

 ترازِ فشارِ صدا

سرعتِ ذره‌اي(Particle velocity)

 انرژي‌ صدا

 شدتِ صدا(Sound intensity)

 رابطه‌ي‌ِ توان و شدتِ صدا

رابطه‌ي بين كميت‌هاي اكوستيكي

همبستگي‌ امواجِ صدا

 

مشخصات  اصلي موج صدا 

موج صدا بشكل  سينوسی  و يا مركب ( موج واقعي ) مي باشد و پريوديک است و دامنه آن نسبت به زمان

تغيير ميکند  . بنابراين موج صدا داراي مشخصات فركانس ، طول موج و دامنه( بلندي صدا )  و فاز ميباشد.

 

 

sound charactristic-e-a.ir

frequency formula1-e-a.ir

frequency formula2-e-a.ir

 

فركانس و Pitch

 حد شنوايي انسان ( پهناي باند  صدا ) از 20 هرتز تا 20 كيلوهرتز است . حد شنوايي برخی از حيوانات 

بشرح ذيلاست :

 

سگ ها =  از 50 هرتز تا 45000 هرتز

 

گربه ها = از 45 هرتز تا 85000 هرتز

 

 نهنگ هاي دريائي = تا 200000 هرتز

 

 فيل ها =  از 5 هرتز تا 10000 هرتز

 

حس و تاثيرات اين فركانس ها را Pitch صدا مي گويند . Pitch زياد مربوط به صدا هاي فركانس بالا و Pitch  كم مربوط به صدا هاي با فركانس كم ميباشد . 

فاز(Phase)

دو منبع توليد موج سينوسي را در در نظر مي گيريم كه موج سينوسي با فركانس و دامنه يكسان توليد ميكنند. اين دو موج مي توانند نسبت به هم اختلاف فاز صفر تا 360 درجه راداشته باشند . تاثير اين دو موج بر هم ميتواند توام با تقويت دامنه موج منتجه يا تضعيف دامنه موج منتجه باشد.

 

wave phase-e-a.ir

 

 فشارِ و ترازِ‌ فشارِ صدا

—بيش‌ترِ دستگاه‌هاي اندازه‌گيري و نيز سامانه‌ي شنوايي به مقدارِ كاراي (root mean square) فشارِ صدا حساسند.fig-Prms Eq-e-a.ir
—
محدوده‌ي فشارِ صدايي كه گوش بدان حساس است بسيار گسترده است، به‌همين دليل از مقياس‌هاي لگاريتمي استفاده مي‌كنيم.
fig-AP3-e-a.ir    fig-AP2-e-a.ir
 

 ترازِ فشارِ صدا

—ترازِ فشارِِ صدا (Sound Pressure Level - SPL)، طبق رابطه زیر تعریف می شود :
fig-SPL Eq-e-a.ir
—علاوه بر ترازِ فشار، دو ترازِ ديگر نيز براي صدا تعريف مي‌گردد.
fig-Isir-e-a.ir

جمعِ‌ ترازهاي فشار

—اگر چند چشمه‌ي صداي نابسته ‌هم‌زمان در يك نقطه صدا توليد كنند،ترازِ فشارِ صداي حاصل از همه‌ي اين منابع برابر مي‌شود با:
fig-Lpt Eq-e-a.ir
—توجه كنيد كه fig-Lpt1 Eq-e-a.ir
 
fig-Lpt Eq Ex-e-a.ir
 

 

SPL ميانگين

 —در مهندسي‌ صدا گاهي SPL در يك نقطه چند بار اندازه‌گيري، و SPLِ نهايي، ميانگينِ اين اندازه‌گيري‌ها

اعلام مي‌شود. اين SPLِ ميانگين برابر خواهد شد با:

fig-L-Av Eq-e-a.ir

 

—به‌عبارتِ ديگر اين آزمايش‌ها ناهمبسته فرض مي‌شوند.
 

سرعتِ ذره‌اي(Particle velocity)

 —براي دركِ بهترِ چگونگي‌‌انتقالِِ انرژي در يك پديده‌ي موجي علاوه بر فشارِ صدا، شناختِ سرعتِ حركتِ ذراتِ شاره نيز مفيد است.—رابطه‌‌ي كلي‌ي بينِ فشارِ صدا و سرعتِ ذره‌اي با معادله‌ي بقاي اندازه ـ حركت بيان مي‌شود:—
 
fig-PV1 Eq-e-a.ir
—
فشارِ صداي يك موجِ تخت كه به راست حركت مي‌كند، برابر مي‌گردد با
—fig-PV2 Eq-e-a.ir
—با جايگذاري‌ي اين رابطه در معادله‌‌ي بالا داريم:
 fig-PV3 Eq-e-a.ir
—بدين ترتيب
—براي موجي كه به‌ راست مي‌رود:                                    براي موجي كه به چپ مي‌رود:
        fig-PV4 Eq-e-a.ir                                           fig-PV5 Eq-e-a.ir
 
  —
—كميتِ fig-PV6 Eq-e-a.ir  از جنسِ پاگيري (مقاومت)  است (ML^-2T^-1) و پاگيري‌ي مشخصه‌ي محيط (Characteristicsacoustic impedance) ناميده مي‌شود. —يكاي سرعتِ ذره‌اي متر بر ثانيه است.—يكاي پاگيريي‌ي مشخصه ريل (rayl) است:
 
fig-PV7 Eq-e-a.ir
—پاگيري‌ي مشخصه‌ي هوا برابر است با 407 ريل.
 
یادآوری:
fig-R1 Eq-e-a.ir
 
 

 انرژي‌ صدا

 
—انرژي‌‌ي جنبشي‌ صدا يك كميتِ مرتبه‌‌ي دوم است كهبه سرعتِ ذره‌اي‌ي شاره
fig-Es1 Eq-e-a.ir
بستگي دارد.
 
 
 
 
هنگامِ‌ عبورِ صدا از يك شاره، به‌خاطرِ مقاومتِ شاره در برابرِ تغييرِ حجم، انرژي‌ پتانسيل تغيير مي‌كند.—انرژي‌ي پتانسيل هنگامِ تراكم بيش‌تر، و هنگامِ انبساط كم‌تر مي‌شود.fig-Es2 Eq-e-a.ir
—براي اين‌كه تغييراتِ انرژي‌ي پتانسيل را برحسب فشار‌ِصدا بيابيم، از روابطِ مربوط به گازهاي ايده‌آل بهره مي‌گيريم:
fig-Es3 Eq-e-a.ir
—
 
—از تركيبِ رابطه‌هاي پيشين خواهيم داشت:
fig-Es4 Eq-e-a.ir
——و در نتيجه:
 
—fig-Es5 Eq-e-a.ir
 
 
—شدتِ يك كميتِ فيزيكي عبارت است از انرژي‌ي كه در واحدِ زمان از واحدِ سطح عبور مي‌كند. —شدتِ صداي لحظه‌اي طبقِ تعريف برابر است با حاصل‌ضربِ فشار در سرعتِ ذره‌اي:
fig-Si1 Eq-e-a.ir
—آهنگِ تغييرِ چگالي‌ي انرژي در يك حجمِ ديفرانسيلي از شاره با شدتِ صدا در ارتباط است:
fig-Si2 Eq-e-a.ir
—
—

 شدتِ صدا در ميدانِ امواجِ تخت

 
—در بحثِ مربوط به سرعتِ ذره‌اي ديديم كه براي يك موجِِ تخت:
 
                      fig-Si4 Eq-e-a.ir                       fig-Si3 Eq-e-a.ir
—
 
—باتوجه به اين رابطه‌ها، شدتِ صدا در هر نقطه از شاره و در هر لحظه برابر مي‌شود با:
 
fig-Si5 Eq-e-a.ir
 

 شدتِ صدا براي يك موجِ‌كروي

 
—در بحثِ انتشارِ موج ديديم كه پاسخِ عمومي‌ي معادله‌ي موجِ كروي به‌شكلِ زير است:
fig-Si6 Eq-e-a.ir
—به‌تبع پاسخِ هماهنگِ‌ساده‌ِ نظير عبارت مي‌شود از
fig-Si7 Eq-e-a.ir
—
—
—با استفاده از رابطه‌ي fig-Si8 Eq-e-a.ir  و عملياتي ساده به‌دست مي‌آوريم:
fig-Si9 Eq-e-a.ir
—
 

ميدانِ دور(far field) و ميدانِ نزديك(near field)

 
—در فاصله‌ها‌ي دور از چشمه‌ي صدا (به‌نسبتِ طولِ‌موج)، كه ميدانِ دور ناميده مي‌شود:
fig-nf ff1 Eq-e-a.ir
——به عبارتِ ديگر موجِ صدا مانندِ يك موجِ تخت رفتار مي‌كند.—در فاصله‌هاي نزديك به چشمه‌ي صدا، يا ميدانِ نزديك: 
fig-nf ff2 Eq-e-a.ir
 
 

  رابطه‌ي‌ِ توان و شدتِ صدا

 —

توانِ‌ يك چشمه‌ي ‌انرژي‌ي محصور در سطحِ S، با رابطه‌ي زير به شدتِ  تابشِ انرژي از اين چشمه مربوط مي‌شود:fig-Isi1 Eq-e-a.ir

 fig-Isi3 Eq-e-a.ir

—براي يك چشمه‌ي نقطه‌اي و همسان‌گرد و براي يك محيط بدونِ اتلاف:

 fig-Isi4 Eq-e-a.ir

—

 

—براي چشمه‌اي كه تنها در يك نيم‌كره مي‌تابد:fig-Isi2 Eq-e-a.ir

 

—

 

—

 

 

 

 

 

رابطه‌ي بين كميت‌هاي اكوستيكي

fig-Apr-e-a.ir

 

 

 همبستگي‌ امواجِ صدا

 —دو موجِ‌ صدا مي‌توانند هم‌بسته (Correlated) يا نابسته (Uncorrelated) باشند.

fig-cnc1-e-a.ir

 

همبستگي‌ي امواجِ صدا (مثال)

 —دو نشانه‌ي سينوسي‌ي 4 كيلوهرتز هم‌فاز به يك نقطه مي‌رسند. اگر SPL هريك از اين نشانه‌ها L dB باشد. ترازِ فشارِ‌صداي كل چقدر از L بيش‌تر مي‌شود؟

دو نشانه‌ي سينوسي‌ي هم‌بسامد و هم‌فاز همبسته هستند، پس :
fig-cnc2-e-a.ir
 
—مي‌توان ديد كه ترازِ فشارِ صداي كلِ حاصل از دو منبعِ همبسته مي‌تواند از 0 تا L+6 dB تغيير كند.—درصورتي كه بسامدِ دو موجِ سينوسي متفاوت باشد، اين دو موج نابسته هستند و برهمنهشِ آن‌ها موجبِ افزايشِ 10log2 = 3 dB در ترازِ ‌فشارِ صداي هريك از دو موج مي‌گردد.