Акустический коэффициент полезного действия некоторых источников

В поле ненаправленного источника сферических волн поверхность, на которой частицы среды колеблются в одной фазе, представляет собой сферу радиуса r, равном расстоянию до источника. В этом случае площадь поверхно-сти будет S = 4π r² и следовательно его акустическая мощность определится:

Это соотношение позволяет, так же как в случае интенсивности звука, определить акустическую мощность по результатам измерения звукового дав-ления в точках, расположенных на поверхности воображаемой сферы радиуса r, равного расстоянию до источника. Кроме того, возможно решение и обратной задачи – нахождение значения звукового давления на расстоянии r от источни-ка по заданной акустической мощности источника. Очевидно, что

Для характеристики неравномерности звукоизлучения источника звука в различных направлениях используют величину фактора направленности Ф, который определяется отношением интенсивности звука в данной точке сферы,

в центре которой находится источник, к средней интенсивности звука на по-верхности этой же сферы

На практике часто имеют дело с несколькими источниками звука. Оче-видно, что в этом случае общая акустическая энергия, излучаемая этими источ-никами, определяется суммированием их акустических мощностей, т.е.

Из (1.22) и (1.23) следует, что в поле сферических волн плотность аку-стической энергии убывает с расстоянием, поскольку при удалении от источни-ка площадь поверхности, через которую проходят звуковые волны, увеличива-ются. В связи с этим, интенсивность звука убывает по закону "обратных квад-ратов".

Звуковое давление и скорость частиц среды убывает, соответственно, об-ратно пропорционально расстоянию от источника

В поле цилиндрических волн акустическая мощность источника будет Распределяться по цилиндрической поверхности, площадь которой пропорцио-нальна расстоянию от источника (S~r), следовательно интенсивность и звуко-вое давление изменяются по закону

т.е. интенсивность цилиндрических волн убывает медленнее, чем интенсив-ность волн сферических. Поэтому говорят, что звукоизлучение цилиндрических волн эффективнее, чем сферических. Этот факт следует учитывать при звуко-

изоляции. Для отверстия в перегородке, которое будет являться источником сферических волн, интенсивность звука будет уменьшаться в четыре раза при удвоении расстояния, а для щели той же площади только вдвое. Поэтому сле-дует большее внимание уделять звукоизоляции щелей в перегородках. По той же причине на большое расстояние распространяется шум от протяженных в одном направлении источников, например транспортных линий (шоссе, желез-ных дорог), являющихся источниками цилиндрических волн.

Логарифмическая шкала акустических характеристик

Диапазон изменения акустических характеристик достаточно велик. Так например, интенсивность наиболее тихого звука, доступного восприятию чело-

громкий звук, шум реактивного самолета, пролетающего на расстоянии 50 м, обладает интенсивностью порядка 10 Вт/м². В этом случае смещения частиц среды достигают 0,1 мм, скорость их составляет около 1 м/с, а ускорение – 10 км /с², т.е. 1000 g.

При таких больших диапазонах изменения физических величин принято использовать относительные характеристики. Для этого данное значение срав-нивают с исходным пороговым значением этой величины. Кроме того, исполь-зуется логарифмическая шкала оценки. Вводимая таким образом величина на-зывается уровнем определяемой физической характеристики. За единицу уров-ня принято такое отношение данного и опорного значения, когда их десятич-ный логарифм равен единице, что возможно в том случае, когда данное значе-ние в десять раз больше опорного. Такая единица называется Белл (по имени английского акустика Белла).

На практике пользуются более мелкими единицами, десятыми долями Белла, которые называются децибел и обозначаются дБ. При таких условиях уровнем какой-либо физической величины A называют значение

L = 10 lg A / А_о , (дБ),

где А_о – пороговое значение оцениваемой величины.

В акустике приняты следующие оценки акустических характеристик:

Уровень звуковой мощности

Уровень интенсивности звука (уровень звука)

L = 10 lg I / I_о ; ( L_о = 10 ^{– 12} Вт /м²) (1.32)

Уровень звукового давления

Уровень виброскорости