مبانی آکوستیک

موج های آکوستیکی تخت

بخش پنجم

استانده های آکوستیکی و شرايط مبنا.

برای تعیین عوامل آکوستیکی استانده، از قبیل شدت، امپدانس آکوستیکی ویژه، فشار آکوستیکی و غیره، معمول این است که هوای ℃20 و فشار متعارفی اختیار کنند. در این دما و فشار، چگالی هوا و سرعت  است. بنا براین امپدانس مشخص استانده هوا بدین مقدار است

بنا بر این در حل مسائل با مثالهای توضیحی، مقدار بالا به کار برده می شود مگر اینکه در حالت خاص شرایط دما و فشار را مشخص کرده باشند.

شدت استاندۂ مبنا را برای صوتهای منتشر درهوا، معمولا وات بر متر مربع ( ) اختیار می کنند، که برای گوشهای عادی حد اقل شدت لازم برای احساس صوت خالص با فرکانس 1000 سیکل بر ثانیه است. اگر مقدار این شدت را در معادلة 5.38 بگذاریم، دامنه ماکسیمم فشار آکوستیکی را به دست می دهد

و مقدار مؤثر آن چنین است

معمولا با چشم پوشی از رقم آخر اعشار، مقدار را به عنوان مبنای فشار برای تعیین ترازهای فشار صوتی در هوا به کار می برند. این مبنا بر حسب دین بر سانتیمتر مربع برابر 0.0002 و بر حسب میکرو بار ، برابر 0.0002 است.

سرعت صوت در آب با دمای آن تغییر می کند، در نتیجه امپدانس آکوستیکی ویژه آب نیز متغیر است. در ℃20 سرعت صوت در آب مقطر چنانکه از معادله 5.22 نمودار است برابر و چگالی آب در این درجه برابر است. در نتیجه امپدانس مشخص آب چنين است

و ما آن را به عنوان مقدار استانده در محاسبه های این کتاب به کار خواهیم برد.

دو نوع فشار استانده را به عنوان مبنا برای تعیین ترازهای فشار صوتی در اندازه گیریهای درون آبی به کار می برند. یکی فشار مؤثر  يا معادل آن یا 0.0002 میکرو بار است. این فشار با شدتی درون آب برابر  وات بر متر مربع است. دیگری قشار مؤثر به میزان 0.1 نیوتن بر متر مربع یا معادل آن  يك دين بر سانتیمتر مربع با يك میکرو بار است. این فشار با شدتی درون آب، برابر وات بر متر مربع است.

از بحث بالا نتیجه می شود که فشار 0.00002 نیوتن بر متر مربع در آب، شدتی به مراتب بیش از هوا تولید می کند. معادلة 5.38 نشان می دهد که به ازای فشار معین، شدت با عکس امپدانس مشخص محيط متناسب است. بنابراین نسبت شد تنها در هوا و در آب برابر می شود. از طرف دیگر، صورت دیگری از معادله 5.38 نشان می دهد که اگر در موج آکوستیکی مشابه به يك فرکانس و يك دامنه تغيير مكان، یکی در آب و دیگری در هوا منتشر شود، نسبت شدت یکی در آب 3560 برابر شدت دیگری در هواست.

نرده های دسی بل.

در پژوهشهای نظری پدیده های آکوستیکی بهتر است فشارهای صوتی را با واحد نیوتن بر متر مربع و شدتهای صوتی را با واحد وات بر متر مربع اندازه گیری کنیم. با این حال در کارهای مهندسی، عملی، آزمایشگاهی مقیاسهای لگاریتمی برای اندازه گیری کمیتهای بالا معمول شده است که آنها را تراز های صوت؟ نامند. یسکی از علل این کار وسعت حدود فشارها و شدتها در پدیده های آکوستیکی است. چنانکه ردیف شدت صوتی قابل شنیدن از تا حدود 10 وات بر متر مربع وسعت دارد. به کار بردن مقیاس لگاریتمی حدود فوق را فشرده می کند. علت دوم خاصیت درونی احساس گوش است که تغییرات شدت را بر حسب لگاريتم نسبتهای معرف آن تغييرات، احساس می کند. بدین معنی که اگر بخواهیم احساس بلندی صوت در گوش به نسبت 1، 2، 3، 4، بالا رود، باید خود شدتها به نسبت 10، 100، 1000، 10000 تغییر کند. یکی از نتیجه های به کار بردن ترازهای لگاریتمی صوت این است که عوامل حاصلضرب در معادله های اصلی فشار و شدت به عوامل حاصل جمع و عوامل حاصل تقسيم به تفاضل بدل می شوند.

عادی ترین مقیاس لگاریتمی برای سنجش تراز صوت نرده دسی بل است. تر از شدت ( ) صوتی به شدت ، با این نرده با عبارت زیر تعریف می شود:

که در آن IL بر حسب دسی بل (db) و شدت مبنا برابر وات بر متر مربع در هوا است.

چنانکه در 5.7 تشریح گردید، شدت و فشار مؤثر در موج تخت با معادله  به هم مر بوطند و تر از فشار صوت (SPL) را بر حسب دسی بل می توان با عبارت زیر تعریف کرد:

که در آن فشار مؤثر صوت و  فشار مبناست که معمولا برابر 0.00002نیوتن بر متر مربع با معادل آن 0.0002 دین بر سانتیمتر مربع، يا 0.0002 میکروبار اختیار می گردد و این همان فشار مؤثر صوت در شدت مبنای است. بنابراین به کار بردن عمر يك از دو معادله فوق برای مقیاس تراز صوت در موجهای تخت پیشرونده به يك نتیجه منجر می گردد. در موردهای خاصی که شدت و فشار با معادله ی به هم مربوط نباشند، مانند میدانهای صوتی درهم، چون موجهای ایستاده، یا میدانهای صوتی حاصل از سر و صدا که در جهت مشخص منتشر نمی شوند، به کار بردن دو معادله فوق به يك نتیجه نمی رسد. در میکروفون های هوایی و آبی که ولتاژ خروجی معمولا برای سنجش عوامل آکوستیکی به کار می رود، چون ولتاژ خروجی با فشار آکوستیکی متناسب است بیشتر معادله ی 5.45 بر برای سنجش تراز صوت به کار می برند.

اصطلاح تراز شدت در سنجش تراز صوت در آب معمول نشده است و تنها تراز فشار را به کار می برند. در این موردها نیز متاسفانه دو مبنا اختیار شده که اگر بيدقتی شود سبب اشتباه می گردد. یکی فشار 0.0002 میکرو بار ( 0.0002 نیوتن بر متر مربع) که در دستگاههای سنجش سر و صدای خروجی در کشتیها و سر و صداهای دیگر درون آب به کار می رود. دیگری  يك میکرو بار (1/0 نیوتن بر متر مربع) است که برای تحقیق مشخصات آکوستیکی تراگذارهای صوتی و میزان ساختن دستگاههای اندازه گیری درون آب معمول شده است. این دوگانگی در مبنای فشار ممکن است در اندازه گیری و محاسبات سبب اشتباه شود. بدین جهت باید همیشه مبنا را معرفی کرد. مثلا میکرو بار یا  میکرو بار. گوشزد می کنیم که دو تراز که با این دو مبنا با دو عدد مساوی معرفی شوند معرف دو صوت گوناگونند که اختلاف تراز شدتشان برابر است. در این کتاب ترازهای صوتهای درون آبی با مبنای يك میکرو بار سنجیده شده است.

 

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. زمینه وب سایت اختیاری است.

دیدگاهپیغام شما
نامنام شما
ایمیلایمیل
وب سایتوب سایت