Skaņa. Skaņas lauka pamatīpašības

Telpu, kurā pārvietojas skaņa, sauc par skaņas lauku. Skaņas lauka raksturlielumi ir sadalīti lineārajā un enerģētiskajā.

Lineārā skaņas lauka raksturlielumi:

1. skaņas spiediens;

2. barotnes daļiņu sajaukšana;

3. barotnes daļiņu svārstību ātrums;

4. vides akustiskā pretestība;

Skaņas lauka enerģētiskās īpašības:

1. skaņas stiprums (intensitāte).

1. Skaņas spiediens ir papildu spiediens, kas rodas, skaņai izejot caur vidi. Tas ir papildu spiediens līdz statiskajam spiedienam vidē, piemēram, gaisa atmosfēras spiedienam. Apzīmēts ar simbolu R un mēra vienībās:

P = [N/m2] = [Pa].

2. Vides daļiņu nobīde ir vērtība, kas vienāda ar barotnes nosacīto daļiņu novirzi no līdzsvara stāvokļa. Apzīmēts ar simbolu L, mēra metros (cm, mm, km), L = [m].

3. Vides daļiņu vibrācijas ātrums ir vides daļiņu pārvietošanās ātrums attiecībā pret līdzsvara stāvokli skaņas viļņa ietekmē. Apzīmēts ar simbolu u un tiek aprēķināts kā pārvietojuma koeficients L Laikā t kura laikā notika šī maiņa. Aprēķināts pēc formulas:

Mērvienība [m/s], nesistēmas vienībās cm/s, mm/s, µm/s.

4. Akustiskā pretestība ir pretestība, ko vide nodrošina caur to ejošajam akustiskajam viļņam. Aprēķinu formula:

Mērvienība: [Pa s/m].

Praksē akustiskās pretestības noteikšanai tiek izmantota cita formula:

Z=p*v. Z-akustiskā pretestība,

p ir vides blīvums, v ir skaņas viļņa ātrums vidē.

No enerģētiskajiem raksturlielumiem medicīnā un farmācijā izmanto tikai vienu - skaņas stiprumu vai intensitāti.

Skaņas stiprums (intensitāte) ir vērtība, kas vienāda ar skaņas enerģijas daudzumu E, iet laika vienībā t uz platības vienību S. Apzīmēts ar simbolu es. Aprēķinu formula: I=E/(S t) Mērvienības: [J/s m2]. Tā kā džouls sekundē ir vienāds ar 1 vatu, tad

es = [ J/s m 2 ] = [ W/m2].

Skaņas psihofizikālās īpašības.

Psihofizika ir zinātne par saistību starp objektīvām fiziskām ietekmēm un no tā izrietošajām subjektīvām sajūtām.

No psihofizikas viedokļa skaņa ir sajūta, kas rodas dzirdes analizatorā, kad uz to iedarbojas mehāniskas vibrācijas.

Psihofiziski skaņu iedala:

Toņi ir vienkārši;

Toņi ir sarežģīti;

Dīkstāves tonis ir skaņa, kas atbilst noteiktas frekvences sinusoidālai harmoniskai mehāniskai vibrācijai. Vienkārša toņa grafiks - sinusoidāls vilnis (skat. 3. Viļņu forma).

Sarežģīts tonis- šī ir skaņa, kas sastāv no dažāda (vairākiem) vienkāršu toņu skaita. Sarežģītais toņu grafiks ir periodiska nesinusoidāla līkne (sk. 3. Viļņu forma).

Troksnis -Šī ir sarežģīta skaņa, kas sastāv no liela skaita vienkāršu un sarežģītu toņu, kuru skaits un intensitāte visu laiku mainās. Zemas intensitātes trokšņi (lietus skaņa) nomierina nervu sistēmu, savukārt augstas intensitātes trokšņi (jaudīga elektromotora darbība, pilsētas transporta darbība) nogurdina nervu sistēmu. Cīņa pret troksni ir viens no medicīniskās akustikas uzdevumiem.

Skaņas psihofizikālās īpašības:

Piķis

Skaņas skaļums

Skaņas tembrs

Piķis ir dzirdamas skaņas frekvences subjektīvs raksturlielums. Jo augstāka frekvence, jo augstāks tonis.

Skaņas skaļums -Šī ir īpašība, kas ir atkarīga no skaņas frekvences un stipruma. Ja skaņas stiprums nemainās, tad, palielinoties frekvencei no 16 līdz - 1000 Hz, skaļums palielinās. Pie frekvences no 1000 līdz 3000 Hz tā paliek nemainīga, palielinoties frekvencei, skaļums samazinās un frekvencēs virs 16 000 Hz skaņa kļūst nedzirdama.

Skaļums (skaļuma līmenis) tiek mērīts, izmantojot vienību, ko sauc par "fon". Skaļumu fonā nosaka, izmantojot īpašas tabulas un grafikus, ko sauc par “izoakustiskajām līknēm”.

Skaņas tembrs- šī ir vissarežģītākā uztvertās skaņas psihofiziskā īpašība. Tembris ir atkarīgs no sarežģītā skaņā iekļauto vienkāršo toņu skaita un intensitātes. Vienkāršam tonim nav tembra. Nav vienību skaņas tembra mērīšanai.

Skaņas mērījumu logaritmiskās vienības.

Eksperimenti atklāja, ka lielas skaņas stipruma un frekvences izmaiņas atbilst nelielām skaļuma un augstuma izmaiņām. Matemātiski tas atbilst faktam, ka augstuma un tilpuma sajūtas pieaugums notiek saskaņā ar logaritmiskiem likumiem. Šajā sakarā skaņas mērījumiem sāka izmantot logaritmiskās vienības. Visizplatītākās mērvienības ir "bel" un "decibels".

Bel ir logaritmiska vienība, kas vienāda ar divu viendabīgu lielumu attiecības decimāllogaritmu. Ja šie lielumi ir divas dažādas skaņas intensitātes I 2 un I 1, tad skaņu skaitu var aprēķināt, izmantojot formulu:

N B =log(I 2 /I 1)

Ja attiecība I 2 pret I 1 ir 10, tad N B = 1 balts, ja šī attiecība ir 100, tad 2 baltie, 1000 - 3 baltie. Citām attiecībām belpu skaitu var aprēķināt, izmantojot logaritmu tabulas vai izmantojot mikrokalkulatoru.

Decibels ir logaritmiska mērvienība, kas vienāda ar beļa desmitdaļu.

Apzīmēts ar dB. Aprēķina pēc formulas: N dB =10·lg(I 2 /I 1).

Decibels ir ērtāka mērvienība praksei, tāpēc to aprēķinos izmanto biežāk.

Oktāva ir logaritmiska medicīniskās akustikas vienība, ko izmanto frekvenču intervālu raksturošanai.

Oktāva ir frekvenču intervāls (josla), kurā augstākās frekvences attiecība pret zemāko frekvenci ir divas.

Kvantitatīvi frekvenču intervāls oktāvās ir vienāds ar divu frekvenču attiecības bināro logaritmu:

N OCT =log 2 (f 2 /f 1). Šeit N ir oktāvu skaits frekvences intervālā;

f 2, f 1 - frekvenču intervāla robežas (ekstrēmās frekvences).

Viena oktāva tiek iegūta, ja frekvences attiecība ir divas: f 2 / f 1 =2.

Medicīnas akustikā tiek izmantotas standarta oktāvas frekvenču robežas.

Katrā intervālā ir norādītas vidējās noapaļotās oktāvas frekvences.

Frekvences robežas 18 - 45 Hz atbilst vidējai oktāvas frekvencei - 31,5 Hz;

frekvenču robežas 45-90 Hz atbilst vidējai oktāvas frekvencei 63 Hz;

robežas 90-180 Hz - 125 Hz.

Vidējo oktāvu frekvenču secība, mērot dzirdes asumu, būs šādas frekvences: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Papildus baltajam, decibelu un oktāvu in akustika Tiek izmantota logaritmiskā vienība "dekāde". Frekvences intervāls desmitgadēs ir vienāds ar divu galējo frekvenču attiecības decimāllogaritmu:

N dec =log(f 2 /f 1).

Šeit N desmitgades ir gadu desmitu skaits frekvences intervālā;

f 2, f 1 - frekvences intervāla robežas.

Viena desmitgade tiek iegūta, ja intervāla galējo frekvenču attiecība ir vienāda ar desmit: f 2 / f 1 = 10.

Mēroga izteiksmē desmitgade ir vienāda ar baltu, bet tiek izmantota tikai akustikā un tikai frekvences attiecības raksturošanai.

Nosacījumi cilvēka skaņas uztverei.

Elastīgos viļņus, kas izplatās nepārtrauktā vidē, sauc par skaņas viļņiem. Patiesībā skaņu sauc par viļņiem, kuru frekvences atrodas cilvēka dzirdes orgāna uztveres diapazonā. Skaņas sajūta cilvēkam rodas, ja viņa dzirdes aparāts ir pakļauts viļņiem ar frekvenci aptuveni 16 līdz 20 000 Hz. Viļņi, kuru frekvence atrodas ārpus šīm robežām, nav dzirdami, jo tie nerada dzirdes sajūtas. Elastīgie viļņi ar frekvenci zem 16 Hz tiek saukti infraskaņa, un ar frekvenci 20 000 Hz līdz 10 8 - 10 9 Hz- ultraskaņa. Fizikas joma, kas pēta, kā skaņas viļņi tiek ierosināti, kā tie izplatās un kā tie mijiedarbojas ar vidi, sauc. akustika.

Mehāniskās kustības vibrāciju un viļņu veidu vispārīgie principi, ko ieguvām iepriekšējās nodaļās, ir piemērojami arī akustisko parādību izpētē. Tomēr vairāki īpaši jautājumi, kas saistīti ar skaņas uztveres īpatnībām un tās tehnisko izmantošanu, noveda pie akustikas nodalīšanas īpašā fizikas jomā.

Skaņas viļņu rašanās un izplatīšanās gadījumā ir nepieciešama elastīgas vides (cieta ķermeņa, gaisa, ūdens) klātbūtne. Lai to pārbaudītu, zem gaisa zvana novietosim parasto elektrisko zvanu. Kamēr gaiss nav izsūknēts no zvana apakšas, zvans ir skaidri dzirdams. Kad gaiss tiek izsūknēts, skaņa vājinās un beidzot pazūd pavisam. Gaisa vide zem zvana kļūst tik reta, ka tā vairs nespēj pārraidīt skaņas vibrācijas. Retācijai jābūt tādai, lai gāzes molekulas būtu atdalītas viena no otras attālumos, kas ir lielāki par attālumiem, kuros parādās molekulārās mijiedarbības spēki. Tad molekulas, kuras ir saņēmušas noteiktu kustību no zvana āmura, nevar to virzīt virzienā uz blakus esošajām molekulām, bet tiek izkliedētas nejaušu sadursmju laikā, kuras termiskā kustībā apmainās.

Kā redzējām, viļņu rašanās ir iespējama, ja vide nodrošina elastīgu pretestību deformācijai un tai ir inerce.

Ciets korpuss iztur gan garenvirziena deformācijas – spriedzi un spiedi, gan bīdi. Tāpēc cietā ķermenī skaņas viļņi var būt gan gareniski, gan šķērsvirzienā. Šķidrumos un gāzēs, kas normālos apstākļos nepiedāvā bīdes pretestību, skaņas viļņi ir tikai gareniski.

Skaņas viļņus vidē rada oscilējošs ķermenis. Piemēram, telefona membrānas vibrācija blakus esošajā gaisa slānī rada secīgus saspiešanas un retināšanas procesus, kas izplatās visos virzienos.

Lai izpētītu vides stāvokli, kurā izplatās skaņas vilnis, varat izmantot metodi, ko izmantojām, pētot šķidruma kustību. Katrā telpas punktā, kas piepildīts ar vidi skaņas kustības stāvoklī, notiek periodiskas izmaiņas: a) daļiņas stāvoklis attiecībā pret līdzsvara stāvokli, b) daļiņas pārvietošanās ātrums, c) spiediena lielums ( saspiešana un retināšana) attiecībā pret to vidējo vērtību, kas pastāv neskartā vidē. Spiediena izmaiņas šajā gadījumā sauc lieks vai skaņas spiediens. Ja mēs iedomājamies, ka katrā vides punktā ir miniatūri ierīču sensori, kas mēra šos lielumus, tad to vienlaicīgie rādījumi sniegs mums tūlītēju priekšstatu par vides stāvokli. Šādu momentānu attēlu sērija, kas seko viena otrai, laika gaitā dos izmaiņas vides stāvoklī. Tā kā viļņu kustība ir periodiska gan laikā, gan telpā, tad, zinot skaņas viļņa izplatīšanās ātrumu un novērojot iepriekš minēto raksturlielumu izmaiņas vienā izotropas vides ar zemu vājinājumu punktā, tos var atrast visai telpai. ko aizņem vide, kurā izplatās skaņas viļņi Telpu, kas piepildīta ar vidi skaņas kustības stāvoklī, sauc skaņas lauks.

6. lekcija TROKŠŅA AIZSARDZĪBA

No cilvēka pamatmaņām vissvarīgākā loma ir dzirdei un redzei – tās ļauj cilvēkam apgūt skaņas un vizuālās informācijas laukus.

Pat pavirša cilvēka-mašīnas-vides sistēmas analīze dod pamatu vides trokšņa piesārņojuma problēmu uzskatīt par vienu no prioritārajām cilvēka mijiedarbības ar vidi problēmām, īpaši vietējā līmenī (darbnīca, objekts).

Ilgstoša trokšņa iedarbība var izraisīt dzirdes zudumu un dažos gadījumos arī kurlumu. Trokšņa piesārņojums darba vietā nelabvēlīgi ietekmē strādājošos: samazinās uzmanība, palielinās enerģijas patēriņš ar vienādu fizisko aktivitāti, palēninās garīgo reakciju ātrums utt. Tā rezultātā samazinās darba ražīgums un veiktā darba kvalitāte.

Zināšanas par trokšņa emisijas un izplatīšanās procesa fizikālajiem likumiem ļaus pieņemt lēmumus, kuru mērķis ir samazināt tā negatīvo ietekmi uz cilvēku.

Skaņa. Skaņas lauka pamatīpašības. Skaņas izplatīšanās

Koncepcija skaņu , kā likums, ir saistīts ar dzirdes sajūtām cilvēkam ar normālu dzirdi. Dzirdes sajūtas izraisa elastīgas vides vibrācijas, kas ir mehāniskas vibrācijas, kas izplatās gāzveida, šķidrā vai cietā vidē un ietekmē cilvēka dzirdes orgānus. Šajā gadījumā vides vibrācijas kā skaņu uztver tikai noteiktā frekvenču diapazonā (16 Hz - 20 kHz) un pie skaņas spiediena, kas pārsniedz cilvēka dzirdes slieksni.

Attiecīgi tiek sauktas vides vibrāciju frekvences, kas atrodas zem un virs dzirdamības diapazona infraskaņa Un ultraskaņas . Tās nav saistītas ar cilvēka dzirdes sajūtām un tiek uztvertas kā fiziskas vides ietekmes.

Elastīgas vides daļiņu skaņas vibrācijas ir sarežģītas un var tikt attēlotas kā laika funkcija a = a(t)(1. att. A).

Rīsi. 1. Gaisa daļiņu vibrācijas.

Vienkāršākais process ir aprakstīts ar sinusoīdu (1. att., b)

,

Kur a maks- svārstību amplitūda;

w = 2 lpp f - leņķiskā frekvence;

f- svārstību frekvence.

Harmoniskas vibrācijas ar amplitūdu a maks un biežumu f tiek saukti par toni.

Atkarībā no vibrāciju ierosināšanas metodes ir:

Plakans skaņas vilnis, ko rada plakana svārstīga virsma;

Cilindrisks skaņas vilnis, ko rada cilindra radiāli oscilējošā sānu virsma;

Sfērisks skaņas vilnis, ko rada punktveida vibrācijas avots, piemēram, pulsējoša bumba.

Galvenie skaņas viļņu raksturojošie parametri ir:

Skaņas spiediens lpp sv, Pa;

Skaņas intensitāte es, W/m2.

Skaņas viļņa garums l, m;

Viļņu izplatīšanās ātrums s, m/s;

Svārstību frekvence f, Hz.

Ja svārstības tiek ierosinātas nepārtrauktā vidē, tās atšķiras visos virzienos. Spilgts piemērs ir viļņu vibrācijas uz ūdens. No fiziskā viedokļa vibrāciju izplatīšanās sastāv no impulsa pārnešanas no vienas molekulas uz otru. Pateicoties elastīgajām starpmolekulārajām saitēm, katras no tām kustība atkārto iepriekšējās kustības. Impulsa pārnešanai nepieciešams noteikts laiks, kā rezultātā molekulu kustība novērošanas punktos notiek ar kavēšanos attiecībā pret molekulu kustību vibrāciju ierosmes zonā. Tādējādi vibrācijas izplatās ar noteiktu ātrumu. Skaņas viļņu ātrums Ar ir vides fiziska īpašība.

Skaņas vibrācijas gaisā noved pie tā saspiešanas un retināšanas. Kompresijas zonās gaisa spiediens palielinās, un retināšanas zonās tas samazinās. Starpība starp spiedienu, kas pastāv traucētā vidē lpp Trešdiena šobrīd, un atmosfēras spiediens lpp bankomāts, zvanīja skaņas spiediens (2. att.). Akustikā šis parametrs ir galvenais, caur kuru tiek noteikti visi pārējie.

lpp sv = lpp trešdiena - lpp atm.

Rīsi. 2. Skaņas spiediens

Videi, kurā izplatās skaņa, ir specifisks akustiskā pretestība Z A, ko mēra Pa*s/m (vai kg/(m 2 *s) un ir skaņas spiediena attiecība lpp skaņu līdz barotnes daļiņu vibrācijas ātrumam u:

z A = p skaņa /u =r*Ar,

Kur Ar - skaņas ātrums , m; r - barotnes blīvums, kg/m3.

Dažādām vides vērtībām ZA ir dažādas.

Skaņas vilnis ir enerģijas nesējs tā kustības virzienā. Tiek saukts enerģijas daudzums, ko skaņas vilnis pārnes vienā sekundē caur posmu, kura laukums ir 1 m 2 perpendikulāri kustības virzienam. skaņas intensitāte . Skaņas intensitāti nosaka skaņas spiediena attiecība pret vides akustisko pretestību W/m2:

Sfēriskam vilnim no skaņas avota ar jaudu W, W skaņas intensitāte uz rādiusa sfēras virsmas r ir vienāds ar:

es= W / (4p r 2),

tas ir, intensitāte sfērisks vilnis samazinās, palielinoties attālumam no skaņas avota. Kad plaknes vilnis skaņas intensitāte nav atkarīga no attāluma.

6.1.1 . Akustiskais lauks un tā īpašības

Ķermeņa virsma, kas vibrē, ir skaņas enerģijas izstarotājs (avots), kas rada akustisko lauku.

Akustiskais lauks sauc par elastīgās vides reģionu, kas ir akustisko viļņu pārraides līdzeklis. Akustisko lauku raksturo:

- skaņas spiediens lpp sv, Pa;

- akustiskā pretestība Z A, Pa*s/m.

Akustiskā lauka enerģētiskās īpašības ir šādas:

- intensitāte I, W/m2;

- skaņas jauda W, W ir enerģijas daudzums, kas laika vienībā iet caur virsmu, kas ieskauj skaņas avotu.

Svarīgu lomu akustiskā lauka veidošanā spēlē raksturīgs skaņas emisijas virzienam F , t.i. ap avotu radītā skaņas spiediena leņķiskais telpiskais sadalījums.

Visi šie lielumi ir savstarpēji saistīti un ir atkarīgi no vides īpašībām, kurā skaņa izplatās. Ja akustiskais lauks neaprobežojas tikai ar virsmu un sniedzas gandrīz līdz bezgalībai, tad šādu lauku sauc par brīvo akustisko lauku. Slēgtā telpā (piemēram, telpās) skaņas viļņu izplatība ir atkarīga no viļņu ceļā esošo virsmu ģeometrijas un akustiskajām īpašībām.

Skaņas lauka veidošanas process telpā ir saistīts ar parādībām reverberācija Un difūzija.

Ja telpā sāk darboties skaņas avots, tad pirmajā brīdī mums ir tikai tieša skaņa. Kad vilnis sasniedz skaņu atstarojošo barjeru, lauka modelis mainās atstaroto viļņu parādīšanās dēļ. Ja skaņas laukā novieto objektu, kura izmēri ir mazi, salīdzinot ar skaņas viļņa garumu, tad skaņas lauka kropļojumi praktiski netiek novēroti. Efektīvai atstarošanai ir nepieciešams, lai atstarojošās barjeras izmēri būtu lielāki vai vienādi ar skaņas viļņa garumu.

Tiek saukts skaņas lauks, kurā dažādos virzienos parādās liels skaits atstaroto viļņu, kā rezultātā skaņas enerģijas īpatnējais blīvums visā laukā ir vienāds. difūzais lauks.

Pēc tam, kad avots pārstāj raidīt skaņu, skaņas lauka akustiskā intensitāte bezgalīgā laikā samazinās līdz nullei. Praksē tiek uzskatīts, ka skaņa ir pilnībā vājināta, ja tās intensitāte samazinās līdz 10 6 reizēm, salīdzinot ar līmeni, kāds pastāv izslēgšanas brīdī. Jebkuram skaņas laukam kā vibrējošas vides elementam ir savs skaņas vājināšanas raksturlielums - reverberācija(“pēcskaņa”).

Z Skaņas lauks izpaužas kā svārstīgo materiālu ķermeņu kinētiskā enerģija, skaņas viļņi vidēs ar elastīgu struktūru (cietās vielas, šķidrumi un gāzes). Vibrāciju izplatīšanās procesu elastīgā vidē sauc vilnis. Skaņas viļņa izplatīšanās virzienu sauc skaņas stars, un virsma, kas savieno visus blakus esošos lauka punktus ar tādu pašu vides daļiņu svārstību fāzi, ir viļņu fronte. Cietās vielās vibrācijas var izplatīties gan garenvirzienā, gan šķērsvirzienā. Tie izplatās tikai gaisā gareniskie viļņi.

Bezmaksas skaņas lauks To sauc par lauku, kurā dominē tiešais skaņas vilnis, un atstaroto viļņu nav vai tie ir nenozīmīgi.

Izkliedēts skaņas lauks- tas ir lauks, kurā katrā punktā skaņas enerģijas blīvums ir vienāds un kura visos virzienos laika vienībā izplatās identiskas enerģijas plūsmas.

Skaņas viļņus raksturo šādi pamatparametri.

Viļņa garums- vienāds ar skaņas ātruma (gaisā 340 m/s) attiecību pret skaņas vibrāciju biežumu. Tādējādi viļņa garums gaisā var mainīties no 1,7 cm (par f= 20000 Hz) līdz 21 m (par f= 16 Hz).

Skaņas spiediens- tiek definēta kā starpība starp skaņas lauka momentāno spiedienu noteiktā punktā un statistisko (atmosfēras) spiedienu. Skaņas spiedienu mēra paskalos (Pa), Pa = N/m2. Fizikālie analogi – elektriskais spriegums, strāva.

Skaņas intensitāte– vidējais skaņas enerģijas daudzums, kas laika vienībā iet caur vienības virsmu, kas ir perpendikulāra viļņu izplatīšanās virzienam. Intensitāti mēra vienībās W/m2 un atspoguļo skaņas vibrāciju jaudas aktīvo komponentu. Fiziskais analogs ir elektriskā jauda.

Akustikā mērījumu rezultāti parasti tiek parādīti relatīvo logaritmisko vienību veidā. Lai novērtētu dzirdes sajūtu, tiek izmantota vienība ar nosaukumu Bel (B). Tā kā Bel ir diezgan liela vienība, tika ieviesta mazāka vērtība - decibels (dB), kas vienāds ar 0,1 B.

Skaņas spiedienu un skaņas intensitāti izsaka relatīvajos akustiskajos līmeņos:

,

Akustiskā līmeņa nulles vērtības atbilst vispārpieņemtajam un W/m 2 ar harmonisku skaņas vibrāciju ar frekvenci 1000 Hz. Norādītās vērtības aptuveni atbilst minimālajām vērtībām, kas izraisa dzirdes sajūtas (absolūtais dzirdes slieksnis).

Mikrofona raksturlielumu mērīšanas nosacījumi. Akustiskajiem mērījumiem ir vairākas īpašas iezīmes. Tādējādi dažu elektroakustisko iekārtu raksturlielumu mērījumi jāveic brīvā lauka apstākļos, t.i. kad nav atstaroto viļņu.

Parastās telpās šo nosacījumu nevar izpildīt, un mērījumu veikšana ārpus telpām ir sarežģīta un ne vienmēr iespējama. Pirmkārt, ārā ir grūti izvairīties no atspīdumiem no tādām virsmām kā zeme. Otrkārt, mērījumi šajā gadījumā ir atkarīgi no atmosfēras apstākļiem (vēja u.c.) un var radīt lielas kļūdas, nemaz nerunājot par vairākām citām neērtībām. Treškārt, brīvā dabā ir grūti izvairīties no sveša (rūpnieciskā u.c.) trokšņa ietekmes.

Tāpēc, lai veiktu mērījumus brīvā laukā, tiek izmantotas īpašas skaņu vājinātas kameras, kurās atstaroto viļņu praktiski nav.

Mikrofona raksturlielumu mērīšana bezatbalss kamerā. Lai izmērītu brīvā lauka mikrofona jutību, vispirms jāizmēra skaņas spiediens vietā, kur tiks novietots pārbaudāmais mikrofons, un pēc tam novietojiet to šajā punktā. Bet, tā kā kamerā praktiski nav traucējumu un mikrofona attālums no skaļruņa tiek ņemts vienāds ar 1 - 1,5 m (vai vairāk) ar emitētāja diametru ne vairāk kā 25 cm, mērīšanas mikrofonu var novietot tuvu uz pārbaudāmo mikrofonu. Mērīšanas iestatījuma diagramma ir parādīta 4. att. Jutība tiek noteikta visā nominālajā frekvenču diapazonā. Iestatot nepieciešamo spiedienu, izmantojot skaņas spiediena mērītāju (skaņas mērītāju), tiek izmērīts pārbaudāmā mikrofona izstrādātais spriegums un noteikta tā aksiālā jutība.

E O.C. = U M /P( mV/Pa)

Jutību nosaka vai nu ar atvērtas ķēdes spriegumu, vai ar spriegumu pie nominālās slodzes. Parasti par nominālo slodzi tiek ņemts mikrofona iekšējās pretestības modulis ar frekvenci 1000 Hz.

4. att. Mikrofona jutības mērīšanas funkcionālā diagramma:

1 - toņu vai baltā trokšņa ģenerators; 2 - oktāvas filtrs (viena trešdaļa oktāvas); 3 - pastiprinātājs; 4 - bezatbalss kamera; 5 – akustiskais emitētājs; 6 - pārbaudāmais mikrofons; 7 - mērīšanas mikrofons; 8 - milivoltmetrs; 9 - milivoltmetrs, graduēts paskalos vai decibelos (skaņas līmeņa mērītājs).

Jutības līmenis ir definēts kā jutīgums, kas izteikts decibelos attiecībā pret vērtību, kas vienāda ar 1.

Standarta jutības līmenis (decibelos) ir definēta kā sprieguma attiecība, kas veidojas pie nominālās slodzes pretestības pie skaņas spiediena 1 Pa pret spriegumu, kas atbilst jaudai = 1 mW, un to aprēķina, izmantojot formulu:

kur ir spriegums (V), ko attīsta mikrofons pie nominālās slodzes pretestības (Ohm) pie skaņas spiediena 1 Pa.

Frekvences reakcija mikrofona jutība ir mikrofona jutības atkarība no frekvences pie nemainīgām skaņas spiediena un mikrofona barošanas strāvas vērtībām. Frekvences reakcija tiek mērīta, vienmērīgi mainot ģeneratora frekvenci. Pamatojoties uz iegūto frekvenču raksturlielumu, nosaka tās nevienmērību nominālajā un darba frekvenču diapazonā.

Virziena raksturlielumi Mikrofons tiek noņemts saskaņā ar to pašu shēmu (4. att.), un atkarībā no uzdevuma vai nu vairākās frekvencēs, izmantojot toņu ģeneratoru, vai trokšņa signālam vienas trešdaļas oktāvas joslās, vai noteiktā frekvenču joslā izmantojot atbilstošu joslas caurlaides filtru vienas trešdaļas oktāvas filtru vietā.

Lai izmērītu virziena raksturlielumus, pārbaudāmais mikrofons ir uzstādīts uz rotējoša diska ar skalu. Disks tiek pagriezts manuāli vai automātiski, sinhroni ar ierakstīšanas tabulu. Raksturlielums tiek ņemts vienā plaknē, kas iet caur mikrofona darba asi, ja tas ir rotācijas ķermenis ap savu asi. Citām mikrofonu formām raksturlielums tiek ņemts noteiktām plaknēm, kas iet caur darba asi. Rotācijas leņķi mēra starp darba asi un virzienu pret skaņas avotu. Virziena raksturlielums ir normalizēts attiecībā pret aksiālo jutību.

Skaņas lauks ir telpas apgabals, kurā izplatās skaņas viļņi, tas ir, notiek elastīgas vides (cietas, šķidras vai gāzveida) daļiņu akustiskās vibrācijas, kas aizpilda šo reģionu. Skaņas lauka jēdzienu parasti izmanto apgabaliem, kuru izmēri ir vienādi vai lielāki par skaņas viļņa garumu.

No enerģijas puses skaņas lauku raksturo skaņas enerģijas blīvums (oscilācijas procesa enerģija uz tilpuma vienību) un skaņas intensitāte.

Ķermeņa virsma, kas vibrē, ir skaņas enerģijas izstarotājs (avots), kas rada akustisko lauku.

Akustiskais lauks sauc par elastīgās vides reģionu, kas ir akustisko viļņu pārraides līdzeklis. Akustisko lauku raksturo:

· skaņas spiediens lpp sv, Pa;

· akustiskā pretestība z A, Pa*s/m.

Akustiskā lauka enerģētiskās īpašības ir šādas:

· intensitāte I, W/m2;

· skaņas jauda W, W ir enerģijas daudzums, kas laika vienībā iet caur virsmu, kas ieskauj skaņas avotu.

Svarīgu lomu akustiskā lauka veidošanā spēlē raksturīgs skaņas emisijas virzienam F, t.i. ap avotu radītā skaņas spiediena leņķiskais telpiskais sadalījums.

Visi šie lielumi ir savstarpēji saistīti un ir atkarīgi no vides īpašībām, kurā skaņa izplatās.

Ja akustiskais lauks neaprobežojas tikai ar virsmu un sniedzas gandrīz līdz bezgalībai, tad šādu lauku sauc par brīvo akustisko lauku.

Slēgtā telpā (piemēram, telpās) skaņas viļņu izplatība ir atkarīga no viļņu ceļā esošo virsmu ģeometrijas un akustiskajām īpašībām.

Skaņas lauka veidošanas process telpā ir saistīts ar parādībām reverberācija Un difūzija.

Ja telpā sāk darboties skaņas avots, tad pirmajā brīdī mums ir tikai tieša skaņa. Kad vilnis sasniedz skaņu atstarojošo barjeru, lauka modelis mainās atstaroto viļņu parādīšanās dēļ. Ja skaņas laukā novieto objektu, kura izmēri ir mazi, salīdzinot ar skaņas viļņa garumu, tad skaņas lauka kropļojumi praktiski netiek novēroti. Efektīvai atstarošanai ir nepieciešams, lai atstarojošās barjeras izmēri būtu lielāki vai vienādi ar skaņas viļņa garumu.

Tiek saukts skaņas lauks, kurā dažādos virzienos parādās liels skaits atstaroto viļņu, kā rezultātā skaņas enerģijas īpatnējais blīvums visā laukā ir vienāds. difūzais lauks.

Pēc tam, kad avots pārstāj raidīt skaņu, skaņas lauka akustiskā intensitāte bezgalīgā laikā samazinās līdz nullei. Praksē tiek uzskatīts, ka skaņa ir pilnībā vājināta, ja tās intensitāte samazinās līdz 10 6 reizēm, salīdzinot ar līmeni, kāds pastāv izslēgšanas brīdī. Jebkuram skaņas laukam kā vibrējošas vides elementam ir savs skaņas vājināšanas raksturlielums - reverberācija(“pēcskaņa”).