Hangintenzitás, hangnyomás Rezgés mozgás energia A hanghullámoknak van energiája (E) [J] A detektor (fül, mikrofon, stb.) kisiny felületű. A felületegységen áthaladó teljesítmény=intenzitás (I) [W/m ] Energia=munkavégző képesség Az időegység alatt elvégzett munka=teljesítmény () E E = = [W] t t Gömbhullámoknál: I = 4πr éldák: emberi hang: 10-5 W fafúvósok: 5 10-3 W teljes zenekar: 50 W Az intenzitás a távolság négyzetével sökken! Hang=nyomásingadozás, azaz az állandó légnyomás igen kisiny periodikus váltakozása. Hangnyomás (p) [N/m ]=a (asal) A hangintenzitás és hangnyomás összefügg: p I = ρ ρ: a közeg sűrűsége : a közegbeli hangsebesség Akusztikai keménység=ρ Jelentése: egy állandó hangteljesítményű hangforrástól bizonyos távolságban észlelhető I hangintenzitás nagyobb akusztikai keménységű közegben négyzetesen nagyobb nyomásváltozást létesít. Nagyobb nyomásingadozások Erősebb hangot érez a detektor (fül, mikrofon).
Normál levegőre: 48.6 Ns/m 3 (0 C, 0% pára, 1 atm) Az emberi fül érzékenysége: Minimális nyomásingadozás (hallásküszöb): 10-9 atm Maximális nyomásingadozás (fájdalomküszöb): 10-3 atm Hat nagyságrend - 1 milliószoros - tartomány! Lineáris skála helyett logaritmikus skála: deibel skála Hangintenzitás-hangnyomás összefüggése különböző akusztikai keménységekre. A logaritmus skála: lg10=1 lg100= lg1000=3 Deibel skála: 10 lg = 10 lg 10 lg 0 0 [db]: deibel A deibel skála: viszonyító (amíg nins egy megállapodott alapérték) alkalmas teljesítmény, intenzitás és nyomás jellemzésére. Két mennyiség hányadosának logaritmusa szintkülönbségként a nagyságrendi különbséget adja. lg = 1 lg 1 lg Alapteljesítmény: 0 =10-1 W Alapintenzitás: I 0 =10-1 W/m így tehát Alapnyomásváltozás: p 0 =0 10-6 a
A hullámterjedés alapjelenségei Szabad térben egyenes vonalú (az amplitúdó változhat: henger- és gömbhullámok) Visszaverődés Törés Elhajlás Elnyelés (gyengítés) Különleges terjedési jelenségek Doppler effektus Szuperszonikus terjedés Hangsebesség mérése Hangsebesség mérés vízben (186) Levegőben: Ágyúlövés- és felvillanás 1636-ban: 448 m/s Kundt-ső 1738-ban: 337.18 m/s Hangadó: 65 kg harang a vízben Hangvevő: hangtölsérrel a vízben - ember Eredmény: 1435 m/s Mai érték: 331.45 m/s + 0.6 m/s T[C ] Általában igaz: (ρ) -1/ (már Newton megsejtette) azaz a közeg sűrűségével sökken (a hőmérséklettel nő), a rezgések és a hullámok közti kapsolatról tanultaknak (satolás) megfelelően. Fontos! független a frekveniától (hangmagaságtól)! ontos érték: gázmentesített vízben: 1437 m/s 1451 m/s
Hangsebesség szilárd anyagokban A hőmérséklet és sűrűség mellett függ a geometriától. Kerámiák: 6000-10000 m/s Fémek: 000-6000 m/s (ólom-aluminium) Fa anyagok: 4000-5000 m/s (szálirányban) A terjedési sebesség értékének közvetlen hatásai: - A hangszerek mérete l.: levegőben - fafúvósok, húrok - hegedű, stb. - Teremakusztika l.: levegő -belső burkolat α 1 =α Visszaverődés Teremakusztikai alkalmazások Szónoki emelvény Két közeg határfelületén: az energia egy része verődik sak vissza... Merőleges beesésnél a visszavert energia %-ban: Zenekari hangvetők Hangoptika
egy másik része megtörik és a közegbe hatol,... ahol részben el is nyelődhet (gyengül). Törés sin α sin α 1 = 1 azaz a közegbeli terjedési sebességek hányadosa. A gyengítés mértéke függ a hangmagasságtól!!! Különleges terjedési jelenségek Hangterjedés levegőben változó hőmérséklet mellett Hangterjedés levegőben széljárás mellett Moszkva, 190. Doppler effektus (184) Hullámforrás mozog, megfigyelő nyugszik Észlelt hullámhossz (közeledő/távolodó): λ ' = λ m vf T Észlelt frekvenia: ν ν' = v 1m f Hullámforrás nyugszik, megfigyelő mozog Az időegységre eső észlelt hullámok száma nő/sökken. vm ν' = ν ± A két objektum közeledik / távolodik: A sebességeknek a másik felé mutató komponense számít! v 1± ν' = v 1m f m
Szuperszónikus terjedés Szuperszónikus sebesség Mah-féle kúpszög: sinα= 0 / Mah-féle kúpszög: sinα= 0 / Hangrobbanás Rezonania-szerű (amplitúdók összegződnek) Csillapítás: közeg A kúpszög nagysága függ a frekveniától. Általában keskeny sávban előre mutat. Kondenzáió közelszuperszónikus sebességnél