r - ω t + δ 0 + + + ] 2 ) = v m cos ( k r. 19659041] - ω t + φ v 0 (19659057] mathbf {r}, , t) = { frac { partial delta} { partial t}} ( mathbf {r}, , t) = omega delta _ { mathrm {m}} cos ! left ( mathbf {k} cdot mathbf {r} - omega t + varphi _ { delta, 0} + { frac { pi} {2}} right) = v_ { mathrm {m}} cos ( mathbf {k} cdot mathbf {r} - omega t + varph i _ {v, 0}),} p ([19659132] r t ) = - c 2 19659167] x ( r t ] = = c 2 x x x m cos ( k ⋅ - + φ δ 0 + π 2 ] = 9659019909 cos 19 ( k [1945 r - [1 9659025] ω t + φ p 0 ) {19659027] { displaystyle p ( mathbf {r}, , t) = - rho c ^ {2} { frac { partial delta} { partial x}} ( mathbf {r}, , t) = rho c ^ {2} k_ {x} delta _ { mathrm {m}} cos ! left ( mathbf {k} cdot mathbf {r} - omega t + varphi _ { delta, 0} + { frac { pi} {2}} right) = p _ { mathrm {m}} cos ( mathbf {k} cdot mathbf {r} - omega t + varphi _ {p, 0}),} wobei
v m ist die Amplitude der Teilchengeschwindigkeit; φ v 0 { displaystyle varphi _ {v, 0}} ist die Phasenverschiebung der Teilchengeschwindigkeit; p m ist die Amplitude des akustischen Drucks; φ ] p 0 { displaystyle varphi _ {p, 0}} ist die Phasenverschiebung des Schalldrucks. Die Laplace-Transformationen von v und p in Bezug auf Zeiterträge
v ^ ( r s ) = v m c cos cos cos φ v 0 ω sin 19 v 0 s 2 + ω 2 { displaystyle {v}} ( mathbf {r}, , s) = v _ { mathrm {m}} { frac {s cos varphi _ {v, 0} - omega sin varphi _ {v, 0}} {s ^ {2} + omega ^ {2}}}} ^ ( r s ) = p "/> m s cos ] 50 p 0 - ω sin [1945 19 19659026][19659152] 0 s 2 + ω 2 . {19659027] { displaystyle { hat {p}} ( mathbf {r}) , s) = p _ { mathrm {m}} { frac {s cos varphi _ {p, 0} - omega sin varphi _ {p, 0}} {s ^ {2} + omega ^ {2}}}.} Seit φ v 0 = p {19659290] { displaystyle varphi _ {v, 0} = varphi _ {p, 0}} die Amplitude der spezifischen akustischen Impedanz ist gegeben durch
z m ( r s ] = z ; ] s ) | = | p (19659132] r s ) v ^ ( r s ) | = p m m ] m = ρ c 2 k x ω . {19659027] {19659027] {19659027] {19659027] (19659027). mathbf {r}, , s) = | z ( mathbf {r}, , s) | = left | { frac {{ hat {p}} ( mathbf {r}, , s) } {{ hat {v}} ( mathbf {r}, , s)}} right | = { frac {p _ { mathrm {m}}} {v _ { mathrm {m}}}} = { frac { rho c ^ {2} k_ {x}} { omega}}.} Folglich ist die Amplitude der Partikelverschiebung mit der Schallgeschwindigkeit und dem Schalldruck von bezogen
δ m = v m ω {19659027] { displaystyle delta _ { mathrm {m}} = = {{ frac {v _ { mathrm {m}}} { omega}},} δ m = S. S. . ω z m ( r s ) . {19659077] {19659077] {19659077] { frac {p _ { mathrm {m}}} { omega z _ { mathrm {m}} ( mathbf {r}, , s)}}.} Invers-Proportional law
[ edit ] Bei der Messung des von einer Schallquelle erzeugten Schalldrucks ist es wichtig, auch die Entfernung vom Objekt zu messen, da der Schalldruck einer Kugel ist Die Schallwelle nimmt vom Zentrum der Kugel ab (1 / r ) (und nicht als 1 / r 2 wie auch die Schallintensität): [3]
p ( r ) 19 1 r [19659468] { displaystyle p (r) propto { frac {1} {r}}.} Beziehung ist ein umgekehrt proportionales Gesetz .
Wenn der Schalldruck p 1 in einem Abstand r 1 vom Mittelpunkt der Kugel gemessen wird, ist der Schalldruck p ] 2 an einer anderen Position r 2 kann berechnet werden:
p 2 = r 1 r 2 p 1 . = { frac {r_ {1}} {r_ {2}}} , p_ {1}.} Das invers proportionale Gesetz für den Schalldruck stammt aus dem inversen Quadrat für die Schallintensität:
I ( r ) 19 1 r 2 . {19659027] {19659027] (19659027). frac {1} {r ^ {2}}.} Tatsächlich
I ( r ) = p ( r ) v (19659025] (19659025) ]) = p ( r ) [ p z - ] 1 ] ( r ) [1945 p 2 r ; 19659027] { displaystyle I (r) = p (r) v (r) = p (r) [p*z^{-1}] (r) propto p ^ {2} (r),} wobei
daher das umgekehrt proportionale Gesetz:
p ( r ) 19 1 r . {19659077] {propstyle {(frac {1}). {r}}.} Der Schalldruck kann sich auch in Richtung vom Mittelpunkt der Kugel unterscheiden, also Messungen unter verschiedenen Winkeln kann je nach Situation erforderlich sein. Ein offensichtliches Beispiel für eine Schallquelle, deren sphärische Schallwelle in verschiedenen Richtungen in ihrem Pegel variiert, ist ein Megaphon. [ Zitat erforderlich
Schalldruckpegel ] Der Schalldruckpegel (SPL) oder der Schalldruckpegel ist ein logarithmisches Maß für den effektiven Druck eines Tons relativ zu einem Referenzwert. Schalldruckpegel, der als L p bezeichnet und in dB gemessen wird, wird definiert durch [4]
L p ln p p 0 ) N p = 2 log 10 (196595753) (196595753) ] 0 ) B = 20 log 10 p [196595227] p [196595227] p [196595227] p [196595227] 19659567]) d B { displaystyle L_ {p} = ln ! Lef t ({ frac {p} {p_ {0}}} right) ! ~ mathrm {Np} = 2 log _ {10} ! left ({ frac {p} {p_ {0}) }} right) ! ~ mathrm {B} = 20 log _ {10} ! left ({ frac {p} {p_ {0}}} right) ! ~ mathrm {dB} ,} wo
p ist der quadratische mittlere quadratische Schalldruck; [5] p 0 ist der Referenzschalldruck ; 1 Np ist der Neper; 1 B = ( 1 / 2 ln 10) Np ist der bel; 1 dB = ([19659603] 1 / 20 ln 10) Np ist das Dezibel . Der üblicherweise verwendete Referenzschalldruck in Luft ist [6]
p = 19659152] 20 μ P a {19 displaystyle p_ {0} = 20 ~ mathrm { mu Pa},} das oft als die Schwelle des menschlichen Gehörs betrachtet wird (ungefähr das Geräusch einer Mücke, die 3 m entfernt fliegt). Die richtigen Bezeichnungen für den Schalldruckpegel unter Verwendung dieser Referenz sind: L p / (20 μPa) oder L p (re 20 μPa) aber die Suffixnotierungen dB SPL dB (SPL) dBSPL oder dB SPL sind sehr häufig, selbst wenn sie es sind von der SI nicht akzeptiert. [7]
Die meisten Schallpegelmessungen werden relativ zu dieser Referenz gemacht, dh 1 Pa entspricht einer Schalldruckpegel von 94 dB . In anderen Medien wie Unterwasser wird ein Referenzwert von 1 μPa verwendet. [8] Diese Referenzen sind in ANSI S1.1-2013 definiert. [9]
Das Hauptinstrument zur Messung des Schallpegels in der Umgebung ist der Schallpegelmesser. Die meisten Schallpegelmesser liefern Messwerte in A-, C- und Z-bewerteten Dezibel und müssen internationalen Standards wie IEC 61672 - 2013 entsprechen.
Beispiele [ edit ] Die untere Hörbarkeitsgrenze ist als SPL von 0 dB definiert, aber die obere Grenze ist nicht so klar definiert. Während 1 atm 194 dB Peak oder 191 dB SPL ) die größte Druckänderung ist, die eine unverzerrte Schallwelle in der Erdatmosphäre haben kann, können größere Schallwellen auftreten in anderen Atmosphären oder anderen Medien wie unter Wasser oder durch die Erde vorhanden. [10]
Ohren erkennen Änderungen des Schalldrucks. Das menschliche Gehör hat keine flache spektrale Empfindlichkeit (Frequenzgang) im Verhältnis zur Frequenz gegenüber der Amplitude. Menschen empfinden nicht tiefe und hochfrequente Töne sowie Töne zwischen 3.000 und 4.000 Hz, wie dies in der Kontur der gleichen Lautstärke dargestellt ist. Da sich der Frequenzgang des menschlichen Gehörs mit der Amplitude ändert, wurden drei Bewertungen für die Messung des Schalldrucks festgelegt: A, B und C. Die A-Bewertung gilt für Schalldrücke bis 55 dB die B-Bewertung gilt auf Schalldruckpegel zwischen 55 dB und 85 dB und die C-Bewertung ist für die Messung von Schalldruckpegeln oberhalb von 85 dB [10] [10]
Zur Unterscheidung der verschiedenen Klangmaße wird ein Suffix verwendet: Der A-bewertete Schalldruckpegel wird entweder als dB A oder L A geschrieben. B-bewertete Schalldruckpegel werden entweder als dB B oder L B geschrieben, und der C-bewertete Schalldruckpegel wird entweder als dB C oder L [geschrieben C . Der ungewichtete Schalldruckpegel wird als "linearer Schalldruckpegel" bezeichnet und oft als dB L oder nur als L bezeichnet. Einige Schallmeßinstrumente verwenden den Buchstaben "Z" als Hinweis auf eine lineare Schalldruckfrequenz [ edit ]
Die Entfernung des Messmikrofons von einer Schallquelle wird häufig weggelassen, wenn SPL-Messungen angegeben werden, wodurch die Daten unbrauchbar werden. Bei Umgebungsmessungen von Hintergrundgeräuschen muss der Abstand nicht angegeben werden, da keine einzige Quelle vorhanden ist. Bei der Messung des Geräuschpegels eines bestimmten Geräts sollte jedoch immer der Abstand angegeben werden. Eine Entfernung von einem Meter (1 m) von der Quelle ist eine häufig verwendete Standardentfernung. Aufgrund der Auswirkungen des reflektierten Geräusches in einem geschlossenen Raum ermöglicht die Verwendung einer schalltoten Kammer, dass der Klang vergleichbar ist mit Messungen in einer freien Feldumgebung. [10]
Entsprechend dem umgekehrten Verhältnis Gesetz, wenn Schallpegel L p 1 wird in einer Entfernung gemessen r 1 der Schallpegel L p 2 im Abstand r 2 ist
L p 2 = L p 1 + 20 log log log 10 10 ] r 1 r 2 ) d B . {19659077] { displaystyle L_ {p_ {2}} = L_ {p_ {1}} + 20 log _ {10} ! Left ({ frac {r_ {1}} {r_ {2}}} right) ! ~ Mathrm {dB}.} Mehrere Quellen [ edit Die Formel für die Summe der Schalldruckpegel von n sind inkohärente Strahlungsquellen
L. = 10 log 10 p 1 2 + 2 2 + … + p n. 19659694] p 0 0 ]) d B = 10 log 10 p 1 p 19659227] 0 ) 2 + ( p 2 p 0 2 2 + + … + ( p n p 0 ) 2 d d B . { displaystyle L _ { Sigma} = 10 log _ {10} ! Left ({ frac {{p_ {1}} ^ {2} + {p_ {2}} ^ {2} + ldots + {p_ {n}} ^ {2}} {{p_ {0}} ^ {2}}} (rechts) ! ~ Mathrm {dB} = 10 log _ {10 } ! left [left({frac {p_{1}}{p_{0}}}right)^{2}+left({frac {p_{2}}{p_{0}}}right)^{2}+ldots +left({frac {p_{n}}{p_{0}}}right)^{2}right] ! ~ mathrm {dB}.} Einfügen der Formeln
( p i p 0 ) 2 = 10 L i 10 ] d B i = 1 2 . 19659026] { displaystyle left ({ frac {p_ {i}} {p_ {0}}} right) ^ {2} = 10 ^ { frac {L_ {i}} {10 mathrm {dB}}}, quad i = 1, , 2, , ldots, , n,} in der Formel für die Summe der Schalldruckpegel ergibt
L = 10 log 10 ( 10 L 1 1 10 10 10 . d B + 10 L 2 10 d B + ] 10 L n 10 d B B (19659077) (19659077). Sigma} = 10 log _ {10} ! Left (10 ^ { frac {L_ {1}} {10 , mathrm {dB}}} + 10 ^ { frac {L_ {2}} { 10 , mathrm {dB}}} + ldots +10 ^ { frac {L_ {n}} {10 , mathrm {dB}}} right) ! ~ Mathrm {dB}.} [19659802] L _ { Sigma} = 10 log _ {{10}} ! Left (10 ^ {{ frac {L_ {1}} {10 , { mathrm {dB}}}}} +10 ^ {{{ frac {L_ {2}} {10 , { mathrm {dB}}}}}} + ldots +10 ^ {{{ frac {L_ {n}} {10 , { mathrm {dB}}}}} right) ! ~ { mathrm {dB}}. "/> Beispiele für Schalldruck [19659805] edit ] Beispiele für Schalldruck in Luft bei Normalatmosphäre ic Druck Schallquelle Entfernung Schalldruck * (Pa) Schalldruckpegel (dB SPL ) Stoßwelle (verzerrte Schallwellen> 1 atm; Wellentäler werden bei Nulldruck abgeschnitten) > 101,325 > 194 Theoretische Grenze [ zweifelhaft - Diskussion für und unverzerrt erforderliche Klärung Ton bei 1 Atmosphäre Umgebungsdruck 101, 325 194 Betäubungsgranate [11] Ambient 1.600–8.000 158–172 Einfache thermoakustische Vorrichtung mit offenem Ende [12] [ Klärung erforderlich 12.619 176 .30-06 Gewehr wird abgefeuert 1 m zur Seite des Schützen 7.265 171 9-Zoll-Partyballon aufgeblasen, um zu zerreißen [13] Am Ohr 4920 168 Ballon mit einem Durchmesser von 9 Zoll wurde zertrümmert, bis er brach [13] Am Ohr 1789 159 Ballon mit einem Durchmesser von 9 Zoll wurde mit einer Nadel geknackt [13] Am Ohr 1125 155 LRAD 1000Xi-Langstreckenakustikvorrichtung [14] 1 m 893 153 9-Zoll-Partyballon aufgeblasen, um zu zerreißen [13] 1 m 731 151 Düsentriebwerk [10] 1 m 632 150 Schmerzschwelle [15] [16] [17] Am Ohr 63,2–200 130–140 Lauteste menschliche Stimme [17] 1 Zoll 110 135 Trompete [18] 0,5 m 63.2 130 Vuvuzela-Horn [19] 1 m 20 120 Risiko eines sofortigen geräuschinduzierten Hörverlusts Am Ohr 20 120 Düsentriebwerk 100–30 m 6,32–200 110–140 Nicht elektrische Kettensäge [20] 1 m 6,32 110 Jack Hammer 1 m 2 100 Verkehr auf einer stark befahrenen Straße 10 m 0,2–0,632 80–90 Gehörschaden (über einen längeren Zeitraum muss nicht kontinuierlich sein) [21] Am Ohr 0,356 85 Personenwagen 10 m (2–20) × 10 -2 60–80 EPA-Maximum zum Schutz vor Hörverlust und anderen störenden Auswirkungen durch Lärm wie Schlafstörungen, Stress, Lernschäden usw. [22] Ambient 6,32 × 10 -2 70 TV (auf Heimatniveau eingestellt) 1 m 2 × 10 -2 60 Normales Gespräch 1 m (2–20) × 10 -3 40–60 Sehr ruhiges Zimmer Ambient (2–6.32) × 10 -4 20–30 Leichtes Blattrauschen, ruhiges Atmen [10] Ambient 6,32 × 10 -5 10 Hörschwelle bei 1 kHz [21] Am Ohr 2 × 10 -5 0 schalltote Kammer, Orfield Labs [23] [24] (mit A-Bewertung) Ambient 6,8 × 10 -6 -9.4 Anechoic Chamber, Universität von Salford [25] (A-Weighted) Ambient 4,8 × 10 -6 -12.4 Reflexionskammer, Microsoft [26] [27] (A-bewertet) Ambient 1,9 × 10 -6 -20.35
* Alle aufgeführten Werte sind der effektive Schalldruck, sofern nicht anders angegeben.
Die Beziehung zwischen Druckwellen und der Erzeugung von Röntgenstrahlen in Luftentladungen [ edit ] Druck- und Stoßwellen, die durch elektrische Entladungen freigesetzt werden, können die Luft in ihrer Nähe stören bis zu 80%. [28] [29] Dies hat jedoch unmittelbare Auswirkungen auf die Bewegung und die Eigenschaften von sekundären Streamer-Entladungen in gestörter Luft: Je nach Richtung (relativ zum elektrischen Umgebungsfeld) verändern Luftstörungen die Entladungsgeschwindigkeiten, erleichtern die Verzweigung oder lösen die spontane Initiierung aus einer Gegenentladung. [30] Neueste Simulationen haben gezeigt, dass solche Störungen sogar die Erzeugung von Röntgenstrahlen (mit Energien von mehreren zehn keV) aus solchen Streamer-Entladungen erleichtern können, die durch weglaufende Elektronen durch den Bremsstrahlungsprozess erzeugt werden. [31]
Siehe auch [ edit ] Literaturhinweise [ edit ^ " " Schalldruck ist die Schallkraft auf einem Fläche senkrecht zur Schallrichtung ". Abgerufen 22. April 2015 . ^ a b Wolfe, J. "Was ist die akustische Impedanz und warum? ist es wichtig? " Universität von New South Wales, Abteilung für Physik, Musikakustik . 1. Januar 2014 . ^ Longhurst, R.S. (1967). Geometrische und physikalische Optik . Norwich: Longmans. ^ "In der Elektrotechnik zu verwendende Buchstabensymbole - Teil 3: Logarithmische Größen und zugehörige Größen und ihre Einheiten", IEC 60027-3 Ed. 3,0 International Electrotechnical Commission, 19. Juli 2002. ^ Bies, David A. und Hansen, Colin. (2003). Engineering Noise Control . ^ Ross Roeser, Michael Valente, Audiologie: Diagnose (Thieme 2007), p. 240. ^ Thompson, A. und Taylor, BN, Abschnitt 8.7, "Logarithmische Mengen und Einheiten: Level, neper, bel", Leitfaden für die Verwendung des Internationalen Einheitssystems (SI) 2008 Ausgabe NIST-Sonderpublikation 811, 2. Auflage (November 2008), SP811 PDF ^ Morfey, Christopher L. (2001). Dictionary of Acoustics . San Diego: Academic Press. ISBN 978-0125069403. ^ "Noise Terms Glossary" . 2012-10-14 . ^ a b c d und f Winer, Ethan (2013). "1". Der Audio-Experte . New York und London: Focal Press. ISBN 978-0-240-82100-9. ^ "NIOSH [2014]. Bericht über die Bewertung der Gesundheitsgefährdung: Messung der Belastung durch Impulslärm in Innen- und Außenbereichen während taktischer Trainingsübungen. Von Brueck SE, Kardous CA, Oza A, Murphy WJ. Cincinnati, OH: US Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH HHE Report No. 2013-0124-3208" (PDF) . ^ HATAZAWA, Masayasu; SUGITA, Hiroshi; OGAWA, Takahiro; SEO, Yoshitoki (2004-01-01). "Performance of a Thermoacoustic Sound Wave Generator driven with Waste Heat of Automobile Gasoline Engine". Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Series C . 70 (689): 292–299. doi:10.1299/kikaib.70.292. ISSN 0387-5016. ^ a b c d "Did You Know How Loud Balloons Can Be?". Retrieved 8 June 2018 . ^ "LRAD Corporation Product Overview for LRAD 1000Xi". Retrieved 29 May 2014 . ^ Nave, Carl R. (2006). "Threshold of Pain". HyperPhysics . SciLinks. Retrieved 2009-06-16 . ^ Franks, John R.; Stephenson, Mark R.; Merry, Carol J., eds. (June 1996). Preventing Occupational Hearing Loss - A Practical Guide (PDF) . National Institute for Occupational Safety and Health. p. 88. Retrieved 2009-07-15 . ^ a b Realistic Maximum Sound Pressure Levels for Dynamic Microphones – Shure ^ Recording Brass & Reeds ^ Swanepoel, De Wet; Hall III, James W; Koekemoer, Dirk (February 2010). "Vuvuzela – good for your team, bad for your ears" (PDF) . South African Medical Journal . 100 (4): 99–100. PMID 20459912. ^ "Decibel Table - SPL - Loudness Comparison Chart". "sengpielaudio". Retrieved 5 Mar 2012 . ^ a b William Hamby. "Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table". Archived from the original on 2010-07-27. ^ "EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare" (Press release). Environmental Protection Agency. April 2, 1974. Retrieved March 27, 2017 . ^ "" THE QUIETEST PLACE ON EARTH" - GUINNESS WORLD RECORDS CERTIFICATE, 2005" (PDF) . Orfield Labs. ^ Middlemiss, Neil (December 18, 2007). "The Quietest Place on Earth - Orfield Labs [audiojunkies]". Audio Junkies, Inc . Archived from the original on 2010-11-21. ^ Eustace, Dave. "Anechoic Chamber". University of Salford. ^ "Microsoft lab sets new record for the world's quietest place". 2015-10-02. Retrieved 2016-09-20 . The computer company has built an anechoic chamber in which highly sensitive tests reported an average background noise reading of an unimaginably quiet -20.35 dBA (decibels A-weighted). ^ "Check out the world's quietest room". Microsoft: Inside B87 . Retrieved 2016-09-20 . ^ Marode, E., Bastien, F., Bakker, M. A model of the streamer included spark formation based on neutral dynamics. J. Appl. Phys. (1979), vol. 50, pp. 140-146 ^ Kacem, S. et al. Simulation of expansion of thermal shock and pressure waves induced by a streamer dynamics in positive DC corona discharges. IEEE Transactions on Plasma Science. (2013), vol. 41, pp. 942--947 ^ Köhn, C., Chanrion, O., Babich, L.P., Neubert, T. Streamer properties and associated x-rays in perturbed air. Plasma Sour. Sci. Technol. (2018), vol. 27, 015017 ^ Köhn, C., Chanrion, O., Neubert, T. High-Energy Emissions Induced by Air Density Fluctuations of Discharges. Geophys. Res. Lette. (2018), vol. 45, https://doi.org/10.1029/2018GL077788 General Beranek, Leo L., Acoustics (1993), Acoustical Society of America, ISBN 0-88318-494-X. Daniel R. Raichel, The Science and Applications of Acoustics (2006), Springer New York, ISBN 1441920803. External links [ edit]