Akustický výkon - Sound power

tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: "Akustický výkon"  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Říjen 2008) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Akustický výkon nebo akustická síla je rychlost, jakou zvuková energie je emitováno, odráženo, vysíláno nebo přijímáno za jednotku času.^[1] Je to definováno^[2] jako „povrchem, produkt akustického tlaku a složka rychlosti částic v bodě na povrchu ve směru kolmém k povrchu, integrovaný přes tento povrch.“ The Jednotka SI zvukové energie je watt (W).^[1] Vztahuje se k síle zvukové síly na povrchu obklopujícím zdroj zvuku ve vzduchu. Na rozdíl od zdroje zvuku akustický tlak, zvukový výkon není závislý na místnosti ani na vzdálenosti. Akustický tlak je vlastnost pole v bodě v prostoru, zatímco akustický výkon je vlastnost zdroje zvuku, která se rovná celkovému výkonu emitovanému tímto zdrojem ve všech směrech. Akustický výkon procházející oblastí se někdy nazývá zvukový tok nebo akustický tok skrz tu oblast.

Hladina akustického výkonu L_WA

Maximální úroveň akustického výkonu (L_WA ) související s přenosným počítačem vzduchový kompresor.

Předpisy často stanoví metodu měření^[3] který integruje akustický tlak na povrch obklopující zdroj. L_WA určuje výkon dodávaný na tento povrch v decibelech ve vztahu k jednomu pikowattu. Zařízení (např. Vysavač) mají často požadavky na označování a maximální množství, které je dovoleno vyrobit. The Vážení A. měřítko se používá při výpočtu, protože metrika se týká hlasitosti, kterou vnímá lidské ucho. Měření^[4] v souladu s ISO 3744 jsou přijímány v 6 až 12 definovaných bodech kolem zařízení v poloanechoickém prostoru. Zkušební prostředí může být umístěno uvnitř nebo venku. Požadované prostředí je na tvrdé zemi ve velkém otevřeném prostoru nebo v poloanechoické komoře (volné pole nad odraznou rovinou.)

Tabulka vybraných zdrojů zvuku

Zde je tabulka několika příkladů z online zdroje.^[5] U všesměrových zdrojů ve volném prostoru je zvukový výkon zapnut L_wA je rovný hladina akustického tlaku v dB nad 20 mikropascalů ve vzdálenosti 0,2821 m^[6]

Situace a zdroj zvuku	Akustický výkon (Ž )	Hladina akustického výkonu (dB ref 10−12 W)
Saturn V raketa	100000000	200
Projekt Artemis Sonar	1000000	180
Proudový motor	100000	170
Turbofan letadlo při vzletu	1000	150
Turboprop letadlo při vzletu	100	140
Kulomet Velký varhany	10	130
Symfonický orchestr Těžký hrom Sonic boom	1	120
Rockový koncert (70. léta) Motorová pila Zrychluje motocykl	0.1	110
Sekačka na trávu Auto rychlostí na dálnici Ocelová kola metra	0.01	100
Velký naftové vozidlo	0.001	90
Hlasitý budík	0.0001	80
Relativně tichý vysavač	10−5	70
Fén	10−6	60
Rádio nebo TV	10−7	50
Lednička Nízký hlas	10−8	40
Tichá konverzace	10−9	30
Šepot jedné osoby Tikající náramkové hodinky	10−10	20
Lidský dech jedné osoby	10−11	10
Referenční hodnota	10−12	0

Matematická definice

Akustický výkon, označený P, je definováno^[7]

${ displaystyle P = mathbf {f} cdot mathbf {v} = Ap , mathbf {u} cdot mathbf {v} = Apv}$

kde

• F je zvuková síla jednotkového vektoru u;
• proti je rychlost částic projekce proti podél u;
• A je oblast;
• p je akustický tlak.

V střední, je akustický výkon dán

${ displaystyle P = { frac {Ap ^ {2}} { rho c}} cos theta,}$

kde

• A je plocha povrchu;
• ρ je hustota hmoty;
• C je rychlost zvuku;
• θ je úhel mezi směrem šíření zvuku a normálou na povrch.
• p je akustický tlak.

Například zvuk při SPL = 85 dB nebo p = 0,356 Pa na vzduchu (ρ = 1,2 kg⋅m⁻³ a C = 343 m⋅s⁻¹) povrchem plochy A = 1 m² kolmé ke směru šíření (θ = 0 °) má tok zvukové energie P = 0,3 mW.

Toto je parametr, který by nás zajímal při přeměně šumu zpět na použitelnou energii, spolu se ztrátami v zachycovacím zařízení.

Vztahy s jinými veličinami

Akustický výkon souvisí s intenzita zvuku:

${ displaystyle P = AI,}$

kde

• A je oblast;
• Já je intenzita zvuku.

Akustický výkon souvisí hustota zvukové energie:

${ displaystyle P = Acw,}$

kde

• C je rychlost zvuku;
• w je hustota zvukové energie.

Hladina akustického výkonu

Hladina akustického výkonu (SWL) nebo úroveň akustického výkonu je logaritmická míra síly zvuku ve vztahu k referenční hodnotě.
Hladina akustického výkonu, označená L_Ž a měřeno v dB, je definováno^[8]

${ displaystyle L_ {W} = { frac {1} {2}} ln ! vlevo ({ frac {P} {P_ {0}}} vpravo) ! ~ mathrm {Np} = log _ {10} ! left ({ frac {P} {P_ {0}}} right) ! ~ mathrm {B} = 10 log _ {10} ! left ({ frac {P} {P_ {0}}} vpravo) ! ~ mathrm {dB},}$

kde

• P je zvuková síla;
• P₀ je referenční akustický výkon;
• 1 Np = 1 je neper;
• 1 B = 1/2 ln 10 je bel;
• 1 dB = 1/20 ln 10 je decibel.

Běžně používaný referenční akustický výkon ve vzduchu je^[9]

${ displaystyle P_ {0} = 1 ~ mathrm {pW}.}$

Správné notace pro hladinu akustického výkonu pomocí této reference jsou L_{Ž/ (1 pW)} nebo L_Ž (re 1 pW), ale přípona notace dB SWL, dB (SWL), dBSWL nebo dB_SWL jsou velmi časté, i když nejsou akceptovány SI.^[10]

Referenční výkon zvuku P₀ je definován jako akustický výkon s referenční intenzitou zvuku Já₀ = 1 pW / m² procházející povrchem oblasti A₀ = 1 m²:

${ displaystyle P_ {0} = A_ {0} I_ {0},}$

tedy referenční hodnota P₀ = 1 pW.

Vztah k hladině akustického tlaku

Obecný výpočet akustického výkonu ze zvukového tlaku je následující:

${ displaystyle L_ {W} = L_ {p} +10 log _ {10} ! left ({ frac {A_ {S}} {A_ {0}}} right) ! ~ mathrm { dB},}$

kde:${ displaystyle {A_ {S}}}$ definuje oblast povrchu, který zcela obklopuje zdroj. Tento povrch může mít jakýkoli tvar, ale musí zcela obklopovat zdroj.

V případě zdroje zvuku umístěného ve volném poli umístěném nad odraznou rovinou (tj. Nad zemí), ve vzduchu při okolní teplotě, hladina akustického výkonu ve vzdálenosti r ze zdroje zvuku přibližně souvisí s hladina akustického tlaku (SPL) podle^[11]

${ displaystyle L_ {W} = L_ {p} +10 log _ {10} ! left ({ frac {2 pi r ^ {2}} {A_ {0}}} right) ! ~ mathrm {dB},}$

kde

• L_p je hladina akustického tlaku;
• A₀ = 1 m²;
• ${ displaystyle {2 pi r ^ {2}},}$ definuje povrch polokoule; a
• r musí být dostatečné, aby polokoule plně uzavřela zdroj.

Odvození této rovnice:

${ displaystyle { begin {aligned} L_ {W} & = { frac {1} {2}} ln ! left ({ frac {P} {P_ {0}}} right) & = { frac {1} {2}} ln ! left ({ frac {AI} {A_ {0} I_ {0}}} right) & = { frac {1} { 2}} ln ! Left ({ frac {I} {I_ {0}}} right) + { frac {1} {2}} ln ! Left ({ frac {A} {A_ {0}}} vpravo) !. End {zarovnáno}}}$

Pro progresivní sférická vlna,

${ displaystyle z_ {0} = { frac {p} {v}},}$

${ displaystyle A = 4 pi r ^ {2},}$ (povrch koule)

kde z₀ je charakteristická specifická akustická impedance.

Tudíž,

${ displaystyle I = pv = { frac {p ^ {2}} {z_ {0}}},}$

a protože podle definice Já₀ = p₀²/z₀, kde p₀ = 20 μPa je referenční akustický tlak,

${ displaystyle { begin {aligned} L_ {W} & = { frac {1} {2}} ln ! left ({ frac {p ^ {2}} {p_ {0} ^ {2 }}} right) + { frac {1} {2}} ln ! left ({ frac {4 pi r ^ {2}} {A_ {0}}} right) & = ln ! left ({ frac {p} {p_ {0}}} right) + { frac {1} {2}} ln ! left ({ frac {4 pi r ^ {2}} {A_ {0}}} vpravo) & = L_ {p} +10 log _ {10} ! Left ({ frac {4 pi r ^ {2}} { A_ {0}}} vpravo) ! ~ Mathrm {dB}. End {zarovnáno}}}$

Odhadovaný zvukový výkon prakticky nezávisí na vzdálenosti. Akustický tlak použitý při výpočtu může být ovlivněn vzdáleností v důsledku viskózních účinků na šíření zvuku, pokud to není zohledněno.

Reference

externí odkazy

• Akustický výkon a akustický tlak. Příčina a následek
• Ohmův zákon jako akustický ekvivalent. Výpočty
• Vztahy akustických veličin spojených s rovinou progresivní akustické zvukové vlny
• Databáze NIOSH Powertools
• Testování akustického výkonu