PowerPoint Presentation

Elemente de acusticaProiect realizat de: Sarbu Darius

Acusticaeste o ramur afiziciial crui obiect l constituie studiul producerii i propagriiundelor acustice, precum i al efectelor produse n urma interaciei acestora cu mediul pe care l strbat.Prezint numeroase aplicaii n tehnic (electroacustic, ultraacustic), medicin (acustica fiziologic), n arhitectur la proiectarea slilor de spectacol, a cldirilor cu izolare fonic (acustica arhitectural) etc.

AcusticaProducerea i propagarea sunetelor

Vibraiile corpurilor materiale se propag prin aer (i n general, prin orice alt gaz) i ajungnd la ureche produc senzaia auditiv, pe care o numimsunet. Trebuie s menionm ns c nu toate oscilaiile recepionate de ureche sunt percepute auditiv. Obiectul acusticii l constituie studiul producerii i propagrii sunetelor, nglobnd aici nu numai vibraiile auditive, ci pe cele care nu produc senzaie auditiv, cum ar fi ultrasunetele.Vibraile produse ntr-un punct al unui mediu se propag n acel mediu din aproape n aproape sub form de unde. n aer (ca i n orice alt gaz) sau n lichide avem de-a face cu unde longitudinale. Undele sonore fiind oscilaii ale mediului produse de vibraiile unor corpuri materiale, vor avea proprietile undelor elastice. Astfel viteza de propagare va fi:

Vibraile produse ntr-un punct al unui mediu se propag n acel mediu din aproape n aproape sub form de unde. n aer (ca i n orice alt gaz) sau n lichide avem de-a face cu unde longitudinale. Undele sonore fiind oscilaii ale mediului produse de vibraiile unor corpuri materiale, vor avea proprietile undelor elastice. Astfel viteza de propagare va fi:

undeMeste masa unui mol de gaz,T- temperatura absolut,R- constanta gazelor, iareste raportul dintre cldura specific a gazului la presiune constant i, respectiv, la volum constant (). Aceast relaie, numit iformula lui Laplace, ne arat c viteza de propagare a undelor sonore este proporional cu rdcina ptrat a temperaturiiTi nu depinde de presiunea gazului. Sunetele se propag mai rapid i la distane mai mari prin solide i lichide dect prin gaze, deoarece vibraiile se transmit mai uor n straturi care au moleculele apropiate. Materialele moi absorb sunetul, iar vidul i mpiedic propagarea. n realitate, n afar de temperatur, mai exist i ali factori care influeneaz viteza de propagare a sunetului i care nu au fost luai n seam la deducerea formulei. Astfel de factori sunt umiditatea aerului (viteza e mai mare n aerul umed dect n cel uscat), ionizarea aerului care duce la creterea vitezei, curenii de aer, precum i intensitatea sunetului.

Cnd izvorul sonor (presupus punctiform) este n repaus, undele sonore care pornesc din acest punct sunt sferice, fronturile de und fiind suprafee sferice concentrice. n cazul n care sursa sonor se mic (s presupunem rectiliniu), centrele suprafeelor sferice se vor gsi pe linia care reprezint traiectoria sursei. n funcie de viteza sursei n raport cu viteza de propagare a sunetului, avem trei situaii:

a)Viteza sursei sonore (u) mai mic dect viteza (v) a sunetului,undele sonore se nconjoar una pe alta fr s se ntretaie, ns nu mai au acelai centru, ngrmdindu-se n direcia n care se mic sursa (figura 1). Dup cum se vede, punctulA, spre care se ndreapt izvorul sonor, este strbtut de un numr mai mare de unde n unitatea de timp (frecvena crete -efectul Doppler-Fizeau). Situaia este inversat pentru punctulB, de care izvorul se ndeprteaz.

b)Viteza undei sonore (u) este egal cu viteza (v) a sunetului,undele sferice se ating n fiecare moment ntr-un punct comun, care este punctul n care se gsete sursa n acel moment (punctulAdin figura 2). Un observator aezat n direcia spre care se mic sursa primete deodat toate undele sonore sub forma unui pocnet ("bangul" sonic).

c)Viteza undei sonore (u) mai mare dect viteza (v) a sunetului,n acest caz, undele sferice se ntretaie. nfurtoarea acestor unde este unconcu vrful n punctul unde se gsete sursa n momentul respectiv (figura 3), unde unghiuldintre generatoarea conuluii direcia de deplasare a sursei () este dat de relaia:

undeeste timpul n care sursa s-a deplasat de lalai, respectiv unda sonor excitat ns-a propgat pe distana

Situaia apare ca i cum sursa sonor ar trage dup ea undele sonore, un observator situat n partea spre care nainteaz sursa va recepta undele sonore n ordine invers n raport cu cea n care au fost produse.Corpurile care se mic cu o vitez mai mare dect cea a sunetului (supersonice) produc, prin comprimarea aerului n direcia de naintare, o und care nu are un caracter periodic, reprezentnd doar un domeniu de comprimare care se propag cu viteza sunetului. O astfel de und se numeteund de ocsauund balistic. Ele provoac senzaia unui oc puternic. Aceste unde apar de exemplu, n cazul proiectilelor sau al avioanelor cu reacie.

a)nlimea sunetuluieste proprietatea sa de a fi mai profund (grav) sau mai acut (ascuit,subire) dac au aceeai frecven, iar n cazul n care au frecvene diferite, este mai nalt (acut) cel care are frecvena mai mare.Din aceast cauz, nlimea sunetului se exprim numeric prin frecvena undei sonore.S observm aici c vibraiile libere ale corpurilor materiale au loc, n general, cu diferite pulsaii proprii, spre deosebire de cazul oscilaiilorpunctului materialn care avem o singur frecven de vibraie, determinate de masa corpului i constanta forei elastice (). Astfel, un corp material care vibreaz va produce sunete de diferite nlimi, de frecvene bine determinate pentru fiecare corp. Sunetul emis de corp, sunet cu frecvena cea mai mic, se numete sunet fundamental, iar cele corespunztoare unor frecvene egale cu multiplii ntregi ai frecvenei sunetului fundamental se numesc armonice superioare.n natur se ntlnesc foarte rar sunetecurate, care s aib o frecven bine determinat, sunetele naturale fiind, de fapt, compuse din sunete de diferite frecvene.

Calitile sunetuluiIntensitatea sau tria sunetuluintr-un anumit punct din spaiu este detertminat de cantitatea de energie pe care o poate transporta unda sonor n unitatea de timp prin unitatea de suprafa aezat n acel punct, perpendicular pe direcia de propagare. Pentru a vedea care sunt mrimile de care depinde intensitatea, s considerm unparalelipipedde seciuneperpendicular pe direcia de propagare a undei i de lungime(fig. ). Suprafaava fi strbtut ntr-o perioadTde energia medieWa undei sonore care se gsete n paralelipipedul considerat.

c)Timbrul. ntre sunetele de aceeai intensitate i nlime, emise de instrumente diferite, exist o deosebire calitativ pe care o numimtimbrul sunetului. Un mod de vibraie a unei surse sonore reprezint distribuia ventrelor i nodurilor undelor staionare. Aceast deosebire este legat de faptul c un corp material emite, n afara sunetului fundamental i o serie de sunete de frecvene superioare ns de intensiti mai mici dect a celui fundamental. Acestea depind de lungimea tubului sau corzii sonore. Corzile instrumentelor sau coloanelor de aer din tuburile instrumentelor de suflat trec de la un mod de vibraie (oscilaie) la altul foarte repede, nct totdeauna sunetul muzical este un sunet compus, n care sunt prezente simultan i frecvene superioare, numite armonice. Timbrul este determinat tocmai de aceste sunete superioare care nsoesc sunetul fundamental. Aceeai pies nu produce aceeai senzaie auditiv i impresie asupra psihicului dac este redat de voci umane sau de instrumente diferite. Experiena arat c timbrul undei sonore depinde de numrul, nlimea i intensitatea sunetelor superioare, dar nu depinde de diferena de faz dintre aceste vibraii (mai exact). Modurile de vibraie proprii ale corzilor vocale, care au lungimi diferite la oameni, cu frecvene armonice caracteristice, deosebesc vocile prin timbrul specific. Sunetrele vocale sunt produse de vibraia corzilor vocale sub aciunea unui flux de aer. n actul vorbirii, intr n aciune cavitatea bucal, muchii gtului, limba, buzele, faringele, care transform sunetele n cuvinte. Sunetele muzicale sunt emise prin modificarea distanei i tensiunii n corzile vocale sub aciunea muchilor gtului.Perceptia sunetelorPerceperea sunetelor de ctre om se realizeaz prin intermediul urechii. Vibraiile auditive sunt transmise prin intermediul diferitelor pri ale acestui organ, fcnd s vibreze aa-numitelefibre ale lui Corty. Sub aciunea unui sunet de nlime (frecven dat), vibreaz anumite fibre axcitnd terminaiile corespunztoare ale nervului auditiv, care la rndul su transmite excitaia le creier. Nervii auditivi transform energia vibraiilor produse n ureche de undele sonore n mici impulsuri nervoase (biocureni) care produc n creier o senzaie auditiv (depinde de vrsta i starea receptorului auditiv). Frecvena sunetelor audibile este cuprins ntre aproximativ 16 Hz i 20.000 Hz. Aceste limite variaz ns de la o persoan la alta i n general cu vrsta. Vibraiile de frecven mai mic dect 16 Hz se numessinfrasunete, iar cele de peste 20.000 Hz se numescultrasunete.Se constat de asemenea c i intensitatea sunetului este cuprins ntre anumite limite, aproximativiIntensitatea minim care determin senzaia minim se numeteprag de audibilitate. Dac intensitatea sunetului crete foarte mult, n ureche apare o senzaie de presiune i apoi de durere. Intensitatea maxim peste care apare aceast senzaie se numeteprag tactilsaupragul senzaiei de durere. Limitele de intensitate depind de frecvena sunetului. Astfel se constat c pentri frecvene cuprinse ntre circa 1000 Hz i 3000 Hz, urechea este mai puin sensibil, pragul de audibilitate este cel mai de jos, atingnd valori de ordinul 10^{-12} \frac{W}{m^2}. Pentru frecvene mai joase sau mai nalte, urechea este mai puin sensibil, pragul de audibilitate i pragul senzaiei de durere (curbele pline). Regiunea dintre cele dou curbe reprezint suprafaa intensitilor audibile sau suprafaa de audibilitate.

Intensitatea senzaiei auditive (intensitatea subiectiv a sunetului) nu este proporional cu intensitatea sunetului.