2.2. Звукове поле

2.2.1. Лінійні характеристики

До лінійних характеристик звукового поля у рідинах і газах відносять звуковий тиск, зміщення частинок середовища, швидкість коливань та акустичний опір середовища.

Звуковим тиском– у газах і рідинах називають різницю між миттєвими значеннями тиску у точці середовища при проходження через неї звукової хвилі і статичним тиском у тій самій точці, тобто .

Звуковий тиск – величина знакозмінна: у момент згущення (ущільнення) частинок середовища вона додатна, у моменти розрідження (розширення) середовища – від’ємна. Цю величину оцінюють по амплітуді або по ефективному значенню. Для синусоїдальних коливань ефективне значення становить амплітудного.

Звуковий тиск являє собою силу, що діє на одиницю поверхні: . У системі СІ його вимірюють в ньютонах на квадратний метр . Ця одиниця називається паскалем і позначається . У абсолютній системі одиниць звуковий тиск вимірюють в дінах на квадратний сантиметр:

Зміщеннямназивають відхилення частинок середовища від їх статичного положення під дією звукової хвилі. Якщо відхилення відбувається за напрямком руху хвилі, то зміщенню приписують додатній напрямок (знак), а при протилежному напрямку – від’ємний напрямок (знак). Зміщення вимірюють у метрах(система СІ) або сантиметрах (у абсолютній системі CGS одиниць).

Швидкістю коливаньназивають швидкість руху частинок середовища під дією звукової хвилі: , де – зміщення частинок середовища, ‑ час.

При русі частинки середовища у напрямку розповсюдження хвилі швидкість коливань вважається додатною, а у зворотному напрямку – негативною. Цю швидкість не можна плутати із швидкістю руху хвилі, яка постійна для середовища і умов розповсюдження.

Швидкість коливань вимірюють в метрах на секунду або у сантиметрах в секунду

Питомим акустичним опоромназивають співвідношення звукового тиску до швидкості коливань . Це справджується для лінійних умов, зокрема коли звуковий тиск значно менший статичного.

2.2.2. Енергетичні характеристики

До енергетичних характеристик звукового поля відносять інтенсивність звуку та щільність енергії.

Інтенсивністю звука або силою звуку називають кількість енергії, що проходить за секунду через одиницю площі, що перпендикулярна по направленню розповсюдження хвилі. Позначають її . Одиницею інтенсивності звуку є ват на квадратний метр у системіСІ, ерг на квадратний сантиметр за секунду у абсолютній системі CGS одиниць:

Для періодичних процесів

де та – миттєві значення звукового тиску і швидкості коливань; – період коливань.

Для неперіодичних процесів

Для синусоїдальних коливань інтенсивність звуку пов’язана із звуковим тиском і швидкістю коливань співвідношеннями:

де – амплітуди звукового тиску і швидкості коливань; ‑ їх ефективне значення, – зсув фаз між звуковим тиском і швидкістю коливань; – питомий акустичний опір; – активна складова питомого акустичного опору.

Щільністю енергії називають кількість звукової енергії, що припадає на одиницю об’єму. Одиницею щільності є джоуль на кубічний метр (у системі СІ) та ерг на кубічний сантиметр (у абсолютній системі CGSодиниць):