następny punkt »


1. ROZCHODZENIE SIĘ DŹWIĘKU

Fala dźwiękowa jest zaburzeniem rozchodzącym się w ośrodku sprężystym (WIEM 2001), którym może być powietrze, woda, lub ciało stałe, np. korpus instrumentu muzycznego. W przypadku, gdy kierunek zaburzenia jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali, taką falę nazywamy poprzeczną (np. fale elektromagnetyczne), zaś w przypadku zgodności obu kierunków otrzymujemy falę podłużną, jak np. fale ciśnienia akustycznego w powietrzu. Podczas rozchodzenia się dźwięku w powietrzu następują lokalne zmiany ciśnienia, polegające na odchyleniach powyżej i poniżej normalnego ciśnienia atmosferycznego, czyli ściśnięciach i rozprężenia cząsteczek powietrza. Zwykłe zmiany ciśnienia atmosferycznego, np. związane z pogodą lub wysokością, są zbyt powolne, aby słuch ludzki postrzegał je jako dźwięki. Częstotliwości poniżej około 16-20 cykli na sekundę, czyli herców (1 Hz=1/s), są dla człowieka niesłyszalne, choć czasem ucho na nie reaguje. Te częstotliwości to tzw. infradźwięki. Zakres częstotliwości od około 20 do około 20000 Hz to częstotliwości słyszalne dla człowieka. Dokładny zakres słyszalności jest różny dla różnych osób. Częstotliwości z zakresu słyszalności być postrzegane jako dźwięk, mający określoną wysokość, czy też charakter tonalny albo szumowy. Częstotliwości powyżej 20 kHz nazywamy ultradźwiękami (Whitaker, Benson 2002).

Fala dźwiękowa wychodząca ze źródła dźwięku słabnie wraz ze wzrostem pokonanej odległości od źródła. Osłabienie to zależy od właściwości kierunkowych źródła i od środowiska, w którym ta fala się rozchodzi. Gdy źródło dźwięku jest małe w porównaniu z długością promieniowanej fali, dźwięk rozchodzi się na zewnątrz w formie sfery o promieniu rosnącym wraz z oddalaniem się od źródła. Ponieważ energia dźwięku jest rozprowadzana równomiernie na powierzchni sfery, intensywność dźwięku jest proporcjonalna do odległości od źródła zgodnie z zależnością:

gdzie r1, r2 - odległości od źródła dźwięku, I1, I2 - intensywność dźwięku w odległości r1 i r2 odpowiednio. Odpowiada to zmniejszeniu poziomu o 6 dB przy podwojeniu odległości. Zależność tę ilustruje poniższy rysunek (Nave 2003).

Wzór ten obowiązuje w tzw. polu swobodnym, tzn. gdy dźwięk może rozchodzić się bez przeszkód. W praktyce rozchodzenie się dźwięku ulega często zaburzeniu ze względu na absorpcję dźwięku w otwartej przestrzeni oraz odbicia w zamkniętych pomieszczeniach. Jednak na niewielkich odległościach, dla dźwięku bezpośredniego, tj. bez odbić, prawo to pozostaje w mocy.

Dla dużych źródeł dźwięku fala dźwiękowa musi pokonać pewną odległość, aby nabrać właściwego kształtu po połączeniu emisji z różnych części źródła. W tych przypadkach pomiary w tzw. polu bliskim (tj. zbyt blisko źródła) nie będą reprezentatywne. W polu dalekim dźwięk będzie się już rozchodzić zgodnie z powyższą zależnością. Odległość pola dalekiego od źródła to co najmniej 2-3 krotność odległości najbardziej oddalonych od siebie części źródła dźwięku.

Jeśli źródło dźwięku nie jest małe w porównaniu z długością promieniowanej fali dźwiękowej, powyższe prawo nie zachodzi. Przykładowo, jeśli źródło dźwięku rozprzestrzenione jest wzdłuż linii (np. długa kolumna głośników), fala dźwiękowa rozchodzi się cylindrycznie, zaś dźwięk jest wytłumiany o 3 dB z podwojeniem odległości od źródła.


 następny punkt »