Скорость частицы в среде при передаче волны
Скорость частицы (обозначается v или SVL ) — это скорость частицы (реальной или воображаемой) в среде , когда она передает волну . Единицей скорости частиц в системе СИ является метр в секунду (м/с). Во многих случаях это продольная волна давления , как при звуке , но это может быть и поперечная волна , как при вибрации натянутой струны.
Применительно к звуковой волне, проходящей через такую жидкость, как воздух, скорость частицы будет представлять собой физическую скорость части жидкости , когда она движется вперед и назад в направлении распространения звуковой волны при ее прохождении.
Скорость частицы не следует путать со скоростью волны при ее прохождении через среду, т. е. в случае звуковой волны скорость частицы не совпадает со скоростью звука . Волна движется относительно быстро, а частицы колеблются вокруг своего исходного положения с относительно небольшой скоростью частиц. Скорость частиц также не следует путать со скоростью отдельных молекул, которая зависит главным образом от температуры и молекулярной массы .
В приложениях, связанных со звуком, скорость частиц обычно измеряется с использованием логарифмической шкалы децибел , называемой уровнем скорости частиц . Чаще всего датчики давления (микрофоны) используются для измерения звукового давления, которое затем распространяется в поле скорости с помощью функции Грина .
Математическое определение
Скорость частицы, обозначенная , определяется выражением
где - смещение частицы .
Прогрессивные синусоидальные волны
Смещение частиц прогрессивной синусоидальной волны определяется выражением
где
Отсюда следует, что скорость частицы и звуковое давление вдоль направления распространения звуковой волны x определяются выражениями
где
- – амплитуда скорости частицы;
- – фазовый сдвиг скорости частицы;
- – амплитуда акустического давления;
- – фазовый сдвиг акустического давления.
Взяв преобразования Лапласа по времени и по времени, получим
Поскольку , амплитуда удельного акустического сопротивления определяется выражением
Следовательно, амплитуда скорости частицы связана с амплитудой смещения частицы и звуковым давлением соотношением
Уровень скорости частиц
Уровень скорости звука (SVL), или уровень акустической скорости , или уровень скорости частиц, представляет собой логарифмическую меру эффективной скорости частиц звука относительно эталонного значения.
Уровень скорости звука, обозначаемый L v и измеряемый в дБ , определяется по формуле [1]
где
Обычно используемая эталонная скорость частиц в воздухе равна [2]
Правильными обозначениями уровня скорости звука с использованием этого эталона являются L v /(5 × 10 −8 м/с) или L v (re 5 × 10 −8 м/с) , но обозначения dB SVL , dB(SVL) , dBSVL или dB SVL очень распространены, хотя и не принимаются SI. [3]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ «Буквенные символы, используемые в электротехнике. Часть 3: Логарифмические и связанные с ними величины и их единицы», IEC 60027-3 Ed. 3.0 , Международная электротехническая комиссия, 19 июля 2002 г.
- ^ Росс Розер, Майкл Валенте, Аудиология: Диагностика (Thieme 2007), стр. 240.
- ^ Томпсон, А. и Тейлор, Б.Н., раздел 8.7, «Логарифмические величины и единицы: уровень, непер, бел», Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ), издание 2008 г. , Специальная публикация NIST 811, 2-е издание (ноябрь). 2008), СП811 PDF
Внешние ссылки
- Закон Ома как акустический эквивалент. Расчеты
- Соотношения акустических величин, связанных с плоской прогрессивной акустической звуковой волной
- Скорость частиц можно измерить напрямую с помощью микропотока.
- Скорость частиц, измеренная датчиком Weles Acoustics – принцип работы
- Акустическая скорость изображения частиц. Разработка и приложения