Lataa: Ääni aaltoliikkeenä-2
Transcription
Lataa: Ääni aaltoliikkeenä-2
Ääni aaltoliikkeenä Ääni •On mekaanista aaltoliikettä, nesteissä ja kaasuissa pitkittäistä aaltoliikettä •Ilmassa ääni etenee painevaihteluina palloaaltona sin v •Noudattaa yleisiä aaltoliikkeen yhtälöitä (v=f, sin v ) 1 1 2 2 •Äänen nopeus kaasussa riippuu lämpötilasta v v0 T T0 Esim. Äänen nopeus lämpötilassa 0C on 331,4 m/s ja taajuus 550 Hz. Mikä on nopeus ja aallonpituus, kun lämpötila laskee -10 C:een? Äänen ilmiöitä • Resonanssi: Äänilähteen värähtely saa toisen äänilähteen värähtelemään (energia siirtyy) • Huojunta: Kun kaksi toisiaan lähellä olevaa taajuutta interferoivat, ääni vuoroin voimistuu ja heikkenee. Huojuntataajuus f =f1-f2 tarkoittaa maksimien (tai minimien) toistumistaajuutta. • Putkessa ilman värähtelystä syntyy ominaistaajuutta vastaava ääni. • Seisovan aallon avulla voidaan määrittää äänen nopeus Äänen kuuleminen • Äänen kuuloaistimus riippuu äänen intensiteetistä ja taajuudesta • Intensiteetti I on teho pinta-alayksikköä kohti yksikkö [I] = W / m2 P I A • Intensiteetti pienenee kääntäen verrannollisena etäisyyteen äänilähteestä I1 r2 I 2 r1 2 Esim. Äänen intensiteetti on 2,1 m etäisyydellä äänilähteestä 2,4 ·10-6W / m2 .Kuinka kaukana äänilähteestä intensiteetti alittaa kuulokynnyksen 10-12W / m2? Desibeliasteikko • Intensiteettitaso tarkoittaa äänen aiheuttaman kuuloaistimuksen voimakkuutta. Sitä mitataan desibeliasteikolla. I L 10 lg I0 [L=dB], merkintä lg a= log10a (ns. 10-kantainen logaritmi) I0=kuulokynnys=10-12W/m2 • Foniasteikko ilmaisee kuuloaistimuksen voimakkuuden huomioiden äänen taajuden. Esim. Kaiutin lähettää tasaisesti joka suuntaan ääntä 2,2 mW teholla. Laske äänen intensiteetti ja intensiteettitaso 2,5 m päässä kaiuttimesta. Äänen synty • Äänen syntyessä – Äänilähde määrää taajuuden – Väliaine ratkaisee aallonpituuden • Äänen kuuloaistimuksessa – Taajuus määrää korkeuden – Amplitudi määrää voimakkuuden – ylävärähtelyjen voimakkuussuhde määrää äänen värin • Esimerkki Koneen äänen intensiteettitaso 1,0 m etäisyydellä on 50 dB, Mikä on kolmen samanlaisen koneen intensiteettitaso samalla kohdalla? Mikä on yhden koneen intensiteetttitaso 3,0 m etäisyydellä L1 50dB, r1 1,0m I1 I1 10 I1 /10 I 0 1050 /10 10 12 W / m 2 10 7 W / m 2 I0 (tai laskimesta) Kolmen intensiteettitaso: 3 10 7 W / m 2 L1 10 lg 54,77...dB 55dB 12 2 1 10 W / m L1 10 lg Yhden intensiteetti kolmen metrin etäisyydellä: 2 2 I1 r2 r1 (1,0m) 2 7 2 8 2 I 2 2 I1 10 W/m 1 , 11 .. 10 W/m I 2 r1 (3,0m) 2 r2 8 2 Intensiteettitaso: L 10 lg 1,11 10 W / m 40,45...dB 40dB 3m 1 10 12 W / m 2 Dopplerin ilmiö • Dopplerin ilmiö syntyy, kun äänilähde ja havaitsija liikkuvat toistensa suhteen. • Ääni havaitaan eri korkuisena kuin lähetetty ääni. – Jos havaitsija ja äänilähde lähestyvät, taajuus kasvaa – Jos havaitsija ja äänilähde loittonevat, taajuus laskee v (v äänen nopeus, havaitsija liikkuu ) v vl v vl f f0 (v äänen nopeus, aaltolähde liikkuu nopeudella v l ) v f f0