Акустические резонаторы - реферат

БЕЛОРУССКИЙ Муниципальный Институт

Факультет радиофизики и физической электроники Реферат

Студента I курса 4-ой группы

Б.Никты

По теме:

Акустические резонаторы.

МИНСК 2001 г.

Акустические резонаторы.

Звуковыми волнами либо просто звуком принято именовать волны, воспринимаемые человечьим ухом. Спектр звуковых частот лежит в границах примерно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой наименее 20 Гц именуются инфразвуком, а с Акустические резонаторы - реферат частотой более 20 кГц - ультразвуком. Волны звукового спектра могут распространяться не только лишь в газе, да и в воды (продольные волны) и в жестком теле (продольные и поперечные волны). Но волны в газообразной среде - среде нашего обитания - представляют особенный энтузиазм. Исследованием звуковых явлений занимается раздел физики, который именуют акустикой.

При Акустические резонаторы - реферат распространении звука в газе атомы и молекулы колеблются повдоль направления распространения волны. Это приводит к изменениям локальной плотности и давления p. Звуковые волны в газе нередко именуют волнами плотности либо волнами давления.

При восприятии разных звуков человеческое ухо оценивает их сначала по уровню громкости, зависящей от потока энергии Акустические резонаторы - реферат либо интенсивности звуковой волны. Воздействие звуковой волны на барабанную перепонку находится в зависимости от звукового давления, т.е. амплитуды p0 колебаний давления в волне. Человеческое ухо является совершенным созданием Природы, способным принимать звуки в большом спектре интенсивностей: от слабенького писка комара до грохота вулкана. Порог слышимости соответствует значению p Акустические резонаторы - реферат0 порядка 10-10 атм., т.е. 10-5 Па. При таком слабеньком звуке молекулы воздуха колеблются в звуковой волне с амплитудой всего только 10-7 см! Болевой порог соответствует значению p0 порядка 10-4 атм. либо 10 Па. Таким макаром, человеческое ухо способно принимать волны, в каких звуковое давление меняется в миллион раз. Потому что интенсивность звука пропорциональна квадрату Акустические резонаторы - реферат звукового давления, то спектр интенсивностей оказывается порядка 1012! Таковой большой спектр людского уха эквивалентен использованию 1-го и такого же прибора для измерения поперечника атома и размеров футбольного поля.

Для сопоставления укажем, что при обыденных дискуссиях людей в комнате интенсивность звука примерно в 106 раз превосходит порог слышимости, а интенсивность Акустические резонаторы - реферат звука при рок-концерте приближается к болевому порогу.

Очередной чертой звуковых волн, определяющей их слуховое восприятие, является высота звука. Колебания в гармонической звуковой волне воспринимаются человечьим ухом как музыкальный тон. Колебания высочайшей частоты воспринимаются как звуки высочайшего тона, колебания низкой частоты - как звук низкого тона. Звуки, издаваемые музыкальными инструментами, также Акустические резонаторы - реферат звуки людского голоса могут очень различаться по высоте тона и по спектру частот. Так, к примеру, спектр более низкого мужского голоса - баса - простирается примерно от 80 до 400 Гц, а спектр высочайшего дамского голоса - сопрано - от 250 до 1050 Гц.

Спектр звуковых колебаний, соответственный изменению частоты колебаний вдвое, именуется октавой. Глас скрипки, к Акустические резонаторы - реферат примеру, перекрывает примерно три с половиной октавы (196-2340 Гц), а звуки пианино - семь с излишним октав (27.5 - 4186 Гц).

При настройке музыкальных инструментов нередко употребляется устройство, называемое камертоном. Оно состоит из древесного акустического резонатора и скрепленной с ним железной вилки, настроенных в резонанс. При ударе молоточком по вилке вся система возбуждается и Акустические резонаторы - реферат издает незапятнанный музыкальный тон.

Акустическим резонатором является и горло певца.

 Резонаторы - усилители колебаний. Явление акустического резонанса состоит в том, что акустика приводится в колебание, когда невдали от нее звучит другая акустика с частотой колебаний, совпадающей с своей частотой первой.

 

Резонатором в акустике может служить натянутая струна, открытый Акустические резонаторы - реферат либо закрытый объем, к примеру, в виде древесного, стеклянного, железного цилиндра (трубы), пластинка, закрепленная с 1-го конца, камертон и т.д. В резонаторе возбуждаются колебания даже от сравнимо слабеньких звуковых волн, падающих на него.

 

Почему же резонатор наращивает интенсивность доходящих до него колебаний?  Ответов может быть два:

· либо резонатор собирает Акустические резонаторы - реферат рассеянную в пространстве энергию,

· либо усиление происходит за счет уменьшения продолжительности    

           колебаний.

Оба ответа справедливы.

  В театрах Старой Греции и Старого Рима устанавливали так именуемые "гармоники" - открытые объемы, горловина которых соединялась с окружающим местом (рис. 1, а). Масса воздуха m в горловине приводилась в колебательное движение наружным звуковым давлением. Резонансная частота f Акустические резонаторы - реферат0 определялась этой массой и гибкостью (сжимаемостью) c воздушного объема V резонатора. При резонансе скорость колебаний v в горле резонатора возрастает, возрастает и большой поток vS ( S - площадь поперечного сечения гортани). Ввиду того, что колебательная скорость падающей волны остается неизменной, для поддержания растущего большого потока фронт падающей волны деформируется (рис Акустические резонаторы - реферат.1, б). Деформация обхватывает тем огромную зону, чем больше скорость колебаний в горле. Потому резонатор концентрирует существенно огромную энергию, чем та, которая содержится в части падающей волны, приходящейся на площадь входного отверстия. После прекращения наружного воздействия резонатор дает скопленную энергию в окружающее место (рис. 1, в).


Рис.1 Принцип деяния акустического резонатора Акустические резонаторы - реферат.

           пространство 

Дается экспериментальное доказательство второму предположению - повышению интенсивности колебаний за счет уменьшения их длительности. Свободно подвешенный и возбужденный ударом камертон звучит 252 с, приложенный к мраморной доске - 115 с, приложенный к древесной доске - 10 с. В особенности усиливаются колебания Акустические резонаторы - реферат, если приложить камертон к ящику-резонатору с той же своей частотой, что и у камертона. Но длительность колебаний в данном случае еще больше сокращается.

Итак, звук усиливается, но запасенная энергия исчерпывается резвее. Степень усиления колебаний определяется добротностью резонатора, а чувство громкости - интенсивностью колебаний и их длительностью. Потому не Акустические резонаторы - реферат следует гиперболизировать эффективность деяния "гармоник" старых театров на открытом воздухе либо кувшинов-«голосников» старых православных храмов. Эти устройства делали сравнимо маленькое усиление колебаний. Такие резонаторы время от времени употребляют в современных акустических лабораториях.

Можно представить, что замкнутые места под эстрадой концертных залов и под оркестровой ямой оперных театров также Акустические резонаторы - реферат являются типичными резонаторами, усиливающими звучность. Аналогичную роль играют навесные «мембранные потолки» концертных и театральных залов, очевидно, если они не отягощены помещенным на их грузом-засыпкой из камешков и шлака. В отличие от резонаторов-сосудов, представляющих из себя системы с сосредоточенными параметрами, места под эстрадой либо навесные потолки являются системами с Акустические резонаторы - реферат распределенными параметрами, "многочастотными системами".

Связь своей резонансной частоты больших акустических резонаторов с их геометрическими размерами устанавливалась разными создателями, начиная с Гельмгольца. Наружное несходство приобретенных выражений определяется различием неких начальных предпосылок, но рассчитанные значения f0 получаются приблизительно схожими. Для резонаторов без гортани (b=0) И.Г. Дрейзен приводит Акустические резонаторы - реферат выражение



а Е. Скучик – выражение

при этом a - радиус отверстия, V - объем. При а = 1 см и V = 500 см3 расчеты f0 по приведенным двум формулам дают соответственно значения 340 и 330 Гц.


И. Г. Дрейзен и Е. Скучик получили выражения для добротности Q большого резонатора. По Дрейзену, усилительная способность резонатора определяется отношением звукового давления Акустические резонаторы - реферат в горле резонатора p2 к звуковому давлению р1 в падающей волне:

           

при этом k = 2p/l = 2pf/c0 - волновое число, V - объем резонатора.

По Е. Скучику,


Подставив в последнюю формулу данные предшествующего примера, получим


Разумеется, что резонатор будет отвечать на возбуждение с частотами, лежащими в некой полосе частот, но большая Акустические резонаторы - реферат интенсивность колебаний установится при совпадении частоты источника колебаний с своей частотой резонатора.

Резонансные всасывающие конструкции. Зависимо от добротности акустические резонаторы действуют или как усилители звуковых колебаний, или как высокоэффективные поглотители. При резонансе скорость движения частиц воздуха в горле резонатора максимальна. Если поместить в горле элемент активного сопротивления r, то из-за Акустические резонаторы - реферат большой скорости колебаний v утраты мощности Ра = v2r будут значительны. Утраты появляются ввиду трения частиц воздуха о стены гортани. Утраты вырастут, если отверстие перегородить таковой тканью, как марля.

Одиночные резонансные поглотители время от времени употребляют для исправления АЧХ помещения в области нижних частот. Композиции резонаторов в виде перфорированных Акустические резонаторы - реферат листов (панелей), укрепленных на неком расстоянии от стенки либо потолка помещения, на частоте резонанса поглощают 0,8 - 0,95 энергии падающей волны. В нашей стране высокоэффективные перфорированные звукопоглощающие конструкции были разработаны Г.Д. Малюжинцем и С.И. Ржевкиным.


Расчетные соотношения. Резонансная частота перфорированной конструкции, как и для одиночного резонатора, определяется выражением

      

в каком S Акустические резонаторы - реферат - площадь отверстия, b - длина гортани (либо, что то же самое, толщина листа), V - объем полости, равный произведению квадрата шага перфорации d на расстояние меж листом и преградой d.


Большенными коэффициентами поглощения владеют мембранные резонансные конструкции. Они состоят из тонких листов фанеры, закрепленных по периметру на жестком Акустические резонаторы - реферат каркасе из древесных брусьев. Падение звуковой волны вызывает изгибные колебания листа. Энергия волны тратится на вязкие утраты (трение) меж слоями фанеры, скрепленными клеем. Для роста утрат меж стенкой и листом помещают демпфирующий материал с большой вязкостью, к примеру губчатую резину, поролоновые коврики, строительный войлок и т.п. Разновидностью мембранных конструкций Акустические резонаторы - реферат являются щиты Г. Бекеши. Они представляют собой рамы, на которые натянут холст, клеенка, пластмассовая пленка. Для демпфирования колебаний употребляют подкладку из поролона, ваты, войлока. В отличие от перфорированных конструкций мембранные являются системой с распределенными параметрами. Максимумы поглощения получаются на резонансных частотах. Для натянутого с силой F материала мембраны резонансные частоты

где n Акустические резонаторы - реферат - порядок резонансной частоты, l, b и d - длина, ширина и толщина материала, r - его плотность.


Пусть полотно размером 2 х 1 м, шириной 0,2 мм и плотностью 200 г/м3 натянуто с силой 1,6 Н. Тогда резонансные частоты

Как следует, резонансные частоты будут 50, 100 Гц и т.д. Коэффициенты поглощения мембранных конструкций добиваются Акустические резонаторы - реферат:

· для фанеры и бумажно-слоистого пластика приблизительно 0,5;

· для щитов Бекеши - 0,8.

Отметим увлекательный факт. Г. Гельмгольц использовал набор резонаторов с различными резонансными частотами для анализа спектров звуковых колебаний. При помощи этого типичного анализатора Гельмгольц следил, какие резонаторы отзываются на различные частотные составляющие диапазона. Он же применил композиции резонаторов для синтеза гласных Акустические резонаторы - реферат звуков речи.

Экспериментальное исследование взаимодействия упругих волн
в акустическом резонаторе.

В.Е.Назаров, А.В.Радостин, И.А.Соустова

Институт прикладной физики РАН

В акустике тщательно исследованы нелинейные эффекты, возникающие при распространении и содействии упругих волн в жестких телах, уравнение состояния которых описываются 5-ти постоянной теорией упругости. Схожий подход, обычно, справедлив для Акустические резонаторы - реферат описания однородных сред. Для микронеоднородных сред, а именно горных пород, содержащих разные недостатки (дислокации, зерна, трещинкы и т.д.) даже при относительно маленьких деформациях, уравнение состояния нередко характеризуется разноплановой (гистерезисной) зависимостью «напряжение – деформация» и может также содержать диссипативную нелинейность. При распространении насыщенных упругих волн в таких средах наблюдаются нелинейные эффекты Акустические резонаторы - реферат: амплитудно-зависимые утраты, изменение скорости волны, генерация высших гармоник и т.д. Более очень эти эффекты появляются в акустических резонаторах. Такие опыты проводились с некими металлами и горными породами [1-3]. В истинной работе представлены результаты экспериментальных исследовательских работ воздействия сильной волны накачки на слабенькую волну в резонаторе из Акустические резонаторы - реферат песчаника - горной породы, встречающейся в местах добычи нефти и газа. Опыты проводились со стержневым резонатором поперечником d = 2.5см и длиной L = 28см. Блок-схема измерительной установки представлена рис.2.

Рис.2

Рис.3

Пьезокерамический излучатель слабенькой волны (2) был приклеен к торцу эталона (1) и громоздкому (М= 2 кг) титановому концентратору (4), являющемуся излучателем сильной волны Акустические резонаторы - реферат накачки (ее ми­ни­маль­ный уровень превосходил наибольший уровень слабенькой волны при­мер­но на 30 дБ), так что граничное условие на этом торце резонатора было близко к условию на полностью жесткой поверхности. К другому концу стержня приклеивался пьезоакселерометр (6) довольно малой массы, так что эта граница была близка к акустически Акустические резонаторы - реферат мягенькой. Для таких резонаторов диапазон собственных частот определяется последующим выражением: fn=c0(2n‑1)/4L, где c0 - скорость продольной волны в стержне, n = 1,2…- номер продольной моды резонатора. С пьезоакселерометра сигнал поступал на спектроанализатор (10) для измерения амплитуды накачки, также через режекторный фильтр (9), подавляющий сигнал на частоте накачки на 30 дБ, на Акустические резонаторы - реферат селективный вольтметр (8) и осциллограф (7), где выполнялось измерение уровня слабенького сигнала. Собственные частоты первых продольных мод резонатора при малых амплитудах возбуждения составляли соответственно 2250 Гц, 6800 Гц, 10150 Гц и 16650 Гц, а добротности - 45, 90, 81 и 93. Таким своим частотам соответствует c0»2500 м/с. Измерения проводились для слабенькой волны на 4-й моде резонатора и для накачки на Акустические резонаторы - реферат 1-й моде, также - напротив. На рис.3 приведены резонансные кривые для слабенькой волны на 4-й моде в присутствии накачки на 1-й моде при разных ее амплитудах. Видно, что с ростом амплитуды волны накачки происходит сдвиг резонансной частоты и расширение резонансной кривой, т.е. уменьшение добротности резонатора

Рис.4 Рис.5

На Акустические резонаторы - реферат рис.4 в логарифмическом масштабе приведена зависимость сдвига резонансной частоты DF от амплитуды деформации волны накачки e1, из которого следует, что DF µe1. На рис.5 приведена зависимость амплитуды слабенькой волны A (в резонансе) от e1, из которого видно, что A µe1. Подобные зависимости наблюдались и в случае возбуждения слабенькой волны на 1-й Акустические резонаторы - реферат моде резонатора, а накачки - на 4-й.

Аналитическое описание сдвига резонансной частоты проведено в рамках уравнения состояния, содержащего упругую нелинейность:

,

где E- модуль Юнга, f(e) - малая нелинейная поправка (|f(e)|<<|e|), a - коэффициент диссипации, r - плотность. При помощи способов, изложенных в работах [1,4], получена резонансная кривая стержня для слабенькой волны на Акустические резонаторы - реферат 4-й моде резонатора при накачке на 1-й моде:

,

где A0- амплитуда слабенькой волны, создаваемой излучателем, d=wn-w - расстройка частоты от резонанса, B0==ge1, где g - действенный параметр упругой нелинейности песчаника. Из сопоставления экспериментальной и аналитической зависимости получаем оценку для параметра упругой нелинейности песчаника: g »2Ч103. Отметим, что Акустические резонаторы - реферат приобретенное значение параметра упругой нелинейности значительно превосходит соответствующие значения для однородных сред (g<10).

Таким макаром, уравнение состояния, содержащее упругую нелинейность, обрисовывает только сдвиг резонансной частоты, и не обрисовывает уменьшение добротности резонатора для слабенькой волны в поле сильной волны накачки. Для разъяснения этого эффекта нужно представить, что песчаник обладает Акустические резонаторы - реферат также и диссипативной акустической нелинейностью.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранд 96-15-96603).

Использованная литература:

1) «Три взора на акустику помещений» А.П. Ефимов, журнальчик «Install Pro Magazine»,   2000 г.

2)  Назаров В.Е., Островский Л.А., Соустова И.А., Сутин А.М. «Акустический журнал», №3,1988 г.

3)  «Физика металлов и металловедение» Назаров В.Е. 1992.



aktualnie-voprosi-socialno-ekonomicheskih-i-estestvenno-nauchnih-disciplin.html
aktualnie-voprosi-sovremennoj-lingvistiki.html
aktualnie-voprosi-upravleniya-avtonomnim-uchrezhdeniem-diplomnaya-rabota.html