Звуковая мощность

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Звуковая сила» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( октябрь 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Звуковые измерения
Характеристика	Символы
Звуковое давление	p , SPL, L _PA
Скорость частиц	v , SVL
Смещение частиц	δ
Интенсивность звука	I , SIL
Звуковая мощность	P , SWL, L _WA
Звуковая энергия	W
Плотность звуковой энергии	ш
Звуковое воздействие	E , SEL
Акустический импеданс	Z
Частота звука	AF
Потеря передачи	TL

v т е

Звуковая мощность или акустическая мощность - это скорость, с которой звуковая энергия излучается, отражается, передается или принимается в единицу времени. ^[1] Он определяется ^[2] как «через поверхность, произведение звукового давления и составляющей скорости частицы в точке на поверхности в направлении, перпендикулярном поверхности, интегрированное по этой поверхности». В системе СИ единица звуковой мощности - ватт (Вт). ^[1] Он относится к мощности звуковой силы на поверхности, окружающей источник звука в воздухе. Для источника звука, в отличие от звукового давления, звуковая мощность не зависит ни от помещения, ни от расстояния. Звуковое давление - это свойство поля в точке пространства, а звуковая мощность - это свойство источника звука, равное полной мощности, излучаемой этим источником во всех направлениях. Звуковая мощность, проходящая через область, иногда называется звуковым потоком или акустическим потоком через эту область.

Уровень звуковой мощности L _WA[ править ]

Максимальный уровень звуковой мощности ( L _WA ), относящийся к переносному воздушному компрессору .

В правилах часто указывается метод измерения ^[3], который учитывает звуковое давление над поверхностью, окружающей источник. L _WA определяет мощность, подаваемую на эту поверхность, в децибелах относительно одного пиковатта. Устройства (например, пылесос) часто имеют требования к маркировке и максимальному количеству, которое они могут производить. При вычислении используется шкала A-взвешивания, поскольку метрика связана с громкостью, воспринимаемой человеческим ухом. Измерения ^[4]в соответствии с ISO 3744 берутся от 6 до 12 определенных точек вокруг устройства в полубезэховом пространстве. Испытательная среда может располагаться в помещении или на открытом воздухе. Требуемая среда - твердый грунт в большом открытом пространстве или полубезэховая камера (свободное поле над отражающей плоскостью).

Таблица выбранных источников звука [ править ]

Вот таблица некоторых примеров из онлайн-источника. ^[5] Для всенаправленных источников в свободном пространстве звуковая мощность в L _wA равна уровню звукового давления в дБ выше 20 микропаскалей на расстоянии 0,2821 м ^[6]

Ситуация и источник звука	Звуковая мощность ( Вт )	Уровень звуковой мощности (от 10 до ¹² Вт дБ )
Ракета Сатурн V	100 000 000	200
Проект Artemis Sonar	1 000 000	180
Турбореактивный двигатель	100 000	170
Турбореактивный самолет на взлете	1000	150
Турбовинтовой самолет на взлете	100	140
Пулемет Большой трубчатый орган	10	130
Симфонический оркестр Тяжелый гром Соник бум	1	120
Рок-концерт (1970-е) Цепная пила Ускоряющий мотоцикл	0,1	110
Газонокосилка Автомобиль на скорости шоссе Метро стальные колеса	0,01	100
Большой дизельный автомобиль	0,001	90
Громкий будильник	0,0001	80
Относительно тихий пылесос	10 ⁻⁵	70
Фен	10 ⁻⁶	60
Радио или ТВ	10 ⁻⁷	50
Холодильник Низкий голос	10 ⁻⁸	40
Тихая беседа	10 ⁻⁹	30
Шепот одного человека Тикают наручные часы	10 ⁻¹⁰	20
Человеческое дыхание одного человека	10 ⁻¹¹	10
Исходная величина	10 ⁻¹²	0

Математическое определение [ править ]

Звуковая мощность, обозначаемая P , определяется как ^[7]

{\ Displaystyle P = \ mathbf {f} \ cdot \ mathbf {v} = Ap \, \ mathbf {u} \ cdot \ mathbf {v} = Apv}

куда

f - звуковая сила единичного вектора u ;
v - скорость проекции частицы v вдоль u ;
А - площадь;
p - звуковое давление .

В среде звуковая мощность определяется выражением

{\ displaystyle P = {\ frac {Ap ^ {2}} {\ rho c}} \ cos \ theta,}

куда

А - площадь поверхности;
ρ - массовая плотность ;
c - скорость звука ;
θ - угол между направлением распространения звука и нормалью к поверхности.
p - звуковое давление .

Например, звук при SPL = 85 дБ или p = 0,356 Па в воздухе ( ρ =1,2 кг⋅м ⁻³ и c =343 м⋅с ⁻¹ ) через поверхность площадью A =1 м ^2, перпендикулярный направлению распространения ( θ = 0 °), имеет поток звуковой энергии P =0,3 мВт .

Это параметр, который может заинтересовать при преобразовании шума обратно в полезную энергию, наряду с любыми потерями в устройстве захвата.

Отношения с другими величинами [ править ]

Звуковая мощность связана с интенсивностью звука :

{\ displaystyle P = AI,}

куда

A обозначает площадь;
I означает интенсивность звука.

Звуковая мощность связана с плотностью звуковой энергии :

{\ displaystyle P = Acw,}

куда

c обозначает скорость звука ;
w обозначает плотность звуковой энергии.

Уровень звуковой мощности [ править ]

Уровень звуковой мощности (SWL) или уровень акустической мощности - это логарифмическая мера мощности звука относительно эталонного значения.
Уровень звуковой мощности, обозначенный L _W и измеренный в дБ , определяется как ^[8]

{\ displaystyle L_ {W} = {\ frac {1} {2}} \ ln \! \ left ({\ frac {P} {P_ {0}}} \ right) \! ~ \ mathrm {Np} = \ log _ {10} \! \ left ({\ frac {P} {P_ {0}}} \ right) \! ~ \ mathrm {B} = 10 \ log _ {10} \! \ left ({\ гидроразрыв {P} {P_ {0}}} \ right) \! ~ \ mathrm {dB},}

куда

P - звуковая мощность;
P ₀ - эталонная звуковая мощность ;
1 Np = 1 - непер ;
1 В = 1/2ln 10 - пояс ;
1 дБ = 1/20ln 10 - децибел .

Обычно используется эталонная звуковая мощность в воздухе ^[9]

{\ displaystyle P_ {0} = 1 ~ \ mathrm {pW}.}

Соответствующие обозначения для уровня звуковой мощности с использованием этого эталона: L _{W / (1 пВт)} или L _W ( относительно 1 пВт) , но суффиксные обозначения dB SWL , dB (SWL) , dBSWL или dB _SWL очень распространены, даже если они не принимаются СИ. ^[10]

Эталонная звуковая мощность P ₀ определяется как звуковая мощность с эталонной интенсивностью звука I ₀ = 1 пВт / м ^2, проходящая через поверхность площадью A ₀ = 1 м ² :

{\ displaystyle P_ {0} = A_ {0} I_ {0},}

следовательно, эталонное значение P ₀ = 1 пВт .

Связь с уровнем звукового давления [ править ]

Общий расчет звуковой мощности по звуковому давлению выглядит следующим образом:

{\ displaystyle L_ {W} = L_ {p} +10 \ log _ {10} \! \ left ({\ frac {A_ {S}} {A_ {0}}} \ right) \! ~ \ mathrm { дБ},}

где: определяет площадь поверхности, которая полностью охватывает источник. Эта поверхность может иметь любую форму, но она должна полностью закрывать источник. ${\ displaystyle {A_ {S}}}$

В случае, если источник звука расположен в свободном поле и расположен над отражающей плоскостью (т. Е. Землей) в воздухе при температуре окружающей среды, уровень звуковой мощности на расстоянии r от источника звука приблизительно связан с уровнем звукового давления (SPL) следующим образом: ^[11]

{\ displaystyle L_ {W} = L_ {p} +10 \ log _ {10} \! \ left ({\ frac {2 \ pi r ^ {2}} {A_ {0}}} \ right) \! ~ \ mathrm {дБ},}

куда

L _p - уровень звукового давления;
A ₀ = 1 м ² ;
${2\pi r^{2}},$ определяет площадь поверхности полушария; и
r должно быть достаточно, чтобы полусфера полностью закрывала источник.

Вывод этого уравнения:

{\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {AI}{A_{0}I_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {A}{A_{0}}}\right)\!.\end{aligned}}

Для прогрессивной сферической волны

z_{0}={\frac {p}{v}},

A=4\pi r^{2},

(площадь поверхности сферы)

где z ₀ - характеристический удельный акустический импеданс .

Как следствие,

I=pv={\frac {p^{2}}{z_{0}}},

и поскольку по определению I ₀ = p ₀² / z ₀ , где p ₀ = 20 мкПа - эталонное звуковое давление,

{\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {p^{2}}{p_{0}^{2}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=\ln \!\left({\frac {p}{p_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} .\end{aligned}}

Расчетная звуковая мощность практически не зависит от расстояния. На звуковое давление, используемое в расчетах, может влиять расстояние из-за вязких эффектов при распространении звука, если это не учтено.

Ссылки [ править ]

^ a b Рональд Дж. Бакен, Роберт Ф. Орликофф (2000). Клиническое измерение речи и голоса . Cengage Learning. п. 94. ISBN 9781565938694.
^ «ISO 80000-8 (en) Величины и единицы - Акустика» . [ISO].
^ «ISO 3744: 2010 (en) Акустика - Определение уровней звуковой мощности и уровней звуковой энергии источников шума с использованием звукового давления - Технические методы для практически свободного поля над отражающей плоскостью» . [ISO] . Проверено 22 декабря 2017 года .
^ «Регламент ЕС по звуковой мощности для пылесосов» . [NTi Audio] . Проверено 22 декабря 2017 года .
^ «Звуковая мощность» . Инженерный инструментарий . Проверено 28 ноября 2013 года .
^ «Уровень звуковой мощности» .
^ Ландау и Лифшиц, "Механика жидкости", Курс теоретической физики, Vol. 6
^ «Буквенные символы для использования в электротехнике - Часть 3: Логарифмические и связанные с ними величины, а также их единицы» , IEC 60027-3 Ed. 3.0 , Международная электротехническая комиссия, 19 июля 2002 г.
^ Росс Roeser, Майкл Валента, аудиологии: Диагноз (Тим 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 г.), SP811 PDF
^ Чаддертон, Дэвид В. Инженерное обслуживание зданий , стр. 301, 306, 309, 322. Тейлор и Фрэнсис, 2004. ISBN 0-415-31535-2

Внешние ссылки [ править ]

Звуковая мощность и звуковое давление. Причина и следствие
Закон Ома как акустический эквивалент. Расчеты
Связь акустических величин, связанных с плоской прогрессивной акустической звуковой волной
База данных NIOSH Powertools
Тестирование звуковой мощности

[clinical-1] Рональд Дж. Бакен, Роберт Ф. Орликофф (2000). Клиническое измерение речи и голоса . Cengage Learning. п. 94. ISBN 9781565938694.

[2] «ISO 80000-8 (en) Величины и единицы - Акустика» . [ISO].

[3] «ISO 3744: 2010 (en) Акустика - Определение уровней звуковой мощности и уровней звуковой энергии источников шума с использованием звукового давления - Технические методы для практически свободного поля над отражающей плоскостью» . [ISO] . Проверено 22 декабря 2017 года .

[4] «Регламент ЕС по звуковой мощности для пылесосов» . [NTi Audio] . Проверено 22 декабря 2017 года .

[5] «Звуковая мощность» . Инженерный инструментарий . Проверено 28 ноября 2013 года .

[6] «Уровень звуковой мощности» .

[7] Ландау и Лифшиц, "Механика жидкости", Курс теоретической физики, Vol. 6

[IEC60027-3-8] «Буквенные символы для использования в электротехнике - Часть 3: Логарифмические и связанные с ними величины, а также их единицы» , IEC 60027-3 Ed. 3.0 , Международная электротехническая комиссия, 19 июля 2002 г.

[9] Росс Roeser, Майкл Валента, аудиологии: Диагноз (Тим 2007), стр. 240.

[NIST2008-10] 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 г.), SP811 PDF

[Chadderton-11] Чаддертон, Дэвид В. Инженерное обслуживание зданий , стр. 301, 306, 309, 322. Тейлор и Фрэнсис, 2004. ISBN 0-415-31535-2

[1]

Звуковая мощность

Уровень звуковой мощности L WA [ править ]

Таблица выбранных источников звука [ править ]

Математическое определение [ править ]

Отношения с другими величинами [ править ]

Уровень звуковой мощности [ править ]

Связь с уровнем звукового давления [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Уровень звуковой мощности L _WA[ править ]