1.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Интенсивность звука. Акустические колебания — частный случай механических колебаний, поэтому мгновенное значение акустической мощности, как и в механике, определяется произведением мгновенных значений силы и скорости колебаний т. е. Если имеется в виду сила, действующая на единицу площади, т. е. давление, то следует говорить удельной мощности колебаний (называемой вектором Умова), равной произведению звукового давления и скорости колебаний т. е.

Если в рассматриваемой точке звукового поля мгновенные значения давления и скорости колебаний

имеют одинаковый знак, то вектор Умова направлен в сторону распространения волны, т. е. энергия движется от источника звука; если они имеют разные знаки, то — против движения волны, т. е. энергия движется к источнику звука. Последнее возможно только при наличии сдвига фаз между звуковым давлением и скоростью колебаний и означает наличие реактивной составляющей мощности. Наибольший интерес представляет среднее значение удельной мощности колебаний распространяющейся в положительном направлении, т. е. среднее значение потока энергии через единицу площади, двигающегося от источника звука к возможному приемнику звука. Это среднее значение называют интенсивностью или силой звука. Итак, интенсивностью звука называют (среднее) количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения звуковой волны. В системе единица интенсивности а в абсолютной системе единиц Для периодических и сложных звуков интенсивность выражается формулами:

где частота наиболее низкочастотной составляющей звука.

Для синусоидальных колебаний интенсивность звука

где амплитуды звукового давления и скорости колебаний; сдвиг фаз между ними; действующее значение звукового давления; модуль акустического сопротивления.

Интенсивность звука представляет собой активную составляющую удельной мощности звуковых колебаний.

Реактивная составляющая мощности колебаний непрерывно колеблется в звуковом поле то в сторону распространения волны, то в обратную. Эта часть мощности колебаний представляет собой запас энергии в

звуковом поле аналогично запасу энергии в электрическом и магнитном полях электрического тока.

Плотность энергии. Среднее количество звуковой энергии, приходящееся на единицу объема, называют плотностью энергии. Единицей плотности энергии в системе является а в абсолютной системе —

Для определения связи между интенсивностью звука и плотностью энергии выделим объем по направлению движения волны (см. рис. 1.2). Энергия, находившаяся в нем к моменту рассмотрения и равная выйдет из него за время где с — скорость звука; плотность энергии. Поток этой энергии

Так как согласно определению интенсивность звука то, подставляя в него предыдущее выражение, получаем

откуда

а с учетом (1.10) находим