Fyzický

Čo je akustická impedancia? Aplikácie a cvičenia

Čo je akustická impedancia? Aplikácie a cvičenia

Ten akustická impedancia o Špecifická akustická impedancia je odpor materiálových prostriedkov na prechod zvukových vĺn. Je konštantná pre určité médium, ktoré prechádza z skalnatej vrstvy vo vnútri Zeme do biologického tkaniva.

Označovanie ako z akustickej impedancie z matematického spôsobu:

Z = ρ.vložka

postava 1. Keď zvuková vlna ovplyvňuje hranicu dvoch rôznych prostriedkov, odráža sa jedna časť a druhá sa prenáša. Zdroj: Wikimedia Commons. Cristobal aeorum/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)

Kde ρ je hustota a v rýchlosť zvuku média. Tento výraz platí pre plochú vlnu pohybom v tekutine.

V jednotkách medzinárodného systému je hustota prichádza v kg/m3 a rýchlosť v m/s. Preto jednotky akustickej impedancie sú kg/m2.siež.

Podobne je akustická impedancia definovaná ako kvocient medzi tlakom P a rýchlosťou:

Z = p/v

Týmto spôsobom je z analogický s elektrickým odporom r = v/i, kde tlak predstavuje papier napätia a rýchlosť prúdu prúdu. Ostatné jednotky Z, ak by boli PA.s /m o n.Ty3, úplne rovnocenné s tými, ktorí boli predtým uvedení.

[TOC]

Prenos zvukovej vlny

Keď máte dva rôzne prostriedky impedancie z1 a z2, Časť zvukovej vlny, ktorá ovplyvňuje rozhranie oboch. To odráža alebo echo vlna je tá, ktorá obsahuje dôležité informácie o druhom médiu.

Obrázok 2. Dopadajúci impulz, prenášaný impulz a odrážaný impulz. Zdroj: Wikimedia Commons.

Spôsob, akým je energia transportovaná vlnou distribuovaná. Pre koeficient odrazu je kvocient:

R = ir /Joani

Kde jaani Je to intenzita dopadajúcej vlnyr Je to intenzita odrazenej vlny. Podobne máte koeficient prenosu:

T = itón / Joani

Teraz sa dá preukázať, že intenzita plochej vlny je úmerná jej šírke::

Môže vám slúžiť: Durometer: Na čo je to, ako funguje, časti, typy

I = (1/2) z.Ω2 .Do2

Kde z je akustická impedancia média a Ω je frekvencia vlny. Na druhej strane pomer medzi prenášanou amplitúdou a amplitúdou incidentu je:

Dotón/ani = 2z1/(Z1 +Z2)

Čo umožňuje kvocient atón /Joani  Vyjadruje sa z hľadiska amplitúd incidentových vĺn a prenáša sa ako:

Jotón /Joani = Z2Dotón2 Z1Doani2

Prostredníctvom týchto výrazov sa R ​​a T získajú z hľadiska akustickej impedancie z.

Koeficienty prenosu a odrazu

Predný kvocient je presne koeficient prenosu:

T = (z2Z1) [2.Z1/(Z1 +Z2)]2 = 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2

Pretože sa straty neuvažujú, je splnené, že intenzita dopadu je súčet prenášanej intenzity a odrazená intenzita:

Joani = Ir + Jotón → (ir / Joani) + (Itón / Joani) = 1

To nám umožňuje nájsť výraz pre koeficient odrazu, pokiaľ ide o impedancie týchto dvoch médií:

R + t = 1 → r = 1 - t

Vykonanie nejakej algebry na usporiadanie pojmov, koeficient odrazu je:

R = 1 - 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2 = (Z1 - Z2)2/(Z1 +Z2)2

A ako v odrazenom impulze, sú informácie týkajúce sa druhého média, koeficient odrazu je veľmi zaujímavý.

Keď teda tieto dve médiá majú veľký rozdiel v impedancii, čitateľ predchádzajúceho výrazu sa stane väčším. Potom je intenzita odrazenej vlny vysoká a obsahuje dobré informácie o médiu.

Pokiaľ ide o časť vlny vysielanej na toto druhé médium, postupne zoslabuje a energia sa rozptyľuje ako teplo.

Aplikácie a cvičenia

Fenomény prenosu a reflexie vedú k rôznym veľmi dôležitým aplikáciám, napríklad sonar vyvinutý počas druhej svetovej vojny a ktorý slúži na detekciu predmetov. Mimochodom, niektoré cicavce, ako sú netopiere a delfíny.

Tieto vlastnosti sa tiež široko používajú na štúdium vnútra Zeme v metódach seizmického prieskumu, pri získavaní lekárskych obrazov ultrazvukom, meranie hustoty kostí a zachytenie obrazov rôznych štruktúr pri hľadaní zlyhaní a defektov.

Môže vám slúžiť: Thomson Atomic Model: Charakteristiky, postuláty, subatomické častice

Akustická impedancia je tiež dôležitým parametrom pri hodnotení zvukovej reakcie hudobného nástroja.

- Cvičenie vyriešené 1

Ultrazvuková technika na získanie biologických tkanivových snímok využíva vysokofrekvenčné zvukové impulzy. Ozveny obsahujú informácie o orgánoch a tkanivách, ktoré prechádzajú, tento softvér je zodpovedný za preklad do obrázka.

Ultrazvukový impulz je ovplyvnený rozhraním FAT-MUSCULUS. S poskytnutými údajmi nájdete:

a) akustická impedancia každej látky.

b) percento ultrazvuku odrážaného v rozhraní medzi tukom a svalstvom.

Tuk

  • Hustota: 952 kg/m3
  • Rýchlosť zvuku: 1450 m/s

Svaly

  • Hustota: 1075 kg/m3
  • Rýchlosť zvuku: 1590 m/s

Roztok

Akustická impedancia každého tkaniva sa nahradí vo vzorci:

Z = ρ.vložka

Tadiaľto:

Ztuk = 952 kg/m3 x 1450 m/s = 1.38 x 106 kg/m2.siež

Zsvaly = 1075 kg/m3 x 1590 m/s = 1.71 x 106  kg/m2.siež

Riešenie B

Ak chcete nájsť percento intenzity odrážaného v rozhraní dvoch tkanív, koeficient odrazu daný:

R = (z1 - Z2)2/(Z1 +Z2)2

Tu ztuk = Z1 a zsvaly = Z2. Koeficient odrazu je pozitívna suma, ktorú zaručujú štvorce v rovnici.

Výmena a hodnotenie:

R = (1.38 x 106 - 1.71 x 106 )2  / (1.38 x 106 + 1.71 x 106 )2 = 0.0114.

Vynásobením 100 budeme mať odrazené percento: 1.14 % intenzity incidentu.

- Cvičenie vyriešené 2

Zvuková vlna má decibely na úrovni 100 intenzity a normálne ovplyvňuje hladinu vody. Určte úroveň intenzity prenášanej vlny a úroveň odrazenej vlny.

Môže vám slúžiť: viskózne trenie (sila): koeficient a príklady

Údaje:

Vodná voda

  • Hustota: 1000 kg/m3
  • Rýchlosť zvuku: 1430 m/s

Vysielať

  • Hustota: 1.3 kg/m3
  • Rýchlosť zvuku: 330 m/s

Riešenie

Úroveň intenzity decibelov zvukovej vlny je označená ako L, je bez rozmeru a je daná vzorcom:

L = 10 log (i /10-12)

Zdvihnutie na 10 na oboch stranách:

10 L/10 = I /10-12

Ako l = 100, výsledky v:

I/10-12 = 1010

Jednotky intenzity sú uvedené z hľadiska energie na jednotku oblasti. V medzinárodnom systéme sú watt/m2. Preto je intenzita dopadajúcej vlny:

Joani = 1010 . 10-12 = 0.01 w/m2.

Na nájdenie intenzity prenášanej vlny sa vypočíta prenosový koeficient a potom sa vynásobí intenzitou dopadu.

Príslušné impedancie sú:

Zvodná voda = 1 000 kg/m3 x 1430 m/s = 1.43 x 106 kg/m2.siež

Zvysielať = 1.3 kg/m3 x 330 m/s = 429 kg/m2.siež

Výmena a hodnotenie v:

T = 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2 = 4 × 1.43 x 106 X 429 / (1.43 x 106 + 429)2 = 1.12 x 10-3

Intenzita prenášanej vlny je teda:

Jotón = 1.12 x 10-3 x 0.01 w/m2 = 1.12 x 10-5 W/m2

Úroveň intenzity jeho decibelov sa počíta:

Ltón = 10 log (itón /10-12) = 10 log (1.12 x 10-5 / 10-12) = 70.3 dB

Pokiaľ ide o odrazový koeficient::

R = 1 - t = 0.99888

Vďaka tomu je intenzita odrazenej vlny:

Jor = 0.99888 x 0.01 w/m2 = 9.99 x 10-3 W/m2

A jeho úroveň intenzity je:

Ltón = 10 log (ir /10-12) = 10 log (9.99 x 10-3 / 10-12) = 100 dB

Odkazy

  1. Andriessen, m. 2003. Kurz fyziky HSC. Jacaranda.
  2. Barane, L. 1969. Akustika. Druhé vydanie. Americký hispánsky redaktor.
  3. Kinsler, L. 2000. Základy akustiky. Wiley a synovia.
  4. Lowrie, W. 2007. Základná geofyzika. Druhý. Vydanie. Cambridge University Press.
  5. Wikipedia. Akustická impedancia. Zdroj: In.Wikipedia.orgán.