Fizično

Kaj je akustična impedanca? Aplikacije in vaje

Kaj je akustična impedanca? Aplikacije in vaje

The Akustična impedanca o Specifična akustična impedanca je odpornost materialnih sredstev na prehod zvočnih valov. Za določen medij je konstanten, ki sega od skalne plasti znotraj zemlje do biološkega tkiva.

Označuje kot z akustično impedanco, na matematičen način mora:

Z = ρ.v

Slika 1. Ko zvočni val vpliva na mejo dveh različnih sredstev, se odraža en del, drugi. Vir: Wikimedia Commons. Cristobal aeorum/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0

Kjer je ρ gostota in v hitrost zvoka medija. Ta izraz velja za rav val s premikanjem v tekočini.

V enotah mednarodnega sistema gostota prihaja v kg/m3 in hitrost v m/s. Zato so enote akustične impedance KG/M2.s.

Prav tako je akustična impedanca opredeljena kot količnik med tlakom P in hitrostjo:

Z = P/V

Na ta način je Z analogen električni upor R = V/I. Druge z enote, če bi bile PA.s /m o n.Ye3, popolnoma enakovredno tistim, ki so bili prej dani.

[TOC]

Prenos in odsev zvočnega vala

Ko imate dva različna sredstva impedance z1 in z2, del zvočnega vala, ki vpliva na vmesnik obeh, se lahko prenaša in se lahko odraža drug del. Ta odraz ali odmev je tisti, ki vsebuje pomembne informacije o drugem mediju.

Slika 2. Vpadni impulz, prenos impulza in impulz. Vir: Wikimedia Commons.

Način porazdelitve energije, ki jo prenaša val. Za koeficient odseva je količnik:

R = ir /Yotudi

Kjer semtudi To je intenzivnost incidentnega valar To je intenzivnost odsevnega vala. Podobno imate koeficient prenosa:

T = it / Yotudi

Zdaj je mogoče dokazati, da je intenzivnost ravnega vala sorazmerna s svojo širino:

Lahko vam služi: Durometer: za kaj je, kako deluje, deli, vrste

I = (1/2) z.Ω2 .Do2

Kjer je z akustična impedanca medija in ω je frekvenca vala. Po drugi strani je razmerje med prenašano amplitudo in amplitudo vpadkov:

Dot/Dotudi = 2z1/(Z1 +Z2)

Kar omogoča količnik int /Yotudi  Izražena je v smislu amplitud incidentnih valov in se prenaša kot:

Yot /Yotudi = Z2Dot2 / Z1Dotudi2

Skozi te izraze se R in T dobivata v smislu akustične impedance z.

Koeficienti prenosa in odboja

Sprednji količnik je natančno koeficient prenosa:

T = (z2/Z1) [2.Z1/(Z1 +Z2)2 = 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2

Ker izgube ne razmišljajo, je izpolnjeno, da je intenzivnost intenzivnosti vsota intenzivnosti, ki se prenaša, in odsevana intenzivnost:

Yotudi = Ir + Yot → (ir / Yotudi) + (It / Yotudi) = 1

To nam omogoča, da najdemo izraz za koeficient odseva v smislu impedance obeh medijev:

R + t = 1 → r = 1 - t

Koeficient odseva je izvedel nekaj algebre za preureditev izrazov:

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

In kot v odsevnem impulzu so informacije, povezane z drugim medijem, tudi koeficient odseva zelo zanimiv.

Tako, ko imata oba medija veliko razliko v impedance, števca prejšnjega izraza postane večji. Potem je intenzivnost odsevnega vala visoka in vsebuje dobre informacije o mediju.

Kar zadeva del vala, ki se prenaša na drugi medij, je postopoma oslabljena in energija se razprši kot toplota.

Aplikacije in vaje

Pojavi prenosa in razmislek povzročajo različne zelo pomembne aplikacije, na primer sonar, ki se je razvil med drugo svetovno vojno in to služi za odkrivanje predmetov. Mimogrede, nekateri sesalci, kot so netopirji in delfini, imajo vgrajen sistem sonar.

Te lastnosti se pogosto uporabljajo tudi za preučevanje notranjosti zemlje v metodah potresnega iskanja, pri pridobivanju medicinskih slik z ultrazvokom, merjenju kostne gostote in zajemanju slik različnih struktur v iskanju napak in napak.

Vam lahko služi: Thomson Atomski model: značilnosti, postulati, subatomski delci

Akustična impedanca je tudi pomemben parameter pri ocenjevanju zvočnega odziva glasbenega instrumenta.

- Vaja rešena 1

Ultrazvočna tehnika za pridobivanje bioloških slik tkiv uporablja visokofrekvenčne zvočne impulze. Odmevi vsebujejo informacije o organih in tkivih, ki se preživljajo, ta programska oprema je odgovorna za prevajanje v sliko.

Na ultrazvočni impulz vpliva na vmesnik maščobe-musculus. S predloženimi podatki poiščite:

a) Akustična impedanca vsake tkanine.

b) odstotek ultrazvoka, ki se odraža v vmesniku med maščobo in mišicami.

Maščoba

  • Gostota: 952 kg/m3
  • Hitrost zvoka: 1450 m/s

Mišica

  • Gostota: 1075 kg/m3
  • Hitrost zvoka: 1590 m/s

Rešitev

Akustična impedanca vsakega tkiva nadomešča v formuli:

Z = ρ.v

Na ta način:

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

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

Rešitev b

Če želite najti odstotek intenzivnosti, ki se odraža v vmesniku obeh tkiv, koeficient odseva, ki ga daje:

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

Tukaj zmaščoba = Z1 in zmišica = Z2. Koeficient odseva je pozitiven znesek, ki ga v enačbi zagotavljajo kvadratki.

Zamenjava in ocenjevanje:

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

Z pomnoženjem do 100 bomo imeli odsev odstotek: 1.14 % intenzivnosti vpadkov.

- Vaja Rešena 2

Zvočni val ima intenzivnost 100 decibelov in običajno vpliva na površino vode. Določite stopnjo intenzivnosti prenosnega vala in stopnjo odsevnega vala.

Vam lahko služi: viskozno trenje (sila): koeficient in primeri

Podatki:

Voda

  • Gostota: 1000 kg/m3
  • Hitrost zvoka: 1430 m/s

Zrak

  • Gostota: 1.3 kg/m3
  • Hitrost zvoka: 330 m/s

Rešitev

Stopnja intenzivnosti decibelov zvočnega vala je označena kot L, je brezdimenzionalna in jo daje formula:

L = 10 dnevnik (I /10-12)

Dvig pri 10 na obeh straneh:

10 L/10 = I /10-12

Kot l = 100 rezultat:

I/10-12 = 1010

Enote intenzivnosti so podane glede na moč na enoto območja. V mednarodnem sistemu so vat/m2. Zato je intenzivnost incidentnega vala:

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

Če želite najti intenzivnost prenosnega vala, se izračuna koeficient prenosa in nato pomnoži z intenzivnostjo vpadkov.

Ustrezne impedance so:

Zvoda = 1000 kg/m3 x 1430 m/s = 1.43 x 106 kg/m2.s

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

Zamenjava in ocena v:

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

Torej, intenzivnost prenesenega vala je:

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

Stopnja intenzivnosti decibelov se izračuna z:

Lt = 10 dnevnika (it /10-12) = 10 dnevnik (1.12 x 10-5 / 10-12) = 70.3 dB

Koeficient odseva je:

R = 1 - t = 0.99888

S tem je intenzivnost odsevnega vala:

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

In njegova stopnja intenzivnosti je:

Lt = 10 dnevnika (ir /10-12) = 10 dnevnik (9.99 x 10-3 / 10-12) = 100 dB

Reference

  1. Andriessen, m. 2003. Tečaj fizike HSC. Jacaranda.
  2. Baranek, l. 1969. Akustika. Druga izdaja. Ameriški latinoameriški uvodnik.
  3. Kinsler, l. 2000. Osnove akustike. Wiley in sinovi.
  4. Lowrie, w. 2007. Temeljna geofizika. 2. mesto. Izdaja. Cambridge University Press.
  5. Wikipedija. Akustična impedanca. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org.