Akustický tlak

Zvukový tlak je lokální tlaková odchylka od okolního (průměrného nebo rovnovážného) tlaku způsobená zvukovou vlnou. Zvukový tlak lze měřit pomocí mikrofonu ve vzduchu a hydrofonu ve vodě. Jednotkou SI pro akustický tlak je pascal (symbol: Pa). Okamžitý akustický tlak je odchylka od lokálního okolního tlaku p0 způsobená zvukovou vlnou v daném místě a daném okamžiku v čase. Efektivní akustický tlak je střední odmocnina okamžitého akustického tlaku v daném časovém intervalu (nebo prostoru). Ve zvukové vlně je doplňkovou proměnnou akustického tlaku rychlost částic. U malých amplitud jsou akustický tlak a rychlost částic lineárně příbuzné a jejich poměr je akustická impedance. Akustická impedance závisí na vlastnostech vlny i média. Lokální okamžitá intenzita zvuku je součinem akustického tlaku a rychlosti akustických částic a je tedy vektorovou veličinou.

Odchylka akustického tlaku p je

Celý tlak ptotal je

Hladina akustického tlaku (SPL) nebo hladina akustického tlaku Lp je logaritmická míra rms akustického tlaku zvuku ve vztahu k referenční hodnotě. Měří se v decibelech (dB). Někdy se používají varianty jako dB (SPL), dBSPL nebo dBSPL. Tyto varianty nejsou povoleny SI.

kde je referenční akustický tlak a je měřený efektivní akustický tlak.

Běžně používaný referenční akustický tlak ve vzduchu je = 20 µPa (rms). V podvodní akustice je referenční akustický tlak = 1 µPa (rms).

Měření hladin akustického tlaku

dBSPL: Měření hladiny akustického tlaku v decibelech, kde 0 dBSPL je vztažná hodnota k prahu sluchu. Často se kalibrace provádí pro 1 pascal je rovno 94 dBSPL.

Při měření ve vzduchu (a jiných plynech) je SPL téměř vždy vyjádřen v decibelech oproti referenčnímu akustickému tlaku 20 µPa, který je obvykle považován za práh lidského sluchu (zhruba zvuk komára letícího 3 m daleko). Většina měření audio zařízení tedy bude prováděna v poměru k této úrovni. V jiných médiích, například pod vodou, se však častěji používá referenční úroveň 1 µPa. Tyto odkazy jsou definovány v ANSI S1.1-1994. Obecně je nutné znát referenční úroveň při porovnávání měření SPL. Jednotka dB (SPL) je často zkrácena na „dB“, což někomu dává mylnou představu, že dB je absolutní jednotka sama o sobě.

Doporučujeme:  Metoda „jeden faktor za čas“

Zvukový tlak p v N/m² nebo Pa je

Zvukový tlak p je spojen s posunutím částic (nebo amplitudou částic) ξ, v m, podle

běžně v jednotkách N/m² = Pa.

Předpoklad 1/r² se čtvercem je zde chybný. To platí pouze pro intenzitu zvuku.

Poznámka: Často používaný termín „intenzita akustického tlaku“ není správný. Použijte místo toho „velikost“, „síla“, „amplituda“ nebo „hladina“. „Intenzita zvuku“ je akustický výkon na jednotku plochy, zatímco „tlak“ je míra síly na jednotku plochy. Intenzita se nerovná tlaku.

Příklady hladin akustického tlaku a akustického tlaku

Ze vzorce hladiny akustického tlaku zjistíme

Toto vložené do vzorce pro hladinu akustického tlaku pro výpočet úrovně součtu ukazuje

Hladiny akustického tlaku nad 194 dB na úrovni moře vytvářejí deformované vlny. Zvukové vlny se skládají z řídkých a kompresních cyklů, ale když je kompresní polovina vlnového cyklu dvojitá s normálním atmosférickým tlakem a řídká polovina cyklu dosáhne dokonalého vakua (žádné další molekuly vzduchu k odstranění), pak lze jediného možného zvýšení hladiny akustického tlaku dosáhnout na kompresní straně vlnění. Řídká polovina cyklu bude zkrácena na jakoukoli úroveň nad 194 dB. Příkladem takového výskytu jsou rozsáhlé raketové starty s lidskou posádkou, sonické dunění, výbuchy munice, hromy, zemětřesení a sopečné výbuchy.