Акустический импеданс – что это такое?
Содержание статьи:
Определение понятия акустический импеданс
Под акустическим импедансом понимается совокупная сопротивляемость внешней среды звуковому воздействию, которое по сути является величиной совокупности амплитуд звукового давления по отношению к скорости звука.
Имя естествоиспытателя, осуществившего ввод понятия в научный оборот, не сохранилось, но сегодня трудно представить условия современной жизни без учета данной величины.
В самом общем виде, понятие акустического импеданса, иначе комплексного акустического сопротивления окружающей среды, описывает специфическую сопротивляемость, с которой сталкивается какая-либо поверхность способная к колебаниям, например, стенкам рупора, имеющих конусовидную форму.
Формула акустического импеданса
Формула акустического импеданса достаточно проста, и должно быть известна всем музыкантам и даже многим школьникам из школьного курса физики – Za = Ra+iXa.
Разберем подробно вышеуказанную формулу.
Под буквой i понимается так называемая «мнимая единица», под которой в своею очередь понимается особое число, относящееся к виду комплексных чисел, квадрат которого неизменно составляет значение -1.
Под Ra понимается само звуковое сопротивление, определяется процессами переходов энергии из упорядоченных процессов в неупорядоченные процессы, чаще определяемые в физике как диссипация, и неизбежными потерями значительной части звуковых волн на их излучение.
Под Xa понимается так называемая мнимая составляющая, то что чаще именуют реактивной формой звукового сопротивления, которое в значительной мере определяется теми же явлениями перехода энергии из неупорядоченных в упорядоченные процессы в звуковой системе, что является прямым следствием обладания этой системой различных инерционных сил и сил упругости.
Исходя из всего вышесказанного, специалистами проводится деление видов реактивного сопротивления на инерционное и упругое.
Если взглянуть на международную систему измерений, так называемую систему СИ, единицей данной величины является величина равная одному Ньютону умноженному на секунду разделенное на сантиметр в пятой степени.
До принятия международной системы измерения широко использовалась так называемая система «сантиметр-грамм-секунда», также известная как просто «СГС».
В данной системе формула высчитывания единицы акустического импеданса практически идентична способу высчитывания в системе СИ, только вместо Ньютона использовалась «Дина», совершенно особая единица, равная величине силы, сообщаемой телу, имеющему массу в один грамм скорость в один сантиметр в секунду. Самым старым значением и синонимом понятия акустический импеданс является «акустический ом».
Где применяется
Данное понятие применяется в различных разделах физики, механики, математики и некоторых междисциплинарных исследованиях, в которых в том или ином виде присутствуют эти дисциплины.
Не менее часто это понятие используется на производствах и при различных видах проектирования. Величина акустического импеданса учитывается при проектировке и сборке различных излучателей, звуковых приемников, мембранных поверхностей, распределителей и т.д.
Для специалистов занимающихся свойствами излучающих систем данное понятие необходимо для расчетов мощностей излучения и различных условий, сопротивляемости волновому воздействию объектов внешней среды.
Некоторые разновидности
Помимо акустического импеданса выделяют также удельный и механический импедансы, обозначаемые как Z1 и ZM, общая формула отображающая их взаимозависимость выглядит следующим образом: ZM = SZ1 = S2Z/
Рассмотрим подробнее вышеуказанную формулу.
Как в элементарной математике, под S здесь понимается площадь пространства, в котором распространяются звуковые волны. Остальные переменные имеют те же значения, что и в формуле определения величины акустического импеданса.
Величина удельного значения акустического импеданса равна отношению колебательной скорости к звуковому давлению взятые в конкретной точке на единичной площади. Если в рассматриваемом случае мы имеем дело с плоской волной, то величина импеданса будет равна величине волнового сопротивления среды.
В случае с механическим импедансом, его значение рассчитывается как отношение величины силы к показателю средней колебательной скорости на конкретно взятой площади.
С данным понятием тесно связано понятие «удельного акустического сопротивления». Под данным понятием понимается величина равная отношению звукового давления к колебательной скорости.
Данное понятие было введено по аналогии с электрическим сопротивлением, когда было открыто, что электрические заряды и частицы среды имеют одинаковую скорость движения в случае электрических зарядов, и скорости колебаний – в случае частиц внешней среды.