Звуковий тиск

Вимірювання звуку
Звуковий тиск p
Рівень звукового тиску (SPL)
Particle velocity^[en] v
Particle velocity level^[en] (SVL)
(Sound velocity level)
Particle displacement^[en] ξ
Інтенсивність звуку I
Рівень інтенсивності звуку (SIL)
Середня звукова потужність Pac
Sound energy density^[en] E
Акустичний імпеданс Z
Швидкість звуку c

Звукови́й тиск — змінний тиск у середовищі, зумовлений поширенням у ньому звукових хвиль. Звуковий тиск прийнято розуміти в двох значеннях:

- Миттєвий звуковий тиск ${\displaystyle \ p_{m}(t)}$ оцінюється силою дії звукової хвилі на одиницю площі, та виражений у ньютонах на квадратний метр (1 Н/м²), або Паскалях (Па);

- Діючий звуковий тиск ${\displaystyle \ p}$ — середньо-квадратичне значення миттєвого звукового тиску ${\displaystyle \ p_{m}(t)}$ за деякий період часу ${\displaystyle \ T}$. Діючий звуковий тиск є вагомою характеристикою періодичних сигналів, та використовується як узагальнена характеристика звукового тиску для визначення інтенсивності звуку та рівня звукового тиску:

${\displaystyle \ p={\sqrt {{1 \over T}\int \limits _{0}^{T}p_{m}^{2}(t)dt}}}$

Наприклад, якщо миттєвий звуковий тиск виражено періодичною функцією:

${\displaystyle \ p_{m}(t)=p_{0}\sin(\omega t+\varphi _{0})}$ ,

тоді, враховуючи що

${\displaystyle \ w={2\pi \over T}}$,

маємо: ${\displaystyle \ p={\sqrt {{1 \over T}\int \limits _{0}^{T}p_{0}^{2}sin^{2}(\omega t+\varphi _{0})dt}}={\sqrt {p_{0}^{2} \over 2}}={p_{0} \over {\sqrt {2}}}}$

Інтенсивність звуку визначається за формулою:

${\displaystyle \ J={p^{2} \over Z}}$,

де Z — акустичний опір середовища в якому поширюється звук Па·с/м.

Рівень звукового тиску

Оскільки вухо людини має логарифмічну характеристику реакції на звук, в акустиці часто застосовують вимірювання звукового тиску логарифмічною шкалою у децибелах.

Ця шкала називається рівнем звукового тиску, за точку відліку цієї шкали приймається найтихіший звук, який може сприйняти вухо людини при частоті 1 кГц, тобто — ${\displaystyle \!p_{B}=2\ 10^{-5}}$ Н/м². Співвідношення між двома шкалами визначається наступною формулою:

${\displaystyle N=10\,\lg \left({\frac {{p}^{2}}{{p_{B}}^{2}}}\right)=20\,\lg \left({\frac {p}{p_{B}}}\right)}$ дБ.

Діючий звуковий тиск також пов'язаний залежністю:

${\displaystyle p=Z\cdot v={\frac {J}{v}}={\sqrt {J\cdot Z}}}$

Z — акустичний опір Па·с/м

v — швидкість частинок м/с

J — інтенсивність звуку Вт/м²

Ефекти́вний звукови́й тиск — середня ефективна величина миттєвого звукового тиску у певній точці за повний період. Вимірюється у барах^[1].

Приклади

Нижче приводяться значення діючого звукового тиску та рівня звукового тиску для різних джерел звуку:

Джерело звуку	Звуковий тиск	Рівень звукового тиску
	Па	дБ
Теоретичний максимум гучності при атмосферному тиску в 1 атмосферу	101 325 Па	191 дБ
Реактивний двигун на відстані 30 м	630 Па	150 дБ
Постріл з рушниці на відстані 1 м	200 Па	140 дБ
Больовий поріг	20 — 100 Па	120 — 130 дБ
Концерт рок-музики	2 — 20 Па	100 — 120 дБ
пневматичний відбійний молоток на відстані 1 м	2 Па	близько 100 дБ
симфонічний оркестр на фортіссімо	2×10^−2 — 2 Па	80 — 100 дБ
автомобіль на відстані 10 м	2×10^−2 — 2×10^−1 Па	60 — 80 дБ
Домашній телевізор на відстані 1м	2×10^−2 Па	близько 60 дБ
Звичайна розмова на відстані 1 м	2×10^−3 — 2×10^−2 Па	40 — 60 дБ
Тихий шепіт	2×10^−4 — 6×10^−4 Па	20 — 30 дБ
шелест листя, спокійне дихання	6×10^−5 Па	10 дБ
поріг чутності на частоті 1 kHz	2×10^−5 Па	0 дБ

Примітки

1. Драйзен И. Г. Курс электроакустики. — М., Гос. и-во лит-ры по вопросам связи и радио, 1938.(рос.)

Джерела

• Daniel R. Raichel, The Science and Applications of Acoustics (2006), Springer New York, ISBN 1441920803.
• Справочник по радиоэлектронике. — М., «Энергия», 1968
• таблиця рівнів гучності
• Как слышимость? — Часть I — Громкость звука [Архівовано 20 січня 2005 у Wayback Machine.]