Akustický tlak je v akustice nejdůležitější veličina akustického pole. Jednotka akustického tlaku v soustavě SI je stejná jako jednotka tlaku vzduchu – jeden pascal (Pa).
V praxi se naměřená efektivní hodnota akustického tlaku uvádí v decibelech (dB) jako poměr vůči referenční hodnotě akustického tlaku (viz hladina akustického tlaku).
Definice Akustický tlak je kolísání tlaku stlačitelného média, ve kterém se šíří zvuk (obvykle vzduch). Tyto změny tlaku se převádí na pohyby ušního bubínku, který funguje jako senzor, díky němuž vnímáme zvuk.
Akustický tlak je periodická veličina superponovaná na statický tlak (obvykle atmosférický tlak vzduchu). Pro celkový tlak tedy platí:
Akustický tlak je zpravidla o mnoho řádů menší než statický tlak vzduchu. Je definován stejně jako „normální“ tlak:
kde je síla působící na plochu .
Protože tlak nezávisí na směru, jedná se o skalární veličinu. Z matematického pohledu je tedy akustický tlak v závislosti na souřadnicích v trojrozměrném prostoru skalární pole.
Amplituda akustického tlaku je maximální (vrcholová) hodnota akustického tlaku.
V případě harmonického kmitání (tedy jednoduchého tónu, často také nazývaného „sinusový průběh“) s frekvencí lze časovou závislost akustického tlaku vyjádřit vzorcem
kde je úhlová frekvence definovaná jako
Pro efektivní hodnotu u sinusových signálů platí:
Závislost na vzdálenosti Efektivní hodnota akustického tlaku je ve volném akustickém poli nepřímo úměrná vzdálenosti od (bodového) zdroje zvuku (tzv. –zákon):
kde (resp. ) je akustický tlak ve vzdálenosti (resp. ).
Velikost kvadratických „energetických“ veličin, jako je např. intenzita zvuku, klesá nepřímo úměrně s druhou mocninou vzdálenosti od bodového zdroje zvuku . V tomto případě se hovoří o zákonu převrácených čtverců.
Je zřejmé, že pro posouzení síly zdroje zvuku je nutné kromě údaje naměřeného akustického tlaku znát vzdálenost místa měření od zdroje zvuku.
V prostředí s odrazy (uzavřené prostory) platí zákon pouze v omezené míře: V přímém poli zdroje zvuku, tedy ve volném prostoru nebo v blízkosti zdroje, kde přímý zvuk převažuje nad odraženým zvukem, platí zákon . Mimo bezprostřední přímé pole, kde mají na celkový akustický tlak vliv odrazy od stěn, tento zákon neplatí. Ve vzdálenosti větší, než je tzv. kritická vzdálenost (vzdálenost od zdroje, kde se hladina přímého a odraženého zvuku vyrovnává), zůstává akustický tlak s rostoucí vzdáleností v podstatě konstantní, protože zde převládá zvuk odražený např. od stěn.
Souvislost s jinými akustickými veličinami V případě rovinné vlny je akustický tlak propojen s akustickými veličinami jako je charakteristická akustická impedance , akustický výkon , akustická rychlost a intenzita zvuku podle následujících vztahů:
kde
Značka Jednotka Význam Pa akustický tlak Hz frekvence m amplituda akustických kmitů m/s rychlost zvuku m/s akustická rychlost (tj. rychlost částic, nikoliv vlny) 1/s úhlová frekvence kg/m3 hustota vzduchu (hustota média) N·s/m3 charakteristická akustická impedance m/s2 akustické zrychlení W/m2 intenzita zvuku W·s/m3 hustota zvukové energie W akustický výkon m2 plocha vlnoplochy (ozvučená plocha)
Tabulky: akustický tlak a hladina akustického tlaku různých zdrojů zvuku
Akustický tlak ve vzduchu Pro srovnání: statický tlak vzduchu na hladině moře je cca 100 kPa. Zdroj zvuku a situace(vzdálenost) Akustický tlak (efektivní hodnota)(Pa) Hladina akustického tlaku Lp(dB) re 20 µPapuška M1 Garand (1 m) 5000 168proudový letoun (30 m) 600 150 práh bolesti 100 134 poškození sluchu při krátkodobé expozici 20 od 120 proudový letoun (100 m) 6 – 200 110 – 140 pneumatické kladivo (1 m); diskotéka 2 100 poškození sluchu při dlouhodobé expozici více než 8 hodin denně 0,6 od 90 hlavní silnice (10 m) 0,2 – 0,6 80 – 90 osobní auto (10 m) 0,02 – 0,2 60 – 80 televizor při běžné hlasitosti (1 m) 0,02 cca 60 normální konverzace (1 m) 2 – 6·10−3 40 – 50 velmi tichá místnost 2 – 6·10−4 20 – 30 šustění listí, klidné dýchání 6·10−5 10 práh slyšení při 1 kHz 2·10−5 0
Odkazy
Reference
Literatura
Externí odkazy
Grundlagen und Schalltechnische Begriffe – Schalldruck Základní a akustické technické pojmy – akustický tlak Akustische Wellen und Felder (PDF; 1,0 MB) Akustické vlny a pole Schallgrößen, ihre Pegel und der Bezugswert – Umrechnungen, Berechnungen und Formeln Zvukové veličiny, jejich hladiny a referenční hodnota – převody, výpočty a vzorce
Kategorie:Akustika Kategorie:Audiotechnika Kategorie:Fyzikální veličiny