Реферати

Реферат: Акустичні резонатори

Сутність маркетингу. Розділи бізнес-плану. Зміст "модуль товару". Маркетинг як вид людської діяльності. Характеристика концепцій маркетингу. Характеристика основні розділи бізнес-плану. Зміст "модуль товару" для побутового холодильника: товар за задумом, товар у реальному виконанні, товар з підкріпленням.

Вільна російська друкарня Герцена й Огарьова. Запуск першого друкованого верстата. Підписання договору про продаж і розсилання продукції. Випуск першого видання в Лондоні. Вихід газети "Дзвін". Складання списку співробітників і кореспондентів, що відкрилися за 80 років Вільної російської друкарні.

Роль і значення місцевих додатків центральних видань на ринку регіональної преси. Вивчення історії преси радянського і пострадянського часу, випуску першої російської газети "Санкт-Петербургские відомості". Аналіз історичних передумов виникнення місцевих додатків центральних видань і виявлення причин зміни їхнього значення.

Експериментальне дослідження параметрів плази ємнісного високочастотного розряду (ЕВЧР). Ємнісної високочастотний розряд: загальні зведення, типи, способи порушення, побудова найпростішої моделі, форми існування. Коротка теорія методу зондів Ленгмюра. Система рівнянь для визначення параметрів розряду. Вимір розрядного струму.

Взаємозв'язок логістики і маркетингу. Основні визначення і концепція маркетингу і логістики як виду управлінської діяльності, їхня взаємодія. Прогнозування потреби в товарах сік "Тонус", цукор "Краснодарський", методи розрахунку: проста і зважена середня, регресійний аналіз.

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет радиофизики і фізичної електроніки

Реферат

Студента I курсу 4-ой групи

Б. Нікти

По темі:

Акустичні резонатори.

МІНСЬК 2001 р.

Акустичні резонатори.

Звуковими волнамиили простозвукомпринято називати хвилі, що сприймаються людським вухом. Діапазон звукових частот лежить в межах приблизно від 20 Гц до 20 кГц. Хвилі з частотою менше за 20 Гц називаютсяинфразвуком, а з частотою більше за 20 кГц - ультразвуком. Хвилі звукового діапазону можуть розповсюджуватися не тільки в газі, але і в рідині (подовжні хвилі) і в твердому тілі (подовжні і поперечні хвилі). Однак хвилі в газоподібному середовищі - середовищу нашого мешкання - представляють особливий інтерес. Вивченням звукових явищ займається розділ фізики, який називають акустикою.

При поширенні звуку в газі атоми і молекули коливаються вдовж напряму поширення хвилі. Це приводить до змін локальної густини і тиску р. Звукові хвилі в газі часто називають хвилями густини або хвилями тиску.

При сприйнятті різних звуків людське вухо оцінює їх передусім по рівню гучності, що залежить від потоку енергії або інтенсивності звукової хвилі. Вплив звукової хвилі на барабанну перетинку залежить отзвукового тиску, т. е. амплітуди p0колебаний тиску в хвилі. Людське вухо є довершеним створенням Природи, здатним сприймати звуки у величезному діапазоні інтенсивностей: від слабого писку комара до гуркоту вулкана. Поріг слишимостисоответствует значенню p0порядка 10-10атм., т. е. 10-5Па. При такому слабому звуці молекули повітря коливаються в звуковій хвилі з амплітудою всього лише 10-7см! Болевой порогсоответствует значенню p0порядка 10-4атм. або 10 Па. Таким чином, людське вухо здібно сприймати хвилі, в яких звуковий тиск змінюється в мільйон разів. Оскільки інтенсивність звуку пропорційна квадрату звукового тиску, то діапазон інтенсивностей виявляється порядку 1012! Такий величезний діапазон людського вуха еквівалентний використанню одного і того ж приладу для вимірювання діаметра атома і розмірів футбольного поля.

Для порівняння укажемо, що при звичайних розмовах людей в кімнаті інтенсивність звуку приблизно в 106раз перевищує поріг чутності, а інтенсивність звуку при долі-концерті наближається до болевому порога.

Ще однією характеристикою звукових хвиль, що визначає їх слухове сприйняття, являетсявисота звуку. Коливання в гармонічній звуковій хвилі сприймаються людським вухом какмузикальний тон. Коливання високої частоти сприймаються як звукивисокого тону, коливання низької частоти - як звукнизкого тону. Звуки, що видаються музичними інструментами, а також звуки людського голосу можуть сильно розрізнюватися по висоті тону і по діапазону частот. Так, наприклад, діапазон найбільш низького чоловічого голосу - баса - тягнеться приблизно від 80 до 400 Гц, а діапазон високого жіночого голосу - сопрано - від 250 до 1050 Гц.

Діапазон звукових коливань, відповідний зміні частоти коливань в два рази, називаетсяоктавой. Голос скрипки, наприклад, перекриває приблизно три з половиною октави (196-2340 Гц), а звуки піаніно - сім із зайвим октав (27.5 - 4186 Гц).

При настройці музичних інструментів часто використовується пристрій, називаемоекамертоном. Воно складається з дерев'яного акустичного резонатора і скріпленої з ним металевої вилки, настроєного в резонанс. При ударі молоточком по вилці вся система збуджується і видає чистий музичний тон.

Акустичним резонатором є і гортань співака.

Резонатори - підсилювачі коливань. Явище акустичного резонансу полягає в тому, що акустична система приводиться в коливання, коли недалеко від неї звучить інша акустична система з частотою коливань, співпадаючою з власною частотою першою.

Резонатором в акустиці може служити натягнута струна, відкритий або закритий об'єм, наприклад, у вигляді дерев'яного, скляного, металевого циліндра (труби), пластинка, закріплена з одного кінця, камертон і т. д. У резонаторі збуджуються коливання навіть від порівняно слабих звукових хвиль, падаючих на нього.

Чому ж резонатор збільшує інтенсивність доходячих до нього коливань? Відповідей може бути два:

- або резонатор збирає розсіяну в просторі енергію,

- або посилення відбувається за рахунок зменшення тривалості

коливань.

Обидві відповіді справедливі.

У театрах Древньої Греції і Древнього Рима встановлювали так звані "гармоніки" - відкриті об'єми, горловина яких сполучалася з навколишнім простором (мал. 1, а). Маса повітря m в горловині приводилася в коливальний рух зовнішнім звуковим тиском. Резонансна частота f0 визначалася цією масою і гнучкістю (стисливістю) з повітряного об'єму V резонатора. При резонансі швидкість коливань v в горлі резонатора збільшується, збільшується і об'ємний потік vS (S - площа поперечного перетину горла). У зв'язку з тим, що коливальна швидкість падаючої хвилі залишається постійною, для підтримки зростаючого об'ємного потоку фронт падаючої хвилі деформується (мал. 1, би). Деформація охоплює тим більшу зону, ніж більше швидкість коливань в горлі. Тому резонатор концентрує значно більшу енергію, ніж та, яка міститься в частині падаючої хвилі, що доводиться на площу вхідного отвору. Після припинення зовнішнього впливу резонатор віддає накопичену енергію в навколишній простір (мал. 1, в).

Ріс.1Прінцип дії акустичного резонатора.

а) конструкція;

б) деформація фронту падаючої хвилі;

у) віддача накопиченої енергії в навколишній

простір

Дається експериментальне підтвердження другому припущенню - збільшенню інтенсивності коливань за рахунок зменшення їх тривалості. Вільно підвішений і збуджений ударом камертон звучить 252 з, прикладений до мармурової дошки - 115 з, прикладений до дерев'яної дошки - 10 з. Особливо посилюються коливання, якщо прикласти камертон до ящика-резонатора з тією ж власною частотою, що і у камертона. Однак тривалість коливань в цьому випадку ще більш скорочується.

Отже, звук посилюється, але запасена енергія вичерпується швидше. Міра посилення коливань визначається добротністю резонатора, а відчуття гучності - інтенсивністю коливань і їх тривалістю. Тому не треба перебільшувати ефективність дії "гармонік" древніх театрів на відкритому повітрі або глеків-«голосников» древніх православних храмів. Ці пристрої створювали порівняно невелике посилення коливань. Такі резонатори іноді використовують в сучасних акустичних лабораторіях.

Можна передбачити, що замкнені простори під естрадою концертних залів і під оркестровою ямою оперних театрів також є своєрідними резонаторами, що посилюють звучність. Аналогічну роль грають підвісні «мембранние стелі» концертних і театральних залів, зрозуміло, якщо вони не отягощени вміщеним на них вантажем-засипкою з каменів і шлаку. На відміну від резонаторів-судин, що являють собою системи із зосередженими параметрами, простори під естрадою або підвісні стелі є системами з розподіленими параметрами, "многочастотними системами".

Зв'язок власної резонансної частоти об'ємних акустичних резонаторів з їх геометричними розмірами встановлювався різними авторами, починаючи з Гельмгольца. Зовнішня відмінність отриманих виразів визначається відмінністю деяких початкових передумов, але розраховані значення f0 виходять приблизно однаковими. Для резонаторів без горла (b=0) І. Г. Дрейзен приводить вираження

а Е. Скучик - вираження

причому а - радіус отвору, V - об'єм. При а = 1 см і V = 500 см3 розрахунки f0 по приведених двох формулах дають відповідно значення 340 і 330 Гц.

І. Г. Дрейзен і Е. Скучик отримали вирази для добротності Q об'ємного резонатора. По Дрейзену, підсилювальна здатність резонатора визначається відношенням звукового тиску в горлі резонатора p2 до звукового тиску р1 в падаючій хвилі:

причому k = 2p/l = 2pf/c0 - хвильове число, V - об'єм резонатора.

По Е. Скучику,

Підставивши в останню формулу дані попереднього прикладу, отримаємо

Очевидно, що резонатор буде відповідати на збудження з частотами, лежачими в деякій смузі частот, але найбільша інтенсивність коливань встановиться при збігу частоти джерела коливань з власною частотою резонатора.

Резонансні поглинаючі конструкції. У залежності від добротності акустичні резонатори діють або як підсилювачі звукових коливань, або як високоефективні поглиначі. При резонансі швидкість руху частинок повітря в горлі резонатора максимальна. Якщо вмістити в горлі елемент активного опору r, то через велику швидкість коливань v втрати потужності Ра = v2r будуть великі. Втрати виникають в зв'язку з тертям частинок повітря об стінки горла. Втрати зростуть, якщо отвір перегородити такою тканиною, як марля.

Одиночні резонансні поглиначі іноді використовують для виправлення АЧХ приміщення в області нижніх частот. Комбінації резонаторів у вигляді перфорованих листів (панелей), укріплених на деякій відстані від стіни або стелі приміщення, на частоті резонансу поглинають 0,8 - 0,95 енергії падаючої хвилі. У нашій країні високоефективні перфоровані звуковбирний конструкції були розроблені Г. Д. Малюжінцем і С. І. Ржевкиним.

Розрахункові співвідношення. Резонансна частота перфорованої конструкції, як і для одиночного резонатора, визначається вираженням

в якому S - площа отвору, b - довжина горла (або, що те ж саме, товщина листа), V - об'єм порожнини, рівний твору квадрата кроку перфорації d на відстань між листом і перешкодою d.

Великими коефіцієнтами поглинання володіють мембранние резонансні конструкції. Вони складаються з тонких листів фанери, закріплених по периметру на жорсткому каркасі з дерев'яних брусьев. Падіння звукової хвилі викликає изгибние коливання листа. Енергія хвилі тратиться на в'язкі втрати (тертя) між шарами фанери, скріпленими клеєм. Для збільшення втрат між стіною і листом вміщують демпфирующий матеріал з великою в'язкістю, наприклад губчасту гуму, поролоновие коврики, будівельну повсть і т. п. Різновидом мембранних конструкцій є щити Г. Бекеши. Вони являють собою рами, на які натягнення полотно, клейонка, пластмасова плівка. Для демпфирования коливань використовують підкладку з поролону, вати, повсті. На відміну від перфорованих конструкцій мембранние є системою з розподіленими параметрами. Максимуми поглинання виходять на резонансних частотах. Для натягнутого з силою F матеріалу мембрани резонансні частоти

де n - порядок резонансної частоти, l, b і d - довжина, ширина і товщина матеріалу, r - його густина.

Нехай полотно розміром 2 х 1 м, завтовшки 0,2 мм і густиною 200 г/м3 натягнення з силою 1,6 Н. Тогда резонансні частоти

Отже, резонансні частоти будуть 50, 100 Гц і т. д. Коефіцієнти поглинання мембранних конструкцій досягають:

- для фанери і паперово-шаруватих пластик приблизно 0,5;

- для щитів Бекеши - 0,8.

Відмітимо цікавий факт. Г. Гельмгольц використав набір резонаторів з різними резонансними частотами для аналізу спектрів звукових коливань. За допомогою цього своєрідного аналізатора Гельмгольц спостерігав, які резонатори відгукуються на різні частотні складові спектра. Він же застосував комбінації резонаторів для синтезу голосних звуків мови.

Експериментальне дослідження взаємодії пружних хвиль

в акустичному резонаторі.

В. Е. Назаров, А. В. Радостін, І. А. Соустова

Інститут прикладної фізики РАН

В акустиці детально вивчені нелінійні ефекти, виникаючі при поширенні і взаємодії пружних хвиль в твердих тілах, рівняння стану яких описуються 5-ти константною теорією пружності. Подібний підхід, як правило, справедливий для опису однорідних серед. Для микронеоднородних серед, зокрема гірських порід, вмісних різні дефекти (дислокації, зерна, тріщини і т. д.) навіть при відносно невеликих деформаціях, рівняння стану часто характеризується неоднозначною (гистерезисной) залежністю «напруження - деформація» і може також містити диссипативную нелинейность. При поширенні інтенсивних пружних хвиль в таких середовищах спостерігаються нелінійні ефекти: амплитудно-залежні втрати, зміна швидкості хвилі, генерація вищих гармонік і т. д. Найбільш сильно ці ефекти виявляються в акустичних резонаторах. Такі експерименти проводилися з деякими металами і гірськими породами [1-3]. У справжній роботі представлені результати експериментальних досліджень впливу могутньої хвилі накачка на слабу хвилю в резонаторі з пісковика - гірської породи, що зустрічається в місцях видобутку нафти і газу. Експерименти проводилися зі стержневим резонатором диаметромd= 2.5см і длинойL= 28см. Блок-схема вимірювальної установки представлена мал. 2.

Ріс.2

Рис.3

Пьезокерамический випромінювач слабої хвилі (2) був приклеєний до торця зразка (1) і масивного (М= 2 кг) титанового концентратору (4), що є випромінювачем могутньої хвилі накачка (її мінімальний рівень перевищував максимальний рівень слабої хвилі приблизно на 30 дБ), так що гранична умова на цьому торці резонатора була близька до умови на абсолютно жорсткій поверхні. До іншого кінця стержня приклеювався пьезоакселерометр (6) досить малої маси, так що ця межа була близька до акустично м'якої. Для таких резонаторів спектр власних частот визначається наступним вираженням:fn=c0(2n-1)/4L, гдеc0- швидкість подовжньої хвилі в стержні, n= 1,2...- номер подовжньої моди резонатора. З пьезоакселерометра сигнал поступав на спектроанализатор (10) для вимірювання амплітуди накачка, а також через режекторний фільтр (9), переважний сигнал на частоті накачка на 30 дБ, на селективний вольтметр (8) і осцилограф (7), де проводилося вимірювання рівня слабого сигналу. Власні частоти перших подовжніх мод резонатора при малих амплітудах збудження складали відповідно 2250 Гц, 6800 Гц, 10150 Гц і 16650 Гц, а добротність - 45, 90, 81 і 93. Таким власним частотам соответствуетc0»2500 м/з. Вимірювання проводилися для слабої хвилі на 4-й моді резонатора і для накачка на 1-й моді, а також - навпаки. На мал. 3 приведені резонансні криві для слабої хвилі на 4-й моді в присутності накачка на 1-й моді при різних її амплітудах. Видно, що із зростанням амплітуди хвилі накачка відбувається зсув резонансної частоти і розширення резонансної кривої, т. е. зменшення добротності резонатора

Ріс.4

Рис.5

На мал. 4 в логарифмічному масштабі приведена залежність зсуву резонансної частотиDFот амплітуди деформації хвилі накачкиe1, з якого слідує, чтоDFµe1. На мал. 5 приведена залежність амплітуди слабої волниA(в резонансі) отe1, з якого видно, чтоAµe1. Аналогічна залежність спостерігалася і у разі збудження слабої хвилі на 1-й моді резонатора, а накачка - на 4-й.

Аналітичний опис зсуву резонансної частоти проведений в рамках рівняння стану, вмісного пружну нелинейность:,

гдеE- модуль Юнга, f(е)- мала нелінійна поправка (¦f(е)¦ < < ¦е¦), а- коефіцієнт дисипації, r- густина. За допомогою методів, викладених в роботах [1,4], отримана резонансна крива стержня для слабої хвилі на 4-й моді резонатора при накачка на 1-й моді:,

гдеA0- амплітуда слабої хвилі, що створюється випромінювачем, d=wn-w- расстройка частоти від резонансу, B0= < fвe > =ge1, гдеg- ефективний параметр пружної нелинейности пісковика. З порівняння експериментальної і аналітичної залежності дістаємо оцінку для параметра пружної нелинейности пісковика:g»2Ч103. Відмітимо, що отримане значення параметра пружної нелинейности істотно перевищує характерні значення для однорідних серед (g < 10).

Таким чином, рівняння стану, вмісне пружну нелинейность, описує тільки зсув резонансної частоти, і не описує зменшення добротності резонатора для слабої хвилі в полі могутньої хвилі накачка. Для пояснення цього ефекту необхідно передбачити, що пісковик володіє також і диссипативной акустичною нелинейностью.

Робота виконана при підтримці РФФИ (гранд 96-15-96603).

Використана література:

1) «Три погляди на акустику приміщень» А. П. Ефімов, журнал «Install Pro Magazine», 2000 р.

2) Назаров В. Е., Островський Л. А., Соустова И. А., Сутін А. М. «Акустичний журнал», №3,1988 м.

3)«Фізика металів і металознавство» Назаров В. Е. 1992.