A hangnyomás, vagy hangnyomás rezgése, jele p (az angol „pressure” szóból), a hangtechnika és az akusztika legfontosabb hangtérmennyisége. A hangnyomás SI-mértékegysége, a légköri nyomáshoz hasonlóan, a Pascal, amelynek mértékegysége Pa. A mért effektív érték A hangnyomásszintet beleértjük a dB-ben megadott hangnyomásszintbe.
Meghatározás A hangnyomás egy kompresszibilis hangtovábbító közeg (általában levegő) nyomásingadozására utal, amely a hang terjedése során jön létre. Ezeket a nyomásingadozásokat a dobhártya, amely érzékelőként működik, hangként érzékeli.
A hangnyomás a p0 statikus nyomásra (általában légköri nyomásra) szuperponált nyomásváltakozás (rezgés). Itt a váltakozó hangnyomás
az F erő amely az A felületen hat.
A pössz teljes nyomásra a következők érvényesek:
A p hangnyomás (hangnyomás rezgése) általában sok nagyságrenddel kisebb, mint a statikus légköri nyomás. Mivel a nyomás nem társítható semmilyen iránnyal, skaláris mennyiség. Matematikai szempontból a hangnyomás a háromdimenziós térben a koordináták függvényében tehát egy skaláris mező. Így szinuszos jelek esetén az értéket effektív értékként kell megadni.
szinuszos jel esetén. A hangnyomás amplitúdója ezzel szemben a hangnyomás csúcsértéke.
A hang harmonikus rezgés, amelynek csak egy frekvenciája van , a hangnyomás időfüggésére a következő vonatkozik:
ahol a hangnyomás amplitúdója (csúcsértéke) és ω a körfrekvencia .
Az atmoszférikus nyomás jóval nagyobb, mint a hangnyomás, mégis azt halljuk, ugyanis az emberi szervezet teljes egészében az atmoszférikus nyomásra rendezkedett be, ez tehát nem okoz hallásérzetet. Ezel szemben a belső fülben a csiga apró húrokat tartalmaz, amelyek az érkező ingerek hatására rezgésbe jönnek. Ez az a hatás, ami miatt a hangnyomást rezgés formájában érzékeljük.
Távolságfüggés A hangnyomás effektív értéke Szabad térben a hangnyomás fordítottan arányos a (pontszerű) hangforrástól mért r távolsággal (1/r törvény):
= hangnyomás távolságban = hangnyomás távolságban
Megjegyzés: A négyzetes hangenergia-mennyiségek, (mint például a hangintezitás) pontszerű hangforrások esetén a hang erőssége 1/r²-nel csökken a távolsággal. Amint itt látható, egy hangforrás erősségének felméréséhez a mért hangnyomás megadása mellett feltétlenül szükséges a mérési pont helyét is megadni a hangforrástól r távolságként .
Nyílt térben az 1/r törvény csak korlátozott mértékben érvényes:
A hangforrás közvetlen terében, azaz a szabadban, és ahol a D (directed) közvetlen hang felülmúlja a R (reflected) helyiséghangot, az 1/r törvény érvényesül. A közvetlen hangmezőn kívül, ahol a visszaverődések befolyásolják az általános hangnyomást, az 1/r törvény csak korlátozott mértékben érvényesül. Az rH visszaverődési sugáron kívül – az a hangforrástól való távolság, amelyen a közvetlen hang D pontosan olyan erős, mint a helyiséghang R – a hangnyomás lényegében állandó marad a hangforrástól való távolság növekedésével, mivel azt főként a falak visszaverődései határozzák meg.
Kapcsolat más akusztikus mennyiségekkel Síkhullámban a hangnyomás az akusztikus mennyiségekkel, a hangjellemző impedanciával , hangteljesítmény , hangsebesség és a hang intenzitása a következőképpen függ össze:
. Ahol: JeleEgységeMegnevezésePaHangnyomásHzFrekvenciamAmplitudóm/sHangsebesség, tejedési sebességm/srészecskesebesség (rezgés)1/sKörfrekvenciakg/m3Sűrűség (közeg sűrűsége)N·s/m3Hangimpedancia, Akusztikus impedanciam/s2Részecske gyorsulásaW/m2HangintenzitásW·s/m3Hang energiasűrűségWHangteljesítménym2Felület, keresztmetszet
Különböző hangforrások hangnyomása és hangnyomásszintje Hangnyomás a levegőben Statikus légnyomás tengerszinten: kb. 100 kPa
+Hangforrás és távolsága Hangnyomás (effektív érték) Pascal Hangnyomásszint Lp dB-ben 20 µPa-ra vonatkoztatva M1 fegyver (1 m) 5000 168 Sugárhajtású repülőgép (30 m) 600 150 Fájdalomküszöb 20 110–130 Rövid távú expozíció okozta halláskárosodás 20 120-tól Sugárhajtású repülőgép (100 m) 6 ... 200 110 ... 140 Légkalapács (1 m); diszkó 2 100 Hosszú távú expozíció okozta halláskárosodás(több mint 8 óra naponta) 0,6 90-től Főút (10 m) 0,2 ... 0,6 80 ... 90 Autó (10 m) 0,02 ... 0,2 60 ... 80 Televízió normál hangerőn (1 m²) 0,02 kb. 60 Normál beszélgetés (1 perc) 2 ... 6·10 −3 40 ... 50 Nagyon csendes szoba 2 ... 6· 10⁻⁴ 20 ... 30 Susogó levelek, nyugodt légzés 6·10 −5 10 Hallásküszöb 1 kHz-en 2·10 −5 0 Hangnyomás vízben Összehasonlításképpen Statikus nyomás tengerszinten a víz felszínén: kb. 100 kPa 100 m vízmélységben: kb. 1100 kPa 5 km-es vízmélységben: kb. 51100 kPa
Hangforrás és távolság hangnyomás Pascal hangnyomásszint L p dB-ben. 1 µPa -ra vonatkoztatva Katonai szonár (1 m) 10 6 240 A búvár hallásküszöbe 1 kHz 2,2· 10⁻³ 67
Magyarázat a kifejezésekhez
Az a nyomás, amely a hangtér tetszőleges helyén észlelhető, semmilyen hanghullám által nem zavarva.
Az aktuális nyomás és a nyugalmi (statikus) nyomás különbsége
Az aktuális nyomás effektív értéke valamely meghatározott időtartományban
Legnyagyobb aktuális nyomás valamely meghatározott időtartományban (csúcsérték) A referencia nyomás hagyományosan választott értéke. 20 μPa gázokban; 1 μPa folyadékokban és szilárd testekben
Egy irányban a felületről kilépő egyenletes akusztikus hullám által kifejtett nyomás
Az aktuális és referenciaérték hányadosa tízes alapú logaritmusának húszszorosa
A hangnyomásszint idővel súlyozott átlagával azonos érték
Valamely meghatározott frekvenciasávban észlelehető hangnyomásszint. A sávot alsó, felső hatértékével és középértékvel határozzuk meg.
Súlyozott hangnyomásszint az A, B, vagy C frekvenciasáv szerinti, vagy időtartam szerinti gyors (fast), lassú (slow), illetve impulzus szerinti exponenciális méréssel az IEC 651 szabvány szerint.
A legnyagobb amplitúdó szerint végzett állandó frekcenciájú hagnyomásszint mérés adott időtartományban
Elektroakusztikai eszköz (távadó) üresjárási feszültség-hangnyomás érzékenysége
Mikrofon, amelynek kimenőjele arányos a hangnyomással
Mikrofon, amelynek kimenőjele arányos a hangnyomás-grádienssel
Adott frekvencián és adott irányban belépő síkhullám hangnyomásának és a visszaverődő hullámnak a hányadosa.
Az egész tér és a közvetlen hangsugárzás hangnyomása és referenciaértéke effektív értékeinek térbeli és időbeli hányadosa
Az átlagos hangnyomás meghatározott frekveciasávban, ha a padozatot ütés jellegű gerjesztés éri (kalapács)
Az átlagos hangnyomás meghatározott frekvencián, ütés jellegű gerjesztés hatására, ha hangelnyelő kiegészítést is beépítettek
Tér visszahang hangelnyelő képessége ütéssel történő gerjesztés után meghatározott frekvenciasávban fél másodperc késleltési időn belül
A súlyozó görbék Az A görbe a 40 dB szint által meghatárpzott Fletscher–Monson-görbét követi. A B ennek enyhített változata. A C közelít az átlagos emberi halláshoz, míg a D görbe erőteljesen szűri a magas hangok tartománába eső zajokat. a görbék a 8., a táblázat a 18. oldalon Forrása a 93/2007. (XII. 18.) KvVM rendelet a zajkibocsátási határértékek megállapításának, valamint a zaj- és rezgéskibocsátás ellenőrzésének módjáról.
Irodalom Hans Breuer: dtv-Atlas Physics, 1. kötet. Mechanika, akusztika, termodinamika, optika . dtv, München 1996, Heinrich Kuttruff: Akusztika . Hirzel, Stuttgart 2004, Gerhard Müller, Michael Möser: Műszaki akusztika kézikönyve . 3. átdolgozott kiadás. Springer, Berlin 2003, Ivar Veit: Műszaki akusztika . Vogel-Verlag, Würzburg 2005,
Alapismeretek és akusztikai terminológia – Hangnyomás Akusztikus hullámok és mezők (PDF; 1,0 MB) Hangmennyiségek, szintjeik és referenciaértékük – átváltások, számítások és képletek
Jegyzetek
Kategória:Akusztika