SOUND INTENSITY
BY BRÜEL & KJÆR
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음압(Sound Pressure)과 음력(Sound Power)
음원이 전력을 방출하고 이로 인해 음압이 발생합니다. 사운드 파워가 원인입니다. 음압이 효과입니다. 다음 비유를 고려하십시오. 전기 히터가 실내로 열을 발산하고 온도가 그 효과입니다. 온도는 또한 우리를 덥거나 추위를 느끼게하는 물리적 인 양입니다. 방의 온도는 방 자체, 단열 및 다른 열원이 있는지 여부에 따라 분명히 다릅니다. 그러나 동일한 전력 입력에 대해 히터는 사실상 환경과 무관하게 동일한 전력을 방출합니다. 음력과 음압의 관계는 비슷합니다. 우리가 듣는 것은 음압이지만 소스에서 방출되는 음력에 의해 발생합니다.
다음과 같은 사항을 살펴봅니다.
우리가 마이크로폰으로 듣거나 측정하는 음압은 음파가 존재하는 음원과 음향 환경 (또는 음장)과의 거리에 따라 다릅니다. 이것은 방의 크기와 표면의 흡음에 따라 달라집니다. 따라서 음압을 측정한다고 해서 기계가 만드는 소음의 양(quantity)을 반드시 수량화할 수는 없습니다. 이 양(quantity)은 환경과 다소 무관하고 음원의 소음을 고유하게 설명하기 때문에 음력을 찾아야합니다.
Sound Intensity는 무엇인가?
진동하는 모든 기계는 음향 에너지를 방출합니다. 음력은 에너지가 방출되는 속도 (단위 시간당 에너지)입니다. 사운드 강도(Sound intensity)는 단위 면적을 통한 에너지 흐름의 속도를 나타냅니다. 단위 SI 시스템에서 단위 면적은 1m2입니다. 따라서 사운드 강도의 단위는 평방 미터당 와트입니다.
사운드 강도는 또한 어떤 방향으로는 에너지 흐름이 있지만, 다른 방향으로는 흐르지 않기 때문에 방향의 척도를 제공합니다. 따라서 소리의 강도는 크기와 방향을 모두 가지고 있기 때문에 벡터 양입니다. 반면에 압력은 크기만 있기 때문에 스칼라 수량입니다. 일반적으로 사운드 에너지가 흐르는 특정 단위 영역에 수직 (90 °) 방향으로 강도를 측정합니다.
또한 사운드 강도는 단위 면적당 시간 평균 에너지 흐름 속도라고 말할 필요가 있습니다. 어떤 경우에는 에너지가 앞뒤로 이동할 수 있습니다. 이것은 측정되지 않습니다. 순에너지 흐름이 없다면 순강도도 없을 것입니다.
아래 그림에서 음원(sound source)은 에너지를 방출합니다. 이 모든 에너지는 source를 둘러싸는 영역을 통과해야 합니다. 강도는 면적당 전력이므로 source를 둘러싼 영역에 대한 정상적인 공간 평균 강도를 쉽게 측정한, 다음 음력을 찾기 위해 면적을 곱할 수 있습니다. intensity(및 압력)는 자유장 전파에 대한 역제곱 법칙을 따릅니다.
이것은 그림에서 볼 수 있는데, source로부터 2r 거리에서 소스를 둘러싸는 영역은 거리 r에서의 면적보다 4 배 더 큽니다. 그러나 방사되는 전력은 거리에 관계없이 동일해야하며 결과적으로 강도, 면적당 전력이 감소해야합니다.
Sound Intensity를 측정하는 이유는?
음압 측정을 통해 물체의 음력을 결정할 수 있지만 실제적인 문제가 있습니다. 음력은 음압과 관련이 있을 수 있지만 음장에 대해 특별한 가정을 제어할 수 있는 곳에서 가능합니다. 무반향 또는 잔향 챔버와 같이 특별히 구성된 공간이 적합합니다. 전통적으로 음력을 측정하려면이 방에 소음원을 배치해야했습니다.
그러나 사운드 강도는 모든 음장에서 측정할 수 있습니다. 가정할 필요가 없습니다. 이 속성을 사용하면 모든 측정을 현장에서 직접 수행할 수 있습니다. 그리고 꾸준한 배경 소음은 강도를 측정할 때 결정된 음력에 영향을 미치지 않기 때문에 다른 모든 기기에서 소음이 발생하더라도 개별 기계 또는 개별 구성품에 대한 측정을 수행할 수 있습니다.
사운드 강도는 크기뿐만 아니라 방향의 척도를 제공하기 때문에 음원을 찾을 때도 매우 유용합니다. 따라서 복잡한 진동 기계의 방사 패턴을 현장에서 연구할 수 있습니다.
음장(Sound Fields)
음장은 소리가 있는 영역입니다. 음파가 이동하는 방식과 환경에 따라 분류됩니다. 이제 몇 가지 예를 설명하고 압력과 강도 사이의 관계를 설명합니다. 이 관계는 아래에 설명 된 처음 두 가지 특수한 경우에만 정확하게 알려져 있습니다.
The Free Field(자유 음장)
자유 음장은 반사가 없는 이상적인 자유 공간에서의 사운드 전파를 말합니다. 이러한 조건은 야외 (지면에서 충분히 멀리 떨어져 있음) 또는 벽에 부딪히는 모든 소리가 흡수되는 무향실에서 유지됩니다. 자유장 전파는 source로부터의 거리가 두 배가 될 때마다 음압 수준과 강도 수준(음향 전파 방향)이 6dB 감소하는 특징이 있습니다. 이것은 단순히 역제곱 법칙입니다. 음압과 음 강도(크기만)의 관계도 알려져 있습니다. 국제 표준 ISO 3744, 3745 및 3746에 설명된 사운드 파워를 찾는 한 가지 방법을 제공합니다.
The Diffuse Field (확장 음장)
확산장에서 소리는 여러 번 반사되어 동일한 크기와 확률로 모든 방향으로 이동합니다. 이 필드는 잔향이있는 실내에서 근사치입니다. 순 강도는 0이지만 방의 압력을 일방적 강도 Ix와 관련시키는 이론적 관계가 있습니다. 이것은 동일하고 반대되는 구성 요소를 무시하고 한 방향의 강도입니다. 단측 강도는 사운드 강도 분석기로 측정 할 수 없지만 유용한 양입니다. 압력을 측정하여 압력과 단면 강도 간의 관계를 사용하여 사운드 파워를 찾을 수 있습니다. 이는 ISO 3741, 3743 및 3747에 설명되어 있습니다.
Active & Reactive Sound Fields(능동 및 반응성 음장)
소리 전파에는 에너지 흐름이 포함되지만 전파가 없는 경우에도 여전히 음압이 있을 수 있습니다. 활성장은 에너지 흐름이 있는 곳입니다. 순수한 반응장에서는 에너지 흐름이 없습니다. 어떤 순간에도 에너지는 바깥쪽으로 이동할 수 있지만 항상 나중에 반환됩니다. 에너지는 마치 spring처럼 저장됩니다. 따라서 순 강도는 0입니다. 일반적으로 음장은 활성 및 반응 구성 요소를 모두 포함합니다. 잘 정의되지 않은 필드의 음력에 대한 압력 측정은 반응 부품이 방사되는 전력과 관련이 없기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 그러나 사운드 강도는 측정할 수 있습니다. 사운드 강도는 에너지 흐름을 나타내기 때문에 필드의 반응성 구성 요소에서 기여하지 않습니다. 반응 필드의 두 가지 예는 다음과 같습니다.
파이프의 음파
튜브의 한쪽 끝에서 공기를 자극하는 피스톤을 생각해보십시오. 다른 쪽 끝에는 음파가 반사되도록 하는 종단이 있습니다. 전진 파와 반사파의 조합은 튜브를 따라 고정된 거리에서 발생하는 압력 최대 및 최소 패턴을 생성합니다. 종단이 완전히 고정되면 모든 에너지가 반사되고 순 강도는 0입니다. 흡수 종료를 사용하면 일부 강도가 측정됩니다. 저주파의 방에도 정상파가 존재합니다.
Source의 근거리 장
source에 매우 가까운 공기는 에너지를 저장하는 mass-spring 시스템으로 작용합니다. 에너지는 전파되지 않고 순환하며 순환하는 영역을 근거리장이라고합니다. 여기에서는 음력 결정을위한 음량 측정만 수행할 수 있습니다. 그리고 source에 가까워 질 수 있기 때문에 신호 대 잡음비가 향상됩니다.압력 및 입자 속도
활성장에서 압력과 입자 속도는 동시에 변합니다. 압력 신호의 피크는 입자 속도 신호의 피크와 동시에 발생합니다. 따라서 그들은 위상이 같고 두 신호의 곱이 순 강도를 제공합니다. 반응 장에서 압력과 입자 속도는 90 ° 위상차입니다. 하나는 다른 파장에 대해 1/4 파장 이동합니다. 두 신호를 함께 곱하면 약 0에 대해 정현파로 변화하는 순간 강도 신호가 제공됩니다. 따라서 시간 평균 강도는 0입니다. 확산 장에서 압력 및 입자 속도 단계는 무작위로 변하므로 순 강도는 0입니다.
