امپدانس آکوستیکی چیست؟

امپدانس آکوستیکی چیست؟

یکی از خصوصیات فیزیکی مهم مربوط به انتشار صوت، امپدانس آکوستیکی محیطی است که موج صوتی در آن حرکت می کند.

مقدمه

مانند امپدانس الکتریکی (یا مقاومت الکتریکی)، امپدانس آکوستیکی معیاری است برای سهولت انتشار موج صوتی در یک محیط خاص. همچنین مانند امپدانس الکتریکی، امپدانس صوتی شامل چندین اثر مختلف است که در موقعیت های مختلف اعمال می شود. مثلا امپدانس آکوستیکی و امپدانس آکوستیکی خاص.
امپدانس آکوستیک و امپدانس آکوستیک خاص معیارهای متضادی هستند که یک سیستم با جریان صوتی ناشی از فشار آکوستیک اعمال شده به سیستم ارائه می کند.
امپدانس آکوستیکی یک ویژگی بسیار مناسب برای مشخص کردن ویژگی هایی است که زمانی که موج صوتی با مرز بین دو فاز برخورد کندرخ می‌دهند.

امپدانس آکوستیکی

برای یک سیستم خطی مستقل از زمان، نسبت بین فشار صوتی اعمال شده به یک سیستم به سرعت حجمی آن سیستم، در جهت عمود بر فشار اعمال شده و در نقطه اعمال آن بیانی از امپدانس آکوستیکی است.
به بیان ساده امپدانس آکوستیکی یا صوتی برابر است با نسبت فشار صوتی موج (p) به سرعت حجمی آن (U) و با حرف (Z) نشان داده می شود که مطابق با رابطه زیر:

Z= P/U

امپدانس صوتی مانند امپدانس الکتریکی (یا مقاومت الکتریکی)، معیاری از سهولت انتشار موج صوتی در یک محیط خاص است.
همانطور که در مقدمه گفته شد مانند امپدانس الکتریکی، امپدانس صوتی شامل چندین اثر مختلف است که در موقعیت های مختلف اعمال می شود.

امپدانس آکوستیک خاص

امپدانس آکوستیک خاص (z)، نسبت فشار صوتی به سرعت ذره، یک ویژگی ذاتی محیط و ماهیت موج است. برای ساده ترین حالت یک موج مسطح، امپدانس آکوستیکی خاص حاصل ضرب چگالی تعادل (ρ) محیط و سرعت موج (c) است:

z= ρc

واحد امپدانس آکوستیک خاص، پاسکال ثانیه بر متر است که اغلب به نام لرد ریلی، ریل نامیده می شود. امپدانس آکوستیک خاص در بحث امواج در محیط های محدود مانند لوله ها و شیپورها مفید است.

نکته: نسبت فشار صوتی به سرعت ذره، یک ویژگی ذاتی محیط و ماهیت موج است.

مقایسه با امپدانس الکتریکی

تغییرات مکانی در پتانسیل الکتریکی ( تفاوت در مقدار ولتاژ V ) باعث بار متحرک ( جریان الکتریکی i ) و امپدانس الکتریکی Z = V/i می شود.

در امپدانس آکوستیکی تغییرات فضایی در فشار صوتی ( p ) باعث ایجاد جریان هوا و بعبارتی سرعت حجمی سیال ( U ) می شود و امپدانس آکوستیکی Z = p/U می‌شود.

بسیاری از اساتید مقایسه امپدانس آکوستیکی را با امپدانس الکتریکی مفید می دانند.

نمودار امپدانس اندازه گیری شده یک لوله استوانه ای ساده (طول 325 میلی متر، قطر 15 میلی متر) را بر حسب Pa.s/m3، به عنوان تابعی از فرکانس د شکل زیر نشان داده شده است.

کاربرد امپدانس آکوستیکی

به عنوان مثال برای در سازهای بادی موسیقی، امپدانس آکوستیک به ما امکان می دهد تا تفاوت های ظریف بین سازها را با هم مقایسه کنیم. این ویژگی فیزیکی ساز را می توان برای ساز بدون نوازنده اندازه گیری کرد (یا محاسبه کرد).
این مقدار یک طیف است، زیرا مقادیر متفاوتی برای فرکانس های مختلف دارد. وقتی آن را در دهانه ساز اندازه می گیریم، چیزهای زیادی در مورد نحوه تعامل لب های نوازنده با خود ساز به ما می گوید.
بنابراین امپدانس آکوستیکی اطلاعات دقیقی در مورد عملکرد آکوستیکی ساز به ما ارائه می دهد.

به عنوان مثالی دیگر امپدانس صوتی خاص در بحث امواج در محیط های محدود مانند لوله ها و شیپورها مفید است.
شباهت های خاصی بین اولتراسوند طولی و بازتاب نور و انتقال از طریق مرزهای فاز وجود دارد.


کاربرد در پزشکی

اثر امپدانس آکوستیک در سونوگرافی پزشکی در سطح مشترک بین انواع مختلف بافت قابل توجه است. توانایی یک موج اولتراسوند برای انتقال از یک نوع بافت به نوع دیگر بستگی به تفاوت امپدانس دو بافت دارد. اگر اختلاف زیاد باشد، صدا منعکس می شود.
ما این اثر را به طور شهودی در سطح ماکروسکوپی درک می کنیم. کاگر بخواهید در دره ای فریاد بزنید، انتظار دارید پژواک به شما بازگردد. موج صوتی در هوا با دیواره سنگی متراکم دره برخورد می کند و از آن به سمت شما بازتاب می کند که این اثر به دلیل تفاوت در امپدانس آکوستیکی است.

impedance-acoustic

برای مطالعه بیشتر در خصوص امپدانس آکوستیک کتاب { آکوستیک: میدان های صوتی، مبدل ها و ارتعاش} نوشته لئو برانک و تیم مللو که لینک دانلود رایگان آن را در بخش کتابخانه سایت قرار داده ایم توصیه می شود.

کتاب آکوستیک: میدان های صوتی، مبدل ها و ارتعاش

مطالب پیشنهادی:

پدیده مسکینگ یا پوشش در صدا
ضریب کاهش نویز (NRC) چیست؟

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *