Apa itu impedansi akustik? Aplikasi dan latihan

Itu Impedansi akustik o Impedansi akustik spesifik adalah ketahanan dari sarana material terhadap lewatnya gelombang suara. Ini konstan untuk media tertentu, yang beralih dari lapisan berbatu di dalam bumi ke jaringan biologis.

Menunjukkan sebagai impedansi akustik z, dengan cara matematika itu harus:

Z = ρ.v

Gambar 1. Ketika gelombang suara mempengaruhi batas dua cara yang berbeda, satu bagian tercermin dan yang lain ditransmisikan. Sumber: Wikimedia Commons. Cristobal aeorum/cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)

Di mana ρ adalah kepadatan dan v kecepatan suara medium. Ekspresi ini berlaku untuk gelombang datar dengan bergerak dalam cairan.

Dalam unit sistem internasional, kepadatan datang dalam kg/m³ dan kecepatan m/s. Oleh karena itu, unit impedansi akustik adalah kg/m².S.

Demikian juga, impedansi akustik didefinisikan sebagai hasil bagi antara tekanan P dan kecepatan:

Z = p/v

Dinyatakan dengan cara ini, z analog dengan resistansi listrik r = v/i, di mana tekanan mewakili kertas tegangan dan kecepatan arus. Unit z lainnya jika mereka akan menjadi PA.s /m o n.KAMU³, sepenuhnya setara dengan yang sebelumnya diberikan.

[TOC]

Transmisi dan refleksi gelombang suara

Ketika Anda memiliki dua cara impedansi yang berbeda z₁ dan z₂, bagian dari gelombang suara yang mempengaruhi antarmuka keduanya dapat ditransmisikan dan bagian lain dapat tercermin. Gelombang yang tercermin atau gema ini adalah yang berisi informasi penting tentang media kedua.

Gambar 2. Insiden pulsa, pulsa yang ditransmisikan dan denyut nadi tercermin. Sumber: Wikimedia Commons.

Cara energi yang diangkut oleh gelombang didistribusikan tergantung pada koefisien refleksi transmisi R dan T, dua jumlah yang sangat berguna untuk mempelajari penyebaran gelombang suara. Untuk koefisien refleksi adalah hasil bagi:

R = i_R /YO_{salah satu}

Dimana saya_{salah satu} Itu adalah intensitas gelombang insiden_R Itu adalah intensitas gelombang yang dipantulkan. Demikian pula Anda memiliki koefisien transmisi:

T = i_T / YO_{salah satu}

Sekarang, dapat ditunjukkan bahwa intensitas gelombang datar sebanding dengan luasnya untuk:

Itu dapat melayani Anda: durometer: Untuk apa, bagaimana cara kerja, bagian, jenis

I = (1/2) z.Ω² .KE²

Di mana z adalah impedansi akustik medium dan Ω adalah frekuensi gelombang. Di sisi lain, rasio antara amplitudo yang ditransmisikan dan amplitudo insiden adalah:

KE_T/KE_{salah satu} = 2z₁/(Z₁ +Z₂)

Yang memungkinkan hasil bagi dan_T /YO_{salah satu}  Itu dinyatakan dalam hal amplitudo gelombang insiden dan ditransmisikan sebagai:

yo_T /YO_{salah satu} = Z₂KE_T² / Z₁KE_{salah satu}²

Melalui ekspresi ini R dan T diperoleh dalam hal impedansi akustik z.

Koefisien transmisi dan refleksi

Kosienta anterior justru koefisien transmisi:

T = (z₂/Z₁) [2.Z₁/(Z₁ +Z₂)]² = 4z₁Z₂ /(Z₁ +Z₂)²

Karena kerugian tidak direnungkan, terpenuhi bahwa intensitas insiden adalah jumlah dari intensitas yang ditransmisikan dan intensitas yang dipantulkan:

yo_{salah satu} = I_R + yo_T → (i_R / YO_{salah satu}) + (I_T / YO_{salah satu}) = 1

Ini memungkinkan kita untuk menemukan ekspresi untuk koefisien refleksi dalam hal impedansi kedua media:

R + t = 1 → r = 1 - t

Melakukan beberapa aljabar untuk mengatur ulang persyaratan, koefisien refleksi adalah:

R = 1 - 4z₁Z₂ /(Z₁ +Z₂)² = (Z₁ - Z₂)²/(Z₁ +Z₂)²

Dan seperti pada denyut nadi yang dipantulkan adalah informasi yang terkait dengan media kedua, koefisien refleksi sangat menarik.

Jadi, ketika kedua media memiliki perbedaan besar impedansi, pembilang dari ekspresi sebelumnya menjadi lebih besar. Maka intensitas gelombang yang dipantulkan tinggi dan berisi informasi yang baik tentang medium.

Adapun bagian gelombang yang ditransmisikan ke media kedua, itu semakin dilemahkan dan energinya dihamburkan sebagai panas.

Aplikasi dan latihan

Fenomena transmisi dan refleksi memunculkan berbagai aplikasi yang sangat penting, misalnya sonar yang dikembangkan selama Perang Dunia II dan yang berfungsi untuk mendeteksi objek. Ngomong -ngomong, beberapa mamalia seperti kelelawar dan lumba -lumba memiliki sistem sonar yang dibangun.

Sifat -sifat ini juga banyak digunakan untuk mempelajari bagian dalam bumi dalam metode pencarian seismik, dalam memperoleh gambar medis dengan USG, pengukuran kepadatan tulang dan menangkap gambar dari berbagai struktur untuk mencari kegagalan dan cacat.

Dapat melayani Anda: Model Atom Thomson: Karakteristik, Deposulat, Partikel Subatomik

Impedansi akustik juga merupakan parameter penting saat mengevaluasi respons suara dari alat musik.

- Latihan diselesaikan 1

Teknik USG untuk mendapatkan gambar jaringan biologis memanfaatkan pulsa suara frekuensi tinggi. Gema berisi informasi tentang organ dan jaringan yang sedang dialami, perangkat lunak itu bertanggung jawab untuk menerjemahkan ke dalam gambar.

Pulsa ultrasonik dipengaruhi oleh antarmuka lemak-muskulus. Dengan data yang disediakan, temukan:

a) Impedansi akustik dari setiap kain.

b) Persentase USG tercermin dalam antarmuka antara lemak dan otot.

Gemuk

• Kepadatan: 952 kg/m³
• Kecepatan suara: 1450 m/s

Otot

• Kepadatan: 1075 kg/m³
• Kecepatan suara: 1590 m/s

Solusi untuk

Impedansi akustik masing -masing jaringan diganti dalam formula:

Z = ρ.v

Cara ini:

Z_gemuk = 952 kg/m³ x 1450 m/s = 1.38 x 10⁶ kg/m².S

Z_otot = 1075 kg/m³ x 1590 m/s = 1.71 x 10⁶  kg/m².S

Solusi b

Untuk menemukan persentase intensitas yang tercermin dalam antarmuka kedua jaringan, koefisien refleksi yang diberikan oleh:

R = (z₁ - Z₂)²/(Z₁ +Z₂)²

Di sini z_gemuk = Z₁ dan z_otot = Z_2. Koefisien refleksi adalah jumlah positif, yang dijamin oleh kotak dalam persamaan.

Mengganti dan mengevaluasi:

R = (1.38 x 10⁶ - 1.71 x 10⁶ )²  / (1.38 x 10⁶ + 1.71 x 10⁶ )² = 0.0114.

Dengan mengalikan dengan 100 kita akan memiliki persentase yang tercermin: 1.14 % dari intensitas insiden.

- Latihan diselesaikan 2

Gelombang suara memiliki intensitas level 100 desibel dan biasanya mempengaruhi permukaan air. Tentukan tingkat intensitas gelombang yang ditransmisikan dan gelombang yang dipantulkan.

Dapat melayani Anda: gesekan viskos (force): koefisien dan contoh

Data:

Air

• Kepadatan: 1000 kg/m³
• Kecepatan suara: 1430 m/s

Udara

• Kepadatan: 1.3 kg/m³
• Kecepatan suara: 330 m/s

Larutan

Tingkat intensitas desibel gelombang suara dilambangkan sebagai L, tidak dimensi dan diberikan oleh formula:

L = 10 log (i /10^-12)

Memelihara pada 10 di kedua sisi:

10 ^L/10 = I /10^-12

Sebagai l = 100, hasilnya:

I/10^-12 = 10¹⁰

Unit intensitas diberikan dalam hal daya per unit area. Dalam sistem internasional mereka watt/m². Oleh karena itu, intensitas gelombang insiden adalah:

yo_{salah satu} = 10¹⁰ . 10^-12 = 0.01 w/m².

Untuk menemukan intensitas gelombang yang ditransmisikan, koefisien transmisi dihitung, dan kemudian dikalikan dengan intensitas insiden.

Impedansi masing -masing adalah:

Z_air = 1000 kg/m³ x 1430 m/s = 1.43 x 10⁶ kg/m².S

Z_udara = 1.3 kg/m³ x 330 m/s = 429 kg/m².S

Mengganti dan mengevaluasi dalam:

T = 4z₁Z₂ /(Z₁ +Z₂)² = 4 × 1.43 x 10⁶ X 429 / (1.43 x 10⁶ + 429)² = 1.12 x 10^-3

Jadi, intensitas gelombang yang ditransmisikan adalah:

yo_T = 1.12 x 10^-3 x 0.01 w/m² = 1.12 x 10^-5 W/m²

Level intensitas desibelnya dihitung oleh:

L_T = 10 log (i_T /10^-12) = 10 log (1.12 x 10^-5 / 10^-12) = 70.3 dB

Untuk bagiannya, koefisien refleksi adalah:

R = 1 - t = 0.99888

Dengan ini, intensitas gelombang yang dipantulkan adalah:

yo_R = 0.99888 x 0.01 w/m² = 9.99 x 10^-3 W/m²

Dan tingkat intensitasnya adalah:

L_T = 10 log (i_R /10^-12) = 10 log (9.99 x 10^-3 / 10^-12) = 100 dB

Referensi

1. Andriessen, m. 2003. Kursus Fisika HSC. Jacaranda.
2. Baranek, l. 1969. Akustik. Edisi kedua. Editorial Amerika Hispanik.
3. Kinsler, l. 2000. Dasar -dasar Akustik. Wiley and Sons.
4. Lowrie, w. 2007. Geofisika mendasar. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.
5. Wikipedia. Impedansi akustik. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org.