音響エネルギー、液体または固体空気などの気体であってもよく、それらは媒体に伝播する音波を運んでいるか、音響、。人間や多くの動物は、環境と相互作用するために音響エネルギーを使用しています。
このため、彼らは振動を生成することができる声帯などの特殊な器官を持っています。これらの振動は空中で輸送され、その解釈を担当する他の特殊な器官に到達します。
音響エネルギーはクラリネットの音を通して音楽に変換されます。出典：Pixabay
振動により、空気または発生源を囲む媒体が連続的に圧縮および膨張し、一定の速度で伝播します。移動するのは粒子ではありませんが、平衡位置に対して単に振動します。妨害は伝達されるものです。
現在、知られているように、動く物体にはエネルギーがあります。したがって、波が媒質中を移動するときに、粒子の動きに関連するエネルギー（運動エネルギー）と、この媒質が本来持っているエネルギー（ポテンシャルエネルギー）も一緒に運ばれます。
特徴
知られているように、動く物体にはエネルギーがあります。同様に、波が媒体の中を移動するとき、波は粒子の動きに関連するエネルギー（運動エネルギー）と、媒体の変形のエネルギーまたはポテンシャルエネルギーも一緒に運びます。
空気であり得る媒体の非常に小さな部分を想定すると、速度uの各粒子は、次の式で与えられる運動エネルギーKを持ちます。
さらに、粒子には、発生する体積変化に依存するポテンシャルエネルギーUがあり、Voは初期体積、Vは最終体積、pは位置と時間に依存する圧力です。
負の符号は、正の音響圧力のおかげで、伝播する波がボリューム要素dVを圧縮するときに作用するため、ポテンシャルエネルギーの増加を示します。
初期密度ρの点における流体要素の質量、O及び初期体積V Oがあります。
そして、質量がどのように保存されるか（質量保存の原則）：
したがって、総エネルギーは次のようになります。
ポテンシャルエネルギーの計算
積分は質量保存の原理を使用して解くことができます
定数の導関数は0なので、（ρV） '= 0です。したがって、
アイザックニュートンは次のように判断しました。
（dp /dρ）= c 2
ここで、cは問題の流体内の音速を表します。上記を積分に代入すると、媒体のポテンシャルエネルギーが得られます。
A pとA vがそれぞれ圧力波と速度の振幅である場合、音波の平均エネルギーεは次のようになります。
音は、強度と呼ばれる量によって特徴付けることができます。
音の強さは、音の伝播方向に垂直な単位領域を1秒で通過するエネルギーとして定義されます。
単位時間あたりのエネルギーはパワーPなので、音の強さIは次のように表すことができます。
音波の種類ごとに固有の周波数があり、特定のエネルギーを運びます。これらすべてがその音響挙動を決定します。音は人間の生活にとって非常に重要であるため、音の種類は、人間が聞こえる周波数の範囲に従って、3つの大きなグループに分類されます。
-周波数が20 Hz未満のインフラサウンド。
-可聴スペクトル、周波数範囲は20 Hz〜20,000 Hz。
-20,000 Hzを超える周波数の超音波。
音の高さ、つまり高音、低音、中音は周波数に依存します。低い周波数は、約20〜400 Hzの低音として解釈されます。
400〜1600 Hzの周波数はミッドトーンと見なされますが、高域は1600〜20,000 Hzの範囲です。
毎日聞こえる音は、さまざまな周波数の近接した音の複雑なオーバーレイです。
音には周波数以外の特性があり、分類の基準として使用できます。それらの例は、音色、持続時間、および強度です。
イコライザーは、ノイズを取り除き、特定の周波数をブーストして音質を向上させるフィルターで構成されています。出典：Pixabay。
ノイズ
また、必要な音と不要な音やノイズを区別することも重要です。ノイズは常に除去されるように求められているため、次の強度と周期に従って分類されます。
-継続的なノイズ。
-変動するノイズ。
-衝撃的なノイズ。
または、頻度にリンクされた色別：
-ピンクノイズ（「shhhhhh」に類似）。
-ホワイトノイズ（「psssssss」に類似）。
-ブラウンノイズ（ブラウン運動の発見者であるロバートブラウンによる、低周波を非常に支持するノイズです）。
用途
音響エネルギーの用途は、使用する音波の種類によって異なります。可聴波の範囲では、動物も音を発して通信するため、音の普遍的な使用は、人の間だけでなく密接な通信を可能にすることです。
音は用途が広いです。それぞれはそれを放出するソースによって異なります。このように、自然界のさまざまな音は無限です。人間の声はそれぞれ異なり、動物同士がコミュニケーションするために使用する特徴的な音も同じです。
多くの動物は音のエネルギーを使用して、自分を空間に配置し、獲物を捕らえます。それらは音響信号を発し、反射信号を分析する受容器器官を持っています。このようにして、距離に関する情報を取得します。
人間はこのように音響エネルギーを使用するために必要な器官を欠いています。ただし、ナビゲーションを容易にするために、これらの同じ原理に基づいてソナーなどの方位デバイスを作成しました。
一方、超音波はその応用がよく知られている音波です。医学では、人体の内部の画像を取得するために使用されます。それらは腰痛や腱炎などのいくつかの状態の治療の一部でもあります。
音響エネルギーのいくつかのアプリケーション
-高エネルギー超音波を使用すると、腎臓や胆嚢で発生する結石や結石が、これらの臓器での無機塩の沈殿によって破壊される可能性があります。
-地球物理学では、探査方法として超音波が使用されます。その原理は地震法のそれと似ています。それらは、海の形状の決定からレリーフ、弾性率の計算に至るまでのアプリケーションに使用できます。
-食品技術では、高温に耐性のある微生物を排除するため、および食品のテクスチャーと品質を向上させるために使用されます。
利点
音響エネルギーには、主にその短距離に起因する利点があります。例えば、それは媒体中で急速に消散するので、製造するのに安価であり、化学物質または他の廃棄物を生成しない。
音響エネルギーの源に関しては、それらは多数あります。振動可能な物体はすべて、音源となる可能性があります。
超音波イメージングなどの医療アプリケーションで使用する場合、X線や断層撮影などの電離放射線を使用しないという利点があります。電離放射線が細胞に損傷を与える可能性があるのは事実です。
その使用は、電離放射線が適用されるときに必要とされる保護手段を必要としません。キットも安いです。
同様に、超音波エネルギーは、前述の腎臓と胆石を排除するための非侵襲的な方法であり、外科手術を回避します。
原則として、大気中や水中で汚染を発生させません。しかし、集中的な釣り、地球物理学的探査、輸送などの人間活動によって引き起こされる海の騒音汚染があることが知られています。
短所
音のように自然な現象が持つ不利な点を考えるのは難しいです。
少数の1つは、大きな音が鼓膜の構造に損傷を与える可能性があり、時間の経過とともに継続的に曝露された人々が感覚を失うことです。
非常に騒々しい環境は、人々にストレスと不快感をもたらします。別の欠点は、音響エネルギーが物体の移動に使用されないため、振動を利用して固体物体に影響を与えることが非常に困難になることです。
これは、音が伝搬するためには常に媒体の存在を必要とするため、容易に減衰するためです。言い換えれば、音のエネルギーは、他のタイプの波、たとえば電磁波よりも速く媒体に吸収されます。
このため、音波のエネルギーは空気中で比較的短距離です。音は伝播するときに構造物や物体に吸収され、そのエネルギーは徐々に熱に放散されます。
もちろん、これはエネルギーの節約に関連しています。エネルギーは破壊されずに形を変えます。空気中の分子の振動は、音を発生させる圧力変化に変換されるだけではありません。振動も熱を発生させます。
材料の吸音
例えば、レンガの壁のような物質に音波が当たると、エネルギーの一部が反射されます。空気と材料の両方の分子振動のおかげで、別の部分は熱で放散されます。そして最後に残りの部分が材料を通過します。
したがって、音波は光と同じように反射されます。音の反射は「エコー」として知られています。表面がより硬く均一であるほど、反射する能力が高くなります。
実際、残響と呼ばれる複数の反射を生成できるサーフェスがあります。通常、これは小さなスペースで発生し、断熱材を配置することで回避できるため、このようにして、放射波と反射波が重ならず、聴覚が困難になります。
すべての伝播中に、最終的にエネルギーが媒体に完全に吸収されるまで、音波はこれらすべての連続的な損失を経験します。つまり、熱エネルギーに変換されています。
材料が音を吸収する能力を定量化する大きさがあります。それは吸収係数と呼ばれます。これはαで表され、吸収されたエネルギーE absと入射エネルギーE incの間の比率であり、すべて問題の材料と呼ばれます。数学的には次のように表現されます：
α= E abs / E inc
αの最大値は1（完全に音を吸収）で、最小値は0（すべての音を通過させます）です。
音は、沈黙が望まれる多くの状況で不利になる場合があります。たとえば、車にはエンジンノイズを減衰させるサイレンサーが取り付けられています。ウォーターポンプや発電所などの他のデバイスにも。
レコーディングスタジオでは遮音が重要です。出典：Pixabay。
音響エネルギーの例
音エネルギーはどこにでもあります。以下は、量的な観点から音とそのエネルギーの特性を示す簡単な例です。
運動が解決されました
質量0.1gのピンが1mの高さから落下。そのエネルギーの0.05％が0.1秒の持続時間の音響パルスに変換されると仮定して、ピンの落下が聞こえる最大距離を推定します。最小可聴音強度は10 -8 W / m 2としてください。
解決
上記の方程式は、音の強度に使用されます。
良い質問は、音響エネルギーがこの場合どこから来るかであり、その強度は人間の耳が検出します。
答えは重力ポテンシャルエネルギーです。正確には、ピンが特定の高さから落ちるので、ピンは位置エネルギーを持っていたため、落下すると、このエネルギーを運動エネルギーに変換します。
そして、それが地面にぶつかると、エネルギーは衝突現場を取り巻く空気分子に伝達され、音を発生させます。
重力ポテンシャルエネルギーUは：
ここで、mはピンの質量、gは重力加速度、hはピンの落下高さです。これらの数値を代入しますが、国際単位系で対応する変換を行う前ではなく、次のようになります。
U = 0.1 x 10 -3 x 9.8 x 1 J = 0.00098 J
この声明によると、このエネルギーのうち、0.05％だけが変換されて、音のパルス、つまりピンが床に当たったときのピンの音が発生します。したがって、音響エネルギーは次のとおりです。
E サウンド = 4.9 x 10 -7 J
強度方程式から、半径Rがクリアされ、音響エネルギーE サウンドの値とパルスが持続した時間が代入されます。ステートメントによれば、0.1秒です。
したがって、ピンドロップが聞こえる最大距離は、全方向で6.24 mです。
参考文献
- Giancoli、D。2006。物理学：アプリケーションの原則。第6版。プレンティスホール。332-359。
- キンスラー、L。（2000）。音響の基礎。第4版Wiley&Sons。124-125。