- ध्वनि तरंग का संचरण और प्रतिबिंब
- संचरण और प्रतिबिंब गुणांक
- अनुप्रयोग और अभ्यास
- - व्यायाम 1 हल
- का हल
- समाधान b
- - व्यायाम 2 हल
- उपाय
- संदर्भ
ध्वनिक प्रतिबाधा या विशिष्ट ध्वनिक प्रतिबाधा प्रतिरोध सामग्री का मतलब है ध्वनि तरंगों के पारित होने के लिए है कि है। यह एक निश्चित माध्यम के लिए स्थिर है, जो पृथ्वी के अंदर एक चट्टानी परत से जैविक ऊतक तक जाता है।
गणितीय रूप में हमारे पास Z के रूप में ध्वनिक प्रतिबाधा को अस्वीकार करना:
जेड = ρ.v
चित्र 1. जब एक ध्वनि तरंग दो अलग-अलग मीडिया की सीमा से टकराती है, तो एक भाग परावर्तित होता है और दूसरा संचरित होता है। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स क्रिस्टोबाल एओरम / सीसी बाय-एसए (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
जहां ρ घनत्व और माध्यम की ध्वनि की गति v है। यह अभिव्यक्ति एक द्रव में चलती हुई विमान की लहर के लिए मान्य है।
एसआई इंटरनेशनल सिस्टम इकाइयों में, घनत्व किलो / मी 3 और वेग मीटर / एस में है। इसलिए, ध्वनिक प्रतिबाधा की इकाइयां किलो / मी । 2 हैं ।
इसी तरह, ध्वनिक प्रतिबाधा को दबाव p और वेग के बीच भागफल के रूप में परिभाषित किया गया है:
जेड = पी / वी
इस तरह से व्यक्त, जेड विद्युत प्रतिरोध आर = वी / I के अनुरूप है, जहां दबाव वर्तमान की वोल्टेज और वेग की भूमिका निभाता है। SI में Z की अन्य इकाइयाँ Pa.s / m या Ns / m 3 होंगी, जो पहले दिए गए लोगों के बराबर हैं।
ध्वनि तरंग का संचरण और प्रतिबिंब
जब आपके पास अलग-अलग बाधाएं जेड 1 और जेड 2 के दो साधन होते हैं, तो एक ध्वनि तरंग का एक हिस्सा जो दोनों के इंटरफेस को हिट करता है और प्रसारित किया जा सकता है और एक अन्य भाग को प्रतिबिंबित किया जा सकता है। यह प्रतिबिंबित लहर, या प्रतिध्वनि, वह है जिसमें दूसरे माध्यम के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी होती है।
चित्रा 2. दुर्घटना नाड़ी, संचरित नाड़ी और प्रतिबिंबित नाड़ी। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स
जिस तरह से तरंग द्वारा ऊर्जा का वितरण किया जाता है वह प्रतिबिंब गुणांक आर और ट्रांसमिशन गुणांक टी, दो मात्राओं पर निर्भर करता है जो ध्वनि तरंग के प्रसार का अध्ययन करने के लिए बहुत उपयोगी हैं। प्रतिबिंब गुणांक के लिए यह भागफल है:
आर = मैं आर / आई ओ
जहां I o घटना तरंग की तीव्रता है और I r परावर्तित तरंग की तीव्रता है। इसी तरह हमारे पास ट्रांसमिशन गुणांक है:
टी = मैं टी / आई ओ
अब, यह दिखाया जा सकता है कि समतल तरंग की तीव्रता उसके आयाम A के समानुपाती होती है:
मैं = (1/2) Z.ω 2 ए 2
जहाँ Z माध्यम का ध्वनिक प्रतिबाधा है और। तरंग की आवृत्ति है। दूसरी ओर, प्रेषित आयाम और घटना आयाम के बीच भागफल है:
A t / A o = 2Z 1 / (Z 1 + Z 2)
यह घटना के आयाम और प्रेषित तरंगों के रूप में व्यक्त किए जाने वाले भाग I को t / I o की अनुमति देता है:
I t / I o = Z 2 A t 2 / Z 1 A o 2
इन अभिव्यक्तियों के माध्यम से R और T ध्वनिक प्रतिबाधा Z के संदर्भ में प्राप्त किए जाते हैं।
संचरण और प्रतिबिंब गुणांक
उपरोक्त भागफल ठीक संचरण गुणांक है:
T = (Z 2 / Z 1) 2 = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2) 2
चूँकि किसी भी नुकसान पर विचार नहीं किया जाता है, यह सच है कि घटना तीव्रता संचरित तीव्रता और परावर्तित तीव्रता का योग है:
I o = I r + I t → (I r / I o) + (I t / I o) = 1
यह हमें दो मीडिया की बाधाओं के संदर्भ में प्रतिबिंब गुणांक के लिए एक अभिव्यक्ति खोजने की अनुमति देता है:
आर + टी = 1 → आर = १ - टी
शब्दों को पुनर्व्यवस्थित करने के लिए बीजगणित का एक सा करना, प्रतिबिंब गुणांक है:
R = 1 - 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2) 2 = (Z 1 - Z 2) 2 / (Z 1 + Z 2) 2
और चूंकि दूसरे माध्यम से संबंधित जानकारी परिलक्षित नाड़ी में पाई जाती है, इसलिए प्रतिबिंब गुणांक बहुत रुचि रखता है।
इस प्रकार, जब दो मीडिया में प्रतिबाधा में बड़ा अंतर होता है, तो पिछली अभिव्यक्ति का अंश बड़ा हो जाता है। तब परावर्तित तरंग की तीव्रता अधिक होती है और इसमें माध्यम के बारे में अच्छी जानकारी होती है।
उस दूसरे माध्यम में संचारित तरंग के हिस्से के लिए, यह धीरे-धीरे फीका पड़ता है और ऊर्जा गर्मी के रूप में फैल जाती है।
अनुप्रयोग और अभ्यास
पारेषण और प्रतिबिंब घटनाएं कई बहुत महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों को जन्म देती हैं, उदाहरण के लिए द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान विकसित सोनार और वस्तुओं का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। वैसे, चमगादड़ और डॉल्फ़िन जैसे कुछ स्तनधारियों में एक अंतर्निहित सोनार प्रणाली है।
इन गुणों का उपयोग व्यापक रूप से भूकंपीय पूर्वेक्षण विधियों, अल्ट्रासाउंड चिकित्सा इमेजिंग, हड्डी घनत्व माप और दोषों और दोषों के लिए विभिन्न संरचनाओं की इमेजिंग में पृथ्वी के इंटीरियर का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।
संगीत वाद्ययंत्र की ध्वनि प्रतिक्रिया का मूल्यांकन करते समय ध्वनिक प्रतिबाधा भी एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।
- व्यायाम 1 हल
जैविक ऊतक की छवि के लिए अल्ट्रासाउंड तकनीक उच्च आवृत्ति वाले ध्वनि दालों का उपयोग करती है। गूँज में उन अंगों और ऊतकों के बारे में जानकारी होती है जिनसे वे गुज़रते हैं, जो एक सॉफ्टवेयर एक छवि में अनुवाद करने के लिए जिम्मेदार है।
वसा-मांसपेशी इंटरफ़ेस में निर्देशित एक अल्ट्रासाउंड पल्स उकसाया जाता है। दिए गए डेटा के साथ, खोजें:
क) प्रत्येक ऊतक का ध्वनिक प्रतिबाधा।
बी) वसा और मांसपेशियों के बीच इंटरफेस में परिलक्षित अल्ट्रासाउंड का प्रतिशत।
ग्रीज़
- घनत्व: 952 किग्रा / मी 3
- ध्वनि की गति: 1450 मीटर / से
मांसपेशी
- घनत्व: 1075 किग्रा / मी 3
- ध्वनि की गति: 1590 मीटर / से
का हल
प्रत्येक ऊतक का ध्वनिक प्रतिरूप सूत्र में प्रतिस्थापित करके पाया जाता है:
जेड = ρ.v
इस तरह:
जेड वसा = 952 किलो / मी 3 एक्स 1450 m / s = 1.38 x 10 6 किलो / मी 2.s
जेड मांसपेशी = 1075 किलो / मी 3 एक्स 1590 m / s = 1.71 x 10 6 किलो / मी 2.s
समाधान b
दो ऊतकों के इंटरफेस पर परिलक्षित तीव्रता का प्रतिशत ज्ञात करने के लिए, परावर्तन गुणांक निम्न दिया गया है:
आर = (जेड 1 - जेड 2) 2 / (जेड 1 + जेड 2) 2
यहां Z वसा = Z 1 और Z मांसपेशी = Z 2. प्रतिबिंब गुणांक एक सकारात्मक मात्रा है, जिसे समीकरण में वर्गों द्वारा गारंटी दी जाती है।
प्रतिस्थापन और मूल्यांकन:
आर = (1.38 x 10 6 - 1.71 x 10 6) 2 / (1.38 x 10 6 + 1.71 x 10 6) 2 = 0.0114।
100 से गुणा करने पर हमारे पास परिलक्षित प्रतिशत होगा: घटना की तीव्रता का 1.14%।
- व्यायाम 2 हल
एक ध्वनि तरंग में 100 डेसिबल की तीव्रता का स्तर होता है और सामान्य रूप से पानी की सतह पर गिरता है। संचरित लहर की तीव्रता स्तर और परावर्तित लहर का निर्धारण।
डेटा:
पानी
- घनत्व: 1000 किग्रा / मी 3
- ध्वनि की गति: 1430 मी / से
वायु
- घनत्व: 1.3 किग्रा / मी 3
- ध्वनि की गति: 330 मीटर / सेकंड
उपाय
ध्वनि तरंग के डेसिबल में तीव्रता स्तर, जिसे L के रूप में निरूपित किया गया है, आयाम रहित है और सूत्र द्वारा दिया गया है:
L = 10 लॉग (I / 10 -12)
दोनों तरफ से 10 तक उठाना:
10 एल / 10 = आई / 10 -12
एल = 100 के बाद से, इसमें परिणाम आता है:
I / 10 -12 = 10 10
तीव्रता की इकाइयाँ प्रति इकाई क्षेत्र की शक्ति के संदर्भ में दी जाती हैं। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में वे वाट / एम 2 हैं । इसलिए, घटना की लहर की तीव्रता है:
मैं ओ = १० १० । 10 -12 = 0.01 डब्ल्यू / एम 2 ।
प्रेषित तरंग की तीव्रता का पता लगाने के लिए, संचरण गुणांक की गणना की जाती है, और फिर घटना की तीव्रता से गुणा किया जाता है।
संबंधित बाधाएँ हैं:
Z पानी = 1000 kg / m 3 x 1430 m / s = 1.43 x 10 6 kg / m 2.s
Z हवा = 1.3 kg / m 3 x 330 m / s = 429 kg / m 2। S
इसमें प्रतिस्थापन और मूल्यांकन:
T = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2) 2 = 4 × 1.43 x 10 6 x 429 / (1.43 x 10 6 + 429) 2 = 1.12 x 10 -3
तो, प्रेषित लहर की तीव्रता है:
I t = 1.12 x 10 -3 x 0.01 W / m 2 = 1.12 x 10 -5 W / m 2
डेसिबल में इसकी तीव्रता का स्तर निम्न द्वारा गणना किया जाता है:
एल टी = 10 लॉग (आई टी / १० -१२) = १० लॉग (१.१२ x १० -5 / १० -१२) = d०.३ बीबी
इसके भाग के लिए, प्रतिबिंब गुणांक है:
आर = 1 - टी = 0.99888
इसके साथ, परावर्तित तरंग की तीव्रता है:
I r = 0.99888 x 0.01 W / m 2 = 9.99 x 10 -3 W / m 2
और इसकी तीव्रता का स्तर है:
एल टी = 10 लॉग (मैं आर / १० -१२) = १० लॉग (९। ९९ x १०३ / १० -१२) = १०० डीबी
संदर्भ
- एंड्रीसेन, एम। 2003. एचएससी भौतिकी पाठ्यक्रम। Jacaranda।
- बरानेक, एल। 1969. ध्वनिकी। दूसरा प्रकाशन। संपादकीय Hispano Americana।
- किंसलर, एल। 2000. ध्वनिकी के मूल तत्व। विली एंड संस।
- लोरी, डब्ल्यू। 2007. जियोफिजिक्स के मूल तत्व। 2। संस्करण। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस।
- विकिपीडिया। ध्वनिक प्रतिबाधा। से पुनर्प्राप्त: en.wikipedia.org।