De akoestische impedantie of specifieke akoestische impedantie is de weerstand van de materiële media tegen het passeren van geluidsgolven. Het is constant voor een bepaald medium, dat van een rotsachtige laag in het binnenste van de aarde naar het biologische weefsel gaat.
De akoestische impedantie aanduiden als Z, in wiskundige vorm hebben we:
Z = ρ.v
Waar ρ de dichtheid is en v de geluidssnelheid van het medium. Deze uitdrukking is geldig voor een vlakke golf die in een vloeistof beweegt.
In SI International System-eenheden is de dichtheid in kg / m3 en de snelheid in m / s. Daarom zijn de eenheden van akoestische impedantie kg / mtwee.s.
Evenzo wordt de akoestische impedantie gedefinieerd als het quotiënt tussen de druk p en de snelheid:
Z = p / v
Op deze manier uitgedrukt, is Z analoog aan elektrische weerstand R = V / I, waarbij druk de rol van spanning en snelheid van stroom speelt. Andere SI-eenheden van Z zouden Pa.s / m of N.s / m zijn3, volledig gelijk aan de eerder gegeven.
Artikel index
Als je twee gemiddelden hebt met verschillende impedanties Z1 en Ztwee, een deel van een geluidsgolf die de interface van beide raakt, kan worden verzonden en een ander deel kan worden gereflecteerd. Deze gereflecteerde golf of echo bevat belangrijke informatie over het tweede medium..
De manier waarop de door de golf getransporteerde energie wordt verdeeld, hangt af van de reflectiecoëfficiënten R en de transmissiecoëfficiënt T, twee zeer bruikbare grootheden om de voortplanting van de geluidsgolf te bestuderen. Voor de reflectiecoëfficiënt is dit het quotiënt:
R = ikr / Ikof
Waar ikof is de intensiteit van de invallende golf en ikr is de intensiteit van de gereflecteerde golf. Evenzo hebben we de transmissiecoëfficiënt:
T = ikt / Ikof
Nu kan worden aangetoond dat de intensiteit van een vlakke golf evenredig is met de amplitude A:
Ik = (1/2) Z.ωtwee .NAARtwee
Waar Z is de akoestische impedantie van het medium en ω is de frequentie van de golf. Aan de andere kant is het quotiënt tussen de uitgezonden amplitude en de invallende amplitude:
NAARt/NAARof = 2Z1/ (Z1 +Ztwee
Waardoor het quotiënt It / Ikof wordt uitgedrukt in termen van de amplitudes van de invallende en uitgezonden golven als:
ikt / Ikof = ZtweeNAARttwee / Z1NAARoftwee
Door middel van deze uitdrukkingen worden R en T verkregen in termen van de akoestische impedantie Z.
Het bovenstaande quotiënt is precies de transmissiecoëfficiënt:
T = (Ztwee/ Z1) [2.Z1/ (Z1 +Ztweetwee = 4Z1Ztwee / (Z1 +Ztweetwee
Aangezien er geen verliezen worden overwogen, is het waar dat de intensiteit van het incident de som is van de uitgezonden intensiteit en de gereflecteerde intensiteit:
ikof = Ikr + ikt → (ikr / Ikof) + (It / Ikof) = 1
Dit stelt ons in staat om een uitdrukking te vinden voor de reflectiecoëfficiënt in termen van de impedanties van de twee media:
R + T = 1 → R = 1 - T
Als je een beetje algebra uitvoert om de termen te herschikken, is de reflectiecoëfficiënt:
R = 1 - 4Z1Ztwee / (Z1 +Ztweetwee = (Z1 - Ztweetwee/ (Z1 +Ztweetwee
En aangezien de informatie met betrekking tot het tweede medium wordt gevonden in de gereflecteerde puls, is de reflectiecoëfficiënt van groot belang..
Dus als de twee media een groot verschil in impedantie hebben, wordt de teller van de vorige uitdrukking groter. De intensiteit van de gereflecteerde golf is dan hoog en bevat goede informatie over het medium..
Wat betreft het deel van de golf dat naar dat tweede medium wordt overgebracht, het vervaagt geleidelijk en de energie verdwijnt als warmte..
Transmissie- en reflectieverschijnselen geven aanleiding tot verschillende zeer belangrijke toepassingen, bijvoorbeeld sonar ontwikkeld tijdens de Tweede Wereldoorlog en gebruikt om objecten te detecteren. Overigens hebben sommige zoogdieren zoals vleermuizen en dolfijnen een ingebouwd sonarsysteem.
Deze eigenschappen worden ook veel gebruikt om het binnenste van de aarde te bestuderen bij seismische prospectiemethoden, bij medische beeldvorming met echografie, meting van botdichtheid en het afbeelden van verschillende structuren op fouten en defecten..
Akoestische impedantie is ook een belangrijke parameter bij het evalueren van de geluidsrespons van een muziekinstrument..
De ultrasone techniek om biologisch weefsel in beeld te brengen maakt gebruik van hoogfrequente geluidspulsen. De echo's bevatten informatie over de organen en weefsels die ze passeren, die door software worden vertaald naar een afbeelding.
Een ultrasone puls gericht op het grensvlak vet-spier wordt ingesneden. Zoek met de verstrekte gegevens:
a) De akoestische impedantie van elk weefsel.
b) Het percentage echografie dat wordt weerspiegeld op het grensvlak tussen vet en spieren.
Vet
Spier
De akoestische impedantie van elk weefsel wordt gevonden door in de formule te substitueren:
Z = ρ.v
Op deze manier:
Zvet = 952 kg / m3 x 1450 m / s = 1,38 x 106 kg / mtwee.s
Zspier = 1075 kg / m3 x 1590 m / s = 1,71 x 106 kg / mtwee.s
Om het intensiteitspercentage te vinden dat wordt gereflecteerd op het grensvlak van de twee weefsels, wordt gebruik gemaakt van de reflectiecoëfficiënt die wordt gegeven door:
R = (Z1 - Ztweetwee/ (Z1 +Ztweetwee
Hier Zvet = Z1 en Zspier = Ztwee. De reflectiecoëfficiënt is een positieve grootheid, die wordt gegarandeerd door de vierkanten in de vergelijking.
Vervangen en evalueren:
R = (1,38 x 106 - 1,71 x 106 twee / (1,38 x 106 + 1,71 x 106 twee = 0,0114.
Bij vermenigvuldiging met 100 wordt het percentage weerspiegeld: 1,14% van de incidentintensiteit.
Een geluidsgolf heeft een intensiteitsniveau van 100 decibel en valt normaal gesproken op het wateroppervlak. Bepaal het intensiteitsniveau van de uitgezonden golf en dat van de gereflecteerde golf.
Gegevens:
Water
Lucht
Het intensiteitsniveau in decibel van een geluidsgolf, wordt aangeduid als L, is dimensieloos en wordt gegeven door de formule:
L = 10 logboek (I / 10-12
Aan beide kanten verhogen tot 10:
10 L / 10 = I / 10-12
Aangezien L = 100, resulteert dit in:
I / 10-12 = 1010
Eenheden van intensiteit worden gegeven in termen van vermogen per oppervlakte-eenheid. In het internationale systeem zijn ze Watt / mtwee. Daarom is de intensiteit van de invallende golf:
ikof = 1010 . 10-12 = 0,01 W / mtwee.
Om de intensiteit van de uitgezonden golf te vinden, wordt de transmissiecoëfficiënt berekend en vervolgens vermenigvuldigd met de intensiteit van het incident.
De respectievelijke impedanties zijn:
ZWater = 1000 kg / m3 x 1430 m / s = 1,43 x 106 kg / mtwee.s
Zlucht = 1,3 kg / m3 x 330 m / s = 429 kg / mtwee.s
Vervangen en evalueren in:
T = 4Z1Ztwee / (Z1 +Ztweetwee = 4 × 1,43 x 106 x 429 / (1,43 x 106 + 429)twee = 1,12 x 10-3
De intensiteit van de uitgezonden golf is dus:
ikt = 1,12 x 10-3 x 0,01 W / mtwee = 1,12 x 10-5 W / mtwee
Het intensiteitsniveau in decibel wordt berekend door:
L.t = 10 logboek (It / 10-12) = 10 logboek (1,12 x 10-5 / 10-12) = 70,3 dB
De reflectiecoëfficiënt van zijn kant is:
R = 1 - T = 0,99888
Hiermee is de intensiteit van de gereflecteerde golf:
ikr = 0,99888 x 0,01 W / mtwee = 9,99 x 10-3 W / mtwee
En het intensiteitsniveau is:
L.t = 10 logboek (Ir / 10-12) = 10 logboek (9,99 x 10-3 / 10-12) = 100 dB
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.