음향 이론

Acoustic theory

음향 이론음파의 설명과 관련된 과학 분야다. 그것은 유체 역학에서 비롯된다. 엔지니어링 접근 방식에 대한 음향 정보를 참조하십시오.

속도, 압력, 밀도의 교란 정도를 나타내는 음파의 경우

속도, 밀도, 압력의 변동이 작은 경우에는 다음과 같이 근사치를 할 수 있다.

Where is the perturbed velocity of the fluid, is the pressure of the fluid at rest, is the perturbed pressure of the system as a function of space and time, 는 유휴 유체의 밀도이고, , ) 공간과 시간에 따른 유체의 밀도 분산이다.

속도가 비회전적인 경우 = 0 시스템을 설명하는 음향파 방정식이 있다.

우리가 있는 곳


유휴 상태의 매체에 대한 파생

연속성 방정식과 오일러 방정식으로 시작:

일정한 압력과 밀도의 작은 동요를 취할 경우:

그렇다면 그 계통의 방정식은 다음과 같다.

평형 압력과 밀도가 일정하다는 점에 주목하면 다음과 같이 단순화된다.

움직이는 매체

시작

We can have these equations work for a moving medium by setting , where is the constant velocity that the whole fluid is moving at before being disturbed (equivalent to a moving observer) and 유체 속도야

이 경우 방정식은 매우 유사하게 보인다.

= 을(를) 설정하면 사용되지 않는 방정식이 반환된다는 점에 유의하십시오.

선형 파동

정지 상태의 매체에 대해 위에서 지정한 동작 방정식부터 시작하십시오.

v (를) 소량으로 가져갑시다.

첫 번째 순서로 조건을 유지하는 경우 연속성 방정식의 경우 v 항이 0으로 변경된다. 이것은 비슷하게 속도의 시간 파생상품에 대한 밀도 섭동 곱에 적용된다. 게다가 재료 파생상품의 공간적 구성요소는 0으로 간다. 평형 밀도를 재조정하면 다음과 같다.

다음으로 우리의 음파가 이상적인 유체에서 발생한다는 점을 감안할 때 그 동작은 단조롭고, 그 다음에 우리는 압력의 작은 변화를 밀도의 작은 변화로 연결시킬 수 있다.

이 조건 하에서, 우리는 이제

시스템 소리 속도 정의:

모든 것이 된다

비회전 유체용

유체가 비회전성인 경우, = 0 v = - =-\nabla \을(으)로 쓸 수 있다.

두 번째 방정식은 다음과 같은 것을 말해준다.

그리고 연속성 방정식에서 이 방정식을 사용하는 것은 우리에게

이렇게 하면 다음과 같이 간단해진다.

따라서 속도전위 은(는) 작은 장애의 한계에서 파동 방정식에 따른다. 잠재력을 해결하기 위해 필요한 경계 조건은 유체의 속도가 시스템의 고정 표면에 대해 0 정상이어야 한다는 사실에서 비롯된다.

이 파동 방정식의 시간적 파생물을 취하여 모든 면에 동요되지 않는 밀도를 곱한 다음, = t t{\ p{\라는 사실을 이용하여 알 수 있다.

마찬가지로 = ( p 0) s = c2 ′ ′ { { { { { { { { { { \\ 따라서 위의 방정식을 적절하게 곱할 수 있다

그러므로 속도전위, 압력, 밀도는 모두 파동 방정식을 따른다. 더욱이 우리는 다른 세 가지를 모두 결정하려면 그러한 방정식을 하나만 풀면 된다. 특히, 우리는

이동 매체용

다시, 우리는 움직이는 매체에서 음파에 대한 작은 동요 한계를 도출할 수 있다. 다시, 시작은

이것들을 로 선형화할 수 있다.

이동식 매체에서 비회전 유체의 경우

그런 걸 봤을 때.

만약 우리가 유체가 이상적이고 속도가 비회전적이라는 이전의 가정을 한다면, 우리는

이러한 가정 하에서, 우리의 선형화된 소리 방정식은

Importantly, since is a constant, we have , and then the second equation tells us that

아니면 단지 그것뿐입니다.

Now, when we use this relation with the fact that , alongside cancelling and rearranging terms, we arrive at

우리는 이것을 다음과 같이 친숙한 형태로 쓸 수 있다.

이 미분방정식은 적절한 경계조건으로 해결되어야 한다. = 을(를) 설정하면 파형 방정식이 반환된다는 점에 유의하십시오. 어쨌든, 움직이는 매체에 대한 이 방정식을 풀 때, 우리는

참고 항목

참조

  • Landau, L.D.; Lifshitz, E.M. (1984). Fluid Mechanics (2nd ed.). ISBN 0-7506-2767-0.
  • Fetter, Alexander; Walecka, John (2003). Fluid Mechanics (1st ed.). ISBN 0-486-43261-0.