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$\开始组$

在课堂上,我们遇到了一个基本上如下的问题:

假设声源的强度为70 dB。假设另外9个声源同时发出相同的声音(因此10个相同的声源发出70 dB的声音)。产生的声音强度是多少(单位:dB)?"

该解决方案使用这样一个事实,即合成的强度是原始源强度的10倍,得到80分贝的结果。

我不明白这一点。我们被告知,强度与波的功率成正比,而波的功率与振幅的平方成正比。10个相同波的叠加产生的振幅为10A_0美元$哪里$A_0$是一个波的振幅。因此,我们将得到100倍于原始强度的强度和90分贝的结果。

为什么情况并非如此?任何帮助都将不胜感激!

$\端组$

3个答案

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$\开始组$

在类似的问题中,好的答案https://physics.stackexchange.com/a/714653/219989显示了当N个声波具有相同频率但相位均匀分布(而不是相同的相位)-实际上是强度(振幅平方的积分),它是N倍于一个波的强度。

中的答案为什么两个连贯的声音加起来是$+6db$?再做一个重要的观察:如果N个声源是相干的(同相),但不是来自完全相同的地方,那么取决于你的位置你可能会在90分贝(完全建设性干扰)或0分贝(破坏性干扰)或者任何介于80分贝之间的频率听到它们,这将是你听到的平均值。

$\端组$
  • 7
    $\开始组$ 完全破坏性干扰不是会是$-\infty$dB而不是0 dB吗? $\端组$ 5月1日23:06
  • 1
    $\开始组$ 是的,确实如此。“dB”测量的是强度的对数,而不是强度本身,所以零强度(我的意思是)实际上等于负无穷分贝。 $\端组$ 5月2日10:17
  • $\开始组$ “取决于您的位置”–您可以在家里轻松尝试:设置两个相距约1–2米的扬声器,播放距离两个扬声器约1米的正弦波,合上一只耳朵,移动一点。例如,在Youtube中应该可以轻松获得440赫兹正弦波。 $\端组$
    – JiK公司
    5月2日13:11
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$\开始组$

概念上的原因是不同的声源具有不相关的相位,因此在每个频率上,它们会随机地增加或减少声压。将这些源添加到一起就像在随机漫步中执行步骤。想象一下,对于每一步,您随机选择向左或向右移动1的距离。之后N美元$步骤,您的位置预期更改为0。相应地,对于声音,空气压力的平均扰动为0。然而,对于随机行走N美元$步骤,对的平方位置的变化是N美元$也就是说,步长的平方是相加的,相应地,对于声音,振幅的平方也是相加的。

数学上,我们可以这样写。$P_i$是每个声源产生的声压扰动1美元$.该声源产生的声强为$I_I=\langle P_I^2\范围$,其中尖括号表示统计期望。然而$\langle P_i\langle=0$,因为声音对正压力和负压力扰动的贡献相等。而且由于不同的源是不相关的,$\langle P_i P_j\rangle=0$对于$i\neq j个$.

将所有这些源的贡献加在一起,总声压扰动的预期值为$$\left\langle\sum_i P_i\right\rangle=\sum_i\langle P_i\ rangle=0$$然而,平方声压扰动的期望值为$$\left\langle\left(\sum_i P_i\right)^2\right\rangle=\sum_{i,j}\langle P_iP_j\rangle=\sum__{i=j}\langle P_iP_j\rangle+\sum_{i\neq j}\angle P_j\ rangle$$第二项消失,因为不同的声源是不相关的,而第一项只是声强的总和。那就是,$$\left\langle\left(\sum_i P_i\right)^2\right\rangle=\sum_{i}\langle P_i^2\rangle=\sum_i i_i$$

$\端组$
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$\开始组$

当你说总声音的振幅是其中一个声音振幅的十倍时,你假设所有的声音都是同相的,在这种情况下,你的答案是正确的。

你回答的问题使用了“一致”这个词,但没有解释这个短语的含义。如果他们所说的“一致性”是指阶段性,那么你是对的。

但是如果“unison”的意思是“同时”,那么如果我们假设所有的声音都是不相关的,就像白噪声一样,那么他们给出的答案是正确的。在这种情况下,我们必须增加每个独立声音的能量,因为所有独立声音之间的建设性干扰和破坏性干扰一样多。能量的增加导致强度的增加,强度是传播路径中单位时间和单位面积的能量流动。

$\端组$

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