音響パワー

音響パワーまたは音響出力は、単位時間あたりに放出、反射、透過、または受信される音響エネルギー^の割合です。 ^[¹^]これは、「表面を介して、表面上の点における音圧と、表面に垂直な方向の粒子速度の成分の積を、その表面全体で積分したもの」と定義され^ています。[ 2 ]音響パワーの^SI単位はワット（W）です。[ 1 ^]^これ^は、空気中の音源を囲む表面における音響力のパワーに関係しています。

音源にとって、音圧とは異なり、音響パワーは部屋の広さや距離に依存しません。音圧は空間のある一点における音場の特性であるのに対し、音響パワーは音源の特性であり、その音源が全方向に放射する総パワーに等しくなります。ある領域を通過する音響パワーは、その領域を通過する音流束または音響流束と呼ばれることもあります。

音響パワーレベルL _WA

規制では、音源を囲む表面上の音圧を積分する測定方法^{[ 3 ]} $が規定されていることが多い。L WA は$ $、$ その表面に供給されるパワーを 1 ピコワットに対するデシベルで規定する。機器 (例えば、掃除機) には、ラベル表示の要件や、発生が許容される最大量が規定されていることが多い。A重み付けスケールは、この指標が人間の耳で知覚されるラウドネスに関係するため、計算に使用される。ISO 3744 に従って測定^{[ 4 ]}は、半無響室で機器の周囲の 6 ～ 12 の規定点で行われる。試験環境は屋内または屋外に設置できる。必要な環境は、広いオープンスペースまたは半無響室 (反射面上の自由音場) の硬い地面である。

選択された音源の表

オンラインソースからの例を表に示します。^{[ 5 ]} $自由空間内の全方向性点音源の場合、 LWA の$ 音響パワーは、0.2821 m の距離で 20 マイクロパスカルを超える dB の音圧レベルに等しくなります。 ^{[ 6 ]}

数学的定義

音響パワー（ $Pで表される）は$ ^[⁸^]で定義される。 $P=\mathbf {f} \cdot \mathbf {v} =Ap\,\mathbf {u} \cdot \mathbf {v} =Apv$ どこ

fは単位ベクトル

u

の音力です。

vは、

u

に沿った射影

vの

粒子速度です。

A

は面積です。

pは

音圧です。

媒質中の音響パワーは次のように表される。 $P={\frac {Ap^{2}}{\rho c}}\cos \theta ,$ どこ

A

は表面積です。

ρは

質量密度です。

cは

音速です。

θ

は、音の伝播方向と表面の法線との間の角度である。

pは

音圧です。

例えば、空気中の音圧レベルが $SPL$ = 85 dBまたは $p$ = 0.356 Pa ( $ρ$ =1.2 kg ⋅ m ⁻³および $c$ = $面積A$ の表面を通過する速度は343 m ⋅ s ⁻¹です。伝播方向に対して垂直な1 m ² $( θ$ = 0° ) の音響エネルギー束 $P$ =0.3 mW。

これは、ノイズを再び使用可能なエネルギーに変換する際に、捕捉装置における損失とともに考慮すべきパラメータです。

他の量との関係

音響パワーは音の強さと関係がある。 $P=AI,$ どこ

Aは

エリアを表します。

Iは

音の強さを表します。

音響パワーは音響エネルギー密度と関連している。 $P=Acw,$ どこ

cは

音速を表します。

w

は音エネルギー密度を表す。

音響パワーレベル

音響パワーレベル（SWL）または音響パワーレベルは、基準値に対する音のパワーの対数尺度です。音響パワーレベルは、 $L W$ と表記され、 dBで測定されます^{[ 9 ]}、次のように定義されます。 ^{[ 10 ]} $L_{W}={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\!~\mathrm {Np} =\log _{10}\!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\!~\mathrm {B} =10\log _{10}\!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} ,$ どこ

P

は音響パワーである。

P0 は

基準音響パワーです。

1 Np = 1は

ネーパーです。

1 B = 1 / 2 ln 10

はbelです。

1 dB = 1 / 20 ln 10 は

デシベルです。

空気中の一般的な基準音響パワーは^{[ 11 ]です。} $P_{0}=1~\mathrm {pW} .$ この基準を用いた音響パワーレベルの適切な表記は $L W /(1 pW)$ または $L W (re 1 pW)ですが、SI では認められていないものの、$ $dB SWL$ 、 $dB(SWL)$ 、 $dBSWL$ 、または $dB SWL$ という接尾辞表記が非常に一般的です。^{[ 12 ]}

基準音響パワー $P 0$ は、基準音響強度 $I 0$ = 1 pW/m ^{2の音響パワーが面積} $A 0$ = 1 m ²の表面を通過する際の音響パワーとして定義される。 $P_{0}=A_{0}I_{0},$ したがって、基準値 $P 0$ = 1 pWとなります。

音圧レベルとの関係

音圧から音響パワーを算出する一般的な方法は以下のとおりです。 $L_{W}=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {A_{S}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} ,$ ここで、 $AS は$ 音源を完全に囲む表面の面積を表します。この表面はどのような形状でも構いませんが、音源を完全に囲む必要があります。

反射面（つまり地面）上の自由空間にある音源の場合、周囲温度の空気中では、音源から距離 $rにおける音響パワーレベルは、$ 音圧レベル(SPL)と近似的に次の関係にある^{[ 13 ]} $L_{W}=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {2\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} ,$ どこ

Lp は

音圧レベルです。

A 0

= 1 m² ;

2πr² は

半球の表面積を定義

する

。

rは

、半球が光源を完全に囲むのに十分な大きさでなければならない。

この方程式の導出： ${\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {AI}{A_{0}I_{0}}}\right)\\&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {A}{A_{0}}}\right)\!.\end{aligned}}$ 進行球面波の場合、

z 0 = p / v

は特性比音響インピーダンスです。

A = 4πr² は

球の表面積です

。

その結果、 $I=pv={\frac {p^{2}}{z_{0}}},$ また、定義により $I 0 = p 02 / z 0$ であり、ここで $p$ $0$ = 20 μPaは基準音圧であるため、 ${\begin{aligned}L_{W}&={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {p^{2}}{p_{0}^{2}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=\ln \!\left({\frac {p}{p_{0}}}\right)+{\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\\&=L_{p}+10\log _{10}\!\left({\frac {4\pi r^{2}}{A_{0}}}\right)\!~\mathrm {dB} .\end{aligned}}$

推定される音響パワーは、実際には距離に依存しません。計算に使用される音圧は、音の伝播における粘性効果を考慮しない限り、距離の影響を受ける可能性があります。

参考文献

1 2ロナルド・J・ベイケン、ロバート・F・オーリコフ（2000）。『音声と発話の臨床測定』。センゲージ・ラーニング。94ページ。ISBN 9781565938694。
↑ 「ISO 80000-8(en) 量と単位 - 音響」 . [ISO].
↑ "ISO 3744:2010(en) 音響学 - 音圧を用いた騒音源の音響パワーレベル及び音響エネルギーレベルの測定 - 反射面上の実質的に自由音場に対する工学的方法" . [ISO] . 2017年12月22日取得.
↑ 「掃除機に関するEU音響パワー規制」 [NTi Audio]。2017年12月19日。 2017年12月22日閲覧。
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↑ 「サウンドパワーレベル」
↑オールグッド、ダニエル C. (2012 年 2 月 15 日)。「NASA 技術レポートサーバー (NTRS)」。NASA。2021年 3 月 24 日に取得。NASAステニスでこれまでに観測された最大の音響パワーレベルは約 204 dB で、これは B-2 試験台上のサターン S-IC ステージに相当します。
↑ランダウとリフシッツ、「流体力学」、理論物理学講義、第6巻
↑「電気技術で使用される文字記号－第3部：対数および関連する量、ならびにそれらの単位」、 IEC 60027-3 Ed. 3.0、国際電気標準会議、2002年7月19日。
↑ Attenborough K、Postema M (2008)。音響学入門（ポケットサイズ版）。キングストン・アポン・ハル：ハル大学。doi ： 10.5281 / zenodo.7504060。ISBN 978-90-812588-2-1。
↑ Ross Roeser、Michael Valente、聴覚学: 診断(Thieme 2007)、p. 240。
↑ Thompson, A. および Taylor, BN sec 8.7、「対数量と単位：レベル、ネーパー、ベル」、国際単位系（SI）使用ガイド 2008 年版、NIST 特別刊行物 811、第 2 版（2008 年 11 月）、SP811 PDF
↑チャダートン、デイビッド V.『建築設備工学』 301、306、309、322頁。テイラー＆フランシス、2004年。ISBN 0-415-31535-2

外部リンク

音響パワーと音圧。原因と結果
音響等価法則としてのオームの法則。計算
平面進行音波に関連する音響量の関係
NIOSH電動工具データベース（ 2009年11月12日時点のアーカイブ）はWayback Machineに保存されています。
音響パワーテスト

[clinical-1] 1 2ロナルド・J・ベイケン、ロバート・F・オーリコフ（2000）。『音声と発話の臨床測定』。センゲージ・ラーニング。94ページ。ISBN 9781565938694。

[2] 「ISO 80000-8(en) 量と単位 - 音響」 . [ISO].

[3] "ISO 3744:2010(en) 音響学 - 音圧を用いた騒音源の音響パワーレベル及び音響エネルギーレベルの測定 - 反射面上の実質的に自由音場に対する工学的方法" . [ISO] . 2017年12月22日取得.

[4] 「掃除機に関するEU音響パワー規制」 [NTi Audio]。2017年12月19日。 2017年12月22日閲覧。

[5] 「Sound Power」 . The Engineering Toolbox . 2013年11月28日取得。

[6] 「サウンドパワーレベル」

[7] オールグッド、ダニエル C. (2012 年 2 月 15 日)。「NASA 技術レポートサーバー (NTRS)」。NASA。2021年 3 月 24 日に取得。NASAステニスでこれまでに観測された最大の音響パワーレベルは約 204 dB で、これは B-2 試験台上のサターン S-IC ステージに相当します。

[8] ランダウとリフシッツ、「流体力学」、理論物理学講義、第6巻

[IEC60027-3-9] 「電気技術で使用される文字記号－第3部：対数および関連する量、ならびにそれらの単位」、 IEC 60027-3 Ed. 3.0、国際電気標準会議、2002年7月19日。

[10] Attenborough K、Postema M (2008)。音響学入門（ポケットサイズ版）。キングストン・アポン・ハル：ハル大学。doi ： 10.5281 / zenodo.7504060。ISBN 978-90-812588-2-1。

[11] Ross Roeser、Michael Valente、聴覚学: 診断(Thieme 2007)、p. 240。

[NIST2008-12] Thompson, A. および Taylor, BN sec 8.7、「対数量と単位：レベル、ネーパー、ベル」、国際単位系（SI）使用ガイド 2008 年版、NIST 特別刊行物 811、第 2 版（2008 年 11 月）、SP811 PDF

[Chadderton-13] チャダートン、デイビッド V.『建築設備工学』 301、306、309、322頁。テイラー＆フランシス、2004年。ISBN 0-415-31535-2

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[ 3 ]

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音響パワーレベルL WA