Teorie zvukového pole

Garant předmětu:

Ondřej Jiříček

Přednášející:

Milan Červenka, Ondřej Jiříček

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

Cílem předmětu je hlubší seznámení s teoretickými základy fyzikální akustiky. Ze základních předpokladů mechaniky tekutin jsou odvozeny rovnice kontinuity, pohybová rovnice Eulerova a Navierova-Stokesova a rovnice energetické bilance. Z těchto rovnic je v rámci akustické aproximace odvozena vlnová rovnice a některá její speciální řešení. Obecné řešení vlnové rovnice a rovnice Helmholtzovy je formulováno pomocí Helmholtzova-Kirchhoffova integrálu a integrálu Rayleighova. S jejich využitím jsou řešeny některé úlohy vyzařování a difrakce zvukových vln. Problematika popisu zvukového pole je dále rozvinuta pomocí metod Fourierovské akustiky.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/XP02TZP

Požadavky:

Základy fyziky. Základy vektorové analýzy. Základy Fourierovy transformace. Ke zkoušce není požadován zápočet.

Osnova přednášek:

1.Opakování: diferenciální operátory, Gaussova věta, vlnová rovnice v 1D, metoda charakteristik, d'Alembertovo řešení vlnové rovnice.

2.Vlnová rovnice ve 3D: rovinná vlna, kulová vlna, válcová vlna.

3.Akustická částice, Lagrangeova a Eulerova metoda popisu pohybu tekutiny, totální, lokální a konvektivní derivace, rovnice kontinuity.

4.Eulerova a Navierova-Stokesova pohybová rovnice, viskozita, vírové a nevírové pole, rychlostní potenciál.

5.Energetická bilance v tekutině, stavová rovnice.

6.Akustická aproximace rovnic mechaniky tekutin, vlnová rovnice pro akustický tlak a rychlostní potenciál.

7.Akustická intenzita, hustota energie zvukového pole, rovinná zvuková vlna, specifická akustická impedance, reprezentace pole pomocí fázorů.

8.Zvukové pole v okolí pulsující koule, vyzařovaný výkon, bodový zdroj zvukového pole, objemový zdroj zvukového pole.

9.Homogenní a nehomogenní Helmholtzova rovnice, Greenova funkce pro volné pole.

10.Helmholtzův-Kirchhoffův integrál, aplikace na objemový zdroj zvukového pole, Sommerfeldova vyzařovací podmínka.

11.Rayleighův integrál, aproximace pro výpočet vzdáleného pole, vzdálené pole kruhového pístu, směrovost.

12.Zvukové pole v ose kruhového pístu, blízké pole, přechod do pole vzdáleného, Rayleighova vzdálenost.

13.Fourierova transformace transientního zvukového pole, difrakce rovinné vlny na kruhovém otvoru.

14.Fourierovská akustika: popis vyzařování zvuku, evanescentní vlny, akustická holografie.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

1.D. T. Blackstock, Fundamentals of Physical Acoustics, Wiley-Interscience, 2000.

2.P. M. Morse, K. Uno Ingard, Theoretical Acoustics, Princeton University Press, 1987.

3.E. G. Williams, Fourier Acoustics: Sound Radiation and Nearfield Acoustical Holography, Academic Press, 1999.

4.Z. Škvor, Elektroakustika a akustika, Vydavatelství ČVUT Praha, 2012.

5.J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, Roberts and Company Publishers, 2004.

6.D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Addison Wesley, 1999.

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/XP02TZP

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St	místnost T2:B2-48 Červenka M. 14:30–16:00 (přednášková par. 1) Dejvice Konzultační
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Doktorské studium, prezenční forma (povinně volitelný předmět)
• Doktorské studium, kombinovaná forma (povinně volitelný předmět)
• Doktorské studium, strukturované prezenční (povinně volitelný předmět)
• Doktorské studium, strukturované kombinované (povinně volitelný předmět)