Природа звуку та його фізичні характеристики - Студопедія

Акустика

Акустика - область фізики, що досліджує пружні коливання та хвилі від найнижчих частот до гранично високих (

1013 Гц). Сучасна акустика охоплює широке коло питань, у ній виділяють ряд розділів: фізична акустика, яка вивчає особливості поширення пружних хвиль у різних середовищах, - фізіологічна акустика, що вивчає пристрій і роботу звукосприймаючих та звукоутворюючих органів у людини та тварин, та ін У вузькому значенні слова під акустикою розуміють вчення про звук, тобто про пружні коливання і хвилі в газах, рідинах і твердих тілах, що сприймаються людським вухом (частоти від 16 до 20 000 Гц).

Звукові коливання та хвилі - окремий випадок механічних коливань і хвиль. Однак у зв'язку з важливістю акустичних понять для оцінки слухових відчуттів, а також у зв'язку з медичними додатками доцільно деякі питання розібрати спеціально.

Прийнято розрізняти такі звуки: 1) тони, чи музичні звуки; 2) шуми; 3) звукові удари.

Тоном називається звук, що є періодичним процесом. Якщо цей процесгармонічний,то тон називаєтьсяпростимабочистим,а відповідна плоска звукова хвиля описується рівнянням (5.48). Основною фізичною характеристикою чистого тону є частота.Ангармонійному (негармонійному)коливанню відповідаєскладний тон. Простий тон видає, наприклад, камертон, складний тон створюється музичними інструментами, апаратом мовлення (голосні звуки) тощо.

Складний тон можна розкласти на прості. Найменша частота n0 такого розкладання відповідаєосновному тону, інші гармоніки(обертони) мають частоти, рівні 2n0, 3n0 і т. д. Набір частот із зазначенням їх відносної інтенсивності (або амплітудиА)називаєтьсяакустичним спектром (див. § 5.4). Спектр складного тону лінійний; на рис. 6.1 показано акустичні спектри однієї і тієї ж ноти (n0 = 100 Гц), взятої на роялі (а) та кларнеті(б).Таким чином, акустичний спектр - важлива фізична характеристика складного тону.

Шумом називають звук, що відрізняється складною тимчасовою залежністю, що неповторюється.

До шуму відносяться звуки від вібрації машин, оплески, шум полум'я пальника, шарудіння, скрип, приголосні звуки мовлення і т.п.

Шум можна розглядати як поєднання складних тонів, що безладно змінюються. Якщо спробувати з певною мірою умовності розкласти шум у спектр, то виявиться, що цей спектр буде суцільним, наприклад, спектр, отриманий від шуму горіння бунзенівського газового пальника (рис. 6.2).

Звуковий удар -це короткочасний звуковий вплив:бавовна, вибух і т. п. Не слід плутати звуковий удар з ударною хвилею(див. § 5.9).

Енергетичною характеристикою звуку як механічної хвилі є інтенсивність (див. § 5.8).

На практиці для оцінки звуку зручніше використовувати не інтенсивність, азвуковий тиск,додатково виникає при проходженні звукових хвиль в рідкому або газоподібному середовищі. Для плоскої хвилі інтенсивність пов'язана зі звуковим тискомрзалежністю

де r - щільність середовища,з- Швидкість звуку.

Нормальне людське вухо сприймає досить широкий діапазонінтенсивностей звуку: наприклад, на частоті 1 кГц відI0 = 10 -12 Вт/м 2 абор0 = 2 • 10 -5 Па (поріг чутності) доImах = 10 Вт/м 2 аборmах = 60 Па (поріг больового відчуття). Відношення цих інтенсивностей дорівнює 10 13 тому зручніше використовувати логарифмічні одиниці (див. § 1.1) і логарифмічну шкалу. Шкала рівнів інтенсивностей звуку створюється так: значенняI0 приймають за початковий рівень шкали, будь-яку іншу інтенсивністьIвиражають через десятковий логарифм її відношення доI0 (у білах, див. § 1.1):

а для звукового тиску

При використанні децибелу відповідно маємо

Вимірювання звукового тиску в газах проводиться вимірювальним мікрофоном, який складається з датчика, що перетворює акустичну величину електричний сигнал, електронного підсилювача та електричного вимірювального приладу (рис. 6.3). Ця схема є окремим випадком загальної структурної схеми (див. § 17.1).

Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:

Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно

---