Пеенето на птици, шумът на дъжд и вятър, гръмотевици, музика - всичко, което чуваме, смятаме за звук.

От научна гледна точка звукът е физическо явление, което е механични вибрации, разпространяващи се в твърда, течна и газообразна среда. Те предизвикват слухови усещания.

Как възниква звукова вълна?

Кликнете върху снимката

Всички звуци се разпространяват под формата на еластични вълни. И вълните възникват под действието на еластични сили, които се появяват, когато тялото се деформира. Тези сили се стремят да върнат тялото в първоначалното му състояние. Например опъната струна в неподвижно състояние не звучи. Но трябва само да го отместите настрани, тъй като под въздействието на силата на еластичността, той ще се стреми да заеме първоначалната си позиция. Вибрирайки, той се превръща в източник на звук.

Всяко осцилиращо тяло може да бъде източник на звук, например тънка стоманена плоча, фиксирана от едната страна, въздух в музикален духов инструмент, гласни струничовек, звънец и др.

Какво се случва във въздуха, когато възникне вибрация?

Като всеки газ, въздухът има еластичност. Той издържа на компресия и веднага започва да се разширява, когато налягането се намали. Той равномерно прехвърля всеки натиск върху него различни страни.

Ако рязко компресирате въздуха с помощта на бутало, тогава налягането веднага ще се увеличи на това място. Той веднага ще бъде прехвърлен в съседните слоеве въздух. Те ще се свият и налягането в тях ще се увеличи, а в предишния слой ще намалее. Така че по веригата, редуващи се зони на високо и ниско налягане се предават по-нататък.

Отклонявайки се последователно в страни, звучащата струна компресира въздуха първо в една посока, а след това в обратната посока. В посоката, в която струната се е отклонила, налягането става с известно количество по-високо от атмосферното. ОТ обратната странаналягането намалява със същото количество, тъй като въздухът там е разреден. Компресията и разреждането ще се редуват и ще се разпространяват в различни посоки, причинявайки въздушни вибрации. Тези вибрации се наричат звукова вълна . И се нарича разликата между атмосферното налягане и налягането в слой на компресия или разреждане на въздуха акустичен, или звуково налягане.

Кликнете върху снимката

Звуковата вълна се разпространява не само във въздуха, но и в течни и твърди среди. Например, водата е отличен проводник на звука. Чуваме удара на скала под водата. Шумът на витлата на надводен кораб улавя акустиката на подводницата. Ако поставим ръчен часовник на единия край на дървена дъска, тогава, като поставим ухото си на противоположния край на дъската, ще чуем как тиктака.

Ще бъдат ли звуците различни във вакуум? Английският физик, химик и теолог Робърт Бойл, живял през 17 век, поставил часовник в стъклен съд, от който изпомпвал въздуха. Не чу тиктакането на часовника. Това означаваше, че звуковите вълни не се разпространяват в безвъздушно пространство.

Характеристики на звуковата вълна

Формата на звуковите вибрации зависи от източника на звук. Повечето проста формаимат равномерни или хармонични вибрации. Те могат да бъдат представени като синусоида. Такива трептения се характеризират с амплитуда, дължина на вълната и честота на разпространение на трептенията.

Амплитуда

Амплитуда обикновено се нарича максимално отклонениетела от равновесно положение.

Тъй като звуковата вълна се състои от редуващи се области на високо и ниско налягане, тя често се смята за процес на разпространение на колебанията на налягането. Затова говорят за амплитуда на въздушното налягане на вълна.

Силата на звука зависи от амплитудата. Колкото повече е, толкова по-силен звук.

Всеки звук на човешката реч има форма на вибрации, присъща само на него. Така формата на вибрациите на звука "а" се различава от формата на вибрациите на звука "б".

Честота и период на вълната

Броят на вибрациите в секунда се нарича честота на вълната .

f = 1/T

където T е периодът на трептене. Това е времето, необходимо за възникване на едно пълно трептене.

как по-дълъг период, толкова по-ниска е честотата и обратно.

Единицата за честота в международната система за измерване SI е херц (Hz). 1 Hz е едно трептене в секунда.

1 Hz = 1 s -1 .

Например честота от 10 Hz означава 10 трептения за 1 секунда.

1000 Hz = 1 kHz

Стъпката зависи от честотата на вибрациите. Колкото по-висока е честотата, толкова по-висок е тонът на звука.

Човешкото ухо не е способно да възприема всички звукови вълни, а само тези, които имат честота от 16 до 20 000 Hz. Именно тези вълни се считат за звукови вълни. Вълните с честота под 16 Hz се наричат ​​инфразвукови, а тези над 20 000 Hz ултразвукови.

Човек не възприема нито инфразвукови, нито ултразвукови вълни. Но животните и птиците могат да чуят ултразвук. Например обикновена пеперуда различава звуци с честота от 8000 до 160 000 Hz. Обхватът, възприеман от делфините, е още по-широк, варира от 40 до 200 хиляди Hz.

Дължина на вълната

Дължина на вълната наричаме разстоянието между две най-близки точки на хармонична вълна, които са в една и съща фаза, например между два гребена. Обозначен като ƛ .

За време, равно на един период, една вълна изминава разстояние, равно на нейната дължина.

Скорост на разпространение на вълната

v = ƛ /T

защото T = 1/f

тогава v = ƛ f

Скорост на звука

Опитите да се определи скоростта на звука с помощта на експерименти са направени през първата половина на 17 век. Английският философ Франсис Бейкън в своя труд "Новият органон" предлага свой собствен начин за решаване на този проблем, основан на разликата в скоростите на светлината и звука.

Известно е, че скоростта на светлината е много по-висока от скоростта на звука. Следователно по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица и едва след това чуваме гръм. Знаейки разстоянието между източника на светлина и звук и наблюдателя, както и времето между светкавицата и звука, може да се изчисли скоростта на звука.

Идеята на Бейкън е използвана от френския учен Марин Марсен. Наблюдател на известно разстояние от човека, който стреля с мускета, записва времето, изминало от светкавицата до звука на изстрела. След това разстоянието беше разделено на времето, за да се получи скоростта на звука. Според резултатите от експеримента скоростта е равна на 448 m/s. Беше груба оценка.

AT началото на XIXвек група учени от Парижката академия на науките повториха този опит. Според техните изчисления скоростта на светлината е била 350-390 m/s. Но и тази цифра не беше точна.

Теоретично Нютон се опита да изчисли скоростта на светлината. Той базира изчисленията си на закона на Бойл-Мариот, който описва поведението на газа в изотермичен процес (при постоянна температура). И това се случва, когато обемът на газа се променя много бавно, като има време да даде околен святтоплината в него.

Нютон също приема, че между зоните на компресия и разреждане температурата се изравнява бързо. Но тези условия не съществуват в звукова вълна. Въздухът не провежда топлина добре и разстоянието между слоевете на компресия и разреждане е голямо. Топлината от компресионния слой няма време да премине в слоя за разреждане. И между тях има температурна разлика. Следователно изчисленията на Нютон се оказват грешни. Те дадоха цифра от 280 m / s.

Френският учен Лаплас успя да обясни, че грешката на Нютон е, че звукова вълна се разпространява във въздуха в адиабатен условия при различни температури. Според изчисленията на Лаплас скоростта на звука във въздуха при температура 0 o C е 331,5 m/s. Освен това се увеличава с повишаване на температурата. И когато температурата се повиши до 20 ° C, тя вече ще бъде равна на 344 m / s.

Звуковите вълни се движат с различни скорости в различни среди.

За газове и течности скоростта на звука се изчислява по формулата:

където с - скорост на звука,

β - адиабатна свиваемост на средата,

ρ - плътност.

Както се вижда от формулата, скоростта зависи от плътността и свиваемостта на средата. Във въздуха е по-малко, отколкото в течността. Например, във вода при температура 20 ° C, тя е равна на 1484 m / s. Освен това, колкото по-висока е солеността на водата, толкова по-бързо се разпространява звукът в нея.

За първи път скоростта на звука във вода е измерена през 1827 г. Този експеримент донякъде напомня на измерването на скоростта на светлината от Марен Марсен. От страната на една лодка във водата беше спусната камбана. На разстояние повече от 13 км от първата лодка беше втората. На първата лодка камбаната беше ударена и едновременно с това беше запален барут. На втората лодка беше записано времето на светкавицата и след това времето на пристигането на звука от камбаната. Като разделим разстоянието на времето, получаваме скоростта на звуковата вълна във водата.

Звукът има най-висока скорост в твърда среда. Например в стоманата тя достига повече от 5000 m/s.

18 февруари 2016 г

Светът на домашните забавления е доста разнообразен и може да включва: гледане на филм на добра система за домашно кино; завладяващ и завладяващ процес на играили слушане на музика. По правило всеки намира нещо свое в тази област или комбинира всичко наведнъж. Но каквито и цели да преследва човек при организирането на свободното си време и до каква крайност да стигне, всички тези връзки са здраво свързани с една проста и разбираема дума - "звук". Наистина, във всички тези случаи ще бъдем водени за дръжката от саундтрака. Но този въпрос не е толкова прост и тривиален, особено в случаите, когато има желание да се постигне висококачествен звук в стая или други условия. За да направите това, не винаги е необходимо да купувате скъпи hi-fi или hi-end компоненти (въпреки че ще бъде много полезно), но е достатъчно добро познаване на физическата теория, което може да елиминира повечето от проблемите, които възникват за всички който има за цел да получи висококачествена гласова актьорска игра.

След това теорията на звука и акустиката ще бъде разгледана от гледна точка на физиката. AT този случайЩе се опитам да го направя възможно най-достъпен за разбирането на всеки човек, който може би е далеч от познаването на физическите закони или формули, но въпреки това страстно мечтае за осъществяването на мечтата за създаване на перфектна акустична система. Не си позволявам да твърдя, че за да постигна добри резултатив тази област у дома (или в колата например) е необходимо тези теории да се познават задълбочено, но разбирането на основите ще избегне много глупави и абсурдни грешки и също ще ви позволи да постигнете максимален ефектзвук от всяко системно ниво.

Обща теория на звука и музикална терминология

Какво е звук? Това е усещането, което слуховият орган възприема. "ухо"(самият феномен съществува дори без участието на „ухото“ в процеса, но е по-лесно да се разбере по този начин), което се случва, когато тъпанчето се възбуди от звукова вълна. Ухото в този случай действа като "приемник" на звукови вълни с различни честоти.
Звукова вълнаВсъщност това е последователна поредица от уплътнения и изхвърляния на средата (най-често въздушната среда при нормални условия) с различна честота. Природата на звуковите вълни е осцилаторна, причинена и произведена от вибрациите на всякакви тела. Възникването и разпространението на класическа звукова вълна е възможно в три еластични среди: газообразна, течна и твърда. Когато се появи звукова вълна в един от тези видове пространство, неизбежно настъпват някои промени в самата среда, например промяна в плътността или налягането на въздуха, движението на частици от въздушни маси и т.н.

Тъй като звуковата вълна има колебателен характер, тя има такава характеристика като честота. Честотаизмерва се в херци (в чест на немския физик Хайнрих Рудолф Херц) и обозначава броя на вибрациите за период от време, равен на една секунда. Тези. например честота от 20 Hz означава цикъл от 20 трептения за една секунда. Субективната представа за височината му също зависи от честотата на звука. Колкото повече звукови вибрации се правят в секунда, толкова "по-висок" изглежда звукът. Звуковата вълна има и друга важна характеристика, която има име - дължина на вълната. Дължина на вълнатаОбичайно е да се разглежда разстоянието, което звук с определена честота изминава за период, равен на една секунда. Например, дължината на вълната на най-ниския звук в чувания от човека обхват при 20 Hz е 16,5 метра, а дължината на вълната на най-високия звук при 20 000 Hz е 1,7 сантиметра.

Човешкото ухо е проектирано по такъв начин, че е в състояние да възприема вълни само в ограничен диапазон, приблизително 20 Hz - 20 000 Hz (в зависимост от характеристиките на конкретен човек, някой може да чуе малко повече, някой по-малко) . По този начин това не означава, че звуци под или над тези честоти не съществуват, те просто не се възприемат от човешкото ухо, излизайки извън чуваемия диапазон. Звук над чуваемия диапазон се нарича ултразвук, се извиква звук под чуваемия диапазон инфразвук. Някои животни могат да възприемат ултра и инфра звуци, някои дори използват този диапазон за ориентация в пространството (прилепи, делфини). Ако звукът преминава през среда, която не влиза в директен контакт с човешкия слухов орган, тогава такъв звук може да не се чуе или да бъде силно отслабен по-късно.

В музикалната терминология на звука има такива важни обозначения като октава, тон и обертон на звука. октаваозначава интервал, в който съотношението на честотите между звуците е 1 към 2. Една октава обикновено е много чуваема, докато звуците в този интервал могат да бъдат много подобни един на друг. Октава може да се нарече и звук, който прави два пъти повече вибрации от друг звук за същия период от време. Например, честота от 800 Hz не е нищо друго освен по-висока октава от 400 Hz, а честота от 400 Hz на свой ред е следващата октава звук с честота 200 Hz. Една октава се състои от тонове и обертонове. Променливите трептения в хармонична звукова вълна с една честота се възприемат от човешкото ухо като музикален тон. Високочестотните вибрации могат да се интерпретират като високи звуци, нискочестотните вибрации като ниски звуци. Човешкото ухо е в състояние ясно да различи звуци с разлика от един тон (в диапазона до 4000 Hz). Въпреки това в музиката се използват изключително малък брой тонове. Това се обяснява от съображенията на принципа на хармоничното съзвучие, всичко се основава на принципа на октавите.

Помислете за теорията на музикалните тонове, използвайки примера на опъната по определен начин струна. Такава струна, в зависимост от силата на опън, ще бъде "настроена" на една определена честота. Когато тази струна е изложена на нещо с една специфична сила, което ще я накара да вибрира, един специфичен тон на звука ще бъде постоянно наблюдаван, ние ще чуем желаната честота на настройка. Този звук се нарича основен тон. За основен тон в музикалното поле официално е приета честотата на нотата "ла" от първа октава, равна на 440 Hz. Повечето музикални инструменти обаче никога не възпроизвеждат сами чисти основни тонове; те неизбежно са придружени от обертонове, т.нар. обертонове. Тук е уместно да си припомним една важна дефиниция на музикалната акустика, понятието звуков тембър. Тембър- това е характеристика на музикалните звуци, която придава на музикалните инструменти и гласове тяхната уникална разпознаваема специфичност на звука, дори когато се сравняват звуци с еднаква височина и сила. Тембърът на всеки музикален инструмент зависи от разпределението на звуковата енергия върху обертоновете в момента на появата на звука.

Обертоновете формират специфичен цвят на основния тон, по който лесно можем да идентифицираме и разпознаем определен инструмент, както и ясно да различим неговия звук от друг инструмент. Има два вида обертонове: хармонични и нехармонични. Хармонични обертоновепо дефиниция са кратни на основната честота. Напротив, ако обертоновете не са кратни и забележимо се отклоняват от стойностите, тогава те се наричат нехармоничен. В музиката работата с немножествени обертонове е практически изключена, поради което терминът се свежда до понятието "обертон", което означава хармоничен. За някои инструменти, например пианото, основният тон дори няма време да се формира, за кратък период звуковата енергия на обертоновете се увеличава и след това спадът настъпва също толкова бързо. Много инструменти създават така наречения ефект на "преходен тон", когато енергията на определени обертонове е максимална в определен момент от време, обикновено в самото начало, но след това рязко се променя и преминава към други обертонове. Честотният диапазон на всеки инструмент може да се разглежда отделно и обикновено е ограничен от честотите на основните тонове, които този конкретен инструмент може да възпроизведе.

В теорията на звука има и такова нещо като ШУМ. Шум- това е всеки звук, който е създаден от комбинация от източници, които са несъвместими един с друг. Всеки добре познава шума от листата на дърветата, люлеещи се от вятъра и т.н.

Какво определя силата на звука?Очевидно е, че подобно явление зависи пряко от количеството енергия, пренасяно от звуковата вълна. За определяне на количествените показатели на силата на звука има понятие - интензивност на звука. Интензивност на звукасе определя като поток от енергия, преминаващ през някаква област от пространството (например cm2) за единица време (например за секунда). При нормален разговор интензитетът е около 9 или 10 W/cm2. Човешкото ухо е способно да възприема звуци широк обхватчувствителност, докато чувствителността на честотите не е еднаква в звуковия спектър. Така че най-добре възприеманият честотен диапазон е 1000 Hz - 4000 Hz, който най-широко обхваща човешката реч.

Тъй като звуците се различават толкова много по интензитет, по-удобно е да ги разглеждаме като логаритмична стойност и да я измерваме в децибели (след шотландския учен Александър Греъм Бел). Долен праг на слухова чувствителност човешко ухое 0 dB, горната 120 dB, нарича се още " праг на болка". Горна границачувствителността също се възприема от човешкото ухо не е същата, а зависи от конкретната честота. Нискочестотните звуци трябва да имат много по-голям интензитет от високите честоти, за да предизвикат праг на болка. Например, прагът на болка при ниска честота от 31,5 Hz възниква при ниво на интензитет на звука от 135 dB, когато при честота от 2000 Hz усещането за болка се появява вече при 112 dB. Съществува и понятието звуково налягане, което всъщност разширява обичайното обяснение за разпространението на звукова вълна във въздуха. Звуково налягане- това е променливо свръхналягане, което възниква в еластична среда в резултат на преминаването на звукова вълна през нея.

Вълнова природа на звука

За да разберете по-добре системата за генериране на звукови вълни, представете си класически високоговорител, разположен в тръба, пълна с въздух. Ако високоговорителят направи рязко движение напред, тогава въздухът в непосредствена близост до дифузора се компресира за момент. След това въздухът ще се разшири, като по този начин ще избута зоната на сгъстен въздух по тръбата.
Това вълново движение впоследствие ще бъде звуково, когато достигне слухов органи "вълнувам" тъпанче. Когато в газ възникне звукова вълна, се създава свръхналягане и плътност и частиците се движат с постоянна скорост. Относно звуковите вълни е важно да запомните факта, че веществото не се движи заедно със звуковата вълна, а възниква само временно смущение на въздушните маси.

Ако си представим окачено бутало свободно пространствовърху пружина и извършване на повтарящи се движения "напред и назад", тогава такива трептения ще се наричат ​​хармонични или синусоидални (ако представим вълната под формата на графика, тогава в този случай получаваме чиста синусоида с повтарящи се възходи и спадове ). Ако си представим високоговорител в тръба (както в примера, описан по-горе), извършващ хармонични трептения, тогава в момента, в който говорителят се движи „напред“, се получава вече познатият ефект на компресия на въздуха, а когато говорителят се движи „назад“ , се получава обратният ефект на разреждането. В този случай през тръбата ще се разпространи вълна от редуващи се компресии и разреждане. Разстоянието по дължината на тръбата между съседни максимуми или минимуми (фази) ще бъде наречено дължина на вълната. Ако частиците осцилират успоредно на посоката на разпространение на вълната, тогава вълната се нарича надлъжно. Ако те трептят перпендикулярно на посоката на разпространение, тогава вълната се нарича напречен. Обикновено звуковите вълни в газовете и течностите са надлъжни, докато в твърдите тела могат да възникнат вълни и от двата вида. напречни вълни в твърди веществапоради устойчивост на промяна на формата. Основната разлика между тези два вида вълни е, че напречната вълна има свойството на поляризация (колебанията се появяват в определена равнина), докато надлъжната вълна няма.

Скорост на звука

Скоростта на звука зависи пряко от характеристиките на средата, в която се разпространява. Определя се (зависим) от две свойства на средата: еластичност и плътност на материала. Скоростта на звука в твърди тела, съответно, директно зависи от вида на материала и неговите свойства. Скоростта в газообразни среди зависи само от един вид деформация на средата: компресия-разреждане. Промяната на налягането в звукова вълна става без топлообмен с околните частици и се нарича адиабатна.
Скоростта на звука в газа зависи главно от температурата - тя нараства с повишаване на температурата и намалява с понижаване. Също така скоростта на звука в газова среда зависи от размера и масата на самите газови молекули – колкото по-малки са масата и размерите на частиците, толкова по-голяма е „проводимостта“ на вълната и съответно скоростта.

В течни и твърди среди принципът на разпространение и скоростта на звука са подобни на това как вълната се разпространява във въздуха: чрез компресия-разряд. Но в тези среди, в допълнение към същата зависимост от температурата, плътността на средата и нейният състав/структура са доста важни. Колкото по-ниска е плътността на веществото, толкова по-висока е скоростта на звука и обратно. Зависимостта от състава на средата е по-сложна и се определя във всеки конкретен случай, като се отчита разположението и взаимодействието на молекулите/атомите.

Скорост на звука във въздуха при t, °C 20: 343 m/s
Скорост на звука в дестилирана вода при t, °C 20: 1481 m/s
Скорост на звука в стомана при t, °C 20: 5000 m/s

Стоящи вълни и смущения

Когато високоговорителят създава звукови вълни в затворено пространство, неизбежно възниква ефектът на отразяване на вълната от границите. В резултат на това най-често ефект на смущение- когато две или повече звукови вълни се наслагват една върху друга. Частни случаи на явлението интерференция са образуването на: 1) биещи вълни или 2) стоящи вълни. Ударът на вълните- това е случаят, когато има добавяне на вълни с близки честоти и амплитуди. Моделът на възникване на удари: когато две вълни с подобна честота се наслагват една върху друга. В даден момент от времето, при такова припокриване, пиковете на амплитудата могат да съвпаднат "във фаза", а също и спадовете в "антифаза" също могат да съвпаднат. Така се характеризират звуковите удари. Важно е да запомните, че за разлика от стоящите вълни, фазовите съвпадения на пиковете не се случват постоянно, а на определени интервали от време. На ухо такъв модел на удари се различава доста ясно и се чува съответно като периодично увеличаване и намаляване на силата на звука. Механизмът за възникване на този ефект е изключително прост: в момента на съвпадение на пикове, обемът се увеличава, в момента на съвпадение на рецесии, обемът намалява.

стоящи вълнивъзникват при наслагване на две вълни с еднаква амплитуда, фаза и честота, когато при "срещането" на такива вълни едната се движи в права посока, а другата в обратна посока. В областта на пространството (където се е образувала стояща вълна) възниква картина на суперпозиция на две честотни амплитуди с редуващи се максимуми (т.нар. антиноди) и минимуми (т.нар. възли). При възникването на това явление изключително важни са честотата, фазата и коефициентът на затихване на вълната в мястото на отражение. За разлика от пътуващите вълни, при стоящата вълна няма пренос на енергия поради факта, че предната и обратната вълна, които образуват тази вълна, пренасят енергия в равни количества в права и обратна посока. За визуално разбиране на възникването на стояща вълна, нека си представим пример от домашната акустика. Да кажем, че имаме високоговорители, стоящи на пода в някакво ограничено пространство (стая). Като ги накараш да пуснат някоя песен с голямо количествобас, нека се опитаме да променим местоположението на слушателя в стаята. По този начин слушателят, попаднал в зоната на минимум (изваждане) на стоящата вълна, ще почувства ефекта, че басът е станал много малък, а ако слушателят влезе в зоната на максимум (добавяне) на честоти, тогава обратното се получава ефект на значително увеличение на басовата област. В този случай ефектът се наблюдава във всички октави на основната честота. Например, ако базовата честота е 440 Hz, тогава явлението "събиране" или "изваждане" ще се наблюдава и при честоти от 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz и т.н.

Резонансно явление

Повечето твърди вещества имат собствена резонансна честота. Разбирането на този ефект е доста просто на примера на конвенционална тръба, отворена само в единия край. Представете си ситуация, в която в другия край на тръбата е свързан високоговорител, който може да възпроизвежда такъв постоянна честота, може да се промени и по-късно. Сега, тръбата има своя собствена резонансна честота, с прости думи, това е честотата, на която тръбата "резонира" или издава собствен звук. Ако честотата на високоговорителя (в резултат на настройка) съвпада с резонансната честота на тръбата, тогава ще има ефект на увеличаване на силата на звука няколко пъти. Това е така, защото високоговорителят възбужда вибрациите на въздушния стълб в тръбата със значителна амплитуда, докато се намери същата „резонансна честота“ и се появи ефектът на добавяне. Полученият феномен може да бъде описан по следния начин: Тръбата в този пример "помага" на говорещия, като резонира на определена честота, усилията им се сумират и "изливат" в доловим силен ефект. На примера на музикалните инструменти това явление лесно се проследява, тъй като дизайнът на мнозинството съдържа елементи, наречени резонатори. Не е трудно да се познае какво служи за усилване на определена честота или музикален тон. Например: тяло на китара с резонатор под формата на дупка, съобразена с обема; Дизайнът на тръбата при флейтата (и всички тръби като цяло); Цилиндричната форма на тялото на барабана, която сама по себе си е резонатор с определена честота.

Честотен спектър на звука и честотна характеристика

Тъй като на практика практически няма вълни с еднаква честота, става необходимо да се разложи целият звуков спектър на звуковия диапазон на обертонове или хармоници. За тези цели има графики, които показват зависимостта на относителната енергия на звуковите вибрации от честотата. Такава графика се нарича графика на звуковия честотен спектър. Честотен спектър на звукаИма два вида: дискретни и непрекъснати. Диаграмата на дискретния спектър показва честотите поотделно, разделени с празни интервали. В непрекъснатия спектър всички звукови честоти присъстват наведнъж.
В случай на музика или акустика най-често се използва обичайният график. Характеристики от пик до честота(съкратено "AFC"). Тази графика показва зависимостта на амплитудата на звуковите вибрации от честотата в целия честотен спектър (20 Hz - 20 kHz). Гледайки такава графика, е лесно да се разбере, например, силно или слаби страниконкретен високоговорител или система от високоговорители като цяло, най-силните зони на връщане на енергия, спадове и покачвания на честотата, затихване, както и проследяване на стръмността на спада.

Разпространение на звукови вълни, фаза и противофаза

Процесът на разпространение на звуковите вълни се извършва във всички посоки от източника. Най-простият примерза да разберем този феномен: камъче, хвърлено във водата.
От мястото, където падна камъкът, вълните започват да се разпръскват по повърхността на водата във всички посоки. Но нека си представим ситуация с високоговорител с определен обем, да кажем затворена кутия, която е свързана към усилвател и възпроизвежда някакъв музикален сигнал. Лесно се забелязва (особено ако подадете мощен нискочестотен сигнал, като бас барабан), че високоговорителят прави бързо движение "напред", а след това същото бързо движение "назад". Остава да разберем, че когато високоговорителят се движи напред, той излъчва звукова вълна, която чуваме след това. Но какво се случва, когато високоговорителят се движи назад? Но парадоксално се случва същото, високоговорителят издава същия звук, само че той се разпространява в нашия пример изцяло в обема на кутията, без да излиза извън нея (кутията е затворена). Като цяло в горния пример можете да наблюдавате доста интересни неща физични явления, най-значимата от които е концепцията за фаза.

Звуковата вълна, която говорещият, бидейки в обем, излъчва по посока на слушателя - е "във фаза". Обратната вълна, която отива в обема на кутията, ще бъде съответно противофазна. Остава само да разберем какво означават тези понятия? Фаза на сигнала- това е нивото на звуково налягане в момента в дадена точка от пространството. Фазата се разбира най-лесно чрез примера за възпроизвеждане на музикален материал от конвенционална стерео двойка домашни високоговорители, стоящи на пода. Да си представим, че две такива подови колони са монтирани в дадена стая и свирят. И двата високоговорителя в този случай възпроизвеждат синхронен променлив сигнал за звуково налягане, освен това звуковото налягане на единия високоговорител се добавя към звуковото налягане на другия високоговорител. Подобен ефект възниква поради синхронизма на възпроизвеждане на сигнала от левия и десния високоговорител, съответно, с други думи, върховете и долините на вълните, излъчвани от левия и десния високоговорител, съвпадат.

Сега нека си представим, че звуковото налягане все още се променя по същия начин (те не са се променили), но сега те са противоположни едно на друго. Това може да се случи, ако свържете един от двата високоговорителя с обратен поляритет ("+" кабел от усилвателя към "-" клема на системата от високоговорители и "-" кабел от усилвателя към "+" клема на високоговорителя система). В този случай противоположният по посока сигнал ще предизвика разлика в налягането, която може да бъде представена като числа, както следва: левият високоговорител ще създаде налягане от "1 Pa", а десният високоговорител ще създаде налягане от "минус 1 Pa ". В резултат на това общата сила на звука в позицията на слушателя ще бъде равна на нула. Това явление се нарича антифаза. Ако разгледаме примера по-подробно за разбиране, се оказва, че две динамики, играещи "във фаза", създават едни и същи области на компресия и разреждане на въздуха, които всъщност си помагат взаимно. В случай на идеализирана антифаза, зоната на уплътняване на въздушното пространство, създадена от един високоговорител, ще бъде придружена от зона на разреждане на въздушното пространство, създадена от втория високоговорител. Изглежда приблизително като явлението взаимно синхронно затихване на вълните. Вярно е, че на практика силата на звука не пада до нула и ще чуем силно изкривен и отслабен звук.

Най-достъпно това явление може да се опише по следния начин: два сигнала с еднакви трептения (честота), но изместени във времето. С оглед на това е по-удобно да се представят тези явления на изместване, като се използва примерът на обикновени кръгли часовници. Нека си представим, че на стената висят няколко еднакви кръгли часовника. Когато секундните стрелки на тези часовници работят в синхрон, 30 секунди на единия часовник и 30 секунди на другия, тогава това е пример за сигнал, който е във фаза. Ако секундните стрелки вървят с изместване, но скоростта е все същата, например на един часовник 30 секунди, а на другия 24 секунди, тогава това е класически пример за фазово изместване (изместване). По същия начин фазата се измерва в градуси във виртуален кръг. В този случай, когато сигналите са изместени един спрямо друг на 180 градуса (половината от периода), се получава класическа антифаза. Често в практиката има малки фазови отмествания, които също могат да бъдат определени в градуси и успешно елиминирани.

Вълните са плоски и сферични. Плоският вълнов фронт се разпространява само в една посока и рядко се среща на практика. Сферичният вълнов фронт е прост тип вълна, която се излъчва от една точка и се разпространява във всички посоки. Звуковите вълни имат свойството дифракция, т.е. способността да се избягват препятствия и предмети. Степента на обвивката зависи от съотношението на дължината на звуковата вълна към размерите на препятствието или дупката. Дифракция възниква и когато има препятствие по пътя на звука. В този случай са възможни два сценария: 1) Ако размерите на препятствието са много по-големи от дължината на вълната, тогава звукът се отразява или поглъща (в зависимост от степента на поглъщане на материала, дебелината на препятствието и т.н.). ), а зад препятствието се образува зона на "акустична сянка". 2) Ако размерите на препятствието са сравними с дължината на вълната или дори по-малки от нея, тогава звукът се дифрагира до известна степен във всички посоки. Ако звукова вълна, когато се движи в една среда, удари интерфейса с друга среда (например въздушна среда с твърда среда), тогава могат да възникнат три сценария: 1) вълната ще се отрази от границата 2) вълната може да премине в друга среда без промяна на посоката 3) вълна може да премине в друга среда с промяна на посоката на границата, това се нарича "пречупване на вълната".

Съотношението на свръхналягането на звуковата вълна към осцилаторната обемна скоростнаречено вълново съпротивление. С прости думи, вълново съпротивление на средатаможе да се нарече способността да се абсорбират звукови вълни или да им се „съпротивлява“. Коефициентите на отражение и предаване пряко зависят от съотношението на вълновите импеданси на двете среди. Вълновото съпротивление в газова среда е много по-ниско, отколкото във вода или твърди вещества. Следователно, ако звукова вълна във въздуха падне върху твърд обект или върху повърхността на дълбока вода, тогава звукът или се отразява от повърхността, или се абсорбира до голяма степен. Зависи от дебелината на повърхността (водна или твърда), върху която пада желаната звукова вълна. При малка дебелина на твърда или течна среда звуковите вълни почти напълно "преминават" и обратно, при голяма дебелина на средата, вълните се отразяват по-често. В случай на отразяване на звукови вълни, този процес се извършва съгласно добре познатия физичен закон: "Ъгълът на падане равен на ъгълаотражение". В този случай, когато вълна от среда с по-ниска плътност удари границата със среда с по-висока плътност, явлението пречупване. Състои се в огъване (пречупване) на звукова вълна след "среща" с препятствие и задължително е придружено от промяна на скоростта. Пречупването зависи и от температурата на средата, в която се получава отражението.

В процеса на разпространение на звуковите вълни в пространството, тяхната интензивност неизбежно намалява, можем да кажем затихването на вълните и отслабването на звука. На практика е доста лесно да се сблъскате с такъв ефект: например, ако двама души застанат в поле на някакво близко разстояние (метър или по-близо) и започнат да говорят помежду си. Ако впоследствие увеличите разстоянието между хората (ако те започнат да се отдалечават един от друг), същото ниво на силата на звука при разговор ще става все по-слабо чуваемо. Подобен пример ясно демонстрира феномена на намаляване на интензитета на звуковите вълни. Защо се случва това? Причината за това са различните процеси на топлообмен, молекулно взаимодействие и вътрешно триене на звуковите вълни. Най-често в практиката се получава преобразуване на звуковата енергия в топлинна. Такива процеси неизбежно възникват във всяка от 3-те среди за разпространение на звука и могат да бъдат характеризирани като абсорбция на звукови вълни.

Интензитетът и степента на поглъщане на звуковите вълни зависи от много фактори, като налягане и температура на средата. Освен това абсорбцията зависи от конкретната честота на звука. Когато звукова вълна се разпространява в течности или газове, има ефект на триене между различни частици, който се нарича вискозитет. В резултат на това триене, молекулярно нивои протича процесът на трансформация на вълната от звук в топлина. С други думи, колкото по-висока е топлопроводимостта на средата, толкова по-ниска е степента на поглъщане на вълната. Звукопоглъщането в газообразни среди също зависи от налягането (атмосферното налягане се променя с увеличаване на надморската височина спрямо морското равнище). Що се отнася до зависимостта на степента на абсорбция от честотата на звука, тогава като се вземат предвид горните зависимости на вискозитета и топлопроводимостта, абсорбцията на звука е толкова по-висока, колкото по-висока е неговата честота. Например, когато нормална температураи налягане, във въздуха поглъщането на вълна с честота 5000 Hz е 3 dB/km, а поглъщането на вълна с честота 50000 Hz ще бъде вече 300 dB/m.

В твърди среди всички горепосочени зависимости (топлопроводимост и вискозитет) се запазват, но към това се добавят още няколко условия. Те са свързани с молекулярната структура на твърдите материали, която може да бъде различна, със собствени нехомогенности. В зависимост от тази вътрешна твърда молекулярна структура, абсорбцията на звуковите вълни в този случай може да бъде различна и зависи от вида на конкретния материал. Когато звукът преминава през твърдо тяло, вълната претърпява поредица от трансформации и изкривявания, което най-често води до разсейване и поглъщане на звуковата енергия. На молекулярно ниво може да възникне ефектът на дислокациите, когато звукова вълна предизвиква изместване на атомни равнини, които след това се връщат в първоначалното си положение. Или движението на дислокациите води до сблъсък с перпендикулярни на тях дислокации или дефекти в кристалната структура, което причинява тяхното забавяне и в резултат на това известно поглъщане на звуковата вълна. Въпреки това, звуковата вълна може също да резонира с тези дефекти, което ще доведе до изкривяване на оригиналната вълна. Енергията на звукова вълна в момента на взаимодействие с елементите на молекулярната структура на материала се разсейва в резултат на процеси на вътрешно триене.

В ще се опитам да анализирам особеностите на човешкото слухово възприятие и някои от тънкостите и особеностите на разпространението на звука.

Звукови (или акустични) вълни се наричат ​​еластични вълни, разпространяващи се в среда с честоти в диапазона 16-20 000 Hz. Вълни от тези честоти, действащи върху слуховия апарат на човека, предизвикват усещане за звук. Вълни с v< 16 Гц (ннфразвуковые) и v >20 kHz (ултразвук) не се възприема от човешките слухови органи.

Звуковите вълни в газове и течности могат да бъдат само надлъжни, тъй като тези среди са еластични само по отношение на деформации на натиск (опън). В твърдите тела звуковите вълни могат да бъдат както надлъжни, така и напречни, тъй като твърдите тела са еластични по отношение на деформации на натиск (опън) и срязване.

Интензитетът на звука (или силата на звука) е стойност, определена от осреднената за времето енергия, пренесена от звукова вълна за единица време през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната:

Единицата SI за интензитет на звука е ват на квадратен метър (W/m2).

Чувствителността на човешкото ухо е различна за различните честоти. За да предизвика звуково усещане, вълната трябва да има определен минимален интензитет, но ако този интензитет надхвърли определена граница, тогава звукът не се чува и причинява само болка. По този начин за всяка честота на трептене има най-малката (праг на чуваемост) и най-голямата (праг на усещане за болка) интензивност на звука, която може да предизвика звуково възприятие. На фиг. 223 е показана зависимостта на праговете на слуха и болката от честотата на звука. Областта, разположена между тези две криви, е областта на чуваемост.

Ако интензивността на звука е величина, която обективно характеризира вълната нов процес, тогава субективната характеристика на звука, свързана с неговата интензивност, е силата на звука, която зависи от честотата. Според физиологичния закон на Вебер - Фехнер с увеличаване на интензитета на звука силата на звука се увеличава по логаритмичния закон. На тази база се въвежда обективна оценка на силата на звука по измерената стойност на неговия интензитет:

където I 0 - интензитет на звука на прага на чуване, взет за всички звуци, равен на 10 -12 W/m 2 . Стойността L се нарича ниво на интензитет на звука и се изразява в белове (в чест на изобретателя на телефона Bell). Обикновено се използват 10 пъти по-малки единици – децибели (dB).

Физиологична характеристиказвукът е нивото на силата на звука, което се изразява във фонове (phon). Силата на звук при 1000 Hz (честотата на стандартен чист тон) е 1 фон, ако нивото на интензитета му е 1 dB. Например шум във вагон на метрото висока скоростсъответства на “90 фон, а шепот на разстояние 1 м -” 20 фон.

Истинският звук е наслагване хармонични вибрациис голям набор от честоти, т.е. звукът има акустичен спектър, който може да бъде непрекъснат (в определен интервал има вибрации на всички честоти) и линейни (има вибрации на определени честоти, отделени една от друга).

Звукът се характеризира в допълнение към гръмкостта с височина и тембър. Височина на звука - качеството на звука, определено от човек субективно чрез ухо и в зависимост от честотата на звука. С увеличаване на честотата, височината на звука се увеличава, т.е. звукът става „по-висок“. Естеството на акустичния спектър и разпределението на енергията между определени честоти определя оригиналността на звуковото усещане, наречено тембър на звука. Така различните певци, които удрят една и съща нота, имат различен акустичен спектър, тоест гласовете им имат различен тембър.

Всяко тяло, трептящо в еластична среда със звукова честота, може да бъде източник на звук (например при струнните инструменти източникът на звук е струна, свързана с тялото на инструмента).

Извършвайки трептения, тялото предизвиква трептения на частиците на съседната среда със същата честота. Състоянието на колебателното движение се предава последователно на частици на средата, които се отдалечават все повече от тялото, т.е. вълна се разпространява в средата с честота на трептене, равна на честотата на нейния източник, и с определена скорост, зависеща от плътността. и еластични свойства на средата. Скоростта на разпространение на звуковите вълни в газовете се изчислява по формулата

(158.1)

където R е моларната газова константа, M е моларна маса, g \u003d C p / C v - съотношението на моларните топлинни мощности на газа при постоянно налягане и обем, T - термодинамична температура. От формула (158.1) следва, че скоростта на звука в газ не зависи от налягането Ргаз, но се увеличава с температурата. Колкото по-голяма е моларната маса на газ, толкова по-ниска е скоростта на звука в него. Например при T = 273 K скоростта на звука във въздух (M = 29×10 -3 kg/mol) v = 331 m/s, във водород (M = 2×10 -3 kg/mol) v = 1260 m/s. Изразът (158.1) съответства на експерименталните данни.

Когато звукът се разпространява в атмосферата, е необходимо да се вземе предвид цяла линияфактори: скорост и посока на вятъра, влажност на въздуха, молекулярна структурагазова среда, явленията на пречупване и отражение на звука на границата на две среди. В допълнение, всяка реална среда има вискозитет, така че се наблюдава затихване на звука, т.е. намаляване на неговата амплитуда и следователно на интензитета на звуковата вълна, докато се разпространява. Затихването на звука до голяма степен се дължи на неговото поглъщане в средата, свързано с необратимия преход на звуковата енергия в други форми на енергия (главно топлина).

За акустика на помещения голямо значениеима звукова реверберация - процесът на постепенно затихване на звука в затворени пространства след изключване на неговия източник. Ако стаите са празни, тогава звукът затихва бавно и в стаята се създава „бум“. Ако звуците избледняват бързо (при използване на звукопоглъщащи материали), тогава те се възприемат като заглушени. Времето на реверберация е времето, през което интензитетът на звука в помещението се отслабва в милиони, а нивото му с 60 dB. Стаята има добра акустика, ако времето за реверберация е 0,5-1,5 s.

Гръмотевиците, музиката, шумът от прибоя, човешката реч и всичко останало, което чуваме, е звук. Какво е "звук"?

Източник на изображението: pixabay.com

Всъщност всичко, което сме свикнали да считаме за звук, е само една от разновидностите на вибрации (на въздуха), които мозъкът и органите ни могат да възприемат.

Каква е природата на звука

Всички звуци, разпространявани във въздуха, са вибрации на звукова вълна. Възниква от вибрациите на даден обект и се отклонява от своя източник във всички посоки. Осцилиращият обект компресира молекулите в околната среда и след това създава разредена атмосфера, карайки молекулите да се отблъскват една друга все по-далеч и по-далеч. По този начин промените в налягането на въздуха се разпространяват далеч от обекта, самите молекули остават в същата позиция за себе си.

Въздействие на звуковите вълни върху тъпанчето. Източник на изображението: prd.go.th

Докато звуковата вълна се разпространява в пространството, тя отскача от обекти по пътя си, създавайки промени в околния въздух. Когато тези промени достигнат ухото ви и засегнат тъпанчето, нервни окончанияизпраща сигнал до мозъка и вие възприемате тези вибрации като звук.

Основните характеристики на звуковата вълна

Най-простата форма на звукова вълна е синусоида. Чистите синусоиди са рядкост в природата, но именно с тях трябва да започнете да изучавате физиката на звука, тъй като всеки звук може да бъде разложен на комбинация от синусоиди.

Синусоидата ясно демонстрира трите основни физически критерия на звука - честота, амплитуда и фаза.

Честота

Колкото по-ниска е честотата на трептене, толкова по-слаб е звукът.Източник на изображението: ReasonGuide.Ru

Честотата е стойност, която характеризира броя на трептенията в секунда. Измерва се в броя на периодите на трептене или в херци (Hz). Човешкото ухо може да възприема звук в диапазона от 20 Hz (ниска честота) до 20 kHz (висока честота). Звуците над този диапазон се наричат ​​ултразвук, а под – инфразвук, и не се възприемат от слуховите органи на човека.

Амплитуда

Колкото по-голяма е амплитудата на звуковата вълна, толкова по-силен е звукът.

Концепцията за амплитуда (или интензитет) на звукова вълна се отнася до силата на звука, която човешките слухови органи възприемат като обем или сила на звука. Хората могат да възприемат доста широк спектър от сила на звука: от капещ кран в тих апартамент до музика, свиреща на концерт. Силата на звука се измерва с помощта на фонометри (индикатори в децибели), които използват логаритмична скала, за да направят измерванията по-удобни.

Фаза на звуковата вълна

Фази на звукова вълна. Източник на изображението: Muz-Flame.ru

Използва се за описание на свойствата на две звукови вълни. Ако две вълни имат еднаква амплитуда и честота, тогава се казва, че двете звукови вълни са във фаза. Фазата се измерва от 0 до 360, където 0 е стойност, показваща, че двете звукови вълни са синхронни (във фаза), а 180 е стойност, показваща, че вълните са противоположни една на друга (извън фаза). Когато две звукови вълни са във фаза, двата звука се припокриват и сигналите се подсилват взаимно. Когато се комбинират два сигнала, които не съвпадат по амплитуда, сигналите се потискат поради разликата в налягането, което води до нулев резултат, тоест звукът изчезва. Това явление е известно като "потискане на фазата".

При комбиниране на два еднакви аудио сигнала - фазовото потискане може да бъде сериозен проблем, както и огромен проблем е комбинацията на оригиналната звукова вълна с вълната, отразена от повърхностите в акустичното помещение. Например, когато левият и десният канал на стерео миксер се комбинират, за да се получи хармоничен запис, сигналът може да страда от анулиране на фазата.

Какво е децибел?

Децибелите измерват нивото на звуково налягане или електрическо напрежение. Това е единица, която показва съотношението на съотношението на две различни величини една към друга. Бел (на името на американския учен Александър Бел) е десетичен логаритъм, отразяващ съотношението на два различни сигнала един към друг. Това означава, че за всяка следваща бела на скалата полученият сигнал е десет пъти по-силен. Например звуковото налягане на силен звук е милиарди пъти по-високо от това на тих звук. За да покажат толкова големи стойности, те започнаха да използват относителна стойностдецибел (dB) - докато 1 000 000 000 е 109 или просто 9. Възприемането на тази стойност от акустичните физици направи възможно по-удобната работа с огромни числа.

Скала за сила на звука за различни звуци. Източник на изображението: Nauet.ru

На практика се оказва, че белът е твърде голяма единица за измерване на нивото на звука, така че вместо него е използван децибелът, който е една десета от бела. Не може да се каже, че използването на децибели вместо бели е като да използвате, да речем, сантиметри вместо метри, за да посочите размера на обувките, белите и децибелите са относителни стойности.

От горното става ясно, че нивото на звука обикновено се измерва в децибели. Някои стандарти за ниво на звука се използват в акустиката от много години, от момента на изобретяването на телефона до днес. Повечето от тези стандарти са трудни за прилагане по отношение на модерното оборудване, те се използват само за остаряло оборудване. Днес оборудването в студиата за запис и излъчване използва такава единица като dBu (децибел спрямо нивото от 0,775 V), а в домакинското оборудване - dBV (децибел, измерен спрямо нивото от 1 V). Цифровото аудио оборудване използва dBFS (Decibel Full Scale) за измерване на звуковата мощност.

dBm– „m“ означава миливати (mW), което е мерната единица, използвана за представяне на електрическа мощност. Мощността трябва да се разграничава от електрическото напрежение, въпреки че двете понятия са тясно свързани помежду си. Измервателната единица dBm започва да се използва в зората на въвеждането на телефонните комуникации, днес се използва и в професионално оборудване.

dBu- в този случай напрежението се измерва (вместо мощност) спрямо референтното нулево ниво, 0,75 волта се считат за референтно ниво. В съвременните професионални аудио приложения dBu е заменен от dBm. Като мерна единица в областта на аудиотехниката беше по-удобно да се използва dBu в миналото, когато беше по-важно да се вземе предвид електрическата мощност, а не напрежението, за да се оцени нивото на сигнала.

dBV- тази мерна единица също се основава на референтното нулево ниво (както в случая с dBu), но 1 V се приема като референтно ниво, което е по-удобно от цифрата 0,775 V. Тази единица за измерване на звука често се използва за битова и полупрофесионална аудио техника.

dBFS – тази оценканивото на сигнала се използва широко в цифровото аудио и е много различно от горните мерни единици. FS (пълна скала) е пълна скала, която се използва, защото за разлика от аналоговото аудио, което има оптимално напрежение, целият диапазон от цифрови стойности е еднакво приемлив при работа с цифров сигнал. 0 dBFS е максималното възможно цифрово аудио ниво, което може да бъде записано без изкривяване. Аналоговите стандарти за измерване като dBu и dBV нямат свобода над 0 dBFS.

Ако сте харесали статията сложи като и абонирайте се за канала НАУЧНО ПОП . Останете с нас, приятели! Предстоят много интересни неща!

Звукът е еластични вълни в среда (често въздух), които са невидими, но се усещат от човешкото ухо (вълната действа върху тъпанчето). Звуковата вълна е надлъжна вълна на компресия и разреждане.

Ако създадем вакуум, ще можем ли да различаваме звуци? Робърт Бойл поставя часовник в стъклен съд през 1660 г. Когато изпомпваше въздуха, не чу звук. Опитът го доказва необходима е среда за разпространение на звука.

Звукът може да се разпространява и в течни и твърди среди. Под водата ясно се чуват ударите на камъни. Поставете часовника в единия край на дървената дъска. Като поставите ухото си в другия край, можете ясно да чуете тиктакането на часовника.

Звуковата вълна се разпространява през дърво

Източникът на звук непременно е трептящо тяло. Например струна на китара нормално състояниене звучи, но веднага щом го накараме да трепти, възниква звукова вълна.

Опитът обаче показва, че не всяко вибриращо тяло е източник на звук. Например тежест, окачена на нишка, не издава звук. Факт е, че човешкото ухо не възприема всички вълни, а само тези, които създават тела, трептящи с честота от 16 Hz до 20 000 Hz. Такива вълни се наричат звук. Наричат ​​се трептения с честота, по-малка от 16 Hz инфразвук. Наричат ​​се трептения с честота по-голяма от 20 000 Hz ултразвук.

Скорост на звука

Звуковите вълни не се разпространяват моментално, а с определена крайна скорост (подобна на скоростта на равномерното движение).

Ето защо по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица, тоест светлина (скоростта на светлината е много по-голяма от скоростта на звука), а след това се чува звук.

Скоростта на звука зависи от средата: в твърди вещества и течности скоростта на звука е много по-голяма, отколкото във въздуха. Това са таблично измерени константи. С повишаване на температурата на средата скоростта на звука се увеличава, с намаляване намалява.

Звуците са различни. За характеризиране на звука се въвеждат специални величини: сила на звука, височина и тембър на звука.

Силата на звука зависи от амплитудата на трептенията: колкото по-голяма е амплитудата на трептенията, толкова по-силен е звукът. В допълнение, възприемането на силата на звука от нашето ухо зависи от честотата на вибрациите в звуковата вълна. Вълните с по-висока честота се възприемат като по-силни.

Честотата на звуковата вълна определя височината. Колкото по-висока е честотата на вибрациите на източника на звук, толкова по-висок е звукът, произведен от него. Човешките гласове се разделят на няколко диапазона според тяхната височина.

Звуците от различни източници са комбинация от хармонични вибрации с различни честоти. Компонентът с най-дълъг период ( най-ниска честота) се нарича основен тон. Останалите звукови компоненти са обертонове. Наборът от тези компоненти създава оцветяването, тембъра на звука. Съвкупността от обертонове в гласовете различни хорапоне малко, но различно, това определя тембъра на определен глас.

Ехо. Ехото се образува в резултат на отразяване на звук от различни препятствия – планини, гори, стени, големи сгради и др. Ехо възниква само когато отразеният звук се възприема отделно от първоначално изговорения звук. Ако има много отразяващи повърхности и те са на различно разстояние от човек, тогава отразените звукови вълни ще достигнат до него по различно време. В този случай ехото ще бъде многократно. Препятствието трябва да е на разстояние 11м от човека, за да се чуе ехото.

Отражение на звука.Звукът се отразява от гладки повърхности. Следователно при използване на клаксон звуковите вълни не се разпръскват във всички посоки, а образуват тесен лъч, поради което силата на звука се увеличава и се разпространява на по-голямо разстояние.

Някои животни (напр. прилеп, делфин) излъчват ултразвукови вибрации, след което възприемат отразената вълна от препятствия. Така те определят местоположението и разстоянието до околните обекти.

Ехолокация. Това е метод за определяне местоположението на телата по отразени от тях ултразвукови сигнали. Широко използван в навигацията. Инсталирани на кораби сонари- уреди за разпознаване на подводни обекти и определяне на дълбочината и топографията на дъното. На дъното на съда са поставени излъчвател и звукоприемник. Излъчвателят дава кратки сигнали. Анализирайки времето на забавяне и посоката на връщащите се сигнали, компютърът определя позицията и размера на обекта, отразил звука.

Ултразвукът се използва за откриване и определяне на различни повреди в машинните части (кухини, пукнатини и др.). Устройството, което се използва за тази цел, се нарича ултразвуков дефектоскоп. Към изследваната част се насочва поток от къси ултразвукови сигнали, които се отразяват от нееднородностите вътре в нея и, връщайки се, попадат в приемника. В тези места, където няма дефекти, сигналите преминават през детайла без значително отражение и не се записват от приемника.

Ултразвукът се използва широко в медицината за диагностика и лечение на определени заболявания. За разлика от рентгенови лъчивълните му не издават вредно влияниевърху плат. Диагностичен ултразвук (САЩ)позволи без хирургична интервенцияразпознае патологични промениоргани и тъкани. Специално устройство изпраща ултразвукови вълни с честота от 0,5 до 15 MHz към определена часттяло, те се отразяват от изследвания орган и компютърът показва неговото изображение на екрана.

Инфразвукът се характеризира с ниско поглъщане в различни средив резултат на това инфразвуковите вълни във въздуха, водата и земната кора могат да се разпространяват на много големи разстояния. Това явление се открива практическа употребапри определяне на местасилни експлозии или позицията на стрелящото оръжие. Разпространението на инфразвука на големи разстояния в морето го прави възможно прогнози за природни бедствия- цунами. Медузите, ракообразните и др. са в състояние да възприемат инфразвуци и много преди началото на бурята усещат приближаването й.