Звук - продольная механическая волна с частотой от 20 до 20 000 Гц, распространяющаяся в среде.

Источниками звука являются тела, колеблющиеся в среде с определенной частотой.

lk15f 6   im1   DynamicAnimation

Кроме собственно слышимого звука выделяют диапазоны инфразвука (диапазон частот < 20 Гц) и ультразвука (частота > 20 000 Гц).

Diapazon

Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Поскольку звук - это продольная волна, для ее распространения необходимо, чтобы в среде возникала сила упругости при сжатии. Этим свойством обладают все среды: твердая, жидкая и газообразная. Но воздействие быстрее передается в более плотной среде, поскольку частицы в такой среде расположены ближе.

v zvuka

Характеристики звука

Wave

Громкость - величина звукового давления, зависит от амплитуды волны. За единицу громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1 Б, если его мощность в 10 раз больше порога слышимости.

 Dbell

Децибел, дБ Характеристика Источники звука
0 Ничего не слышно
5 Почти не слышно
10 Почти не слышно тихий шелест листьев
15 Едва слышно шелест листвы
20 Едва слышно шепот человека (на расстоянии более 1 метра).
25 Тихо шепот человека (1 м)
30 Тихо шепот, тиканье настенных часов.
Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35 Довольно слышно приглушенный разговор
40 Довольно слышно обычная речь.
Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч.
45 Довольно слышно обычный разговор
50 Отчётливо слышно разговор, пишущая машинка
55 Отчётливо слышно Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
60 Шумно Норма для контор
65 Шумно громкий разговор (1 м)
70 Шумно громкие разговоры (1 м)
75 Шумно крик, смех (1 м)
80 Очень шумно крик, мотоцикл с глушителем.
85 Очень шумно громкий крик, мотоцикл с глушителем
90 Очень шумно громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95 Очень шумно вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100 Крайне шумно оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома
Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105 Крайне шумно в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110 Крайне шумно вертолёт
115 Крайне шумно пескоструйный аппарат (1м)
120 Почти невыносимо отбойный молоток (1м)
125 Почти невыносимо
130 Болевой порог самолёт на старте
135 Контузия
140 Контузия звук взлетающего реактивного самолета
145 Контузия старт ракеты
150 Контузия, травмы
155 Контузия, травмы
160 Шок, травмы ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях звука свыше 160 децибел — возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких,
Больше 200 — смерть (шумовое оружие)

 

Высота тона - зависит от частоты. Чем больше частота, тем выше тон. У разных животных различные диапазоны воспринимаемых частот.

2992cac24925aa37b2bf044b3c7bcd4a

 

Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук. Человеческие голоса по высоте делят на несколько диапазонов.

im2

Звуки от разных источников представляет собой совокупность гармонических колебаний разных частот. Составляющая наибольшего периода (наименьшей частоты) называется основным тоном. Остальные составляющие звука - обертонами. Набор этих составляющих создает окраску, тембр звука. Совокупность обертонов в голосах разных людей хоть немного, но отличается, это и определяет тембр конкретного голоса.

im1

Звуковые явления

Отражение звука.

Звук отражается от гладких поверхностей. Поэтому при использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается, и он распространяется на большее расстояние.

avki ru 0716 animation m100

Звуковая волна, при ее падении на границу раздела с другой средой, может отразиться от границы раздела, пройти в другую среду, изменить направление движения - преломиться от границы раздела (это явление называют рефракцией), поглотиться или одновременно совершить несколько из перечисленных действий. Степень поглощения и отражения зависит от свойств сред на границе раздела.

sound barrier 750x492

Эхо

Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград. Эхо возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от первоначально произнесенного звука. Ухо может различать отдельные сигналы, если промежуток времени между ними не немнье 1/15 с. Если отражающих поверхностей много и они находятся на разных расстояниях от человека, то отраженные звуковые волны дойдут до него в разные моменты времени. В этом случае эхо будет многократным.

im14    Ys6 2  im1526

Интерференция

Интерференция - усиление колебаний звука в одних точках пространства и ослабление колебаний в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн. Когда мы слышим звуки разных, но достаточно близких частот сразу от двух источников, к нам приходят то гребни обеих звуковых волн, то гребень одной волны и впадина другой. В результате наложения двух волн, звук то усиливается, то ослабевает.

Interference

Волновое движение в замкнутом объеме

Это отражение звуковых волн от стенок некоторого закрытого пространства. Отражения звуковых колебаний могут сильно влиять на конечное восприятие звука - изменять его окраску, насыщенность, глубину. Так, звук идущий от источника, расположенного в закрытом помещении, многократно ударяясь и отражаясь от стен помещения, воспринимается слушателем как звук, сопровождающийся специфическим гулом. Такой гул называется реверберацией (от лат. « reverbero » - «отбрасываю»). Эффект реверберации очень широко используется в звукообработке с целью придания звучанию специфических свойств и тембральной окраски.

 

250px The formation of acoustic reverberation

Дифракция

Дифракция - явление огибания волнами препятствий. Степень огибания зависит от соотношения между длиной звуковой волны (ее частотой) и размером стоящего на ее пути препятствия или отверстия. Если размер препятствия оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Если же размеры препятствия оказываются сопоставимыми с длиной волны или оказываются меньше ее, то звуковая волна дифрагирует. Эти препятствия должны ненамного превышать длину набегающей на них волны. Всем известно, что даже мелкие предметы отбрасывают тень, т.е. свет, встречая их на своём пути, не проходит дальше. В то же время, для того чтобы воспрепятствовать распространению звука, требуется предмет больших размеров, например гора или большой дом. Длина звуковой волны в среднем равна нескольким метрам, что вполне соизмеримо с небольшими домами или другими предметами. Поэтому такие предметы не мешают слышать, что происходит за ними, т. е. не отбрасывают звуковой «тени». 

Difraction

Резонанс

Резонанс - явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний при совпадении собственной частоты колебаний и частоты вынуждающей силы. Звуковая волна, создаваемая некоторым колеблющимся телом, распространяясь в пространстве, может переносить энергию колебаний другому телу (резонатору), которое, поглощая эту энергию, начинает колебаться, и, фактически, само становится источником звука. Так исходная звуковая волна усиливается, и звук становится громче. В случае появления резонанса, энергия звуковой волны расходуется на «раскачивание» резонатора, что соответственно сказывается на длительности звучания.

p 11e 4 1

Эффект Допплера

Эффект заключается в том, что длина волны изменяется соответственно изменению скорости движения слушателя относительно источника волны. Чем быстрее слушатель (регистрирующий датчик) приближается к источнику волны, тем регистрируемая им длина волны становится меньше и наоборот.

doppler

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается. Если удаляется — длина волны увеличивается.

Lambda


Частота волны в общем виде, зависит только от того, с какой скоростью двигается приемник

frec

λ — Длина волны

ω0 — Частота, с которой источник испускает волны

ω — Частота, регистрируемая приёмником

c — Скорость распространения волн в среде

v — Скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и отрицательная, если удаляется).


arrow left
                                     arrow right