3.5. Звуковые волны. Характеристика звукового поля.
Колебания, лежащие в интервале от 20 до 20000 герц и способные вызывать ощущения звука выделяют по этому признаку в особую группу акустических или звуковых колебаний или просто звуком. Указанное выделение связано с физиологическими особенностями человеческого органа слуха, воспринимать колебания именно этих частот. Волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуковыми и с частотой больше 20000 Гц - ультразвуковыми. Уже ранее отмечалось, что в газообразной и жидкой среде могут распространяться только продольные волны, то в твердых телах могут быть как продольными, так и поперечными. В жизнедеятельности человека большую роль играет распространение звуковых колебаний в воздухе. Скорость звука в среде определяется выражением:
где - модуль Юнга, - плотность среды. Для столба воздуха p - это добавочное давление , вызывающее сжатие газа. Относительную линейную деформацию необходимо заменить объемной деформацией :
Видим, что скорость пропорциональна , и не зависит от давления газа p. Так, при , а для водорода , что обусловлено малой молярной массой. Скорость звука зависит также от неоднородности атмосферы, степени влажности воздуха, ветра и т.д. Звуковая волна способна оказать давление, которое находится по формуле , где - средняя плотность энергии в стоячей волне. Интенсивностью звука или силой звука называется величина, определяемая средней по времени энергией, переносимой волной в единицу времени через единицу площади перпендикулярно направлению распространения: Для того, чтобы вызвать звуковые ощущения, интенсивность волны должна превышать некоторое минимальное значение, называемую порогом слышимости. Она различна для разных частот. Человеческое ухо наиболее чувствительно для колебаний с частотами в пределах (1000 - 5000) Гц. Максимальная величина интенсивности звука, при превышении которой возникают болевые ощущения, называется болевым порогом. Между этими кривыми располагается область слышимости. Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от частоты. Она не поддается точному количественному измерению, но, однако можно провести оценку интенсивности ощущения, основываясь на физиологическом законе Вебера - Фехнера, согласно которому с ростом интенсивности звука громкость возрастает по логарифмическому закону. На основании этого устанавливается шкала уровня силы звука.
Чаще пользуются единицами измерения в 10 раз меньшей - децибелами (дБ). децибелов.
Высота звука - количество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты. Чем больше частота, тем выше звук. Тембр звука определяется характером акустического спектра и распределением энергии между частотами в спектре. Например: певцы, берущие одну и ту же ноту, создают различный акустический спектр, то есть имеют различный тембр. |