Звуковые волны.

Звуковые волны.

Звук – колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн (колебания плотности, давления).

Не может распространяться в вакууме! Продольная волна в жидкостях и газах!

Инфразвуки

(до 16 Гц)

Слышимые звуки

(16 – 20000Гц)

Ультразвуки

(более 20000 Гц)

Гиперзвуки

(10⁹ – 10¹³ Гц)

Источники

Шум атмосферы, леса, моря. Гром. Взрывы, орудийные выстрелы. Сейсмические волны.

Колебания твердого тела (мембраны, деки, диффузоры громкоговорителей). Колебания ограниченных объемов среды (воздух в музыкальных духовых инструментах, органах, свистках). Голосовой аппарат человека и животных.

Пьезоэлектрические материалы.

Магнитострикционные материалы.

Некоторые животные (дельфины, летучие мыши и др.).

Тепловое движение атомов. Пьезоэлектрические и магнитострикционные материалы.

Применение

Определение места взрыва, выстрела. Предсказание цунами. Исследование атмосферы.

Ориентация в пространстве. Общение, речь, получение информации.

Дефектоскопия, медицина, эхолокация. Физика твердого тела. Получение эмульсий. Ускорение диффузии, некоторых химических реакций. Ориентация в пространстве у некоторых животных.

Изучение состояния вещества. Линии задержки (цветное телевидение, ЭВМ и т.п.)

Скорость звука зависит от среды и ее состояния, как и для любой механической волны.

Скорость звука при 0⁰С в воздухе 331,5 м/с, в воде – 1430 м/с, в стали – 5000 м/с.

Приемники звука.

1. Естественные: ухо. Обладает высокой чувствительностью (Δp=10^-6 Па) и избирательностью (например, дирижер улавливает звуки отдельных инструментов оркестра).

2. Искусственные: микрофон. Основная характеристика – чувствительность  (зависит от частоты звука).

Характеристики звука.

1. Спектр – разложение на гармонические колебания по частотам.Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны. Шум - звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал (сплошной спектр частот). Музыкальные (тональные) звуки – звуки, образующие линейчатый спектр частот: ча­стоты N входящие в состав музыкальных звуков, образуют ряд дискретных значений. Музыкальным звукам соответствуют периодические или почти пе­риодические колебания. Каждая синусоидальная звуковая волна называется тоном.

Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон. Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответ­ствующий наименьшей частоте, которая имеется в наборе частот данного звука. Тоны, соответствующие остальным частотам в составе звука, называются оберто­нами. Если частоты обертонов кратны частоте основного тона, то обертоны на­зываются гармоническими, причем основной тон с частотой N₀ называется первой гармоникой, обертон со следующей частотой 2N₀ - второй гармоникой и т. д.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, который определяется наличием обертонов - их частотами и амплитудами, характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце звучания.

2. Звуковое давление – давление, оказываемое звуковой волной на препятствие.

3.Интенсивность звуковой волны – энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности за единицу времени().

4. Громкость звука зависит от интенсивности звука, т. е. определяется ампли­тудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью ор­ганы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц. В этом диапазоне ухо способно воспринимать звуки с интенсивностью около 10^-12-10^-11 Вт/м².

Порогом слышимости называется наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть воспринята органами слуха. Стандартный порог слышимости принимается равным I₀=10^-12 Вт/м² при частоте ν=1 кГц.

Порогом болевого ощущения называется наибольшая интен­сивность звуковой волны, при которой восприятие звука не вызывает болевого ощущения. Порог болевого ощущения зависит от частоты звука (на частоте 1 кГц равен 1 Вт/м²).

Мерой чувствительности органов слуха к восприятию звуковых волн дан­ной интенсивности является уровень интенсивности (громкости): . Единица измерения - децибел