Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Основні характеристики звукових хвиль.
2.1. Швидкість звуку.
До основних характеристик звукових хвиль відносять швидкість звуку, його інтенсивність - це об'єктивні характеристики звукових хвиль, висоту тону, гучність відносять до суб'єктивних характеристиках. Суб'єктивні характеристики залежать у великій мірі від сприйняття звуку конкретною людиною, а не від фізичних характеристик звуку.
Вимірювання швидкості звуку в твердих тілах, рідинах і газах вказують на те, що швидкість не залежить від частоти коливань або довжини звукової хвилі, тобто для звукових хвиль не характерна дисперсія. У твердих тілах можуть поширюватися поздовжні і поперечні хвилі, швидкість поширення яких знаходять за допомогою формул:
, ,
де Е - модуль Юнга, G - модуль зсуву в твердих тілах. У твердих тілах швидкість поширення поздовжніх хвиль майже в два рази більше ніж швидкість розповсюдження поперечних хвиль.
У рідинах і газах можуть поширюватися лише поздовжні хвилі. Швидкість звуку у воді знаходять за формулою:
,
де K-модуль об'ємного стиску речовини.
У рідинах при зростанні температури швидкість звуку зростає, що пов'язано зі зменшенням коефіцієнта об'ємного стиснення рідини.
Для газів виведена формула, яка пов'язує їх тиск з щільністю:
(1.1),
вперше цю формулу для знаходження швидкості звуку в газах використовував І. Ньютон. З формули (1.1) видно, що швидкість поширення звуку в газах не залежить від температури, вона також не залежить від тиску, оскільки при зростанні тиску зростає і щільність газу. Формулою (1.1) можна додати і більш раціональний вигляд: на основі рівняння Менделєєва - Клапейрона
,
тоді швидкість звуку буде дорівнює:
(1.2).
Формула (1.2) носить назву формули Ньютона. Розрахована з її допомогою швидкість звуку в повітрі складає при 273К 280 м / с. Реальна ж експериментальна швидкість складає 330 м / с. Цей результат значно відрізняється від теоретичного і причину цього встановив Лаплас. Він показав, що поширення звуку в повітрі відбувається адіабатно. Звукові хвилі в газах поширюються так швидко, що, що створені локальні зміни об'єму і тиску в газовому середовищі відбуваються без теплообміну з навколишнім середовищем. Лаплас вивів рівняння для знаходження швидкості звуку в газах:
(1.3)
. Формула (1.3) отримала назву формули Лапласа.
2.2. Распространеніезвукових хвиль.
У процесі поширення звукових хвиль в середовищі відбувається їх згасання. Амплітуда коливань частинок середовища поступово зменшується при зростанні відстані від джерела звуку. Однією з основних причин загасання хвиль є дія сил внутрішнього тертя на частинки середовища. На подолання цих сил безперервно використовується механічна енергія коливального руху, що переноситься хвилею. Ця енергія перетворюється в енергію хаотичного теплового руху молекул і атомів середовища. Оскільки енергія хвилі пропорційна квадрату амплітуди коливань, то пріраспространеніі хвиль від джерела звуку разом зі зменшенням запасу енергії коливального руху зменшується і амплітуда коливань.
На поширення звуків в атмосфері впливає багато чинників: температура на різних висотах, потоки повітря. Ехо - це відбите від поверхні звук. Звукові хвилі можуть відбиватися від твердих поверхонь, від шарів повітря в яких температура відрізняється від температури сусідніх шарів.
2.3. Інтенсивність звуку
Для порівняння інтенсивності L звуку або звукового тиску використовують рівень інтенсивності. Рівнем інтенсивності називають помножений на 10 логарифм відносин двох інтенсивностей звуку. ВелічінаL вимірюється в децибелах. Для вказівки абсолютного рівня інтенсивності вводять стандартний поріг чутності І0 людського вуха на частоті 1000 Гц, по відношенню до якого вказується інтенсивність. Поріг чутності дорівнює: У таблиці1 представлені інтенсивності різних природних і техногенних звуків та їх інтенсивності.
Таблиця 1.
|
Звук |
L, Дб |
Звук |
L, Дб |
|
Поріг чутності |
0 |
Вуличний шум |
70 |
|
Цокання годинника |
10 |
Крик |
80 |
|
Шепіт |
20 |
Пневматична свердло |
90 |
|
Тиха вулиця |
30 |
Ковальський цех |
100 |
|
Приглушений розмова |
40 |
Клепальні молот |
110 |
|
Розмова |
50 |
Літаковий двигун |
120 |
|
Друкарська машинка |
60 |
Больовий поріг |
130 |
2.4. Об'єктивні характеристики звуку.
Будь-яке тіло, яке знаходиться в пружному середовищі і коливається зі звуковою частотою, є джерелом звуку. Джерела звуку можна поділити на дві групи: джерела, які працюють на власній частоті, і джерела, які працюють на вимушених частотах. До першої групи належать джерела, звуки в яких створюються коливаннями струн, камертонів, повітряних стовпів у трубах. До другої групи джерел звуку належать телефони. Здатність тел випромінювати звук залежить від розміру їх поверхні. Чим більша площа поверхні тіла, тим краще воно випромінює звук. Так, натягнута між двома точками струна або камертон створюють звук досить малої інтенсивності. Для посилення інтенсивності звуку струн і камертонів їх об'єднують з резонаторних ящиками, яким притаманний ряд резонансних частот. Звучання струнних та духових музичних інструментів грунтується освіті стоять хвиль в струнах і повітряних стовпах.
Інтенсивність звуку, який створюється джерелом, залежить не тільки від його характеристик, а і від приміщення, в якому знаходиться цей джерело. Після припинення дії джерела звуку розсіяний звук не зникає раптово. Це пояснюється відбиттям звукових хвиль від стін приміщення. Час, протягом якого після припинення дії джерела звук повністю зникає, називають часом реверберації. Умовно вважають, що час реверберації дорівнює проміжку часу, протягом якого інтенсивність звуку зменшиться в мільйон разів.
Час реверберації - це важлива характеристика акустичних властивостей концертних залів, кінозалів, аудиторій та ін При великому часі реверберації музика звучать досить голосно, але невиразно. При малому часу реверберації музика звучать слабо і глухо. Тому в кожному конкретному випадку домагаються найбільш оптимальних акустичних характеристик приміщень.
2.5. Суб'єктивні характеристики звуку.
Людина відчуває звуки, які лежать в діапазоні частот від 16 Гц до 20 кГц. Чутливість органів слуху людини до різних частот неоднакова. Для того, щоб людина реагувала на звук, необхідно, щоб його інтенсивність була не менше мінімальної величини, яка носить назву порогу чутності. Поріг чутності для різних частот неоднаковий. Людське вухо має найбільшу чутливість до коливань частотою від 1 до 3 кГц. Поріг чутності для цих частот становить близько Дж/м2с. При значному зростанні інтенсивності звуку вухо перестає сприймати коливання як звук. Такі коливання викликають відчуття болю. Найбільшу інтенсивність звуку, при якій людина сприймає коливання як звук, називають порогом больового відчуття. Поріг больових відчуттів при зазначених частотах відповідає інтенсивності звуку 1 Дж/м2с.
Звук як фізичне явище характеризують частотою, інтенсивністю або звуковим тиском, набором частот. Це об'єктивні характеристики звуку. Органи слуху людини сприймають звукза гучністю, висотою тону, тембром. Ці характеристики мають суб'єктивний характер.
Діаграма на якій представлені області частот та інтенсивності, що сприймаються людським вухом, називають діаграмою слуху.
Фізичній поняттю інтенсивності звуку відповідає гучність звуку. Суб'єктивну гучність звуку не можна точно кількісно виміряти.
Висота звуку визначається його частотою, чим більше частота, тим більшим буде висота звуку. Органи слуху людини досить точно відчувають зміна частоти. В області частот 2 кГц може сприймати два тони, частота яких відрізняється на 3 - 6 Гц.
Тембр звуку визначається його спектральних складом. Тембр - це відтінок складного звуку, яким відрізняються два звуки однакової сили і висоти.