Акустика. Природа звука. Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Акустика — раздел физики, изучающий звуковые явления. Акустика подразделяется на общую, физиологическую, архитектурную, музыкальную и другие.
Общая акустика изучает преимущественно явления, касающиеся генерации, распространения (отражение, преломление, поглощение и т.д.) и использования звуковых волн для тех или иных целей. Физиологическая акустика изучает физические основы устройства органов речи и слуха, систему звуковых измерений (связь между характеристиками слухового ощущения и звуковой волны) и т.д. Прочие разделы акустики касаются использования звука в различных прикладных областях.
Звуком называют волны, распространяющиеся в упругих средах, образованные колебаниями с частотой от 16 до 20 000 Гц.частицами среды и воспринимаемые человеческим ухом.
В акустике рассматриваются и пограничные со звуком области: ниже 16 Гц — инфразвук и выше 20 000 Гц — ультразвук.
Источником звука является тело любой природы, находящееся в колебательном движении обычно в результате каких-либо механических воздействий, т.е. для возбуждения звука всегда требуется энергия. При колебаниях тело образует в окружающей среде (например, в воздухе) упругую продольную волну, которая достигая уха, вызывает слуховое ощущение.
Звук распространяется в любых упругих средах. Скорость распространения звука не зависит от частоты колебаний, а зависит от температуры, плотности и упругих свойств среды. Скорость звука в воздухе (0 0 С) составляет 331,5 м/сек. При повышении температуры на 1 0 С она увеличивается примерно на 0,5 м/сек.
V=V0+0,5t 0
В твердых и жидких средах скорость звука значительно выше, в воде, например, около 1500 м/сек. Эта скорость звука принята как средняя для мягких тканей тела человека.
Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Звуковая волна описывается уравнием механической волны
p=p0cos ω(t-x/v)
где р и р0— звуковое давление в конкретной точке пространства и максимальное звуковое давление соответственно; — круговая частота, t – время, x— координата точки среды (одномерный случай), v– скорость звуковой волны.
Физическими характеристиками звука являются: звуковое давление, интенсивность, частота, период, скорость звуковой волны и другие Эти характеристики могут быть измерены физическими приборами.
Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: Вт/м 2 .
Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения давление.
Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в Н/м 2 .
Для плоской гармонической волны звуковое давление p связано с интенсивностью звука (I ) соотношением
где p0 — амплитудное, а pэф — эффективное (среднеквадратичное, которое обычно используется на практике) значения акустического давления.
Произведение скорости звука c в данной среде на плотность среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).
Удельный акустический импеданс Z: ,
где p — звуковое давление, V — колебательная скорость частицы среды.
Удельный акустический импеданс аналогичен электрическому импедансу ,
где U— напряжение, i -сила тока.
интенсивность плоской волны:
где V — средняя скорость смещения частиц в волне.
Сравнение формул 3 и 4 дает нам зависимость скорости смещения частиц в среде от давления .
Величину Z называют акустическим импедансом.
Акустический импеданс является основной характеристикой акустических свойств среды, определяющей условия отражения и преломления звука на границе сред. Для воздуха (при нормальных условиях) Z = 430 кг/м 2 сек, для воды примерно 14510 4 кг/м 2 сек, для железа 4 10 7 кг/м 2 сек .
Звуки разделяют на тоны и шумы.
Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром (рис. 1.). Спектр сложного тона линейчатый.
Источник
Акустика. Природа звука. Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Акустика — раздел физики, изучающий звуковые явления. Акустика подразделяется на общую, физиологическую, архитектурную, музыкальную и другие.
Общая акустика изучает преимущественно явления, касающиеся генерации, распространения (отражение, преломление, поглощение и т.д.) и использования звуковых волн для тех или иных целей. Физиологическая акустика изучает физические основы устройства органов речи и слуха, систему звуковых измерений (связь между характеристиками слухового ощущения и звуковой волны) и т.д. Прочие разделы акустики касаются использования звука в различных прикладных областях.
Звуком называют волны, распространяющиеся в упругих средах, образованные колебаниями с частотой от 16 до 20 000 Гц.частицами среды и воспринимаемые человеческим ухом.
В акустике рассматриваются и пограничные со звуком области: ниже 16 Гц — инфразвук и выше 20 000 Гц — ультразвук.
Источником звука является тело любой природы, находящееся в колебательном движении обычно в результате каких-либо механических воздействий, т.е. для возбуждения звука всегда требуется энергия. При колебаниях тело образует в окружающей среде (например, в воздухе) упругую продольную волну, которая достигая уха, вызывает слуховое ощущение.
Звук распространяется в любых упругих средах. Скорость распространения звука не зависит от частоты колебаний, а зависит от температуры, плотности и упругих свойств среды. Скорость звука в воздухе (0 0 С) составляет 331,5 м/сек. При повышении температуры на 1 0 С она увеличивается примерно на 0,5 м/сек.
V=V0+0,5t 0
В твердых и жидких средах скорость звука значительно выше, в воде, например, около 1500 м/сек. Эта скорость звука принята как средняя для мягких тканей тела человека.
Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Звуковая волна описывается уравнием механической волны
p=p0cos ω(t-x/v)
где р и р0— звуковое давление в конкретной точке пространства и максимальное звуковое давление соответственно; — круговая частота, t – время, x— координата точки среды (одномерный случай), v– скорость звуковой волны.
Физическими характеристиками звука являются: звуковое давление, интенсивность, частота, период, скорость звуковой волны и другие Эти характеристики могут быть измерены физическими приборами.
Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: Вт/м 2 .
Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения давление.
Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в Н/м 2 .
Для плоской гармонической волны звуковое давление p связано с интенсивностью звука (I ) соотношением
, (2)
где p0 — амплитудное, а pэф — эффективное (среднеквадратичное, которое обычно используется на практике) значения акустического давления.
Произведение скорости звука c в данной среде на плотность среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).
Удельный акустический импеданс Z: ,
где p — звуковое давление, V — колебательная скорость частицы среды.
Удельный акустический импеданс аналогичен электрическому импедансу ,
где U— напряжение, i -сила тока.
Интенсивность звука: , (3)
интенсивность плоской волны:
, (4)
где V — средняя скорость смещения частиц в волне.
Сравнение формул 3 и 4 дает нам зависимость скорости смещения частиц в среде от давления .
Величину Z называют акустическим импедансом.
Акустический импеданс является основной характеристикой акустических свойств среды, определяющей условия отражения и преломления звука на границе сред. Для воздуха (при нормальных условиях) Z = 430 кг/м 2 сек, для воды примерно 14510 4 кг/м 2 сек, для железа 4 10 7 кг/м 2 сек .
Звуки разделяют на тоны и шумы.
Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром (рис. 1.). Спектр сложного тона линейчатый.
Источник
Природа звука.
Источником звука является тело любой природы, находящейся в колебательном движении обычно в результате каких-либо механических воздействий, т.е. для возбуждения звука всегда требуется энергия. При колебаниях тело образует в окружающей среде, например, в воздухе, упругую продольную волну, которая достигая уха, вызывает слуховое ощущение.
Звук распространяется в любых средах. Скорость его распространения не зависит от частоты колебаний, она зависит от упругости и плотности среды, а также от ее температуры. В воздухе скорость звука при 0 0 С составляет 331,5 м/сек; при повышении температуры на 1 0 С она увеличивается примерно на 0,5 м/сек. В твердых и жидких средах скорость звука значительно выше, в воде ,например, около 1500 м/сек. Эта скорость звука может быть принята как средняя и для мягких тканей тела человека.
Тоны и шумы. Физические характеристики звука.
Звуки разделяются на тоны и шумы.
Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром. Спектр сложного тона линейчатый. Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового генератора. К сложным относятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи человека и др.
Звуковой тон характеризуется частотой (или периодом), амплитудой и формой колебания или его гармоническим спектром, а также величинами, относящимися к звуковой волне: интенсивностью, или силой звука, и звуковым давлением.
Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: эрг/сексм 2 , вт/м 2 , мквт/см 2 .
Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м 2 ) или динах на квадратный сантиметр (дин/см 2 , или акустический бар).
Для плоской гармонической волны звуковое давление p связано интенсивностью «I» звука соотношением
или 
,
где p0 — амплитудное, а pэф — эфективное (среднеквадратичное) значение, которое обычно и учитывается на практике.
Произведение скорости «c» звука в данной среде на плотность « » среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).
Удельный акустический импеданс Z : 
, гдеp — звуковое давление, V — колебательная скорость частицы среды. (Он аналогичен электрическому импедансу Z, где 
).
Так как интесивность звука 
, для плоской волны
, где V — средняя скорость смещения частиц в волне, сравнение обеих формул — 
, илиp = cV, то 
— характеристический импеданс.
и является основной характеристикой ее акустических свойств, определяющей условия отражения и преломления звука на границе среды. Для воздуха (при нормальных условиях) = 430 кг/м 2 сек, для воды примерно 145 10 4 , для железа 4 10 7 и т.д.
Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения, некоторое давление, называемое давлением звука.
Шумом называют звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума — сплошной.
Шумом называют самые различные звуки, представляющие сочетание множества различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются.
Шум является вредным явлением; длительное действие шума на орган слуха вызывают ослабление чувствительности уха, может привести к частичной или полной потере слуха. Действуя на нервную систему, шум вызывает повышенную утомляемость, снижение работоспособности, различные нервные заболевания.
Вредность шума зависит от его громкости и спектрального состава. Нормально допустимым уровнем шума считается 40 — 50 дБ.
Для объективного измерения громкости шума применяются приборы, называемые шумомерами. Шумомер содержит микрофон, который преобразует звуковые колебания в электрические. Эти колебания затем усиливаются и средняя мощность их измеряется при помощи микроамперметра со шкалой, градуированной в децибелах громкости.
Источник