Дали звукови вълни. Защо се появява звукова вълна? Звуково озвучаване на дълбините

Звукът е звукови вълни, които причиняват вибрации на малки частици въздух, други газове и течни и твърди среди. Звукът може да възникне само там, където има вещество, без значение в какво агрегатно състояние е то. Във вакуумни условия, където няма среда, звукът не се разпространява, защото няма частици, които действат като разпределители на звукови вълни. Например в космоса. Звукът може да бъде модифициран, променен, превръщайки се в други форми на енергия. Така звукът, преобразуван в радиовълни или електрическа енергия, може да се предава на разстояние и да се записва на информационни носители.

Звукова вълна

Движенията на обекти и тела почти винаги причиняват колебания в околната среда. Няма значение дали е вода или въздух. По време на този процес започват да вибрират и частиците на средата, към която се предават вибрациите на тялото. Възникват звукови вълни. Освен това движенията се извършват в посоки напред и назад, като постепенно се заменят. Следователно звуковата вълна е надлъжна. В него никога няма странично движение нагоре и надолу.

Характеристики на звуковите вълни

Като всяко физическо явление, те имат свои собствени величини, с помощта на които могат да бъдат описани свойства. Основните характеристики на звуковата вълна са нейната честота и амплитуда. Първата стойност показва колко вълни се формират за секунда. Второто определя силата на вълната. Нискочестотните звуци имат ниски честотни стойности и обратното. Честотата на звука се измерва в херци и ако надвишава 20 000 Hz, тогава се появява ултразвук. Има много примери за нискочестотни и високочестотни звуци в природата и света около нас. Чуруликане на славей, тътен на гръмотевици, рев на планинска река и други са различни звукови честоти. Амплитудата на вълната директно зависи от това колко силен е звукът. Силата на звука от своя страна намалява с разстоянието от източника на звук. Съответно, колкото по-далеч е вълната от епицентъра, толкова по-малка е амплитудата. С други думи, амплитудата на звуковата вълна намалява с разстоянието от източника на звук.

Скорост на звука

Този показател за звукова вълна е в пряка зависимост от естеството на средата, в която се разпространява. И влажността, и температурата на въздуха играят важна роля тук. При средни метеорологични условия скоростта на звука е приблизително 340 метра в секунда. Във физиката има такова нещо като свръхзвукова скорост, която винаги е по-голяма от скоростта на звука. Това е скоростта, с която се разпространяват звуковите вълни, когато самолетът се движи. Самолетът се движи със свръхзвукова скорост и дори изпреварва звуковите вълни, които създава. Поради постепенно нарастващото налягане зад самолета се образува ударна вълна от звук. Единицата за измерване на тази скорост е интересна и малко хора я знаят. Казва се Mach. Мах 1 е равен на скоростта на звука. Ако една вълна се движи с Мах 2, тогава тя се движи два пъти по-бързо от скоростта на звука.

Шумове

В човешкото ежедневие има постоянен шум. Нивото на шума се измерва в децибели. Движението на колите, вятърът, шумоленето на листата, преплитането на гласове на хора и други звукови шумове са наши ежедневни спътници. Но човешкият слухов анализатор има способността да свикне с такъв шум. Има обаче и явления, с които дори адаптивните способности на човешкото ухо не могат да се справят. Например, шум над 120 dB може да причини болка. Най-шумното животно е синият кит. Когато издава звуци, се чува на над 800 километра.

Ехо

Как възниква ехото? Тук всичко е много просто. Звуковата вълна има способността да се отразява от различни повърхности: от вода, от камък, от стени в празна стая. Тази вълна се връща към нас, така че чуваме вторичен звук. Тя не е толкова ясна, колкото оригиналната, защото част от енергията в звуковата вълна се разсейва, докато пътува към препятствието.

Ехолокация

Отражението на звука се използва за различни практически цели. Например ехолокация. Основава се на факта, че с помощта на ултразвукови вълни е възможно да се определи разстоянието до обекта, от който се отразяват тези вълни. Изчисленията се правят чрез измерване на времето, необходимо на ултразвука за пътуване до дадено място и връщане. Много животни имат способността за ехолокация. Например прилепите и делфините го използват, за да търсят храна. Ехолокацията намери друго приложение в медицината. По време на ултразвукови изследвания се формира картина на вътрешните органи на човек. Основата на този метод е, че ултразвукът, влизайки в среда, различна от въздух, се връща обратно, като по този начин образува изображение.

Звукови вълни в музиката

Защо музикалните инструменти издават определени звуци? Дрънкане на китара, дрънкане на пиано, ниски тонове на барабани и тромпети, очарователният тънък глас на флейта. Всички тези и много други звуци възникват поради вибрации на въздуха или, с други думи, поради появата на звукови вълни. Но защо звукът на музикалните инструменти е толкова разнообразен? Оказва се, че това зависи от няколко фактора. Първият е формата на инструмента, вторият е материалът, от който е направен.

Нека да разгледаме това като използваме струнни инструменти като пример. Те стават източник на звук при докосване на струните. В резултат на това те започват да вибрират и да изпращат различни звуци в околната среда. Ниският звук на всеки струнен инструмент се дължи на по-голямата дебелина и дължина на струната, както и на слабото й напрежение. И обратното, колкото по-здраво е опъната струната, колкото по-тънка и по-къса е тя, толкова по-висок е звукът, получен в резултат на свиренето.

Действие на микрофона

Основава се на преобразуването на енергията на звуковите вълни в електрическа. В този случай силата на тока и естеството на звука са пряко зависими. Във всеки микрофон има тънка метална пластина. Когато е изложен на звук, той започва да извършва осцилаторни движения. Спиралата, към която е свързана плочата, също вибрира, което води до електрически ток. Защо се появява? Това е така, защото микрофонът има и вградени магнити. Когато спиралата трепти между полюсите си, се генерира електрически ток, който преминава по спиралата и след това към звукова колона (високоговорител) или към оборудване за запис върху носител на информация (касета, диск, компютър). Между другото, микрофонът в телефона има подобна структура. Но как работят микрофоните на стационарни и мобилни телефони? Първоначалната фаза при тях е една и съща - звукът на човешкия глас предава вибрациите си на плочата на микрофона, след това всичко следва описания по-горе сценарий: спирала, която при движение затваря два полюса, създава се ток. Какво следва? С стационарен телефон всичко е повече или по-малко ясно - точно както в микрофона, звукът, преобразуван в електрически ток, преминава през проводниците. Но какво ще кажете за мобилен телефон или, например, уоки-токи? В тези случаи звукът се преобразува в енергия на радиовълните и удря сателита. Това е всичко.

Резонансно явление

Понякога се създават условия, когато амплитудата на вибрациите на физическото тяло рязко се увеличава. Това се дължи на сближаването на стойностите на честотата на принудителните трептения и естествената честота на трептенията на обекта (тялото). Резонансът може да бъде както полезен, така и вреден. Например, за да извадите кола от дупка, тя се запалва и се бута напред-назад, за да предизвика резонанс и да даде на колата инерция. Но има и случаи на негативни последици от резонанса. Например в Санкт Петербург преди около сто години мост се срути под маршируващи войници в унисон.

Този урок обхваща темата „Звукови вълни“. В този урок ще продължим да изучаваме акустиката. Първо, нека повторим определението за звукови вълни, след това да разгледаме техните честотни диапазони и да се запознаем с концепцията за ултразвукови и инфразвукови вълни. Ще обсъдим и свойствата на звуковите вълни в различни среди и ще научим какви са техните характеристики. .

звукови вълни –това са механични вибрации, които, разпространявайки се и взаимодействайки с органа на слуха, се възприемат от човек (фиг. 1).

Ориз. 1. Звукова вълна

Разделът от физиката, който се занимава с тези вълни, се нарича акустика. Професията на хората, които са популярно наричани „слушатели“, е акустици. Звуковата вълна е вълна, разпространяваща се в еластична среда, тя е надлъжна вълна и когато се разпространява в еластична среда, компресията и разрядът се редуват. Предава се във времето на разстояние (фиг. 2).

Ориз. 2. Разпространение на звуковата вълна

Звуковите вълни включват вибрации, които възникват с честота от 20 до 20 000 Hz. За тези честоти съответните дължини на вълната са 17 m (за 20 Hz) и 17 mm (за 20 000 Hz). Този диапазон ще се нарича звуков звук. Тези дължини на вълните са дадени за въздух, скоростта на звука в който е равна на .

Има и диапазони, с които се занимават акустиците - инфразвуков и ултразвуков. Инфразвуковите са тези, които имат честота под 20 Hz. А ултразвуковите са тези, които имат честота над 20 000 Hz (фиг. 3).

Ориз. 3. Диапазон на звуковите вълни

Всеки образован човек трябва да е запознат с честотния диапазон на звуковите вълни и да знае, че ако отиде на ултразвук, картината на екрана на компютъра ще бъде изградена с честота над 20 000 Hz.

Ултразвук –Това са механични вълни, подобни на звуковите, но с честота от 20 kHz до един милиард херца.

Наричат ​​се вълни с честота над един милиард херца хиперзвук.

Ултразвукът се използва за откриване на дефекти в отливките. Поток от къси ултразвукови сигнали се насочва към изследваната част. В тези места, където няма дефекти, сигналите преминават през частта, без да бъдат регистрирани от приемника.

Ако в детайла има пукнатина, въздушна кухина или друга нехомогенност, тогава ултразвуковият сигнал се отразява от него и, връщайки се, влиза в приемника. Този метод се нарича ултразвукова дефектоскопия.

Други примери за ултразвукови приложения са ултразвукови машини, ултразвукови машини, ултразвукова терапия.

инфразвук –механични вълни, подобни на звуковите, но с честота по-малка от 20 Hz. Те не се възприемат от човешкото ухо.

Естествените източници на инфразвукови вълни са бури, цунами, земетресения, урагани, вулканични изригвания и гръмотевични бури.

Инфразвукът също е важна вълна, която се използва за вибриране на повърхността (например за унищожаване на някои големи обекти). Пускаме инфразвук в почвата - и почвата се разпада. Къде се използва това? Например в диамантени мини, където те вземат руда, която съдържа диамантени компоненти и я раздробяват на малки частици, за да намерят тези диамантени включвания (фиг. 4).

Ориз. 4. Приложение на инфразвука

Скоростта на звука зависи от условията на околната среда и температурата (фиг. 5).

Ориз. 5. Скорост на разпространение на звуковата вълна в различни среди

Моля, обърнете внимание: във въздуха скоростта на звука при е равна на , а при , скоростта се увеличава с . Ако сте изследовател, тогава това знание може да ви бъде полезно. Може дори да измислите някакъв температурен сензор, който ще записва температурните разлики чрез промяна на скоростта на звука в средата. Вече знаем, че колкото по-плътна е средата, толкова по-сериозно е взаимодействието между частиците на средата, толкова по-бързо се разпространява вълната. В последния параграф обсъдихме това, използвайки примера за сух въздух и влажен въздух. За водата скоростта на разпространение на звука е . Ако създадете звукова вълна (почукате с камертон), тогава скоростта на нейното разпространение във водата ще бъде 4 пъти по-голяма, отколкото във въздуха. По вода информацията ще достига 4 пъти по-бързо, отколкото по въздух. А в стоманата е още по-бързо: (фиг. 6).

Ориз. 6. Скорост на разпространение на звуковата вълна

Знаете от епосите, че Иля Муромец използва (и всички герои и обикновени руски хора и момчета от RVS на Гайдар) използва много интересен метод за откриване на обект, който се приближава, но все още е далеч. Звукът, който издава при движение, все още не се чува. Иля Муромец, с ухо до земята, я чува. Защо? Тъй като звукът се предава по твърда земя с по-висока скорост, което означава, че ще достигне до ухото на Иля Муромец по-бързо и той ще може да се подготви за среща с врага.

Най-интересните звукови вълни са музикалните звуци и шумове. Какви обекти могат да създават звукови вълни? Ако вземем източник на вълна и еластична среда, ако накараме източника на звук да вибрира хармонично, тогава ще имаме прекрасна звукова вълна, която ще се нарече музикален звук. Тези източници на звукови вълни могат да бъдат например струните на китара или пиано. Това може да е звукова вълна, която се създава във въздушната междина на тръба (орган или тръба). От часовете по музика знаете нотите: до, ре, ми, фа, сол, ла, си. В акустиката те се наричат ​​тонове (фиг. 7).

Ориз. 7. Музикални тонове

Всички обекти, които могат да произвеждат тонове, ще имат функции. С какво се различават? Те се различават по дължина на вълната и честота. Ако тези звукови вълни не са създадени от хармонично звучащи тела или не са свързани в някаква обща оркестрова пиеса, тогава такова количество звуци ще се нарича шум.

Шум– случайни колебания с различна физическа природа, характеризиращи се със сложността на тяхната времева и спектрална структура. Понятието шум е битово и физическо, те са много сходни и затова го въвеждаме като отделен важен обект на разглеждане.

Нека да преминем към количествените оценки на звуковите вълни. Какви са характеристиките на музикалните звукови вълни? Тези характеристики се отнасят изключително за хармонични звукови вибрации. Така, сила на звука. Как се определя силата на звука? Нека разгледаме разпространението на звукова вълна във времето или трептенията на източника на звуковата вълна (фиг. 8).

Ориз. 8. Сила на звука

В същото време, ако не сме добавили много звук към системата (натиснем тихо клавиш на пиано, например), тогава ще има тих звук. Ако силно вдигнем високо ръката си, предизвикваме този звук, като натискаме клавиша, получаваме силен звук. От какво зависи това? Тихият звук има по-малка амплитуда на вибрациите от силния звук.

Следващата важна характеристика на музикалния звук и всеки друг звук е височина. От какво зависи височината на звука? Височината зависи от честотата. Можем да накараме източника да трепти често или можем да го накараме да не трепти много бързо (тоест да извършва по-малко трептения за единица време). Нека разгледаме времевия обхват на висок и нисък звук със същата амплитуда (фиг. 9).

Ориз. 9. Стъпка

Може да се направи интересен извод. Ако човек пее с басов глас, тогава неговият източник на звук (гласните струни) вибрира няколко пъти по-бавно от този на човек, който пее сопрано. Във втория случай гласните струни вибрират по-често и следователно по-често причиняват джобове на компресия и разряд при разпространението на вълната.

Има още една интересна характеристика на звуковите вълни, която физиците не изучават. Това тембър. Познавате и лесно различавате едно и също музикално произведение, изпълнено на балалайка или виолончело. Как се различават тези звуци или това изпълнение? В началото на експеримента помолихме хората, които произвеждат звуци, да ги направят с приблизително еднаква амплитуда, така че силата на звука да е еднаква. Това е като в случая с оркестър: ако няма нужда да подчертавате някой инструмент, всички свирят приблизително еднакво, с еднаква сила. Така че тембърът на балалайката и виолончелото е различен. Ако трябваше да начертаем звука, произведен от един инструмент от друг с помощта на диаграми, те биха били еднакви. Но можете лесно да различите тези инструменти по звука им.

Друг пример за важността на тембъра. Представете си двама певци, които завършват един и същи музикален университет с едни и същи преподаватели. Те учеха еднакво добре, с чисти петици. По някаква причина единият става изключителен изпълнител, докато другият цял ​​живот е недоволен от кариерата си. Всъщност това се определя единствено от техния инструмент, който предизвиква вокални вибрации в околната среда, т.е. гласовете им се различават по тембър.

Библиография

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примери за решаване на задачи. - 2-ро издание преразпределение. - X.: Веста: издателство "Ранок", 2005. - 464 с.
2. Перишкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9. клас: учебник за общообразовател. институции/А.В. Перишкин, Е.М. Гутник. - 14-то изд., стереотип. - М .: Bustard, 2009. - 300 с.

1. Интернет портал “eduspb.com” ()
2. Интернет портал “msk.edu.ua” ()
3. Интернет портал “class-fizika.narod.ru” ()

Домашна работа

1. Как се разпространява звукът? Какъв може да е източникът на звук?
2. Може ли звукът да пътува през космоса?
3. Всяка вълна, която достига до слуховия орган на човек, възприема ли се от него?

18 февруари 2016 г

Светът на домашните забавления е доста разнообразен и може да включва: гледане на филми на добра система за домашно кино; вълнуващ и вълнуващ геймплей или слушане на музика. По правило всеки намира нещо свое в тази област или комбинира всичко наведнъж. Но каквито и да са целите на човек за организиране на свободното време и до каквато и крайност да стигнат, всички тези връзки са здраво свързани с една проста и разбираема дума - „звук“. Наистина, във всички горепосочени случаи ще бъдем водени за ръка чрез звук. Но този въпрос не е толкова прост и тривиален, особено в случаите, когато има желание да се постигне висококачествен звук в стая или други условия. За да направите това, не винаги е необходимо да купувате скъпи hi-fi или hi-end компоненти (въпреки че ще бъде много полезно), но е достатъчно добро познаване на физическата теория, което може да елиминира повечето от проблемите, които възникват за всеки който се стреми да получи висококачествена гласова актьорска игра.

След това теорията на звука и акустиката ще бъде разгледана от гледна точка на физиката. В този случай ще се опитам да направя това възможно най-достъпно за разбирането на всеки човек, който може би е далеч от познаването на физическите закони или формули, но въпреки това страстно мечтае да реализира мечтата за създаване на перфектна акустична система. Не се наемам да твърдя, че за да постигнете добри резултати в тази област у дома (или в колата например), трябва да познавате тези теории задълбочено, но разбирането на основите ще ви позволи да избегнете много глупави и абсурдни грешки , и също така ще ви позволи да постигнете максимален звуков ефект от системата на всяко ниво.

Обща теория на звука и музикална терминология

Какво е звук? Това е усещането, което слуховият орган възприема "ухо"(самото явление съществува без участието на „ухото“ в процеса, но това е по-лесно за разбиране), което се случва, когато тъпанчето се възбуди от звукова вълна. Ухото в този случай действа като "приемник" на звукови вълни с различни честоти.
Звукова вълнапо същество това е последователна поредица от уплътнявания и изхвърляния на средата (най-често въздушната среда при нормални условия) с различна честота. Природата на звуковите вълни е осцилаторна, причинена и произведена от вибрациите на всяко тяло. Възникването и разпространението на класическа звукова вълна е възможно в три еластични среди: газообразна, течна и твърда. Когато звукова вълна възникне в един от тези видове пространство, неизбежно настъпват някои промени в самата среда, например промяна в плътността или налягането на въздуха, движение на частици въздушна маса и т.н.

Тъй като звуковата вълна има колебателен характер, тя има такава характеристика като честота. Честотаизмерено в херци (в чест на немския физик Хайнрих Рудолф Херц) и обозначава броя на трептенията за период от време, равен на една секунда. Тези. например честота от 20 Hz показва цикъл от 20 трептения за една секунда. Субективната представа за височината му също зависи от честотата на звука. Колкото повече звукови вибрации се появяват в секунда, толкова „по-висок“ изглежда звукът. Звуковата вълна има и друга важна характеристика, която има име - дължина на вълната. Дължина на вълнатаОбичайно е да се разглежда разстоянието, което звук с определена честота изминава за период, равен на една секунда. Например, дължината на вълната на най-ниския звук в чувания от човека обхват при 20 Hz е 16,5 метра, а дължината на вълната на най-високия звук при 20 000 Hz е 1,7 сантиметра.

Човешкото ухо е проектирано по такъв начин, че е в състояние да възприема вълни само в ограничен диапазон, приблизително 20 Hz - 20 000 Hz (в зависимост от характеристиките на конкретен човек, някои могат да чуят малко повече, други по-малко) . По този начин това не означава, че звуци под или над тези честоти не съществуват, те просто не се възприемат от човешкото ухо, излизайки извън чуваемия диапазон. Звук над чуваемия диапазон се нарича ултразвук, се извиква звук под чуваемия диапазон инфразвук. Някои животни могат да възприемат ултра и инфра звуци, някои дори използват този диапазон за ориентация в пространството (прилепи, делфини). Ако звукът преминава през среда, която не е в пряк контакт с човешкия слухов орган, тогава такъв звук може да не се чуе или да бъде силно отслабен впоследствие.

В музикалната терминология на звука има такива важни обозначения като октава, тон и обертон на звука. октаваозначава интервал, в който честотното съотношение между звуците е 1 към 2. Една октава обикновено се различава много на ухо, докато звуците в този интервал могат да бъдат много сходни един с друг. Октава може да се нарече и звук, който вибрира два пъти повече от друг звук за същия период от време. Например честотата от 800 Hz не е нищо повече от по-висока октава от 400 Hz, а честотата от 400 Hz на свой ред е следващата октава на звука с честота 200 Hz. Октавата от своя страна се състои от тонове и обертонове. Променливите вибрации в хармонична звукова вълна със същата честота се възприемат от човешкото ухо като музикален тон. Високочестотните вибрации могат да се интерпретират като високи звуци, докато нискочестотните вибрации могат да се интерпретират като ниски звуци. Човешкото ухо е в състояние ясно да различи звуци с разлика от един тон (в диапазона до 4000 Hz). Въпреки това музиката използва изключително малък брой тонове. Това се обяснява от съображения за принципа на хармоничното съзвучие, всичко се основава на принципа на октавите.

Нека разгледаме теорията на музикалните тонове, използвайки примера на струна, опъната по определен начин. Такава струна, в зависимост от силата на опън, ще бъде „настроена“ на една определена честота. Когато тази струна е изложена на нещо с една специфична сила, което я кара да вибрира, един специфичен тон на звука ще бъде постоянно наблюдаван и ние ще чуем желаната честота на настройка. Този звук се нарича основен тон. Честотата на нотата "Ла" от първата октава е официално приета като основен тон в музикалното поле, равна на 440 Hz. Повечето музикални инструменти обаче никога не възпроизвеждат сами чисти основни тонове; те неизбежно са придружени от обертонове, т.нар. обертонове. Тук е уместно да си припомним една важна дефиниция на музикалната акустика, понятието звуков тембър. Тембър- това е характеристика на музикалните звуци, която придава на музикалните инструменти и гласове тяхната уникална, разпознаваема специфичност на звука, дори когато се сравняват звуци с еднаква височина и сила. Тембърът на всеки музикален инструмент зависи от разпределението на звуковата енергия между обертоновете в момента на появата на звука.

Обертоновете формират специфично оцветяване на основния тон, по което лесно можем да идентифицираме и разпознаем конкретен инструмент, както и ясно да разграничим неговия звук от друг инструмент. Има два вида обертонове: хармонични и нехармонични. Хармонични обертоновепо дефиниция са кратни на основната честота. Напротив, ако обертоновете не са кратни и забележимо се отклоняват от стойностите, тогава те се наричат нехармонични. В музиката работата с множество обертонове е практически изключена, така че терминът се свежда до понятието „обертон“, което означава хармоничен. За някои инструменти, като пианото, основният тон дори няма време да се формира; за кратък период от време звуковата енергия на обертоновете се увеличава и след това също толкова бързо намалява. Много инструменти създават така наречения ефект на "преходен тон", при който енергията на определени обертонове е най-висока в определен момент от време, обикновено в самото начало, но след това се променя рязко и преминава към други обертонове. Честотният диапазон на всеки инструмент може да се разглежда отделно и обикновено е ограничен до основните честоти, които този конкретен инструмент може да произведе.

В теорията на звука има и такова понятие като ШУМ. Шум- това е всеки звук, който е създаден от комбинация от източници, които са несъвместими един с друг. Всеки е запознат със звука на люлеещите се от вятъра дървесни листа и т.н.

Какво определя силата на звука?Очевидно подобно явление зависи пряко от количеството енергия, пренесено от звуковата вълна. За да се определят количествените показатели на силата на звука, има понятие - интензивност на звука. Интензивност на звукасе определя като поток от енергия, преминаващ през някаква област от пространството (например cm2) за единица време (например за секунда). По време на нормален разговор интензитетът е приблизително 9 или 10 W/cm2. Човешкото ухо е способно да възприема звуци в доста широк диапазон на чувствителност, докато чувствителността на честотите е разнородна в рамките на звуковия спектър. По този начин най-добре се възприема честотният диапазон 1000 Hz - 4000 Hz, който обхваща най-широко човешката реч.

Тъй като звуците се различават толкова много по интензитет, е по-удобно да се мисли за тях като за логаритмична величина и да се измерва в децибели (след шотландския учен Александър Греъм Бел). Долният праг на слухова чувствителност на човешкото ухо е 0 dB, горният е 120 dB, наричан още "праг на болка". Горната граница на чувствителност също се възприема от човешкото ухо не по един и същи начин, а зависи от конкретната честота. Нискочестотните звуци трябва да имат много по-голям интензитет от високочестотните звуци, за да задействат прага на болката. Например, прагът на болка при ниска честота от 31,5 Hz възниква при ниво на интензитет на звука от 135 dB, когато при честота от 2000 Hz усещането за болка ще се появи при 112 dB. Съществува и понятието звуково налягане, което всъщност разширява обичайното обяснение за разпространението на звукова вълна във въздуха. Звуково налягане- това е променливо свръхналягане, което възниква в еластична среда в резултат на преминаването на звукова вълна през нея.

Вълнова природа на звука

За да разберете по-добре системата за генериране на звукови вълни, представете си класически високоговорител, разположен в тръба, пълна с въздух. Ако високоговорителят направи рязко движение напред, въздухът в непосредствена близост до дифузора моментално се компресира. След това въздухът ще се разшири, като по този начин ще избута зоната на сгъстен въздух по тръбата.
Това вълново движение впоследствие ще се превърне в звук, когато достигне слуховия орган и „възбуди” тъпанчето. Когато в газ се появи звукова вълна, се създава свръхналягане и излишна плътност и частиците се движат с постоянна скорост. За звуковите вълни е важно да запомните факта, че веществото не се движи заедно със звуковата вълна, а възниква само временно смущение на въздушните маси.

Ако си представим бутало, окачено в свободно пространство на пружина и извършващо повтарящи се движения „напред и назад“, тогава такива трептения ще се наричат ​​хармонични или синусоидални (ако си представим вълната като графика, тогава в този случай ще получим чиста синусоида с повтарящи се спадове и покачвания). Ако си представим високоговорител в тръба (както в примера, описан по-горе), извършващ хармонични трептения, тогава в момента, в който говорителят се движи "напред", се получава добре познатият ефект на компресия на въздуха, а когато говорителят се движи "назад", се получава обратен ефект на разреждане. В този случай през тръбата ще се разпространи вълна от редуващо се компресиране и разреждане. Разстоянието по дължината на тръбата между съседни максимуми или минимуми (фази) ще бъде наречено дължина на вълната. Ако частиците трептят успоредно на посоката на разпространение на вълната, тогава вълната се нарича надлъжно. Ако те трептят перпендикулярно на посоката на разпространение, тогава вълната се нарича напречен. Обикновено звуковите вълни в газовете и течностите са надлъжни, но в твърдите тела могат да възникнат вълни и от двата вида. Напречните вълни в твърдите тела възникват поради устойчивост на промяна на формата. Основната разлика между тези два вида вълни е, че напречната вълна има свойството на поляризация (колебанията се появяват в определена равнина), докато надлъжната вълна няма.

Скорост на звука

Скоростта на звука зависи пряко от характеристиките на средата, в която се разпространява. Определя се (зависим) от две свойства на средата: еластичност и плътност на материала. Скоростта на звука в твърди тела директно зависи от вида на материала и неговите свойства. Скоростта в газообразни среди зависи само от един вид деформация на средата: компресия-разреждане. Промяната в налягането при звукова вълна става без топлообмен с околните частици и се нарича адиабатна.
Скоростта на звука в газа зависи главно от температурата - тя се увеличава с повишаване на температурата и намалява с понижаване на температурата. Също така, скоростта на звука в газова среда зависи от размера и масата на самите газови молекули - колкото по-малки са масата и размерът на частиците, толкова по-голяма е "проводимостта" на вълната и съответно скоростта.

В течни и твърди среди принципът на разпространение и скоростта на звука са подобни на това как вълната се разпространява във въздуха: чрез компресия-разряд. Но в тези среди, в допълнение към същата зависимост от температурата, плътността на средата и нейният състав/структура са доста важни. Колкото по-ниска е плътността на веществото, толкова по-висока е скоростта на звука и обратно. Зависимостта от състава на средата е по-сложна и се определя във всеки конкретен случай, като се отчита разположението и взаимодействието на молекулите/атомите.

Скорост на звука във въздуха при t, °C 20: 343 m/s
Скорост на звука в дестилирана вода при t, °C 20: 1481 m/s
Скорост на звука в стомана при t, °C 20: 5000 m/s

Стоящи вълни и смущения

Когато високоговорителят създава звукови вълни в затворено пространство, неизбежно възниква ефектът на вълните, които се отразяват от границите. В резултат на това най-често се случва това ефект на смущение- когато две или повече звукови вълни се наслагват една върху друга. Специални случаи на интерференционни явления са образуването на: 1) биещи вълни или 2) стоящи вълни. Удари на вълни- това е случаят, когато се получава добавяне на вълни със сходни честоти и амплитуди. Картината на появата на удари: когато две вълни с подобни честоти се припокриват. В даден момент от времето, с такова припокриване, пиковете на амплитудата може да съвпаднат „във фаза“, а пониженията могат също да съвпаднат в „антифаза“. Така се характеризират звуковите удари. Важно е да запомните, че за разлика от стоящите вълни, фазовите съвпадения на пиковете не се случват постоянно, а на определени интервали от време. За ухото този модел на удари се различава доста ясно и се чува съответно като периодично увеличаване и намаляване на звука. Механизмът, по който възниква този ефект, е изключително прост: когато пиковете съвпадат, обемът се увеличава, а когато долините съвпадат, обемът намалява.

Стоящи вълнивъзникват в случай на наслагване на две вълни с еднаква амплитуда, фаза и честота, когато при „срещането“ на такива вълни едната се движи в права посока, а другата в обратна посока. В областта на пространството (където се е образувала стоящата вълна) се появява картина на наслагването на две честотни амплитуди с редуващи се максимуми (така наречените антиноди) и минимуми (така наречените възли). При възникването на това явление изключително важни са честотата, фазата и коефициентът на затихване на вълната в мястото на отражение. За разлика от пътуващите вълни, при стоящата вълна няма трансфер на енергия поради факта, че предната и обратната вълна, които образуват тази вълна, пренасят енергия в равни количества както в предната, така и в противоположната посока. За да разберем ясно появата на стояща вълна, нека си представим пример от домашната акустика. Да кажем, че разполагаме със стоящи на пода високоговорителни системи в някакво ограничено пространство (стая). Като ги накараме да свирят нещо с много баси, нека се опитаме да променим местоположението на слушателя в стаята. Така слушател, който се намира в зоната на минимум (изваждане) на стояща вълна, ще почувства ефекта, че има много малко баси, а ако слушателят се окаже в зона на максимум (добавяне) на честоти, тогава обратното се получава ефект на значително увеличение на басовата област. В този случай ефектът се наблюдава във всички октави на основната честота. Например, ако базовата честота е 440 Hz, тогава явлението „събиране“ или „изваждане“ ще се наблюдава и при честоти от 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz и т.н.

Резонансно явление

Повечето твърди вещества имат естествена резонансна честота. Доста лесно е да разберете този ефект, като използвате примера на обикновена тръба, отворена само в единия край. Нека си представим ситуация, при която към другия край на тръбата е свързан високоговорител, който може да възпроизвежда една постоянна честота, която също може да бъде променена по-късно. И така, тръбата има своя собствена резонансна честота, с прости думи - това е честотата, на която тръбата „резонира“ или издава собствен звук. Ако честотата на високоговорителя (в резултат на настройка) съвпада с резонансната честота на тръбата, тогава ще се получи ефектът от увеличаване на силата на звука няколко пъти. Това се случва, защото високоговорителят възбужда вибрации на въздушния стълб в тръбата със значителна амплитуда, докато се намери същата „резонансна честота“ и се появи ефектът на добавяне. Полученият феномен може да се опише по следния начин: тръбата в този пример „помага“ на високоговорителя, като резонира на определена честота, техните усилия се сумират и „резултират“ в звуков силен ефект. Използвайки примера на музикалните инструменти, това явление може лесно да се види, тъй като дизайнът на повечето инструменти съдържа елементи, наречени резонатори. Не е трудно да се познае какво служи за подобряване на определена честота или музикален тон. Например: тяло на китара с резонатор под формата на дупка, свързваща се с обема; Дизайнът на тръбата на флейтата (и всички тръби като цяло); Цилиндричната форма на тялото на барабана, която сама по себе си е резонатор с определена честота.

Честотен спектър на звука и честотна характеристика

Тъй като на практика практически няма вълни с еднаква честота, става необходимо да се разложи целият звуков спектър на звуковия диапазон на обертонове или хармоници. За тези цели има графики, които показват зависимостта на относителната енергия на звуковите вибрации от честотата. Тази графика се нарича графика на звуковия честотен спектър. Честотен спектър на звукаИма два вида: дискретни и непрекъснати. Дискретна диаграма на спектъра показва отделни честоти, разделени с празни интервали. Непрекъснатият спектър съдържа всички звукови честоти наведнъж.
В случай на музика или акустика най-често се използва обичайната графика Амплитудно-честотни характеристики(съкратено като "AFC"). Тази графика показва зависимостта на амплитудата на звуковите вибрации от честотата в целия честотен спектър (20 Hz - 20 kHz). Разглеждайки такава графика, е лесно да разберете например силните или слабите страни на конкретен високоговорител или акустична система като цяло, най-силните области на изходна енергия, спадове и покачвания на честотата, затихване, а също и да проследите стръмността на упадъка.

Разпространение на звукови вълни, фаза и противофаза

Процесът на разпространение на звуковите вълни се извършва във всички посоки от източника. Най-простият пример за разбиране на това явление е камъче, хвърлено във вода.
От мястото, където е паднал камъкът, вълните започват да се разпространяват по повърхността на водата във всички посоки. Но нека си представим ситуация, използваща високоговорител с определен обем, да речем затворена кутия, която е свързана към усилвател и възпроизвежда някакъв музикален сигнал. Лесно е да забележите (особено ако подадете мощен нискочестотен сигнал, например бас барабан), че високоговорителят прави бързо движение „напред“ и след това същото бързо движение „назад“. Това, което остава да разберем е, че когато високоговорителят се движи напред, той излъчва звукова вълна, която чуваме по-късно. Но какво се случва, когато високоговорителят се движи назад? И парадоксално се случва същото, високоговорителят издава същия звук, само че в нашия пример той се разпространява изцяло в обема на кутията, без да излиза извън нейните граници (кутията е затворена). Като цяло в горния пример могат да се наблюдават доста интересни физически явления, най-значимото от които е понятието фаза.

Звуковата вълна, която говорителят, намирайки се в силата на звука, излъчва по посока на слушателя, е „във фаза“. Обратната вълна, която отива в обема на кутията, ще бъде съответно противофазна. Остава само да разберем какво означават тези понятия? Фаза на сигнала– това е нивото на звуково налягане в текущия момент от времето в дадена точка от пространството. Най-лесният начин да разберете фазата е чрез примера за възпроизвеждане на музикален материал от конвенционална стерео двойка домашни високоговорители, стояща на пода. Да си представим, че две такива подови колони са монтирани в дадена стая и свирят. В този случай и двете акустични системи възпроизвеждат синхронен сигнал с променливо звуково налягане и звуковото налягане на единия високоговорител се добавя към звуковото налягане на другия високоговорител. Подобен ефект възниква поради синхронността на възпроизвеждането на сигнала от левия и десния високоговорител, съответно, с други думи, върховете и спадовете на вълните, излъчвани от левия и десния високоговорител, съвпадат.

Сега нека си представим, че звуковото налягане все още се променя по същия начин (не е претърпяло промени), но само сега те са противоположни едно на друго. Това може да се случи, ако свържете една система от две високоговорители с обратна полярност (кабел "+" от усилвателя към клемата "-" на системата от високоговорители и кабел "-" от усилвателя към клемата "+" на система от високоговорители). В този случай противоположният сигнал ще предизвика разлика в налягането, която може да бъде представена в числа, както следва: левият високоговорител ще създаде налягане от „1 Pa“, а десният високоговорител ще създаде налягане от „минус 1 Pa“. В резултат на това общата сила на звука в местоположението на слушателя ще бъде нула. Това явление се нарича антифаза. Ако разгледаме примера по-подробно за разбиране, се оказва, че два високоговорителя, свирещи „във фаза“, създават идентични зони на уплътняване и разреждане на въздуха, като по този начин всъщност си помагат взаимно. В случай на идеализирана противофаза, областта на сгъстеното въздушно пространство, създадено от един високоговорител, ще бъде придружено от зона на разредено въздушно пространство, създадено от втория високоговорител. Това изглежда приблизително като феномена на взаимно синхронно отмяна на вълните. Вярно е, че на практика силата на звука не пада до нула и ще чуем силно изкривен и отслабен звук.

Най-достъпно това явление може да се опише по следния начин: два сигнала с еднакви трептения (честота), но изместени във времето. С оглед на това е по-удобно да си представим тези явления на изместване, като използваме примера на обикновен кръгъл часовник. Нека си представим, че на стената висят няколко еднакви кръгли часовника. Когато секундните стрелки на този часовник вървят синхронно, на единия часовник 30 секунди, а на другия 30, тогава това е пример за сигнал, който е във фаза. Ако секундните стрелки се движат с изместване, но скоростта е все същата, например на един часовник е 30 секунди, а на друг е 24 секунди, тогава това е класически пример за фазово изместване. По същия начин фазата се измерва в градуси във виртуален кръг. В този случай, когато сигналите са изместени един спрямо друг на 180 градуса (половин период), се получава класическа антифаза. Често в практиката се получават незначителни фазови отмествания, които също могат да бъдат определени в градуси и успешно елиминирани.

Вълните биват плоски и сферични. Плоският вълнов фронт се разпространява само в една посока и рядко се среща в практиката. Сферичният вълнов фронт е прост тип вълна, която произхожда от една точка и се движи във всички посоки. Звуковите вълни имат свойството дифракция, т.е. способност за заобикаляне на препятствия и предмети. Степента на огъване зависи от съотношението на дължината на звуковата вълна към размера на препятствието или дупката. Дифракция възниква и когато има някакво препятствие по пътя на звука. В този случай са възможни два сценария: 1) Ако размерът на препятствието е много по-голям от дължината на вълната, тогава звукът се отразява или поглъща (в зависимост от степента на абсорбиране на материала, дебелината на препятствието и т.н.). ), а зад препятствието се образува зона на „акустична сянка“. 2) Ако размерът на препятствието е сравним с дължината на вълната или дори по-малък от нея, тогава звукът се дифрагира до известна степен във всички посоки. Ако звукова вълна, докато се движи в една среда, удари интерфейса с друга среда (например въздушна среда с твърда среда), тогава могат да възникнат три сценария: 1) вълната ще се отрази от границата 2) вълната може да премине в друга среда без промяна на посоката 3) вълна може да премине в друга среда с промяна на посоката на границата, това се нарича „пречупване на вълната“.

Съотношението на свръхналягането на звукова вълна към осцилаторната обемна скорост се нарича вълново съпротивление. С прости думи, вълнов импеданс на средатаможе да се нарече способност за абсорбиране на звукови вълни или „устояване“ на тях. Коефициентите на отражение и предаване пряко зависят от съотношението на вълновите импеданси на двете среди. Вълновото съпротивление в газообразна среда е много по-ниско, отколкото във вода или твърди вещества. Следователно, ако звукова вълна във въздуха удари твърд обект или повърхността на дълбока вода, звукът или се отразява от повърхността, или се абсорбира до голяма степен. Това зависи от дебелината на повърхността (вода или твърдо вещество), върху която пада желаната звукова вълна. Когато дебелината на твърда или течна среда е малка, звуковите вълни почти напълно "преминават" и обратно, когато дебелината на средата е голяма, вълните се отразяват по-често. В случай на отражение на звукови вълни, този процес се извършва съгласно добре познатия физичен закон: „Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение“. В този случай, когато вълна от среда с по-ниска плътност удари границата със среда с по-висока плътност, възниква явлението пречупване. Състои се в огъване (пречупване) на звукова вълна след „срещане“ на препятствие и задължително е придружено от промяна на скоростта. Пречупването зависи и от температурата на средата, в която се получава отражението.

В процеса на разпространение на звуковите вълни в пространството, тяхната интензивност неизбежно намалява, можем да кажем, че вълните затихват и звукът отслабва. На практика да се сблъскате с подобен ефект е доста лесно: например, ако двама души застанат в поле на някакво близко разстояние (метър или по-близо) и започнат да си говорят нещо. Ако впоследствие увеличите разстоянието между хората (ако те започнат да се отдалечават един от друг), същото ниво на силата на звука на разговора ще става все по-слабо чуваемо. Този пример ясно демонстрира феномена на намаляване на интензитета на звуковите вълни. Защо се случва това? Причината за това са различни процеси на топлообмен, молекулярно взаимодействие и вътрешно триене на звуковите вълни. Най-често в практиката звуковата енергия се преобразува в топлинна. Такива процеси неизбежно възникват във всяка от 3-те среди за разпространение на звука и могат да бъдат характеризирани като абсорбция на звукови вълни.

Интензитетът и степента на поглъщане на звуковите вълни зависи от много фактори, като налягане и температура на средата. Абсорбцията също зависи от конкретната звукова честота. Когато звукова вълна се разпространява през течности или газове, възниква ефект на триене между различни частици, който се нарича вискозитет. В резултат на това триене на молекулярно ниво възниква процесът на преобразуване на вълна от звук в топлина. С други думи, колкото по-висока е топлопроводимостта на средата, толкова по-ниска е степента на поглъщане на вълната. Звукопоглъщането в газообразни среди също зависи от налягането (атмосферното налягане се променя с увеличаване на надморската височина спрямо морското равнище). Що се отнася до зависимостта на степента на абсорбция от честотата на звука, като се вземат предвид гореспоменатите зависимости на вискозитета и топлопроводимостта, колкото по-висока е честотата на звука, толкова по-висока е абсорбцията на звука. Например, при нормална температура и налягане на въздуха, поглъщането на вълна с честота 5000 Hz е 3 dB/km, а поглъщането на вълна с честота 50 000 Hz ще бъде 300 dB/m.

В твърди среди всички горепосочени зависимости (топлопроводимост и вискозитет) се запазват, но към това се добавят още няколко условия. Те са свързани с молекулярната структура на твърдите материали, която може да бъде различна, със собствени нехомогенности. В зависимост от тази вътрешна твърда молекулярна структура, поглъщането на звуковите вълни в този случай може да бъде различно и зависи от вида на конкретния материал. При преминаване на звука през твърдо тяло, вълната претърпява редица трансформации и изкривявания, което най-често води до разсейване и поглъщане на звуковата енергия. На молекулярно ниво може да възникне ефект на дислокация, когато звукова вълна причини изместване на атомни равнини, които след това се връщат в първоначалното си положение. Или движението на дислокации води до сблъсък с перпендикулярни на тях дислокации или дефекти в кристалната структура, което причинява тяхното инхибиране и, като следствие, известно поглъщане на звуковата вълна. Звуковата вълна обаче може също да резонира с тези дефекти, което ще доведе до изкривяване на оригиналната вълна. Енергията на звуковата вълна в момента на взаимодействие с елементите на молекулярната структура на материала се разсейва в резултат на процеси на вътрешно триене.

В тази статия ще се опитам да анализирам характеристиките на човешкото слухово възприятие и някои от тънкостите и характеристиките на разпространението на звука.

Гръмотевици, музика, шум на прибоя, човешка реч и всичко останало, което чуваме, е звук. Какво е "звук"?

Източник на изображението: pixabay.com

Всъщност всичко, което сме свикнали да считаме за звук, е само един от видовете вибрации (въздух), които нашият мозък и органи могат да възприемат.

Каква е природата на звука

Всички звуци, разпространявани във въздуха, са вибрации на звукова вълна. Възниква от вибрациите на даден обект и се отклонява от своя източник във всички посоки. Вибриращият обект компресира молекулите в околната среда и след това създава разредена атмосфера, карайки молекулите да се отблъскват все повече и повече. По този начин промените в налягането на въздуха се разпространяват далеч от обекта, самите молекули остават в непроменена позиция за себе си.

Ефектът на звуковите вълни върху тъпанчето. Източник на изображението: prd.go.th

Докато звуковата вълна пътува през пространството, тя се отразява от обектите по пътя си, създавайки промени в околния въздух. Когато тези промени достигнат ухото ви и засегнат тъпанчето, нервните окончания изпращат сигнал до мозъка и вие възприемате тези вибрации като звук.

Основни характеристики на звуковата вълна

Най-простата форма на звуковата вълна е синусоида. Синусоидалните вълни в тяхната чиста форма рядко се срещат в природата, но именно с тях трябва да започнем да изучаваме физиката на звука, тъй като всички звуци могат да бъдат разложени на комбинация от синусоидални вълни.

Синусоида ясно демонстрира трите основни физически критерия на звука - честота, амплитуда и фаза.

Честота

Колкото по-ниска е честотата на вибрациите, толкова по-слаб е звукът, Източник на изображението: ReasonGuide.Ru

Честотата е величина, която характеризира броя на вибрациите в секунда. Измерва се в броя на периодите на трептене или в херци (Hz). Човешкото ухо може да възприема звук в диапазона от 20 Hz (ниски честоти) до 20 KHz (високи честоти). Звуците над този диапазон се наричат ​​ултразвук, а под – инфразвук, и не се възприемат от човешкия слух.

Амплитуда

Колкото по-голяма е амплитудата на звуковата вълна, толкова по-силен е звукът.

Концепцията за амплитуда (или интензитет) на звукова вълна се отнася до силата на звука, която човешкият слух усеща като обем или сила на звука. Хората могат да възприемат доста широк спектър от сила на звука: от капещ кран в тих апартамент до музика, свиреща на концерт. За измерване на силата на звука се използват фонометри (измерени в децибели), които използват логаритмична скала, за да направят измерванията по-удобни.

Фаза на звуковата вълна

Фази на звукова вълна. Източник на изображението: Muz-Flame.ru

Използва се за описание на свойствата на две звукови вълни. Ако две вълни имат еднаква амплитуда и честота, тогава се казва, че двете звукови вълни са във фаза. Фазата се измерва от 0 до 360, където 0 е стойност, показваща, че двете звукови вълни са синхронни (във фаза), а 180 е стойност, показваща, че вълните са противоположни една на друга (извън фаза). Когато две звукови вълни са във фаза, двата звука се припокриват и сигналите се подсилват взаимно. Когато се комбинират два сигнала, които не съвпадат по амплитуда, поради разликата в налягането, сигналите се потискат, което води до нулев резултат, тоест звукът изчезва. Това явление е известно като „потискане на фазата“.

Когато комбинирате два еднакви аудио сигнала, анулирането на фазата може да се превърне в сериозен проблем, а комбинирането на оригиналната звукова вълна с вълната, отразена от повърхности в акустичната стая, също е огромен проблем. Например, когато левият и десният канал на стерео миксер се комбинират, за да се получи хармоничен запис, сигналът може да страда от анулиране на фазата.

Какво е децибел?

Децибелите измерват нивото на звуково налягане или електрическо напрежение. Това е единица, която показва отношението на две различни величини една към друга. Бел (кръстен на американския учен Александър Бел) е десетичен логаритъм, който отразява отношението на два различни сигнала един към друг. Това означава, че за всяка следваща бел в скалата полученият сигнал е десет пъти по-силен. Например звуковото налягане на силен звук е милиарди пъти по-високо от това на тих звук. За да покажат толкова големи стойности, те започнаха да използват относителната стойност на децибелите (dB) - като 1 000 000 000 е 109 или просто 9. Възприемането на тази стойност от физиците и акустиците направи възможно работата с огромни числа да стане по-удобна .

Скала за сила на звука за различни звуци. Източник на изображението: Nauet.ru

На практика белът е твърде голяма единица за измерване на нивото на звука, така че вместо него се използва децибелът, който е една десета от бела. Не може да се каже, че използването на децибели вместо бели е като да използвате, да речем, сантиметри вместо метри, за да посочите размера на обувката; белите и децибелите са относителни стойности.

От горното става ясно, че нивото на звука обикновено се измерва в децибели. Някои стандарти за ниво на звука се използват в акустиката от много години, от изобретяването на телефона до наши дни. Повечето от тези стандарти са трудни за прилагане по отношение на модерното оборудване; те се използват само за остаряло оборудване. Днес оборудването в звукозаписните и излъчващи студия използва единица като dBu (децибел спрямо нивото от 0,775 V), а в домакинското оборудване - dBV (децибел, измерен спрямо нивото от 1 V). Цифровото аудио оборудване използва dBFS (децибели пълна скала) за измерване на звуковата мощност.

dBm– „m“ означава миливати (mW), мерна единица, използвана за обозначаване на електрическа мощност. Необходимо е да се разграничи мощността от електрическото напрежение, въпреки че тези две понятия са тясно свързани помежду си. Измервателната единица dBm започва да се използва в зората на въвеждането на телефонните комуникации, а днес се използва и в професионалното оборудване.

dBu- в този случай напрежението се измерва (вместо мощност) спрямо референтното нулево ниво; 0,75 волта се считат за референтно ниво. При работа с модерно професионално аудио оборудване dBu се заменя с dBm. Беше по-удобно да се използва dBu като мерна единица в областта на аудиотехниката в миналото, когато беше по-важно да се брои електрическата мощност, а не напрежението, за да се оцени силата на сигнала.

dBV– тази мерна единица също се основава на референтното нулево ниво (както в случая с dBu), но 1 V се приема като референтно ниво, което е по-удобно от цифрата от 0,775 V. Тази единица за измерване на звука е често се използва за домакинско и полупрофесионално аудио оборудване.

dBFS– тази оценка на нивото на сигнала се използва широко в цифровото аудио инженерство и е много различна от горните мерни единици. FS (пълна скала) е пълна скала, която се използва, защото за разлика от аналоговия аудио сигнал, който има оптимално напрежение, целият диапазон от цифрови стойности е еднакво приемлив при работа с цифров сигнал. 0 dBFS е максималното възможно ниво на цифров аудио сигнал, който може да бъде записан без изкривяване. Аналоговите стандарти за измерване като dBu и dBV нямат динамичен обхват над 0 dBFS.

Ако сте харесали статията, като И абонирайте се за канала НАУЧПОП . Останете на линия, приятели! Предстоят много интересни неща!

Звукът е механични вибрации, които се разпространяват в еластична материална среда предимно под формата на надлъжни вълни.

Във вакуум звукът не се разпространява, тъй като предаването на звука изисква материална среда и механичен контакт между частиците на материалната среда.

В среда звукът се разпространява под формата на звукови вълни. Звуковите вълни са механични вибрации, които се предават в среда с помощта на нейните условни частици. Конвенционалните частици на средата означават нейните микрообеми.

Основни физически характеристики на акустичната вълна:

1. Честота.

Честотазвуковата вълна е величината равен на броя на пълните трептения за единица време. Обозначава се със символа v (гол) и измерено в херца. 1 Hz = 1 брой/сек = [s -1].

Скалата на звуковите вибрации е разделена на следните честотни интервали:

· инфразвук (от 0 до 16 Hz);

· звуков звук (от 16 до 16 000 Hz);

· ултразвук (над 16 000 Hz).

Честотата на звуковата вълна е тясно свързана с нейната обратна величина – периода на звуковата вълна. ПериодЗвуковата вълна е времето на едно пълно трептене на частиците на средата. Определен Tи се измерва в секунди [s].

Според посоката на трептене на частиците на средата, пренасящи звуковата вълна, звуковите вълни се делят на:

· надлъжно;

· напречен.

При надлъжните вълни посоката на трептене на частиците на средата съвпада с посоката на разпространение на звуковата вълна в средата (фиг. 1).

При напречните вълни посоките на трептене на частиците на средата са перпендикулярни на посоката на разпространение на звуковата вълна (фиг. 2).

Ориз. 1 Фиг. 2

Надлъжните вълни се разпространяват в газове, течности и твърди тела. Напречно - само в твърди тела.

3. Форма на вибрациите.

Според формата на вибрациите звуковите вълни се делят на:

· прости вълни;

сложни вълни.

Графиката на проста вълна е синусоида.

Графиката на сложна вълна е всяка периодична несинусоидална крива .

4. Дължина на вълната.

Дължината на вълната е количествоторавно на разстоянието, през което звуковата вълна преминава за време, равно на един период. Означава се λ (ламбда) и се измерва в метри (m), сантиметри (cm), милиметри (mm), микрометри (µm).

Дължината на вълната зависи от средата, в която се разпространява звукът.

5. Скорост на звуковата вълна.

Скорост на звуковата вълнае скоростта на разпространение на звука в среда с неподвижен източник на звук. Означава се със символа v, изчислен по формулата:

Скоростта на звуковата вълна зависи от вида на средата и температурата. Скоростта на звука е най-висока в твърди еластични тела, по-малка в течности и най-ниска в газове.

въздух, нормално атмосферно налягане, температура - 20 градуса, v = 342 m/s;

вода, температура 15-20 градуса, v = 1500 m/s;

метали, v = 5000-10000 m/s.

Скоростта на звука във въздуха се увеличава с около 0,6 m/s при повишаване на температурата с 10 градуса.