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

Звукът е звукови вълни, които причиняват вибрации на най-малките частици въздух, други газове, както и течни и твърди среди. Звукът може да възникне само там, където има материя, без значение в какво състояние е тя. Във вакуум, където няма среда, звукът не се разпространява, защото няма частици, които действат като звукови вълни. Например в космоса. Звукът може да бъде модифициран, модифициран, превръщайки се в други форми на енергия. Така звукът, преобразуван в радиовълни или електрическа енергия, може да се предава на разстояния и да се записва на информационни носители.

Звукова вълна

Движенията на предмети и тела почти винаги предизвикват вибрации в околната среда. Няма значение дали е вода или въздух. В процеса на това започват да трептят и частиците на средата, към която се предават вибрациите на тялото. Генерират се звукови вълни. Освен това движенията се извършват в посоки напред и назад, като постепенно се заменят едно с друго. Следователно звуковата вълна е надлъжна. Никога в него няма напречно движение нагоре и надолу.

Характеристики на звуковите вълни

Като всяко физическо явление, те имат свои собствени стойности, с които можете да опишете свойствата. 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 обратно. Честотата на звука се измерва в херци и ако надвишава 20 000 Hz, тогава се появява ултразвук. Има достатъчно примери за нискочестотни и високочестотни звуци в природата и света около нас. Чуруликане на славей, гръмотевици, рев на планинска река и други са различни звукови честоти. Стойността на амплитудата на вълната директно зависи от това колко силен е звукът. Силата на звука от своя страна намалява, когато се отдалечите от източника на звук. Съответно амплитудата е толкова по-малка, колкото вълната е по-далече от епицентъра. 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. Влажността и температурата също 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 по стойност от скоростта на звука. Това е скоростта, с която се разпространяват звуковите вълни, когато самолетът се движи. Летателният апарат се движи със свръхзвукова скорост и дори изпреварва звуковите вълни, генерирани от него. Поради постепенно нарастващото налягане зад самолета се образува ударна звукова вълна. Интересно и малко хора знаят мерната единица на такава скорост. Казва се Mach. Мах 1 е равен на скоростта на звука. Ако вълната се движи с Мах 2, тогава тя се движи два пъти по-бързо от скоростта на звука.

Шумове

В ежедневието има постоянни шумове. 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 подобни шумове. Има обаче и такива явления, с които дори адаптивните способности на човешкото ухо не могат да се справят. Например, шум над 120 dB може да причини усещане за болка. Най-шумното животно е синият кит. Когато издава звуци, се чува на разстояние 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 скали, от стени в празна стая. Тази вълна се връща към нас, така че чуваме вторичен звук. Тя не е толкова ясна, колкото оригиналната, тъй като част от енергията на звуковата вълна се разсейва при движение 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 извършват чрез измерване на времето, за което ултразвукът ще достигне до мястото и ще се върне обратно. Много животни имат способността да ехолокират. Например прилепите, делфините го използват за търсене на храна. Ехолокацията намери друго приложение в медицината. При изследвания с помощта на ултразвук се формира картина на вътрешните органи на човек. Този метод се основава на факта, че ултразвукът, попадайки в среда, различна от въздух, се връща обратно, като по този начин образува изображение.

Звукови вълни в музиката

Защо музикалните инструменти издават определени звуци? Китарни китарни мелодии, мелодии от пиано, ниски тонове на барабани и тромпети, очарователен тънък глас на флейта. Всички тези и много други звуци се дължат на вибрации във въздуха или, с други думи, на появата на звукови вълни. Но защо звукът на музикалните инструменти е толкова разнообразен? Оказва се, че зависи от няколко фактора. Първото е формата на инструмента, второто е материалът, от който е направен.

Нека да разгледаме примера със струнните инструменти. Те стават източник на звук, когато струните се докоснат. В резултат на това те започват да произвеждат вибрации 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. Обратно, колкото по-силно 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 в пряка зависимост. Във всеки микрофон има тънка пластина, изработена от метал. Когато е изложен на звук, той започва да прави колебателни 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. При трептене на спиралата между нейните полюси се образува електрически ток, който преминава по спиралата и след това към звуковата колона (високоговорител) или към оборудването за запис на носител на информация (на касета, диск, компютър). Между другото, подобна структура има микрофон в телефона. Но как работят микрофоните на стационарни и мобилни телефони? Първоначалната фаза при тях е една и съща - звукът на човешки глас предава вибрациите си на плочата на микрофона, след това всичко следва описания по-горе сценарий: спирала, която затваря два полюса при движение, създава се ток. Какво следва? С стационарен телефон всичко е повече или по-малко ясно - 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 радиовълни и удря сателита. Това е всичко.

Резонансно явление

Понякога такива условия се създават, когато амплитудата на трептенията на физическото тяло рязко се увеличи. 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 се спаси кола от дупка, тя се стартира и се бута напред-назад, за да предизвика резонанс и да даде инерция на колата. Но имаше и случаи на негативни последици от резонанса. Например в Санкт Петербург преди около сто години мост се срути под синхронно маршируващи войници.

Този урок обхваща темата "Звукови вълни". В този урок ще продължим да изучаваме акустиката. Първо повтаряме дефиницията на звуковите вълни, след това разглеждаме техните честотни диапазони и се запознаваме с концепцията за ултразвукови и инфразвукови вълни. Също така ще обсъдим свойствата на звуковите вълни в различни среди и ще разберем какви характеристики притежават. .

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, който се занимава с тези вълни във физиката, се нарича акустика. Професията на хората, които обикновено се наричат ​​"чуващи", е акустика. Звуковата вълна е вълна, разпространяваща се в еластична среда, тя е надлъжна вълна и когато се разпространява в еластична среда, компресията и разреждането се редуват. Предава се във времето на разстояние (фиг. 2).

Ориз. 2. Разпространение на звукова вълна

Звуковите вълни включват такива вибрации, които се извършват с честота от 20 до 20 000 Hz. Тези честоти съответстват на дължини на вълните от 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 разпространение на звука в която е равна на.

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

Ориз. 3. Диапазони на звуковите вълни

Всеки образован човек трябва да се ориентира в честотния диапазон на звуковите вълни и да знае, че ако отиде на ултразвуково сканиране, тогава 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 хиперзвуков.

Ултразвукът се използва за откриване на дефекти в отливките. Поток от кратки ултразвукови сигнали се насочва към изпитваната 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. Такъв метод се нарича ултразвукова дефектоскопия.

Други примери за използване на ултразвук 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.

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

Инфразвук също са важни вълни, които се използват за вибриране на повърхността (например за унищожаване на някои големи обекти). Пускаме инфразвук в почвата - и почвата се раздробява. 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 е равна на , докато скоростта нараства с . Ако сте изследовател, тогава подобни знания могат да ви бъдат полезни. Може дори да измислите някакъв температурен сензор, който ще открие температурни несъответствия 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. Обсъдихме това в последния параграф, използвайки примера за сух въздух и влажен въздух. За водата скоростта на разпространение на звука. 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. И още по-бързо в стомана: (фиг. 6).

Ориз. 6. Скоростта на разпространение на звукова вълна

Знаете от епосите, че Иля Муромец използва (и всички герои и обикновени руски хора и момчета от Гайдарския революционен военен съвет), използва много интересен начин 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 стигне 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 чудесна 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 в процепа на въздушната 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 елементи, които могат да излъчват тонове, ще имат функции. Как 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 обща оркестрова пиеса, тогава такъв брой звуци ще се нарича шум.

Шум- случайни флуктуации от различно физическо естество, характеризиращи се със сложността на времевата и спектралната структура. Понятието шум е ежедневие и е физическо, много си приличат 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. Какво определя силата на звука? Помислете за разпространението на звукова вълна във времето или трептения на източник на звукова вълна (фиг. 8).

Ориз. 8. Сила на звука

В същото време, ако не сме добавили много звук към системата (натиснете меко върху клавиша на пианото, например), тогава ще има тих звук. Ако силно, вдигайки високо ръката си, извикаме този звук с натискане на клавиша, получаваме силен звук. От какво зависи? Тихите звуци имат по-малко вибрации от силните звуци.

Следващата важна характеристика на музикалния звук и всяка друга е височина. Какво определя 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 прави по-малко трептения за единица време). Помислете за времевия обхват на висок и нисък звук със същата амплитуда (фиг. 9).

Ориз. 9. Стъпка

Може да се направи интересен извод. Ако човек пее на бас, тогава неговият източник на звук (това са гласните струни) се колебае няколко пъти по-бавно от този на човек, който пее сопрано. Във втория случай гласните струни вибрират по-често, следователно по-често причиняват огнища на компресия и разреждане при разпространението на вълната.

Има още една интересна характеристика на звуковите вълни, която физиците не изучават. то тембър. Вие познавате и лесно различавате една и съща музика, изпълнена на балалайка или на виолончело. Каква е разликата между 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 оркестъра: ако няма нужда да се отделя инструмент, всички свирят приблизително по един и същ начин, с еднаква сила. Така че тембърът на балалайката и виолончелото е различен. Ако начертаем звука, който се извлича от един инструмент, от друг, използвайки диаграми, тогава 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 едно и също музикално училище с едни и същи преподаватели. Учеха еднакво добре с 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 просто гласови вибрации в околната среда, тоест гласовете им се различават по тембър.

Библиография

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примери за решаване на задачи. - Преразпределение на 2-ро издание. - X .: Веста: издателство "Ранок", 2005. - 464 с.
2. Перишкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 клас: Учебник за общообразователна подготовка. 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 бъде източникът на звук?
2. Може ли звукът да пътува в космоса?
3. Дали всяка вълна, достигнала до човешкото ухо, се долавя от него?

18 февруари 2016 г

Светът на домашните забавления е доста разнообразен и може да включва: гледане на филм на добра система за домашно кино; забавна и пристрастяваща игра или слушане на музика. По правило всеки намира нещо свое в тази област или комбинира всичко наведнъж. Но каквито и цели да преследва човек при организирането на свободното си време и до каква крайност да стигне, всички тези връзки са здраво свързани с една проста и разбираема дума - "звук". Наистина, във всички тези случаи ще бъдем водени за дръжката от саундтрака. 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 всички който има за цел 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 го направя възможно най-достъпен за разбирането на всеки човек, който може би е далеч от познаването на физическите закони или формули, но въпреки това страстно мечтае за осъществяването на мечтата за създаване на перфектна акустика система. Не се наемам да твърдя, че за да постигнете добри резултати в тази област у дома (или в кола, например), трябва да познавате задълбочено тези теории, но разбирането на основите ще избегне много глупави и абсурдни грешки, както и ще позволи можете да постигнете максимален звуков ефект от системата всяко ниво.

Обща теория на звука и музикална терминология

Какво е звук? Това е усещането, което слуховият орган възприема. "ухо"(самият феномен съществува дори без участието на „ухото“ в процеса, но е по-лесно да се разбере по този начин), което се случва, когато тъпанчето се възбуди от звукова вълна. Ухото в този случай действа като "приемник" на звукови вълни с различни честоти.
Звукова вълнаВсъщност това е последователна поредица от уплътнения 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 всякакви тела. Възникването и разпространението на класическа звукова вълна е възможно в три еластични среди: газообразна, течна и твърда. Когато се появи звукова вълна в един от тези видове пространство, неизбежно настъпват някои промени в самата среда, например промяна в плътността или налягането на въздуха, движението на частици от въздушни маси и т.н.

Тъй като звуковата вълна има колебателен характер, тя има такава характеристика като честота. Честотаизмерва се в херци (в чест на немския физик Хайнрих Рудолф Херц) и обозначава броя на вибрациите за период от време, равен на една секунда. Тези. например честота от 20 Hz означава цикъл от 20 трептения за една секунда. Субективната представа за височината му също зависи от честотата на звука. Колкото повече звукови вибрации се правят 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, някой може да чуе малко повече, някой 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 влиза в директен контакт с човешкия слухов орган, тогава такъв звук може да не се чуе или да бъде силно отслабен по-късно.

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

Помислете за теорията на музикалните тонове, използвайки примера на опъната по определен начин струна. 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 ще я накара да вибрира, един специфичен тон на звука ще бъде постоянно наблюдаван, ние ще чуем желаната честота на настройка. Този звук се нарича основен тон. За основен тон в музикалното поле официално е приета честотата на нотата "ла" от първа октава, 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 гласовете 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 върху обертоновете в момента на появата на звука.

Обертоновете формират специфичен цвят на основния тон, по който лесно можем да идентифицираме и разпознаем определен 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 нехармоничен. В музиката работата с немножествени обертонове е практически изключена, поради което терминът се свежда до понятието "обертон", което означава хармоничен. За някои инструменти, например пианото, основният тон дори няма време да се формира, за кратък период има увеличение на звуковата енергия на обертоновете и след това също толкова бързо настъпва спад. Много инструменти създават така наречения ефект на "преходен тон", когато енергията на определени обертонове е максимална в определен момент от време, обикновено в самото начало, но след това рязко се променя и преминава към други обертонове. Честотният диапазон на всеки инструмент може да се разглежда отделно и обикновено е ограничен от честотите на основните тонове, които този конкретен инструмент може да възпроизведе.

В теорията на звука има и такова нещо като ШУМ. Шум- това е всеки звук, който е създаден от комбинация от източници, които са несъвместими един с друг. Всеки добре познава шума от листата на дърветата, люлеещи се от вятъра и т.н.

Какво определя силата на звука?Очевидно е, че подобно явление зависи пряко от количеството енергия, пренасяно от звуковата вълна. За определяне на 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). При нормален разговор интензитетът е около 9 или 10 W/cm2. Човешкото ухо е способно да възприема звуци с доста широк диапазон на чувствителност, докато чувствителността на честотите не е еднаква в звуковия спектър. Така че най-добре възприеманият честотен диапазон е 1000 Hz - 4000 Hz, който най-широко обхваща човешката реч.

Тъй като звуците се различават толкова много по интензитет, по-удобно е да ги разглеждаме като логаритмична стойност и да я измерваме в децибели (след шотландския учен Александър Греъм Бел). Долният праг на слухова чувствителност на човешкото ухо е 0 dB, горният 120 dB, нарича се още "праг на болка". Горната граница на чувствителност също не се възприема от човешкото ухо по същия начин, а зависи от конкретната честота. Нискочестотните звуци трябва да имат много по-голям интензитет от високите честоти, за да предизвикат праг на болка. 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 се появява вече 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, тогава въздухът в непосредствена близост до дифузора се компресира за момент. След това въздухът ще се разшири, като по този начин ще избута зоната на сгъстен въздух по тръбата.
Именно това движение на вълната впоследствие ще бъде звукът, когато достигне слуховия орган и „възбуди” тъпанчето. Когато в газ възникне звукова вълна, се създава свръхналягане и плътност и частиците се движат с постоянна скорост. Относно 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 представим вълната под формата на графика, тогава в този случай получаваме чиста синусоида с повтарящи се възходи и спадове). Ако си представим високоговорител в тръба (както в примера, описан по-горе), извършващ хармонични трептения, то в момента, в който говорителят се движи "напред", се получава вече познатият ефект на компресия на въздуха, а когато говорителят се движи "назад" , се получава обратният ефект на разреждането. В този случай през тръбата ще се разпространи вълна от редуващи се компресии и разреждане. Разстоянието по дължината на тръбата между съседни максимуми или минимуми (фази) ще бъде наречено дължина на вълната. Ако частиците осцилират 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, докато 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, съответно, директно зависи от вида на материала и неговите свойства. Скоростта в газообразни среди зависи само от един вид деформация на средата: компресия-разреждане. Промяната на налягането в звукова вълна става без топлообмен с околните частици и се нарича адиабатна.
Скоростта на звука в газа зависи главно от температурата - тя нараства с повишаване на температурата и намалява с понижаване. 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 отразяване на вълната от границите. В резултат на това най-често ефект на смущение- когато две или повече звукови вълни се наслагват една върху друга. Частни случаи на явлението интерференция са образуването на: 1) биещи вълни или 2) стоящи вълни. Ударът на вълните- това е случаят, когато има добавяне на вълни с близки честоти и амплитуди. Моделът на възникване на удари: когато две вълни с подобна честота се наслагват една върху друга. В даден момент от времето, при такова припокриване, пиковете на амплитудата могат да съвпаднат "във фаза", а също и спадовете в "антифаза" също могат да съвпаднат. 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. На ухо такъв модел на удари се различава доста ясно и се чува съответно като периодично увеличаване и намаляване на силата на звука. Механизмът за възникване на този ефект е изключително прост: в момента на съвпадение на пикове, обемът се увеличава, в момента на съвпадение на рецесии, обемът намалява.

стоящи вълнивъзникват при 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 стояща вълна) възниква картина на суперпозиция на две честотни амплитуди с редуващи се максимуми (така наречените антиноди) и минимуми (така наречени 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 пренос на енергия поради факта, че предните и обратните вълни, образуващи тази вълна, пренасят енергия в равни количества както в предна, така и в противоположна посока. За визуално разбиране на възникването на стояща вълна, нека си представим пример от домашната акустика. Да кажем, че имаме високоговорители, стоящи на пода в някакво ограничено пространство (стая). След като ги накараме да пуснат песен с много баси, нека се опитаме да променим местоположението на слушателя в стаята. По този начин слушателят, попаднал в зоната на минимум (изваждане) на стоящата вълна, ще почувства ефекта, че басът е станал много малък, а ако слушателят влезе в зоната 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 собствена резонансна честота. Разбирането на този ефект е доста просто на примера на конвенционална тръба, отворена само в единия край. Нека си представим ситуация, в която от другия край на тръбата е свързан високоговорител, който може да възпроизвежда някаква постоянна честота, която също може да бъде сменена по-късно. Сега, 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 има ефект на увеличаване на силата на звука няколко пъти. Това е така, защото високоговорителят възбужда вибрациите 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, усилията им се сумират и "изливат" в доловим силен ефект. На примера на музикалните инструменти това явление лесно се проследява, тъй като дизайнът на мнозинството съдържа елементи, наречени резонатори. Не е трудно да се познае какво служи за усилване на определена честота или музикален тон. Например: тяло на китара с резонатор под формата на дупка, съобразена с обема; Дизайнът на тръбата при 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. Такава графика се нарича графика на звуковия честотен спектър. Честотен спектър на звукаИма два вида: дискретни и непрекъснати. Диаграмата на дискретния спектър показва честотите поотделно, разделени с празни интервали. В непрекъснатия спектър всички звукови честоти присъстват наведнъж.
В случай на музика или акустика най-често се използва обичайният график. Характеристики от пик до честота(съкратено "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 система от високоговорители като цяло, най-силните области на връщане на енергия, спадове и покачвания на честотата, затихване, както и проследяване на 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 този феномен: камъче, хвърлено във водата.
От мястото, където падна камъкът, вълните започват да се разпръскват по повърхността на водата във всички посоки. Но нека си представим ситуация с високоговорител с определен обем, да кажем затворена кутия, която е свързана към усилвател и възпроизвежда някакъв музикален сигнал. Лесно се забелязва (особено ако подадете мощен нискочестотен сигнал, като бас барабан), че високоговорителят прави бързо движение "напред", а след това същото бързо движение "назад". Остава да разберем, че когато високоговорителят се движи напред, той излъчва звукова вълна, която чуваме след това. 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 нея (кутията е затворена). Като цяло в горния пример могат да се наблюдават доста интересни физически явления, най-значимото от които е концепцията за фаза.

Звуковата вълна, която говорещият, бидейки в обем, 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 момента в дадена точка от пространството. Фазата се разбира най-лесно чрез примера за възпроизвеждане на музикален материал от конвенционална стерео двойка домашни високоговорители, стоящи на пода. Да си представим, че две такива подови колони са монтирани в дадена стая и свирят. И двата високоговорителя в този случай възпроизвеждат синхронен променлив сигнал за звуково налягане, освен това звуковото налягане на единия високоговорител се добавя към звуковото налягане на другия високоговорител. Подобен ефект възниква поради синхронизма на възпроизвеждане на сигнала от левия и десния високоговорител, съответно, с други думи, върховете и долините на вълните, излъчвани от левия и десния високоговорител, съвпадат.

Сега нека си представим, че звуковото налягане все още се променя по същия начин (те не са се променили), но сега те са противоположни едно на друго. Това може да се случи, ако свържете един от двата високоговорителя с обратен поляритет ("+" кабел от усилвателя към "-" клема на системата от високоговорители и "-" кабел от усилвателя към "+" клема на високоговорителя система). В този случай противоположният по посока сигнал ще предизвика разлика в налягането, която може да бъде представена като 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 позицията на слушателя ще бъде равна на нула. Това явление се нарича антифаза. Ако разгледаме примера по-подробно за разбиране, се оказва, че два високоговорителя, свирещи "във фаза", създават едни и същи области на компресия и разреждане на въздуха, които всъщност си помагат взаимно. В случай на идеализирана антифаза, зоната на уплътняване на въздушното пространство, създадена от един високоговорител, ще бъде придружена от зона на разреждане на въздушното пространство, създадена от втория високоговорител. Изглежда приблизително като явлението взаимно синхронно затихване 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 се представят тези явления на изместване, като се използва примерът на обикновени кръгли часовници. Нека си представим, че на стената висят няколко еднакви кръгли часовника. Когато секундните стрелки на тези часовници работят в синхрон, 30 секунди на единия часовник и 30 секунди на другия, тогава това е пример за сигнал, който е във фаза. Ако секундните стрелки вървят със смяна, но скоростта е все същата, например 30 секунди на единия часовник и 24 секунди на другия, тогава това е класически пример за фазово изместване (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 (половината от периода), се получава класическа антифаза. Често в практиката има малки фазови отмествания, които също могат да бъдат определени в градуси и успешно елиминирани.

Вълните са плоски и сферични. Плоският вълнов фронт се разпространява само в една посока и рядко се среща на практика. Сферичният вълнов фронт е прост тип вълна, която се излъчва от една точка и се разпространява във всички посоки. Звуковите вълни имат свойството дифракция, т.е. способността да се избягват препятствия и предмети. Степента на обгръщане зависи от съотношението на дължината на звуковата вълна към размерите на препятствието или дупката. Дифракция възниква и когато има препятствие по пътя на звука. В този случай са възможни два сценария: 1) Ако размерите на препятствието са много по-големи от дължината на вълната, тогава звукът се отразява или поглъща (в зависимост от степента на поглъщане на материала, дебелината на препятствието и т.н.). ), а зад препятствието се образува зона на "акустична сянка". 2) Ако размерите на препятствието са сравними с дължината на вълната или дори по-малки от нея, тогава звукът се дифрагира до известна степен във всички посоки. Ако звукова вълна, когато 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 вълнов импеданс. С прости думи, вълново съпротивление на средатаможе да се нарече способността да се абсорбират звукови вълни или да им се „съпротивлява“. Коефициентите на отражение и предаване пряко зависят от съотношението на вълновите импеданси на двете среди. Вълновото съпротивление в газова среда е много по-ниско, отколкото във вода или твърди вещества. Следователно, ако звукова вълна във въздуха падне върху твърд обект или върху повърхността на дълбока вода, тогава звукът или се отразява от повърхността, или се абсорбира до голяма степен. Зависи от дебелината на повърхността (водна или твърда), върху която пада желаната звукова вълна. При малка дебелина на твърда или течна среда звуковите вълни почти напълно "преминават" и обратно, при голяма дебелина на средата, 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 "среща" с 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, може да се каже затихването на вълните и отслабването на звука. На практика е доста лесно да се сблъскате с такъв ефект: например, ако двама души стоят в поле на някакво близко разстояние (метър или по-близо) и започнат да си казват нещо. Ако впоследствие увеличите разстоянието между хората (ако те започнат да се отдалечават един от друг), същото ниво на силата на звука при разговор ще става все по-слабо чуваемо. Подобен пример ясно демонстрира феномена на намаляване на интензитета на звуковите вълни. Защо се случва това? Причината за това са различните процеси на топлообмен, молекулно взаимодействие и вътрешно триене на звуковите вълни. Най-често в практиката се получава преобразуване на звуковата енергия 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. Освен това абсорбцията зависи от конкретната честота на звука. Когато звукова вълна се разпространява в течности или газове, има ефект на триене между различни частици, който се нарича вискозитет. В резултат на това триене на молекулярно ниво възниква процесът на трансформация на вълната от звукова в топлинна. 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, тогава като се вземат предвид горните зависимости на вискозитета и топлопроводимостта, абсорбцията на звука е толкова по-висока, колкото по-висока е честотата му. Например, при нормална температура и налягане, във въздуха, абсорбцията на вълна с честота 5000 Hz е 3 dB / km, а абсорбцията на вълна с честота 50 000 Hz ще бъде вече 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, абсорбцията на звуковите вълни в този случай може да бъде различна и зависи от вида на конкретния материал. Когато звукът преминава през твърдо тяло, вълната претърпява поредица от трансформации и изкривявания, което най-често води до разсейване и поглъщане на звуковата енергия. На молекулярно ниво може да възникне ефектът на дислокациите, когато звукова вълна предизвиква изместване на атомни равнини, които след това се връщат в първоначалното си положение. Или движението на дислокациите води до сблъсък с перпендикулярни на тях дислокации или дефекти в кристалната структура, което причинява тяхното забавяне и в резултат на това известно поглъщане на звуковата вълна. Въпреки това, звуковата вълна може също да резонира с тези дефекти, което ще доведе до изкривяване на оригиналната вълна. Енергията на звукова вълна в момента на взаимодействие с елементите на молекулярната структура на материала се разсейва в резултат на процеси на вътрешно триене.

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

Гръмотевиците, музиката, шумът от прибоя, човешката 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 една от разновидностите на вибрации (на въздуха), които мозъкът и органите ни 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. Осцилиращият обект компресира молекулите в околната среда и след това създава разредена атмосфера, карайки молекулите да се отблъскват една друга все по-далеч и по-далеч. По този начин промените в налягането на въздуха се разпространяват далеч от обекта, самите молекули остават в същата позиция за себе си.

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

Докато звуковата вълна се разпространява в пространството, тя отскача от обекти 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.

Основните характеристики на звуковата вълна

Най-простата форма на звукова вълна е синусоида. Чистите синусоиди рядко се срещат в природата, но именно с тях трябва да започнете да изучавате физиката на звука, тъй като всеки звук може да бъде разложен на комбинация от синусоиди.

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

Честота

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

Честотата е стойност, която характеризира броя на трептенията 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 (ниска честота) до 20 kHz (висока честота). Звуците над този диапазон се наричат ​​ултразвук, а под – инфразвук, и не се възприемат от слуховите органи на човека.

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 човешките слухови органи възприемат 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. Силата на звука се измерва с помощта на фонометри (индикатори 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, сигналите се потискат поради разликата в налягането, което води до нулев резултат, тоест звукът изчезва. Това явление е известно като "потискане на фазата".

При комбиниране на два еднакви аудио сигнала - фазовото потискане може да бъде сериозен проблем, както и голямо неудобство е комбинацията на оригиналната звукова вълна с вълната, отразена от повърхностите в акустичното помещение. 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 съотношението на съотношението 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 бела на 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) - докато 1 000 000 000 е 109 или просто 9. Възприемането на тази стойност от акустичните физици направи възможно по-удобната работа с огромни числа .

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

На практика се оказва, че белът е твърде голяма единица за измерване на нивото на звука, така че вместо него е използван 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 момента на изобретяването на телефона до днес. Повечето от тези стандарти са трудни за прилагане по отношение на модерното оборудване, те се използват само за остаряло оборудване. Днес оборудването в студиата за запис и излъчване използва такава 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 (Decibel Full Scale) за измерване на звуковата мощност.

dBm– „m“ означава миливати (mW), което е мерната единица, използвана за представяне на електрическа мощност. Мощността трябва да се разграничава от електрическото напрежение, въпреки че двете понятия са тясно свързани помежду си. Измервателната единица dBm започва да се използва в зората на въвеждането на телефонните комуникации, 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. В съвременните професионални аудио приложения dBu е заменен от dBm. Като мерна единица в областта на аудиотехниката беше по-удобно да се използва dBu в миналото, когато беше по-важно да се вземе предвид електрическата мощност, а не напрежението, за да се оцени нивото на сигнала.

dBV- тази единица за измерване 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 0,775 V. Тази единица за измерване на звука често се използва за битова и полупрофесионална аудио техника.

dBFS- Тази оценка на нивото на сигнала се използва широко в цифровото аудио и е много различна от горните мерни единици. FS (пълна скала) е пълната скала, която се използва, защото за разлика от аналоговото аудио, което има оптимално напрежение, целият диапазон от цифрови стойности е еднакво приемлив при работа с цифров сигнал. 0 dBFS е максималното възможно цифрово аудио ниво, което може да бъде записано без изкривяване. Аналоговите стандарти за измерване като dBu и dBV нямат свобода над 0 dBFS.

Ако сте харесали статията сложи като и абонирайте се за канала НАУЧНО ПОП . Останете с нас, приятели! Предстоят много интересни неща!

Звукът е механични вибрации, които се разпространяват в еластична материална среда главно 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.

Звукът се разпространява в средата под формата на звукови вълни. Звуковите вълни са механични вибрации, които се предават в средата с помощта на нейните условни частици. Под условните частици на околната среда разбирайте нейните микрообеми.

Основните физически характеристики на акустичната вълна:

1. Честота.

Честотазвуковата вълна е количеството равен на броя на пълните трептения за единица време. Обозначава се със символа v (гол) и измерено в херца. 1 Hz \u003d 1 брой / сек \u003d [ 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).

Тясно свързана с честотата на звуковата вълна е реципрочната стойност, периодът на звуковата вълна. месечен цикълзвукова вълна е времето на едно пълно трептене на частиците на средата. Означено Tи се измерва в секунди [s].

Според посоката на трептене на частиците на средата, които носят звуковата вълна, звуковите вълни се разделят на:

· надлъжно;

напречен.

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

При напречните вълни посоките на вибрациите 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. Формата на вибрациите.

Според формата на трептенията звуковите вълни се делят на:

· прости вълни;

сложни вълни.

Графиката на проста вълна е синусоида.

Сложна вълнова графика е всяка периодична несинусоидална крива .

4. Дължина на вълната.

Дължина на вълната - величина,равно на разстоянието, на което се разпространява звукова вълна 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 звукова 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. Най-високата скорост на звука е в твърдите еластични тела, по-малката - в течностите, а най-малката - в газовете.

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.