Kaj je zvočni val. Vpliv okoljskih razmer. Akustični parametri običajnih prostorov

18. februar 2016

Svet domače zabave je precej raznolik in lahko vključuje: ogled filma po dobrem sistemu domačega kina; zabavno in razburljivo igranje ali poslušanje glasbe. Praviloma vsak najde na tem področju nekaj svojega ali kombinira vse naenkrat. Toda ne glede na cilje človeka pri organizaciji svojega prostega časa in ne glede na skrajnost - vse te povezave trdno povezuje ena preprosta in razumljiva beseda - "zvok". Dejansko nas bo v vseh teh primerih z zvočnim posnetkom vodil ročaj. Toda to vprašanje ni tako preprosto in nepomembno, še posebej v tistih primerih, ko obstaja želja po doseganju kakovostnega zvoka v sobi ali kakršnih koli drugih pogojih. Če želite to narediti, ni vedno treba kupiti dragih komponent hi-fija ali hi-enda (čeprav bo to zelo koristno), vendar je dovolj dobro poznavanje fizikalne teorije, ki lahko odpravi večino težav, ki se pojavijo pri vseh, ki so si zadali, da bi dobili kakovostno glasovno igranje.

Nadalje bo obravnavana teorija zvoka in akustike s stališča fizike. IN v tem primeru Trudil se bom, da bo čim bolj dostopna oseba, ki bo razumela, kdo morda še zdaleč ne pozna fizičnih zakonov ali formul, vendar kljub temu strastno sanja, da bi se sanje o ustvarjanju popolnega zvočniškega sistema uresničile. Tega ne predvidevam, da bi to dosegli dobri rezultati na tem področju doma (ali na primer v avtomobilu) morate te teorije temeljito poznati, vendar se boste z razumevanjem osnov izognili številnim neumnim in nesmiselnim napakam, prav tako pa boste dosegli največji zvočni učinek iz sistema katere koli stopnje.

Splošna teorija zvoka in glasbena terminologija

Kaj je zvok? To je občutek, ki ga zazna slušni organ "uho" (sam pojav obstaja brez udeležbe "ušesa" v procesu, vendar ga je lažje razumeti), ki se pojavi, ko ušesno vzbudo vzbudi zvočni val. Uho v tem primeru deluje kot "sprejemnik" zvočnih valov različna frekvenca.
Zvočni val gre v bistvu za zaporedno serijo tesnil in izpustov medija (najpogosteje zraka v normalnih pogojih) različnih frekvenc. Narava zvočnih valov je vibracijska, povzročajo jo in ustvarjajo vibracije katerega koli telesa. Videz in širjenje klasičnega zvočnega vala sta možna v treh elastičnih medijih: plinastem, tekočem in trdnem. Ko se v enem od teh vrst prostora pojavi zvočni val, se neizogibno pojavijo nekatere spremembe v samem okolju, na primer sprememba gostote ali tlaka zraka, gibanje delcev zračnih mas itd.

Ker ima zvočni val nihajno naravo, ima tako lastnost kot frekvenca. Frekvenca merjeno v hertzu (po nemškem fiziku Heinrichu Rudolfu Hertzu) in označuje število nihanj v časovnem obdobju, ki je enako eni sekundi. Tiste. na primer, frekvenca 20 Hz pomeni cikel 20 nihanj v eni sekundi. Subjektivni koncept njegove višine je odvisen tudi od frekvence zvoka. Več zvočnih vibracij na sekundo, bolj "zvok" se zdi. Zvočni val ima tudi eno pomembnejšo lastnost, ki ima ime - valovna dolžina. Valovna dolžina šteje se, da je razdalja, ki jo zvok določene frekvence prepotuje v obdobju, ki je enaka eni sekundi. Na primer, valovna dolžina najnižjega zvoka v človeškem območju pri 20 Hz znaša 16,5 metra, valovna dolžina najvišjega zvoka 20 000 Hz pa 1,7 centimetra.

Človeško uho je zasnovano tako, da lahko zazna valove le v omejenem območju, približno 20 Hz - 20.000 Hz (odvisno od značilnosti določene osebe je nekdo sposoben slišati malo več, nekdo manj). Tako to ne pomeni, da zvoki pod ali nad temi frekvencami ne obstajajo, jih človeško uho preprosto ne zazna, presegajo slišilo. Pokliče se zvok nad zvočnim območjem ultrazvok, prikliče se zvok pod zvočnim območjem infrazvoja... Nekatere živali so sposobne zaznati ultra in infra zvoke, nekatere celo uporabljajo to območje za orientacijo v vesolju (netopirji, delfini). Če zvok prehaja skozi medij, ki ni v neposrednem stiku s človeškim slušnim organom, tak zvok pozneje morda ne bo slišal ali močno oslabel.

V glasbeni terminologiji zvoka obstajajo tako pomembne poimenovanja, kot so oktava, ton in preglasnost zvoka. Oktava pomeni interval, v katerem je frekvenčno razmerje med zvoki 1 do 2. Oktava je običajno zelo slišana, medtem ko so zvoki v tem intervalu lahko med seboj zelo podobni. Oktavi lahko rečemo tudi zvok, ki povzroči dvakrat več vibracij kot drug zvok v istem časovnem obdobju. Na primer, 800 Hz ni nič drugega kot višja oktava 400 Hz, 400 Hz pa je naslednja oktava 200 Hz. Oktava pa je sestavljena iz tonov in podtonov. Človeško uho spreminja različne vibracije v harmoničnem zvočnem valovanju ene frekvence glasbeni ton... Nihanja visoka frekvenca je mogoče razlagati kot zvoki z visoko frekvenco, nizkofrekvenčne vibracije - kot nizki zvoki. Človeško uho je sposobno jasno razlikovati zvoke z razliko v enem tonu (do 4000 Hz). Kljub temu glasba uporablja izjemno majhno število tonov. To je razloženo iz upoštevanja načela harmonične konsonance, vse temelji na načelu oktav.

Razmislite o teoriji glasbenih tonov na primeru strune, raztegnjene na določen način. Takšen niz bo, odvisno od sile napetosti, imel "nastavitev" na katero koli določeno frekvenco. Ko na to vrvico vpliva nekaj z določeno silo, kar bo povzročilo njene vibracije, bo stabilno opazil en določen ton zvoka, slišali bomo želeno frekvenco uglasitve. Ta zvok se imenuje višina. Frekvenca "A" note prve oktave, enaka 440 Hz, je uradno sprejeta kot temeljni ton v glasbeni sferi. Vendar večina glasbenih inštrumentov nikoli ne reproducira čistih osnovnih tonov, neizogibno jih spremljajo tudi overtoni, imenovani overtones... Tu je primerno spomniti na pomembno definicijo glasbene akustike, koncept zvočne tembre. Tembre - to je značilnost glasbenih zvokov, ki glasbenim instrumentom in glasom dajejo svojo edinstveno prepoznavno specifičnost zvoka, četudi primerjamo zvoke enakega tona in glasnosti. Tembre vsakega glasbila so odvisne od porazdelitve zvočne energije po tonih v trenutku, ko se zvok pojavi.

Overtoni tvorijo posebno obarvanost glavnega tona, s katerim lahko enostavno prepoznamo in prepoznamo določen instrument, pa tudi jasno ločimo njegov zvok od drugega inštrumenta. Overtoni so dve vrsti: harmonični in neharmonični. Harmonični odtenki po definiciji so večkratniki frekvence tona. Če nasloni niso večkratni in opazno odstopajo od vrednosti, nasprotno, jih pokličemo neharmonično... V glasbi je delovanje z neštevilnimi preglasniki praktično izključeno, zato je izraz reduciran na koncept "pretiranega", kar pomeni harmonično. V nekaterih inštrumentih, na primer klavirju, osnovni ton sploh nima časa, da bi se v kratkem času zvišala zvočna energija pretiranega tona in nato tako hitro razpadla. Številni inštrumenti ustvarjajo tako imenovani učinek "prehodnega tona", ko je energija določenih previsokih tonov v določenem času največja, običajno na samem začetku, a se nato nenadoma spremeni in preide na druge odtenke. Frekvenčni razpon vsakega instrumenta je mogoče obravnavati ločeno in je običajno omejen na osnovne frekvence, ki jih lahko določen instrument reproducira.

V teoriji zvoka obstaja tudi takšno, kot je NOISE. Hrup je vsak zvok, ki ga ustvari niz virov, ki so med seboj neskladni. Vsi so seznanjeni s hrupom listja dreves, zibanjem vetra itd.

Od česa je odvisna glasnost zvoka? Očitno je ta pojav neposredno odvisen od količine energije, ki jo nosi zvočni val. Za določitev količinskih kazalcev glasnosti obstaja koncept - intenzivnost zvoka. Intenzivnost zvoka je definiran kot pretok energije, ki skozi eno območje prostora (na primer cm2) na enoto časa (na primer na sekundo). Med običajnim pogovorom je intenzivnost približno 9 ali 10 W / cm2. Človeško uho je sposobno zaznati zvoke dokaj širokega razpona občutljivosti, frekvenčni odziv pa je znotraj zvočnega spektra heterogen. To je najboljši način zaznavanja frekvenčnega območja 1000 Hz - 4000 Hz, ki najbolj zajema človeški govor.

Ker se zvoki zelo razlikujejo po intenzivnosti, je bolj priročno razmišljati o njej kot o logaritmični vrednosti in meriti v decibelih (po škotskem znanstveniku Alexanderu Grahamu Bellu). Spodnji prag slušne občutljivosti človeškega ušesa je 0 dB, zgornji 120 dB, imenujemo ga tudi " prag bolečine"Zgornja meja občutljivosti človeško uho zaznava tudi ne na enak način, ampak je odvisno od posebne frekvence. Zvoki nizkih frekvenc morajo imeti veliko večjo intenzivnost kot visoke frekvence, da povzročijo prag bolečine. Na primer, prag bolečine pri nizki frekvenci 31,5 Hz se pojavi na ravni jakost zvoka 135 dB, ko se bo pri frekvenci 2000 Hz pojavila bolečina že pri 112 dB Obstaja tudi koncept zvočnega tlaka, ki dejansko razširi običajno razlago širjenja zvočnega vala v zraku. Zvočni tlak je spremenljiv presežni tlak, ki nastane v elastičnem mediju kot posledica prehoda zvočnega vala skozi njega.

Valovna narava zvoka

Če želite bolje razumeti sistem generiranja zvočnih valov, si zamislite klasični zvočnik v cevi, napolnjeni z zrakom. Če je zvočnik močan premik naprej, je zrak v neposredni bližini difuzorja v trenutku stisnjen. Po tem se bo zrak razširil in s tem potisnil območje stisnjenega zraka vzdolž cevi.
To gibanje valov bo pozneje zvočno, ko doseže slušni organ in "vzburja" ušesna ušesa... Ko se v plinu pojavi zvočni val, se ustvari presežni tlak in presežna gostota, delci pa se gibljejo s konstantno hitrostjo. Pomembno si je zapomniti o zvočnih valovih, ki se zadeve ne premikajo z zvočnim valom, ampak nastanejo le začasne motnje zračnih mas.

Če si predstavljamo bat, ki je na vzmeti obešen v prostem prostoru in izvaja ponavljajoče se gibe "naprej in nazaj", potem bomo takšna nihanja poimenovali harmonična ali sinusoidna (če predstavljamo val v obliki grafa, potem bomo v tem primeru dobili najčistejši sinusoid s ponavljajočimi se padci in vzponi). Če si predstavljamo zvočnik v cevi (kot v zgoraj opisanem primeru), ki izvaja harmonično nihanje, potem v trenutku, ko se zvočnik premakne "naprej", dobimo že znan učinek stiskanja zraka, in ko se zvočnik premakne "nazaj", dobimo nasprotni učinek vakuuma. V tem primeru se bo skozi cev širil val izmenične stiskanja in redčenja. Razdalja vzdolž cevi med sosednjimi maksimi ali minimali (fazami) bo imenovana valovna dolžina... Če delci vibrirajo vzporedno s smerjo širjenja valov, se imenuje val vzdolžni... Če vibrirajo pravokotno na smer širjenja, se imenuje val prečna... Običajno so zvočni valovi v plinih in tekočinah vzdolžni, medtem ko v trdnih snoveh lahko nastanejo valovi obeh vrst. Strižni valovi v trdnih snoveh izhajajo iz odpornosti na spremembe oblike. Glavna razlika med tema dvema vrstama valov je, da ima strižni val lastnost polarizacije (nihanja se pojavljajo v določeni ravnini), medtem ko vzdolžnega vala ne.

Hitrost zvoka

Hitrost zvoka je neposredno odvisna od lastnosti okolja, v katerem se širi. Določajo ga (odvisni) od dveh lastnosti medija: elastičnost in gostota materiala. Hitrost zvoka v trdnih snoveh je neposredno odvisna od vrste materiala in njegovih lastnosti. Hitrost v plinastih medijih je odvisna samo od ene vrste deformacije medija: stiskanje-redčenje. Sprememba tlaka v zvočnem valu se pojavi brez izmenjave toplote z okoliškimi delci in se imenuje adiabatska.
Hitrost zvoka v plinu je odvisna predvsem od temperature - povečuje se z naraščanjem temperature in se zmanjšuje z zniževanjem temperature. Prav tako je hitrost zvoka v plinastem mediju odvisna od velikosti in mase samih molekul plina - manjši sta masa in velikost delcev, večja je "prevodnost" vala in višja je ustrezna hitrost.

V tekočih in trdnih medijih sta princip širjenja in hitrost zvoka podobna načinu, kako se val širi v zraku: s stiskanjem-vakuumom. Toda v teh okoljih sta poleg enake odvisnosti od temperature precej pomembna tudi gostota medija in njegova sestava / struktura. Nižja kot je gostota snovi, večja je hitrost zvoka in obratno. Odvisnost od sestave medija je bolj zapletena in se določi v vsakem konkretnem primeru, ob upoštevanju lokacije in interakcij molekul / atomov.

Hitrost zvoka v zraku pri t, ° C 20: 343 m / s
Hitrost zvoka v destilirani vodi pri t, ° C 20: 1481 m / s
Hitrost zvoka v jeklu pri t, ° C 20: 5000 m / s

Stoječi valovi in \u200b\u200bmotnje

Ko zvočnik ustvarja zvočne valove v omejenem prostoru, se neizogibno pojavi učinek valov, ki se odbijajo od meja. Posledično se to najpogosteje pojavi moten učinek - kadar sta dva ali več zvočnih valov nameščena drug drugemu. Posebne priložnosti interferenčni pojavi so tvorba: 1) udarnih valov ali 2) stoječih valov. Prebijanje valov - to je primer, ko pride do dodajanja valov s tesnimi frekvencami in amplitudami. Vzorec utripa: ko sta dva vala podobne frekvence drug drugemu nameščena. V nekem trenutku s tem prekrivanjem so lahko amplitudni vrhovi "izven faze" in korita "iz faze" so lahko tudi enaka. Tako so značilni zvočni utripi. Pomembno si je zapomniti, da se fazna naključja vrhov, za razliko od stoječih valov, ne pojavljajo nenehno, ampak v nekaterih časovnih intervalih. Takšen vzorec po ušesih se razlikuje precej jasno in se sliši kot občasno povečanje oziroma zmanjšanje glasnosti. Mehanizem tega učinka je izjemno preprost: v trenutku naključja vrhov se volumen poveča, v trenutku naključja kapljic se volumen zmanjša.

Stoječi valovi nastanejo v primeru superpozicije dveh valov enake amplitude, faze in frekvence, ko se taki valovi "srečajo", eden se premika v smeri naprej, drugi pa v nasprotno smer. V delu prostora (kjer se je oblikoval stoječi val) se pojavi slika prekrivanja dveh frekvenčnih amplitud z izmeničnimi maksimi (tako imenovane antinode) in minimi (tako imenovana vozlišča). Ko se ta pojav pojavi, so izjemno pomembni pogostost, faza in slabljenje vala na mestu odboja. Za razliko od potujočih valov ni prenosa energije v stoječem valu zaradi dejstva, da valovi naprej in nazaj, ki tvorita ta val, prenašajo energijo v enakih količinah tako v naprej kot v nasprotni smeri. Za jasno razumevanje pojava stoječi valVzemimo primer iz domače akustike. Recimo, da imamo talne stoječe zvočnike v nekem omejenem prostoru (sobi). Ustvari jih, da igrajo kakšno pesem velik znesek bas, poskusimo spremeniti lokacijo poslušalca v sobi. Tako bo poslušalec, ko je prišel v območje najmanjšega (odštevanja) stoječega vala, čutil učinek, da je bas postal zelo majhen, in če poslušalec pride v cono največjih (seštevalnih) frekvenc, potem se doseže nasprotni učinek občutnega povečanja bas področja. Učinek opazimo v vseh oktavah osnovne frekvence. Če je na primer osnovna frekvenca 440 Hz, potem bomo pojav "seštevanja" ali "odštevanja" opazili tudi pri frekvencah 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz itd.

Pojav resonance

Večina trdnih snovi ima lastno resonančno frekvenco. Ta učinek je precej enostavno razumeti na primeru običajne cevi, odprte samo na enem koncu. Predstavljajte si situacijo, da je na drugem koncu cevi priključen zvočnik, ki lahko predvaja neko eno konstantno frekvenco, lahko tudi kasneje spremenite. Torej, cev ima svojo resonančno frekvenco, pravi preprost jezik je frekvenca, s katero cev "odmeva" ali oddaja svoj zvok. Če se zvočniška frekvenca (kot posledica prilagajanja) ujema z resonančno frekvenco cevi, potem se bo pojavil učinek večkratnega povečanja glasnosti. To je zato, ker zvočnik vzbuja vibracije zračnega stolpca v cevi s pomembno amplitudo, dokler ne najdemo same "resonančne frekvence" in ne pride do dodatnega učinka. Pojav, ki je nastal, lahko opišemo na naslednji način: cev v tem primeru "pomaga" dinamiki, resonira na točno določeno frekvenco, njihova prizadevanja se seštevajo in "izlijejo" v zvočni glasni učinek. Na primeru glasbenih instrumentov je ta pojav zlahka zaslediti, saj v zasnovi večine obstajajo elementi, imenovani resonatorji. Ni težko uganiti, kaj služi namenu povečanja določene frekvence ali glasbenega tona. Na primer: telo kitare z resonatorjem v obliki luknje, ki se spoji z glasnostjo; Oblikovanje cevi s piščali (in na splošno vse cevi); Cilindrična oblika telesa bobna, ki je sam resonator določene frekvence.

Frekvenčni spekter zvoka in frekvenčni odziv

Ker v praksi praktično ni valov enake frekvence, je potrebno celoten zvočni spekter slišnega obsega razkrojiti na odtenke ali harmonike. V ta namen obstajajo grafi, ki prikazujejo odvisnost relativne energije zvočnih vibracij od frekvence. Takšen graf imenujemo graf frekvenčnega spektra zvoka. Frekvenčni spekter zvoka obstajata dve vrsti: diskretna in neprekinjena. Diskreten spektralni prikaz prikazuje frekvence posamično, ločene s praznimi presledki. Vse zvočne frekvence so hkrati prisotne v neprekinjenem spektru.
Pri glasbi ali akustiki se najpogosteje uporablja običajni urnik. Karakteristike odziva na frekvenco (okrajšano kot "frekvenčni odziv"). Ta graf prikazuje odvisnost amplitude zvočnih vibracij od frekvence v celotnem frekvenčnem spektru (20 Hz - 20 kHz). Če pogledamo takšen graf, je enostavno razumeti, na primer močan oz slabosti specifični sistem zvočnikov ali zvočnikov kot celote, najmočnejša območja vračanja energije, padci frekvence in dvigi, dušenje, kot tudi sledenje pobočju padca.

Širjenje zvočnih valov, faza in antifaza

Proces širjenja zvočnih valov poteka v vseh smereh od vira. Najpreprostejši primer za razumevanje tega pojava je kamenček, vržen v vodo.
Od mesta, kjer je kamen padel, se valovi začnejo razhajati po površini vode v vse smeri. Vendar si predstavljajmo situacijo z uporabo zvočnika v določeni glasnosti, recimo zaprto škatlo, ki je povezana z ojačevalnikom in reproducira nekakšen glasbeni signal. Lahko opazite (še posebej, če pošljete močan nizkofrekvenčni signal, na primer bas boben), da se zvočnik hitro premika naprej, nato pa enako hitro gibanje nazaj. Še vedno moramo razumeti, da ko se zvočnik premakne naprej, oddaja zvočni val, ki ga slišimo kasneje. Toda kaj se zgodi, ko se zvočnik premakne nazaj? Paradoksalno je, da se zgodi isto, zvočnik oddaja enak zvok, le da se v našem primeru širi v celoti znotraj glasnosti škatle, ne da bi šel onkraj nje (škatla je zaprta). Na splošno lahko v zgornjem primeru opazimo kar nekaj zanimivih fizičnih pojavov, od katerih je najpomembnejši koncept faze.

Zvočni val, ki ga zvočnik, ki je v glasnosti, oddaja v smeri poslušalca, je "v fazi". Val nazaj, ki gre v prostornino škatle, bo ustrezno antifazen. Ostaja le razumevanje, kaj ti koncepti pomenijo? Faza signala Ali je raven zvočnega tlaka v trenutnem času v nekem trenutku v prostoru. Fazo je najlažje razumeti na primeru reproduciranja glasbenega materiala s klasičnim talnim stereo parom domačih zvočnikov. Zamislimo si, da sta dva takšna talna zvočnika nameščena v določeni sobi in igrata. V tem primeru oba akustična sistema reproducirata sinhronski signal spremenljivega zvočnega tlaka, pri čemer se zvočni tlak enega zvočnika doda zvočnemu tlaku drugega zvočnika. Podoben učinek se pojavi zaradi sinhronizacije reprodukcije signala levega in desnega zvočnika, torej povedano, vrhovi in \u200b\u200bkorita valov, ki jih oddajajo levi in \u200b\u200bdesni zvočnik, sovpadajo.

Zdaj si predstavljajte, da se zvočni pritiski še vedno spreminjajo na enak način (niso se spremenili), zdaj pa so nasprotni drug drugemu. To se lahko zgodi, če enega od dveh zvočnikov priključite v obratni polarnosti (kabel "+" od ojačevalnika do terminala zvočnika "-" in "-" kabel iz ojačevalnika na terminal "+" zvočnika). V tem primeru bo nasprotni signal povzročil tlačno razliko, ki jo lahko predstavimo na naslednji način: levi zvočnik ustvari tlak "1 Pa", desni zvočnik pa ustvari tlak "minus 1 Pa". Posledično bo skupna glasnost zvoka na mestu poslušanja enaka nič. Ta pojav imenujemo antifaza. Če primer podrobneje razberemo za primer, se izkaže, da dve dinamiki, ki igrata "v fazi", ustvarjata enaka območja zbijanja in vakuuma zraka, ki si med seboj dejansko pomagata. V primeru idealiziranega antifaza bo območje zbijanja zračnega prostora, ki ga ustvari en zvočnik, spremljalo območje depresije zračnega prostora, ki ga je ustvaril drugi. Videti je kot pojav medsebojnega sinhronega dušenja valov. Res je, v praksi glasnost ne pade na nič in slišali bomo zelo popačen in oslabljen zvok.

Ta dostop lahko na najbolj dostopen način opišemo na naslednji način: dva signala z enakimi nihanji (frekvenco), vendar pomaknjena v času. Glede na to je primerneje prikazati te premike s primerom navadne okrogle analogne ure. Predstavljajmo si, da na steni visi več enakih okroglih ur. Ko druge roke te ure tečejo sinhrono, na eni pa 30 sekund, na drugi pa 30, je to primer signala, ki je v fazi. Če druge roke tečejo z odmikom, hitrost pa je še vedno enaka, na primer pri nekaterih urah 30 sekund, pri drugih pa 24 sekund, potem je to klasičen primer faznega premika (premika). Na enak način se faza meri v stopinjah, znotraj virtualnega kroga. V tem primeru, ko se signali premaknejo drug za drugega za 180 stopinj (polovica obdobja), dobimo klasično antifazo. Pogosto se v praksi pojavijo rahli fazni premiki, ki jih je mogoče določiti tudi v stopinjah in jih uspešno odpraviti.

Valovi so ravni in sferični. Ravna valovna fronta se širi samo v eno smer in jo v praksi redko opazimo. Sferična valovita fronta je preprosta vrsta vala, ki izhaja iz ene same točke in potuje v vse smeri. Zvočni valovi imajo lastnino difrakcija, tj. sposobnost upogibanja okoli ovir in predmetov. Stopnja upogiba je odvisna od razmerja zvočne valovne dolžine in velikosti ovire ali luknje. Difrakcija se pojavi tudi, ko na poti zvoka obstajajo ovire. V tem primeru sta možna dva scenarija: 1) Če so dimenzije ovire veliko večje od valovne dolžine, se zvok odbija ali absorbira (odvisno od stopnje absorpcije materiala, debeline ovire itd.), Za oviro pa se oblikuje območje "akustične sence". ... 2) Če so dimenzije ovire primerljive z valovno dolžino ali celo manjše od nje, potem zvok do neke mere razhaja v vseh smereh. Če zvočni val, ki se giblje v enem mediju, zadene vmesnik z drugim medijem (na primer zračni medij s trdnim medijem), potem lahko nastanejo trije scenariji: 1) val se bo odražal od vmesnika 2) val lahko preide v drug medij, ne da bi spremenil smer 3) val lahko preide v drug medij s spremembo smeri na meji, to imenujemo "refrakcija vala".

Razmerje presežnega tlaka zvočnega vala in hitrosti vibracijskega volumna se imenuje valovni upor. Preprosto povedano, valovna impedanca medija lahko imenujemo zmožnost absorpcije zvočnih valov ali se jim "upira". Koeficienti odboja in prenosa so neposredno odvisni od razmerja značilnih impedanc obeh medijev. Karakteristična impedanca v plinskem mediju je veliko manjša kot v vodi ali trdnih snoveh. Zato, če zvočni val v zraku pade na trden predmet ali na površino globoka voda, potem se zvok odbije s površine ali v veliki meri absorbira. Odvisno je od debeline površine (vodne ali trdne), na katero pade želeni zvočni val. Z majhno debelino trdnega ali tekočega medija zvočni valovi skoraj v celoti "prehajajo", in obratno, z veliko debelino medija se valovi pogosteje odražajo. V primeru odboja zvočnih valov pride do tega procesa po dobro znanem fizikalnem zakonu: »Zorni kot enako kotu odsev. "V tem primeru, ko val iz medija z nižjo gostoto pade na mejo s srednjo višjo gostoto, se pojav pojavi lom... Sestavljen je v upogibanju (lomljenju) zvočnega vala po "srečanju" z oviro in ga nujno spremlja sprememba hitrosti. Prelomnost je odvisna tudi od temperature okolja, v katerem se odraža.

V procesu širjenja zvočnih valov v prostoru se neizogibno pojavi zmanjšanje njihove intenzitete, lahko rečemo slabljenje valov in slabljenje zvoka. V praksi se je s podobnim učinkom povsem enostavno soočiti: če na primer na nekaterih stojita dve osebi bližina (meter in bližje) in začneta drug drugemu nekaj povedati. Če naknadno povečate razdaljo med ljudmi (če se začnejo oddaljevati drug od drugega), bo ista raven pogovornega obsega postala vse manj slišana. Tak primer nazorno kaže pojav zmanjšanja intenzivnosti zvočnih valov. Zakaj se to dogaja? Razlog za to so različni procesi prenosa toplote, molekularne interakcije in notranje trenje zvočnih valov. Najpogosteje v praksi pride do pretvorbe zvočne energije v toploto. Takšni procesi neizogibno nastanejo v katerem koli od treh nosilcev zvočnega širjenja in jih je mogoče označiti kot absorpcija zvočnih valov.

Intenzivnost in stopnja absorpcije zvočnih valov je odvisna od številnih dejavnikov, kot so: tlak in temperatura medija. Tudi absorpcija je odvisna od posebne frekvence zvoka. Ko se zvočni val širi v tekočini ali plinih, se pojavi učinek trenja med različnimi delci, ki se imenuje viskoznost. Kot rezultat tega trenja na molekularni ravni se pojavi proces preobrazbe vala iz zvoka v toploto. Z drugimi besedami, višja kot je toplotna prevodnost medija, nižja je stopnja absorpcije valov. Absorpcija zvoka v plinastih medijih je odvisna tudi od tlaka (atmosferski tlak se spreminja z višanjem nadmorske višine). Kar se tiče odvisnosti stopnje absorpcije od frekvence zvoka, ob upoštevanju zgoraj omenjenih odvisnosti viskoznosti in toplotne prevodnosti, višja je njegova frekvenca, večja je absorpcija zvoka. Na primer s normalna temperatura in tlaka, v zraku absorpcija vala s frekvenco 5000 Hz znaša 3 dB / km, absorpcija vala s frekvenco 50 000 Hz pa bo že 300 dB / m.

V trdnih medijih so vse zgornje odvisnosti (toplotna prevodnost in viskoznost) ohranjene, vendar je temu dodano še nekaj pogojev. Povezani so z molekularno strukturo trdnih materialov, ki so lahko različni, z lastnimi nehomogenostmi. Glede na to notranjo trdno molekularno strukturo je absorpcija zvočnih valov v tem primeru lahko drugačna in odvisna od vrste specifičnega materiala. Ko zvok preide skozi trdno snov, val doživi vrsto preobrazb in popačenj, kar najpogosteje vodi v razpršitev in absorpcijo zvočne energije. Na molekularni ravni lahko pride do dislokacijskega učinka, ko zvočni val povzroči premik atomske ravnine, ki se nato vrne v prvotni položaj. Ali pa premikanje dislokacij vodi v trke z dislokacijami, ki so pravokotni nanje, ali okvare kristalne strukture, kar povzroči njihovo upočasnitev in posledično neko absorpcijo zvočnega vala. Vendar lahko zvočni val odmeva s temi pomanjkljivostmi, kar bo izkrivilo prvotni val. Energija zvočnega vala v trenutku interakcije z elementi molekularne strukture materiala se razblini zaradi procesov notranjega trenja.

V bom poskušal razkriti značilnosti slušna percepcija človeške in nekatere posebnosti in značilnosti širjenja zvoka.

Zvok so zvočni valovi, ki vibrirajo najmanjše delce zraka, druge pline ter tekoče in trdne medije. Zvok lahko nastane le tam, kjer je snov, ni pomembno, v kakšnem stanju je agregat. V vakuumu, kjer ni medija, se zvok ne širi, ker ni delcev, ki bi delovali kot propagatorji zvočnih valov. Na primer v vesolju. Zvok lahko spreminjamo, mutiramo in se spreminja v druge oblike energije. Torej, zvok pretvorjen v radijske valove ali v električna energija, se lahko prenašajo na daljavo in beležijo na nosilce podatkov.

Zvočni val

Premiki predmetov in teles skoraj vedno povzročajo vibracije. okolje... Ni važno, ali gre za vodo ali zrak. V procesu začnejo vibrirati tudi delci medija, na katerega se telesne vibracije prenašajo. Nastajajo zvočni valovi. Poleg tega se gibi izvajajo v smeri naprej in nazaj, pri čemer se postopoma nadomeščajo. Zato je zvočni val vzdolžen. V njej ni nikoli stranskega gibanja navzgor in navzdol.

Značilnosti zvočnega vala

Kot vsak fizični pojav imajo tudi svoje vrednosti, s katerimi lahko opišete lastnosti. Glavne značilnosti zvočnega vala so njegova frekvenca in amplituda. Prva vrednost kaže, koliko valov nastane na sekundo. Drugi določa moč vala. Zvoki z nizko frekvenco imajo odčitke nizke frekvence in obratno. Frekvenco zvoka merimo v Hertzu in če presega 20.000 Hz, nastane ultrazvok. V naravi in \u200b\u200bsvetu okoli človeka je dovolj primerov nizkofrekvenčnih in visokofrekvenčnih zvokov. Cvrkutanje snega, trkanje groma, ropotanje gorske reke in drugo so vse različne zvočne frekvence. Vrednost amplitude vala je neposredno odvisna od glasnosti zvoka. Glasnost se zmanjšuje z odmikom od vira zvoka. V skladu s tem je amplituda manjša, čim dlje od epicentra je val. Z drugimi besedami, amplituda zvočnega vala se zmanjšuje z oddaljenostjo od vira zvoka.

Hitrost zvoka

Ta indikator zvočnega vala je v sorazmerju z naravo okolja, v katerem se širi. Tu igrata pomembno vlogo vlaga in temperatura zraka. V povprečnih vremenskih pogojih je hitrost zvoka približno 340 metrov na sekundo. V fiziki obstaja tako izraz kot nadzvočna hitrost, ki je vedno večja po vrednosti kot hitrost zvoka. Pri tej hitrosti se zvočni valovi širijo, ko se letalo premika. Letalo potuje z nadzvočno hitrostjo in celo prehiteva zvočne valove, ki jih ustvarja. Zaradi pritiska, ki se postopoma povečuje za letalom, nastane udarni val. Merska enota takšne hitrosti je zanimiva in le malo ljudi ve. Imenuje se Mach. 1 Mach je enak hitrosti zvoka. Če se val giblje na Mach 2, potem potuje dvakrat hitreje kot hitrost zvoka.

Hrup

IN vsakdanje življenje ljudje so prisotni stalni hrup... Raven hrupa se meri v decibelih. Gibanje avtomobilov, veter, šumenje listja, prepletanje glasov ljudi in drugi zvočni zvoki so vsak dan naši spremljevalci. Ampak na takšne hrupe slušni analizator človek se ima možnost navaditi. Vendar obstajajo tudi takšni pojavi, s katerimi se niti človeške uši ne morejo spoprijeti. Na primer, hrup, ki presega 120 dB, lahko povzroči bolečino. Najglasnejša žival je modri kit. Ko oddaja zvoke, ga slišimo več kot 800 kilometrov.

Odmev

Kako nastane odmev? Tu je vse zelo preprosto. Zvočni val se lahko odseva od različnih površin: od vode, skale, sten v prazni sobi. Ta val se vrne k nam, zato slišimo sekundarni zvok. Ni tako jasno kot izvirnik, saj se del energije zvočnega vala pri premikanju na oviro razblini.

Eholokacija

Zvočni odboj se uporablja za različne praktične namene. Na primer eholokacija. Temelji na dejstvu, da lahko ultrazvočne valove določimo razdaljo do predmeta, od katerega se ti valovi odbijajo. Izračuni se izvedejo z merjenjem časa, ki traja, da ultrazvok pride do kraja in se vrne nazaj. Mnoge živali imajo sposobnost eholokacije. Netopirji in delfini ga na primer uporabljajo za iskanje hrane. Eholokacija je našla drugo uporabo v medicini. Pri pregledu z ultrazvokom se oblikuje slika notranjih organov človek. Ta metoda temelji na dejstvu, da se ultrazvok, ki pade v medij, ki se razlikuje od zraka, vrne nazaj in tako tvori sliko.

Zvočni valovi v glasbi

Zakaj glasbeni inštrumenti oddajajo določene zvoke? Izbira kitare, godba na klavirju, nizki toni bobnov in trobente, očarljiv tanek glas flavte. Vsi ti in številni drugi zvoki se pojavijo zaradi vibracij v zraku ali povedano drugače, zaradi pojava zvočnih valov. Toda zakaj je zvok glasbil tako raznolik? Izkazalo se je, da je odvisno od več dejavnikov. Prvo je oblika orodja, drugo je material, iz katerega je izdelan.

Oglejmo si primer godalnih instrumentov. Ko se strune dotaknejo, postanejo vir zvoka. Zaradi tega začnejo proizvajati vibracije in v okolje pošiljati različne zvoke. Slab zvok katerega koli godalnega inštrumenta je posledica večje debeline in dolžine strune, pa tudi šibkosti njegove napetosti. Nasprotno, bolj je napeta struna, tanjša in krajša je, višji zvok nastane kot rezultat igranja.

Akcija mikrofona

Temelji na pretvorbi zvočne valovne energije v električno. V tem primeru sta trenutna jakost in narava zvoka neposredno odvisni. V notranjosti katerega koli mikrofona je tanka plošča iz kovine. Ko je izpostavljen zvoku, začne nihati. Spirala, na katero je plošča priključena, tudi vibrira, kar ima za posledico elektrika... Zakaj se pojavlja? To je zato, ker so v mikrofon vgrajeni tudi magneti. Ko spirala niha med njenimi polovami, nastane električni tok, ki gre v spiralo in nato v zvočni stolpec (zvočnik) ali v opremo za snemanje na informacijski medij (na kaseto, disk, računalnik). Mimogrede, mikrofon v telefonu ima podobno strukturo. Kako pa mikrofoni delujejo na mirovanju in mobilni telefon? Začetna faza je zanje enaka - zvok človeškega glasu prenese svoje vibracije na ploščo mikrofona, nato pa vse sledi zgoraj opisanemu scenariju: spirala, ki pri premikanju zapre dva pola, ustvari tok. Kaj je naslednje? Pri stacionarnem telefonu je vse bolj ali manj jasno - kot v mikrofonu, zvok, pretvorjen v električni tok, teče po žicah. Kaj pa mobilni telefon ali na primer walkie-talkie? V teh primerih se zvok pretvori v energijo radijskih valov in zadene satelit. To je vse.

Pojav resonance

Včasih se takšni pogoji ustvarijo, ko se amplituda vibracij fizičnega telesa močno poveča. To je posledica zbliževanja vrednosti frekvence prisilnih vibracij in naravne frekvence vibracij predmeta (telesa). Resonanca je lahko tako koristna kot škodljiva. Na primer, da osvobodite avto iz luknje, ga zaženete in potisnete naprej in nazaj, da bi povzročil resonanco in dal avtomobilu zagon. Vendar so bili primeri negativne posledice resonanca. Na primer, v Sankt Peterburgu se je pred približno stotimi leti podrl most pod sinhrono koračanjem vojakov.

OPREDELITEV POJMOV

Zvok - to so tisti, ki se širijo v elastičnem mediju (plin, tekočina, trda snov) in imajo frekvenčni razpon, ki ga človeško uho lahko zazna (od 16 Hz do 20 kHz).

Oscilacije delcev, ki povzročajo pojav mehanskih valov te frekvence, imenujemo akustičniin odsek fizike, ki preučuje lastnosti zvoka in značilnosti njegovega širjenja - akustika.

Širjenje zvoka v zraku se začne z vibracijami zraka v bližini površine nihajočega telesa. Telo, ki ustvarja motenje gostote medija, se imenuje vir zvoka... Viri zvoka so lahko trdna telesa (struna glasbila, glasilke, zemeljska skorja, listi dreves), tekočine (curek vode ali valovi na površini vode) in plini (curki zraka v glasbenih inštrumentih, veter). Nihanja v gostoti zraka vodijo v premik molekul v sosednjih plasteh, kar posledično vpliva na njihove sosede. Tako se začetne motnje prenašajo iz ene točke v drugo. Zvočni val povzroči prisilne vibracije človeškega ušesnega bobna, ki jih zabeležijo možgani.

Zvočne značilnosti

Zvok se širi od konca. Hitrost zvoka je odvisna od širjenja medija in njegovega stanja. Na primer, hitrost zvoka v zraku pri temperaturi je 330 m / s, v vodi pa pri isti temperaturi - 1500 m / s.

Zvok, ki ga oddaja, se imenuje glasbeni ton. Hrup je kaotična mešanica glasbenih tonov.

Glasnost zvoka je določena z amplitudo vibracij v zvočnem valu.

Zvok odvisno je - višja je frekvenca, višji je zvok.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Naloga	Velik blok ledu je odlomil vrh ledene gore in padel v vodo. Naprave, nameščene na ladji in sprejemajo zvok pod vodo, so registrirale padec padajočega bloka 10 sekund, preden se je skozi zrak zaslišal zvok padca. Kako daleč od ladje je bila ledena gora?
Odločba	V homogenem mediju se zvok širi s konstantno hitrostjo, zato razdalja, ki jo prevozi sprednji del zvočnega vala v zraku: in razdalja, ki jo je v vodi prevozila fronta zvočnega vala: Časovni interval med snemanjem zvoka z inštrumenti in brizgom padlega bloka: tako lahko pišete: od kod razdalja od ledene gore do ladje: S pomočjo tabel določimo hitrost zvoka v zraku pri m / s in hitrost zvoka v vodi pri isti temperaturi, m / s. Izračunajmo:
Odgovor	Ledena gora je bila oddaljena 4491 m od ladje.

PRIMER 2

Naloga

V rudnik je padel kamen. Moški je slišal zvok svojega padca 6 sekund po začetku padca. Poiščite globino rudnika. Hitrost zvoka je 332 m / s.

Odločba

Dokončamo risbo, usmerimo koordinatno os v smeri gibanja kamna. Kamen pade s. Globina padca kamna (njegova koordinata) se sčasoma spreminja v skladu z zakonom: V trenutku, ko kamen pade na dno rudnika, bo globina padca kamna enaka globini rudnika, tako da lahko napišete: odkod čas padca kamna: Sprednji del zvočnega vala se enakomerno premika, zato potrebuje čas, da zvok doseže osebo: Čas, po katerem je človek zaslišal zvok, je enak vsoti časov padca kamna in premika sprednje strani zvočnega vala: Iz te enačbe določimo globino rudnika. Naredimo ponovno enačbo z izolacijo kvadratnega korena: Trgimo obe strani enačbe: Naredimo novo enačbo kot: pomnožite obe strani enačbe z:

Zvok (zvočni val ) –gre za elastični val, ki ga zaznajo organ človeka in živali. Z drugimi besedami, zvok je širjenje nihanj gostote (ali tlaka) elastičnega medija, ki izhaja iz medsebojnih vplivov delcev med seboj.

Vzdušje (zrak) je eden izmed elastičnih medijev. Širjenje zvoka v zraku je v skladu s splošnimi zakoni širjenja zvočnih valov v idealnih plinih, poleg tega pa ima lastnosti zaradi neskladnosti gostote, tlaka, temperature in vlažnosti. Hitrost zvoka je določena z lastnostmi medija in izračunana je s pomočjo formul za hitrost elastičnega vala.

Obstajajo umetne in naravne viri zvok. Umetni oddajniki vključujejo onesnaževalce na osnovi:

Vibracije trdnih snovi (strune in palube glasbenih inštrumentov, difuzorji zvočnikov, telefonske membrane, piezoelektrične plošče);

Nihanja zraka v omejeni prostornini (organske cevi, piščalke);

Udarec (klavirske tipke, zvonec);

Električni tok (elektroakustični pretvorniki).

Naravni viri vključujejo:

Eksplozija, propad;

Pretok zraka okoli ovir (veter, ki piha na vogalu stavbe, greben morskega vala).

Obstajajo tudi umetne in naravne sprejemniki zvok:

Elektroakustični pretvorniki (mikrofon v zraku, hidrofon v vodi, geofon v zemeljska skorja) in druge naprave;

Slušni aparat ljudi in živali.

Ko se zvočni valovi širijo, so možni pojavi, značilni za valove katere koli narave:

Odboj od ovire

Refrakcija na meji dveh medijev,

Motnja (dodatek),

Difrakcija (izogibanje oviram),

Disperzija (odvisnost hitrosti zvoka v snovi od frekvence zvoka);

Absorpcija (zmanjšanje energije in intenzivnosti zvoka v mediju zaradi nepovratne pretvorbe zvočne energije v toploto).

Objektivne zvočne značilnosti

Frekvenca zvoka

Frekvenca zvoka, ki jo sliši oseba, je v območju od 16 Hz prej 16 - 20 kHz ... Elastični valovi s frekvenco spodaj slišno območje klical infrazvoja (vključno pretres možganov), s višje frekvenco – ultrazvok in elastični valovi z najvišjo frekvenco - hiperzvok .

Celotno frekvenčno območje zvoka lahko razdelimo na tri dele (tabela 1.).

Hrup ima neprekinjeni spekter frekvenc (ali valovnih dolžin) v območju nizkofrekvenčnega zvoka (tabele 1, 2). Trden spekter pomeni, da imajo frekvence lahko poljubno vrednost iz danega intervala.

Glasbeno , ali tonski , zvoki imajo linearni frekvenčni spekter v srednjem in delno visokofrekvenčnem zvoku. Preostali visokofrekvenčni zvok žvižga. Linearni spekter pomeni, da imajo glasbene frekvence samo strogo določene (diskretne) vrednosti iz določenega intervala.

Poleg tega je frekvenčni interval glasbe razdeljen na oktave. Oktava - to je frekvenčni interval med dvema mejnima vrednostoma, zgornja zgornja vrednost je dvakrat nižja (Tabela 3)

Skupni frekvenčni pasovi oktave

Oktavi frekvenčni pasovi	 min , Hz	 maks , Hz	 sre , Hz

Primeri frekvenčnih intervalov zvoka, ki ga ustvari človeški glasni aparat in ga zazna človeški slušni aparat, so podani v tabeli 4.

Kontralto, viola
Mezzosopran
Soplesalka za koloraturo

Primeri frekvenčnih razponov nekaterih glasbil so prikazani v preglednici 5. Pokrivajo ne le zvočni razpon, temveč tudi ultrazvočni obseg.

Glasbeni inštrument	Frekvenca Hz
Saksofon

Živali, ptice in žuželke ustvarjajo in zaznavajo zvok drugih frekvenčni razponikot oseba (tabela 6).

V glasbi se imenuje vsak sinusoidni zvočni val v preprostem tonu,ali ton.Višina je odvisna od frekvence: višja je frekvenca, višja je višina. Glavni ton zapleten glasbeni zvok se imenuje ton, ki ustreza najnižja frekvenca v svojem spektru. Pokličejo se toni, ki ustrezajo ostalim frekvencam overtones... Če preglasno večkratniki frekvenca glavnega tona, se imenujejo preglasni harmonično... Preglasnik z najnižjo frekvenco se imenuje prva harmonika, z naslednjo - drugo itd.

Glasbeni zvoki z isto višino se lahko razlikujejo tembre.Tember je odvisen od sestave tonov, njihovih frekvenc in amplitud, narave njihovega vzpona na začetku zvoka in razpada na koncu.

Hitrost zvoka

Za zvok v različnih medijih veljajo splošne formule (22) - (25). Upoštevati je treba, da je formula (22) uporabna v primeru suhega atmosferskega zraka in je ob upoštevanju številskih vrednosti Poissonovega razmerja, molarne mase in univerzalne plinske konstante zapisana v obliki:

Vendar ima pravi atmosferski zrak vedno vlago, kar vpliva na hitrost zvoka. To je posledica dejstva, da je Poissonovo razmerje  je odvisna od razmerja delnega tlaka vodne pare ( str pare) do zračni tlak (str). V vlažnem zraku je hitrost zvoka določena s formulo:

.

Iz zadnje enačbe je razvidno, da je hitrost zvoka v vlažnem zraku, hitrost zvoka nekoliko višja kot pri suhem zraku.

Številske ocene hitrosti zvoka, ob upoštevanju vpliva temperature in vlažnosti atmosferskega zraka, je mogoče opraviti po približni formuli:

Te ocene kažejo, da se zvok širi po vodoravni smeri ( 0 x) s povišanjem temperature za 1 0 Chitrost zvoka se poveča za 0,6 m / s... Pod vplivom vodne pare z delnim tlakom ne več kot 10 Pahitrost zvoka se poveča za manj kot 0,5 m / s... Na splošno se pri največjem možnem delnem tlaku vodne pare na Zemljini površini hitrost zvoka poveča za največ 1 m / s.

Zvočni tlak

Če ni zvoka, je ozračje (zrak) moten medij in ima statični atmosferski tlak (
).

S širjenjem zvočnih valov se temu statičnemu tlaku doda dodaten spremenljiv tlak zaradi zgoščevanja in redčenja zraka. V primeru ravninskih valov lahko zapišete:

kje str zv, maks - amplituda zvočnega tlaka,  je ciklična frekvenca zvoka, k je valovno število. Posledično atmosferski tlak v določeni točki ob določenem času postane enak vsoti teh tlakov:

Zvočni tlak Ali je spremenljivi tlak enak razliki med trenutnim dejanskim atmosferskim tlakom v določeni točki med prehodom zvočnega vala in statičnim atmosferskim tlakom v odsotnosti zvoka:

Zvočni tlak spreminja svojo vrednost in znak med nihanjem.

Zvočni tlak je skoraj vedno precej manjši od atmosferskega

Ko postane, je velik in sorazmeren z atmosferskim udarni valovi med močnimi eksplozijami ali ob prehodu reaktivnega letala.

Merilne enote za zvočni tlak so naslednje:

- pascalv SI
,

- barv GHS
,

- milimetra živega srebra,

- vzdušje.

V praksi naprave ne merijo trenutne vrednosti zvočnega tlaka, temveč t.i. učinkovito (ali igrati )zvok pritisk ... Enako je kvadratni koren srednje vrednosti kvadrata trenutnega zvočnega tlaka v določeni točki prostora v določenem času

(44)

in zato tudi pozval srednji kvadratni zvočni tlak ... Nadomestitev izraza (39) v formulo (40) dobimo:

. (45)

Zvočna impedanca

Zvočna (zvočna) impedanca se imenuje razmerje amplitudezvočni tlak in vibracijska hitrost delcev medija:

. (46)

Fizični pomen zvočne impedance: številčno je enak zvočnemu tlaku, ki povzroči nihanje delcev medija z enotno hitrostjo:

Merska enota za zvočno impedanco v SI je pascal sekunde na meter:

.

V primeru ravninskega vala hitrost vibracij delcevenako

.

Nato ima formula (46) obliko:

. (46*)

Obstaja tudi druga opredelitev zvočne odpornosti, ki je rezultat gostote medija in hitrosti zvoka v tem mediju:

. (47)

Potem pa njegovo fizični pomenje v tem, da je številčno enaka gostoti medija, v katerem se elastični val širi z enoto hitrosti:

.

Poleg akustične impedance koncept uporablja tudi akustika mehanska odpornost (R m). Mehanska odpornost je razmerje amplitud periodične sile in vibracijske hitrosti delcev medija:

, (48)

kje SAli je površina zvočnega pretvornika. Mehanska odpornost se meri v newton sekund na meter:

.

Energija in moč zvoka

Za zvočni val so značilne enake energijske vrednosti kot elastični val.

Vsak volumen zraka, v katerem se širijo zvočni valovi, ima energijo, ki je vsota kinetične energije vibracijskih delcev in potencialne energije elastične deformacije medija (glej formulo (29)).

Ponavadi se imenuje jakost zvokazaradi moči zvoka ... Enaka je

. (49)

torej fizični pomen zvočne moči je podoben pomenu gostote energijskega toka: številčno je enak povprečni vrednosti energije, ki jo val na enoto časa prenaša skozi prečno površino površine enote.

Enota za merjenje jakosti zvoka je vatov na kvadratni meter:

.

Intenzivnost zvoka je sorazmerna s kvadratom efektivnega zvočnega tlaka in obratno sorazmerna z zvočnim (zvočnim) tlakom:

, (50)

ali ob upoštevanju izrazov (45),

, (51)

kje R ak – akustična impedanca.

Zvok je lahko značilen tudi po zvočni moči. Moč zvoka Je skupna količina zvočne energije, ki jo vir v določenem času oddaja skozi zaprto površino, ki obdaja vir zvoka:

, (52)

ali ob upoštevanju formule (49),

. (52*)

Moč zvoka, kot katero koli drugo, se meri v vatov:

.

Zvok so elastični valovi v mediju (pogosto v zraku), ki so nevidni, vendar jih človeško uho zazna (val deluje na ušesni ušes). Zvočni val je vzdolžni val stiskanje in redčenje.

Če bomo ustvarili vakuum, bomo razlikovali med zvoki? Robert Boyle je leta 1660 postavil uro v stekleno posodo. Po evakuaciji zraka ni slišal zvoka. Izkušnje to dokazujejo medij je potreben za širjenje zvoka.

Zvok se lahko širi tudi v tekočih in trdnih medijih. Vodo kamenja je jasno slišati pod vodo. Postavite uro na en konec lesene deske. Če prislonite uho na drug konec, lahko jasno slišite odtenek ure.

Zvočni val se širi skozi drevo

Vir zvoka so nujno vibrirajoča telesa. Na primer, kitarska struna se ne sliši v običajnem stanju, ampak takoj, ko jo prisilimo na nihanje, se pojavi zvočni val.

Vendar izkušnje kažejo, da ni vsako nihajno telo vir zvoka. Na primer, teža, obešena na nitki, ne oddaja zvoka. Dejstvo je, da človeško uho ne zazna vseh valov, ampak le tiste, ki ustvarjajo telesa, ki vibrirajo s frekvenco od 16Hz do 20.000Hz. Takšni valovi se imenujejo zvok... Pokliče se nihanje s frekvenco, manjšo od 16Hz infrazvoja... Pokliče se nihanje s frekvenco večjo od 20 000 Hz ultrazvok.

Hitrost zvoka

Zvočni valovi se ne širijo v trenutku, ampak z določeno končno hitrostjo (podobno kot hitrost enakomernega gibanja).

Zato med nevihto najprej opazimo strele, torej svetlobo (hitrost svetlobe je veliko večja od hitrosti zvoka), nato pa pride zvok.

Hitrost zvoka je odvisna od okolja: v trdnih snoveh in tekočinah je hitrost zvoka veliko večja kot v zraku. To so tabelarno izmerjene konstante. S povečanjem temperature medija se hitrost zvoka poveča, s padcem pa se zmanjša.

Zvoki so različni. Za karakterizacijo zvoka so uvedene posebne vrednosti: glasnost, višina in tember zvoka.

Glasnost zvoka je odvisna od amplitude vibracij: večja kot je amplituda vibracij, glasnejši je zvok. Poleg tega je zaznavanje našega ušesa na glasnost zvoka odvisno od frekvence vibracij v zvočnem valu. Valovi z višjo frekvenco se dojemajo kot glasnejši.

Frekvenca zvočnega vala določa višino. Višja kot je vibracijska frekvenca vira zvoka, večji je zvok. Človeški glasovi so razdeljeni na več razponov po višini.

Zvoki iz različnih virov so zbirka harmoničnih vibracij različnih frekvenc. Sestavni del najdaljšega obdobja (najnižja frekvenca) se imenuje višina. Preostali del zvoka je v odtenkih. Nabor teh komponent ustvarja barvo, tember zvoka. Nabor preglasnih glasov različni ljudje rahlo, a drugače, in to določa tembre določenega glasu.

Odmev... Odmev nastane kot posledica odboja zvoka iz različnih ovir - gora, gozdov, sten, velikih zgradb itd. Odmev se pojavi šele, ko odbijeni zvok zaznamo ločeno od prvotno izrečenega zvoka. Če je veliko odsevnih površin in so na različnih razdaljah od človeka, potem bodo odbijeni zvočni valovi do njega dosegli v različnih obdobjih. V tem primeru bo odmev več. Ovira mora biti na razdalji 11 m od osebe, da se lahko odmev sliši.

Odsev zvoka. Zvok se odbija od gladkih površin. Zato se pri uporabi roga zvočni valovi ne razpršijo v vse smeri, ampak tvorijo ozko usmerjen žarek, zaradi katerega se zvočna moč poveča in širi na večjo razdaljo.

Nekatere živali (na primer netopir, delfin) oddajajo ultrazvočne vibracije, nato pa odbijajoči val zaznavajo pred ovirami. Tako določajo lokacijo in razdaljo do okoliških predmetov.

Eholokacija... To je metoda za določanje lokacije teles po ultrazvočnih signalih, ki se odbijajo od njih. Široko se uporablja v navigaciji. Na ladjah vzpostavi sonarji - instrumenti za prepoznavanje podvodnih objektov in določanje globine in topografije dna. Zvočni oddajnik in sprejemnik sta nameščena na dnu posode. Oddajnik oddaja kratke signale. Z analizo časa zamude in smeri povratnih signalov računalnik določi položaj in velikost predmeta, ki je odražal zvok.

Ultrazvok se uporablja za odkrivanje in prepoznavanje različnih vrst poškodb na delih stroja (praznine, razpoke itd.). V ta namen se imenuje naprava ultrazvočni detektor napak... V preiskovani del se pošlje tok kratkih ultrazvočnih signalov, ki se odražajo zaradi nehomogenosti znotraj njega in se po vrnitvi vstopijo v sprejemnik. V tistih krajih, kjer ni napak, signali potekajo skozi del brez pomembnega odboja in jih sprejemnik ne zabeleži.

Ultrazvok se v medicini pogosto uporablja za diagnosticiranje in zdravljenje določenih bolezni. Za razliko od rentgenskih žarkov svojih valov nima škodljiv vpliv na tkanini. Diagnostična ultrazvočni pregledi (Ultrazvok) dovoli brez kirurški poseg prepoznati patološke spremembe organov in tkiv. Posebna naprava usmerja ultrazvočne valove s frekvenco od 0,5 do 15 MHz do določen del Telo se odražajo od pregledanega organa in računalnik na zaslonu prikaže njegovo sliko.

Za infrazvok je značilna majhna absorpcija v različnih medijih, zaradi česar se lahko infrazvočni valovi v zraku, vodi in zemeljski skorji razširijo na zelo velike razdalje. Ta pojav najdemo praktična uporaba ob lociranje močne eksplozije ali položaj streljanja orožja. Širjenje infrazvoka na dolge razdalje v morju omogoča napovedi naravnih nesreč - cunami. Meduze, raki itd. Lahko zaznajo neprijetno in že dolgo pred začetkom nevihte začutijo njen pristop.