Физические характеристики звука

Акустический спектр

Возрастная зависимость верхней границы частоты воспринимаемого звука

Возраст	Верхняя граница частоты, Гц
Маленькие дети
До 20 лет
35 лет	примерно 15000
50 лет	примерно 12000

Существующие в природе звуки разделяют на несколько видов.

• Звуковой удар — это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).

• Тон — это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Тон может быть простым, характеризующимся одной частотой (например, издаваемый камертоном, звуковым генератором) и сложным (издаваемый, например, аппаратом речи, музыкальным инструментом).

• Шум — это звук, имеющий сложную, неповторяющуюся временную структуру, сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов (шорох, скрип).

Сложный тон можно представить в виде суммы простых тонов с кратными частотами и различными амплитудами. Такое представление называется разложением на составляющие тона. Тон наименьшей частоты называется основным, а остальные тона называют обертонами, или гармониками. Обертоны имеют частоты, кратные частоте основного тона. Такое разложение однозначно описывается указанием частот всех составляющих тонов и их амплитуд.

Акустический спектр сложного тона — это набор частот с указанием их относительной интенсивности (амплитуды).

Наибольшую амплитуду в спектре обычно имеет основной тон, а его частота воспринимается ухом как высота звука (см. ниже).

а) Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях равна 330 м / с. Скорость звука в воде равна 1500 м / с; близкое значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма.

б) Интенсивность (I). Это энергетическая характеристика звука. По определению — это плотность потока энергии звуковой волны. Для уха человека важны два значения интенсивности (на частоте 1 кГц):

• порог слышимости — I ₀ = 10 ^-12Вт/м²,

• порог болевого ощущения — I _макс = 10 Вт/м².

в) Звуковое давление. Распространение звуковой волны обусловливает возникновение звукового давления, которое является избыточным по отношению к среднему давлению в среде. Звуковое давление простого тона изменяется по гармоническому закону и характеризуется эффективным и амплитудным значениями

Физиологически звуковое давление проявляется как давление на барабанную перепонку. Для человека важны два значения этого параметра:

• эффективное звуковое давление на пороге слышимости — Р₀ = 2·10^-5Па;

• эффективное звуковое давление на пороге болевого ощущения — Р_макс =60 Па.

Между интенсивностью (I) и звуковым давлением (Р) существует связь, которая для плоской волны записывается так:

где р — плотность среды, v — скорость звука в среде.

г) Волновое сопротивление среды (R _а). Важнейшей характеристикой среды, определяющей условия отражения и преломления звука (как плоской волны) на ее границе, является волновое сопротивление, равное произведению плотности среды (р) на скорость распространения звука:

R_a=p·v. (12.34)

д) Уровень интенсивности. Наряду с интенсивностью звука используется и другая характеристика, называемая уровнем интенсивности. Уровень интенсивности (L) равен десятичному логарифму отношения интенсивности данного звука к интенсивности звука на пороге слышимости (I ₀ = 10 ^-12Вт/м²):

Единицей измерения уровня интенсивности является бел [Б].

Логарифмический характер зависимости уровня интенсивности от самой интенсивности означает, что при увеличении интенсивности в 10 раз уровень возрастает на 1 Б.

Интенсивность, Вт/м^2	I 0	10· I 0	10^2· I 0	10^3· I 0	...
Уровень интенсивности, Б					…

На практике используют более мелкую единицу уровня интенсивности — децибел [дБ]: 1 дБ = 0,1Б (1 дБ соответствует двум уровням, интенсивности которых отличаются в 1,26 раза). Уровень интенсивности в децибелах выражается по следующим формулам:

При действии нескольких источников складываются мощности, т. е. интенсивности, а затем определяется уровень интенсивности результирующего сигнала.

Дата добавления: 2015-05-09