Надо Знать

добавить знаний



Звук


Cloche.jpg

План:


Введение

Звук - колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газе, жидкости или твердом теле. Большинство явлений в природе сопровождаются характерными звуками, которые воспринимаются и распознаются ухом человека и животных и служат для ориентирования и общения. Раздел науки, изучающей звуки, называется акустикой.

Cloche.jpg

1. Характеристики звука

Характеристиками звука является частота, длина волны, амплитуда и скорость, а также тембр.

1.1. Частота

Простейшим типом звука является звук, в котором давление в каждой точке пространства изменяется по синусоидальный законом, т.е. осуществляет гармонические колебания с определенной частотой. Частота - это количество колебаний определенной точки звуковой волны в секунду. Одному цикла колебания в секунду соответствует величина 1 Гц (1 / с).

Человек слышит звук с частотами от 16 Гц до 20 кГц. Границы слышимости определены не строго и меняются от человека к человеку. Некоторые животные могут слышать звуки с частотой ниже 16 Гц, другие - с частотой более 20 кГц.

Диапазон от 16 Гц до 20 кГц называют слышимым диапазоном. Звуки с частотами до 16 Гц называются инфразвуком, более 20000 Гц - ультразвуком. Звуки с частотой 10 9 -10 13 Гц называют гиперзвуком.

Человеческое ухо воспринимает и различает частоту звуковых колебаний как высоту звука или тон.


1.2. Классификация звуков

Большинство звуков, которые встречаются в природе сложные, то есть наложением волн различной частоты. Наложение волн различной частоты придает звуку окраску, называют тембром.

По частотным характеристикам акустической волны различают:

  • простой тон - синусоидальные колебания ( Loudspeaker.png послушать). Звуковые колебания простого тона в достаточно хорошем приближении дают звуковые генераторы и камертон.
  • сложный тон
    • гармоничный - определенной звуковысотности, состоящий из основного тона и обертонов. Звуки такого спектрального состава дают музыкальные инструменты. Тембр звука, то есть соотношение обертонов и основного тона предоставляет каждому музыкальному инструменту свое характерное звучание.
    • негармоничний - примерно определенной звуковысотности, состоящий из основного тона и негармоничних обертонов ( Loudspeaker.png послушать).
  • шум
    • белый шум - хаотические колебания, спектральные составляющие размещаются равномерно по всему диапазону ( Loudspeaker.png послушать).
    • цветной шум - хаотические колебания, спектральные составляющие размещаются неравномерно по всему диапазону, как правило, с постепенным уменьшением интенсивности от низких до высоких частот ( Loudspeaker.png послушать).

1.3. Скорость звука

Скорость звука зависит от среды, через которое проходят звуковые волны и определяется его параметрами - модулями упругости. Скорость звука в газах зависит от температуры, от массы молекулы газа. Всего она равна корню квадратному производной от модуля упругости среды относительно плотности. При больших интенсивностях звука она зависит также от амплитуды.

Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет 340 м / с. Она несколько возрастает с повышением температуры и уменьшается при ее понижении. Скорость звука в воздухе практически не зависит от частоты, поэтому звук распространяется на большие расстояния без искажений.

В твердых телах и жидкостях звук вообще распространяется быстрее, чем в воздухе.


1.4. Длина волны

Длина звуковой волны определяется ее частотой и скоростью:

\ Lambda = \ frac {s} {\ nu} ,

где \ Lambda - Длина волны, \ Nu - Частота, s - Скорость звука.

Длины звуковых волн слышимого диапазона лежит в пределах от приблизительно 2 см до примерно 20 м.


1.5. Громкость

Громкость звука определяется амплитудой колебаний, однако громкость - субъективная характеристика интенсивности звука, тогда как объективной физической характеристикой является звуковое давление.

Человеческое ухо воспринимает громкости примерно логарифмическом масштабе законом Вебера-Фехнера, поэтому громкость измеряется в логарифмических единицах - децибелах, тогда как звуковое давление измеряется в паскалях. Логарифмический масштаб восприятия означает, что человек может услышать новый звук на некотором звуковом фоне только тогда, когда его амплитуда превышает амплитуду фона не на некоторую определенную абсолютную величину, а на определенный множитель, который зависит от частоты.

Аналогично, в логарифмическом масштабе человеческое ухо различает тона.


2. Распространение звука

В газах и жидкостях звук распространяется как продольная волна, т.е. как последовательность сжатий и расширений. В твердых телах кроме продольных звуковых волн могут распространяться также поперечные звуковые волны, в которых колебания происходят в направлении перпендикулярном направлению распространения. Продольные и поперечные волны распространяются с разными скоростями. В неизотропних средах, кристаллах наблюдается анизотропия скорости, когда скорость звука меняется в зависимости от направления распространения.

Распространение звука является адиабатическим процессом, т.е. колебания давления и плотности происходит быстрее, чем успевает выровняться температура. Это означает, что локальная температура изменяется вместе с плотностью - при сжатии происходит нагрев, при расширении охлаждения.

Звуковая волна, встретив на своем пути препятствие, дифрагирует, то огибает препятствие, если его размер меньше или сравним с длиной волны. Звуковая волна также частично отражается от препятствия. Отражение больше, если размер препятствия больше длины волны. Благодаря отражению звуковой волны от помех возникает такое акустическое явление, как эхо. Человеческое ухо не различает очень близки по времени звуки, поэтому минимальное расстояние, с которой человек слышит эхо составляет примерно 16 м.


3. Регистрация, запись и воспроизведение звука

Звук регистрируют с помощью микрофонов - приборов, преобразующих звуковые колебания в электрические. Зарегистрированные звуковые колебания можно передать на расстояние средствами телекоммуникации - телефоном или радио или записать на носители информации. Переданный или записанный звук воспроизводится с помощью громкоговорителей, преобразующие электрические колебания в звуковые волны.


4. Низкий звук во Вселенной

Акустические волны, генерируемые сверхмассивной черной дырой в центре скопления галактик Персей в 250 млн световых лет от Земли, генерируют звук на 57 октав ниже ноты "Си" средней октавы (это соответствует частоте 3,2 * 10 -15 Гц, или - одно колебания на 10 млн лет), распространяется через тонкий слой газа вокруг черной дыры. Это явление было открыто астрономами Кембриджского университета ( Великобритания) под руководством Эндрю Фабиана в рентгеновской обсерватории Чандра. [1] Этот звук зарегистрирован в "Книге рекордов Гиннеса", как низкий звук в Вселенной. [2]


См.. также

Литература

  • В.Т. Гринченко, И.В.Вовк, В.Т. Маципура "Основы акустики",-К: Наукова думка, 2007,-640с.

Примечания

  1. [1] - chandra.harvard.edu/photo/2003/perseus / Сайт обсерватории Чандра
  2. Гинесс. Мировые рекорды 2005 - М.: ООО "Издательство Астрель": ООО "Издательство АСТ", 2004 - 287, [1] с.: Ил. ISBN 5-17-025360-5 : ISBN 5-271-09951-2

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам