Главная  Журналы 

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

После чего в силу упругости воздуха она начнет двигаться в обратном направлении. Таким образом, сгущение передается дальше, а там, где раньше было сгущение, теперь будет разрежение.

Частицы воздуха движутся сначала слева направо, доходят до известного предела и движутся в обратно.м направлении - справа налево и т. д., т. е. частицы воздуха совершают периодические колебания относительно по.ложения, которое они занимали до включения источ-Щ1ка звука, совершая колебания около положения равновесия. Сгущения и разрежения движутся только в одном направлении - слева направо. Следовательно, звуковые колебания, распространяясь в воздухе, создают давление, которое либо больше давления, существовавшего в данной точке при отсутствии звуковых колебаний (случай сгущения), либо меньше (случай разрежения). Такое давление, от.личающееся от нормального (при отсутствии звуковых колебаний), называется звуковым. Оно, воздействуя на барабанные перепонки ушей человека, вызывает ощущение звука.

Сила звука зависит от давления: чем оно больше, тем больше сила звука, причем если оно возрастает вдвое, сила звука увеличивается в четыре раза, а если звуковое давление возросло в три раза, сила звука увеличивается в девять раз и т. д.

Энергия, которую несут в себе звуковые волны, также зависит от звукового давления (или от силы звука); при увеличении силы звука в несколько раз звуковая энергия возрастает в такое же число раз. Звук распространяется в воздухе с определенной скоростью, которая при нормальном атмосферном давлении и температуре воздуха 15° С составляет 340 м/сек. Зная скорость распространения звуковых колебаний и их частоту, легко определить наикратчайшее расстояние между двумя точками периодического колебательного процесса, находящимися в одном и том же положении. Это расстояние называется длиной волны и обозначается обычно греческой буквой К.

Длину во.лны легко определить йз формулы:

где с - скорость звука, равная 340 м/сек; f - частота колебаний в гц.

Так, для крайних звуковых частот, еше госпринима-емых ухом человека, длина волны составляет; для частоты 16 гг A,= = 21,4i; для частоты 20 ООО гг гГооо"

0,017 л=1,7 см.

Длина волны определяется отрезком 00 (см. рис. 1-4), или AAi, или BBi и т. д., т. е. расстоянием между двумя точками, изображающими колебательный процесс, находящимися в одинаковых положениях.

В газах (воздух) и в жидкостях звук распространяется в виде продольных волн (рис. 1-6), когда колебание частиц происходит в направлении распространения звуковой волны.

Скорость распространения звука в твердых телах, газах и в жидкостях различна, что объясняется различием структуры и физических свойств разных твердых тел, например металлов, дерева, резины, и зависит от физического состояния газов: температуры

и давления. Из различных понятий, объединяемых обобщенным термином «звук», разъясним следующие термины (рис. 1-7).

Тон. Тоном называется звуковое ощущение, вызван-ноё синусоидальным или гармоническим колебанием. Высота тона определяется числом колебаний в секунду (частотой колебаний), сила звука - величиной амплитуды колебаний.

Синусоидальные колебания характеризуются помимо частоты периодом колебаний - временем, в течение которого совершается одно полное колебание частицы или тела относительно положения равновесия (покоя).

Источником чистого тона служат электронные генераторы синусоидальных ко.чебаний, называемые генераторами


длина волны ,

Рис. 1-6. Схема звукового поля удара колокольчика: распространение звука аналогично картине распространения волн по воде от брошенного камня. В воздухе звук распространяется по поверхности шара




2 колебания эа t сек = 2 гц Основной тон


к-основной то плюс гармонические обертоны


Спадание-звука

2 3 466789Ю до /150 сек

rSk Импульс звука

Реверберация

20 40


Биения

70 гц

штшт

Л+А,


з-период биений f, fj- fбиений

70-60=10 ГЦ t

О 0,10 0,20 0,30 сек

Рис. I 7. К Пяснению некоторых акуслгчгски терминов

звуковых колебаний, выходное напряжение которых подают на громкоговорители.

Из музыкальных приборов близкие к синусоидальным колебаниям (чистому тону) создают камертон и свисток.

Звук. Сложных"! (обычный) тон состоит из ряда чистых тонов - одного основного топа (первой гармоники) и серии обертонов (вторая, третья гармоники и т. д.). От числа и интенсивности сопровождающих основной тон обертонов зависит звуковая окраска - тембр речи людей и тембр музыкальных инструментов. Обычные тона создают все музыкальные инструменты.

Шум состоит из непериодических колебаний и представляет собой очень сложный конгломерат всех видов колебаний.

Импульс звука (удар, .\:лопок, взрыв) - очень

короткий (менее

сев) звук большой громкости.

Особенностью импульса звука является содержание в нем огромного числа различных тонов. Он широко используется для наблюдения явления реверберации (затухания) звука в закрытом помещении. Время зату.хания импульса звука называют временем реверберации.

Для характеристики акустических свойств помещения и их сравнения в различных помещениях используется понятие времени стандартной реверберации. Оно показывает, за сколько секунд звуковая энергия уменьшится в миллион раз относительно своего первоначального значения.

Биения возникают в результате сложения двух чистых тонов, весьма близких по частоте. Результирующая звуковая волна имеет частоту, среднюю мелгду двумя составляющими частотами, и амплитуду, изменяющуюся периодически от разности до суммы амплитуд обеих составляющих частот. Когда обе составляющие в одинаковой фазе, амплитуда достигает максимума, равного сумме амплитуд составляющих частот, а когда составляющие противоположны по фазе, результирующая амплитуда имеет минимум, равный разности амплитуд обеих составляющих частот. Количество максимумов и минимумов в секунду называется частотой биений и равно разности частот обеих составляющих звуковых волн.

Биения очень сильно ощущаются как помехи при зву-копередаче - прослутиивается разностный тон.

Резонанс представляет собой явление, получающееся в результате совпадения или синхронизации сво-



бодных колебаний тела и колебаний, сообщенных ему извне. Когда внешние колебания совпадают по частоте с одной из собственных частот тела, реагирование колеблющегося тела очень заметно, как говорят, тело резонирует при данной частоте.

Не следует смешивать понятия резонанс и ревербера ция. Часто говорят о помещении с чрезмерной реверберацией, как имеющем большой резонанс, что неверно.

Дифракция - явление изменения направления распространения звуковых волн у краев преграды, что приводит к огибанию преграды звуковой волной. Если на пути распространения звуковой волны встречается препятствие в виде щита, то оно будет обойдено. Это особенно заметно на нижних частотах, которые имеют большую длину волны, и, следовательно, настоящей преградой для них может служить только очень большая поверхность.

Интерференция - явление суммирования двух звуковых волн одинаковой частоты в пространстве. В результате интерференции результирующее колебание может либо увеличиваться по амплитуде, либо уменьшаться, что зависит от соотношения амплитуд и фаз колебаний.

§ 3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА

Человек воспринимает звуковые возбуждения в другом плане, чем воспринимают их измерительные приборы. Только благодаря огромному числу экспериментов установлены связи между физическими величинами и физиологическими оценками звуковых раздражений, которые мы воспринимаем.

Основы этих связей лежат в области физиологии.

Чувствительность уха. Восприятие звука ограничено определенными пределами как по частоте, так и по интенсивности. Ухо чувствительно к частоте в диапазоне от 16 до 20 ООО гц (диапазон частот). По интенсивности, или звуковому давлению, восприятие звука также ограничено (рис. 1-8).

Чувствительность уха к разным частотам различна: так, в нреде.лах частот от 1000 до 5000 гц она примерно в 10 ООО раз больше, чем на крайних частотах слышимого диапазона.


10-2 10-"

10-8 10

1000

10000 50000 гц

Рис 1-8. Область слухового восприятия

При возрастании силы звука громкость тоже увеличивается, причем громкость пронорциональна логарифму изменения силы звука. Это значит, что если сила звука возрастет, например, в тысячу раз, то громкость увеличится только в три раза, а если сила звука возрастет в миллион раз, громкость увеличится в шесть раз и т. д. Такое свойство уха позволяет воспринимать звуки, отличающиеся одно от дру-

того но силе в огромное омЧек

число раз.

Так, сила самого громкого звука в миллион раз больше силы самого слабого слышимого звука. Но увеличивать силу звука беспредельно нельзя. Существует предел, называемый болевым порогом, после чего уже увеличение силы звука вызывает болезненное ощущение. Существует еще так называемый порог слышимости, который определяет нижний предел слухового восприятия. Когда сила звука ниже этого предела, слуховое восприятие прекращается.

Таким образом, слуховой аппарат человека воспринимает звуковые колебания, изменяющиеся по давлению в некотором диапазоне, который называют динамическим. Динамический диапазон ограничен порогом слышимости (при едва слышимых звуках) и порогом болевых ощущений (при чрезмерно громких звуках).

Давление звуковых волн характеризуется величиной силы, приходящейся на 1 см площади, и измеряется в барах (бар). Один бар равен одной дине на 1 см (одна дина равна приблизительно 0,001 г).

Звуковое давление на пороге слышимости равно 0,0002 бар (т. е. давление равно двум десятимиллионным долям атмосферы). По этой цифре можно судить о том, сколь слабое давление звуковых колебаний воздуха воспринимается нашим ухом как слышимый звук. Давление, соответствующее очень громкому звуку, достигает 200 бар и более.

Оказывается, ухо человека воспринимает как увеличение или уменьшение гро.мкости звука не изменение абсо-





0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76