lekcia_08_sam

Пример 2: стоячие волны в органной трубе. Приведены различные обертоны (n).

Пример 3: стоячие волны на плоскости (фигуры Хладни). В пластине, закрепленной в одной точке и посыпанной песком смычком возбуждают стоячие волны. Песок скапливается в узловых точках.

Звуковые волны

Звуковыми или акустическими волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами от 16 Гц до 20000 Гц.

Эти волны, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают ощущение звука. При частоте волны ниже 16 Гц волны называют инфразвуком, при частоте выше 20000 Гц – ультразвуком.

Звуковые волны в газах и жидкостях могут быть только продольными. В твердых телах – как продольными, так и поперечными.

Источником звука может быть тело, колеблющееся в упругой среде со звуковой частотой.

где R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, M – молярная масса, γ – коэффициент Пуассона (Cp/Cv).

В воздухе скорость звука при нормальных условиях 331 м/с, в водороде 1260 м/с. Скорость звука в атмосфере зависит от скорости и направления ветра, влажности, температуры

Объективные и субъективные амплитудные характеристики звука

Громкость звука – субъективная характеристика. Согласно физиологическому закону Вебера-Фехнера, с ростом интенсивности громкость возрастает по логарифмическому закону.

Рассмотрим переход от объективных к субъективным характеристикам.

где I0- интенсивность звука на пороге слышимости.

Физиологической субъективной характеристикой звука является уровень громкости, измеряемый в Фонах. 1 Фон это громкость звука на частоте 1 кГц при уровне интенсивности 1 дБ.

Также в акустике часто используют объективную характеристику – звуковое давление. Измеряют в Паскалях. Это максимальное избыточное над атмосферным давление, создаваемое звуковой волной. Соотношение между звуковым давлением и громкостью видно из рисунка:

Представление об уровне громкости может дать сравнительная таблица:

Объективные частотные характеристики звука

Объективной характеристикой монохроматической звуковой волны является частота.

Примером источника таких монохроматических волн может являться камертон, а

также различные звуковые генераторы.

Обычные источники звука испускают немонохроматические звуковые волны, которые характеризуются частотным спектром.

Частотный спектр в акустике – зависимость интенсивности звуковой волны от ее частоты. Бывает сплошной и линейчатый.

Линейчатый спектр – состоит из дискретных наборов частот (гармоник).

При увеличении числа гармоник до бесконечности линейчатый спектр переходит в сплошной спектр, характеризующийся непрерывным распределением частот.

Пример линейчатых частотных спектров различной сложности и частотного состава.

Субъективные частотные характеристики звука

Субъективной частотной характеристикой монохроматической звуковой волны является высота звука.

Высота звука – качество звука, определяемое человеком на слух и зависящее от частоты звука.

Субъективной частотной характеристикой немонохроматической звуковой волны является тембр звука.

Характер акустического спектра и распределение энергии между определенными частотами определяет тембр звука.

Помещение в акустике характеризуется ревебрацией – постепенным затуханием звука в закрытом помещении после выключения источника.

Время ревебрации – время, в течение которого интенсивность звука в помещении ослабляется в миллион раз (уровень интенсивности уменьшается на 60 дБ).

Помещение с хорошей акустикой, если время ревебрации 0.5 – 1.5 с.

Эффект Допплера

Эффектом Допплера называется изменение частоты колебаний, воспринимаемых приемником, при движении источника этих колебаний и приемника друг относительно друга.

Предположим, что источник и приемник движутся вдоль соединяющих их прямой.

vпр- скорость приемника, vист- скорость источника, ν0 – частота колебаний. Скорость считается положительной если источник и приемник сближаются.

2. Приемник приближается к источнику, источник покоится.

vпр > 0, vист= 0

Скорость волны относительно приемника: v vпр

Т.к. длина волны при этом не меняется, то частота приемника:

При сближении приемника и источника (источник покоится) частота регистрируемых колебаний увеличилась.

vист > 0, vпр= 0

Скорость распространения волны v, за период она проходит расстояние vT. За это же время источник в направлении распространения волны vистT.

При этом длина волны в направлении движения сократится и станет равной:

λ λ vистT v vист T

Тогда частота на приемнике:

4. Источник и приемник движутся навстречу друг другу.

v vпр

ν v vист ν0