- •1. Постановка задачі
- •2. Теоретична частина
- •2.1 Загальні знання про звукові хвилі
- •2.1.1. Основні характеристики звукових хвиль
- •2.1.2. Властивості звукових хвиль
- •2.2. Звукове поле
- •2.2.1. Лінійні характеристики
- •2.2.2. Енергетичні характеристики
- •2.2.3. Рівні звукового тиску
- •2.4. Загальні поняття про слух людини
- •2.4.1. Будова вуха
- •2.4.2. Механізми обробки та сприйняття звуку
- •2.4.3. Просторове сприйняття звуків людиною
- •3. Практична реалізація
- •3.1. Алгоритм знаходження місця розташування джерела звуку
- •3.2. Практичне підтвердження ефекту
- •3.3. Апаратна частина
- •3.4. Інструкція щодо використання
2.1.2. Властивості звукових хвиль
Звук розповсюджується у виді змінного «обурення» пружного середовища, тобто у виді звукових хвиль. Звуковими коливаннями називають коливальні рухи частинок середовища під дією цього «обурення». Простір, у якому відбувається розповсюдження цих хвиль, називають звуковим полем. Якщо джерело «обурення» відомий,то простір, у якому можуть бути виявлені звукові коливання, створюємі цим джерелом, називають звуковим полем даного джерела звуку. Звукові коливання являються приватним випадком механічних коливань.
Звукові коливання у рідкомута газоподібному середовищах являються поздовжніми коливаннями, тобто частинки середовища коливаються вздовж лінії розповсюдження хвилі. У твердих середовищах, окрім поздовжніх коливань мають місце і поперечні коливання хвилі, тобто такі, у який частинки середовища коливаються у напрямку, перпендикулярному лінії розповсюдження хвилі.
Напрям розповсюдження звукових хвиль називають звуковим променем, а поверхню, що з’єднує всі суміжні точки поля з однаковою фазою коливання частинок середовища, називають фронтом хвилі. Фронт хвилі перпендикулярний звуковому променю. У загальному випадку фронт хвилі має складну форму, але у практичному випадку обмежуються розглядом трьох видів фронту хвилі:
плоскої; – сферичної; – циліндричної.
Звукові хвилі розповсюджуються із певною швидкістю, її називають швидкістю звука. У різних середовищах і тілах швидкість звука різниться.
У газоподібних середовищах швидкість звуку залежить від щільності середовища ρ і статичного атмосферного тиску :
де – коефіцієнт адіабати; , – теплоємність середовища при постійному тиску і при постійному об’ємі. Для газів це співвідношення складає від (для аргона) до (для метана). Для повітря воно рівне при і тиску ( . У рідких і твердих матеріалах швидкість звуку визначається щільністю матеріалу ρ і модулем пружності для відповідного виду деформації (прокольні коливання, крутильні, вигин і т.і.):
У таблиці 1наведемо значення швидкості звуку у деяких газоподібних і рідких середовищах, у таблиці 2 – в твердих середовищах і тілах, в останніх для випадку поздовжніх коливань у стрижнях.
Середовище |
Температура,
|
Щільність , |
Швидкість звуку , |
Питомий акустичний опір , |
Водяний пар |
100 |
0,58 |
405 |
230 |
Повітря |
0 |
1,29 |
331 |
428 |
Повітря |
20 |
1,20 |
343 |
413 |
Гелій |
0 |
0,18 |
970 |
172 |
Вода прісна |
15 |
999 |
1430 |
1430 |
Вода солона |
15 |
1027 |
1500 |
1550 |
Таблиця 1. Швидкість звуку та питомий акустичний опір для газів та рідин |
Матеріал |
Щільність , |
Швидкість звуку , |
Питомий акустичний опір , |
|
|||
у необмеженому середовищі, |
Поздовжня у стрижні, |
у необмеженому середовищі, |
Поздовжня у стрижні, |
||||
Залізо |
7800 |
5850 |
5170 |
45,6 |
40,4 |
||
Дуб |
700 |
4170 |
1520 |
2,92 |
1,06 |
||
Сосна |
500 |
5030 |
1450 |
2,77 |
0,8 |
||
Лід |
916 |
– |
3200 |
– |
2,93 |
||
Пробка |
240 |
– |
500 |
– |
0,12 |
||
Каучук |
950 |
– |
30 |
– |
0,028 |
||
Мармур |
2600 |
– |
3810 |
– |
9,9 |
||
Граніт |
2700 |
– |
3950 |
– |
10,7 |
||
Стекло |
3250 |
5660 |
5300 |
18,5 |
17,3 |
||
Таблиця 2. Швидкість звуку і питомий акустичний опір для твердих тіл та матеріалів |
|
Для коливань з періодом довжина звукової хвилі, тобто відстань між сусідніми фронтами хвилі з однаковою фазою коливань, наприклад, між максимумами або мінімумами коливання, , а частота коливань .
Частоти акустичних коливань в межах Гц називають звуковими, вище Гц – ультразвуковими.
Звукові частоти поділяють на низькі, середні та високі.