ЗВУКОВІ ХВИЛІ

ЗВУКОВІ ХВИЛІ

ЗМІСТ Природа звуку та ультразвукової хвилі Швидкість звуку Поширення звукових хвиль Інтенсивність звуку Об'єктивні характеристики звуку Ефект Доплера Ультразвук Інфразвук

Природа звуку та ультразвукової хвилі Як відомо з фізики джерелом будь-яких коливань: звукових, електромагнітних є хвиля. Пружні хвилі, які розповсюджуються в суцільних середовищах, називають звуковими. До звуковим хвилям належать хвилі, частоти яких лежить в межах сприйняття органами слуху. Людина сприймає звуки тоді, коли на його органи слуху діють хвилі з частотами від 16 до 20 000 Гц. Пружні хвилі, частота яких менше 16 Гц, називають інфразвуковими, а хвилі, частота яких лежить в інтервалі від 2 Ч 104 до 1 Ч 109 Гц - ультразвуковими. Розділ фізики, в якому вивчаються звукові хвилі (їх порушення, поширення, сприйняття і взаємодія їх з перешкодами і речовиною середовища) називають акустикою. Розвиток техніки дозволило проводити і візуальне спостереження звуку. Для цього використовують спеціальні датчики і мікрофони і спостерігають звукові коливання на екрані осцилографа.

ШВИДКІСТЬ ЗВУКУ Швидкість звуку — швидкість поширення звукових хвиль у середовищі. Як правило, в газах швидкість звуку менша, ніж в рідинах, а в рідинах швидкість звуку менша, ніж у твердих тілах, що пов'язано в основному з убуванням стисливості речовин у цих фазових станах відповідно. Швидкість звуку в повітрі за нормальних умов становить 340 м/с. Вона дещо зростає з підвищенням температури і зменшується при її пониженні. Швидкість звуку в повітрі практично не залежить від частоти, тому звук розповсюджується на великі відстані без спотворень. Швидкість звуку залежить від середовища, через яке проходять звукові хвилі і визначається його параметрами - модулями пружності. Швидкість звуку в газах залежить від температури, від маси молекули газу. Загалом вона дорівнює кореню квадратному похідної від модуля пружності середовища відносно густини. При великих інтенсивностях звуку вона залежить також від амплітуди. Швидкість звуку в будь-якому середовищі обчислюється по формулі:

ПОШИРЕННЯ ЗВУКОВИХ ХВИЛЬ У процесі поширення звукових хвиль в середовищі відбувається їх згасання. Амплітуда коливань частинок середовища поступово зменшується при зростанні відстані від джерела звуку. Однією з основних причин загасання хвиль є дія сил внутрішнього тертя на частинки середовища. На подолання цих сил безперервно використовується механічна енергія коливального руху, що переноситься хвилею. Ця енергія перетворюється в енергію хаотичного теплового руху молекул і атомів середовища. Оскільки енергія хвилі пропорційна квадрату амплітуди коливань, то при поширенні хвиль від джерела звуку разом зі зменшенням запасу енергії коливального руху зменшується і амплітуда коливань.

На поширення звуків в атмосфері впливає багато чинників: температура на різних висотах, потоки повітря. Луна - це відбитий від поверхні звук. Звукові хвилі можуть відбиватися від твердих поверхонь, від шарів повітря в яких температура відрізняється від температури сусідніх шарів. На поширення звуків в атмосфері впливає багато чинників: температура на різних висотах, потоки повітря. Луна - це відбитий від поверхні звук. Звукові хвилі можуть відбиватися від твердих поверхонь, від шарів повітря в яких температура відрізняється від температури сусідніх шарів.

ІНТЕНСИВНІСТЬ ЗВУКУ Для порівняння інтенсивності L звуку або звукового тиску використовують рівень інтенсивності. Рівнем інтенсивності називають помножений на 10 логарифм відносин двох інтенсивностей звуку. Величина L вимірюється в децибелах. Для вказівки абсолютного рівня інтенсивності вводять стандартний поріг чутності І0 людського вуха на частоті 1000 Гц, по відношенню до якого вказується інтенсивність. У таблиці представлені інтенсивності різних природних і техногенних звуків та їх інтенсивності.

Об'єктивні характеристики звуку Будь-яке тіло, яке знаходиться в пружному середовищі і коливається зі звуковою частотою, є джерелом звуку. Джерела звуку можна поділити на дві групи: джерела, які працюють на власній частоті, і джерела, які працюють на вимушених частотах. До першої групи належать джерела, звуки в яких створюються коливаннями струн, камертонів, повітряних стовпів у трубах. До другої групи джерел звуку належать телефони. Здатність тіл випромінювати звук залежить від розміру їх поверхні. Чим більша площа поверхні тіла, тим краще воно випромінює звук. Так, натягнута між двома точками струна або камертон створюють звук досить малої інтенсивності. Для посилення інтенсивності звуку струн і камертонів їх об'єднують з резонаторними ящиками, яким притаманний ряд резонансних частот.

Інтенсивність звуку, який створюється джерелом, залежить не тільки від його характеристик, а і від приміщення, в якому знаходиться цей джерело. Після припинення дії джерела звуку розсіяний звук не зникає раптово. Це пояснюється відбиттям звукових хвиль від стін приміщення. Час, протягом якого після припинення дії джерела звук повністю зникає, називають часом реверберації. Умовно вважають, що час реверберації дорівнює проміжку часу, протягом якого інтенсивність звуку зменшиться в мільйон разів. Інтенсивність звуку, який створюється джерелом, залежить не тільки від його характеристик, а і від приміщення, в якому знаходиться цей джерело. Після припинення дії джерела звуку розсіяний звук не зникає раптово. Це пояснюється відбиттям звукових хвиль від стін приміщення. Час, протягом якого після припинення дії джерела звук повністю зникає, називають часом реверберації. Умовно вважають, що час реверберації дорівнює проміжку часу, протягом якого інтенсивність звуку зменшиться в мільйон разів. Час реверберації - це важлива характеристика акустичних властивостей концертних залів, кінозалів, аудиторій та інше. При великому часі реверберації музика звучать досить голосно, але невиразно. При малому часі реверберації музика звучать слабо і глухо. Тому в кожному конкретному випадку домагаються найбільш оптимальних акустичних характеристик приміщень.

ЕФЕКТ ДОППЛЕРА Ефект Допплера можна легко спостерігати саме на акустичних коливаннях. Коли до нас наближається поїзд або автомобіль з увімкненим сигналом, то з його наближенням, а потім віддаленням ми помічаємо різку зміну висоти тону звуку сигналу. З віддаленням джерела частота коливань зменшується. Це явище називають ефектом Допплера, причина його полягає в тому, що з наближенням до спостерігача джерела звуку він за одиницю часу сприймає більшу кількість хвиль, ніж тоді, коли джерело звуку віддаляється.

За інтервал часу джерело посилає одну хвилю, яка поширюється в середовищі, що розглядається зі швидкістю u.' За інтервал часу джерело посилає одну хвилю, яка поширюється в середовищі, що розглядається зі швидкістю u.' За інтервал часу джерело звуку наблизиться до спостерігача на відстань Отже, кінець наступної хвилі, що вийде із джерела через секунд, буде віддалений у просторі від кінця попередньої хвилі не на довжину хвилі що мало б місце за нерухомого джерела звуку, а на меншу довжину: 1-62-1.jpg

УЛЬТРАЗВУК

ІНФРАЗВУК Інфразвуки - це пружні коливання, аналогічні звуковим коливанням, але з частотами нижче 20 Гц. Інфразвуки на перший погляд займають невеликий діапазон частот від 20 до 0 Гц. Насправді ця ділянка надзвичайно великий, оскільки «до нуля» означає практично нескінченний діапазон коливань. Цей діапазон менш вивчений порівняно зі звуковим і ультразвуковим діапазонами. Інфразвукові хвилі виникають внаслідок обдування їх вітром будівель, дерев, телеграфних стовпів, металевих ферм; під час руху людини, тварини, транспорту; при роботі різних механізмів; при грозових розрядах, вибухи бомб, пострілах гармат. У земній корі спостерігаються коливання і вібрації інфразвукових частот внаслідок обвалів, руху різних видів транспорту, вулканічних вивержень і т.п. Іншими словами, ми живемо у світі інфразвуків, не підозрюючи про це. Такі звуки людина скоріше відчуває, ніж чує. Зареєструвати інфразвуки можна тільки особливими приладами.