Звук. Физические характеристики звука: частота, интенсивность, звуковое давление. Связь интенсивности и звукового давления.
Акустика
– область физики, исследующая упругие
колебания и волны от самых низких частот
до предельно высоких (~
).
Акустика – учение о звуке (в медицине).
Звук – это упругие колебания и волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах, воспринимаемые человеческим ухом (диапазон частот от 16 Гц до 20 кГц).
Возраст |
Верхняя граница частот |
Дети |
22 кГц |
До 20 лет |
20 кГц |
35 лет |
15 кГц |
50 лет |
12 кГц |
Виды звука.
Тоны - это звуки, являющиеся периодическим процессом. Основная характеристика тона –частота ( ).
Акустический спектр тона – совокупность всех частот тона с указанием их относительных интенсивностей или амплитуд.
А) простой (чистый) тон - это периодический гармонический процесс (колебания, и волны, издаваемые на одной частоте); Пример: звук от камертона или звукого генератора.
Б) сложный тон - это негармонический периодическийпроцесс (ангармоническое колебание). Это звук, издаваемый на нескольких частотах одновременно. Как и любое негармоническое колебание – можно разложить на сумму из гармонических. Пример: звук от музыкальных инструментов, гласные звуки речи человека. Акустический спектр – линейчатый.
Шум - это звук, имеющий сложную неповторяющуюся временную зависимость. Это сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Примеры: звуки от вибрации машин, аплодисменты, шорох, согласные звуки речи. Акустический спектр – сплошной.
Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие. Примеры: хлопок, взрыв, гром и т.п.
Физические характеристики звука:
-
частота
;
частота —
число колебаний в единицу времени,
-
скорость распространения волны
.
Скорость
зависит от свойств среды (упругости,
плотности, температуры), но не зависит
от частоты колебаний.
Среда |
звуковой волны (м/с) |
Воздух (при 20 ) |
330 |
Вода (при 20 ) |
1500 |
Кости черепа |
3660 |
Скорость распространения звука, таким образом, характеристика среды.
-
интенсивность
звука
или плотность потока энергии волны.
С этим понятием связано две важных для
медицины характеристики – возникновения
болевого и слухового ощущения.
На частоте 1 кГц:
– порог
слышимости – минимальная интенсивность
звука, при которой у человека возникает
слуховое
ощущение.
– порог
болевого ощущения – интенсивность
звука, при которой у человека возникают
болевые
ощущения.
-
звуковое
давление (
)
– это давление, дополнительно возникающее
над атмосферным при прохождении звуковой
волны в среде.
Формула, связывающая интенсивность и звуковое давление:
Где
– интенсивность звука,
– скорость распространения звуковой
волны,
– плотность среды.
При частоте 1 кГц:
– порог
слышимости – минимальная интенсивность
звука, при которой у человека возникает
слуховое
ощущение.
– порог
болевого ощущения – интенсивность
звука, при которой у человека возникают
болевые
ощущения.
-
уровень
интенсивности
- это десятичный
логарифм отношения интенсивности звука
к порогу слышимости:
Децибел (дБ): 1 дБ = 0,1 Б
Логарифмический
характер зависимости уровня интенсивности
(
)
от самой интенсивности (
)
означает, что если
увеличить
в 10 раз,
то
возрастет на
10 дБ:
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
