3.Свободные и вынужденные колебания. Собственная частота колебаний системы. Явление резонанса. Примеры.

Свободные колебания — это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того как система была выведена из положения устойчивого равновесия. В реальной жизни все свободные колебания являются затухающими (т.е. их амплитуда, размах, уменьшается с течением времени).

Вынужденные колебания – колебания, которые происходят под действием внешней периодической силы.

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Причина резонанса — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы.

Резонанс — один из важнейших физических процессов, используемых при проектировании звуковых устройств, большинство из которых содержат резонаторы, например, струны и корпус скрипки, трубка у флейты, корпус у барабанов.

4. Физические и психофизические характеристики звука: интенсивность, акустическое давление, частота, громкость, высота тона, спектр, тембр. Их взаимное соответствие.

Интенсивность звука (абсолютная) — величина, равная отношению потока звуковой энергии dP через поверхность, перпендикулярную направлению распространения звука, к площади dS этой поверхности:

I=dP/dS

Единица измерения — ватт на квадратный метр (Вт/м2). Звук большей интенсивности воспринимается как звук более низкого тона.

Акустическое давление - величина колебательной силы, действующей на единичную площадь фронта волны и вызывающая периодическое сжатие и разряжение упругой среды (газа, жидкости). P=F/S² , где P - акустическое давление, н/м ; F - величина колебательной силы, н; S - площадь фронта волны, м² .

Частота - количество колебаний (или волн), наблюдающихся в определенной точке в течение секунды (измеряется в ГЕРЦАХ). Произведение частоты и длины волны - величина постоянная и равна скорости волны.

Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы.

Высота тона – это качество звука, зависящее от частоты колебаний голосовых связок в единицу времени: чем больше колебаний приходится на единицу времени , тем выше звук; чем меньше колебаний приходится на единицу времени, тем ниже звук. Обусловлена частотой основного тона.

Спектр звука — объективная характеристика звука сложного состава, отражающая его внутреннюю физическую структуру. Спектр звука графически представляет распределение энергии звука по частотным компонентам (элементарным, или простым, тонам). Сложный тон может быть разложен на простые. Наименьшая частота такого разложения соответствует основному тону. Остальные – гармоники (обертоны).

Тембр — обертоновая окраска звука.

По тембрам различают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные на различных инструментах, разными голосами, или же на одном инструменте, но разными способами, штрихами и т. п. Тембр характеризуется распределением энергии по гармоникам и изменением этого распределения во времени.

Громкость - субъективная оценка звука, которая характеризует уровень слухового ощущения. Связана в основном с интенсивностью звука.