37. Акустика. Физические характеристики звука. Шкала интенсивности.

Акустика — область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот до пре­дельно высоких (10¹²—10¹³ Гц). В узком смысле слова, акустика – это учение о звуке.

Звук – это механические колебания, частота которых находится в интервале от 20 Гц до 20 000 Гц.

Различают следующие звуки: 1) тоны, или музыкальные звуки, 2) шумы, 3) звуковые удары.

Тоном называется звук, являющийся периодическим процессом.

Шум - это звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью.

Звуковой удар — это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т. п.

Основными физическими характеристиками звука являются интенсивность, звуковое давление и частота. Интенсивность звука это количество энергии, которое проходит через единицу площади поверхности, перпендикулярно направлению распространения звуковой волны: , где Е  энергия, S  площадь, t  время.

Звуковое давление (р), регистрируется микрофоном и выражается в Паскалях. Звуковое давление линейно связано с амплитудой колебаний. При любых двух интенсивностях: I₁/I₂=E₁/E₂=p₁²/p₂².

Основными субъективными характеристиками звука являются: высота, громкость и тембр.

Нормальное человеческое ухо воспринимает звук, например, на частоте 1 кГц от Iо = 10^-12 Вт/м² до 10 Вт/М². Отношение этих интенсивностей равно 10¹³, поэтому удобнее использовать логарифмические единицы и логарифмическую шкалу. Шкала уровней интенсивностей звука создается так: значение Iо принимают за начальный уровень шкалы, а любую другую интенсивность I выражают через десятичный логарифм ее отношения к Iо:

I = lg(I/I₀)

37. Характеристики слухового ощущения. Пороги слышимости.

Так как звук является объектом слуховых ощущений, то кроме его объективных характеристик существуют еще субъективные, основанные на особенностях восприятия звука человеком. Характеристиками слухового ощущения являются высота, тембр, громкость и порог слышимости звука.

Воспринимая тоны, человек различает их по высоте. Высота – субъективная характеристика, обусловленная прежде всего частотой основного тона. Особенность восприятия звука человеком состоит в том, что звуковые сигналы различной частоты воспринимаются им неодинаково. Порог слышимости – минимальное значение силы звука вызывающее появление ощущений. Максимальная чувствительность к звуковым сигналам частоты 1000 Гц, порог слышимости при частоте 1кГц принят равным 210^-5Па. Значение порога слышимости различно для разных частот звука.

Другой характеристикой слухового ощущения является тембр звука. Тембр звука определяется его спектральным составом.

Еще одной субъективной оценкой звука, является громкость, которая характеризует уровень слухового ощущения.

37. Закон Вебера – Фехнера. Шкала громкости. Единицы измерения громкости.

По закону Вебера-Фехнера ощущение громкости E связано с создающим его физическим раздражителем I логарифмической зависимостью:

где k – некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности I₀  пороговая интенсивность звука. Т.о., нулевая точка шкалы громкости соответствует 0дБ при 1кГц. Если бы коэффициент k был постоянным, то логарифмическая шкала интенсивностей звука совпадала бы со шкалой громкости. Однако сильная зависимость k от частоты и интенсивности звука не позволяет свести измерение громкости к простому измерению интенсивности звука. Условно считают, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и интенсивности звука полностью совпадают. Для отличия шкалы интенсивности звука от шкалы громкости, в шкале громкости децибелы называют фонами – это и есть единица громкости.