§ 3. Звук
-
Звук как упругая волна
Звук (звуковая волна) – это упругая волна, воспринимаемая органом слуха человека и животных. Иначе говоря, звук представляет собой распространение колебаний плотности (или давления) упругой среды, возникающих при взаимодействии частиц среды друг с другом.
Атмосфера (воздух) является одной из упругих сред. Распространение звука в воздухе подчиняется общим законам распространения акустических волн в идеальных газах, а также имеет особенности, обусловленные непостоянством плотности, давления, температуры и влажности воздуха. Скорость звука определяется свойствами среды и вычисляется по формулам для скорости упругой волны.
Существуют искусственные и естественные источники звука. К искусственным относятся излучатели на основе:
- колебаний твёрдых тел (струны и деки музыкальных инструментов, диффузоры громкоговорителей, мембраны телефонов, пьезоэлектрические пластины);
- колебаний воздуха в ограниченном объёме (органные трубы., свистки);
- удара (клавиши рояля, колокол);
- электрического тока (электроакустические преобразователи).
К естественным источникам относятся:
- голосовой аппарат человека и животных;
- взрыв, обвал;
- обтекание препятствий потоком воздуха (обдувание ветром угла здания, гребня морской волны).
Также существуют искусственные и естественные приёмники звука:
- электроакустические преобразователи (микрофон в воздухе, гидрофон в воде, геофон в земной коре) и другие приборы;
- слуховой аппарат человека и животных.
При распространении звуковых волн возможны явления, характерные для волн любой природы:
- отражение от препятствия,
- преломление на границе двух сред,
- интерференция (сложение),
- дифракция (огибание препятствий),
- дисперсия (зависимость скорости звука в веществе от частоты звука);
- поглощение (уменьшение энергии и интенсивности звука в среде вследствие необратимого превращения энергии звука в теплоту).
-
Объективные характеристики звука
Частота звука
Частота звука, слышимого человеком, лежит в пределах от 16 Гц до 16 - 20 кГц. Упругие волны с частотой ниже слышимого диапазона называют инфразвуком (в т. ч. сотрясение), с более высокой частотой – ультразвуком, а самые высокочастотные упругие волны – гиперзвуком.
Весь частотный диапазон звука можно разделить на три части (табл. 1.).
Табл. 1
|
Тип звука |
Частота, Гц |
|
низкочастотный звук |
16 – 400 |
|
среднечастотный звук |
400 – 1 000 |
|
высокочастотный звук |
1 000 – 20 000 |
В зависимости от восприятия человеком звуковой диапазон можно разделить на другие интервалы (табл.2)
Табл. 2
|
Звук |
Частота, Гц |
|
Шум |
16 – 44 |
|
Речь Музыка |
44 – 2 300 |
|
Свист |
2 300 – 20 000 |
Шум имеет сплошной спектр частот (или длин волн) в области низкочастотного звука (табл. 1, 2). Сплошной спектр означает, что частоты может иметь любое значение из данного интервала.
Музыкальные, или тональные, звуки обладают линейчатым спектром частот в области среднечастотного и частично высокочастотного звука. Оставшуюся часть высокочастотного звука занимает свист. Линейчатый спектр означает, что музыкальные частоты имеют лишь строго определённые (дискретные) значения из указанного интервала.
Кроме того, интервал музыкальных частот делят на октавы. Октава – это интервал частот, заключённый между двумя граничными значениями, верхняя из которых вдвое больше нижней (табл. 3)
Табл. 3