FTF 1 semestr.SHECOLDIN / 43

Звуковые волны представляют собой продольные механические волны. Они испускаются источником звука — колеблющимся телом — и распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний давления (волн давления).

Человеческое ухо, как правило, воспринимает частоты от 16 до 20`000Гц. Колебания более высокой частоты называются — ультразвуком, более низкой — инфразвуком.

• Музыкальный (чистый) тон — это синусоидальное колебание.

• Созвучие — результат одновременного звучания нескольких музыкальных тонов, т.е. несинусоидальное колебание, возникающее в результате сложения нескольких синусоидальных колебаний. Тон самой низкой частоты определяет общую высоту звука, остальные тона (обертоны) определяют окраску (тембр) звука.

• Шум — нерегулярные колебания, смесь многочисленных колебаний примерно одинаковой амплитуды и с самыми разнообразными частотами.

• Взрыв — кратковременное и сильное звуковое воздействие. Между колебаниями источника звука и звуковым ощущением существует взаимосвязь.

Высота звука — субъективное качество слухового ощущения, наряду с громкостью и тембром, позволяющее располагать все звуки по шкале от низких к высоким. Для чистого тона она зависит главным образом от частоты (с ростом частоты высота звука повышается), но при субъективном восприятии также и от его интенсивности — при возрастании интенсивности высота звука кажется ниже^[3]. Высота звука со сложным спектральным составом зависит от распределения энергии по шкале частот.

Высота звука — свойство звука, определяемое человеком на слух и зависящее в основном от его частоты, т. е. от числа колебаний среды (обычно воздуха) в секунду, которые воздействуют на барабанную перепонку. С увеличением частоты колебаний растёт высота звука. В первом приближении субъективная высота звука пропорциональна логарифмучастоты — согласно закону Вебера-Фехнера. Звук, обладающий определённой высотой, в музыке называется тоном.

где  — значение интенсивности раздражителя.  — нижнее граничное значение интенсивности раздражителя: если , раздражитель совсем не ощущается.  - константа, зависящая от субъекта ощущения.

Звуково́е давле́ние — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль (Па).

Мгновенное значение звукового давления в точке среды изменяется как со временем, так и при переходе к другим точкам среды, поэтому практический интерес представляет среднеквадратичное значение данной величины, связанное с интенсивностью звука:

где  — интенсивность звука,  — звуковое давление,  — удельное акустическое сопротивление среды,  — усреднение по времени.

При рассмотрении периодических колебаний иногда используют амплитуду звукового давления; так, для синусоидальной волны

где  — амплитуда звукового давления.

ЭНЕРГИЯ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ

ЭНЕРГИЯ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ -добавочная энергия среды, обусловленная наличием звуковых волн. Э. з. в. единицы объёма среды наз. плотностью звуковой энергии  и равна

где первый член-плотность кинетич. энергии , а второй-плотность потенциальной энергии  ; r - плотность среды; b = 1/rс²-сжимаемость среды, с-скорость звука; u - колебательная скорость частиц; р-звуковое давление. Для плоской бегущей волны  и плотность полной энергии=ru² = bр². В произвольной волне такое же выражение имеет место для среднего по времени значения плотности полной звуковой энергии.

Плотность звуковой энергии в системе единиц СИ измеряется в Дж/м³, в системе СГС - в эрг/см³; 1 эрг/см³ = 10^-1 Дж/м³. Для гармонич. плоской бегущей звуковой волны средняя по времени плотность энергии равна = (l/2)ru²0 = (l/2)bp²₀, где u₀ и p₀ - амплитуды колебательной скорости и давления.

В стоячей волне в отличие от бегущей средние по времени значения кинетич. и потенциальной энергий не равны друг другу в каждой точке:

где k - волновое число, а координата х отсчитывается от пучности давления. Значение  достигает максимума в узлах, а -в пучностях давления. Средняя по времени (или по пространству) плотность полной звуковой энергии в стоячей волне равна (1/4)bp²₀.

При наличии в среде нескольких гармонич. волн разных частот плотности энергии складываются; для волн же одинаковой частоты плотности энергии не аддитивны; напр., при сложении двух одинаковых волн, когда амплитуды во всех точках среды удваиваются, плотность энер-гии учетверяется.

Звукова́я эне́ргия — энергия колебаний частиц среды, переносящей звуковые волны; единица измерения — джоуль (Дж).

Поток звуковой энергии, акустическая мощность — величина, равная отношению звуковой энергии dW, переносимой упругой средой через заданную поверхность, к интервалу времени dt, за который эта энергия переносится:

Единица измерения — ватт (Вт).