15. Звуквая волна, характеристики звука. Инфразвук и ультразвук. Принцип локации

Воспринимаемый человеком звук также представляет собой волновое движение, которое возникает в окружающей нас среде. Источником звука всегда служит какое – либо колеблющееся тело. Это тело приводит в движение окружающий воздух, в котором начинают распространяться продольные упругие волны. Когда эти волны достигают уха, они заставляют колебаться барабанную перепонку, и мы ощущаем звук. Механические волны, действие которых на ухо вызывает ощущение звука, называются звуковыми.Человек воспринимаетf=20–16000Гц.f< 20 Гц –инфразвук,f> 16кГц –ультразвук.(Горы, лавины, сели! Инфразвукстрах).

Упругие волны могут распространяться только в среде, где существует связь между отдельными частицами этой среды, поэтому в вакууме звук распространяться не может. В воздухе V=330 м/с.

Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, которая называется

порогом слышимости. Он бывает различен для разных людей и сильно зависит отf. Человеческое ухо наиболее чувствительно кf= 1000 – 4000 Гц. В этой области частотI₀= 10^-16Вт.

Звук очень большой интенсивности тоже не вызывает слухового ощущения, а создает лишь ощущение боли и давления в ухе. Минимальное значение интенсивности звука, превышение корого вызывает болевое ощущение, наз. болевым порогом. Значения различных порогов различны для различных частот, рис.1.

I₀

Болевой порог

Область слышимости

Рис.1. Порог слышимости

f

Первоеразличимое качество звука – этогромкость. Изменение громкости звука вызывается изменением амплитуды колебаний. Происходит это потому, что энергия, переносимая волной, пропорциональна квадрату амплитуды ( Е ~ А²).

Вторым качеством звука являетсявысота его тона. Звук, соответствующий строго определенной частоте колебаний, наз. тоном.Чем больше частота звука, тем более высоким является тон. Получить звуки различных тонов можно с помощью камертона.

Третьим качеством звука является еготембр.В жизни мы часто узнаем знакомого человека по голосу, еще не видя его. Мы легко отличаем звуки скрипки от звуков рояля, хотя они могут быть одного тона. Качество звука, позволяющее определить источник его образовавния, наз. тембром. Тембр различных источников звука не одинаков. Объясняется это образованием дополнительных стоячих волн в самом источнике звука, которые даютдополнительные тона. Дополнительные тона источника звука, более высокие, чем основной тон, называются высшими гармоническими тонами или обертонами. Каждый источник звука имеет определенное число обертонов. Они и придают звуку свой характерный оттенок – тембр.Шумотличается от музыкального звука лишь тем, что в нем присутствуют колебания всевозможных частот с разными амплитудами.На границе раздела двух сред звуковые волны претерпевают частичное или полное отражение. Возвращение звуковой волны после отражения наз.эхом.Явление отражения звуковых волн широко используется в акустике. Сравнительно слабое затухание ультразвуковых волн в воде позволило использовать их в целяхгидролокации – обнаружении предметов и определении расстояний от источника звука до предметов. Гидролокатор – измеряет глубину и рельеф морского дна, расстояние до айсберга, косяков рыбы и т.д. Примеры:pобототехника, УЗИ.