Акустика.

Акустика - раздел физики, изучающий звуковые явления. Акустика подразделяется на общую, физиологическую, архитектурную, музыкальную и другие.

Звуковыми колебаниями или просто звуком называют колебания частиц в упругих средах, распространяющихся в форме продольных волн, частота которых лежит в пределах, воспринимаемых человеческим ухом, т.е. в среднем от 16 до 20 000 гц. В акустике рассматриваются и пограничные со звуком области: ниже 16 гц - инфразвуки и выше 20 000 гц - ультразвуки.

Общая акустика изучает преимущественно явления, касающиеся генерации, распространения (отражение, преломление, поглощение и т.д.) и использования звуковых волн для тех или иных целей. Физиологическая акустика изучает физические основы устройства органов речи и слуха, систему звуковых измерений (связь между характеристиками слухового ощущения и звуковой волны) и т.д. Прочие разделы акустики касаются использования звука в различных прикладных областях.

Природа звука.

Источником звука является тело любой природы, находящейся в колебательном движении обычно в результате каких-либо механических воздействий, т.е. для возбуждения звука всегда требуется энергия. При колебаниях тело образует в окружающей среде, например, в воздухе, упругую продольную волну, которая достигая уха, вызывает слуховое ощущение.

Звук распространяется в любых средах. Скорость его распространения не зависит от частоты колебаний, она зависит от упругости и плотности среды, а также от ее температуры. В воздухе скорость звука при 0⁰ С составляет 331,5 м/сек; при повышении температуры на 1⁰ С она увеличивается примерно на 0,5 м/сек. В твердых и жидких средах скорость звука значительно выше, в воде ,например, около 1500 м/сек. Эта скорость звука может быть принята как средняя и для мягких тканей тела человека.

Тоны и шумы. Физические характеристики звука.

Звуки разделяются на тоны и шумы.

Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром. Спектр сложного тона линейчатый. Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового генератора. К сложным относятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи человека и др.

Звуковой тон характеризуется частотой (или периодом), амплитудой и формой колебания или его гармоническим спектром, а также величинами, относящимися к звуковой волне: интенсивностью, или силой звука, и звуковым давлением.

Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: эрг/сексм² , вт/м² , мквт/см² .

Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м²) или динах на квадратный сантиметр (дин/см², или акустический бар).

Для плоской гармонической волны звуковое давление p связано интенсивностью "I" звука соотношением

или ,

где p₀ - амплитудное, а p_эф - эфективное (среднеквадратичное) значение, которое обычно и учитывается на практике.

Произведение скорости "c" звука в данной среде на плотность " " среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).

Удельный акустический импеданс Z : , гдеp - звуковое давление, V - колебательная скорость частицы среды. (Он аналогичен электрическому импедансу Z, где ).

Так как интесивность звука , для плоской волны, где V - средняя скорость смещения частиц в волне, сравнение обеих формул - , илиp = cV, то - характеристический импеданс.и является основной характеристикой ее акустических свойств, определяющей условия отражения и преломления звука на границе среды. Для воздуха (при нормальных условиях) = 430 кг/м²сек, для воды примерно 145  10⁴ , для железа 4  10⁷ и т.д.

Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения, некоторое давление, называемое давлением звука.

Шумом называют звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума - сплошной.

Шумом называют самые различные звуки, представляющие сочетание множества различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются.

Шум является вредным явлением; длительное действие шума на орган слуха вызывают ослабление чувствительности уха, может привести к частичной или полной потере слуха. Действуя на нервную систему, шум вызывает повышенную утомляемость, снижение работоспособности, различные нервные заболевания.

Вредность шума зависит от его громкости и спектрального состава. Нормально допустимым уровнем шума считается 40 - 50 дБ.

Для объективного измерения громкости шума применяются приборы, называемые шумомерами. Шумомер содержит микрофон, который преобразует звуковые колебания в электрические. Эти колебания затем усиливаются и средняя мощность их измеряется при помощи микроамперметра со шкалой, градуированной в децибелах громкости.