1. Звук. Объективные характеристики звука. Интенсивность звука. Абсолютная и относительная шкалы единиц измерения интенсивности звука. Классификация звуков.

При распространении звуковых колебаний в среде возникают механические волны, которые соответственно называются звуковыми. В акустике термином звук обозначаются как звуковые колебания, так и звуковые волны.

В звуковых волнах колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны, поэтому звуковые волны являются волнами продольными.

Как и в любой механической волне, смещение частиц среды, в которой распространяются звуковые волны определяется выражением (уравнение волны):

S(x,t) = S₀ sin ω (υ t – х/υ),

где S₀ - максимальное смещение частиц среды от положения равновесия (амплитуда колебаний), ω - круговая частота звука, х - координата частицы, относительно точки – источника звука, υ - скорость распространения звуковой волны.

Скорость звуковой волны, как скорость любой механической волны за­висит от свойств среды, в которой распространяется волна, и определяется коэффициентом упругости среды α и ее плотностью ρ: υ = 1/√αρ.

Еще одной характеристикой звуковой волны является длина волны. Длиной волны называется расстояние, которое проходит волна за время одного периода λ=υ*T=υ/f

При распространении звука происходит передача энергии от источника звука частицам среды, в которой распространяется звук. С энергетической точки зрения звуковые волны характеризуются потоком энергии и плотностью потока энергии.

Потоком энергии волны называется величина, численно равная энергии, переносимой волной за единицу времени через данную площадь: Ф=Е/t системе единиц СИ поток энергии волны измеряется в ваттах.

Плотностью потока энергии волны называется величина, численно рапная энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны: I=E/St=Ф/S

В системе единиц СИ плотность потока энергии волны измеряется в ваттах па квадратный метр (Вт/м²).

В акустике плотность потока энергии звуковой волны имеет специальное название - интенсивность звуковой волны (звука).

Важной характеристикой звуковых волн является звуковое (акустическое) давление. При распространении звуковых колебаний в жидкостях и газах частицы среды совершают колебательное движение. При этом в одних точках среды частицы приближаются друг к другу, происходит сгущение частиц среды. В других точках среды частицы расходятся, происходит разряжение частиц среды. Участки сгущения и разряжения периодически меняются местами. В местах, где происходит сгущение частиц среды давление увеличивается. Это дополнительное (избыточное) давление и называется звуковым давлением. Интенсивность звуковой волны и звуковое давление связаны соотношением

I=P²эфф/2ρυ, где Рэфф - эффективное значение звукового давления (звуковое давление в разных точках среды разное), р - плотность среды, υ- скорость звука в данной среде.

Рассмотренные характеристики звуковых колебаний и звуковых волн (смещение, амплитуда, круговая и линейная частоты, период, фаза, скорость распространения волны, поток энергии и плотность потока энергии волны, интенсивность звуковой волны, звуковое давление) являются объективными характеристиками: их значения могут быть определены с помощью приборов и они не зависят от субъекта (человека). В то же время, звуковые колебания вызывают специфические ощущения в органах слуха человека. Основываясь на этих ощущениях, человек может дать свои субъективные характеристики воспринимаемым звукам.