Лекция 2 Акустика План лекции

1. Акустика – как часть физики

2. Скорость звука

3. Классификация звуков

4. Физические и психофизиологические характеристики

5. Закон Вебера - Фехнера

6. Орган слуха

7. Эффект Допплера

8. Акустика в медицине

1. Акустика – как часть физики

Как известно, механические волны могут распространяться и в той среде, в которой живёт человек, т.е. в воздухе. Если частота этих волн лежит в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц, то они воспринимаются органом слуха человека.

Раздел физики, изучающий механические волны, частоты которых лежат в области, воспринимаемой органом слуха человека, называется акустикой.

Если всю область слышимых частот изобразить на графике, где по вертикали откладывается интенсивность звука, а по горизонтали – частота – то график будет выглядеть так:

Как известно, уравнение плоской волны:

S = Asin(t – x/)

Здесь  =

где  - скорость волны

G - модуль упругости формы той среды, в которой это волна распространяется (Н/м²)

p – плотность среды (кг/м³)

Если волна поперечная – то G - модуль сдвига; если продольная – то модуль сжатия.

2. Скорость звука

Скорость продольных волн в воздухе пропорциональна средней скорости молекул воздуха при их тепловом движении. Поэтому, скорость звука в воздухе зависит от температуры и выражается формулой:

 = 20

При температуре воздуха -30⁰ С скорость звука 311 м\с

При температуре 0⁰ С скорость 330 м\с

При температуре +20⁰ С скорость 342 м\с

Скорость звука в воде и мягких тканях организма - 1500 м\с

Скорость звука в железе - 5000м\с.

Отсюда видно, что звук в воздухе распространяется с наименьшей скоростью. Этим и объясняется, что во время грозы, после вспышки молнии гром так сильно запаздывает.

2. Классификация звука.

Все звуки поражают своим разнообразием. Однако все звуки можно разбить на три категории:

Тоны (или музыкальные звуки)

Шумы

Звуковые удары

Тоны в свою очередь делятся на простые и сложные. Простой тон – это колебание синусоидальной формы. Такой тон даёт, например, камертон. Гармонический спектр простого (или чистого) тона представляет собой только одну спектральную линию.

Сложный тон представляет собой несколько простых синусоидальных колебаний и его гармонический спектр представляет собой целый набор спектральных линий. Одна из них имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту. Она называется основным тоном. Все остальные имеют большую частоту, причём, их частоты кратны основной. Такие тона называются обертонами.

Если графиком простого тона является простая синусоида, то графиком сложного тона является сложная кривая, в которой наблюдается строгая периодичность формы, как узор на ткани или на обоях.

Шум представляет собой хаотическую смесь всех частот, в которой не прослушивается какой-либо определённый тон. Например, шум струи воздуха, выходящего из баллона, шум текущей воды, шум ветра и т.д.

Гармонический спектр шума представляет собой множество спектральных линий всех частот, которые сливаются в сплошной фон. Спектральные линии в нём по отдельности неразличимы, поэтому спектр шума является сплошным и может характеризоваться только огибающей.

Если огибающая имеет вид горизонтальной прямой, то физики такой шум называют «белым». Существует также шум, в котором высокие частоты несколько занижены. Он на слух воспринимается как более мягкий. («розовый» шум)

Звуковой удар представляет собой кратковременный звуковой импульс, график которого представляет собой импульс произвольной формы. Он спектра не имеет, так как этот процесс непериодический.