4.2. Основные понятия о звуке. 4.2.1. Физические параметры звука

Звук — это колебательные движения упругих тел, распространяющиеся в различных средах (твердой, жидкой, газообразной) в виде волн. Сгущения и раздражения среды называются фазами звуковой волны, расстояния между одинаковыми фазами — длиной волны (рис. 29). Скорость распространения звуковых волн величина постоянная. Она зависит только от среды, в которой звук распространяется: в воздухе скорость около 340 м/с, в воде — около 1 500 м/с и т.д. Звук — адекватный раздражитель для рецептивного поля.

Звуковые волны обладают двумя переменными физическими параметрами: частотой и интенсивностью (амплитудой). Частота звука выражается в количестве колебаний в секунду (1 колебание в секунду = 1 Гц, 1 ООО колебаний в секунду = 1 кГц). Длина волны — величина, обратно пропорциональная частоте: чем выше частота, М короче длина волны. Звуки делят на тоны и шумы. Тоны — синусоидальные (гармонические) колебания. Они содержат ионную частоту и обертоны, отличающиеся от основной в целое число раз. Шумы состоят из множества частот, не находящихся в гармонических отношениях; смесь всех частот образует белый шум.

Для получения точных данных о физических свойствах излучаю­щего звуки источника все измерения проводятся в так называемом «открытом поле» — в специальных акустических звукозаглушенных (для изоляции от посторонних шумов) анэхоидных камерах (чтобы реверберация не искажала параметры звука от источника).

Звуковое давление определяют как силу, действующую на площадь 1 см², расположенную перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны. Звуковое давление измеряют в абсолютных единицах — барах (Б), Ньютонах (Н) или Паскалях (П однако чаще его выражают в относительных величинах через уровень звукового давления (УЗД). Единицей УЗД является деци (дБ). УЗД = 20 log Р/Р₀, где Р — давление звука, Р₀ — условный уровень отсчета, соответствующий примерно абсолютному рогу слышимости для человека, который соответствует вели 2 • 10~⁵ Па или Ю^-12 Вт/м². Интенсивность звука в физической стике выражается в Вт/см² и также измеряется в децибелах. Она

пропорциональна квадрату звукового давления (log Р² = 2 log Р). На практике в физиологических целях измеряют не интенсив­ность звука, а звуковое давление, которое определяется с помощью стандартизованных микрофонов. Такое измерение интенсивно­сти в дБ, а не в абсолютных величинах давления принято, посколь­ку отношение Р/Р„ в абсолютных величинах выражается огром­ными числами. За 0 дБ обычно принимают порог слышимости человека с нормальным слухом. Именно эта величина соответ­ствует стандартному абсолютному порогу слышимости при часто­те звука 1 ООО Гц. Логарифмическая шкала позволяет охватить широкий диапазон интенсивности звука: например, увеличение УЗД в 10 раз соответствует его увеличению на 20 дБ, в 1 ООО раз — на 60 дБ и т.д.

4.2.2. Распространение звука в среде

Существует целый ряд акустических явлений, связанных с распространением звуков в среде, которые имеют важное значение для восприятия. На пути свободного распространения звуков обыч­но находятся различные препятствия (предметы в окружающей среде). Если звук имеет низкую частоту и, соответственно, большую длину волны, он огибает препятствие. Если звук высокочастотный, то он ослабляется, когда на своем пути встречает препятствия, и частично отражается (явление эхо, или реверберация). Отметим, что голова человека (как и все тело) является препятствием распространению звуков. «Эффект головы» имеет существенное значение в бинауральном слухе, т.е. в способности слышать двумя ушами.

Реверберация наиболее заметна в закрытых помещениях при наличии в нем большого количества предметов различной вели­чины. Это придает «гулкость» воспринимаемым звукам. Явление реверберации учитывается в архитектурной акустике театральных музыкальных залов. Реверберация помогает людям, лишенным рвения, ориентироваться в окружающей среде.

Если на пути распространения звука есть предмет, способный колебаться под влиянием механического воздействия (в том числе и звука), то этот предмет становится вторичным излучателем звука — резонатором. Явление вторичного излучения звука называется резонансом. Резонанс бывает максимальным, если источ­ена и резонатор настроены одинаково, т.е. имеют одинаковый период собственных колебаний. В этом случае при совпадении фаз первичного и вторичного источников звука общая сила звучания увеличивается. Если источники колеблются в противофазе, и возникает «резонанс поглощения». При этом общая сила звука уменьшается.