1 §34-40. Звуковые волны Механические колебания среды с частотой 17 20 000 Гц, распростра- няющиеся в среде, называются акус- тическими (звуковыми) волнами. - презентация

1 1 § Звуковые волны Механические колебания среды с частотой Гц, распростра- няющиеся в среде, называются акус- тическими (звуковыми) волнами (звуком) Механические колебания среды с частотой Гц, распростра- няющиеся в среде, называются акус- тическими (звуковыми) волнами (звуком) Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звуковую волну (звук) Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звуковую волну (звук) Такие тела называются источниками звука Такие тела называются источниками звука

2 2 Звук распространяется в любой упругой среде - твердой, жидкой, газообразной, то есть в веществе. В вакууме, где вещества нет, звук распространяться не может Звук распространяется в любой упругой среде - твердой, жидкой, газообразной, то есть в веществе. В вакууме, где вещества нет, звук распространяться не может Звуковые волны, как любые механические волны (или волны другой природы, например, электромагнитные волны) распространяется в пространс-тве не мгновенно, а с определенной скоростью: Звуковые волны, как любые механические волны (или волны другой природы, например, электромагнитные волны) распространяется в пространс-тве не мгновенно, а с определенной скоростью:

3 3 Скорость звуковой волны зависит от свойств среды: природы, влажности, плотности, температуры: Скорость звуковой волны зависит от свойств среды: природы, влажности, плотности, температуры: Например: Например: Скорость звука в воздухе (0 0 С) 332 м/с Скорость звука в воздухе (0 0 С) 332 м/с Скорость звука в воздухе (20 0 С) 343 м/с Скорость звука в воздухе (20 0 С) 343 м/с Скорость звука в водороде (0 0 С) 1248 м/с Скорость звука в водороде (0 0 С) 1248 м/с Скорость в углекислом газе (0 0 С) 259 м/с Скорость в углекислом газе (0 0 С) 259 м/с Скорость звука в воде (20 0 С) 1483 м/с Скорость звука в воде (20 0 С) 1483 м/с Скорость звука в стали (20 0 С) 5000 м/с Скорость звука в стали (20 0 С) 5000 м/с Скорость звука в граните (20 0 С) 3850 м/с Скорость звука в граните (20 0 С) 3850 м/с

4 4 При отражении звука возникает эхо: При отражении звука возникает эхо: Например: Например: Если расстояние от источника звука до препятствия, от которого отражается звук, S, то время, через которое эхо вернется к источнику звука равно: Если расстояние от источника звука до препятствия, от которого отражается звук, S, то время, через которое эхо вернется к источнику звука равно: Реальная звуковая волна - затухающий волновой процесс из-за рассеяния механи- ческой энергии волны в результате взаимо- действия волны со средой Реальная звуковая волна - затухающий волновой процесс из-за рассеяния механи- ческой энергии волны в результате взаимо- действия волны со средой

5 5 При вынужденных звуковых колебаниях частота колебаний и звуковой волны от источника колебаний (звука) равно частоте вынуждающей силы При вынужденных звуковых колебаниях частота колебаний и звуковой волны от источника колебаний (звука) равно частоте вынуждающей силы Амплитуда установившихся вынужденных колебаний невелика, но при частоте вынуждающей силы равной собственной частоте колебаний системы, возникает резкое увеличение амплитуды колебаний - явление акустического резонанса Амплитуда установившихся вынужденных колебаний невелика, но при частоте вынуждающей силы равной собственной частоте колебаний системы, возникает резкое увеличение амплитуды колебаний - явление акустического резонанса Например: Например: для двух резонирующих камертонов для двух резонирующих камертонов

6 6 §35,36. Высота, тембр, громкость звука Высота звука определяется частотой колебаний источника звука: чем больше частота, тем выше издаваемый звук Высота звука определяется частотой колебаний источника звука: чем больше частота, тем выше издаваемый звук Звук источника, совершающего колеба- ния одной частоты, называется чистым тоном Звук источника, совершающего колеба- ния одной частоты, называется чистым тоном Реальные звуки - совокупность колеба-ний разных частот Реальные звуки - совокупность колеба-ний разных частот Самая низкая частота сложного звука называется основной частотой, соответ- ствующий ей звук - основным тоном Самая низкая частота сложного звука называется основной частотой, соответ- ствующий ей звук - основным тоном

7 7 Высота сложного звука определяется высотой его основного тона Высота сложного звука определяется высотой его основного тона Все остальные тоны сложного звука называются обертонами Все остальные тоны сложного звука называются обертонами Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона высшие гармонические тона ( гармоники ) Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона высшие гармонические тона ( гармоники ) Набор обертонов определяет тембр (окраску) звука Набор обертонов определяет тембр (окраску) звука Тембр звука определяется совокупностью его обертонов Тембр звука определяется совокупностью его обертонов

8 8 Громкость звука определяется амплиту- дой колебания частиц среды (например, воздуха): чем больше амплитуда колебаний, тем звук громче Громкость звука определяется амплиту- дой колебания частиц среды (например, воздуха): чем больше амплитуда колебаний, тем звук громче При субъективном оценивании челове- ком громкости звука нужно учитывать различную чувствительность слухового аппарата к звукам разной частоты: При субъективном оценивании челове- ком громкости звука нужно учитывать различную чувствительность слухового аппарата к звукам разной частоты: При одинаковых амплитудах как более громкие человек воспринимает звуки с частотой от 1000 до 5000 Гц При одинаковых амплитудах как более громкие человек воспринимает звуки с частотой от 1000 до 5000 Гц Громкость звука зависит также от его длительности и индивидуальных особен- ностей слушателя Громкость звука зависит также от его длительности и индивидуальных особен- ностей слушателя

9 9 Громкость звука - субъективное качес-тво слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких Громкость звука - субъективное качес-тво слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких Единица громкости звука сон - соответ- ствует уровню громкости в 40 фон при частоте звука 1000 Гц Единица громкости звука сон - соответ- ствует уровню громкости в 40 фон при частоте звука 1000 Гц 1 Ф (фон) равен интенсивности звука I (Вт/м 2 ) в децибелах для чистого тона частотой 1000 Гц, громкость которого при сравнении на слух равна громкости данного звука 1 Ф (фон) равен интенсивности звука I (Вт/м 2 ) в децибелах для чистого тона частотой 1000 Гц, громкость которого при сравнении на слух равна громкости данного звука Интенсивность звука (сила звука) - объектив-ная характеристика звуковой волны, энергия, переносимая звуковой волной за 1 с через площадку в 1 м 2 в направлении распростране- ния волны Интенсивность звука (сила звука) - объектив-ная характеристика звуковой волны, энергия, переносимая звуковой волной за 1 с через площадку в 1 м 2 в направлении распростране- ния волны

10 10 Уровень интенсивности звука по шкале децибел Уровень интенсивности звука по шкале децибел где I - интенсивность звука, I 0 = Вт /м 2 где I - интенсивность звука, I 0 = Вт /м 2 Для плоской бегущей звуковой волны Для плоской бегущей звуковой волны где р - амплитуда звукового давления; - плотность среды; с - скорость звука в среде где р - амплитуда звукового давления; - плотность среды; с - скорость звука в среде Например: громкость звука при листании газеты соответствует уровню звукового давления 20 дБ, звонок будильника 80 дБ, двигатель самолета 130 дБ, при > 130 дБ возникает болевое ощущение Например: громкость звука при листании газеты соответствует уровню звукового давления 20 дБ, звонок будильника 80 дБ, двигатель самолета 130 дБ, при > 130 дБ возникает болевое ощущение

11 11 §42. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛН При распространении в среде несколь-ких (например, двух) волн, они наклады- ваются друг на друга При распространении в среде несколь-ких (например, двух) волн, они наклады- ваются друг на друга Если волны имеют одинаковую частоту, а разность фаз = const (например, 0): Если волны имеют одинаковую частоту, а разность фаз = const (например, 0): S 1 L 1 min S 1 L 1 min М d L 2 d L 2 S 2 =L 1 -L 2 - геометрическая разность хода S 2 =L 1 -L 2 - геометрическая разность хода

12 12 Условия максимума и минимума интерференции Условие максимума амплитуды результирую- щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн Условие максимума амплитуды результирую- щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн max = 2k k · k = 0,1,2... max = 2k k · k = 0,1,2... Условие минимума амплитуды результирую- щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн Условие минимума амплитуды результирую- щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн min = (2k+1) k = 0,1,2... min = (2k+1) k = 0,1,2... Геометрическая разность хода волн: Геометрическая разность хода волн: = L 1 - L 2 = L 1 - L 2

13 13 Интерференция - сложение в простран- стве когерентных волн, при котором образуется интерференционная картина - постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, максимумов и минимумов Интерференция - сложение в простран- стве когерентных волн, при котором образуется интерференционная картина - постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, максимумов и минимумов Волны называются когерентными, если имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз в любой точке пространства (например, = 0)

14 14 Не изменяющаяся со временем картина распределения в пространстве максиму- мов и минимумов амплитуд колебаний называется интерференционной карти- ной, которая возникает при сложении волн от когерентных источников звука Явление интерференции характерно для волн любой природы (например, для световых волн)Явление интерференции характерно для волн любой природы (например, для световых волн)