І.12 Звукові хвилі (звук)

Одним із видів механічних хвиль є звукові хвилі (звук).

Звуком називають розповсюдження коливань частинок (молекул) пружного середовища з частотою від 16 Гц до 20 тис. Гц, які сприймаються людським вухом.

У повітрі звукові хвилі повздовжні і при нормальних умовах розповсюджуються зі швидкістю v = 331 м/с.

Звуки діляться на тони і шуми.

Тоном називають звук, в якого частота і амплітуда коливань не змінюються або змінюються закономірно.

Шумаминазивають звуки, що складаються із багатьох складних тонів, частота, амплітуда і тривалість яких швидко і хаотично змінюються.

Розрізняють об’єктивні і суб’єктивні характеристики звуку.

Об’єктивнимиє такі характеристики, значення яких залежать тільки від об^’єкта, що є джерелом звуку. До них належатьчастота коливань, інтенсивність звукової хвилі (сила звуку), гармонійний спектр (набір гармонійних коливань з різною частотою, формою і амплітудою).

Інтенсивністю звуку (силою звуку) I називають енергію, що переноситься через одиницю площі поверхні (1м²), перпендикулярної до напрямку розповсюдження хвилі, за одиницю часу (1с). Сила звуку тим більша, чим більші густина середовища, частота і амплітуда звукової хвилі. В СІ сила звуку вимірюється у Вт/м²(Дж/м²с = Вт·с/м²с = Вт/м²).

Суб^’єктивними характеристиками звуку називають характеристики, що

залежать як від суб^’єкта, що сприймає звук (людина), так і від джерела звуку. До

них належать висота, гучність і тембр звуку.

Висота звуку, який сприймає вухо людини, визначається основною частотою коливань звукової хвилі і залежить від сили звуку, але у значно меншій мірі.

Тембр звукувизначається спектром гармонійних коливань, що складають цей звук.

Гучність – це фізична величина, яка характеризує рівень слухового сприйняття відносно інтенсивності подразнення в органі слуху, що викликає мінімальне відчуття, а величина гучності визначається, перш за все, силою І звуку. Але залежність гучності від сили звуку складна і визначаєтьсячутливістювуха до його дії.

Чутливістьвуха є його фізіологічною властивістю і вона, у свою чергу, залежить від частоти коливань і сили звуку. Внаслідок залежності чутливості людського вуха від частоти звукової хвилі, гучність також різна на різних частотах. Чутливість вуха до звуку певної частоти характеризується психофізичною характеристикою – порогом чутності.Поріг чутності – це мінімальна сила звуку, що сприймається вухом людини на даній частоті.Найменші значення порогів чутності для здорового вуха людини становлять силу звука 10^-12Вт/м². При збільшенні сили звуку до певного значення у вусі людини може з’явитися больове відчуття.Порогом болі називають мінімальну силу звуку, що спричиняє больове відчуття у вусі людини на даній частоті. В середньому больові відчуття у вусі людини виникають при збільшенні сили звуку до 10 Вт/м².

Залежність мінімальної інтенсивності звукової хвилі, що сприймається людським вухом від частоти коливань, показана на рис. 1.9.

Рис. І.9

На рис.1.9 графік побудований в логарифмічному маштабі (на осі ординат відкладені десяткові логарифми сили звуку, а на осі абсцис – десяткові логарифми частоти звуку), але проти поділок на осях написані значення самих величин.