- •3.1. Простое гармоническое колебание. Амплитуда, частота, фаза-определение
- •3.2. Что такое "звук". Определение. Что такое механические колебания
- •3.3. Определение и единицы звукового давления. Уровень звукового давления
- •3.4. Определение и единицы работы. Определение кинетической и потенциальной энергии. Переход кинетической и потенциальной энергии при гармонических колебаниях.
- •3.5. Затухающие колебания. Вид уравнения. Формы колебаний. Определение коэффициента затухания, декремента, добротности.
- •3.9 Статистические свойства звуковых сигналов. Динамический диапазон. Пик-фактор.
- •3.12. Сложные колебательные системы с двумя и более степенями свободы. Распределенные системы. Струна. Мембрана.
- •3.13.Резонанс. Определение. Формула для смещения. Влияние затухания в системе.
- •3.15. Виды звуковых полей: плоские, сферические ,цилиндрические волны.
- •3.17. Процесс отражения звуковых волн: коэффициенты отражения, поглощения, прохождения.
- •3.18. Процессы дифракции звуковых волн в различных частотных диапазонах.
- •3.19. Процесс интерференции звуковых волн. Образование "стоячих" волн.
- •3.20. Эффект Доплера. Определение. Формула
- •3.21. Процесс рефракции звуковых волн.
3.1. Простое гармоническое колебание. Амплитуда, частота, фаза-определение
Колебаниями называются повторяющиеся процессы изменения каких-либо параметров системы Для того чтобы движение было колебательным, на тело должна действовать возвращающая сила, направленная в сторону, противоположную смещению (она должна возвращать тело назад). Если величина этой силы пропорциональна смещению и направлена в противоположную сторону, т. е. F = - кх, то под действием такой силы тело совершает повторяющиеся движения, возвращаясь через равные промежутки времени в положение равновесия. Такое движение тела называется простым гармоническим колебанием
амплитуда колебаний. Амплитудой колебаний называется максимальное смещение тела от положения равновесия
частота колебаний. Частота колебаний определяется числом колебаний (циклов) в секунду. Единица ее измерения равна одному колебанию в секунду и называется герц
начальная фаза. Начальная фаза определяет положение тела, с которого началось колебание. Она измеряется в градусах. Например, если маятник начал колебаться из положения равновесия, то его начальная фаза равна нулю. Если маятник сначала отклонить в крайнее правое положение и затем толкнуть, он начнет колебания с начальной фазой 90°. Если два маятника (или две струны, мембраны и др.) начнут свои колебания с задержкой во времени, то между ними образуется сдвиг фаз если задержка во времени равна одной четверти периода, то сдвиг фаз — 90°, если половине периода —180°, трем четвертям периода — 270°, одному периоду — 360°.
3.2. Что такое "звук". Определение. Что такое механические колебания
«звук — это особый вид механических колебаний упругой среды, способный вызывать слуховые ощущения»
Механические колебания — это прежде всего движения тел. Механическим движением тела называется «изменение его положения с течением времени по отношению к другим телам»
3.3. Определение и единицы звукового давления. Уровень звукового давления
Давление — закон Ньютона говорит, как сила действует на объект, приводя его в движение, при этом не имеет значения, как она распределена по объекту (по всей поверхности или в одной точке). При описании звуковых процессов оказывается важным знать, как движущая сила распределена на поверхности тела, поэтому вводится понятие «давление», которое определяется как сила на единицу площади: р = F/S.
Единица измерения — паскаль (Па). Один паскаль равен силе в один ньютон, распределенной на поверхности в один квадратный метр, т. е. 1 Па = 1 Н/м2.
3.4. Определение и единицы работы. Определение кинетической и потенциальной энергии. Переход кинетической и потенциальной энергии при гармонических колебаниях.
Работа — если сила вызвала перемещение тела, то она совершила над ним работу. Работа равна силе, умноженной на расстояние, на которое она переместила тело: А = Fxx (t). Единица работы — джоуль (Дж). Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон на пути в один метр: 1 Дж = 1 Н х 1 м. Энергия может переходить из одной формы в другую, но не может исчезать — это закон сохранения энергии. Энергия измеряется в джоулях {Дж).
В процессе совершения простых гармонических колебаний происходит переход энергии движения (кинетической энергии), которая
пропорциональна квадрату скорости Е = ~ mv2, в энергию покоя (потенциальную энергию), пропорциональную смещению: Е = — кх2.
В течение одного цикла колебаний совершается несколько переходов одной формы энергии в другую: в моменты максимального отклонения пружины (маятника, струны и др.) от положения равновесия тело останавливается, в этот момент кинетическая энергия равна нулю, потенциальная энергия максимальна В момент прохождения положения равновесия тело имеет максимальную скорость, и в эти моменты кинетическая энергия максимальна, а потенциальная равна нулю. Если бы эта сумма была постоянна всегда, то любое тело, выведенное из положения равновесия, колебалось бы вечно, получился бы «вечный двигатель».