Ocurriendo en medios gaseosos, líquidos y sólidos, que, al llegar a los órganos auditivos humanos, es percibido por él como sonido. La frecuencia de estas ondas oscila entre 20 y 20.000 vibraciones por segundo. Démosle fórmulas para una onda de sonido y consideremos con más detalle sus propiedades.

¿Por qué aparece una onda de sonido?

Mucha gente se pregunta qué es una onda de sonido. La naturaleza del sonido radica en la aparición de una perturbación en un medio elástico. Por ejemplo, cuando se produce una perturbación de presión en forma de compresión en un determinado volumen de aire, esta zona tiende a extenderse en el espacio. Este proceso conduce a la compresión del aire en áreas adyacentes a la fuente, que también tienden a expandirse. Este proceso cubre cada vez más espacio hasta que llega a un receptor, por ejemplo, el oído humano.

Características generales de las ondas sonoras.

Considere las preguntas de qué es una onda de sonido y cómo la percibe el oído humano. La onda sonora es longitudinal; cuando entra en la concha, hace que la membrana del oído vibre con cierta frecuencia y amplitud. También es posible representar estas fluctuaciones como cambios periódicos de presión en un microvolumen de aire adyacente a la membrana. Al principio, aumenta en relación con la presión atmosférica normal y luego disminuye, obedeciendo las leyes matemáticas del movimiento armónico. La amplitud de los cambios en la compresión del aire, es decir, la diferencia entre la presión máxima o mínima creada por una onda de sonido con la presión atmosférica es proporcional a la amplitud de la propia onda de sonido.

Numerosos experimentos físicos han demostrado que la presión máxima que el oído humano puede percibir sin dañarlo es de 2800 μN / cm 2. A modo de comparación, digamos que la presión atmosférica cerca de la superficie de la tierra es de 10 millones de μN / cm 2. Teniendo en cuenta la proporcionalidad de la presión y la amplitud de las oscilaciones, podemos decir que este último valor es insignificante incluso para las ondas más fuertes. Si hablamos de la longitud de una onda de sonido, entonces para una frecuencia de 1000 vibraciones por segundo, será una milésima de centímetro.

Los sonidos más débiles crean fluctuaciones de presión del orden de 0,001 μN / cm 2, la amplitud de onda correspondiente para una frecuencia de 1000 Hz es de 10-9 cm, mientras que el diámetro medio de las moléculas de aire es de 10-8 cm, es decir, el oído humano es un órgano extremadamente sensible.

El concepto de intensidad de las ondas sonoras.

Desde un punto de vista geométrico, una onda de sonido son vibraciones de cierta forma, pero desde un punto de vista físico, la propiedad principal de las ondas de sonido es su capacidad para transferir energía. El ejemplo más importante de transferencia de energía de las olas es el sol, cuyas ondas electromagnéticas radiadas proporcionan energía a todo nuestro planeta.

La intensidad de una onda de sonido en física se define como la cantidad de energía transportada por una onda a través de una unidad de superficie que es perpendicular a la propagación de la onda, y por unidad de tiempo. En resumen, la intensidad de una onda es su poder transferido a través de una unidad de área.

La fuerza de las ondas sonoras generalmente se mide en decibeles, que se basan en una escala logarítmica que es conveniente para el análisis práctico de los resultados.

La intensidad de varios sonidos.

La siguiente escala de decibelios da una idea del significado de los diversos y las sensaciones que provoca:

• el umbral para sensaciones desagradables e incómodas comienza desde 120 decibeles (dB);
• el martillo remachador genera un ruido de 95 dB;
• tren de alta velocidad - 90 dB;
• calle con mucho tráfico de vehículos - 70 dB;
• el volumen de una conversación normal entre personas - 65 dB;
• un automóvil moderno que se mueve a velocidades moderadas genera un ruido de 50 dB;
• volumen de radio medio - 40 dB;
• conversación tranquila - 20 dB;
• ruido del follaje de los árboles - 10 dB;
• el umbral mínimo de sensibilidad al sonido humano está cerca de 0 dB.

La sensibilidad del oído humano depende de la frecuencia del sonido y es el valor máximo para ondas sonoras con una frecuencia de 2000-3000 Hz. Para el sonido en este rango de frecuencia, el umbral más bajo de sensibilidad humana es 10 -5 dB. Las frecuencias más altas y más bajas que el intervalo especificado conducen a un aumento en el umbral más bajo de sensibilidad de tal manera que una persona escucha frecuencias cercanas a 20 Hz y 20,000 Hz solo cuando su intensidad es de varias decenas de dB.

En cuanto al umbral superior de intensidad, después del cual el sonido comienza a causar molestias a una persona e incluso sensaciones dolorosas, se debe decir que prácticamente no depende de la frecuencia y se encuentra en el rango de 110-130 dB.

Características geométricas de una onda de sonido.

Una onda de sonido real es un paquete oscilatorio complejo de ondas longitudinales que se pueden descomponer en vibraciones armónicas simples. Cada una de estas vibraciones se describe desde un punto de vista geométrico mediante las siguientes características:

1. La amplitud es la desviación máxima de cada sección de la onda desde el equilibrio. Para este valor, la designación A.
2. Período. Este es el tiempo durante el cual una ola simple hace su máximo swing. Pasado este tiempo, cada punto de la onda comienza a repetir su propio proceso oscilatorio. El período generalmente se indica con la letra T y se mide en segundos en el sistema SI.
3. Frecuencia. Esta es una cantidad física que muestra cuántas vibraciones hace una onda dada por segundo. Es decir, en su significado, es el recíproco del período. Se designa f. Para la frecuencia de una onda de sonido, la fórmula para determinarla a través de un período es la siguiente: f \u003d 1 / T.
4. La longitud de onda es la distancia que recorre en un período de oscilación. Geométricamente, la longitud de onda es la distancia entre dos máximos más cercanos o dos mínimos más cercanos en una curva sinusoidal. La longitud de oscilación de una onda de sonido es la distancia entre las áreas más cercanas de compresión de aire o los lugares más cercanos de su rarefacción en el espacio donde se mueve la onda. Por lo general, se designa con la letra griega λ.
5. La velocidad de propagación de una onda de sonido es la distancia sobre la que se extiende el área de compresión o el área de descarga de la onda por unidad de tiempo. Este valor se designa con la letra v. Para la velocidad de una onda de sonido, la fórmula es: v \u003d λ * f.

La geometría de una onda sonora pura, es decir, una onda de pureza constante, obedece a una ley sinusoidal. En general, la fórmula para una onda de sonido es: y \u003d A * sin (ωt), donde y es el valor de la coordenada de un punto dado de la onda, t es el tiempo, ω \u003d 2 * pi * f es la frecuencia de oscilación cíclica.

Sonido aperiódico

Muchas fuentes de sonido pueden considerarse periódicas, por ejemplo, el sonido de instrumentos musicales como la guitarra, el piano, la flauta, pero también hay una gran cantidad de sonidos en la naturaleza que son aperiódicos, es decir, las vibraciones sonoras cambian su frecuencia y forma en el espacio. Técnicamente, este tipo de sonido se llama ruido. Ejemplos destacados de sonido aperiódico son el ruido de la ciudad, el ruido del mar, los sonidos de los instrumentos de percusión, por ejemplo, de un tambor, y otros.

Medio de propagación de ondas sonoras

A diferencia de la radiación electromagnética, cuyos fotones no necesitan ningún medio material para su propagación, la naturaleza del sonido es tal que se necesita un determinado medio para su propagación, es decir, según las leyes de la física, las ondas sonoras no pueden propagarse en el vacío.

El sonido puede propagarse en gases, líquidos y sólidos. Las principales características de una onda de sonido que se propaga en un medio son las siguientes:

• la onda se propaga linealmente;
• se propaga por igual en todas direcciones en un ambiente homogéneo, es decir, el sonido diverge de la fuente, formando una superficie esférica ideal.
• independientemente de la amplitud y frecuencia del sonido, sus ondas se propagan a la misma velocidad en un entorno determinado.

La velocidad de las ondas sonoras en varios entornos.

La velocidad de propagación del sonido depende de dos factores principales: del medio en el que viaja la onda y de la temperatura. En general, se aplica la siguiente regla: cuanto más denso es el medio y mayor es su temperatura, más rápido se mueve el sonido en él.

Por ejemplo, la velocidad de propagación de una onda de sonido en el aire cerca de la superficie terrestre a una temperatura de 20 ℃ y una humedad del 50% es 1235 km / ho 343 m / s. En el agua, a una temperatura determinada, el sonido se mueve 4,5 veces más rápido, es decir, unos 5735 km / ho 1600 m / s. En cuanto a la dependencia de la velocidad del sonido de la temperatura en el aire, aumenta en 0,6 m / s con un aumento de temperatura por cada grado Celsius.

Timbre y tono

Si se permite que una cuerda o placa de metal vibre libremente, producirá sonidos de diferentes frecuencias. Es muy raro encontrar un cuerpo que emita un sonido de una frecuencia específica, generalmente el sonido de un objeto tiene un conjunto de frecuencias en un cierto intervalo.

El timbre de un sonido está determinado por el número de armónicos presentes en él y sus respectivas intensidades. El timbre es un valor subjetivo, es decir, la percepción de un objeto sonoro por una persona específica. El timbre generalmente se caracteriza por los siguientes adjetivos: alto, brillante, sonoro, melódico, etc.

Un tono es una sensación sonora que permite clasificarlo en alto o bajo. Este valor también es subjetivo y no puede medirse con ningún instrumento. El tono está asociado con un valor objetivo: la frecuencia de la onda de sonido, pero no existe una conexión inequívoca entre ellos. Por ejemplo, para un sonido de frecuencia única de intensidad constante, el tono aumenta al aumentar la frecuencia. Si la frecuencia del sonido permanece constante y su intensidad aumenta, el tono se vuelve más bajo.

Forma de la fuente de sonido

De acuerdo con la forma del cuerpo, que realiza vibraciones mecánicas y por lo tanto genera ondas, existen tres tipos principales:

1. Punto de partida. Produce ondas de sonido esféricas que decaen rápidamente con la distancia desde la fuente (aproximadamente 6 dB si la distancia desde la fuente se duplica).
2. Fuente lineal. Crea ondas cilíndricas cuya intensidad decae más lentamente que desde una fuente puntual (cada vez que se duplica la distancia desde la fuente, la intensidad disminuye en 3 dB).
3. Fuente plana o bidimensional. Solo genera ondas en una dirección específica. Un ejemplo de tal fuente sería un pistón moviéndose en un cilindro.

Fuentes de sonido electrónicas

Para crear una onda de sonido, las fuentes electrónicas utilizan una membrana especial (altavoz) que vibra mecánicamente debido al fenómeno de inducción electromagnética. Estas fuentes incluyen las siguientes:

• reproductores de varios discos (CD, DVD y otros);
• grabadoras de casetes;
• receptores de radio;
• televisores y algunos otros.

1. Sonido. Características básicas del campo sonoro. Propagación de sonido

Y. Parámetros de ondas sonoras

Las vibraciones sonoras de las partículas de un medio elástico son complejas y se pueden representar en función del tiempo. a \u003d a (t) (Figura 3.1, y).

Fig. 3.

1 ... Vibraciones de partículas de aire.

El proceso más simple se describe mediante una sinusoide (Fig.3.

1, si)

,

dónde un máximo - amplitud de vibración;w \u003d 2 p f - frecuencia angular; f - frecuencia de vibración.

Vibraciones armónicas con amplitud un máximo y frecuencia f son llamados tono.

Las fluctuaciones complejas se caracterizan por el valor efectivo en el período de tiempo T

Para un proceso sinusoidal, la siguiente relación es válida

Para curvas de diferente forma, la relación entre el valor efectivo y el valor máximo es de 0 a 1.

Según el método de excitación de las oscilaciones, existen:

· onda de sonido plana creado por una superficie plana vibrante;

· cilíndrico onda de sonido, creado por la superficie lateral del cilindro que oscila radialmente;

· esférico onda de sonido , creado por una fuente puntual de oscilaciones, como una bola pulsante.

Los principales parámetros que caracterizan la onda sonora son:

· presión sonora pags zv, Pa;

· intensidad del sonido yo, W / m 2.

· longitud de onda de sonido l, m;

· velocidad de propagación de ondas de, em;

· frecuencia de vibración f, Hz.

Si las oscilaciones se excitan en un medio continuo, entonces divergen en todas las direcciones. Un buen ejemplo son las vibraciones de las olas en el agua. En este caso, se debe distinguir la velocidad de propagación de las vibraciones mecánicas. tu (en nuestro caso, las vibraciones transversales visibles del agua) y velocidad de propagación de la acción perturbadora de(vibraciones acústicas longitudinales).

Desde un punto de vista físico, la propagación de vibraciones consiste en la transferencia de un impulso de movimiento de una molécula a otra. Debido a los enlaces intermoleculares elásticos, el movimiento de cada uno de ellos repite el movimiento del anterior. La transferencia de impulso requiere una cierta cantidad de tiempo, como resultado de lo cual el movimiento de moléculas en los puntos de observación ocurre con un retraso en relación con el movimiento de moléculas en la zona de excitación de las oscilaciones. Por tanto, las vibraciones se propagan a cierta velocidad. Velocidad de propagación de ondas sonoras dees una propiedad física del medio ambiente.

Longitud de onda l igual a la longitud del camino atravesado por la onda de sonido en un período T:

dónde de - velocidad del sonido , T \u003d1/ f.

Las vibraciones sonoras en el aire conducen a su compresión y rarefacción. En las áreas de compresión, la presión del aire aumenta y en las áreas de rarefacción, disminuye.La diferencia entre la presión existente en el entorno perturbado. pags Mié en este momento, y la presión atmosférica pags cajero automático, llamado presión sonora (Figura 3.3). En acústica, este parámetro es el principal a través del cual se determinan todos los demás.

pags estrella \u003d pags Mie - pags atm. (3,1)

Figura 3.3. Presión sonora

El entorno en el que se propaga el sonido ha específico impedancia acústica z A, que se mide en Pa* s / m (o en kg / (m 2 * c) y es la relación de presión sonora pags sv a la velocidad vibratoria de las partículas del medio tu

z A \u003d p estrella / u \u003d r * s, (3.2)

dónde de - velocidad del sonido , metro;r - densidad del medio, kg / m 3.

Para diferentes valores medios z A son diferentes.

Una onda de sonido es un portador de energía en la dirección de su movimiento. La cantidad de energía transferida por una onda de sonido en un segundo a través de una sección de 1 m2 perpendicular a la dirección del movimiento se llama intensidad del sonido . La intensidad del sonido está determinada por la relación entre la presión del sonido y la impedancia acústica del medio. W / m 2:

Para una onda esférica de una fuente de sonido con una potencia W, W intensidad del sonido en la superficie de una esfera de radio res igual a

yo= W / (4 pagsr 2),

esa es la intensidad onda esférica disminuye al aumentar la distancia de la fuente de sonido. Cuando ola plana la intensidad del sonido es independiente de la distancia.

Objetivo

Estudiar los conceptos básicos de la teoría de la grabación y reproducción de sonido, las principales características del sonido, los métodos de conversión de sonido, el dispositivo y las características del uso de equipos para la conversión y amplificación de sonido, para obtener las habilidades de su aplicación práctica.

Antecedentes teóricos

Por sonido Se denomina movimiento oscilatorio de partículas de un medio elástico, que se propagan en forma de ondas en un medio gaseoso, líquido o sólido, que, actuando sobre el analizador auditivo humano, provocan sensaciones auditivas. La fuente del sonido es un cuerpo oscilante, por ejemplo: vibraciones de una cuerda, vibración de un diapasón, movimiento de un difusor de altavoz, etc.

Onda de sonido El proceso de propagación dirigida de vibraciones de un medio elástico desde una fuente de sonido se llama. El área del espacio en la que se propaga una onda de sonido se llama campo de sonido. Una onda de sonido es una alternancia de compresiones y descargas de aire. En el área de compresión, la presión del aire excede la atmosférica, en el área de vacío, menos que ella. La parte variable de la presión atmosférica se llama presión sonora. R ... Unidad de presión sonora - Pascal ( Pensilvania) (Pa \u003d N / m 2)... Las oscilaciones que tienen forma sinusoidal (Fig. 1) se denominan armónicas. Si un cuerpo que emite sonido vibra de acuerdo con una ley sinusoidal, entonces la presión del sonido también cambia de acuerdo con una ley sinusoidal. Se sabe que cualquier vibración compleja se puede representar como la suma de vibraciones armónicas simples. Los conjuntos de valores de las amplitudes y frecuencias de estas oscilaciones armónicas se denominan respectivamente espectro de amplitud y espectro de frecuencia.

El movimiento oscilatorio de las partículas de aire en una onda de sonido se caracteriza por una serie de parámetros:

Período de oscilación(T), el intervalo de tiempo más pequeño después del cual se repiten los valores de todas las magnitudes físicas que caracterizan el movimiento oscilatorio, durante este tiempo se realiza una oscilación completa. El período de oscilación se mide en segundos ( de).

Frecuencia de oscilación (F) , el número de oscilaciones completas por unidad de tiempo.

dónde: f - frecuencia de vibración; T - período de fluctuaciones.

La unidad de frecuencia es hertz ( Hz) - una oscilación completa por segundo (1 kHz = 1000 Hz).

Higo. 1. Oscilación armónica simple:
A es la amplitud de la oscilación, T es el período de la oscilación

Longitud de onda (λ ), la distancia a la que se ajusta un período de oscilación. La longitud de onda se mide en metros ( metro). La longitud de onda y la frecuencia de vibración están relacionadas por la relación:

dónde de Es la velocidad de propagación del sonido.

Amplitud de vibración (Y) , la mayor desviación del valor fluctuante del estado de reposo.

Fase de oscilación.

Imagine un círculo cuya longitud es igual a la distancia entre los puntos A y Ε (Fig. 2), o la longitud de onda a una cierta frecuencia. A medida que este círculo "gira", su línea radial en cada lugar individual de la sinusoide estará a una cierta distancia angular desde el punto de partida, que será el valor de fase en cada uno de esos puntos. La fase se mide en grados.

Cuando una onda de sonido choca con una superficie, se refleja parcialmente en el mismo ángulo en el que cae sobre esta superficie, mientras que su fase no cambia. En la Fig. 3 ilustra la dependencia de fase de las ondas reflejadas.

Higo. 2. Onda sinusoidal: amplitud y fase.
Si la circunferencia es igual a la longitud de onda a una cierta frecuencia (distancia de A a E), entonces a medida que gira, la línea radial de este círculo mostrará el ángulo correspondiente al valor de fase de la sinusoide en un punto particular.

Higo. 3. Dependencia de fase de ondas reflejadas.
Ondas sonoras de diferentes frecuencias emitidas por una fuente sonora con la misma fase, después de pasar la misma distancia, alcanzan una superficie con una fase diferente.

Una onda de sonido puede doblarse alrededor de obstáculos si su longitud es mayor que las dimensiones del obstáculo. Este fenómeno se llama difracción... La difracción es especialmente notable en vibraciones de baja frecuencia con una longitud de onda significativa.

Si dos ondas sonoras tienen la misma frecuencia, entonces interactúan entre sí. El proceso de interacción se llama interferencia. Con la interacción de oscilaciones en fase (en fase), la onda de sonido se amplifica. En el caso de interacción de oscilaciones antifase, la onda de sonido resultante se debilita (Fig. 4). Las ondas sonoras, cuyas frecuencias difieren significativamente entre sí, no interactúan entre sí.

Higo. 4. Interacción de oscilaciones en la fase (a) y en la antifase (b):
1, 2 - vibraciones que interactúan, 3 - vibraciones resultantes

Las vibraciones sonoras se pueden amortiguar y no amortiguar. La amplitud de las oscilaciones amortiguadas disminuye gradualmente. Un ejemplo de vibraciones amortiguadas es el sonido que se produce cuando se golpea una cuerda una vez o cuando se golpea un gong. La razón de la amortiguación de las vibraciones de la cuerda es la fricción de la cuerda contra el aire, así como la fricción entre las partículas de la cuerda vibrante. Pueden existir oscilaciones continuas si las pérdidas por fricción se compensan con un influjo de energía desde el exterior. Un ejemplo de vibración sostenida son las vibraciones de la campana de la escuela. Mientras se presione el botón de encendido, habrá vibraciones no amortiguadas en la llamada. Después de la terminación del suministro de energía a la campana, las oscilaciones se extinguen.

Extendiéndose desde su fuente en la habitación, la onda de sonido transporta energía, se expande hasta que alcanza las superficies límite de esta habitación: paredes, piso, techo, etc. La propagación de ondas sonoras va acompañada de una disminución de su intensidad. Esto se debe a la pérdida de energía sonora para superar la fricción entre las partículas de aire. Además, al propagarse en todas las direcciones desde la fuente, la onda cubre un área de espacio cada vez mayor, lo que conduce a una disminución en la cantidad de energía sonora por unidad de área, con cada duplicación de la distancia desde la fuente esférica, la fuerza de vibración de las partículas de aire cae en 6 dB (cuatro veces en potencia). (figura 5).

Higo. 5. La energía de una onda de sonido esférica se distribuye sobre un área creciente del frente de onda, por lo que la presión del sonido pierde 6 dB con cada duplicación de la distancia desde la fuente.

Encontrarse con un obstáculo en su camino, parte de la energía de una onda sonora pasa a través de las paredes, parte absorbido dentro de las paredes, y parte reflejado de vuelta al interior de la habitación. La energía de la onda sonora reflejada y absorbida es igual a la energía de la onda sonora incidente. En diversos grados, los tres tipos de distribución de energía sonora están presentes en casi todos los casos.
(figura 6).

Higo. 6. Reflexión y absorción de la energía sonora

La onda sonora reflejada, habiendo perdido algo de energía, cambiará de dirección y se propagará hasta llegar a otras superficies de la habitación, desde donde volverá a reflejarse, perdiendo algo más de energía, etc. Esto continuará hasta que la energía de la onda de sonido finalmente se extinga.

El reflejo de una onda de sonido se produce según las leyes de la óptica geométrica. Las sustancias de alta densidad (hormigón, metal, etc.) reflejan bien el sonido. Hay varias razones para la absorción de una onda de sonido. Una onda de sonido gasta su energía en las vibraciones del propio obstáculo y en las vibraciones del aire en los poros de la capa superficial del obstáculo. Se deduce que los materiales porosos (fieltro, gomaespuma, etc.) absorben fuertemente el sonido. Una sala llena de espectadores tiene más absorción de sonido que una vacía. El grado de reflexión y absorción del sonido por una sustancia se caracteriza por los coeficientes de reflexión y absorción. Estos factores pueden variar de cero a uno. Un factor de uno indica una perfecta reflexión o absorción del sonido.

Si la fuente de sonido está ubicada en la habitación, entonces el oyente recibe no solo energía directa, sino también energía sonora reflejada desde varias superficies. El volumen del sonido en una habitación depende de la potencia de la fuente de sonido y de la cantidad de material absorbente de sonido. Cuanto más material absorbente de sonido se coloque en la habitación, menor será el volumen del sonido.

Después de que la fuente de sonido se apaga debido a los reflejos de la energía del sonido de varias superficies, existe un campo de sonido durante algún tiempo. El proceso de atenuación gradual del sonido en habitaciones cerradas después de apagar su fuente se llama reverberación. La duración de la reverberación se caracteriza por el llamado. tiempo de reverberación, es decir el tiempo durante el cual la intensidad del sonido disminuye en 10 6 veces y su nivel en 60 dB . Por ejemplo, si el sonido de una orquesta en una sala de conciertos alcanza los 100 dB con un nivel de ruido de fondo de unos 40 dB, los acordes finales de la orquesta, al decaer, se disolverán en ruido cuando su nivel baje unos 60 dB. El tiempo de reverberación es el factor más importante para determinar la calidad acústica de una habitación. Cuanto mayor sea el volumen de la habitación y menor sea la absorción en las superficies limitantes, mayor será.

La cantidad de tiempo de reverberación afecta el grado de inteligibilidad del habla y la calidad del sonido de la música. Si el tiempo de reverberación es demasiado largo, el habla se vuelve ilegible. Si el tiempo de reverberación es demasiado corto, el habla es inteligible, pero el sonido de la música se vuelve antinatural. El tiempo de reverberación óptimo, dependiendo del volumen de la habitación, es de aproximadamente 1 a 2 s.

Las principales características del sonido.

Velocidad de sonido en el aire equivale a 332,5 m / sa 0 ° С. A temperatura ambiente (20 ° C), la velocidad del sonido es de aproximadamente 340 m / s. La velocidad del sonido se indica con el símbolo " de ».

Frecuencia.Los sonidos percibidos por el analizador auditivo humano forman una gama de frecuencias de audio. En general, se acepta que este rango está limitado a frecuencias de 16 a 20,000 Hz. Estos límites son bastante arbitrarios, lo que está asociado con las características individuales de la audición de las personas, los cambios relacionados con la edad en la sensibilidad del analizador auditivo y el método de registro de las sensaciones auditivas. Una persona puede distinguir un cambio de frecuencia del 0,3% a una frecuencia del orden de 1 kHz.

El concepto físico de sonido abarca frecuencias de vibración tanto audibles como inaudibles. Las ondas sonoras con una frecuencia inferior a 16 Hz se denominan convencionalmente infrasonido, por encima de 20 kHz - ultrasonido . La región de frecuencias infrasónicas desde abajo es prácticamente ilimitada: en la naturaleza hay vibraciones infrasónicas con frecuencias de décimas y centésimas de Hz. .

El rango de sonido se divide convencionalmente en varios rangos más estrechos (Tabla 1).

tabla 1

El rango de frecuencias de audio se divide convencionalmente en subbandas.

Intensidad de sonido(W / m 2) se determina por la cantidad de energía transportada por la onda por unidad de tiempo a través de una unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación de la onda. El oído humano percibe el sonido en un rango de intensidad muy amplio: desde los sonidos audibles más débiles hasta los más fuertes, por ejemplo, creados por el motor de un avión a reacción.

La intensidad mínima del sonido a la que se produce una sensación auditiva se denomina umbral auditivo. Depende de la frecuencia del sonido (Fig. 7). El oído humano tiene la mayor sensibilidad al sonido en el rango de frecuencia de 1 a 5 kHz, respectivamente, y el umbral de percepción auditiva aquí tiene el valor más bajo de 10-12 W / m 2. Este valor se toma como nivel de audibilidad cero. Bajo la acción de ruidos y otros estímulos de sonido, el umbral de audición para un sonido dado aumenta (el enmascaramiento de sonido es un fenómeno fisiológico, lo que significa que cuando se perciben simultáneamente dos o más sonidos de diferente volumen, los sonidos más silenciosos dejan de ser audibles), y el valor aumentado permanece por algún tiempo después terminación del factor de interferencia, y luego regresa gradualmente a su nivel original. En diferentes personas y en las mismas personas en diferentes momentos, el umbral de audición puede diferir según la edad, el estado fisiológico y la forma física.

Higo. 7. Dependencia de la frecuencia del umbral auditivo estándar
señal sinusoidal

Los sonidos de alta intensidad provocan un dolor punzante en los oídos. La intensidad mínima del sonido a la que hay una sensación de dolor opresivo en los oídos (~ 10 W / m2) se denomina umbral de dolor. Al igual que el umbral auditivo, el umbral del dolor depende de la frecuencia de las vibraciones sonoras. Los sonidos que se acercan al umbral del dolor son perjudiciales para la audición.

La sensación de sonido normal es posible si la intensidad del sonido se encuentra entre el umbral de audición y el umbral de dolor.

Es conveniente evaluar el sonido por el nivel ( L) intensidad (presión sonora), calculada mediante la fórmula:

dónde J 0 - umbral auditivo, J -intensidad sonora (tabla 2).

Tabla 2

Caracterización del sonido por intensidad y su valoración por el nivel de intensidad relativo al umbral de percepción auditiva

Característica de sonido	Intensidad (W / m 2)	Nivel de intensidad relativo al umbral auditivo (dB)
Umbral auditivo	10 -12
Sonidos cardíacos generados a través de un estetoscopio	10 -11
Susurro	10 -10 –10 -9	20–30
Sonidos del habla durante una conversación tranquila	10 -7 –10 -6	50–60
Ruido asociado con tráfico pesado	10 -5 –10 -4	70–80
El ruido generado por un concierto de música rock	10 -3 –10 -2	90–100
Ruido cerca de un motor de avión en funcionamiento	0,1–1,0	110–120
Umbral del dolor

Nuestros audífonos son capaces de capturar un rango dinámico enorme. Los cambios en la presión del aire causados \u200b\u200bpor los sonidos audibles más bajos son del orden de 2 × 10 -5 Pa. Al mismo tiempo, la presión sonora con un nivel cercano al umbral del dolor para nuestros oídos es de unos 20 Pa. Como resultado, la relación entre los sonidos más silenciosos y más fuertes que nuestros audífonos pueden percibir es 1: 1,000,000. Es bastante inconveniente medir tales señales de diferente nivel en una escala lineal.

Para comprimir un rango dinámico tan amplio, se introdujo el concepto de "bel". Bel es el logaritmo simple de la razón de dos grados; un decibelio es igual a una décima parte de un bel.

Para expresar la presión acústica en decibelios, debe elevar al cuadrado la presión (en pascales) y dividirla por el cuadrado de la presión de referencia. Por conveniencia, la elevación al cuadrado de las dos presiones se realiza fuera del logaritmo (que es una propiedad de los logaritmos).

Para convertir la presión acústica en decibelios, se aplica la fórmula:

donde: P es la presión acústica que nos interesa; P 0 - presión inicial.

Cuando se toma 2 × 10 -5 Pa como presión de referencia, la presión sonora, expresada en decibelios, se denomina nivel de presión sonora (SPL - del nivel de presión sonora en inglés). Por tanto, una presión sonora igual a 3 Pensilvania, es equivalente a un nivel de presión sonora de 103,5 dB, por lo tanto:

El rango dinámico acústico mencionado anteriormente se puede expresar en decibelios como los siguientes niveles de presión sonora: desde 0 dB para los sonidos más bajos, 120 dB para los sonidos en el nivel del umbral del dolor, hasta 180 dB para los sonidos más fuertes. A 140 dB, se siente un dolor severo, a 150 dB, se produce daño en el oído.

Volumen de sonido, una cantidad que caracteriza la sensación auditiva de un sonido dado. El volumen del sonido depende en gran medida de presión sonora (o intensidad del sonido), frecuencias y modos de vibración. A una frecuencia y modo de vibración constantes, el volumen del sonido aumenta al aumentar la presión del sonido (Fig. 8). El volumen del sonido de una frecuencia determinada se estima comparándolo con el volumen de un tono simple con una frecuencia de 1000 Hz. El nivel de presión sonora (en dB) de un tono puro con una frecuencia de 1000 Hz, tan alto (en comparación con el oído) como el sonido que se está midiendo, se denomina nivel de sonoridad de este sonido (en telones de fondo) (fig. 8).

Higo. 8. Curvas de igual volumen: dependencia del nivel de presión acústica (en dB) de la frecuencia a un volumen dado (en fondos).

Espectro de sonido.

La naturaleza de la percepción del sonido por los órganos auditivos depende de su espectro de frecuencias.

El ruido tiene un espectro continuo, es decir las frecuencias de las oscilaciones sinusoidales simples contenidas en ellos forman una serie continua de valores que llenan completamente un cierto intervalo.

Los sonidos musicales (tonales) tienen un espectro de frecuencia lineal. Las frecuencias de sus oscilaciones armónicas simples constituyentes forman una serie de valores discretos.

Cada vibración armónica se llama tono (tono simple). El tono depende de la frecuencia: cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el tono. El tono percibido de un sonido está determinado por su frecuencia. Un cambio suave en la frecuencia de las vibraciones del sonido de 16 a 20,000 Hz se percibe primero como un zumbido de baja frecuencia, luego como un silbido, que gradualmente se convierte en un chirrido.

El tono fundamental de un sonido musical complejo es el tono correspondiente a la frecuencia más baja de su espectro. Los tonos correspondientes al resto del espectro se denominan armónicos. Si las frecuencias de los armónicos son múltiplos de la frecuencia f ® del tono fundamental, entonces los armónicos se llaman armónicos, y el tono fundamental con la frecuencia f ® se llama el primer armónico, el armónico con la siguiente frecuencia más alta 2f ® - el segundo armónico, etc.

Los sonidos musicales con el mismo tono pueden diferir en el timbre. El timbre está determinado por la composición de los armónicos: sus frecuencias y amplitudes, así como la naturaleza del aumento de amplitudes al comienzo del sonido y su decadencia al final del sonido.

Información similar.

2.2 Ondas sonoras y sus propiedades

El sonido son vibraciones mecánicas que se propagan en un medio elástico: aire, agua, sólido, etc.

La capacidad de una persona para percibir vibraciones elásticas, para escucharlas, se refleja en el nombre de la doctrina del sonido: la acústica.

En general, el oído humano escucha el sonido solo cuando vibraciones mecánicas con una frecuencia de al menos 16 Hz pero no superior a 20.000 Hz actúan sobre el audífono del oído. Las vibraciones con frecuencias más bajas o más altas son inaudibles para el oído humano.

Que el aire es conductor del sonido fue probado por la experiencia de Robert Boyle en 1660. Si se coloca un cuerpo que suena, por ejemplo una campana eléctrica, debajo de la campana de una bomba de aire, a medida que se bombea el aire por debajo, el sonido se debilitará y finalmente se detendrá.

Durante sus vibraciones, el cuerpo comprime alternativamente la capa de aire adyacente a su superficie, luego, por el contrario, crea una rarefacción en esta capa. Así, la propagación del sonido en el aire comienza con fluctuaciones en la densidad del aire en la superficie de un cuerpo oscilante.

El proceso de propagación de vibraciones en el espacio a lo largo del tiempo se denomina onda. La longitud de onda es la distancia entre las dos partículas más cercanas del medio, que se encuentran en el mismo estado.

La cantidad física igual a la relación entre la longitud de onda y el período de oscilación de sus partículas se llama velocidad de onda.

Se fuerzan las oscilaciones de las partículas del medio en el que se propaga la onda. Por lo tanto, su período es igual al período de oscilaciones del excitador de onda. Sin embargo, la velocidad de propagación de ondas en diferentes medios es diferente.

Los sonidos son diferentes. Distinguimos fácilmente entre el silbido y el ritmo del tambor, la voz masculina (bajo) de la femenina (soprano).

Se dice que algunos sonidos son de tono bajo, otros los llamamos sonidos de tono alto. El oído puede distinguirlos fácilmente. El sonido producido por el bombo es un sonido de tono bajo, los silbidos son un sonido de tono alto.

Las mediciones simples (barrido de vibración) muestran que los sonidos de tonos bajos son vibraciones de baja frecuencia en una onda de sonido. Un sonido agudo corresponde a una alta frecuencia de vibración. La frecuencia de vibración en una onda de sonido determina el tono del sonido.

Existen fuentes de sonido específicas que emiten una sola frecuencia, el llamado tono puro. Estos son diapasones de varios tamaños: dispositivos simples en forma de varillas de metal curvas con patas. Cuanto más grande es el diapasón, más bajo es el sonido que emite cuando se golpea.

Si toma varios diapasones de diferentes tamaños, no será difícil colocarlos de oído en orden de tono creciente. Por lo tanto, se ubicarán en tamaño: el diapasón más grande da un sonido bajo y el más pequeño, el más alto.

Los sonidos del mismo tono pueden ser de diferentes volúmenes. El volumen de un sonido está relacionado con la energía de vibración en la fuente y en la onda. La energía de vibración está determinada por la amplitud de vibración. Por tanto, la sonoridad depende de la amplitud de la vibración.

El hecho de que la propagación de ondas sonoras no se produzca instantáneamente se puede ver a partir de las observaciones más simples. Si en la distancia se produce una tormenta, un disparo, una explosión, el silbido de una locomotora de vapor, un golpe de hacha, etc., al principio todos estos fenómenos son visibles y solo entonces, después de un tiempo, se escucha un sonido.

Como cualquier onda, una onda de sonido se caracteriza por la velocidad de propagación de las oscilaciones en ella.

La velocidad del sonido es diferente en diferentes entornos. Por ejemplo, en el hidrógeno, la velocidad de propagación de las ondas sonoras de cualquier longitud es 1284 m / s, en el caucho - 1800 m / sy en el hierro - 5850 m / s.

Ahora la acústica, como campo de la física, considera una gama más amplia de vibraciones elásticas, desde la más baja hasta la más alta, hasta 1012 - 1013 Hz. Las ondas de sonido inaudibles para los humanos con frecuencias inferiores a 16 Hz se denominan infrasonidos, las ondas de sonido con frecuencias de 20,000 Hz a 109 Hz se denominan ultrasonidos y las vibraciones con frecuencias superiores a 109 Hz se denominan hipersonidos.

Hay muchos usos para estos sonidos inaudibles.

Los ultrasonidos y los infrasonidos juegan un papel muy importante en el mundo de los vivos. Por ejemplo, los peces y otros animales marinos son sensibles a las ondas infrasónicas generadas por las mareas de tormenta. Por lo tanto, perciben el acercamiento de una tormenta o ciclón de antemano y nadan hacia un lugar más seguro. El infrasonido es un componente de los sonidos del bosque, el mar, la atmósfera.

Cuando los peces se mueven, se crean vibraciones infrasónicas elásticas que se propagan en el agua. Estas vibraciones las sienten bien los tiburones durante muchos kilómetros y nadan hacia sus presas.

Los ultrasonidos pueden ser emitidos y percibidos por animales como perros, gatos, delfines, hormigas, murciélagos, etc. Los murciélagos emiten sonidos cortos y agudos durante el vuelo. En su vuelo, se guían por los reflejos de estos sonidos de los objetos encontrados en el camino; incluso pueden atrapar insectos, guiados solo por los ecos de sus pequeñas presas. Los gatos y los perros pueden escuchar silbidos muy agudos (ultrasonidos).

El eco es una onda reflejada por cualquier obstáculo y recibida por el observador. El oído percibe el eco de sonido por separado de la señal principal. El fenómeno del eco se basa en el método de determinar las distancias a varios objetos y detectar sus ubicaciones. Supongamos que una señal de sonido es emitida por alguna fuente de sonido y el momento de su emisión es fijo. El sonido encontró algún tipo de obstáculo, rebotó en él, regresó y fue recibido por el receptor de sonido. Si se midió el intervalo de tiempo entre los momentos de emisión y recepción, entonces es fácil encontrar la distancia al obstáculo. En el tiempo medido t, el sonido recorrió la distancia 2s, donde s es la distancia al obstáculo, y 2s es la distancia desde la fuente de sonido al obstáculo y desde el obstáculo al receptor de sonido.

Esta fórmula se puede utilizar para encontrar la distancia al reflector de señal. Pero también necesita saber dónde está, en qué dirección de la fuente lo recibió la señal. Mientras tanto, el sonido viaja en todas direcciones y la señal reflejada podría provenir de diferentes direcciones. Para evitar esta dificultad, no se usa un sonido ordinario, sino ultrasonido.

La característica principal de las ondas ultrasónicas es que pueden hacerse direccionales, propagándose en una determinada dirección desde la fuente. Gracias a esto, mediante el reflejo del ultrasonido, no solo se puede encontrar la distancia, sino también averiguar dónde está el objeto que los reflejó. Esto puede, por ejemplo, medir la profundidad del mar debajo de un barco.

Los radares de sonido le permiten detectar y localizar diversos daños en los productos, por ejemplo, huecos, grietas, inclusiones extrañas, etc. En medicina, el ultrasonido se utiliza para detectar diversas anomalías en el cuerpo del paciente: tumores, distorsiones de la forma de los órganos o sus partes, etc. Cuanto más corta sea la longitud de onda ultrasónica, menor será el tamaño de las partes detectadas. El ultrasonido también se usa para tratar ciertas enfermedades.

Ocean Acoustics

El segundo tipo de movimiento del agua de mar, poco conocido para los no especialistas, son las ondas internas. Aunque se han descubierto en el océano durante mucho tiempo, a finales del siglo XIX y XX. (La expedición de Nansen en el Fram y el trabajo de Ekman, quien explicó las observaciones de los marineros) ...

Ocean Acoustics

Ahora sobre las olas superficiales, sobre la aspereza del mar. Quizás no exista otro fenómeno en el mar que sea tan conocido. Desde antiguos navegantes y filósofos hasta artistas y poetas contemporáneos, desde un viejo abuelo ...

Las ondas de De Broglie y su interpretación física.

Calculemos la velocidad de propagación de grupo de las ondas de De Broglie, ya que en todos los casos, la velocidad de fase y de grupo, la velocidad de fase será (6) Dado que, entonces la velocidad de fase de las ondas de De Broglie es mayor que la velocidad de la luz en el vacío ...

Estudio de ondas sonoras

Se sabe que el sonido se propaga en el espacio solo en presencia de algún medio elástico. El medio es necesario para la transmisión de vibraciones desde una fuente de sonido a un receptor, por ejemplo, a un oído humano. En otras palabras...

El estudio de las ondas mecánicas comienza con la formación de conceptos generales de movimiento ondulatorio. El estado de movimiento oscilatorio se transmite de un cuerpo oscilante a otro en presencia de una conexión entre ellos ...

Aplicación de ondas electromagnéticas.

Una onda es una oscilación que se propaga en el espacio a lo largo del tiempo. La característica más importante de una ola es su velocidad. Las ondas de cualquier naturaleza no se propagan instantáneamente en el espacio. Su velocidad es finita ...

Desarrollo de óptica

Huygens dio el siguiente paso en el desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz. En esencia, creó la teoría ondulatoria de la luz y explicó en base a ella todos los fenómenos conocidos en ese momento. Por primera vez, Marty expresó la idea de la naturaleza ondulatoria de la luz en 1648 y en 1665.

Las ondas descritas anteriormente son causadas por fuerzas elásticas, pero también hay ondas, cuya formación se debe a la fuerza de la gravedad. Las ondas que se propagan sobre la superficie de un líquido no son ni longitudinales ...

Los fundamentos físicos del sonido.

El sonido es objeto de sensaciones auditivas, por tanto, es evaluado por una persona también subjetivamente. Al percibir los tonos, una persona los distingue en altura. El tono es una característica subjetiva debido principalmente a la frecuencia del tono principal ...

Características del movimiento corporal

2.1 Cinemática del movimiento oscilatorio Preguntas de prueba 1. Las oscilaciones son procesos con cierta repetición en el tiempo. Vibraciones armónicas: vibraciones que se producen de acuerdo con la ley del seno y el coseno ...

Ondas electromagnéticas y sus propiedades.

Las ondas electromagnéticas son la propagación de campos electromagnéticos en el espacio y el tiempo. Como se señaló anteriormente, la existencia de ondas electromagnéticas fue predicha teóricamente por el gran físico inglés J.

El canto de los pájaros, el sonido de la lluvia y el viento, el retumbar del trueno, la música, todo lo que escuchamos se considera sonido.

Científicamente hablando, el sonido es un fenómeno físico que se vibraciones mecánicas que se propagan en medios sólidos, líquidos y gaseosos.... También provocan sensaciones auditivas.

Cómo aparece la onda de sonido

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Todos los sonidos se propagan en forma de ondas elásticas. Y las ondas surgen bajo la influencia de fuerzas elásticas que aparecen cuando el cuerpo se deforma. Estas fuerzas buscan devolver el cuerpo a su estado original. Por ejemplo, una cuerda estirada no suena cuando está parada. Pero sólo hay que llevarlo a un lado, ya que bajo la influencia de la fuerza de la elasticidad tenderá a tomar su posición original. Al vibrar, se convierte en fuente de sonido.

La fuente de sonido puede ser cualquier cuerpo oscilante, por ejemplo, una placa delgada de acero fijada en un lado, aire en un instrumento musical de viento, cuerdas vocales humanas, una campana, etc.

¿Qué sucede en el aire cuando se produce un bamboleo?

Como cualquier gas, el aire es elástico. Resiste la compresión e inmediatamente comienza a expandirse cuando la presión disminuye. Cualquier presión sobre él, se transfiere uniformemente en diferentes direcciones.

Si el aire se comprime bruscamente con la ayuda del pistón, la presión aumentará inmediatamente en este lugar. Se transferirá inmediatamente a las capas de aire vecinas. Se encogerán y la presión en ellos aumentará y en la capa anterior disminuirá. Entonces, a lo largo de la cadena, las zonas alternas de alta y baja presión se transmiten más.

Doblándose hacia los lados alternativamente, la cuerda que suena comprime el aire, primero en una dirección y luego en la dirección opuesta. En la dirección en la que la cuerda se ha desviado, la presión se vuelve más alta que la atmosférica en algún valor. En el lado opuesto, la presión disminuye en la misma cantidad, ya que el aire se enrarece allí. La compresión y la rarefacción se alternarán y se extenderán en diferentes direcciones, haciendo que el aire vibre. Estas vibraciones se llaman onda de sonido ... Y la diferencia entre la presión atmosférica y la presión en la capa de compresión o enrarecimiento del aire se llama acústico, o presión sonora.

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Una onda de sonido se propaga no solo en el aire, sino también en medios líquidos y sólidos. Por ejemplo, el agua conduce perfectamente el sonido. Escuchamos el impacto de una piedra bajo el agua. El ruido de las hélices de la nave de superficie es captado por la acústica del submarino. Si colocamos un reloj de pulsera mecánico en un extremo de una tabla de madera, entonces, poniendo nuestra oreja en el extremo opuesto de la tabla, escucharemos su tictac.

¿Los sonidos serán diferentes en el vacío? El físico, químico y teólogo inglés Robert Boyle, que vivió en el siglo XVII, puso el reloj en un recipiente de vidrio del que evacuó el aire. No escuchó el tic-tac del reloj. Esto significaba que las ondas sonoras no se propagaban en espacios sin aire.

Características de las ondas sonoras

La forma de las vibraciones del sonido depende de la fuente de sonido. Las oscilaciones uniformes o armónicas tienen la forma más simple. Se pueden representar como sinusoides. Dichas oscilaciones se caracterizan por la amplitud, la longitud de onda y la frecuencia de propagación de las oscilaciones.

Amplitud

Amplitud en el caso general, se llama la desviación máxima del cuerpo de la posición de equilibrio.

Dado que una onda de sonido consta de áreas alternas de alta y baja presión, a menudo se considera como un proceso de propagación de fluctuaciones de presión. Por tanto, hablan de amplitud de la presión del aire en la ola.

El volumen del sonido depende de la amplitud. Cuanto más grande es, más fuerte es el sonido.

Cada sonido del habla humana tiene una forma de vibración que sólo le es peculiar. Entonces, la forma de vibración del sonido "a" difiere de la forma de vibración del sonido "b".

Periodo y frecuencia de onda

El número de vibraciones por segundo se llama frecuencia de onda .

f \u003d 1 / T

dónde T - período de fluctuaciones. Este es un período de tiempo durante el cual ocurre una oscilación completa.

Cuanto más largo sea el período, menor será la frecuencia y viceversa.

La unidad de medida de la frecuencia en el sistema SI internacional es hercios (Hz) 1 Hz es una vibración por segundo.

1 Hz \u003d 1 s -1.

Por ejemplo, una frecuencia de 10 Hz significa 10 vibraciones por segundo.

1,000 Hz \u003d 1 kHz

El tono depende de la frecuencia de vibración. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el tono del sonido.

El oído humano no puede percibir todas las ondas sonoras, sino solo aquellas que tienen una frecuencia de 16 a 20.000 Hz. Son estas ondas las que se consideran sonido. Las ondas con una frecuencia inferior a 16 Hz se denominan infrasónicas y superiores a 20,000 Hz se denominan ultrasónicas.

Una persona no percibe ondas infrasónicas ni ultrasónicas. Pero los animales y las aves pueden escuchar ultrasonidos. Por ejemplo, la mariposa común distingue los sonidos con una frecuencia de 8,000 a 160,000 Hz. El rango percibido por los delfines es aún más amplio, oscila entre 40 y 200 mil Hz.

Longitud de onda

Longitud de onda se refiere a la distancia entre los dos puntos más cercanos de una onda armónica que están en la misma fase, por ejemplo, entre dos crestas. Denotado como ƛ .

Durante un tiempo igual a un período, la onda recorre una distancia igual a su longitud.

Velocidad de propagación de olas

v = ƛ / T

Como T \u003d 1 / f,

luego v \u003d ƛ f

Velocidad de sonido

Los intentos de determinar la velocidad del sonido mediante experimentos se realizaron en la primera mitad del siglo XVII. El filósofo inglés Francis Bacon en su obra "New Organon" propuso su propia forma de resolver este problema, basada en la diferencia en las velocidades de la luz y el sonido.

Se sabe que la velocidad de la luz es mucho más alta que la velocidad del sonido. Por lo tanto, durante una tormenta, primero vemos un relámpago y solo entonces oímos truenos. Conociendo la distancia entre la fuente de luz y sonido y el observador, así como el tiempo entre el destello de luz y el sonido, puede calcular la velocidad del sonido.

La científica francesa Maren Marsenne aprovechó la idea de Bacon. Un observador a cierta distancia de la persona que disparaba con el mosquete registró el tiempo transcurrido desde el destello de luz hasta el sonido del disparo. Luego, la distancia se dividió entre el tiempo y se obtuvo la velocidad del sonido. Según los resultados del experimento, la velocidad resultó ser de 448 m / s. Esta fue una estimación aproximada.

A principios del siglo XIX, un grupo de científicos de la Academia de Ciencias de París repitió esta experiencia. Según sus cálculos, la velocidad de la luz era de 350-390 m / s. Pero esta cifra tampoco era exacta.

En teoría, Newton intentó calcular la velocidad de la luz. Basó sus cálculos en la ley de Boyle-Mariotte, que describía el comportamiento del gas en isoterma proceso (a temperatura constante). Y esto sucede cuando el volumen de gas cambia muy lentamente, logrando darle al ambiente el calor que surge en él.

Newton, por otro lado, asumió que entre las regiones de compresión y rarefacción, la temperatura se nivela rápidamente. Pero estas condiciones no están presentes en la onda de sonido. El aire no conduce bien el calor y la distancia entre las capas de compresión y rarefacción es grande. El calor de la capa de compresión no tiene tiempo para transferirse a la capa de rarefacción. Y entre ellos hay una diferencia de temperatura. Por lo tanto, los cálculos de Newton resultaron ser incorrectos. Dieron una cifra de 280 m / s.

El científico francés Laplace pudo explicar que el error de Newton fue que una onda de sonido se propaga en el aire en adiabático condiciones a diferentes temperaturas. Según los cálculos de Laplace, la velocidad del sonido en el aire a una temperatura de 0 ° C es 331,5 m / s. Además, aumenta con el aumento de temperatura. Y cuando la temperatura suba a 20 ° C, ya será igual a 344 m / s.

Las ondas sonoras viajan a diferentes velocidades en diferentes entornos.

Para gases y líquidos, la velocidad del sonido se calcula mediante la fórmula:

dónde de -velocidad de sonido,

β - compresibilidad adiabática del medio,

ρ - densidad.

Como puede verse en la fórmula, la velocidad depende de la densidad y compresibilidad del medio. Es menos en el aire que en el líquido. Por ejemplo, en agua a una temperatura de 20 ° C, es igual a 1484 m / s. Además, cuanto mayor es la salinidad del agua, más rápido se propaga el sonido en ella.

La velocidad del sonido en el agua se midió por primera vez en 1827. Este experimento recordaba un poco la medición de la velocidad de la luz realizada por Maren Marsen. Se bajó una campana de un bote al agua. A una distancia de más de 13 km del primer bote estaba el segundo. En el primer bote, se tocó la campana mientras se prendía fuego a la pólvora. En el segundo barco se registró la hora del destello y luego la hora de llegada del sonido de la campana. Al dividir la distancia por el tiempo, obtuvimos la velocidad de una onda de sonido en el agua.

El sonido tiene la mayor velocidad en un entorno sólido. Por ejemplo, en acero alcanza más de 5000 m / s.