Javlja se u plinovitim, tekućim i čvrstim podlogama, koje on, dospjevši do ljudskih organa sluha, doživljava kao zvuk. Učestalost tih valova kreće se od 20 do 20 000 vibracija u sekundi. Dajmo formule za zvučni val i detaljnije razmotrimo njegova svojstva.

Zašto postoji zvučni val?

Mnogi se ljudi pitaju što je zvučni val. Priroda zvuka leži u pojavi poremećaja u elastičnom mediju. Primjerice, kada se u određenom volumenu zraka dogodi poremećaj tlaka u obliku kompresije, to područje ima tendenciju širenja u svemiru. Ovaj postupak dovodi do kompresije zraka u područjima uz izvor, koja se također imaju tendenciju širenja. Ovaj postupak pokriva sve više i više prostora dok ne dosegne prijemnik, na primjer, ljudsko uho.

Opće karakteristike zvučnih valova

Razmotrite pitanja što je zvučni val i kako ga ljudsko uho percipira. Zvučni je val uzdužni; kad uđe u konhu, uzrokuje titranje ušne membrane s određenom frekvencijom i amplitudom. Također je moguće prikazati te fluktuacije kao periodične promjene tlaka u mikro-volumenu zraka uz membranu. Prvo se povećava u odnosu na normalni atmosferski tlak, a zatim smanjuje, poštujući matematičke zakone harmonijskog gibanja. Amplituda promjena u kompresiji zraka, odnosno razlika između maksimalnog ili minimalnog tlaka stvorenog zvučnim valom s atmosferskim tlakom proporcionalna je amplitudi samog zvučnog vala.

Mnogi fizikalni eksperimenti pokazali su da su maksimalni pritisci koje ljudsko uho može opaziti, a da mu ne našteti, 2800 μN / cm 2. Za usporedbu, recimo da je atmosferski tlak u blizini zemljine površine 10 milijuna μN / cm 2. Uzimajući u obzir proporcionalnost tlaka i amplitudu oscilacija, možemo reći da je potonja vrijednost beznačajna čak i za najjače valove. Ako govorimo o duljini zvučnog vala, tada će za frekvenciju od 1000 vibracija u sekundi to biti tisućinka centimetra.

Najslabiji zvukovi stvaraju fluktuacije tlaka reda veličine 0,001 μN / cm 2, odgovarajuća amplituda vala za frekvenciju od 1000 Hz iznosi 10 -9 cm, dok je prosječni promjer molekula zraka 10 -8 cm, odnosno ljudsko je uho izuzetno osjetljiv organ.

Pojam intenziteta zvučnih valova

S geometrijskog gledišta zvučni val su vibracije određenog oblika, dok je s fizičkog gledišta glavno svojstvo zvučnih valova njihova sposobnost prijenosa energije. Najvažniji primjer prijenosa energije valova je sunce čiji zračeni elektromagnetski valovi pružaju energiju cijelom našem planetu.

Intenzitet zvučnog vala u fizici definira se kao količina energije koju val prenosi kroz jedinicu površine koja je okomita na širenje vala i po jedinici vremena. Ukratko, intenzitet vala je njegova snaga prenesena na jedinicu površine.

Snaga zvučnih valova obično se mjeri u decibelima koji se temelje na logaritamskoj ljestvici prikladnoj za praktičnu analizu rezultata.

Intenzitet raznih zvukova

Sljedeća skala decibela daje ideju o značenju različitih i osjećajima koje izaziva:

• prag neugodnih i neugodnih osjeta kreće se od 120 decibela (dB);
• čekić za zakivanje stvara 95 dB buke;
• brzi vlak - 90 dB;
• ulica s gustim automobilskim prometom - 70 dB;
• glasnoća normalnog razgovora među ljudima - 65 dB;
• moderan automobil koji se kreće umjerenom brzinom stvara buku od 50 dB;
• prosječna glasnoća radija - 40 dB;
• tihi razgovor - 20 dB;
• buka lišća drveća - 10 dB;
• minimalni prag osjetljivosti zvuka kod ljudi je blizu 0 dB.

Osjetljivost ljudskog uha ovisi o frekvenciji zvuka i maksimalna je vrijednost za zvučne valove s frekvencijom 2000-3000 Hz. Za zvuk u ovom frekvencijskom opsegu, donji prag ljudske osjetljivosti je 10 -5 dB. Više i niže frekvencije od navedenog intervala dovode do povećanja donjeg praga osjetljivosti na takav način da osoba čuje frekvencije blizu 20 Hz i 20 000 Hz samo kada je njihov intenzitet nekoliko desetaka dB.

Što se tiče gornjeg praga intenziteta, nakon kojeg zvuk počinje stvarati neugodnosti za osobu, pa čak i bolne senzacije, treba reći da on praktički ne ovisi o frekvenciji i nalazi se u rasponu od 110-130 dB.

Geometrijske karakteristike zvučnog vala

Stvarni zvučni val je složeni oscilacijski paket uzdužnih valova koji se može razgraditi u jednostavne harmoničke oscilacije. Svaka takva vibracija s geometrijskog je gledišta opisana sljedećim karakteristikama:

1. Amplituda je maksimalno odstupanje svakog odsječka vala od ravnoteže. Za ovu vrijednost oznaka A.
2. Razdoblje. Ovo je vrijeme tijekom kojeg se jednostavni val potpuno zamahne. Nakon tog vremena svaka točka vala počinje ponavljati vlastiti oscilacijski proces. Razdoblje se obično označava slovom T i u sustavu SI mjeri u sekundama.
3. Frekvencija. Ovo je fizička veličina koja pokazuje koliko titraja daje val u sekundi. Odnosno, u svom je značenju to recipročno razdoblje. Označena je f. Za frekvenciju zvučnog vala, formula za njegovo određivanje kroz period je sljedeća: f \u003d 1 / T.
4. Valna duljina je udaljenost koju prijeđe u jednom razdoblju oscilacija. Geometrijski, valna duljina je udaljenost između dva najbliža maksimuma ili dva najbliža najniža nivoa na sinusnoj krivulji. Duljina oscilacija zvučnog vala je udaljenost između najbližih područja kompresije zraka ili najbližih mjesta njegovog razrjeđivanja u prostoru u kojem se val kreće. Obično se označava grčkim slovom λ.
5. Brzina širenja zvučnog vala je udaljenost na koju se proteže područje kompresije ili područje pražnjenja vala u jedinici vremena. Ova vrijednost označena je slovom v. Za brzinu zvučnog vala formula je: v \u003d λ * f.

Geometrija čistog zvučnog vala, to jest vala konstantne čistoće, pokorava se sinusnom zakonu. Općenito, formula zvučnog vala je: y \u003d A * sin (ωt), gdje je y vrijednost koordinate zadane točke vala, t je vrijeme, ω \u003d 2 * pi * f je frekvencija cikličkih oscilacija.

Aperiodični zvuk

Mnogi se izvori zvuka mogu smatrati periodičnim, na primjer, zvuk s glazbenih instrumenata poput gitare, klavira, flaute, ali postoji i velik broj zvukova u prirodi koji su aperiodični, odnosno zvučne vibracije mijenjaju svoju frekvenciju i oblik u prostoru. Tehnički se takva vrsta zvuka naziva buka. Istaknuti primjeri aperiodičnog zvuka su gradska buka, šum mora, zvukovi s udaraljki, na primjer, iz bubnja i drugi.

Medij za širenje zvučnog vala

Za razliku od elektromagnetskog zračenja, čiji fotoni ne trebaju materijalni medij za svoje širenje, priroda zvuka je takva da je za njegovo širenje potreban određeni medij, odnosno, prema zakonima fizike, zvučni valovi ne mogu se širiti u vakuumu.

Zvuk se može širiti u plinovima, tekućinama i krutim tvarima. Glavne karakteristike zvučnog vala koji se širi u mediju su sljedeće:

• val se širi linearno;
• širi se podjednako u svim smjerovima u homogenom mediju, odnosno zvuk se odudara od izvora, tvoreći idealnu sfernu površinu.
• bez obzira na amplitudu i frekvenciju zvuka, njegovi se valovi šire u istoj brzini u danom okruženju.

Brzina zvučnih valova u raznim okruženjima

Brzina širenja zvuka ovisi o dva glavna čimbenika: o mediju u kojem val putuje i o temperaturi. Općenito vrijedi sljedeće pravilo: što je medij gušći i što je njegova temperatura viša, zvuk se u njemu brže kreće.

Primjerice, brzina širenja zvučnog vala u zraku u blizini zemljine površine na temperaturi od 20 ℃ i vlažnosti od 50% iznosi 1235 km / h ili 343 m / s. U vodi se pri određenoj temperaturi zvuk kreće 4,5 puta brže, odnosno oko 5735 km / h ili 1600 m / s. Što se tiče ovisnosti brzine zvuka o temperaturi u zraku, ona se povećava za 0,6 m / s s porastom temperature za svaki Celzijev stupanj.

Timbre i ton

Ako žica ili metalna ploča smiju slobodno vibrirati, proizvest će zvukove različitih frekvencija. Vrlo je rijetko pronaći tijelo koje bi emitiralo zvuk određene frekvencije, obično zvuk predmeta ima skup frekvencija u određenom intervalu.

Timbar zvuka određuje se brojem harmonika koji se u njemu nalaze i njihovim intenzitetima. Timbre je subjektivna vrijednost, odnosno percepcija zvučnog predmeta od strane određene osobe. Timbre obično karakteriziraju sljedeći pridjevi: visok, sjajan, zvučan, melodičan i tako dalje.

Ton je zvučni osjećaj koji mu omogućuje da se klasificira kao visok ili nizak. Ova je vrijednost također subjektivna i ne može se izmjeriti niti jednim instrumentom. Ton je povezan s objektivnom vrijednošću - frekvencijom zvučnog vala, ali između njih nema jednoznačne veze. Na primjer, za jednofrekventni zvuk konstantnog intenziteta ton se povećava s povećanjem frekvencije. Ako frekvencija zvuka ostane konstantna, a njegov intenzitet raste, ton postaje niži.

Oblik izvora zvuka

U skladu s oblikom tijela koje izvodi mehaničke vibracije i tako stvara valove, postoje tri glavne vrste:

1. Točkasti izvor. Stvara sferne zvučne valove koji se brzo raspadaju s udaljenošću od izvora (približno 6 dB ako se udaljenost od izvora udvostruči).
2. Linearni izvor. Stvara cilindrične valove čiji intenzitet propada sporije nego iz točkastog izvora (za svako udvostručavanje udaljenosti od izvora intenzitet se smanjuje za 3 dB).
3. Ravan ili dvodimenzionalni izvor. Stvara samo valove u određenom smjeru. Primjer takvog izvora bio bi klip koji se kreće u cilindru.

Elektronički izvori zvuka

Za stvaranje zvučnog vala elektronički izvori koriste se posebnom membranom (zvučnikom), koja stvara mehaničke vibracije zbog fenomena elektromagnetske indukcije. Ti izvori uključuju sljedeće:

• uređaji za reprodukciju različitih diskova (CD, DVD i drugi);
• kasetofoni;
• radio prijemnici;
• televizori i neki drugi.

1. Zvuk. Osnovne karakteristike zvučnog polja. Širenje zvuka

I. Parametri zvučnog vala

Zvučne vibracije čestica elastičnog medija složene su i mogu se prikazati kao funkcija vremena a \u003d a (t) (Slika 3.1, i).

Slika 3.

1 ... Vibracije čestica zraka.

Najjednostavniji postupak opisan je sinusoidom (slika 3.

1, b)

,

gdje maks - amplituda vibracija;w \u003d 2 p f - kutna frekvencija; f - frekvencija vibracija.

Harmonske vibracije s amplitudom maks i učestalost f se zovu ton.

Složene fluktuacije karakteriziraju efektivne vrijednosti vremenskog razdoblja T

Za sinusni postupak vrijedi sljedeća relacija

Za krivulje drugog oblika, omjer efektivne vrijednosti i maksimalne vrijednosti je od 0 do 1.

Ovisno o načinu pobude oscilacija, postoje:

· ravninski zvučni val stvorena ravnom vibracijskom površinom;

· cilindričan zvučni val, stvorena radijalno oscilirajućom bočnom površinom cilindra;

· sferna zvučni val , stvoren točkovnim izvorom oscilacija poput pulsirajuće kuglice.

Glavni parametri koji karakteriziraju zvučni val su:

· zvučni pritisak str zv, Pa;

· intenzitet zvuka Ja, W / m 2.

· valna duljina zvuka l, m;

· brzina širenja valova iz, m / s;

· frekvencija vibracija f, Hz.

Ako se oscilacije pobude u kontinuiranom mediju, tada se razilaze u svim smjerovima. Dobar primjer su vibracije vodenih valova. U tom slučaju treba razlikovati brzinu širenja mehaničkih vibracija u (u našem slučaju, vidljive poprečne vibracije vode) i brzina širenja uznemirujućeg djelovanja iz(uzdužne akustičke vibracije).

S fizičke točke gledišta, širenje vibracija sastoji se u prijenosu impulsa s jedne molekule na drugu. Zbog elastičnih međumolekularnih veza, kretanje svake od njih ponavlja kretanje prethodne. Prijenos impulsa zahtijeva određeno vrijeme, uslijed čega se kretanje molekula na mjestima promatranja događa sa zakašnjenjem u odnosu na kretanje molekula u zoni pobude oscilacija. Dakle, vibracije se šire određenom brzinom. Brzina širenja zvučnog vala izje fizičko svojstvo okoline.

Duljina vala l jednaka je duljini puta koju zvučni val pređe u jednom razdoblju T:

gdje iz - brzina zvuka , T \u003d1/ f.

Zvučne vibracije u zraku dovode do njegove kompresije i razrjeđivanja. U područjima kompresije tlak zraka se povećava, a u područjima razrjeđivanja smanjuje.Razlika između tlaka koji postoji u poremećenom okolišu str Trenutno je srijeda, i atmosferski tlak str bankomat, pozvano zvučni pritisak (Slika 3.3). U akustici je ovaj parametar glavni kroz koji se određuju svi ostali.

str zvijezda \u003d str Oženiti se - str atm. (3.1)

Slika 3.3. Zvučni pritisak

Okoliš u kojem se širi zvuk ima specifično akustička impedancija z A, koja se mjeri u Pa* s / m (ili u kg / (m 2 * c) i omjer je zvučnog tlaka str sv na brzinu titranja čestica medija u

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

gdje iz - brzina zvuka , m;r - gustoća medija, kg / m 3.

Za različite srednje vrijednosti z A su različiti.

Zvučni val je nositelj energije u smjeru svog kretanja. Količina energije koju zvučni val prenese u jednoj sekundi kroz presjek od 1 m 2 okomit na smjer kretanja naziva se intenzitet zvuka . Intenzitet zvuka određuje se omjerom zvučnog tlaka i zvučne impedancije medija Š / m 2:

Za sferni val iz izvora zvuka sa snagom W, W intenzitet zvuka na površini kugle polumjera rjednako

Ja= W / (4 strr 2),

to je intenzitet sferni val smanjuje se s povećanjem udaljenosti od izvora zvuka. Kada ravninski val intenzitet zvuka neovisan je o udaljenosti.

Cilj

Proučiti osnove teorije snimanja i reprodukcije zvuka, glavne karakteristike zvuka, metode pretvaranja zvuka, uređaj i značajke upotrebe opreme za pretvaranje i pojačavanje zvuka, stjecanje vještina u njihovoj praktičnoj primjeni.

Teorijska osnova

Po zvuku naziva se vibracijsko gibanje čestica elastičnog medija, koje se šire u obliku valova u plinovitom, tekućem ili čvrstom medijumu, koji djelujući na ljudski slušni analizator uzrokuju slušne senzacije. Izvor zvuka je oscilirajuće tijelo, na primjer: vibracije žice, vibracije ugaone vilice, pomicanje difuzora zvučnika itd.

Zvučni val je postupak usmjerenog širenja vibracija elastičnog medija iz izvora zvuka. Područje prostora u kojem se širi zvučni val naziva se zvučnim poljem. Zvučni val je izmjena kompresija i ispuštanja zraka. U području kompresije, tlak zraka prelazi atmosferski, u području vakuuma - manji od njega. Promjenjivi dio atmosferskog tlaka naziva se zvučni tlak R ... Jedinica zvučnog tlaka - Pascal ( Godišnje) (Pa \u003d N / m 2)... Oscilacije koje imaju sinusoidni oblik (slika 1.) nazivaju se harmonskim. Ako tijelo koje emitira zvuk vibrira prema sinusnom zakonu, tada se i zvučni tlak mijenja prema sinusnom zakonu. Poznato je da se bilo koja složena vibracija može prikazati kao zbroj jednostavnih harmoničkih vibracija. Skupine vrijednosti amplituda i frekvencija tih harmoničkih oscilacija nazivaju se respektivno amplitudski spektar i frekvencijski spektar.

Vibracijsko gibanje čestica zraka u zvučnom valu karakterizira niz parametara:

Razdoblje oscilacija(T), najmanji vremenski interval nakon kojeg se ponavljaju vrijednosti svih fizikalnih veličina koje karakteriziraju oscilatorno gibanje, a za to vrijeme izvodi se jedno potpuno osciliranje. Period oscilacije mjeri se u sekundama ( iz).

Učestalost oscilacija (f) , broj potpunih oscilacija u jedinici vremena.

gdje: f - frekvencija vibracija; T - razdoblje kolebanja.

Jedinica frekvencije je herc ( Hz) - jedna puna oscilacija u sekundi (1 kHz = 1000 Hz).

Lik: 1. Jednostavno harmonijsko titranje:
A je amplituda titranja, T je period oscilacije

Duljina vala (λ ), udaljenost na koju stane jedno razdoblje oscilacija. Valna duljina mjeri se u metrima ( m). Valna duljina i frekvencija titranja povezani su odnosom:

gdje iz Je li brzina širenja zvuka.

Amplituda vibracija (I) , najveće odstupanje fluktuirajuće vrijednosti od stanja mirovanja.

Faza titranja.

Zamislite krug čija je duljina jednaka udaljenosti između točaka A i Ε (slika 2) ili valne duljine na određenoj frekvenciji. Kako se ovaj krug "okreće", njegova radijalna linija na svakom pojedinom mjestu sinusoide bit će na određenoj kutnoj udaljenosti od početne točke, što će biti vrijednost faze u svakoj takvoj točki. Faza se mjeri u stupnjevima.

Kad se zvučni val sudari s površinom, djelomično se odražava pod istim kutom pod kojim pogađa ovu površinu, dok se njegova faza ne mijenja. Na sl. 3 ilustrira faznu ovisnost reflektiranih valova.

Lik: 2. Sinusni val: amplituda i faza.
Ako je opseg jednak valnoj duljini na određenoj frekvenciji (udaljenost od A do E), tada će radijalna crta ovog kruga prikazivati \u200b\u200bkut koji odgovara faznoj vrijednosti sinusoide u određenoj točki.

Lik: 3. Fazna ovisnost reflektiranih valova.
Zvučni valovi različitih frekvencija koje emitira izvor zvuka s istom fazom, nakon prolaska iste udaljenosti, dosežu površinu s drugom fazom

Zvučni val može se saviti oko prepreka ako je njegova duljina veća od dimenzija prepreke. Taj se fenomen naziva difrakcija... Difrakcija je posebno primjetna kod niskofrekventnih vibracija sa značajnom valnom duljinom.

Ako dva zvučna vala imaju istu frekvenciju, tada oni međusobno djeluju. Proces interakcije naziva se smetnja. Interakcijom oscilacija u fazi (u fazi) zvučni val se pojačava. U slučaju interakcije antifaznih oscilacija, rezultirajući zvučni val slabi (slika 4). Zvučni valovi, čije se frekvencije međusobno značajno razlikuju, međusobno ne djeluju.

Lik: 4. Interakcija oscilacija u fazi (a) i u antifazi (b):
1, 2 - vibracije u interakciji, 3 - vibracije koje nastaju

Zvučne vibracije mogu biti prigušene i ne prigušene. Amplituda prigušenih oscilacija postupno opada. Primjer prigušenih vibracija je zvuk koji se javlja kada se jednom udari u žicu ili kada se udari gong. Razlog prigušivanja vibracija žica je trenje žice o zrak, kao i trenje između čestica vibracijske žice. Neprekidne oscilacije mogu postojati ako se gubici uslijed trenja kompenziraju dotokom energije izvana. Primjer trajnih vibracija su vibracije školskog zvona. Sve dok je tipka za napajanje pritisnuta, u pozivu se pojavljuju prigušene vibracije. Nakon zaustavljanja opskrbe zvona, oscilacije se vlaže.

Šireći se od svog izvora u sobi, zvučni val nosi energiju, širi se dok ne dosegne granične površine ove prostorije: zidove, pod, strop itd. Širenje zvučnih valova prati smanjenje njihovog intenziteta. To je zbog gubitka zvučne energije za prevladavanje trenja između čestica zraka. Uz to, šireći se u svim smjerovima od izvora, val pokriva sve veće područje prostora, što dovodi do smanjenja količine zvučne energije po jedinici površine, pri svakom udvostručavanju udaljenosti od sfernog izvora sila vibracija čestica zraka smanjuje se za 6 dB (četiri puta po snazi) (slika 5).

Lik: 5. Energija sfernog zvučnog vala raspoređuje se na sve većem području valne fronte, zbog čega zvučni tlak gubi 6 dB svakim udvostručavanjem udaljenosti od izvora

Nailazak na prepreku na putu, dio energije zvučnog vala prolazi kroz zidove, dio apsorbiran unutar zidova i dio odražavao natrag u sobu. Energija reflektiranog i apsorbiranog zvučnog vala jednaka je energiji upadnog zvučnog vala. U različitom su stupnju sve tri vrste raspodjele zvučne energije prisutne u gotovo svim slučajevima.
(slika 6).

Lik: 6. Refleksija i apsorpcija zvučne energije

Odbijeni zvučni val, izgubivši dio energije, promijenit će smjer i širit će se dok ne dosegne druge površine prostorije, od kojih će se ponovno odraziti, dok će izgubiti dio energije itd. To će se nastaviti sve dok se energija zvučnog vala konačno ne ugasi.

Odraz zvučnog vala događa se prema zakonima geometrijske optike. Tvari visoke gustoće (beton, metal itd.) Dobro odražavaju zvuk. Postoji nekoliko razloga za apsorpciju zvučnog vala. Zvučni val troši energiju na vibracije same prepreke i na vibracije zraka u porama površinskog sloja prepreke. Slijedi da porozni materijali (filc, pjenasta guma itd.) Snažno upijaju zvuk. Soba ispunjena gledateljima ima više apsorpcije zvuka nego prazna. Stupanj refleksije i apsorpcije zvuka tvari karakteriziraju koeficijenti refleksije i apsorpcije. Ti se čimbenici mogu kretati od nule do jedan. Faktor jedan ukazuje na savršeno odražavanje ili apsorpciju zvuka.

Ako se izvor zvuka nalazi u sobi, tada slušatelj prima ne samo izravnu, već i zvučnu energiju koja se reflektira s različitih površina. Glasnoća zvuka u sobi ovisi o snazi \u200b\u200bizvora zvuka i količini materijala koji apsorbira zvuk. Što je više materijala koji apsorbira zvuk postavljen u sobi, to je niža glasnoća zvuka.

Nakon što se izvor zvuka isključi zbog odbijanja zvučne energije s različitih površina, zvučno polje postoji neko vrijeme. Nazvan je postupak postupnog slabljenja zvuka u zatvorenim prostorijama nakon isključivanja njegovog izvora reverb. Trajanje odjeka karakterizira tzv. vrijeme odjeka, tj. vrijeme tijekom kojeg se intenzitet zvuka smanjuje za 10 6 puta, a njegova razina za 60 dB . Primjerice, ako zvuk orkestra u koncertnoj dvorani dosegne 100 dB s pozadinskom razinom buke od oko 40 dB, tada će se završni akordi orkestra, kad propadaju, otopiti u buku kad njihova razina padne za oko 60 dB. Vrijeme odjekivanja najvažniji je čimbenik u određivanju akustičke kvalitete sobe. Što je veći volumen prostorije i što je apsorpcija na graničnim površinama manja, to je veća.

Količina vremena odjeka utječe na razumljivost govora i kvalitetu zvuka glazbe. Ako je vrijeme odjeka predugo, govor postaje nečitljiv. Ako je vrijeme odjeka prekratko, govor je razumljiv, ali zvuk glazbe postaje neprirodan. Optimalno vrijeme odjeka, ovisno o volumenu prostorije, je oko 1-2 s.

Osnovne karakteristike zvuka.

Brzina zvuka u zraku jednako 332,5 m / s na 0 ° S. Na sobnoj temperaturi (20 ° C) brzina zvuka je oko 340 m / s. Brzina zvuka označena je simbolom „ iz ».

Frekvencija.Zvukovi koje ljudski slušni analizator opaža čine niz zvučnih frekvencija. Općenito je prihvaćeno da je ovaj raspon ograničen na frekvencije od 16 do 20 000 Hz. Te su granice vrlo proizvoljne, što je povezano s individualnim karakteristikama sluha ljudi, dobnim promjenama osjetljivosti slušnog analizatora i metodom bilježenja slušnih osjeta. Osoba može razlikovati promjenu frekvencije od 0,3% na frekvenciji reda veličine 1 kHz.

Fizički koncept zvuka obuhvaća i zvučne i nečujne frekvencije vibracija. Zvučni valovi s frekvencijom ispod 16 Hz uobičajeno se nazivaju infrazvuk, iznad 20 kHz - ultrazvuk . Područje infrazvonskih frekvencija odozdo je praktički neograničeno - u prirodi postoje infrazvonske vibracije s frekvencijom od desetinki i stotink Hz .

Raspon zvuka konvencionalno je podijeljen u nekoliko užih raspona (tablica 1).

stol 1

Raspon audio frekvencija konvencionalno je podijeljen u podskupine

Intenzitet zvuka(W / m2) određuje se količinom energije koju val prenosi u jedinici vremena kroz jedinicu površine okomite na smjer širenja vala. Ljudsko uho percipira zvuk u vrlo širokom rasponu intenziteta: od najslabije čujnih zvukova do najglasnijih, na primjer, stvorenih motorom mlaznog zrakoplova.

Minimalni intenzitet zvuka pri kojem se javlja slušni osjećaj naziva se slušni prag. Ovisi o frekvenciji zvuka (slika 7). Ljudsko uho ima najveću osjetljivost na zvuk u frekvencijskom rasponu od 1 do 5 kHz, a prag slušne percepcije ovdje ima najnižu vrijednost od 10 -12 W / m 2. Ova se vrijednost uzima kao nulta razina čujnosti. Pod djelovanjem buke i drugih zvučnih podražaja prag čujnosti za određeni zvuk raste (Maskiranje zvuka je fiziološki fenomen koji se sastoji u činjenici da kada se istovremeno opažaju dva ili više zvukova različite glasnoće, tiši zvukovi prestaju se čuti neko vrijeme, a povećana vrijednost zadržava se neko vrijeme nakon prestankom interferirajućeg čimbenika, a zatim se postupno vraća na svoju izvornu razinu. U različitih ljudi i kod istih osoba u različito vrijeme, prag sluha može se razlikovati ovisno o dobi, fiziološkom stanju, kondiciji.

Lik: 7. Ovisnost o frekvenciji standardnog praga sluha
sinusoidni signal

Zvukovi visokog intenziteta uzrokuju pritiskajuću bol u ušima. Minimalni intenzitet zvuka pri kojem postoji osjećaj pritiska u uši (~ 10 W / m 2) naziva se prag boli. Baš kao i prag slušne percepcije, prag boli ovisi o učestalosti zvučnih vibracija. Zvukovi koji se približavaju pragu boli štetni su za sluh.

Uobičajeni osjet zvuka moguć je ako je intenzitet zvuka između praga sluha i praga boli.

Prikladno je zvuk procijeniti prema razini ( L) intenzitet (zvučni tlak), izračunat po formuli:

gdje J 0 - slušni prag, J -intenzitet zvuka (tablica 2).

tablica 2

Karakterizacija zvuka prema intenzitetu i njegova procjena prema razini intenziteta u odnosu na prag slušne percepcije

Karakteristika zvuka	Intenzitet (W / m2)	Razina intenziteta u odnosu na slušni prag (dB)
Prag sluha	10 -12
Zvukovi srca stvoreni stetoskopom	10 -11
Šapat	10 -10 –10 -9	20–30
Govor se čuje tijekom tihog razgovora	10 -7 –10 -6	50–60
Buka povezana s gustim prometom	10 -5 –10 -4	70–80
Buka koju stvara koncert rock glazbe	10 -3 –10 -2	90–100
Buka u blizini motora zrakoplova koji radi	0,1–1,0	110–120
Prag boli

Naša slušna pomagala mogu zabilježiti ogroman dinamički raspon. Promjene tlaka zraka uzrokovane najtišim zvučnim zvukovima reda su 2 × 10 -5 Pa. Istodobno, zvučni tlak, s razinom koja se približava pragu boli za naše uši, iznosi oko 20 Pa. Kao rezultat, omjer između najtiših i najglasnijih zvukova koje naši slušni aparati mogu osjetiti je 1: 1.000.000. Prilično je nezgodno mjeriti takve signale različite razine na linearnoj skali.

Kako bi se stisnuo tako širok dinamički raspon, uveden je koncept "bel". Bel je jednostavni logaritam omjera dva stupnja; decibel je jednak desetini bel.

Da biste izrazili zvučni tlak u decibelima, trebate tlak (u Pascalima) izravnati s kvadratom i podijeliti s kvadratom referentnog tlaka. Radi praktičnosti, kvadrat dva tlaka izvodi se izvan logaritma (što je svojstvo logaritama).

Da bi se zvučni tlak pretvorio u decibele, primjenjuje se formula:

gdje je: P akustički pritisak koji nas zanima; P 0 - početni tlak.

Kada se za referentni tlak uzme 2 × 10 -5 Pa, zvučni tlak, izražen u decibelima, naziva se razina zvučnog tlaka (SPL - od engleskog nivoa zvučnog tlaka). Dakle, zvučni pritisak jednak 3 Godišnje, ekvivalentan je razini zvučnog tlaka od 103,5 dB, dakle:

Gornji akustički dinamički raspon može se izraziti u decibelima kao sljedeća razina zvučnog tlaka: od 0 dB za najtiše zvukove, 120 dB za zvukove na razini praga boli, do 180 dB za najglasnije zvukove. Na 140 dB osjeća se jaka bol, na 150 dB dolazi do oštećenja uha.

Jačina zvuka, veličina koja karakterizira slušni osjet za zadani zvuk. Glasnoća zvuka složeno ovisi o zvučni pritisak (ili intenzitet zvuka), frekvencije i modusi vibracija. U stalnoj frekvenciji i načinu vibracije, glasnoća zvuka povećava se s povećanjem zvučnog tlaka (slika 8.). Glasnost zvuka dane frekvencije procjenjuje se usporedbom s glasnoćom jednostavnog tona s frekvencijom od 1000 Hz. Razina zvučnog tlaka (u dB) čistog tona s frekvencijom od 1000 Hz, jednako glasna (u usporedbi s uhom) koliko i zvuk koji se mjeri, naziva se razinom glasnoće ovog zvuka (u pozadine) (slika 8).

Lik: 8. Krivulje jednake glasnoće - ovisnost razine zvučnog tlaka (u dB) o frekvenciji pri određenoj glasnoći (u pozadini).

Spektar zvuka.

Priroda percepcije zvuka od strane organa sluha ovisi o njegovom frekvencijskom spektru.

Buka ima kontinuirani spektar, t.j. frekvencije jednostavnih sinusnih oscilacija sadržane u njima čine kontinuirani niz vrijednosti koji u potpunosti ispunjavaju određeni interval.

Glazbeni (tonski) zvukovi imaju linearni frekvencijski spektar. Frekvencije jednostavnih harmonijskih oscilacija uključenih u njih čine brojne diskretne vrijednosti.

Svaka harmonička vibracija naziva se tonom (jednostavnim tonom). Visina tona ovisi o frekvenciji: što je frekvencija veća, to je viša tona veća. Percipirana visina zvuka određuje se njegovom frekvencijom. Glatka promjena frekvencije zvučnih vibracija od 16 do 20 000 Hz isprva se doživljava kao niskofrekventno brujanje, a zatim kao zvižduk, koji se postupno pretvara u škripu.

Temeljni ton složenog glazbenog zvuka je ton koji odgovara najnižoj frekvenciji u njegovom spektru. Tonovi koji odgovaraju ostatku spektra nazivaju se prizvucima. Ako su frekvencije prizvuka višekratnici frekvencije f o osnovnog tona, tada se prizvuci nazivaju harmonik, a temeljni ton s frekvencijom f o naziva se prvi harmonik, prizvuk sa sljedećom najvišom frekvencijom 2f o - drugi harmonik itd.

Glazbeni zvukovi s istim tonom mogu se razlikovati u tembru. Timbre se određuje sastavom prizvuka - njihovim frekvencijama i amplitudama, kao i prirodom povećanja amplituda na početku zvuka i njihovog propadanja na kraju zvuka.

Slične informacije.

2.2 Zvučni valovi i njihova svojstva

Zvuk su mehaničke vibracije koje se šire u elastičnom mediju: zraku, vodi, krutini itd.

Sposobnost osobe da opaža elastične vibracije, da ih osluškuje odražava se u nazivu doktrine zvuka - akustike.

Općenito, ljudsko uho čuje zvuk samo kada na slušni aparat uha djeluju mehaničke vibracije s frekvencijom od najmanje 16 Hz, ali ne više od 20 000 Hz. Vibracije s nižim ili višim frekvencijama nečujne su za ljudsko uho.

Da je zrak vodič zvuka, dokazalo je iskustvo Roberta Boylea 1660. godine. Ako se zvučno tijelo, na primjer električno zvono, postavi ispod zvona zračne pumpe, a kako se zrak ispumpava ispod njega, zvuk će postati slabiji i konačno prestati.

Tijekom svojih vibracija tijelo naizmjenično komprimira zračni sloj uz njegovu površinu, a zatim, naprotiv, stvara razrjeđenje u ovom sloju. Dakle, širenje zvuka u zraku započinje kolebanjima gustoće zraka u blizini površine oscilirajućeg tijela.

Proces širenja vibracija u prostoru kroz vrijeme naziva se val. Valna duljina je udaljenost između dvije najbliže čestice medija, koje su u istom stanju.

Fizička veličina jednaka omjeru valne duljine i razdoblju osciliranja njegovih čestica naziva se brzina vala.

Oscilacije čestica medija u kojima se val širi su prisilne. Stoga je njihovo razdoblje jednako razdoblju oscilacija valnog pobuđivača. Međutim, brzina širenja valova u različitim medijima je različita.

Zvukovi su različiti. Lako razlikujemo zviždanje i bubnjanje, muški glas (bas) od ženskog glasa (sopran).

Za neke se zvukove kaže da su niskog tona, druge nazivamo zvukovima visokog tona. Uho ih lako može razlikovati. Zvuk koji proizvodi veliki bubanj zvuk je niskog tona, dok je zvižduk zvuk visokog tona.

Jednostavna mjerenja (uklanjanje vibracija) pokazuju da su zvukovi niskog tona vibracije niske frekvencije u zvučnom valu. Zvuk visokog tona odgovara visokoj frekvenciji vibracija. Učestalost vibracija u zvučnom valu određuje ton zvuka.

Postoje posebni izvori zvuka koji emitiraju jednu frekvenciju, takozvani čisti ton. To su vilice za podešavanje različitih veličina - jednostavni uređaji u obliku zakrivljenih metalnih šipki s nogama. Što je veća vilica za podešavanje, zvuk se niže emitira kad se udari.

Ako uzmete nekoliko vilica za podešavanje različitih veličina, neće biti teško rasporediti ih po uhu u rastućem redoslijedu visine tona. Dakle, bit će smješteni u veličini: najveća vilica za podešavanje daje tihi zvuk, a najmanja - najviši.

Čak i zvukovi istog tona mogu biti različite glasnoće. Glasnoća zvuka povezana je s energijom vibracije u izvoru i u valu. Energija vibracije određuje se amplitudom vibracije. Glasnost stoga ovisi o amplitudi vibracije.

Činjenica da se širenje zvučnih valova ne događa trenutno može se vidjeti iz najjednostavnijih opažanja. Ako se u daljini zagrmi grmljavina, pucanj, eksplozija, zvižduk parne lokomotive, udarac sjekirom itd., Tada su u početku vidljivi svi ti fenomeni, a tek se nakon nekog vremena začuje zvuk.

Kao i svaki val, i zvučni val karakterizira brzina širenja oscilacija u njemu.

Brzina zvuka je različita u različitim okruženjima. Na primjer, u vodiku je brzina širenja zvučnih valova bilo koje duljine 1284 m / s, u gumi - 1800 m / s, a u željezu - 5850 m / s.

Sada akustika, kao područje fizike, razmatra širi raspon elastičnih vibracija - od najnižih do najviših, do 1012 - 1013 Hz. Zvučni valovi nečujni za ljude s frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvuk, zvučni valovi s frekvencijama od 20 000 Hz do 109 Hz nazivaju se ultrazvukom, a vibracije s frekvencijama većim od 109 Hz hipersvukom.

Mnogo se koristi za ove nečujne zvukove.

Ultrazvuk i infrazvuk igraju vrlo važnu ulogu u živom svijetu. Na primjer, ribe i druge morske životinje osjetljive su na infrazvučne valove generirane olujnim udarima. Stoga unaprijed osjete približavanje oluje ili ciklone i otplivaju na sigurnije mjesto. Infrazvuk je sastavni dio zvukova šume, mora, atmosfere.

Kada se riba kreće, stvaraju se elastične infrazvonske vibracije koje se šire u vodi. Morski psi duge kilometre dobro osjećaju ove vibracije i plivaju prema plijenu.

Ultrazvuk mogu emitirati i percipirati životinje poput pasa, mačaka, dupina, mrava, šišmiša itd. Šišmiši tijekom leta ispuštaju kratke zvukove visokog tona. U svom letu vode se odrazima tih zvukova od predmeta koji se nađu na putu; mogu čak i uhvatiti insekte, vođeni samo odjekom njihovog malog plijena. Mačke i psi mogu čuti zvukove zviždanja vrlo visokog tona (ultrazvuk).

Odjek je val koji se odbija od prepreke i prima ga promatrač. Uho opaža zvučni odjek odvojeno od primarnog signala. Fenomen odjeka temelji se na metodi određivanja udaljenosti do različitih predmeta i otkrivanju njihovog položaja. Pretpostavimo da neki izvor zvuka emitira zvučni signal i da je trenutak njegove emisije fiksiran. Zvuk je naišao na prepreku, odbio se od nje, vratio se i primio ga prijemnik zvuka. Ako je izmjeren vremenski interval između trenutaka emisije i prijema, lako je pronaći udaljenost do prepreke. U izmjerenom vremenu t zvuk je prešao udaljenost 2s, gdje je s udaljenost do prepreke, a 2s udaljenost od izvora zvuka do prepreke i od prepreke do zvučnog prijamnika.

Pomoću ove formule može se pronaći udaljenost do reflektora signala. Ali također trebate znati gdje se nalazi, u kojem smjeru od izvora ga je signal dočekao. U međuvremenu se zvuk širi u svim smjerovima, a odbijeni signal mogao bi dolaziti iz različitih smjerova. Da bi se izbjegla ova poteškoća, ne koristi se uobičajeni zvuk, već ultrazvuk.

Glavna značajka ultrazvučnih valova je da se oni mogu usmjeriti, šireći se u određenom smjeru od izvora. Zahvaljujući tome, refleksijom ultrazvuka možete ne samo pronaći udaljenost, već i saznati gdje se nalazi objekt koji ih je reflektirao. To može, na primjer, izmjeriti dubinu mora pod brodom.

Lokatori zvuka omogućuju otkrivanje i lociranje različitih oštećenja u proizvodima, na primjer, praznina, pukotina, stranih uključaka itd. U medicini se ultrazvuk koristi za otkrivanje različitih anomalija u tijelu pacijenta - tumora, izobličenja oblika organa ili njihovih dijelova itd. Što je ultrazvučna valna duljina kraća, to je manja veličina otkrivenih dijelova. Ultrazvuk se koristi i za liječenje određenih bolesti.

Oceanska akustika

Drugi, malo poznat stručnjacima, vrsta kretanja morske vode su unutarnji valovi. Iako su u oceanu već dugo otkriveni, na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće. (Nansenova ekspedicija na "Framu" i rad Ekmana, koji je objasnio zapažanja mornara) ...

Oceanska akustika

Sada o površinskim valovima, o samoj morskoj neravnini. Možda u moru ne postoji nijedan drugi fenomen koji je toliko poznat. Od drevnih moreplovaca i filozofa do suvremenih umjetnika i pjesnika, od starog djeda ...

De Broglieovi valovi i njihova fizička interpretacija

Izračunajmo grupnu brzinu širenja de Broglieovih valova, kao u svim slučajevima, fazna i grupna brzina, fazna će brzina biti (6) Budući da je tada fazna brzina de Broglievih valova veća od brzine svjetlosti u praznini ...

Proučavanje zvučnih valova

Poznato je da se zvuk širi u svemiru samo u prisutnosti bilo kojeg elastičnog medija. Medij je neophodan za prijenos vibracija od izvora zvuka do prijemnika, na primjer do ljudskog uha. Drugim riječima...

Proučavanje mehaničkih valova započinje stvaranjem općih ideja o gibanju valova. Stanje oscilatornog gibanja prenosi se s jednog oscilirajućeg tijela na drugo u prisutnosti veze između njih ...

Primjena elektromagnetskih valova

Val je vibracija koja se vremenom širi u prostoru. Najvažnija karakteristika vala je njegova brzina. Valovi bilo koje prirode ne šire se trenutno u svemiru. Njihova je brzina konačna ...

Razvoj optike

Sljedeći korak u razvoju valne teorije svjetlosti poduzeo je Huygens. U osnovi je stvorio valnu teoriju svjetlosti i na njezinoj osnovi objasnio sve tada poznate pojave. Po prvi puta ideju o valnoj prirodi svjetlosti izrazio je Marty 1648. i 1665. godine.

Prethodno opisani valovi uzrokovani su elastičnim silama, ali postoje i valovi čije je stvaranje posljedica sile gravitacije. Valovi koji se šire površinom tekućine nisu ni uzdužni ...

Fizički temelji zvuka

Zvuk je objekt slušnih osjeta, stoga ga i osoba procjenjuje subjektivno. Uočavajući tonove, osoba ih razlikuje po visini. Visina tona je subjektivna karakteristika, prvenstveno zbog frekvencije glavnog tona ...

Karakteristike kretanja tijela

2.1 Kinematika oscilatornog gibanja Testna pitanja 1. Oscilacije su procesi s određenim ponavljanjem u vremenu. Harmonične vibracije - vibracije koje se javljaju prema zakonu sinusa i kosinusa ...

Elektromagnetski valovi i njihova svojstva

Elektromagnetski valovi su širenje elektromagnetskih polja u prostoru i vremenu. Kao što je gore spomenuto, postojanje elektromagnetskih valova teoretski je predvidio veliki engleski fizičar J.

Pjevanje ptica, zvuk kiše i vjetra, kotrljanje grmljavine, glazba - sve što čujemo smatra se zvukom.

Znanstveno govoreći, zvuk je fizički fenomen koji je mehaničke vibracije koje se šire u krutim, tekućim i plinovitim medijima... Oni također uzrokuju slušne senzacije.

Kako se pojavljuje zvučni val

Kliknite na sliku

Svi se zvukovi šire u obliku elastičnih valova. A valovi nastaju pod utjecajem elastičnih sila koje se pojavljuju kad se tijelo deformira. Te sile nastoje vratiti tijelo u prvobitno stanje. Na primjer, rastegnuta žica ne zvuči kad miruje. Ali treba je samo maknuti sa strane, jer će pod utjecajem sile elastičnosti težiti zauzeti svoj izvorni položaj. Vibracijom postaje izvor zvuka.

Izvor zvuka može biti bilo koje oscilirajuće tijelo, na primjer, tanka čelična ploča pričvršćena na jednoj strani, zrak u glazbenom puhačkom instrumentu, ljudske glasnice, zvono itd.

Što se događa u zraku kad se dogodi kolebanje?

Kao i svaki plin, i zrak je elastičan. Odupire se kompresiji i odmah se počinje širiti kad se tlak smanji. Svaki pritisak na njega, ravnomjerno prenosi u različitim smjerovima.

Ako se zrak naglo stlači uz pomoć klipa, tada će se na ovom mjestu odmah povećati tlak. Odmah će se prenijeti u susjedne slojeve zraka. Smanjit će se, a tlak u njima će se povećati, a u prethodnom sloju smanjiti. Dakle, duž lanca dalje se prenose izmjenične zone visokog i niskog tlaka.

Naginjući se na strane naizmjenično, zvučna žica komprimira zrak, prvo u jednom smjeru, a zatim u suprotnom smjeru. U smjeru u kojem je žica odstupala, tlak za neku vrijednost postaje veći od atmosferskog. Na suprotnoj strani, tlak se smanjuje za istu količinu, budući da se tamo zrak rijetko razrjeđuje. Kompresija i razrjeđivanje izmjenjivat će se i širiti u različitim smjerovima, uzrokujući titranje zraka. Te vibracije se nazivaju zvučni val ... I naziva se razlika između atmosferskog tlaka i tlaka u sloju kompresije ili razrjeđivanja zraka akustična, ili zvučni pritisak.

Kliknite na sliku

Zvučni se val širi ne samo u zraku, već i u tekućim i čvrstim medijima. Na primjer, voda savršeno provodi zvuk. Pod vodom čujemo udarac kamena. Buku propelera površinskog broda pojačava akustika podmornice. Ako mehanički ručni sat stavimo na jedan kraj drvene ploče, tada ćemo, stavljajući uho na suprotni kraj ploče, čuti njegovo otkucavanje.

Hoće li zvukovi biti drugačiji u vakuumu? Engleski fizičar, kemičar i teolog Robert Boyle, koji je živio u 17. stoljeću, stavio je sat u staklenu posudu iz koje je evakuirao zrak. Nije čuo otkucaj sata. To je značilo da se zvučni valovi ne šire u bezzračnom prostoru.

Karakteristike zvučnog vala

Oblik zvučnih vibracija ovisi o izvoru zvuka. Jednostavne ili harmonične oscilacije imaju najjednostavniji oblik. Mogu se predstaviti kao sinusoida. Takve oscilacije karakteriziraju amplituda, valna duljina i učestalost širenja oscilacija.

Amplituda

Amplituda u općenitom slučaju naziva se maksimalno odstupanje tijela od položaja ravnoteže.

Budući da se zvučni val sastoji od izmjeničnih područja visokog i niskog tlaka, često se smatra procesom širenja fluktuacija tlaka. Stoga razgovaraju o amplituda tlaka zraka u valu.

Glasnoća zvuka ovisi o amplitudi. Što je veći, zvuk je glasniji.

Svaki zvuk ljudskog govora ima jedinstveni oblik vibracije. Dakle, oblik vibracije zvuka "a" razlikuje se od oblika vibracije zvuka "b".

Učestalost i razdoblje valova

Nazvan je broj vibracija u sekundi frekvencija valova .

f \u003d 1 / T

gdje T - razdoblje kolebanja. Ovo je vremensko razdoblje tijekom kojeg se izvodi jedno potpuno osciliranje.

Što je razdoblje duže, frekvencija je niža i obrnuto.

Mjerna jedinica za frekvenciju u međunarodnom SI sustavu je herc (Hz). 1 Hz je jedna vibracija u sekundi.

1 Hz \u003d 1 s -1.

Na primjer, frekvencija od 10 Hz znači 10 vibracija u sekundi.

1.000 Hz \u003d 1 kHz

Visina tona ovisi o frekvenciji vibracija. Što je frekvencija veća, to je zvuk viši.

Ljudsko uho nije sposobno percipirati sve zvučne valove, već samo one koji imaju frekvenciju od 16 do 20 000 Hz. Upravo se ti valovi smatraju zvukom. Valovi s frekvencijom ispod 16 Hz nazivaju se infrazvučnim, a iznad 20 000 Hz ultrazvučnim.

Osoba ne opaža ni infrazvučne ni ultrazvučne valove. Ali životinje i ptice sposobne su čuti ultrazvuk. Na primjer, obični leptir razlikuje zvukove s frekvencijom od 8 000 do 160 000 Hz. Raspon koji opažaju dupini još je širi, on se kreće od 40 do 200 tisuća Hz.

Duljina vala

Duljina vala odnosi se na udaljenost između dviju najbližih točaka harmonijskog vala, koje su u istoj fazi, na primjer, između dvije grebene. Označava se kao ƛ .

Za vrijeme jednako razdoblju, val prijeđe udaljenost jednaku njegovoj duljini.

Brzina širenja valova

v = ƛ / T

Jer T \u003d 1 / f,

zatim v \u003d ƛ f

Brzina zvuka

Pokušaji određivanja brzine zvuka pomoću pokusa bili su poduzeti već u prvoj polovici 17. stoljeća. Engleski filozof Francis Bacon u djelu "New Organon" predložio je vlastiti način rješavanja ovog problema, zasnovan na razlici u brzinama svjetlosti i zvuka.

Poznato je da je brzina svjetlosti mnogo veća od brzine zvuka. Stoga tijekom grmljavinske oluje prvo vidimo bljesak munje, a tek onda čujemo grmljavinu. Znajući udaljenost između izvora svjetlosti i zvuka i promatrača, kao i vrijeme između bljeska svjetlosti i zvuka, može se izračunati brzina zvuka.

Francuska znanstvenica Maren Marsenne iskoristila je Baconovu ideju. Promatrač na određenoj udaljenosti od čovjeka koji je pucao iz muškete zabilježio je vrijeme koje je proteklo od bljeska svjetlosti do zvuka pucnja. Tada je udaljenost podijeljena s vremenom i dobivena je brzina zvuka. Prema rezultatima eksperimenta, pokazalo se da je brzina 448 m / s. Ovo je bila gruba procjena.

Početkom 19. stoljeća grupa znanstvenika s Pariške akademije znanosti ponovila je to iskustvo. Prema njihovim izračunima, brzina svjetlosti bila je 350-390 m / s. Ali ni ova brojka nije bila točna.

Teoretski je Newton pokušao izračunati brzinu svjetlosti. Svoje izračune temeljio je na zakonu Boyle-Mariotte, koji je opisivao ponašanje plina u izotermičan postupak (pri konstantnoj temperaturi). A to se događa kada se volumen plina vrlo sporo mijenja, imajući vremena okolišu dati toplinu koja u njemu nastaje.

Newton je, s druge strane, pretpostavio da se temperatura između područja kompresije i razrjeđivanja brzo izdiže. Ali ti uvjeti nisu prisutni u zvučnom valu. Zrak ne provodi dobro toplinu, a udaljenost između slojeva kompresije i razrjeđenja je velika. Toplina iz kompresijskog sloja nema vremena za prijenos u sloj razrjeđivanja. A između njih postoji temperaturna razlika. Stoga su se Newtonovi izračuni pokazali pogrešnima. Dali su brojku od 280 m / s.

Francuski znanstvenik Laplace uspio je objasniti da je Newtonova pogreška bila u tome što se u zraku širi zvučni val adijabatski uvjeti pri različitim temperaturama. Prema Laplaceovim izračunima, brzina zvuka u zraku na temperaturi od 0 ° C iznosi 331,5 m / s. Štoviše, povećava se s porastom temperature. A kad temperatura poraste na 20 ° C, bit će jednaka 344 m / s.

Zvučni valovi putuju različitim brzinama u različitim okruženjima.

Za plinove i tekućine, brzina zvuka izračunava se po formuli:

gdje iz -brzina zvuka,

β - adijabatska stišljivost medija,

ρ - gustoća.

Kao što se može vidjeti iz formule, brzina ovisi o gustoći i stišljivosti medija. U zraku je manje nego u tekućini. Primjerice, u vodi pri temperaturi od 20 ° C jednako je 1484 m / s. Štoviše, što je veća slanost vode, zvuk se brže širi u njoj.

Po prvi puta brzina zvuka u vodi izmjerena je 1827. Ovaj eksperiment pomalo podsjeća na mjerenje brzine svjetlosti od strane Maren Marsen. S jednog čamca spušteno je zvono u vodu. Na udaljenosti većoj od 13 km od prvog čamca bio je drugi. Na prvom je čamcu zazvonilo kad je zapaljen barut. Na drugom brodu zabilježeno je vrijeme bljeska, a zatim vrijeme dolaska zvuka sa zvona. Podjelom udaljenosti s vremenom dobili smo brzinu zvučnog vala u vodi.

Zvuk ima najveću brzinu u solidnom okruženju. Primjerice, u čeliku doseže više od 5000 m / s.