Apare în medii gazoase, lichide și solide care, la atingerea organelor auditive umane, sunt percepute de el ca sunete. Frecvența acestor unde variază între 20 și 20.000 de oscilații pe secundă. Dăm formule pentru o undă sonoră și luăm în considerare mai detaliat proprietățile sale.

De ce apare o undă sonoră?

Mulți oameni se întreabă ce este o undă sonoră. Natura sunetului este apariția tulburărilor într-un mediu elastic. De exemplu, atunci când apare o perturbație a presiunii într-un anumit volum de aer sub formă de compresie, atunci această regiune tinde să se răspândească în spațiu. Acest proces duce la compresia aerului în zonele adiacente sursei, care, de asemenea, tind să se extindă. Acest proces acoperă tot mai mult spațiu până ajunge la un receptor, de exemplu, urechea unei persoane.

Caracteristicile generale ale undelor sonore

Luați în considerare întrebările despre ce este o undă sonoră și cum este percepută de urechea umană. Unda sonoră este longitudinală, atunci când intră în concul urechii provoacă vibrații ale timpanului cu o anumită frecvență și amplitudine. De asemenea, puteți reprezenta aceste fluctuații ca modificări periodice ale presiunii în microvolumul de aer adiacent membranei. În primul rând, crește în raport cu presiunea atmosferică normală, apoi scade, respectând legile matematice ale mișcării armonice. Amplitudinea schimbărilor în compresiunea aerului, adică diferența dintre presiunea maximă sau minimă creată de o undă sonoră, cu presiunea atmosferică este proporțională cu amplitudinea undei sonore în sine.

Multe experimente fizice au arătat că presiunea maximă pe care o poate absorbi urechea umană fără să-i facă rău este 2800 μN / cm2. Pentru comparație, spunem că presiunea atmosferică de lângă suprafața pământului este de 10 milioane μN / cm2. Având în vedere proporționalitatea presiunii și amplitudinea oscilațiilor, putem spune că această din urmă valoare este nesemnificativă chiar și pentru undele cele mai puternice. Dacă vorbim despre lungimea undei sonore, atunci pentru o frecvență de 1000 de vibrații pe secundă, va fi o mie de centimetri.

Cele mai slabe sunete creează fluctuații de presiune de ordinul 0,001 μN / cm 2, amplitudinea corespunzătoare a oscilațiilor de undă pentru o frecvență de 1000 Hz este de 10 -9 cm, în timp ce diametrul mediu al moleculelor de aer este de 10 -8 cm, adică urechea umană este un organ extrem de sensibil.

Conceptul de intensitate a undelor sonore

Din punct de vedere geometric, o undă sonoră este o oscilație de o anumită formă, dar din punct de vedere fizic, proprietatea principală a undelor sonore este capacitatea lor de a transfera energie. Cel mai important exemplu de transfer de energie de către o undă este soarele, ale cărui unde electromagnetice radiate oferă energie întregii noastre planete.

Intensitatea unei unde sonore în fizică este definită ca cantitatea de energie transportată de o undă printr-o unitate de suprafață, care este perpendiculară pe propagarea undei și pe unitatea de timp. Pe scurt, intensitatea unei unde este puterea sa transportată printr-o zonă de unitate.

Puterea undelor sonore este de obicei măsurată în decibeli, care se bazează pe o scară logaritmică, convenabilă pentru analiza practică a rezultatelor.

Intensitatea diferitelor sunete

Următoarea scară decibelică oferă o idee despre sensul diferitelor și senzațiile pe care le provoacă:

• pragul senzațiilor neplăcute și incomode începe cu 120 de decibeli (dB);
• un ciocan de nituire creează un zgomot de 95 dB;
• tren de mare viteză - 90 dB;
• stradă de trafic intens - 70 dB;
• volumul unei conversații normale între oameni - 65 dB;
• o mașină modernă care se deplasează cu viteze moderate creează un zgomot de 50 dB;
• volum mediu radio - 40 dB;
• conversație liniștită - 20 dB;
• zgomotul de frunze de copac - 10 dB;
• pragul minim pentru sensibilitatea sunetului uman este aproape de 0 dB.

Sensibilitatea urechii umane depinde de frecvența sunetului și este valoarea maximă pentru undele sonore cu o frecvență de 2000-3000 Hz. Pentru sunetul din acest interval de frecvență, pragul inferior pentru sensibilitatea umană este de 10 -5 dB. Frecvențele mai mari și mai mici decât intervalul indicat conduc la o creștere a pragului inferior al sensibilității, astfel încât o persoană aude frecvențe apropiate de 20 Hz și 20 000 Hz doar la intensitățile sale de câteva zeci de dB.

În ceea ce privește pragul superior de intensitate, după care sunetul începe să provoace inconveniente umane și chiar durere, trebuie spus că practic nu depinde de frecvență și se situează în intervalul 110-130 dB.

Caracteristicile geometrice ale undei sonore

O undă sonoră reală este un pachet oscilatoriu complex de unde longitudinale, care poate fi descompus în vibrații armonice simple. Fiecare astfel de oscilație este descrisă din punct de vedere geometric cu următoarele caracteristici:

1. Amplitudinea - abaterea maximă a fiecărei secțiuni a undei de la echilibru. Pentru această valoare, denumirea A.
2. Perioadă. Acesta este timpul în care o undă simplă își face oscilația completă. După acest timp, fiecare punct al undei începe să-și repete procesul oscilator. Perioada este notată de obicei prin litera T și măsurată în câteva secunde în sistemul SI.
3. Frecvență. Aceasta este o cantitate fizică care arată câte vibrații face un val dat într-o secundă. Adică, în sensul său, este inversul perioadei. Este desemnat f. Pentru frecvența unei unde sonore, formula pentru determinarea acesteia printr-o perioadă este următoarea: f \u003d 1 / T.
4. Lungimea de undă este distanța pe care o parcurge într-o singură perioadă de oscilație. Geometric, lungimea de undă este distanța dintre două maxime cele mai apropiate sau două minime apropiate pe o curbă sinusoidală. Lungimea de undă a undei sonore este distanța dintre zonele cele mai apropiate de compresiune a aerului sau cele mai apropiate locuri ale rarefacției sale în spațiul în care unda se mișcă. De obicei se notează cu litera greacă λ.
5. Viteza de propagare a unei unde sonore este distanța peste care se extinde regiunea de compresie sau regiunea de rarefiere a undei pe unitatea de timp. Această valoare este notată cu litera v. Pentru viteza unei unde sonore, formula are forma: v \u003d λ * f.

Geometria unei unde sonore pure, adică o undă de puritate constantă, se supune unei legi sinusoidale. În cazul general, formula undei sonore are forma: y \u003d A * sin (ωt), unde y este valoarea de coordonată a unui punct dat al undei, t este timpul, ω \u003d 2 * pi * f este frecvența de oscilație ciclică.

Sunet aperiodic

Multe surse de sunet pot fi considerate periodice, de exemplu, sunet provenit de la instrumente muzicale, cum ar fi o chitară, pian, flaut, dar există și un număr mare de sunete în natură, care sunt aperiodice, adică vibrațiile sonore își schimbă frecvența și forma în spațiu. Tehnic, acest tip de sunet se numește zgomot. Exemple vaste de sunet aperiodic sunt zgomotul orașului, zgomotul mării, sunetele provenite de la instrumentele de percuție, de exemplu, de la un tambur și altele.

Mediul de propagare a undelor sonore

Spre deosebire de radiațiile electromagnetice, ale căror fotoni nu au nevoie de niciun material material pentru propagarea lor, natura sunetului este de așa natură încât este nevoie de un anumit mediu pentru propagarea lui, adică conform legilor fizicii, undele sonore nu se pot propaga în vid.

Sunetul se poate propaga în gaze, în lichide și în solide. Principalele caracteristici ale unei unde sonore care se propagă într-un mediu sunt următoarele:

• unda se propagă liniar;
• se răspândește în mod egal în toate direcțiile într-un mediu omogen, adică sunetul se abate de la sursă, formând o suprafață sferică ideală.
• indiferent de amplitudinea și frecvența sunetului, undele sale se propagă la aceeași viteză într-un mediu dat.

Viteza undelor sonore în diverse medii

Viteza de propagare a sunetului depinde de doi factori principali: mediul în care se deplasează unda și temperatura. În general, se aplică următoarea regulă: cu cât mediul este mai dens și cu cât temperatura este mai mare, cu atât sunetul se deplasează mai repede în el.

De exemplu, viteza de propagare a undelor sonore în aer de lângă suprafața pământului la o temperatură de 20 ℃ și o umiditate de 50% este de 1235 km / h sau 343 m / s. În apă, la o temperatură dată, sunetul se mișcă de 4,5 ori mai repede, adică aproximativ 5735 km / h sau 1600 m / s. În ceea ce privește dependența vitezei sunetului de temperatura în aer, aceasta crește cu 0,6 m / s, odată cu creșterea temperaturii cu fiecare grad Celsius.

Timbre și ton

Dacă lăsați șirul sau placa metalică să vibreze liber, va produce sunete de frecvențe diferite. Este foarte rar să găsești un corp care să scoată un sunet cu o anumită frecvență, de obicei sunetul unui obiect are un set de frecvențe într-un anumit interval.

Timbrul sonor este determinat de numărul de armonice prezente în acesta și de intensitățile respective. Timbrul este o cantitate subiectivă, adică aceasta este percepția unui obiect care sună de către o persoană specifică. Timbrul este caracterizat de obicei prin următoarele adjective: înalt, strălucitor, sonor, melodic și așa mai departe.

Tonul este o senzație de sunet care îi permite să fie clasificat la nivel ridicat sau mic. Această valoare este, de asemenea, subiectivă și nu poate fi măsurată de niciun instrument. Tonul este asociat cu o cantitate obiectivă - frecvența unei unde sonore, dar nu există o legătură fără ambiguitate între ele. De exemplu, pentru un sunet cu o singură frecvență de intensitate constantă, tonul crește odată cu creșterea frecvenței. Dacă frecvența sunetului rămâne constantă, dar intensitatea acesteia crește, atunci tonul devine mai scăzut.

Forma surselor de sunet

În conformitate cu forma corpului, care realizează vibrații mecanice și generează astfel valuri, există trei tipuri principale:

1. Punctul sursă. Creează unde sonore sferice care scad rapid atunci când vă îndepărtați de sursă (cu aproximativ 6 dB dacă distanța de la sursă se dublează).
2. Sursa liniară. Creează valuri de formă cilindrică, a căror intensitate scade mai lent decât dintr-o sursă punctuală (cu fiecare creștere dublă a distanței în raport cu sursa, intensitatea scade cu 3 dB).
3. Sursă plată sau bidimensională. Acesta generează valuri doar într-o anumită direcție. Un exemplu de astfel de sursă ar fi un piston care se deplasează într-un cilindru.

Surse electronice de sunet

Pentru a crea o undă sonoră, sursele electronice folosesc o membrană specială (difuzor), care efectuează vibrații mecanice datorită fenomenului de inducție electromagnetică. Aceste surse includ următoarele:

• playere de diverse discuri (CD, DVD și altele);
• casetofoane;
• aparate de radio;
• televizoare și altele.

1. Sunetul. Principalele caracteristici ale câmpului sonor. Distribuția sunetului

ȘI. Parametri de undă sonoră

Vibrațiile sonore ale particulelor unui mediu elastic sunt complexe și pot fi reprezentate în funcție de timp a \u003d a (t) (Fig. 3.1, și).

Fig. 3.

1 . Oscilări ale particulelor de aer.

Cel mai simplu proces este descris de un sinusoid (Fig. 3.

1, b)

,

unde un maxim - amplitudinea vibrațiilor;w \u003d 2 p f - frecvența unghiulară; f - frecvența oscilațiilor.

Oscilatii armonice cu amplitudine un maxim și frecvență f sunt numite ton.

Vibrațiile complexe se caracterizează printr-o valoare eficientă într-o perioadă de timp T

Pentru un proces sinusoidal, relația

Pentru curbele cu o formă diferită, raportul dintre valoarea efectivă și maximul este de la 0 la 1.

În funcție de metoda de excitare a oscilațiilor, există:

· undă sonoră plană creat de o suprafață plană oscilantă;

· cilindric unda de sunet, creat de o suprafață laterală oscilantă radial a cilindrului;

· sferic unda de sunet , creat de o sursă punctuală de oscilație cum ar fi o minge pulsantă.

Principalii parametri care caracterizează unda sonoră sunt:

· presiunea sonoră p sv, Pa;

· intensitatea sunetului eu, L / m 2.

· lungimea de undă sonoră l, m;

· viteza de propagare a undelor din, Domnișoară;

· frecvența de oscilație fHz

Dacă vibrațiile sunt excitate într-un mediu continuu, atunci acestea se diverg în toate direcțiile. Un bun exemplu este oscilația undelor pe apă. În acest caz, trebuie distinsă viteza de propagare a vibrațiilor mecanice. u (în cazul nostru, vibrațiile transversale vizibile ale apei) și viteza de propagare a perturbărilor din(vibrații acustice longitudinale).

Din punct de vedere fizic, propagarea vibrațiilor constă în transferul momentului de la o moleculă la alta. Datorită legăturilor elastice intermoleculare, mișcarea fiecăreia dintre ele repetă mișcarea celei anterioare. Transmiterea impulsului necesită o anumită perioadă de timp, în urma căreia mișcarea moleculelor în punctele de observare are loc cu întârziere în raport cu mișcarea moleculelor în zona de excitație vibrațională. Astfel, oscilațiile se propagă cu o anumită viteză. Viteza de propagare a undelor sonore dineste o proprietate fizică a mediului.

Lungime de undă l egală cu lungimea traseului parcurs de unda sonoră într-o perioadă T:

unde din - viteza sunetului , T \u003d1/ f.

Vibrațiile sonore în aer conduc la compresia și la rarefierea acesteia. În regiunile de compresie, presiunea aerului crește, iar în regiunile de rarefiere scade.Diferența dintre presiunea existentă într-un mediu perturbat p Miercurea în acest moment și presiunea atmosferică p atm este numit presiunea sonoră (fig. 3.3). În acustică, acest parametru este parametrul principal prin care sunt determinați toți ceilalți.

p sunet \u003d p nunta - p ATM. (3.1)

Fig.3.3. Presiunea sonoră

Mediul în care este distribuit sunetul are specific impedanță acustică z A, care se măsoară în Pa* s / m (sau în kg / (m 2) * c) și este raportul de presiune sonoră p sv la viteza vibrațională a particulelor mediului u

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

unde din - viteza sunetului , m;r - densitatea mediului, kg / m 3.

Pentru diferite mijloace z A sunt diferite.

O undă sonoră este un purtător de energie în direcția mișcării sale. Cantitatea de energie transportată de o undă sonoră într-o secundă printr-o secțiune de 1 m 2 perpendiculară pe direcția de mișcare este numită intensitatea sunetului . Intensitatea sunetului este determinată de raportul dintre presiunea sonoră și rezistența acustică a mediului Lungime / m 2:

Pentru o undă sferică dintr-o sursă de sunet cu putere W, Intensitatea sunetului W pe suprafața unei sfere de rază reste egal cu

eu= W / (4 pr 2),

adică intensitatea val sferic scade odată cu creșterea distanței față de sursa de sunet. Cand val de avion intensitatea sunetului este independentă de distanță.

Obiectiv

Studierea elementelor fundamentale ale teoriei înregistrării și reproducerii sunetului, caracteristicile de bază ale sunetului, metodele de conversie a sunetului, dispozitivul și caracteristicile utilizării echipamentelor pentru convertirea și amplificarea sunetului și pentru a dobândi abilități pentru aplicarea lor practică.

Istoric teoretic

Sunet numită mișcarea vibrațională a particulelor unui mediu elastic, care se propagă sub formă de unde într-un mediu gazos, lichid sau solid, care, acționând asupra analizatorului auditiv uman, provoacă senzații auditive. Sursa de sunet este un corp oscilant, de exemplu: vibrații de coardă, reglarea vibrației furcii, mișcarea conului difuzorului etc.

Unda de sunet Se numește procesul de propagare direcțională a vibrațiilor elastice de la o sursă de sunet. Zona de spațiu în care se propagă unda sonoră se numește câmp sonor. O undă sonoră este o alternanță de compresii și descărcări de aer. În regiunea de compresie, presiunea aerului depășește presiunea atmosferică, în regiunea de rarefiere este mai mică decât aceasta. Partea variabilă a presiunii atmosferice se numește presiune sonoră. R . Unitatea de măsură a presiunii sonore este Pascal ( Pa) (Pa \u003d N / m 2). Oscilările având o formă sinusoidală (Fig. 1) se numesc armonice. Dacă corpul care emite sunet oscilează în conformitate cu o lege sinusoidală, atunci presiunea sonoră se modifică și în conformitate cu o lege sinusoidală. Este cunoscut faptul că orice oscilație complexă poate fi reprezentată ca suma oscilațiilor armonice simple. Seturile de amplitudini și frecvențe ale acestor oscilații armonice sunt numite, respectiv spectru de amplitudine și spectru de frecvență.

Mișcarea oscilatorie a particulelor de aer într-o undă sonoră este caracterizată de o serie de parametri:

Perioada de leagăn(T), cea mai mică perioadă de timp după care se repetă valorile tuturor cantităților fizice care caracterizează mișcarea oscilatorie, în acest timp are loc o oscilație completă. Perioada de oscilație este măsurată în secunde ( din).

Frecvența de oscilare (F) , numărul de vibrații totale pe unitate de timp.

unde: f - frecvența oscilațiilor; T - perioada fluctuațiilor.

Unitate de frecvență - hertz ( Hz) - un swing complet pe secundă (1 kHz = 1000 Hz).

Fig. 1. Oscilare armonică simplă:
A este amplitudinea oscilației, T este perioada de oscilație

Lungime de undă (λ ), distanța la care se potrivește o perioadă de oscilație. Lungimea de undă este măsurată în metri ( m) Lungimea de undă și frecvența oscilației sunt legate de raportul:

unde din - viteza de propagare a sunetului.

Amplitudinea vibrațiilor (ȘI) , cea mai mare abatere a valorii oscilante de la starea de repaus.

Faza de oscilare.

Imaginează-ți un cerc a cărui lungime este egală cu distanța dintre punctele A și Ε (Fig. 2) sau lungimea de undă la o anumită frecvență. Deoarece acest cerc „se rotește”, linia sa radială în fiecare loc individual al sinusoidului se va afla la o anumită distanță unghiulară de la punctul de plecare, care va fi valoarea de fază în fiecare astfel de punct. Faza se măsoară în grade.

O undă sonoră într-o coliziune cu o suprafață este parțial reflectată în același unghi în care cade pe această suprafață, faza sa nu se schimbă. În fig. 3 ilustrează dependența de fază a undelor reflectate.

Fig. 2. Valul sinusal: amplitudine și fază.
Dacă circumferința este egală cu lungimea de undă la o anumită frecvență (distanță de la A la E), atunci când rotiți, linia radială a acestui cerc va arăta unghiul corespunzător valorii fazei sinusoidului la un anumit punct

Fig. 3. Dependența de fază a undelor reflectate.
Undele sonore cu frecvențe diferite emise de o sursă de sunet cu aceeași fază, după ce parcurg aceeași distanță, ajung la o suprafață cu o fază diferită

O undă sonoră este capabilă să ocolească obstacolele dacă lungimea sa este mai mare decât dimensiunea obstacolului. Acest fenomen se numește difracţie. Difracția se observă mai ales în oscilațiile cu frecvențe joase, având o lungime de undă semnificativă.

Dacă două unde sonore au aceeași frecvență, atunci interacționează între ele. Procesul de interacțiune se numește interferență. În interacțiunea oscilațiilor in fază (coincidente în fază), are loc o amplificare a undei sonore. În cazul interacțiunii oscilațiilor antifazice, unda sonoră rezultată slăbește (Fig. 4). Undele sonore, ale căror frecvențe sunt semnificativ diferite între ele, nu interacționează între ele.

Fig. 4. Interacțiunea oscilațiilor în faza (a) și în faza (b):
1, 2 - vibrații care interacționează, 3 - vibrații rezultate

Vibrațiile sonore pot fi amortizate și nedeteriorate. Amplitudinea oscilațiilor amortizate scade treptat. Un exemplu de oscilații amortizate este sunetul care apare atunci când șirul este excitat o dată sau gongul lovește. Motivul amortizării vibrațiilor șirului este frecarea șirului împotriva aerului, precum și frecarea dintre particulele șirului vibrator. Oscilările susținute pot exista dacă pierderile prin frecare sunt compensate de un flux de energie din exterior. Un exemplu de vibrații nedeteriorate sunt vibrațiile unui calit al clopotului școlar. În timp ce este apăsat butonul de pornire, în apel sunt vibrații nedecontate. După ce alimentarea cu energie a clopotului încetează, oscilațiile cad.

Propagând în cameră de la sursa sa, unda sonoră transferă energie, se extinde până ajunge la suprafețele de delimitare ale acestei încăperi: pereți, podea, tavan etc. Propagarea undelor sonore este însoțită de o scădere a intensității acestora. Acest lucru se datorează pierderii energiei sonore pentru a depăși frecarea dintre particulele de aer. În plus, răspândindu-se în toate direcțiile de la sursă, unda acoperă o suprafață din spațiu din ce în ce mai mare, ceea ce duce la o scădere a cantității de energie sonoră pe unitate de unitate, cu fiecare dublare a distanței față de sursa sferică, forța vibrațională a particulelor de aer scade cu 6 dB (de patru ori în putere) (fig. 5).

Fig. 5. Energia unei unde sonore sferice este distribuită pe o suprafață de undă în continuă creștere, astfel încât presiunea sonoră să piardă 6 dB cu fiecare dublare a distanței de la sursă

Întâlnirea unui obstacol în calea sa, o parte din energia unei unde sonore trece prin ziduri, parte absorbită în interiorul pereților și al părții reflectat în interiorul camerei. Energia undei sonore reflectate și absorbite este egală cu energia undei sonore incidente. În diferite grade, toate cele trei tipuri de distribuție a energiei sonore sunt prezente în aproape toate cazurile
(fig. 6).

Fig. 6. Reflectarea și absorbția energiei sonore

Unda sonoră reflectată, pierdând o parte din energie, se va schimba direcția și se va propaga până când va ajunge la alte suprafețe ale încăperii, din care va reflecta din nou, în timp ce va pierde o altă parte a energiei etc. Acest lucru va continua până când energia undei sonore se va stinge definitiv.

Reflectarea unei unde sonore are loc conform legilor opticii geometrice. Ei bine, reflectă sunetul substanțelor cu densitate ridicată (beton, metal etc.). Absorbția unei unde sonore se datorează mai multor motive. O undă sonoră își cheltuie energia pe vibrațiile obstacolului în sine și pe vibrațiile aerului în porii stratului de suprafață al obstacolului. Rezultă că materialele poroase (pâslă, spumă etc.) absorb puternic sunetul. Într-o cameră plină de spectatori, absorbția sunetului este mai mare decât în \u200b\u200bcea goală. Gradul de reflectare și absorbție a sunetului de către o substanță este caracterizat prin coeficienți de reflecție și absorbție. Acești coeficienți pot varia de la zero la unu. Un coeficient de unitate indică o reflectare sau o absorbție perfectă a sunetului.

Dacă sursa de sunet se află în cameră, atunci nu numai că energia directă, ci și energia sonoră reflectată de pe diverse suprafețe vine la ascultător. Volumul sunetului într-o cameră depinde de puterea sursei de sunet și de cantitatea de material care absoarbe sunetul. Cu cât materialul absorbant mai mult sunet este plasat în cameră, cu atât volumul sunetului este mai mic.

După oprirea sursei de sunet datorită reflectărilor energiei sunetului de pe diverse suprafețe de ceva timp, există un câmp sonor. Se numește procesul de atenuare treptată a sunetului în spațiile închise după oprirea sursei sale reverb. Durata reverbei se caracterizează prin așa-numitele timpul de reverberație, adică timpul în care intensitatea sunetului scade de 10 6 ori, iar nivelul acestuia cu 60 dB . De exemplu, dacă sunetul unei orchestre dintr-o sală de concerte atinge un nivel de 100 dB cu un nivel de zgomot de fundal de aproximativ 40 dB, atunci acordurile finale ale orchestrei atunci când sunt atenuate se vor dizolva în zgomot atunci când nivelul acestora scade cu aproximativ 60 dB. Timpul de reverberare este cel mai important factor care determină calitatea acustică a unei camere. Cu cât volumul camerei este mai mare, cu atât este mai mare și mai mică absorbție pe suprafețele de delimitare.

Cantitatea de timp de reverberare afectează inteligibilitatea vorbirii și calitatea sunetului muzicii. Dacă timpul de reverberație este prea lung, atunci discursul devine ilizibil. Cu prea puțin timp de reverberație, vorbirea este lizibilă, dar sunetul muzicii devine nenatural. Timpul optim de reverberație, în funcție de volumul camerei, este de aproximativ 1-2 sec.

Principalele caracteristici ale sunetului.

Viteza sunetului în aer este 332,5 m / s la 0 ° C. La temperatura camerei (20 ° C), viteza sunetului este de aproximativ 340 m / s. Viteza sunetului este indicată prin simbolul " din ».

Frecvență.Sunetele percepute de analizatorul auditiv uman formează o serie de frecvențe sonore. În general, este acceptat faptul că acest interval este limitat de frecvențele de la 16 la 20.000 Hz. Aceste limite sunt foarte arbitrare, ceea ce este asociat cu caracteristicile individuale ale auzului oamenilor, modificările legate de vârstă în sensibilitatea analizatorului auditiv și metoda de înregistrare a senzațiilor auditive. O persoană poate distinge între o schimbare de frecvență de 0,3% la o frecvență de ordinul de 1 kHz.

Conceptul fizic al sunetului acoperă frecvențele vibrațiilor audibile și inaudibile. Undele sonore cu o frecvență sub 16 Hz sunt denumite în mod convențional infrasunete, peste 20 kHz - ecografie . Gama de frecvențe infrasonice de jos este practic nelimitată - în natură există vibrații infrasonice cu o frecvență de zeci și sutimi de Hz .

Intervalul sonor este împărțit condiționat în mai multe intervale mai restrânse (tabelul 1).

tabelul 1

Gama de frecvențe audio este împărțită în mod convențional în sub-benzi

Intensitatea sunetului(W / m 2) este determinată de cantitatea de energie transportată de undă pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare a undei. Urechea umană percepe sunetul într-o gamă foarte mare de intensitate: de la cele mai slabe sunete sonore la cele mai puternice, de exemplu, create de un motor cu avion.

Intensitatea sunetului minim la care se produce o senzație auditivă se numește pragul percepției auditive. Depinde de frecvența sunetului (Fig. 7). Urechea umană are cea mai mare sensibilitate la sunet în intervalul de frecvență de la 1 până la 5 kHz, iar pragul de percepție auditivă are aici cea mai mică valoare de 10 -12 W / m2. Această valoare este luată ca nivelul zero al audibilității. Sub influența zgomotului și a altor stimuli de sunet, pragul auditiv pentru un sunet dat crește (Mascarea sunetului este un fenomen fiziologic prin aceea că, atunci când se aud două sau mai multe sunete de volume diferite, sunetele mai liniștite încetează să fie audibile), iar valoarea crescută rămâne pentru o perioadă de timp după încetarea factorului de interferență și apoi revine treptat la nivelul inițial. La persoane diferite și la aceleași persoane în momente diferite, pragul auzului poate varia în funcție de vârstă, starea fiziologică și de fitness.

Fig. 7. Dependența de frecvență a pragului standard de audibilitate
undă sinusoidală

Sunetele de intensitate ridicată provoacă o senzație de apăsare a durerii în urechi. Intensitatea minimă a sunetului la care există senzația de apăsare a durerii în urechi (~ 10 W / m2) se numește pragul durerii. Ca și pragul percepției auditive, pragul durerii depinde de frecvența vibrațiilor sonore. Sunetele, a căror intensitate se apropie de pragul durerii, au un efect nociv asupra auzului.

O senzație normală a sunetului este posibilă dacă intensitatea sunetului este cuprinsă între pragul audibilității și pragul durerii.

Este convenabil să evaluați sunetul după nivel ( L) intensitatea (presiunea sonoră), calculată după formula:

unde J 0 - pragul percepției auditive, J -intensitatea sunetului (tabelul 2).

masa 2

Caracteristicile sunetului după intensitate și evaluarea acestuia în funcție de nivelul de intensitate în raport cu pragul percepției auditive

Sunet caracteristic	Intensitate (W / m 2)	Nivel de intensitate în raport cu pragul de percepție auditivă (dB)
Pragul auditiv	10 -12
Sunete cardiace generate printr-un stetoscop	10 -11
Şoaptă	10 -10 –10 -9	20–30
Discursul sună într-o conversație calmă	10 -7 –10 -6	50–60
Zgomot puternic al traficului	10 -5 –10 -4	70–80
Zgomotul creat de un concert rock	10 -3 –10 -2	90–100
Zgomot în apropierea unui motor de avion de lucru	0,1–1,0	110–120
Pragul durerii

Aparatul nostru auditiv este capabil să perceapă o gamă dinamică uriașă. Modificările de presiune a aerului cauzate de cele mai calme sunete percepute de ureche sunt de aproximativ 2 × 10 -5 Pa. În același timp, presiunea sonoră cu un nivel care se apropie de pragul durerii pentru urechile noastre este de aproximativ 20 Pa. Drept urmare, raportul dintre sunetele cele mai calme și cele mai puternice pe care le poate auzi aparatul nostru auditiv este de 1: 1.000.000. Este destul de incomod să măsurăm astfel de semnale diferite de nivel într-o scară liniară.

Pentru a comprima o gamă atât de largă dinamică, a fost introdus conceptul de „bel”. Bel este logaritmul simplu al unui raport de două grade; iar decibelul este egal cu o zecime de bel.

Pentru a exprima presiunea acustică în decibeli, este necesar să pătrundeți presiunea (în Pascals) într-un pătrat și să o împărțiți cu pătratul presiunii de referință. Pentru comoditate, pătratul a două presiuni se realizează în afara logaritmului (care este o proprietate a logaritmelor).

Pentru a converti presiunea acustică în decibeli, se folosește formula:

unde: P este presiunea acustică care ne interesează; P 0 - presiunea inițială.

Când 2 × 10 -5 Pa este luată ca presiune de referință, presiunea sonoră exprimată în decibeli se numește nivel de presiune sonoră (SPL - de la nivelul de presiune sonoră engleză). Astfel, presiunea sonoră egală cu 3 Paeste echivalent cu un nivel de presiune sonoră de 103,5 dB, prin urmare:

Intervalul dinamic acustic menționat mai sus poate fi exprimat în decibeli ca următoarele niveluri de presiune sonoră: de la 0 dB pentru sunetele cele mai liniștite, 120 dB pentru sunete la nivelul pragului de durere și până la 180 dB pentru cele mai puternice sunete. La 140 dB, se simte durere severă, la 150 dB, apar leziuni ale urechii.

Volumul sunetului valoare care caracterizează senzația auditivă pentru un sunet dat. Volumul sunetului într-un mod complex depinde de presiunea sonoră (sau intensitatea sunetului), frecvențe și forme de undă. Cu o frecvență constantă și forma oscilațiilor, volumul sunetului crește odată cu creșterea presiunii sonore (Fig. 8.). Volumul sunetului unei frecvențe date este evaluat comparând cu volumul unui ton simplu cu o frecvență de 1000 Hz. Nivelul de presiune sonoră (în dB) al unui ton pur cu o frecvență de 1000 Hz, care este la fel de tare (prin comparație cu ureche) ca sunetul măsurat, se numește nivelul volumului acestui sunet (în fundaluri) (Fig. 8).

Fig. 8. Curbe de sonoritate egală - dependența nivelului de presiune sonoră (în dB) de frecvența la un volum dat (în fundal).

Spectrul sunetului.

Natura percepției sunetului de către organele auditive depinde de spectrul său de frecvență.

Zgomotele au un spectru continuu, adică. frecvențele oscilațiilor simple sinusoidale conținute în ele formează o serie continuă de valori care completează complet un anumit interval.

Sunetele muzicale (tonale) au un spectru liniar de frecvențe. Frecvențele oscilațiilor lor armonice simple formează o serie de valori discrete.

Fiecare oscilație armonică se numește ton (ton simplu). Tonul depinde de frecvență: cu cât frecvența este mai mare, cu atât tonul este mai mare. Senzația de tonaj este determinată de frecvența sa. O schimbare lină a frecvenței vibrațiilor sonore de la 16 la 20.000 Hz este percepută inițial ca un zgomot de frecvență joasă, apoi ca un fluier, transformându-se treptat într-un scârțâit.

Tonul de bază al unui sunet muzical complex este tonul corespunzător frecvenței cele mai mici din spectrul său. Tonurile corespunzătoare frecvențelor rămase ale spectrului sunt numite tonuri. Dacă frecvențele sonorilor sunt multiple ale frecvenței f о a tonului fundamental, atunci tonele sunt numite armonice, cu tonul fundamental cu o frecvență f о numită prima armonică, tonul cu următoarea frecvență maximă 2f - al doilea armonic etc.

Sunetele muzicale cu același ton fundamental pot varia în timp. Timbrul este determinat de compoziția orelor - frecvențele și amplitudinile lor, precum și natura creșterii amplitudinilor la începutul sunetului și declinul acestora la sfârșitul sunetului.

Informații similare.

2.2 Undele sonore și proprietățile lor

Sunetul este vibrații mecanice care se propagă într-un mediu elastic: aer, apă, solid etc.

Capacitatea unei persoane de a percepe vibrațiile elastice, de a le asculta este reflectată în numele doctrinei sunetului - acustica.

În general, urechea umană nu aude decât când vibrațiile mecanice cu o frecvență de cel puțin 16 Hz, dar nu mai mari de 20.000 Hz acționează asupra aparatului auditiv al urechii. Oscilatiile cu frecvente mai mici sau mai mari sunt inaudibile la urechea umana.

Faptul că aerul este un conductor de sunet a fost dovedit de experiența lui Robert Boyle în 1660. Dacă un corp sonor, cum ar fi un clopot electric, este plasat sub clopotul unei pompe de aer, atunci pe măsură ce aerul este pompat de sub el, sunetul va deveni mai slab și, în sfârșit, se va opri.

În timpul vibrațiilor sale, corpul comprimă alternativ un strat de aer adiacent suprafeței sale sau, dimpotrivă, creează un vid în acest strat. Astfel, propagarea sunetului în aer începe cu fluctuații ale densității aerului la suprafața unui corp oscilant.

Procesul de propagare a oscilațiilor în spațiu în timp se numește undă. Lungimea de undă este distanța dintre cele două cele mai apropiate particule ale mediului în aceeași stare.

O cantitate fizică egală cu raportul lungimii de undă cu perioada de oscilație a particulelor sale se numește viteza undei.

Oscilările de particule ale mediului în care se propagă unda sunt forțate. Prin urmare, perioada lor este egală cu perioada de oscilație a undei patogene. Cu toate acestea, viteza de propagare a undelor în diferite medii este diferită.

Sunetele sunt diferite. Distingem cu ușurință între fluierul și rola de tambur, vocea masculină (bas) de cea feminină (soprana).

Se spune că unele sunete sunt slabe, altele pe care le numim sunete înalte. Urechea distinge ușor între ele. Sunetul creat de toba mare este sunetul unui ton scăzut, fluierul este sunetul unui ton înalt.

Măsurătorile simple (măturarea vibrațiilor) arată că tonurile joase sunt vibrații de joasă frecvență într-o undă fonică. Un sunet cu înălțime mare corespunde unei frecvențe de oscilare ridicate. Frecvența oscilațiilor în unda sonoră determină tonul sunetului.

Există surse speciale de sunet care emit o singură frecvență, așa-numitul ton pur. Este vorba despre furci de reglare de diferite dimensiuni - dispozitive simple, care sunt tije metalice curbate pe picioare. Cu cât furculita este mai mare, cu atât sunetul este mai mic atunci când îl lovește.

Dacă luați mai multe furci de reglaj de diferite dimensiuni, nu va fi dificil să le aranjați după ureche, în ordinea creșterii tonului. Astfel, acestea vor fi amplasate ca mărime: cea mai mare furculiță de reglare dă un sunet redus, iar cea mai mică - cea mai mare.

Sunetele cu un singur ton pot avea un volum diferit. Volumul sunetului este legat de energia oscilațiilor din sursă și din undă. Energia oscilațiilor este determinată de amplitudinea oscilațiilor. Prin urmare, volumul depinde de amplitudinea oscilațiilor.

Faptul că propagarea undelor sonore nu se produce instantaneu poate fi observat din cele mai simple observații. Dacă în depărtare există o furtună, o lovitură, o explozie, un fluier al unei locomotive cu aburi, o lovitură de topor etc., atunci mai întâi toate aceste fenomene sunt vizibile și abia apoi, după ceva timp, se aude un sunet.

Ca orice undă, o undă sonoră se caracterizează prin viteza de propagare a oscilațiilor în ea.

Viteza sunetului variază în diferite medii. De exemplu, în hidrogen, viteza de propagare a undelor sonore de orice lungime este de 1284 m / s, în cauciuc - 1800 m / s, iar în fier - 5850 m / s.

Acum acustica, ca domeniu al fizicii, consideră un spectru mai larg de vibrații elastice - de la cea mai mică la cea mai mare, până la 1012 - 1013 Hz. Undele sonore cu frecvențe sub 16 Hz care nu sunt auzite de o persoană se numesc infrasunete, undele sonore cu frecvențe de la 20.000 Hz la 109 Hz se numesc ultrasunete, iar vibrațiile cu frecvențe mai mari de 109 Hz se numesc hipersonă.

Aceste sunete inaudibile au găsit multe utilizări.

Ultrasunetele și infrasunetele au un rol foarte important în lumea vie. De exemplu, peștii și alte animale marine surprind în mod sensibil valurile infrasunetelor create de valurile furtunii. Astfel, în avans, ei simt apropierea unei furtuni sau a unui ciclon și plutesc departe spre un loc mai sigur. Infrasunetul este o componentă a sunetelor pădurii, mării, atmosferei.

Când peștii se mișcă, se creează vibrații elastice infrasonice, care se propagă în apă. Aceste fluctuații se simt bine rechini pentru mulți kilometri și înoată spre pradă.

Ultrasunetele pot fi emise și percepute de animale cum ar fi câini, pisici, delfini, furnici, lilieci, etc. liliecii emit sunete scurte înalte în timpul zborului. În zborul lor, ei sunt ghidați de reflecțiile acestor sunete din obiecte întâlnite pe drum; ei pot prinde chiar insecte, ghidați doar de un ecou din prada lor mică. Pisicile și câinii pot auzi sunete de fluiere foarte ridicate (ecografii).

Un ecou este o undă reflectată dintr-un obstacol și primită de un observator. Ecoul sonor este perceput de ureche separat de semnalul primar. Metoda de determinare a distanțelor la diverse obiecte și de detectare a locațiilor lor se bazează pe fenomenul ecou. Să presupunem că un semnal sonor este emis de o sursă sonoră și momentul emiterii acestuia este înregistrat. Sunetul a întâlnit un obstacol, l-a reflectat, a revenit și a fost primit de receptorul de sunet. Dacă în același timp a fost măsurat intervalul de timp dintre momentele de emisie și recepție, atunci este ușor de găsit distanța până la obstacol. În timpul măsurat t, sunetul a acoperit o distanță de 2s, unde s este distanța până la obstacol, iar 2s este distanța de la sursa de sunet la obstacol și de la obstacol la receptorul de sunet.

Folosind această formulă, puteți găsi distanța până la reflectorul de semnal. Dar, de asemenea, trebuie să știți unde este amplasat, în ce direcție de la sursă l-a întâlnit semnalul. Între timp, sunetul se răspândește în toate direcțiile, iar semnalul reflectat ar putea veni din direcții diferite. Pentru a evita această dificultate, nu folosesc sunet obișnuit, ci ultrasunete.

Principala caracteristică a undelor cu ultrasunete este aceea că pot fi făcute direcțional, propagându-se într-o anumită direcție de la sursă. Datorită acestui fapt, reflectând ecografia, nu numai că puteți găsi distanța, ci și să aflați unde se află obiectul care le-a reflectat. Deci, de exemplu, puteți măsura adâncimea mării sub navă.

Localizatorii de sunet vă permit să detectați și să determinați locația diverselor leziuni în produse, cum ar fi golurile, fisurile, incluziunea străină etc. Cu cât este mai scurtă lungimea de undă cu ultrasunete, cu atât dimensiunile pieselor detectate sunt mai mici. Ecografia este folosită și pentru tratarea anumitor boli.

Acustica oceanului

Al doilea, puțin cunoscut laic, o formă de mișcare a apei mării sunt valuri interne. Deși au fost descoperite în ocean o lungă perioadă de timp, la începutul secolelor XIX și XX. (Expediția lui Nansen pe „Fram” și opera lui Ekman, care a explicat observațiile marinarilor) ...

Acustica oceanului

Acum despre valurile de suprafață, despre valurile mării în sine. Poate că în mare nu există niciun alt fenomen atât de cunoscut. De la marinari și filozofi antici, la artiști și poeți ai vremii noastre, de la bătrânul bunic ...

Valurile De Broglie și interpretarea lor fizică

Să calculăm viteza de propagare a grupului undelor de Broglie, ca în toate cazurile, viteza fazei și a grupului, viteza fazei va fi (6) De vreme ce viteza de fază a undelor de Broglie este mai mare decât viteza luminii în gol ...

Cercetarea undelor sonore

Se știe că sunetul se propagă în spațiu doar în prezența oricărui mediu elastic. Mediul este necesar pentru a transmite vibrații de la o sursă de sunet la un receptor, de exemplu, la urechea unei persoane. Cu alte cuvinte...

Studiul undelor mecanice începe cu formarea de idei generale despre mișcarea undelor. Starea de mișcare oscilatoare este transmisă de la un corp oscilant la altul în prezența unei conexiuni între ele ...

Utilizarea undelor electromagnetice

Wave se referă la vibrațiile care se propagă în spațiu în timp. Cea mai importantă caracteristică a unei valuri este viteza sa. Valurile de orice natură nu se propagă în spațiu instantaneu. Viteza lor este finită ...

Dezvoltare optică

Următorul pas în dezvoltarea teoriei undelor luminii a fost făcut de Huygens. În esență, el a creat teoria undelor luminii și a explicat pe baza tuturor fenomenelor cunoscute la acea vreme. Pentru prima dată, ideea naturii valurilor luminii a fost exprimată de Marty în 1648 și în 1665 ...

Undele descrise anterior se datorează forțelor elastice, dar există și unde a căror formare se datorează gravitației. Undele care se propagă pe suprafața unui lichid nu sunt longitudinale ...

Fundamentele fizice ale sunetului

Sunetul este obiectul senzațiilor auditive, prin urmare, este evaluat de o persoană și subiectiv. Perceperea tonurilor, o persoană le distinge în înălțime. Înălțimea este o caracteristică subiectivă, datorată în primul rând frecvenței tonului fundamental ...

Caracteristica mișcării corpului

2.1 Cinematica mișcării vibraționale Întrebări de testare 1. Oscilările sunt procese cu o anumită repetabilitate în timp. Oscilatii armonice - oscilații care apar conform legii sinusului și cosinusului ...

Undele electromagnetice și proprietățile lor

Undele electromagnetice sunt propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp. După cum s-a menționat deja, existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de marele fizician englez J. ...

Cântarea păsărilor, sunetul ploii și vântului, zgomote de tunete, muzică - tot ceea ce auzim, considerăm sunetul.

Științific, sunetul este un fenomen fizic care reprezintă vibrații mecanice care se propagă în medii solide, lichide și gazoase. Ele provoacă senzații auditive.

Cum apare un val sonor

Faceți clic pe imagine

Toate sunetele se propagă sub formă de unde elastice. Și undele apar sub acțiunea forțelor elastice care apar atunci când un corp este deformat. Aceste forțe încearcă să readucă corpul la starea inițială. De exemplu, un șir întins nu sună când staționează. Dar este necesar doar să-l luăm deoparte, întrucât sub acțiunea forței de elasticitate va tinde să ocupe poziția inițială. Prin vibrare, devine o sursă de sunet.

Sursa de sunet poate fi orice corp oscilant, de exemplu, o placă subțire de oțel fixată pe o parte, aer într-un instrument muzical de vânt, corzi vocale umane, un clopot etc.

Ce se întâmplă în aer când are loc o oscilație?

Ca orice gaz, aerul are elasticitate. Rezistă la compresiune și începe imediat să se extindă când scade presiunea. El transferă uniform orice presiune asupra lui în direcții diferite.

Dacă aerul este comprimat brusc cu ajutorul unui piston, atunci presiunea va crește imediat în acest loc. Acesta va fi transmis imediat straturilor de aer adiacente. Se vor comprima, iar presiunea din ele va crește, iar în stratul anterior va scădea. Deci, într-un lanț, sunt transmise zone alternante de înaltă și joasă presiune.

Înclinându-se pe părți pe rând, o sfoară sonoră comprimă aerul, mai întâi într-o direcție, apoi în opus. În această direcție, unde șirul a deviat, presiunea devine o anumită presiune atmosferică. Pe partea opusă, presiunea scade cu aceeași cantitate, deoarece aerul de acolo este diluat. Compresia și rarefierea vor alterna și se vor răspândi în direcții diferite, provocând vibrații ale aerului. Aceste fluctuații sunt numite unda de sunet . Și se numește diferența dintre presiunea atmosferică și presiunea din stratul de compresie sau de rarefierea aerului acustic sau presiunea sonoră.

Faceți clic pe imagine

O undă sonoră se propagă nu numai în aer, ci și într-un mediu lichid și solid. De exemplu, apa are un sunet extraordinar. Auzim o lovitură de piatră sub apă. Zgomotul elicelor navei de suprafață este capturat de acustica submarinului. Dacă așezăm un ceas mecanic pe un capăt al unei plăci de lemn, atunci, punând urechea la capătul opus al plăcii, vom auzi bifarea lor.

Sunetele vor varia în vid? Fizicianul, chimistul și teologul englez Robert Boyle, care a trăit în secolul al XVII-lea, și-a așezat ceasul într-un vas de sticlă din care a fost evacuat aerul. Nu a auzit bifarea ceasului. Aceasta însemna că undele sonore nu se propagau în spațiul fără aer.

Caracteristicile undelor sonore

Forma vibrațiilor sonore depinde de sursa de sunet. Cea mai simplă formă sunt vibrațiile uniforme sau armonice. Ele pot fi reprezentate ca un sinusoid. Astfel de vibrații sunt caracterizate de amplitudine, lungime de undă și frecvența de propagare a vibrațiilor.

Amplitudine

Amplitudine în cazul general, se numește abaterea maximă a corpului de la poziția de echilibru.

Întrucât unda sonoră constă în regiuni alternative de presiune ridicată și joasă, este adesea considerat ca un proces de propagare a fluctuațiilor de presiune. Prin urmare, vorbiți despre amplitudinea presiunii aerului în val.

Volumul sunetului depinde de amplitudine. Cu cât este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic.

Fiecare sunet al vorbirii umane are o formă de vibrație caracteristică numai pentru el. Deci, forma vibrațională a sunetului „a” este diferită de forma vibrațională a sunetului „b”.

Frecvența și perioada valurilor

Numărul de vibrații pe secundă este apelat frecvența undelor .

f \u003d 1 / T

unde T - perioada fluctuațiilor. Aceasta este perioada de timp în care are loc o oscilație completă.

Cu cât perioada este mai mare, cu atât frecvența este mai mică și invers.

Unitatea de măsură a frecvenței în sistemul internațional de măsurare SI este hertzi (Hz). 1 Hz este o oscilație pe secundă.

1 Hz \u003d 1 s -1.

De exemplu, o frecvență de 10 Hz înseamnă 10 oscilații în 1 secundă.

1.000 Hz \u003d 1 kHz

Tonul depinde de frecvența de oscilație. Cu cât este mai mare frecvența, cu atât tonul sunetului este mai mare.

Urechea umană nu este capabilă să perceapă toate undele sonore, ci doar cele care au o frecvență de 16 până la 20.000 Hz. Aceste unde sunt considerate sunete. Undele a căror frecvență este sub 16 Hz se numesc infrasonice, iar peste 20.000 Hz - ultrasonice.

O persoană nu percepe nici undele infrasonice sau ultrasonic. Dar animalele și păsările pot auzi ecografie. De exemplu, un fluture obișnuit distinge sunetele care au o frecvență de la 8.000 la 160.000 Hz. Intervalul perceput de delfini este și mai larg, variază între 40 și 200 de mii de Hz.

Lungime de undă

Val lung apelați distanța dintre cele două puncte apropiate ale undei armonice în aceeași fază, de exemplu, între două creste. Desemnat ca ƛ .

Într-un timp egal cu o perioadă, valul parcurge o distanță egală cu lungimea sa.

Viteza undei

v = ƛ / T

La fel de T \u003d 1 / f,

apoi v \u003d ƛ

Viteza sunetului

În prima jumătate a secolului XVII s-au făcut încercări de determinare a vitezei sunetului prin experimente. Filozoful englez Francis Bacon în lucrarea sa „New Organon” și-a propus propria sa modalitate de soluționare a acestei probleme, pe baza diferenței de viteză a luminii și a sunetului.

Se știe că viteza luminii este mult mai mare decât viteza sunetului. Prin urmare, în timpul unei furtuni, vedem mai întâi un fulger, și abia atunci auzim tunetul. Cunoscând distanța dintre sursa de lumină și sunet și observator, precum și timpul dintre blițul luminii și sunetului, viteza sunetului poate fi calculată.

Ideea de bacon a fost folosită de savantul francez Maren Marsenne. Un observator situat la o anumită distanță de persoana care fotografiază de pe muschetă a înregistrat timpul scurs de la blițul luminos până la sunetul filmării. Apoi distanța a fost împărțită în timp și a primit viteza sunetului. Conform rezultatelor experimentului, viteza era egală cu 448 m / s. A fost o estimare brută.

La începutul secolului al XIX-lea, un grup de oameni de știință de la Academia de Științe din Paris a repetat acest experiment. Conform calculelor lor, viteza luminii a avut o valoare de 350-390 m / s. Dar această cifră nu era exactă.

Teoretic, viteza luminii a încercat să calculeze Newton. Și-a bazat calculele pe legea Boyle-Marriott, care descrie comportamentul gazelor în izoterm proces (la o temperatură constantă). Și acest lucru se întâmplă atunci când volumul de gaz se schimbă foarte lent, reușind să ofere mediului căldura care apare în el.

Newton a sugerat că între zonele de compresie și rarefecție, temperatura se egalează rapid. Dar aceste condiții nu sunt în unda sonoră. Aerul conduce la căldură slab, iar distanța dintre straturile de compresie și de rarefiere este mare. Căldura din stratul de compresie nu are timp să se transfere în stratul de rarefiere. Și între ele există o diferență de temperatură. Prin urmare, calculele lui Newton au fost incorecte. Au dat o cifră de 280 m / s.

Savantul francez Laplace a fost capabil să explice că eroarea lui Newton a fost aceea că o undă sonoră se propagă în aer adiabatic condiții în diferite temperaturi. Conform calculelor lui Laplace, viteza sunetului în aer la o temperatură de 0 ° C este de 331,5 m / s. Mai mult, crește odată cu creșterea temperaturii. Iar când temperatura va crește la 20 ° C, va fi egală cu 344 m / s.

În diferite medii, undele sonore se propagă cu viteze diferite.

Pentru gaze și lichide, viteza sunetului se calculează după formula:

unde din - viteza sunetului,

β - compresibilitatea adiabatică a mediului;

ρ - densitatea.

După cum se poate observa din formulă, viteza depinde de densitatea și compresibilitatea mediului. În aer, este mai mic decât în \u200b\u200blichid. De exemplu, în apă la o temperatură de 20 ° C este egală cu 1484 m / s. Mai mult, cu cât salinitatea apei este mai mare, cu atât sunetul se propagă mai repede în ea.

Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1827. Acest experiment amintește oarecum de măsurarea vitezei luminii de către Maren Marsenne. Un clopot a fost coborât din partea unei bărci. La o distanță de peste 13 km de prima barcă se afla a doua. Pe prima barcă au lovit clopotul și, în același timp, au dat foc prafului de pușcă. Pe a doua barcă s-a înregistrat timpul de bliț, apoi timpul de sosire a sunetului din clopoțel. Împărțind distanța în timp, am obținut viteza unei unde sonore în apă.

Sunetul are cea mai mare viteză într-un mediu solid. De exemplu, în oțel ajunge la mai mult de 5000 m / s.