Акустика. Природа звука. Скорость звука. Эффект Доплера

1. Акустика

Презентация подготовлена
к.т.н., доцентом Царевой Е.А.

2. План изложения темы

1. Природа звука. Источники и
приемники звука. Голосовой и
слуховой аппарат человека.
2. Восприятие звука. Субъективные и
объективные характеристики
звука.
3. Скорость звука.
4. Эффект Доплера.
5. Ультразвук и его применение.
Понятие об инфразвуке.

3. ЗВУК

Звук представляет собой колебания
упругой среды, воспринимаемые нашими
органами слуха. Это возможно, если
частота колебаний волны лежит в
интервале от 20 (16) Гц до 20000Гц.
Колебания частотой выше 20000 Гц
называются ультразвуком и
человеческим ухом не воспринимаются.
Колебания с частотой меньше 20 (16) Гц
называются инфразвуком и
человеческим ухом тоже не
воспринимаются.

4. Источники и приемники звука

Источником звука может служить
любое тело, способное совершать
колебания указанной звуковой
частоты (язычок колокольчика,
камертон,с труна, столб воздуха в
трубе).
Приемником звука могут служить те
же самые тела, когда они приходят
в движение под действием
колебаний окружающей их упругой
среды.

5. Звуковой и слуховой аппарат человека

Посмотреть самостоятельно

6. Восприятие звуков. Субъективные и характеристики звука

. Физиологическое восприятие
звуков является отражением
соответствующих физических
характеристик. Говоря о звуковых
колебаниях мы привыкли говорить
о громкости и тембре звука. Но эти
величины являются субъективными
характеристиками.
Но им в соответствие можно
поставить объективные физические
характеристики.

7. Субъективные и объективные характеристики звука

Так субъективной характеристике
тембр (высота) звука соответствует
объективная характеристика
частота колебаний. Малые частоты
вызывают ощущения низкого тона
(бас), а большие частоты вызывают
ощущения высокого тона.
Чем больше частота колебаний, тем
больше высота тона
воспринимаемого звука.

8. Громкость звука

Громкость звука зависит сразу от двух
физических величин – амплитуды и частоты
колебаний. Чем выше частота звука, тем
больше громкость звука.
Субъективной характеристике громкость
звука ставится в соответствие объективная
характеристика сила звука или
интенсивность звука.

9.

Характеристики слухового
(субъективного) ощущения
Субъективные
Объективные
Высота
Частота
Громкость
Интенсивность
Тембр
Акустический спектр

10. Интенсивность или сила звука

Интенсивностью или силой звука
называется физическая величина равная
энергии, переносимой в единицу времени
через единичную площадку,
расположенную перпендикулярно
направлению распространения волны
1 2 2
I A c
2

11. Порог слышимости

Для того, чтобы воспринимать звуки они
должны обладать какой-то минимальной
интенсивностью.
I0 - порог слышимости
Лучше всего мы воспринимаем звуки
частотой 1000 – 4000 Гц. Для них порог
слышимости самый маленький
I0 ~ 10-11 10-12 Вт/м2

12. Порог болевого ощущения

По интенсивности звуки ограничены и
сверху. Если интенсивность звука
становится больше Iб =10 Вт/м2 в ушах
возникают болезненные ощущения.
Iб – порог болевого ощущения.

13. Психо-физиологический закон Вебера - Фехнера

Изменение громкости звука L пропорционально
логарифму отношения интенсивностей
сравниваемых звуков
I
L k lg
I0
I0 – условно выбранный нулевой уровень I0 = 10-12
Вт/м2
Наше ухо способно воспринимать звуки
отличающиеся по силе в 1013 раз, но оно не
чувствительно к малым изменениям силы
звука и не замечают прирост силы звука
менее чем на 10 -20%.

14. Единицы измерения громкости звука

Если положить k =1, то определяется
единица уровня громкости звука 1Бел.
Уровень громкости звука 1Бел (Б)
соответствует силе звука I = 10 I0
Чаще пользуются единицей в 10 раз
меньшей 1 Децибел (1дБ)
1дБ = 0,1 Б

15.

Примеры
Примерный характер
звука
Интенсивность
звука (Вт/м2)
Звуковое
давление
(Па)
Уровень
интенсивности
звука (Дб)
Порог слышимости
10-12
0,00002
0
Шепот
10-10
0,0002
20
Разговор нормальным
голосом
10-7
0,0064
50
Разговор громким
голосом
10-6
0,02
60
Шум на оживленной
улице
10-5
0,64
80
Крик
10-4
0,2
80
Порог болевого
ощущения
10
64
130

16. Скорость звука

Скорость распространения звука в
различных средах различна. Звук
является продольной механической
волной. В жидких и газообразных
средах распространение звука
происходит адиабатически, т.к.
вследствие быстрого чередования
сжатий и расширений теплообмен
между возбужденной и
невозбужденной частями среды не
успевает установиться.

17. Скорость звука

В твердых телах
Е - модуль Юнга, - плотность
В жидкостях
k – модуль объемного сжатия
В газах
р – давление
адиабатическая постоянная
Е
с
с
k
р
с
СP
СV

18. Эффект Доплера

Эффект изменения частоты
сигнала при движении
источника звука впервые был
исследован австрийским
физиком и астрономом
Христианом Доплером и носит
название эффекта Доплера.

19.

Эффект Доплера
При приближении источника звука частота сигнала
повышается, а при удалении понижается

20.

21. Эффект Доплера

пр ист
с пр
с ист
При пользовании этой формулой
необходимо соблюдать правило знаков.
Скорости источника и приемника берутся
положительными при их сближении и
отрицательными при удалении.
Эта формула справедлива для движения
вдоль одной прямой. Если это не так, то в
нее подставляются не сами скорости, а их
проекции на прямую соединяющую

22. Ультразвук и его применение. Понятие об инфразвуке

самостоятельно