Акустика. Физика звука

Содержание:

Как мы слышим? Какова скорость звука? Как он распространяется? На все эти вопросы отвечает отдельная наука о природе звука - акустика.

Что такое акустика

Определение

Акустика - наука о физической природе звука.

Но что такое звук? Звук - механические колебания, распространяющиеся в виде упругой волны в жидкой, твердой или газообразной среде.

Характеристики звука

Звуковые волны, в зависимости от их спектра, делятся на шумы и музыкальные звуки.

Традиционно, звуком называют колебания определенной частоты, воспринимаемые слухом человека. Диапазон частот колебаний, которое воспринимает ухо: от 20 до 20000 Герц. Данное деление условно и границы диапазона не являются четкими, все зависит также от индивидуальных особенностей слуха каждого человека. Речь и большинство звуков, которые мы слышим, лежат в пределах около 4000-5000 Герц.

Ниже границы в 20 Герц лежит область инфразвука, а выше верхней границы слышимого диапазона - область ультразвука.

Частота $ϑ$ связана с длиной волны $λ$ соотношением $λ = \frac{V}{ϑ}$ , где $V$ - скорость распространения звука в среде.

Помимо частоты и длины волны звук характеризуется громкостью. Громкость (уровень звукового давления) измеряется в децибелах.

Определение

Децибел - логарифмическая единица измерения громкости звука, одна десятая часть белла.

$1 D b = 20 l g \frac{p}{20 м к П а}$ , где $p$ - измеренное звуковое давление, 20 мкПа - минимальное звуковое давление, при котором человек слышит звук.

Характеристики звука

Современные направления акустики

Акустика изучает вопросы распространения звуковых волн в различных средах и прикладные проблемы, связанные с этим. Исследования в области акустики проводились еще в глубокой древности. Доказательством тому служит факт построения античных амфитеатров таким образом, чтобы зрители даже на высоких трибунах могли слышать речь актеров.

В настоящее время акустика разделяется на множество направлений, таких как:

физическая акустика;
психоакустика;
музыкальная акустика;
электроакустика;
медицинская акустика;
биоакустика;
физиологическая акустика;
гидроакустика.

Пример

Летучие мыши и дельфины испускают сигналы с частотой соответственно $100$ кГц и $1$ МГц. Найдите длину волны этих звуков.

Решение.

Длина волны вычисляется по формуле $λ = \frac{V}{ϑ}$ , где $V$ - скорость распространения звука в среде. В воздухе $V = 343 \frac{м}{с}$ , в воде $V = 1531 \frac{м}{с}$ .

Для летучих мышей:

$λ = \frac{V}{ϑ} = \frac{343}{10^{5}} = 3, 43 м м$

Для дельфинов:

$λ = \frac{V}{ϑ} = \frac{1531}{10^{6}} = 1, 5 м м$

Автор: Роман Адамчук

Преподаватель физики