Тоны и шумы. Физические характеристики звука

Звуки разделяются на тоны и шумы.

Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром. Спектр сложного тона линейчатый. Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового генератора. К сложным относятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи человека и др.

Звуковой тон характеризуется частотой (или периодом), амплитудой и формой колебания или его гармоническим спектром, а также величинами, относящимися к звуковой волне: интенсивностью, или силой звука, и звуковым давлением.

Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: эрг/сек×см², вт/м², мквт/см².

Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м²) или динах на квадратный сантиметр (дин/см², или акустический бар).

Для плоской гармонической волны звуковое давление Dp связано интенсивностью " I " звука соотношением

или ,

где Dp₀ - амплитудное, а Dp_эф - эфективное (среднеквадратичное) значение, которое обычно и учитывается на практике.

Произведение скорости "c" звука в данной среде на плотность " r " среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).

Удельный акустический импеданс Z: , где p - звуковое давление, V - колебательная скорость частицы среды. (Он аналогичен электрическому импедансу Z, где ).

Так как интесивность звука , для плоской волны , где V - средняя скорость смещения частиц в волне, сравнение обеих формул - , или p = rcV, то - характеристический импеданс. и является основной характеристикой ее акустических свойств, определяющей условия отражения и преломления звука на границе среды. Для воздуха (при нормальных условиях) w = 430 кг/м²×сек, для воды примерно 145 × 10⁴, для железа 4 × 10⁷ и т.д.

Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения, некоторое давление, называемое давлением звука.

Шумом называют звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума - сплошной.

Шумом называют самые различные звуки, представляющие сочетание множества различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются.

Шум является вредным явлением; длительное действие шума на орган слуха вызывают ослабление чувствительности уха, может привести к частичной или полной потере слуха. Действуя на нервную систему, шум вызывает повышенную утомляемость, снижение работоспособности, различные нервные заболевания.

Вредность шума зависит от его громкости и спектрального состава. Нормально допустимым уровнем шума считается 40 - 50 дБ.

Для объективного измерения громкости шума применяются приборы, называемые шумомерами. Шумомер содержит микрофон, который преобразует звуковые колебания в электрические. Эти колебания затем усиливаются и средняя мощность их измеряется при помощи микроамперметра со шкалой, градуированной в децибелах громкости.