Атмосферная акустика

ЛЕКЦИЯ 8.3. АТМОСФЕРНАЯ АКУСТИКА

8.3.1 Восприятие звуковых волн ухом человека, частота и сила (громкость) звука

Звук представляет собой распространяющиеся в среде упругие колебания малой интенсивности (амплитуды), т.е. это продольные прима-волны сжатия и разрежения (рис. 8.7). В узком смысле под звуком понимается слышимый звук – упругие волны, воспринимаемые ухом человека. Упругие волны с большой амплитудой называются ударными.

Как и всякий волновой процесс, звуковые волны характеризуются скоростью распространения V, длиной волны , частотой и периодом Т, которые связаны между собой соотношением

V = = /T. (8.16)

Акустические частоты лежат в пределах:

<16 Гц 16–44 44–2300 2300–200000 >20000

Инфразвук Шум Звуки человеческого голоса Свисты Ультразвук

>20,7 м 20,7–7,5 м 7,5–0,14 м 14,4–1,7 см <1,7 см

Среднее человеческое ухо воспринимает как звук частоты в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Но самые низкие и самые высокие частоты, воспроизведенные лучшими певцами Мира за всю историю, лежат в пределах 44–2300 Гц, что и дает основание выделить их как звуки человеческого голоса.

Звуковым частотам при V = 331 м/c (что имеет место при t = 0ºC) соответствуют длинны волн , приведенные в табличке диапазонов частот. Как видно, они занимают диапазон примерно от 2 см до 21 м.

Под силой звука I понимают интенсивность звуковой волны, т.е. поток энергии волны, приходящийся на единичную площадку в 1 м² в 1 с и выражаемый в Вт/м² .

Если (Н/м² =Па) есть перепад или амплитуда давления в звуковой волне, – плотность воздуха, то

(8.17)

Ухо человека имеет неодинаковую чувствительность к звуковым волнам разной частоты. Наиболее чувствительно оно к звукам с частотами 700…, 6000 Гц. Здесь ухо способно воспринимать звуки с I = 10^–11 ÷ 10^–12 Вт/м² . Наименьшая сила звука, которую ухо человека способно воспринимать, называется порогом слышимости. Стандартный порог слышимости I_с принят равным 10^–12 Вт/м² при частоте 1000 Гц = 1 кГц.

Наибольшая сила звука I, которую мы еще воспринимаем как звук, а не как боль, называется порогом осязания. На разных частотах он различен, изменяясь от 0,1 Вт/м² при 6000 Гц до 10 Вт/м² как при низких, так и при высоких частотах.

Таким образом, если не учитывать влияние частоты, ухо воспринимает как звук диапазон интенсивностей от 10^–12 до 10 Вт/м² , что соответствует изменению I в 10¹² –10¹³ раз. При таком большом диапазоне I удобно пользоваться на практике логарифмическим масштабом, выражая уровень интенсивности звука (уровень громкости звука) как величину L

L = 10 lg(I/I_c )(8.18)

где I – сила исследуемого звука Вт/м² , I_c = 10^–12 Вт/м² – стандартный порог слышимости.

Уровень интенсивности L(громкость звука) в (8018) выражается во внесистемных единицах – децибелах (дБ). L=1 дБ, если lg(I/I_c )=0,1=10^–1 (тогда I=1,26 I_c ). В этом случае, если I меняется в интервале от 10^–12 до 1 Вт/м² (т.е. в 10¹² раз), то L (дБ) меняется в интервале от 0 до 120 дБ (табл. 8.8).

Два уха позволяют определить направление на источник звука. При частоте 1000 Гц человек воспринимает запаздывание звука по фазе на то или иное ухо всего в 10^{– 4} с. Это соответствует минимальному углу на звук в 10⁰ . При этом определяется как угол между нормалью, проведенной к середине отрезка прямой, соединяющей отверстия ушных раковин, и направлением на источник звука из середины отрезка.

Таблица 8.8Громкости различных звуков в дБ и соответствующие им значения I Вт/м²

Источник звука	Расстояние, м	I, Вт/м2	L, дБ
Шепот Падение капель воды Негромкий разговор Автомобиль на асфальте Симфонический оркестр Отбойный молоток Мотор самолета Ударная волна реактивного самолета	1 1 1 5–10 3–5 1 10 10	10–12 10–10 10–8 10–6 10–4 10–2 1 –	0 20 40 60 80 100 120 150–200

Особенностью инфразвуков является то, что при распространении они слабо затухают. Поэтому мощные инфразвуковые волны, возникающие при далеких штормах на море, могут быть приняты на больших удалениях. Возможно, у некоторых рыб имеется чувствительность к инфразвукам.

Ультразвуковые волны вследствие большой частоты имеют две особенности:

1. Здесь можно получить волны с высокой интенсивностью I до 1–2 кВт/м² ;

2. Для ультразвуковой волны можно получить направленное излучение.

8.3.2 Зависимость скорости звука от температуры и влажности

Ударные волны.

Скорость звука V в среде зависит от ее сжимаемости, т.е. упругости и в общем случае определяется выражением:

(8.19)

где

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать