в чем частота колебаний звука

Акустические системы: поговорим о звуке (часть 1)

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Этой статьей мы начнем цикл материалов о конструкции акустических систем, их свойствах и важных характеристиках, в которых стоит разобраться тому, кто решил, как минимум, обдуманно купить себе колонки или же хочет подробнее изучить, почему все работает именно так, а не иначе. Цикл рассчитан на новичков в мире аудио, но будет полезен и тем, кто уже все знает, чтобы освежить свои знания или написать свое мнение в комментариях. Итак, начнем мы, однако, не с акустики, а со звука, потому что единственная задача акустики — создать звук.

Что такое звук?

В учебнике сказано: «Колебательные движения частиц, которое распространяется в виде волн в газообразной, жидкой или твердой средах». Давайте отбросим лишнее и поговорим только о слышимом звуке (кроме него ведь еще существуют ультразвук, инфразвук и т.д.).

Звук — это, на самом деле, не движение воздуха (газа) в пространстве, а волновые, периодические изменения давления этого самого газа. Звук является волновым излучением, подчиняется соответствующим физическим законам, которые описывают его распространение и взаимодействия. Согласно этим законам мы можем описать звук по нескольким характеристикам. Возьмем основные: частота, амплитуда (форма колебаний) и скорость.

Что такое частота звука?

Частота — это количество колебаний за единицу времени. Конкретней — число колебаний в секунду. Измеряется в герцах. Одно колебание в секунду — один герц (Гц). Если еще вспомнить, что звук распространяется в воздухе со скоростью около 350 метров в секунду или около 1250 км/ч, то достаточно легко понять, что частота и скорость связаны между собой. И эта связь дает нам возможность определить длину звуковой волны: чем больше частота, тем меньше длина волны — и наоборот.

Почти традиционно считается, что человеческий слух позволяет услышать диапазон частот «20–20» — от 20 Гц до 20 кГц, другими словами, от 20 колебаний в секунду до 20 000.

Не все частоты одинаково громкие

При этом матушка-природа наделила нас с вами достаточно избирательным слухом. Психоакустические исследования показывают, что лучше всего человек слышит самое для себя важное — человеческую речь. Эти звуки располагаются в диапазоне частот в районе 3000 Гц. Где-то в этом районе и находится максимальная чувствительность наших с вами ушей.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

На других частотах она уменьшается, изменяясь в виде плавных кривых. Эти кривые показывают, с какой громкостью человек воспринимает звуковые колебания равной амплитуды. Эти данные важны не только для расчета акустических систем, но и для правильного понимания природы восприятия звука.

Они были получены статистическим способом, когда в субъективном оценивании громкости звучания на разных частотах принимало участие большое количество людей. В честь авторов этой научной разработки линии равной громкости называются кривыми Флетчера-Мэнсона.

Как мы понимаем, откуда пришел звук

Ответ простой: потому, что у нас есть голова и два уха! Если одно ухо вдруг не работает, это можно частично компенсировать быстрым поворотом головы. Слух при наличии двух ушей называется бинауральным. Он позволяет нам локализовать источник звука.

Это происходит потому, что звук приходит к правому и левому уху с небольшой задержкой или, если выразиться точнее, со сдвигом по фазе. Так как длина звуковой волны достаточно большая, в оба уха обычно поступает одна волна, но разные ее участки — фазы.

Этот сдвиг анализируется нашим мозгом, легкий поворот головы — и мы уже готовы приблизительно указать на какой ветке сидит птица, хотя разглядеть ее все равно не получится.

И чем выше звук, то есть, чем больше его частота, тем легче определить направление на его источник — сильнее проявляется фазовый сдвиг. А вот на низких частотах длина волны становится больше, чем расстояние между ушами, поэтому определить источник звука гораздо сложнее.

Почему одни звуки красивые, а другие нет?

Здесь почему-то тянет взять серый том Фейнмановских лекций и освежить воспоминания о рядах Фурье — но будем проще: любое колебание можно разложить на несколько колебаний с меньшей длиной волн. Эти меньшие волны — и есть гармоники, и сколько их укладывается в длине основной волны — две, три и т.д. — определяет их четность или нечетность. Как оказалось, нечетные гармоники воспринимаются нашим слухом дискомфортно. Причем вроде все играет правильно, но дискомфорт остается.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Более явный неприятный звук — диссонанс, две частоты, работающие одновременно и вызывающие редкие биения. Если хотите еще наглядней, то нажмите близлежащие черную и белую клавиши на пианино.

Есть и противоположность диссонанса — консонанс. Это сама благозвучность, например, — такой интервал, как октава (удвоение частоты), квинта или кварта. Кроме того, комфортности звучания мешают маскирующие его шумы различной природы, искажения и призвуки.

Ясно, что шум — то, что мешает в принципе. Звуковой мусор. Впрочем, есть и белый шум, этакий эталон шума, в котором присутствуют равномерно все частоты (точнее — спектральные составляющие). Если вы хотите уйти от источника белого шума, то по ходу удаления он будет розоветь. Это происходит потому, что воздух сильнее ослабляет верхние частоты слышимого спектра. Когда их меньше, тогда говорят о розовом шуме.

Чем громче шум по отношению к полезному звуку, тем больше этот звук маскируется шумом. Падает комфортность, а затем — и разборчивость звучания. Это же относится и к нечетным гармоникам, и к нелинейным искажениям, о которых мы еще поговорим более подробно. Все эти явления взаимосвязаны и, самое главное, — все они мешают нам слушать.

Нота — высота звука и его частота — зависит от специальности

В понимании звука, судя по всему, есть две крайности — понимание звукоинженера и музыканта. Первый говорит «440 Гц!» второй — «нота Ля!». И оба правы. Первый говорит «частота», второй — «высота звука». Впрочем, известно немало отличных музыкантов, которые вовсе не знали нот. При этом специалистов в области акустики, не знающих физических основ в этой области, еще никому не удавалось встретить.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Важно понимать, что оба этих специалиста по-своему занимаются комфортным звучанием. Автор музыкального произведения, инстинктивно, или опираясь на консерваторские знания, строит звук на принципах гармонии, не допуская диссонансов или искажений. Конструктор, создающий колонки, изначально не допускает посторонних призвуков, минимизирует искажения, заботится о равномерности амплитудно-частотной характеристики, динамике и многом, многом другом.

Громкость, звуковое давление — пределы и ориентиры

С громкостью все не так просто. Она относительна. Подумайте сами, ведь абсолютной тишины не существует. То есть, она в природе есть, но попадание в такое место превращается в пытку — вы начинаете слышать стук своего сердца, звон в ушах — все равно тишина исчезает.

Поэтому звуковое давление измеряется относительно некоего нулевого уровня в децибелах (дБ). Это логарифмические единицы, ведь логарифмическая шкала наиболее точно соответствует природе слуха. Если немного углубиться в теорию, нужно вспомнить эмпирически установленный закон психофизиологии Вебера-Фехнера, который описывает работу органов чувств. Согласно этому закону, интенсивность ощущения чего-либо прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. В случае звука, это — амплитуда (размах) колебаний.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Разница приблизительно в шесть децибел воспринимается нами, как удвоение громкости. Добавление трех децибел на низкой частоте требует удвоения амплитуды колебаний источника звука, но на слух это замечает не каждый слушатель! Такие вот парадоксальные, на первый взгляд, данные.

Поведение звука

Оно всегда предсказуемо, если вооружиться определенными знаниями. Звук может отражаться от поверхности, поглощаться ею, проникать сквозь нее. При этом каждый вариант — лишь частичный. Отражение звука приводит к эффекту эхо, звукоинженеры еще называют его реверберацией. Это сложный процесс. В любой комнате есть своя реверберация, многократная, по-своему затухающая, с определенными частотными характеристиками. Затухающая потому, что часть звука все-таки поглощается стенами.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Но если звук сделать громче, то, в зависимости от выбранного звукового давления, через некоторое время (оно линейно зависит от громкости в дБ) в стену начнут стучать соседи. Это значит, мы выяснили, что часть звука проходит сквозь стену. Правильное соотношение всех этих свойств — очень важный параметр для комфортного звучания.

Та же реверберация должна быть оптимальной. Если ее практически нет, говорят, что комната переглушена. Если ее слишком много — вы слышали такое на вокзале, — страдает разборчивость звука. Существуют определенные критерии для правильной акустической обстановки, о них мы писали, например, в этой статье.

Еще один источник аудионегатива — резонирующие объекты. Скажем, хрусталь в стеклянном шкафу. И когда все эти факторы приведены в норму — поздравляю, мы с вами находимся в акустически комфортном помещении!

В таком помещении особенно хорошо звучит качественное аудиовоспроизводящее оборудование и его главная составляющая часть — акустические системы.

Источник

Частота звуковых волн

Чему равна частота звуковой волны – частота, длина и скорость звука. Изучите единицу измерения, формулу частоты звуковой волны, что определяет, диапазон.

Частота – количество повторяющихся событий за временную единицу.

Задача обучения

Основные пункты

Термины

Звуковые волны обладают частотой, то есть количеством вхождений повторяющегося события за временную единицу.

Частота колебаний звуковой волны основывается на длине волны и скорости звука: в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Нижний рисунок демонстрирует связь частоты и длины.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Звуковая волна формируется из источника, вибрирующего на частоте (f), и распространяется при v на длине λ

Частота звуковой волны определяет и другие характеристики. Можно использовать частоту и длину, чтобы отыскать скорость волны. Не забывайте, что она зависит от того, в какой среде перемещается звук. Высокие показатели появляются в твердых веществах. Формула: vs = fλ.

Период – длительность цикла повторяющегося события. В анимации показаны различные частоты и периоды (от наименьшего к наивысшему).

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Три мигающих огонька: от самой низкой частоты (сверху) до наивысшей (снизу). F – частота в Герцах. Т – период в секундах

Единица измерения – Герц (Гц). Это количество циклов в секунду: 100 Гц = 100 циклам.

Различные виды улавливают разные частотные диапазоны. Люди способны услышать 20 – 200000 Гц, а собаки до 60000 Гц. У летучих мышей диапазон вырастает до 120000 Гц. Последние применяют ультразвук, чтобы сориентироваться в пространстве или найти объекты. Звуковые волны отбиваются от предметов. Животное улавливает, сколько времени нужно на возврат, и понимает, какая дистанция образовалась. Это эхолокация.

Источник

Звук, как особый вид механических колебаний.

Звук, как механические колебания

Само понятие «колебания» подразумевают какие-либо повторяющиеся процессы, параметры которых постоянно изменяются. Например, изменения температуры.

А к механическим колебаниям относят повторяющиеся движения различных тел (струны, маятник, камертон и т. п.). Эти движения могут повторяться через равные промежутки времени. Их называют периодические. А если через неравные промежутки, то непериодические. Периодические колебания лежат в основе музыкальных звуков. Только по таким колебаниям наша слуховая система способна определять высоту тона.

Простое гармоническое колебание

Чтобы колебание было гармоническим (повторяющимся), на него должна действовать возвращающая сила. То есть сила, которая возвращает тело назад. Если под действием этой силы тело совершает повторяющиеся движения и это происходит через равные промежутки времени в положение равновесия, то это движение и называют простым гармоническим колебанием. Именно этот тип движения лежит в основе более сложных музыкальных звуков, которые мы слышим. Самый простой пример такого колебания — это колебание массы (груза) на пружине.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

На рис. видно, что если вывести из положения равновесия массу, то на неё начинает действовать возвращающая упругая сила. Эта сила начинает возвращать груз в положение равновесия. Но сначала груз по инерции проскакивает эту точку и смещается в противоположную сторону. Затем под действием той же силы, он возвращается в положение равновесия. После этого этот цикл повторяется.

Для определения смещения используют несколько величин:

Амплитуда колебаний — максимальное смещение тела от положения равновесия.

Период колебаний — наименьший промежуток времени, через которые повторяются колебания (t).

Частота колебаний — число циклов (колебаний) в секунду. Измеряется в герцах (Гц или Hz). Частота — величина, обратная периоду. И рассчитывается по формуле f=1/t. То есть если t=0,001 с., то f=1/0,001 с = 1000 Hz. Однако, такой расчёт характерен только для простого гармонического колебания.

Частота колебания тесно связана с понятием музыкального тона. Например, ля первой октавы (А4) равна 440 Гц.

Угловая (круговая) частота — измеряется в радианах в секунду (рад/с). Измеряется по формуле ω=2πf. Например, если частота 100 Hz, то ω=2×3,14×100=628 рад/с.

Начальная фаза — это положение, с которого началось колебание. Измеряется в градусах. Когда тело начинает колебаться из положения равновесия, то фаза равна нулю. Если сначала отклонить в крайнее правое положение, а потом толкнуть, то фаза равна 90 °. А если, например, две струны начинают колебаться с задержкой по времени, то уже будет сдвиг фазы (задержка в 1/4 периода означает сдвиг фаз в 90 °, в 1/3 = 270 ° и т. д.).

Собственная частота колебаний

Если какое-либо тело (например, струну) вывести из равновесия, а затем отпустить, то она будет совершать свободные периодические колебания, которые будут зависеть только от её жесткости и массы. Вот это частота и называется собственная частота колебаний.

Частота собственных колебаний тела не зависит от амплитуды колебаний. Поэтому изменяя громкость (амплитуду), мы можем сохранять высоту музыкального тона (частоту).

Затухающие свободные колебания

В реальности колебание не может двигаться вечно, так как часть энергии расходуется на преодоление трения (например, в воздухе). Поэтому амплитуда постепенно уменьшается и тело постепенно останавливается. Этот процесс называется затухание колебания.

Процесс затухания зависит от многих факторов. Приведём несколько.

Масса тела

Например, чем масса тела меньше, тем затухание происходит быстрее. Вспомним рояль. Верхние, тонкие струны на нём не демпфируются. Они и так быстро затухают. А на нижних, наоборот, демпфируются. Масса большая и поэтому они долго колеблются.

Трение материала

В дереве, к примеру, трение очень высоко. Поэтому у ксилофона звук затухает быстро (скорость затухания колебания). А в металле — медленнее, вспомним металлофон.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звукаПроцессы затухания очень важны в музыкальных инструментах, так как по ним мы идентифицируем и отличаем различные тембры. Именно по этому в изготовление музыкальных инструментов уделяется особое внимание материалам, технологии обработки и т. д. Всё это сильно влияет на скорость и процесс затухания.

Сложные свободные колебания

То, что мы рассматривали выше (простое гармоническое колебание) — это простая система, которая называется система с одной степенью свободы. То есть имеется одна масса (груз), одна жёсткость (пружина) и колебание происходит в одном направлении. Простые системы с конечным числом называют сосредоточенными.

В реальности музыкальные инструменты создают более сложные колебания. Это уже системы с бесконечно большим числом степеней свободы. Такие системы называют распределёнными.

Виды колебаний

Колебания делятся на продольные и поперечные. Чаще в музыкальных инструментах используются поперечные колебания (струны, мембраны, пластины), но в духовых инструментах возбуждаются продольные колебания воздушных столбов воздуха.

Представляют собой набор характерных для колебательной системы типов гармонических колебаний.

Приведём пример. Вот как выглядит форма колебаний струны на собственных частотах.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Первая мода — основная, фундаментальная. Дальше следует вторая мода, третья … и т. д.

Спектры

Сочетание набора собственных частот, амплитуд колебаний и внешней силы (удар по струне, щипок, смычок), которая воздействует на тело называется амплитудным спектром. Если это набор фаз колебаний на этих частотах, то это называется фазовым спектром.

Для рассмотрения спектра используются следующие важные термины:

Фундаментальная частота — основная (низшая, первая) собственная частота. Все собственные частоты выше основной называются обертонами. Именно обертоны придают источнику звука характерное звучание — тембр.

Обертоны бывают гармоническими и негармоническими. Частоты гармонических обертонов кратны частоте основного тона (их также называют гармониками). Например, 110, 220, 330, 440 … В реальных физических ситуациях (например, при колебаниях массивной и жесткой струны) частоты обертонов могут заметно отклоняться от величин, кратных частоте основного тона — такие обертоны называются негармоническими.

Естественно гармоники бывают четными и нечётными. Вот, к примеру, таблица обертонов и гармоник До большой октавы:

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Начальные 10 обертонов прослушиваются по высоте и сливаются друг с другом в аккорды. Остальные прослушиваются плохо или не прослушиваются вообще.

Вынужденные колебания и резонанс. Атака звука, стационарный процесс и процесс спада.

Выше мы рассматривали свободные колебания. То есть была приложена сила только один раз, в начальный момент. Далее колебания постепенно затухали. Но что же будет если на тело действует периодическая сила (например, если струну будем постоянно цеплять с силой определённой частоты)? И здесь уже колебательные процессы будут намного сложнее. Вначале тело начнет колебаться со своей собственной частотой, эти колебания постепенно затухнут и установятся колебания с частотой вынуждающей силы. Этот период сложения собственных и вынужденных колебаний называется атакой звука. Затем возникнут периодические вынужденные колебания, частота которых совпадает с частотой действующей силы. Эти колебания, несмотря на трение, будут продолжаться пока действует сила, которая постоянно компенсирует энергию, затраченную телом при колебаниях. Эти движения называют вынужденными стационарными колебаниями. Когда сила прекращает своё воздействие начинается процесс затухания с частотой собственных колебаний. Этот период называют периодом затухания колебания.

Когда происходит совпадение частоты внешней силы, которая действует на систему, с частотой собственных колебаний системы происходит резонанс. Это явление возникает только тогда, когда на тело действует внешняя сила.

Вернёмся к атаки звука. В начальный момент времени в период атаки происходят сложные процессы взаимодействия свободных и вынужденных колебаний в системе. Они зависят от многих факторов: начальных условий, величины затухания в системе, соотношения собственных частот и частот вынуждающей силы. А если мы обратимся к реальным музыкальным инструментам, то процесс атаки будет ещё сложнее. Поскольку у каждого резонатора и вибратора (струны, деки, мембраны и т. д.) имеется много собственных частот, то при воздействии вынуждающей силы все они начнут колебаться на этих частотах. Затем эти колебания будут затухать и останутся стационарные колебания. После того как действие силы прекратится, будет происходить спад колебаний, причем также на всех частотах. В итоге, звук реального музыкального инструмента состоит из трёх важных частей: процесса атаки, стационарной части и процесса спада. У каждого инструмента свои временные соотношения этих частей. Например, у щипковых время атаки около 30-120 мс, стационарная часть 0,02-1 с., время спада 0,2-1 с. А у ударных атака — 0,4-4 мс. Поэтому эти параметры играют большое значение для определения музыкальных инструментов. Ведь мы индентифицируем инструменты не только когда их слышим сольно, но и можем выделять их при прослушивании в различных ансамблях.

Похожие записи

Музыка в игорных заведениях: как ее выбирают и какое влияние оказывает на посетителей

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

5/5 — (11 голосов) Почему в наземных казино чаще играет спокойная музыка… Узнаем, некоторые нюансы о том, что такое музыка…

Источник

Звуковые волны, виды, длина волны и скорость звука.

Сегодня мы продолжим изучать звук и разберёмся что такое звуковые волны, какие бывают их виды, что такое длина волны и какая скорость у звука.

Звуковые волны

Звук создаётся с помощью механических колебаний голосового аппарата или различных элементов музыкальных инструментов. Подробнее о механических колебаниях мы говорили вот в этой статье ( читать ).

Виды звуковых волн

Звуковые волны делятся на продольные. Это когда направление движения частиц совпадает с направлением распространения энергии механических колебаний в упругой среде. И на поперечные. Это когда направление движения частиц перпендикулярно распространению возмущения.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

В газах (к ним относится и воздух) распространяются только продольные волны, в твердых могут быть оба вида.

Скорость звуковой волны

Если сделать движение рукой туда и обратно, то с воздухом ничего особенного не произойдет, кроме того, что его частицы сместятся в пространстве. Если бы мы могли махать рукой сто раз в секунду, то произошло бы совсем другое. У воздуха не было бы времени освобождать путь движущейся руки. И он стал бы сжиматься, когда рука движется вперёд и разрежаться, когда она возвращалась.

Благодаря упругости в процессе таких колебаний при движении поверхности тела вперёд каждая частица воздуха толкает находящуюся впереди частицу, та следующую и т. д. При обратном движении поверхности тела сжатие сменяется разряжением, за которым опять следует сжатие.

Эти волны сжатия и разряжения передаются от одного участка к другому с определённой скоростью.

В упругой среде они распространяются со скоростью, зависящей от материала среды и от того, насколько близко расположены друг к другу его атомы и молекулы.

В газах плотность не влияет на скорость. Например, в воздухе важным параметром является его температура. Но об этом ещё поговорим.

Отметим, что скорость звука в воздухе абсолютно не зависит от числа колебаний поверхности тела. Напомним, что число колебаний в секунду (точнее один период) называется Герц (Гц). Также скорость смещения частиц и скорость звуковой волны это совершенно разные величины. Скорость частиц зависит от частоты и амплитуды звукового сигнала. А скорость звука только от свойств среды (температура, плотность, упругость).

Формулы

Зависимость скорости звуковой волны от свойств среды, где она распространяется, рассматривается по формуле:

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

E — коэффициент упругости среды, определяет силу взаимодействия частиц друг с другом; p = m/V (кг/м³) — плотность среды. У твердых тел упругость больше, чем у жидкости и газа. Поэтому соотношение скоростей звука будет таким:

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Скорость звука в газах может быть представлена следующей формулой:

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

γ = cp/сv — отношение удельной теплоёмкости при постоянном давлении к удельной теплоёмкости при постоянном объёме.

P атм — атмосферное давление, которое связано с температурой газообразной среды.

Главное, что нужно понять из этой формулы, это то, что в газообразной среде скорость звука сильно зависит от температуры (чем горячее, тем быстрее двигаются молекулы, имеет большую энергию и быстрее передают механическое возбуждение)

В воздухе скорость звука (при нормальном атмосферном давлении) приближенно можно представить так:

C = (331 + 0,6 T °) м/c

T ° — градусы Цельсия.

Например, при температуре 20 °C скорость звука равна 343 м/с

C = (331 + 0,6 × 20) = 343

При 0 °C, скорость звука равна 331 м/с, при — 20 °C = 319 м/с.

Такая зависимость особенно важна для духовых музыкальных инструментов при их настройке. Поэтому их нужно прогревать перед исполнением.

Ещё важно, что связь звуковых колебаний с размерами источника звука, которые не изменяются с температурой, не означают постоянства частоты, так как последняя зависит от скорости звука, растущей с повышением температуры. Струнные в этом случае можно подстроить. А вот вибрирующий столб во многих духовых инструментах подстроить нельзя. Ведь колебания возникают в воздушной полости инструмента, а их частота зависит от размеров полости и скорости истечения воздушных масс из неё. Например, у флейты высота звука увеличивается на полтона при повышении температуры на 15 °C.

Если переводить в км/ч, то 343 м/с, это 1235 км/ч. Это довольно быстро для человека или автомобиля. Но мало по сравнению со скоростью света 300 000 км/c.

Заканчивая о скорости звука, отметим, что скорость звука не зависит от частоты. Так как в воздушной среде отсутствует дисперсия — зависимость скорости распространения звука от частоты. Если бы в воздухе была бы дисперсия, мы не смогли бы слушать музыку в зале: все звуки, исполненные одновременно, приходили бы к слушателю в разное время.

Длина волны

Когда происходит одно сжатие и одно разрежение плотности среды происходит один период колебания. Поэтому расстояние между двумя сжатиями или двумя разряжениями звуковой волны и равно длине волны.

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

Если мы знаем частоту звука (количество волн в секунду), то мы можем вычислить расстояние между соседними соответствующими точками распространяющихся волн.

Допустим звук с известной нам скоростью 340 м/с имеет частоту 340 Гц. При этих параметрах длина волны будет равна 1 метру.

Формула для расчёта длины волны

А формула вычислений такая:

в чем частота колебаний звука. Смотреть фото в чем частота колебаний звука. Смотреть картинку в чем частота колебаний звука. Картинка про в чем частота колебаний звука. Фото в чем частота колебаний звука

λ — длина волны, c — скорость, f — частота.

Конечно, эти расчеты являются приближенными. Так как мы уже знаем, что скорость звука в воздухе зависит от температуры, давления. Но на практике, чтобы рассчитать толщину звукопоглотителя для ослабления звука определённого диапазона частот или для оценки размера мембраны микрофона, этого вполне достаточно.

Музыкальные ноты имеет определённые частоты, значит и определённую длину волн. Например, у фортепиано верхняя октава создаёт звуки в районе 2 см, а нижняя около 10 м. Но дека фортепиано не очень эффективно генерирует эти звуки, в отличии, например, от органа. Почему?

Вернёмся к нашей руке. Допустим мы всё-таки наделены сверх способностями и можем махать рукой 100 раз в секунду = 100 Гц. Этот источник звука был бы всё равно несовершенен, так как часть воздуха огибала его сбоку. Чтобы этого не было, источник для таких низких частот должен быть гораздо большего размера (например, дека фортепиано более эффективна, поскольку потери на её краях невелики, а органа ещё эффективнее). Если же вибратор колеблется очень быстро воздух не успевает растекаться по сторонам. Поэтому для очень высоких частот даже малые поверхности могут быть эффективными излучателями звука.

Спасибо, что читаете New Style Sound. Подписывайтесь и делитесь с друзьями.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *