Звуковые волны

Поперечные волны, которые способно улавливать человеческое ухо называются звуковыми волнами. Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой. Звуковые волны в воздухе представляют собой распространяющиеся в пространстве чередующиеся области повышенного и пониженного давления (повышенной и пониженной плотности).

Диапазон частот воспринимаемых человеческим ухом n = 15-20 000 Гц.

Диапазон соответствующих длин волн l = 22 м – 1,65 см.

Скорость звука в воздухе примерно 330 м/c. Скорость звука сильно зависит от плотности и упругих свойств среды (в жидкости или металле скорость звука больше чем в воздухе).

Звук с частотой ниже минимальной частоты n_min=15 Гц, которую способно слышать человеческое ухо, называется инфразвук. Звук с частотой выше максимальной частоты n_max=20 000 Гц, которую способно слышать человеческое ухо, называется ультразвук.

Звук, как правило, состоит из основной частоты и нескольких различных гармоник или обертонов.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний, высота звука определяется частотой. Совокупность различных частот (спектр) тембр звука. Шумы обладают сплошным спектром, т.е. частоты содержащихся в них синусоидальных волн образуют непрерывный ряд значений, целиком заполняющий некоторый интервал.

Громкость звука связана с интенсивностью звуковой волны, которая выражается в единицах энергии, которую звуковая волна передает единичной площадке поверхности за единицу времени. Громкость звука определяется в белах или децибелах. Если уровень интенсивности некоторого звука выше на 1 бел, чем другого, то отношение их интенсивностей равно 10.

Зависимость частоты волн, воспринимаемой приемником, от скоростей движения источника волн и приемника по отношению к среде в которой распространяется волна - называется эффект Доплера. Если источник волн, колеблющийся с частотой n₀, движется относительно среды со скоростью u₁, а наблюдатель - со скоростью u₂, то частота n воспринимаемая наблюдателем равна

где c – скорость волн в неподвижной среде, q₁ и q₂ - углы образованные векторами и с вектором , соединяющий приемник с источником волн.

В том случае, когда и , справедлива приближенная формула

где u – относительная скорость источника и приемника (), q - угол между векторами и .

Если приемник и наблюдатель сближаются, то угол q тупой, cos q < 0 и n > n₀; если источники удаляются друг от друга, то угол q острый, cos q > 0 и n < n₀