нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Звук

   
 

Звук, в широкому сенсі - коливальний рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль в газоподібної, рідкої або твердої середовищах (див. також Пружні хвилі ) у вузькому сенсі - явище, суб'єктивно сприймається спеціальним органом чуття людини і тварин. Людина чує З. з частотою від 16 гц до 20 000 гц. Фізичне поняття про З. охоплює як чутні, так і нечутні звуки. З. з частотою нижче 16 гц називається інфразвуком , вище 20 000 гц - ультразвуком ; самі високочастотні пружні хвилі в діапазоні від 10 9 до 10 12 -10 13 гц відносять до гіперзвуку . Область інфразвукових частот знизу практично не обмежена - у природі зустрічаються інфразвукові коливання з частотою в десяті і соті частки гц. Частотний діапазон гіперзвукових хвиль зверху обмежується фізичними факторами, що характеризують атомне і молекулярну будову середовища: довжина пружної хвилі повинна бути значно більше довжини вільного пробігу молекул в газах і більше міжатомних відстані в рідинах і в твердих тілах. Тому в повітрі не може поширюватися гіперзвук з частотою 10 9 гц і вище, а у твердих тілах - з частотою більше 1012-10 13 гц.

Основні характеристики звуку. Важливою характеристикою З. є його спектр, що отримується в результаті розкладання З. на прості гармонійні коливання (т. н. частотний звуку аналіз ). Спектр буває суцільний, коли енергія звукових коливань безперервно розподілена в більш-менш широкій області частот, і лінійчатий, коли є сукупність дискретних (перериваних) частотних складових. З. з суцільним спектром сприймається як шум, наприклад шелест дерев під вітром, звуки працюючих механізмів. Лінійчатим спектром з кратними частотами володіють музичні З. ( рис. 1 ); основна частота визначає при цьому сприйняту на слух висоту звуку , а набір гармонійних складових - тембр звуку. У спектрі З. промови маються форманти - стійкі групи частотних складових, відповідні певним фонетичним елементам ( рис. 2 ). Енергетичної характеристикою звукових коливань є інтенсивність звуку - енергія, що переноситься звуковою хвилею через одиницю поверхні, перпендикулярну напрямку поширення хвилі, в одиницю часу. Інтенсивність З. залежить від амплітуди звукового тиску , а також від властивостей самого середовища і від форми хвилі. Суб'єктивної характеристикою З., пов'язаної з його інтенсивністю, є гучність звуку , що залежить від частоти. Найбільшою чутливістю людське вухо володіє в області частот 1-5 кГц. У цій області поріг чутності , тобто інтенсивність найслабкіших чутних звуків, по порядку величини дорівнює 10 -12 вм / м 2, а відповідний звуковий тиск - 10 -5 н / м 2. Верхня за інтенсивністю межа області сприймаються людським вухом З. характеризується порогом больового відчуття , слабо залежних від частоти в чутному діапазоні і рівним приблизно 1 вм / м 2. У ультразвукової техніки досягаються значно більші інтенсивності (до 10 4 квм / м 2).

Джерела звуку - будь-які явища, що викликають місцеву зміну тиску або механічну напругу. Широко поширені джерела З. у вигляді коливних твердих тіл (наприклад, дифузори гучномовців та мембрани телефонів, струни і деки музичних інструментів; в ультразвуковому діапазоні частот - пластинки і стрижні з п'єзоелектричних матеріалів або магнітострикційних матеріалів ). Джерелами З. можуть служити і коливання обмежених обсягів самого середовища (наприклад, в органних трубах, духових музичних інструментах, свистках і т. п.). Складною коливальної системою є голосовий апарат людини і тварин. Збудження коливань джерел З. може вироблятися ударом або щипком (дзвона, струни); в них може підтримуватися режим автоколебаний за рахунок, наприклад, потоку повітря (духові інструменти). Обширний клас джерел З. - електроакустичні перетворювачі , в яких механічні коливання створюються шляхом перетворення коливань електричного струму тієї ж частоти. У природі З. збуджується при обтіканні твердих тіл потоком повітря за рахунок освіти і відриву вихорів, наприклад при обдувании вітром проводів, труб, гребенів морських хвиль. З. низьких і інфранизьких частот виникає при вибухах, обвалах. Багатообразні джерела акустичних шумів , до яких відносяться вживані в техніці машини і механізми, газові та водяні струмені. Дослідженню джерел промислових, транспортних шумів і шумів аеродинамічного походження приділяється велика увага з огляду їх шкідливої ??дії на людський організм та технічне обладнання.

Приймачі звуку служать для сприйняття звукової енергії і перетворення її в ін форми. До приймачів З. відноситься, зокрема, слуховий апарат людини і тварин. У техніці для прийому З. застосовуються головним чином електроакустичні перетворювачі: у повітрі - мікрофони , у воді - гідрофони і в земній корі - геофони . Поряд з такими перетворювачами, що відтворюють тимчасову залежність звукового сигналу, існують приймачі, що вимірюють усереднені за часом характеристики звукової хвилі, наприклад диск Релея , радіометр .

Поширення звукових хвиль характеризується в першу чергу швидкістю звуку . В газоподібних і рідких середовищах поширюються повздовжні хвилі ( напрямок коливального руху частинок збігається з напрямком поширення хвилі), швидкість яких визначається сжимаемостью середовища і її щільністю. Швидкість З. у сухому повітрі при температурі 0? С становить 330 м / сек, в прісній воді при 17? С - 1430 м / сек. У твердих тілах, крім поздовжніх, можуть поширюватися поперечні хвилі, з напрямком коливань, перпендикулярним поширенню хвилі, а також поверхневі хвилі ( Релея хвилі ). Для більшості металів швидкість поздовжніх хвиль лежить в межах від 4000 м / сек до 7000 м / сек, а поперечних - від 2000 м / сек до 3500 м / сек.

При поширенні хвиль великої амплітуди (див. Нелінійна акустика ) фаза стиснення поширюється з більшою швидкістю, ніж фаза розрідження, завдяки чому синусоїдальна форма хвилі поступово спотворюється і звукова хвиля перетворюється в ударну хвилю . У ряді випадків спостерігається дисперсія звуку , тобто залежність швидкості поширення від частоти. Дисперсія З. призводить до зміни форми складних акустичних сигналів, що включають ряд гармонійних складових, зокрема - до спотворення звукових імпульсів . При поширенні звукових хвиль мають місце звичайні для всіх типів хвиль явища інтерференції і дифракції. У разі, коли розмір перешкод і неоднорідностей в середовищі великий у порівнянні з довжиною хвилі, поширення звуку підпорядковується звичайним законам відбиття і заломлення хвиль і може розглядатися з позицій геометричній акустики .

При поширенні звукової хвилі у заданому напрямку відбувається поступове її згасання, т. тобто зменшення інтенсивності і амплітуди. Знання законів загасання практично важливо для визначення граничної дальності поширення звукового сигналу. Загасання обумовлюється низкою чинників, які проявляються в тій чи іншій мірі залежно від характеристик самого звуку (і в першу чергу, його частоти) і від властивостей середовища. Всі ці фактори можна поділити на дві великі групи. У першу входять фактори, пов'язані з законами хвильового поширення в середовищі. Так, при поширенні в необмеженому середовищі З. від джерела кінцевих розмірів інтенсивність його убуває назад пропорційно квадрату відстані. Неоднорідність властивостей середовища викликає розсіювання звукової хвилі з різних напрямків, що приводить до ослаблення її в первісному напрямку, наприклад розсіювання З. на бульбашках у воді, на схвильованій поверхні моря, в турбулентному атмосфері (див. Турбулентність ), розсіяння високочастотного ультразвуку в полікристалічних металах, на дислокаціях в кристалах. На поширення З. в атмосфері і в морі впливає розподіл температури і тиску, сили і швидкості вітру. Ці фактори викликають викривлення звукових променів, тобто рефракцію З., яка пояснює, зокрема, той факт, що за вітром З. чути далі, ніж проти вітру. Розподіл швидкості З. з глибиною в океані пояснює наявність т.з.. підводного звукового каналу, в якому спостерігається наддалеке поширення З., наприклад З. вибуху поширюється в такому каналі на відстань більше 5000 км.

Друга група факторів, що визначають загасання З., пов'язана з фізичними процесами в речовині - необоротним переходом звукової енергії в інші форми (головним чином в тепло), тобто з поглинанням звуку , обумовленим в'язкістю і теплопровідністю середовища ("класичне поглинання"), а також переходом звукової енергії в енергію внутрішньомолекулярних процесів (молекулярне або релаксаційне поглинання). Поглинання З. помітно зростає з частотою. Тому високочастотний ультразвук і гіперзвук поширюються, як правило, лише на дуже малі відстані, часто всього на кілька см. В атмосфері, у водному середовищі і в земній корі найдалі поширюються інфразвукові хвилі, що відрізняються малим поглинанням і слабо розсіюється. На високих ультразвукових і гіперзвукових частотах в твердому тілі виникає додаткове поглинання, обумовлене взаємодією хвилі з тепловими коливаннями кристалічної решітки, з електронами і з світловими хвилями. Ця взаємодія за певних умов може викликати і "негативне поглинання", т. е. посилення звукової хвилі.

Значення звукових хвиль, а отже, і їх вивчення, яким займається акустика , надзвичайно велике. Віддавна З. служить засобом зв'язку та сигналізації. Вивчення всіх його характеристик дозволяє розробити більш досконалі системи передачі інформації, підвищити дальність систем сигналізації, створити досконаліші музичні інструменти. Звукові хвилі є практично єдиним видом сигналів, що поширюються у водному середовищі, де вони служать для цілей підводного зв'язку, навігації, локації (див. Гідроакустика ). Низькочастотний звук є інструментом дослідження земної кори. Практичне застосування ультразвуку створило цілу галузь сучасної техніки - ультразвукову техніку. Ультразвук використовується як для контрольно-вимірювальних цілей (зокрема, в дефектоскопії ), так і для активного впливу на речовину (ультразвукове очищення, механічна обробка, зварювання тощо). Високочастотні звукові хвилі і особливо гіперзвук служать найважливішим засобом досліджень у фізиці твердого тіла.


Літ.: Стретт Д ж. ( лорд Релей), Теорія звуку, пер. з англ., 2 изд., т. 1-2, М., 1955; Красильников В. А., Звукові і ультразвукові хвилі в повітрі, воді і твердих тілах, 3 вид., М., 1960; Розенберг Л. Д., Розповідь про нечутні звуки, М., 1961.

© І. П. Голяміна.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка