8417 0

Όποια και αν είναι η ερευνητική μέθοδος που χρησιμοποιείται στην ακουστική μελέτη της ακουστικής λειτουργίας, οι ιδέες για τα βασικά φυσικά χαρακτηριστικά των ηχητικών σημάτων είναι απαραίτητες. Παρακάτω θα παρουσιάσουμε μόνο τις πιο βασικές έννοιες της ακουστικής και της ηλεκτροακουστικής.

Τιμές της ταχύτητας διάδοσης ενός ηχητικού κύματος σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Ο ήχος στη φύση διαδίδεται με τη μορφή μιας χρονικά μεταβαλλόμενης διαταραχής ενός ελαστικού μέσου. Οι ταλαντωτικές κινήσεις των σωματιδίων ενός τέτοιου ελαστικού μέσου, που προκύπτουν υπό την επίδραση του ήχου, ονομάζονται ηχητικές δονήσεις και ο χώρος διάδοσης των ηχητικών δονήσεων δημιουργεί ένα ηχητικό πεδίο. Εάν το μέσο στο οποίο διαδίδονται οι ηχητικές δονήσεις είναι υγρό ή αέριο, τότε τα σωματίδια σε αυτά τα μέσα ταλαντώνονται κατά μήκος της γραμμής διάδοσης του ήχου και επομένως θεωρούνται συνήθως ως διαμήκεις δονήσεις.

Όταν ο ήχος διαδίδεται στα στερεά, μαζί με τις διαμήκεις δονήσεις, παρατηρούνται και εγκάρσιες ηχητικές δονήσεις. Φυσικά, η διάδοση των κραδασμών σε ένα μέσο πρέπει να έχει κάποια κατεύθυνση. Αυτή η κατεύθυνση ονομάζεται ηχητική δέσμη και η επιφάνεια που συνδέει όλα τα γειτονικά σημεία ενός ηχητικού κύματος με την ίδια φάση δόνησης ονομάζεται πρόσθιο μέρος ενός ηχητικού κύματος. Επιπλέον, τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά μέσα. Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι η τιμή της ταχύτητας καθορίζεται από την πυκνότητα του μέσου στο οποίο διαδίδεται το ηχητικό κύμα.

Οι πληροφορίες σχετικά με τις τιμές πυκνότητας του ηχητικού μέσου είναι πολύ σημαντικές, καθώς αυτή η πυκνότητα δημιουργεί μια ορισμένη ακουστική αντίσταση στη διάδοση του ηχητικού κύματος. Η ταχύτητα διάδοσης ενός ηχητικού κύματος επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία του μέσου: καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του μέσου, αυξάνεται η ταχύτητα διάδοσης του ηχητικού κύματος.

Τα κύρια φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου για μια ακουολογική εξέταση είναι η ένταση και η συχνότητά του. Γι' αυτό θα εξεταστούν λεπτομερέστερα.

Για να προχωρήσουμε στο φυσικό χαρακτηριστικό της έντασης του ήχου, είναι πρώτα απαραίτητο να εξετάσουμε μια σειρά από άλλες παραμέτρους των ηχητικών σημάτων που σχετίζονται με την έντασή τους.

Ηχητική πίεση - p(t) - χαρακτηρίζει τη δύναμη που ασκείται σε μια περιοχή που βρίσκεται κάθετα στην κίνηση των σωματιδίων. Στο σύστημα SI, η ηχητική πίεση μετριέται σε Newton. Το Newton είναι η δύναμη που προσδίδει επιτάχυνση 1 m/s σε μάζα 1 kg σε 1 s και δρα ανά 1 τετραγωνικό μέτρο, συντομογραφία N/m2.

Στη βιβλιογραφία δίνονται και άλλες μονάδες μέτρησης της ηχητικής πίεσης. Ακολουθεί η αναλογία των κύριων μονάδων που χρησιμοποιούνται:

1N/m2-10 dyne/cm2=10 μbar (μικροβάρα)

Η ενέργεια των ακουστικών δονήσεων (Ε) χαρακτηρίζει την ενέργεια των σωματιδίων που κινούνται υπό την επίδραση της ηχητικής πίεσης (μετρούμενη σε τζάουλ - J).

Η ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας χαρακτηρίζει την ακουστική πυκνότητα, μετρούμενη σε J/m2. Η πραγματική ένταση των ηχητικών δονήσεων ορίζεται ως η ισχύς ή η πυκνότητα της ακουστικής ροής ανά μονάδα χρόνου, δηλ. J/m2/s ή W/m2.

Οι άνθρωποι και τα ζώα αντιλαμβάνονται ένα πολύ ευρύ φάσμα ηχητικών πιέσεων (από 0,0002 έως 200 μbar). Επομένως, για τη διευκόλυνση της μέτρησης, συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται σχετικές τιμές, δηλαδή δεκαδικές ή φυσικές κλίμακες λογαρίθμων. Η ηχητική πίεση μετριέται σε ντεσιμπέλ και σε μπελ (1Β = 10 dB) όταν χρησιμοποιούνται λογάριθμοι με δεκαδική βάση. Μερικές φορές (μάλλον σπάνια) η ηχητική πίεση μετριέται σε nener (1Нн = 8,67 dB). σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιούνται φυσικούς λογάριθμους, δηλ. Οι λογάριθμοι δεν είναι με δεκαδικές βάσεις (όπως συμβαίνει με τα B και dB), αλλά με δυαδικές βάσεις.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η βαθμολογία σε μπελ και ντεσιμπέλ ελήφθη ως λογαριθμικό μέτρο του λόγου ισχύος. Εν τω μεταξύ, η ισχύς και η ένταση είναι ανάλογες με το τετράγωνο της ηχητικής πίεσης. Επομένως, την ημέρα της μετάβασης στην ένταση του ήχου, δημιουργούνται οι ακόλουθες σχέσεις:

όπου Ν είναι η ένταση ή η ηχητική πίεση (P) σε κουδούνια (B) ή τα ντεσιμπέλ (dB), τα I0 και P0 είναι συμβατικά αποδεκτά επίπεδα ανάγνωσης της έντασης και της ηχητικής πίεσης. Συνήθως το επίπεδο ανάγνωσης ηχητικής πίεσης (η συντομογραφία «USD» χρησιμοποιείται συχνά στη βιβλιογραφία, από τα αρχικά γράμματα των λέξεων «στάθμη πίεσης ήχου» και στο αγγλική γλώσσαΗ συντομογραφία που χρησιμοποιείται είναι "SPL" (από την ίδια έκφραση "Sound Pressure Level") και θεωρείται ότι είναι 2x10-5 N/m2. Η σχέση μεταξύ του υπερήχου και άλλων μονάδων έντασης ήχου είναι η εξής:

2x10-5 N/m2=2x10-4din/cm2=2x10-4 µbar

Ας εξετάσουμε τώρα τα ακουστικά χαρακτηριστικά της συχνότητας των ηχητικών σημάτων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα αρμονικά ηχητικά σήματα χρησιμοποιούνται για την εξέταση της ακουστικής λειτουργίας.

Ένα αρμονικό ηχητικό σήμα (αλλιώς ένα ημιτονοειδές σήμα ή ένας καθαρός τόνος), το οποίο έχει επίσης μια αρχική φάση ενεργοποίησης ενός σήματος τόνου, εκτός από την ηχητική πίεση, χαρακτηρίζεται από ένα τόσο σημαντικό φυσικό χαρακτηριστικό όπως το μήκος κύματος. Όλα τα αρμονικά σήματα ήχου (ή καθαροί τόνοι) έχουν περιοδικότητα (δηλαδή, περίοδος Τ). Στην περίπτωση αυτή, το ηχητικό μήκος κύματος ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ γειτονικών μετώπων κύματος με την ίδια φάση ταλάντωσης και υπολογίζεται από τον τύπο:

J = c x T

Όπου c είναι η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών δονήσεων (συνήθως m/s), I είναι η περιοδικότητά τους. Στην περίπτωση αυτή, η συχνότητα των ηχητικών δονήσεων (f) αντιστοιχεί στον τύπο:

f = J/T

Η συχνότητα ενός τόνου υπολογίζεται από τον αριθμό των ηχητικών δονήσεων ανά δευτερόλεπτο και εκφράζεται σε Hertz (συντομογραφία Hz). Με βάση το εύρος των συχνοτήτων των ηχητικών δονήσεων που γίνονται αντιληπτές από τον άνθρωπο, οι συχνότητες στην περιοχή από 20 - 20.000 Hz ονομάζονται συχνότητες ήχου, χαμηλότερες συχνότητες (στ< 20 Гц) называют инфразвуками, а более высокие (f >20000 Hz) - υπέρηχοι.

Με τη σειρά του, καθαρά για πρακτικούς λόγους, η γκάμα συχνότητες ήχουμερικές φορές χωρίζονται συμβατικά σε χαμηλά - κάτω από 500 Hz, μεσαία - 500-4000 Hz και υψηλά - 4000 Hz και άνω. Σημειώστε ότι για να δηλώσετε ηχητικές δονήσεις από 1000 Hz και άνω, χρησιμοποιείται συχνά η ονομασία kilohertz, συντομογραφία kHz.

Σχηματική αναπαράσταση του σχήματος και του φάσματος ενός αριθμού ηχητικών σημάτων που χρησιμοποιούνται στην ηχολογική έρευνα:

1 - τόνος; 2 - σύντομος παλμός ήχου (κάντε κλικ). 3 - σήμα θορύβου. 4 - σύντομη έκρηξη τόνου. 5 - διαμορφωμένο πλάτος σήμα (T - περίοδος διαμόρφωσης πλάτους). 6 - διαμορφωμένο σήμα συχνότητας.

Εάν ένα ηχητικό σήμα περιέχει πολλές διαφορετικές συχνότητες (ιδανικά όλες τις συχνότητες του φάσματος ήχου), τότε εμφανίζεται ένα λεγόμενο σήμα θορύβου.

Μία από τις μεθόδους ακουολογικής εξέτασης ασθενών είναι η μέτρηση ακουστικής αντίστασης. Επομένως, ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα ένα άλλο φυσικό χαρακτηριστικό των ηχητικών σημάτων.

Είναι γνωστό ότι κατά τη διάδοση σε μέσα, διαφορετικοί τύποι ενέργειας συναντούν μια ορισμένη αντίσταση. Επισημάνθηκε παραπάνω ότι η ακουστική ενέργεια συναντά την ίδια αντίσταση όταν διαδίδονται ηχητικά κύματα συστήματα ηχείωνΩ. Από την παρακάτω παρουσίαση θα γίνει φανερό ότι τα περιφερειακά μέρη του ακουστικού συστήματος, δηλ. Το εξωτερικό και το μέσο αυτί είναι, από φυσική άποψη, τυπικά ακουστικά συστήματα, συγκεκριμένα, ακουστικοί δέκτες ήχου. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη η ουσία και τα χαρακτηριστικά της ακουστικής αντίστασης, λαμβάνοντας υπόψη τη διέλευση των ηχητικών σημάτων από τα περιφερειακά μέρη του ακουστικού συστήματος.

Η σύνθετη ακουστική σύνθετη αντίσταση ή η ακουστική σύνθετη αντίσταση ορίζεται ως η συνολική αντίσταση στη διέλευση ακουστικής ενέργειας στα συστήματα μεγαφώνων. Η ακουστική αντίσταση είναι ο λόγος των σύνθετων πλατών ηχητικής πίεσης προς την ογκομετρική ταχύτητα δόνησης και περιγράφεται από τον τύπο:

Za = ReZa + ilmZa

Σε αυτή την εξίσωση, το ReZa αντιπροσωπεύει την ενεργή ακουστική σύνθετη αντίσταση (αλλιώς γνωστή ως αληθινή ή αντίσταση), η οποία σχετίζεται με τη διασπορά ενέργειας στο ίδιο το ακουστικό σύστημα. Η διάχυση ενέργειας νοείται ως η διασπορά της στη μετάβαση της ενέργειας διατεταγμένων διεργασιών (όπως η κινητική ενέργεια των ηχητικών κυμάτων) στην ενέργεια διαταραγμένων διεργασιών (τελικά σε θερμότητα). Το δεύτερο μέρος της εξίσωσης ilmZa (το φανταστικό της μέρος) ονομάζεται ακουστική αντίδραση, η οποία προκαλείται από αδρανειακές δυνάμεις ή δυνάμεις ελαστικότητας, συμμόρφωσης ή ευκαμψίας.

Παρακάτω θα περιγράψουμε αναλυτικά τη διαδικασία μελέτης της ακουστικής αντίστασης του μέσου αυτιού με έναν αριθμό μετρήσεων απαραίτητων για μια ακουολογική εξέταση (τυμπανομετρία, μέτρηση σύνθετης αντίστασης).

Ya.A. Altman, G. A. Tavartkiladze

Σε αυτό το άρθρο θα βουτήξουμε ακόμη πιο βαθιά στη δομή του ακουστικού βαρηκοΐας και, όπως λέγαμε, θα συνδέσουμε σε «φυσικό» επίπεδο όσα έγραψα στα προηγούμενα τρία άρθρα. Σήμερα θα αγγίξουμε το θέμα του «ορίου έντασης» στα επόμενα δύο άρθρα. Ένα ηχητικό σήμα οποιασδήποτε φύσης μπορεί να περιγραφεί από ένα συγκεκριμένο σύνολο φυσικών χαρακτηριστικών: συχνότητα, ένταση, διάρκεια, χρονική δομή, φάσμα κ.λπ. Αντιστοιχούν σε ορισμένες υποκειμενικές αισθήσεις που προκύπτουν όταν το ακουστικό σύστημα αντιλαμβάνεται ήχους: ένταση, ύψος, χροιά. , beats, συνώνυμα-παραφωνίες , καμουφλάζ, εντοπισμός-στερεο-εφέ κ.λπ. Όπως γνωρίζουμε, οι ακουστικές αισθήσεις δεν είναι γραμμικές στην αντίληψη! Συνήθως, αυτό είναι πάντα ένα σύμπλεγμα φυσικών παραμέτρων. Για παράδειγμα, η ένταση είναι μια αίσθηση που προκύπτει από συνδυασμούς συχνοτήτων, για τη μοναδικότητα του φάσματος και την ένταση του ίδιου του ήχου.

Καθιερώθηκε στα αρχαία χρόνιασχέσηγια τη μη γραμμική αντίληψη της ακοής. Αυτό μετατράπηκε σε νόμοΒέμπερ - Φέχνερ - εμπειρικός ψυχοφυσιολογικός νόμος, ο οποίος συνίσταται στο γεγονός ότι η έντασηΑφή αναλογικάλογάριθμος ένταση του ερεθίσματος.

ΣΕ 1834 Ε. Βέμπερ διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων και κατέληξε στο συμπέρασμα: για να διαφέρει ένα νέο ερέθισμα σε αισθήσεις από το προηγούμενο, πρέπει να διαφέρει από το αρχικό κατά μια ποσότητα ανάλογη με το αρχικό ερέθισμα. Με βάση αυτές τις παρατηρήσειςΓ. Φέχνερ V 1860 διατύπωσε τον «βασικό ψυχοφυσικό νόμο», σύμφωνα με τον οποίο η δύναμη της αίσθησηςανάλογο με τον λογάριθμο της έντασης του ερεθίσματος. Για παράδειγμα: ένας πολυέλαιος με 8 λαμπτήρες μας φαίνεται πολύ πιο φωτεινός από έναν πολυέλαιο με 4 λαμπτήρες, όσο ένας πολυέλαιος με 4 λαμπτήρες είναι πιο φωτεινός από έναν πολυέλαιο με 2 λαμπτήρες. Δηλαδή, ο αριθμός των λαμπτήρων θα πρέπει να αυξάνεται ισάριθμες φορές, ώστε να μας φαίνεται ότι η αύξηση της φωτεινότητας είναι σταθερή. Και αντίστροφα, εάν η απόλυτη αύξηση της φωτεινότητας (η διαφορά στη φωτεινότητα "μετά" και "πριν") είναι σταθερή, τότε θα μας φαίνεται ότι η απόλυτη αύξηση μειώνεται καθώς αυξάνεται η ίδια η τιμή φωτεινότητας. Για παράδειγμα, εάν προσθέσετε έναν λαμπτήρα σε έναν πολυέλαιο δύο λαμπτήρων, η φαινομενική αύξηση της φωτεινότητας θα είναι σημαντική. Εάν προσθέσουμε έναν λαμπτήρα σε έναν πολυέλαιο 12 λαμπτήρων, δύσκολα θα παρατηρήσουμε αύξηση της φωτεινότητας.

Από αυτό το παράδειγμα (αν και δεν περιγράφει πλήρως τη δομή της «δυνατής αντίληψης»), βλέπουμε έναν άμεσο και προφανή μετασχηματισμό των «ομάδων συχνότητας» (κρίσιμες ζώνες) του ακουστικού βαρηκοΐας. Η γέμισή τους, όπως οι «λάμπες», οδηγεί σε υποκειμενική αύξηση της αίσθησης του όγκου. Ο βαθμός «γεμίσματος» ονομάζεται «ένταση» του ήχου.

Αλλά προτού μιλήσουμε λεπτομερέστερα όχι μόνο για την αντίληψη της ηχηρότητας, αλλά και για μια τέτοια δυνατότητα του ακουστικού βαρηκοΐας όπως η καθιέρωση του τόνου, πρέπει να βουτήξουμε στη δομή του «αυτιού» με περισσότερες λεπτομέρειες και να κατανοήσουμε ξεκάθαρα τη δουλειά όλων αυτών. «τσιπάκια». Θα μιλήσω για αυτό στο επόμενο άρθρο.

Η ψυχοακουστική, ένας τομέας της επιστήμης που συνορεύει μεταξύ της φυσικής και της ψυχολογίας, μελετά δεδομένα σχετικά με την ακουστική αίσθηση ενός ατόμου όταν ένα φυσικό ερέθισμα - ήχος - εφαρμόζεται στο αυτί. Έχει συσσωρευτεί μεγάλος όγκος δεδομένων για τις ανθρώπινες αντιδράσεις στα ακουστικά ερεθίσματα. Χωρίς αυτά τα δεδομένα, είναι δύσκολο να επιτευχθεί σωστή κατανόηση της λειτουργίας των συστημάτων μετάδοσης ήχου. Ας εξετάσουμε τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της ανθρώπινης αντίληψης του ήχου.
Ένα άτομο αισθάνεται αλλαγές στην ηχητική πίεση που συμβαίνουν σε συχνότητα 20-20.000 Hz. Ήχοι με συχνότητες κάτω των 40 Hz είναι σχετικά σπάνιοι στη μουσική και δεν υπάρχουν στην προφορική γλώσσα. Στις πολύ υψηλές συχνότητες, η μουσική αντίληψη εξαφανίζεται και εμφανίζεται μια ορισμένη αόριστη ηχητική αίσθηση, ανάλογα με την ατομικότητα του ακροατή και την ηλικία του. Με την ηλικία, η ευαισθησία ακοής ενός ατόμου μειώνεται, κυρίως στις ανώτερες συχνότητες του εύρους ήχου.
Αλλά θα ήταν λάθος να συμπεράνουμε σε αυτή τη βάση ότι η μετάδοση μιας ευρείας ζώνης συχνοτήτων από μια εγκατάσταση αναπαραγωγής ήχου δεν είναι σημαντική για τους ηλικιωμένους. Πειράματα έδειξαν ότι οι άνθρωποι, ακόμα κι αν μετά βίας μπορούν να αντιληφθούν σήματα πάνω από 12 kHz, αναγνωρίζουν πολύ εύκολα την έλλειψη υψηλών συχνοτήτων σε μια μουσική μετάδοση.

Χαρακτηριστικά συχνότητας ακουστικών αισθήσεων

Το εύρος των ήχων που ακούγονται από τον άνθρωπο στο εύρος των 20-20.000 Hz περιορίζεται σε ένταση από κατώφλια: κάτω - ακουστότητα και πάνω - πόνος.
Το κατώφλι ακοής υπολογίζεται από την ελάχιστη πίεση, ή πιο συγκεκριμένα, η ελάχιστη αύξηση της πίεσης σε σχέση με το όριο είναι ευαίσθητη σε συχνότητες 1000-5000 Hz - εδώ το κατώφλι ακοής είναι το χαμηλότερο (ηχητική πίεση περίπου 2-10 Pa). Προς χαμηλότερες και υψηλότερες συχνότητες ήχου, η ευαισθησία της ακοής πέφτει απότομα.
Το κατώφλι πόνου καθορίζει το ανώτερο όριο της αντίληψης της ηχητικής ενέργειας και αντιστοιχεί περίπου σε ένταση ήχου 10 W/m ή 130 dB (για σήμα αναφοράς με συχνότητα 1000 Hz).
Καθώς η ηχητική πίεση αυξάνεται, η ένταση του ήχου αυξάνεται επίσης και η ακουστική αίσθηση αυξάνεται με άλματα, που ονομάζεται κατώφλι διάκρισης της έντασης. Ο αριθμός αυτών των αλμάτων στις μεσαίες συχνότητες είναι περίπου 250, στις χαμηλές και υψηλές συχνότητες μειώνεται και κατά μέσο όρο στο εύρος συχνοτήτων είναι περίπου 150.

Δεδομένου ότι το εύρος των αλλαγών της έντασης είναι 130 dB, το στοιχειώδες άλμα στις αισθήσεις κατά μέσο όρο στο εύρος του πλάτους είναι 0,8 dB, το οποίο αντιστοιχεί σε μια αλλαγή στην ένταση του ήχου κατά 1,2 φορές. Σε χαμηλά επίπεδα ακοής αυτά τα άλματα φτάνουν τα 2-3 dB, σε υψηλά επίπεδα μειώνονται στα 0,5 dB (1,1 φορές). Η αύξηση της ισχύος της διαδρομής ενίσχυσης κατά λιγότερο από 1,44 φορές πρακτικά δεν ανιχνεύεται από το ανθρώπινο αυτί. Με χαμηλότερη ηχητική πίεση που αναπτύσσεται από το μεγάφωνο, ακόμη και ο διπλασιασμός της ισχύος της βαθμίδας εξόδου μπορεί να μην έχει αξιοσημείωτο αποτέλεσμα.

Υποκειμενικά χαρακτηριστικά ήχου

Η ποιότητα της μετάδοσης του ήχου αξιολογείται με βάση την ακουστική αντίληψη. Επομένως, είναι σωστό να προσδιοριστεί τεχνικές απαιτήσειςστη διαδρομή μετάδοσης του ήχου ή στους μεμονωμένους συνδέσμους του είναι δυνατή μόνο με τη μελέτη των μοτίβων που συνδέουν την υποκειμενικά αντιληπτή αίσθηση του ήχου και τα αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου είναι το ύψος, η ένταση και η χροιά.
Η έννοια του ύψους συνεπάγεται μια υποκειμενική αξιολόγηση της αντίληψης του ήχου σε όλο το εύρος συχνοτήτων. Ο ήχος συνήθως χαρακτηρίζεται όχι από τη συχνότητα, αλλά από το ύψος.
Ένας τόνος είναι ένα σήμα ενός συγκεκριμένου ύψους που έχει ένα διακριτό φάσμα (μουσικοί ήχοι, ήχοι φωνήεντος ομιλίας). Ένα σήμα που έχει ένα ευρύ συνεχές φάσμα, του οποίου όλα τα στοιχεία συχνότητας έχουν την ίδια μέση ισχύ, ονομάζεται λευκός θόρυβος.

Μια σταδιακή αύξηση της συχνότητας των ηχητικών δονήσεων από 20 σε 20.000 Hz γίνεται αντιληπτή ως σταδιακή αλλαγή του τόνου από το χαμηλότερο (μπάσο) στο υψηλότερο.
Ο βαθμός ακρίβειας με τον οποίο ένα άτομο καθορίζει το ύψος ενός ήχου από το αυτί εξαρτάται από την οξύτητα, τη μουσικότητα και την κατάρτιση του αυτιού του. Πρέπει να σημειωθεί ότι το ύψος ενός ήχου εξαρτάται σε κάποιο βαθμό από την ένταση του ήχου (σε υψηλά επίπεδα, οι ήχοι μεγαλύτερης έντασης εμφανίζονται χαμηλότεροι από τους ασθενέστερους.
Το ανθρώπινο αυτί μπορεί ξεκάθαρα να διακρίνει δύο τόνους που είναι κοντά στον τόνο. Για παράδειγμα, στο εύρος συχνοτήτων περίπου 2000 Hz, ένα άτομο μπορεί να διακρίνει δύο τόνους που διαφέρουν μεταξύ τους σε συχνότητα κατά 3-6 Hz.
Η υποκειμενική κλίμακα της αντίληψης του ήχου στη συχνότητα είναι κοντά στον λογαριθμικό νόμο. Επομένως, ο διπλασιασμός της συχνότητας δόνησης (ανεξάρτητα από την αρχική συχνότητα) γίνεται πάντα αντιληπτός ως η ίδια αλλαγή στο ύψος. Το διάστημα ύψους που αντιστοιχεί σε μια διπλάσια αλλαγή στη συχνότητα ονομάζεται οκτάβα. Το εύρος των συχνοτήτων που αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος είναι 20-20.000 Hz, το οποίο καλύπτει περίπου δέκα οκτάβες.
Μια οκτάβα είναι ένα αρκετά μεγάλο διάστημα αλλαγής του τόνου. ένα άτομο διακρίνει σημαντικά μικρότερα διαστήματα. Έτσι, σε δέκα οκτάβες που γίνονται αντιληπτές από το αυτί, διακρίνονται περισσότερες από χίλιες διαβαθμίσεις τόνου. Η μουσική χρησιμοποιεί μικρότερα διαστήματα που ονομάζονται ημιτόνια, τα οποία αντιστοιχούν σε μια αλλαγή στη συχνότητα περίπου 1.054 φορές.
Μια οκτάβα χωρίζεται σε μισές οκτάβες και στο ένα τρίτο της οκτάβας. Για το τελευταίο, τυποποιείται το ακόλουθο εύρος συχνοτήτων: 1; 1,25; 1.6; 2; 2.5; 3; 3.15; 4; 5; 6.3:8; 10, που είναι τα όρια του ενός τρίτου οκτάβων. Εάν αυτές οι συχνότητες τοποθετηθούν σε ίσες αποστάσεις κατά μήκος του άξονα συχνότητας, λαμβάνετε μια λογαριθμική κλίμακα. Με βάση αυτό τα πάντα χαρακτηριστικά συχνότηταςΟι συσκευές μετάδοσης ήχου είναι κατασκευασμένες σε λογαριθμική κλίμακα.
Η ένταση της μετάδοσης εξαρτάται όχι μόνο από την ένταση του ήχου, αλλά και από τη φασματική σύνθεση, τις συνθήκες αντίληψης και τη διάρκεια της έκθεσης. Έτσι, δύο ηχηροί τόνοι, μεσαίος και χαμηλή συχνότητα, που έχουν την ίδια ένταση (ή την ίδια ηχητική πίεση), δεν γίνονται αντιληπτά από ένα άτομο ως εξίσου δυνατά. Ως εκ τούτου, η έννοια του επιπέδου έντασης σε φόντο εισήχθη για να ορίσει ήχους της ίδιας έντασης. Το επίπεδο έντασης ήχου στα υπόβαθρα θεωρείται ότι είναι το επίπεδο ηχητικής πίεσης σε ντεσιμπέλ της ίδιας έντασης ενός καθαρού τόνου με συχνότητα 1000 Hz, δηλαδή για μια συχνότητα 1000 Hz τα επίπεδα έντασης σε φόντο και ντεσιμπέλ είναι τα ίδια. Σε άλλες συχνότητες, οι ήχοι μπορεί να εμφανίζονται πιο δυνατοί ή πιο ήσυχοι με την ίδια ηχητική πίεση.
Η εμπειρία των μηχανικών ήχου στην ηχογράφηση και την επεξεργασία μουσικών έργων δείχνει ότι για την καλύτερη ανίχνευση ηχητικών ελαττωμάτων που μπορεί να προκύψουν κατά τη διάρκεια της εργασίας, το επίπεδο έντασης κατά την ακρόαση ελέγχου θα πρέπει να διατηρείται σε υψηλά επίπεδα, που αντιστοιχεί περίπου στο επίπεδο έντασης στην αίθουσα.
Με την παρατεταμένη έκθεση σε έντονο ήχο, η ευαισθησία της ακοής μειώνεται σταδιακά και όσο περισσότερο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ήχου. Η ανιχνευόμενη μείωση της ευαισθησίας σχετίζεται με την αντίδραση της ακοής στην υπερφόρτωση, δηλ. με τη φυσική του προσαρμογή Μετά από κάποιο διάλειμμα στην ακρόαση, η ευαισθησία της ακοής αποκαθίσταται. Σε αυτό θα πρέπει να προστεθεί ότι το ακουστικό, όταν αντιλαμβάνεται σήματα υψηλού επιπέδου, εισάγει τις δικές του, τις λεγόμενες υποκειμενικές, παραμορφώσεις (που υποδηλώνει τη μη γραμμικότητα της ακοής). Έτσι, σε επίπεδο σήματος 100 dB, η πρώτη και η δεύτερη υποκειμενική αρμονική φτάνουν τα επίπεδα των 85 και 70 dB.
Ένα σημαντικό επίπεδο όγκου και η διάρκεια της έκθεσής του προκαλούν μη αναστρέψιμα φαινόμενα στο ακουστικό όργανο. Σημειώθηκε ότι οι νέοι τα τελευταία χρόνιατα κατώφλια ακοής αυξήθηκαν απότομα. Ο λόγος για αυτό ήταν το πάθος για την ποπ μουσική, που χαρακτηριζόταν από υψηλά επίπεδα έντασης ήχου.
Η στάθμη της έντασης μετριέται χρησιμοποιώντας μια ηλεκτροακουστική συσκευή - ένα ηχομετρητή. Ο ήχος που μετράται μετατρέπεται πρώτα σε ηλεκτρικούς κραδασμούς από το μικρόφωνο. Μετά την ενίσχυση από ειδικό ενισχυτή τάσης, αυτές οι ταλαντώσεις μετρώνται με ένα όργανο δείκτη ρυθμισμένο σε ντεσιμπέλ. Προκειμένου οι μετρήσεις της συσκευής να αντιστοιχούν όσο το δυνατόν ακριβέστερα στην υποκειμενική αντίληψη της έντασης, η συσκευή είναι εξοπλισμένη με ειδικά φίλτρα που αλλάζουν την ευαισθησία της στην αντίληψη του ήχου διαφορετικών συχνοτήτων σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της ευαισθησίας ακοής.
Σημαντικό χαρακτηριστικόο ήχος είναι χροιά. Η ικανότητα της ακοής να το διακρίνει σας επιτρέπει να αντιλαμβάνεστε σήματα με μεγάλη ποικιλία αποχρώσεων. Ο ήχος καθενός από τα όργανα και τις φωνές, χάρη στις χαρακτηριστικές τους αποχρώσεις, γίνεται πολύχρωμος και αναγνωρίσιμος.
Το timbre, όντας μια υποκειμενική αντανάκλαση της πολυπλοκότητας του αντιληπτού ήχου, δεν έχει ποσοτική εκτίμηση και χαρακτηρίζεται από ποιοτικούς όρους (όμορφο, απαλό, ζουμερό κ.λπ.). Κατά τη μετάδοση ενός σήματος κατά μήκος μιας ηλεκτροακουστικής διαδρομής, οι παραμορφώσεις που προκύπτουν επηρεάζουν κυρίως τη χροιά του αναπαραγόμενου ήχου. Προϋπόθεση για τη σωστή μετάδοση της χροιάς των μουσικών ήχων είναι η ανόθευτη μετάδοση του φάσματος του σήματος. Το φάσμα σήματος είναι η συλλογή ημιτονοειδών συνιστωσών ενός σύνθετου ήχου.
Το απλούστερο φάσμα είναι ο λεγόμενος καθαρός τόνος· περιέχει μόνο μία συχνότητα. Ο ήχος ενός μουσικού οργάνου είναι πιο ενδιαφέρον: το φάσμα του αποτελείται από τη συχνότητα του θεμελιώδους τόνου και πολλές συχνότητες «ακαθαρσίας» που ονομάζονται υπερτονικοί τόνοι (υψηλότεροι τόνοι). .
Η χροιά του ήχου εξαρτάται από την κατανομή της έντασης πάνω από τους τόνους. Οι ήχοι διαφορετικών μουσικών οργάνων ποικίλλουν σε χροιά.
Πιο πολύπλοκο είναι το φάσμα των συνδυασμών μουσικών ήχων που ονομάζεται συγχορδία. Σε ένα τέτοιο φάσμα υπάρχουν αρκετές θεμελιώδεις συχνότητες μαζί με αντίστοιχους τόνους
Οι διαφορές στη χροιά οφείλονται κυρίως στις χαμηλές-μεσαίες συνιστώσες συχνότητας του σήματος, επομένως, μια μεγάλη ποικιλία χροιών σχετίζεται με σήματα που βρίσκονται στο κάτω μέρος του εύρους συχνοτήτων. Τα σήματα που ανήκουν στο πάνω μέρος του, καθώς αυξάνονται, χάνουν ολοένα και περισσότερο τον χρωματισμό της ηχοχρωστικής τους, κάτι που οφείλεται στη σταδιακή απομάκρυνση των αρμονικών τους στοιχείων πέρα ​​από τα όρια των ακουστικών συχνοτήτων. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι έως και 20 ή περισσότερες αρμονικές εμπλέκονται ενεργά στο σχηματισμό της χροιάς χαμηλών ήχων, μεσαίου 8 - 10, υψηλού 2 - 3, καθώς οι υπόλοιπες είναι είτε αδύναμες είτε ξεφεύγουν από το εύρος των ακουστικών συχνότητες. Επομένως, οι υψηλοί ήχοι, κατά κανόνα, είναι φτωχότεροι σε χροιά.
Σχεδόν όλες οι φυσικές πηγές ήχου, συμπεριλαμβανομένων των πηγών μουσικών ήχων, έχουν μια συγκεκριμένη εξάρτηση της χροιάς από το επίπεδο έντασης. Η ακοή είναι επίσης προσαρμοσμένη σε αυτή την εξάρτηση - είναι φυσικό να καθορίζει την ένταση μιας πηγής από το χρώμα του ήχου. Οι πιο δυνατοί ήχοι είναι συνήθως πιο σκληροί.

Μουσικές πηγές ήχου

Ένας αριθμός παραγόντων που χαρακτηρίζουν τις κύριες πηγές ήχου έχουν μεγάλη επίδραση στην ποιότητα του ήχου των ηλεκτροακουστικών συστημάτων.
Οι ακουστικές παράμετροι των μουσικών πηγών εξαρτώνται από τη σύνθεση των ερμηνευτών (ορχήστρα, σύνολο, ομάδα, σολίστ και είδος μουσικής: συμφωνική, λαϊκή, ποπ κ.λπ.).

Η προέλευση και ο σχηματισμός του ήχου σε κάθε μουσικό όργανο έχει τις δικές του ιδιαιτερότητες που σχετίζονται με τα ακουστικά χαρακτηριστικά της παραγωγής ήχου σε ένα συγκεκριμένο μουσικό όργανο.
Ένα σημαντικό στοιχείο του μουσικού ήχου είναι η επίθεση. Πρόκειται για μια συγκεκριμένη διαδικασία μετάβασης κατά την οποία καθορίζονται σταθερά χαρακτηριστικά ήχου: ένταση, χροιά, ύψος. Οποιοσδήποτε μουσικός ήχος περνά από τρία στάδια - αρχή, μέση και τέλος, και τόσο το αρχικό όσο και το τελικό στάδιο έχουν μια ορισμένη διάρκεια. Το αρχικό στάδιο ονομάζεται επίθεση. Διαρκεί διαφορετικά: για μαδημένα όργανα, κρουστά και μερικά πνευστά διαρκεί 0-20 ms, για το φαγκότο 20-60 ms. Μια επίθεση δεν είναι απλώς μια αύξηση της έντασης ενός ήχου από το μηδέν σε κάποια σταθερή τιμή· μπορεί να συνοδεύεται από την ίδια αλλαγή στο ύψος του ήχου και στο ηχόχρωμό του. Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά επίθεσης του οργάνου δεν είναι τα ίδια σε διαφορετικά σημεία της γκάμας του με διαφορετικά στυλ παιχνιδιού: το βιολί είναι το τελειότερο όργανο όσον αφορά τον πλούτο των πιθανών εκφραστικών μεθόδων επίθεσης.
Ένα από τα χαρακτηριστικά κάθε μουσικού οργάνου είναι εύρος συχνοτήτωνήχος. Εκτός από τις θεμελιώδεις συχνότητες, κάθε όργανο χαρακτηρίζεται από πρόσθετα εξαρτήματα υψηλής ποιότητας - τόνους (ή, όπως συνηθίζεται στην ηλεκτροακουστική, υψηλότερες αρμονικές), που καθορίζουν τη συγκεκριμένη χροιά του.
Είναι γνωστό ότι η ηχητική ενέργεια κατανέμεται άνισα σε όλο το φάσμα των ηχητικών συχνοτήτων που εκπέμπονται από μια πηγή.
Τα περισσότερα όργανα χαρακτηρίζονται από ενίσχυση θεμελιωδών συχνοτήτων, καθώς και μεμονωμένους τόνους, σε ορισμένες (μία ή περισσότερες) σχετικά στενές ζώνες συχνοτήτων (formants), διαφορετικές για κάθε όργανο. Οι συχνότητες συντονισμού (σε Hertz) της περιοχής φορμάντ είναι: για τρομπέτα 100-200, κόρνα 200-400, τρομπέτα 300-900, τρομπέτα 800-1750, σαξόφωνο 350-900, όμποε 800-15003000, μπάσο 800-1500, μπάσκετ 800-1500 -600 .
Μια άλλη χαρακτηριστική ιδιότητα των μουσικών οργάνων είναι η ισχύς του ήχου τους, η οποία καθορίζεται από το μεγαλύτερο ή μικρότερο πλάτος (span) του ηχητικού σώματος ή της στήλης αέρα τους (μεγαλύτερο πλάτος αντιστοιχεί σε ισχυρότερο ήχο και αντίστροφα). Οι μέγιστες τιμές ακουστικής ισχύος (σε watt) είναι: για μεγάλη ορχήστρα 70, μπάσο ντραμς 25, τύμπανο 20, snare drum 12, τρομπόνι 6, πιάνο 0,4, τρομπέτα και σαξόφωνο 0,3, τρομπέτα 0,2, κοντραμπάσο 0.( 6, μικρό φλάουτο 0,08, κλαρίνο, κόρνο και τρίγωνο 0,05.
Η αναλογία της ηχητικής ισχύος που εξάγεται από ένα όργανο όταν παίζεται "fortissimo" προς την ισχύ του ήχου όταν παίζεται "pianissimo" συνήθως ονομάζεται δυναμική περιοχή του ήχου των μουσικών οργάνων.
Το δυναμικό εύρος μιας πηγής μουσικού ήχου εξαρτάται από τον τύπο της ομάδας εκτέλεσης και τη φύση της παράστασης.
Ας εξετάσουμε το δυναμικό εύρος μεμονωμένων πηγών ήχου. Το δυναμικό εύρος μεμονωμένων μουσικών οργάνων και συνόλων (ορχηστρών και χορωδιών διαφόρων συνθέσεων), καθώς και φωνών, νοείται ως ο λόγος της μέγιστης ηχητικής πίεσης που δημιουργείται από μια δεδομένη πηγή προς την ελάχιστη, εκφρασμένη σε ντεσιμπέλ.
Στην πράξη, κατά τον προσδιορισμό του δυναμικού εύρους μιας πηγής ήχου, συνήθως λειτουργεί κανείς μόνο στα επίπεδα ηχητικής πίεσης, υπολογίζοντας ή μετρώντας την αντίστοιχη διαφορά τους. Για παράδειγμα, εάν το μέγιστο επίπεδο ήχου μιας ορχήστρας είναι 90 και το ελάχιστο είναι 50 dB, τότε το δυναμικό εύρος λέγεται ότι είναι 90 - 50 = 40 dB. Σε αυτήν την περίπτωση, τα 90 και 50 dB είναι επίπεδα ηχητικής πίεσης σε σχέση με το μηδενικό ακουστικό επίπεδο.
Δυναμικό εύρος για αυτή η πηγήο ήχος είναι μια μεταβλητή ποσότητα. Εξαρτάται από τη φύση της εργασίας που εκτελείται και από τις ακουστικές συνθήκες του δωματίου στο οποίο πραγματοποιείται η παράσταση. Η αντήχηση επεκτείνει το δυναμικό εύρος, το οποίο συνήθως φτάνει στο μέγιστο σε δωμάτια με μεγάλους όγκους και ελάχιστη ηχοαπορρόφηση. Σχεδόν όλα τα όργανα και οι ανθρώπινες φωνές έχουν ένα ανομοιόμορφο δυναμικό εύρος μεταξύ των καταχωρητών ήχου. Για παράδειγμα, το επίπεδο έντασης του χαμηλότερου ήχου σε ένα φόρτε για έναν τραγουδιστή είναι ίσο με το επίπεδο του υψηλότερου ήχου σε ένα πιάνο.

Το δυναμικό εύρος ενός συγκεκριμένου μουσικού προγράμματος εκφράζεται με τον ίδιο τρόπο όπως για μεμονωμένες πηγές ήχου, αλλά η μέγιστη ηχητική πίεση σημειώνεται με έναν δυναμικό τόνο ff (fortissimo) και η ελάχιστη με ένα pp (pianissimo).

Η υψηλότερη ένταση, που υποδεικνύεται στις νότες fff (forte, fortissimo), αντιστοιχεί σε επίπεδο ακουστικής πίεσης ήχου περίπου 110 dB και η χαμηλότερη ένταση, που υποδεικνύεται στις νότες ppr (piano-pianissimo), περίπου 40 dB.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι δυναμικές αποχρώσεις της απόδοσης στη μουσική είναι σχετικές και η σχέση τους με τα αντίστοιχα επίπεδα ηχητικής πίεσης είναι σε κάποιο βαθμό υπό όρους. Το δυναμικό εύρος ενός συγκεκριμένου μουσικού προγράμματος εξαρτάται από τη φύση της σύνθεσης. Έτσι, το δυναμικό εύρος των κλασικών έργων των Haydn, Mozart, Vivaldi σπάνια ξεπερνά τα 30-35 dB. Το δυναμικό εύρος της ποπ μουσικής συνήθως δεν ξεπερνά τα 40 dB, ενώ αυτό της χορευτικής και τζαζ μουσικής είναι μόνο περίπου 20 dB. Τα περισσότερα έργα για ορχήστρα ρωσικών λαϊκών οργάνων έχουν επίσης μικρό δυναμικό εύρος (25-30 dB). Αυτό ισχύει και για ένα συγκρότημα πνευστών. Ωστόσο, η μέγιστη στάθμη ήχου μιας μπάντας πνευστών σε ένα δωμάτιο μπορεί να φτάσει σε αρκετά υψηλό επίπεδο (έως 110 dB).

Εφέ κάλυψης

Η υποκειμενική εκτίμηση της έντασης εξαρτάται από τις συνθήκες υπό τις οποίες ο ήχος γίνεται αντιληπτός από τον ακροατή. Σε πραγματικές συνθήκες, ένα ακουστικό σήμα δεν υπάρχει σε απόλυτη σιωπή. Ταυτόχρονα, ο εξωτερικός θόρυβος επηρεάζει την ακοή, περιπλέκοντας την αντίληψη του ήχου, καλύπτοντας σε κάποιο βαθμό το κύριο σήμα. Η επίδραση της κάλυψης ενός καθαρού ημιτονοειδούς κύματος από εξωτερικό θόρυβο μετράται από την τιμή που υποδεικνύει. κατά πόσα ντεσιμπέλ αυξάνεται το όριο ακουστότητας του καλυμμένου σήματος πάνω από το κατώφλι της αντίληψής του στη σιωπή.
Πειράματα για τον προσδιορισμό του βαθμού κάλυψης ενός ηχητικού σήματος από ένα άλλο δείχνουν ότι ένας τόνος οποιασδήποτε συχνότητας καλύπτεται από χαμηλότερους τόνους πολύ πιο αποτελεσματικά από ό,τι από υψηλότερους. Για παράδειγμα, εάν δύο πιρούνια συντονισμού (1200 και 440 Hz) εκπέμπουν ήχους με την ίδια ένταση, τότε σταματάμε να ακούμε τον πρώτο τόνο, καλύπτεται από τον δεύτερο (σβήνοντας τη δόνηση του δεύτερου πιρουνιού συντονισμού, θα ακούσουμε τον πρώτο πάλι).
Αν δύο σύνθετες ηχητικά σήματα, που αποτελείται από ορισμένα φάσματα ηχητικών συχνοτήτων, τότε εμφανίζεται η επίδραση της αμοιβαίας κάλυψης. Επιπλέον, εάν η κύρια ενέργεια και των δύο σημάτων βρίσκεται στην ίδια περιοχή του εύρους συχνοτήτων ήχου, τότε το εφέ κάλυψης θα είναι το ισχυρότερο.Έτσι, κατά τη μετάδοση ενός ορχηστρικού κομματιού, λόγω της κάλυψης από τη συνοδεία, το μέρος του σολίστ μπορεί να γίνει ανεπαρκές κατανοητό και μη ακουστό.
Η επίτευξη διαύγειας ή, όπως λένε, «διαφάνειας» του ήχου στη μετάδοση του ήχου ορχήστρων ή ποπ συνόλων γίνεται πολύ δύσκολη εάν ένα όργανο ή μεμονωμένες ομάδες οργάνων ορχήστρας παίζουν σε έναν ή παρόμοιους δίσκους ταυτόχρονα.
Ο σκηνοθέτης, όταν ηχογραφεί μια ορχήστρα, πρέπει να λαμβάνει υπόψη του τα χαρακτηριστικά του καμουφλάζ. Στις πρόβες, με τη βοήθεια του μαέστρου, δημιουργεί μια ισορροπία μεταξύ της ηχητικής δύναμης των οργάνων μιας ομάδας, καθώς και μεταξύ των ομάδων ολόκληρης της ορχήστρας. Η σαφήνεια των κύριων μελωδικών γραμμών και των επιμέρους μουσικών μερών επιτυγχάνεται σε αυτές τις περιπτώσεις με τη στενή τοποθέτηση μικροφώνων στους ερμηνευτές, τη σκόπιμη ανάδειξη από τον ηχολήπτη των πιο σημαντικών αυτό το μέροςέργα οργάνων και άλλες ειδικές τεχνικές ηχοληψίας.
Το φαινόμενο της κάλυψης αντιτίθεται από την ψυχοφυσιολογική ικανότητα των οργάνων ακοής να ξεχωρίζουν από τη γενική μάζα ήχων έναν ή περισσότερους που φέρουν τα περισσότερα σημαντικές πληροφορίες. Για παράδειγμα, όταν παίζει μια ορχήστρα, ο μαέστρος παρατηρεί τις παραμικρές ανακρίβειες στην απόδοση ενός μέρους σε οποιοδήποτε όργανο.
Η κάλυψη μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ποιότητα μετάδοσης σήματος. Μια σαφής αντίληψη του λαμβανόμενου ήχου είναι δυνατή εάν η έντασή του υπερβαίνει σημαντικά το επίπεδο των στοιχείων παρεμβολής που βρίσκονται στην ίδια ζώνη με τον λαμβανόμενο ήχο. Με ομοιόμορφη παρεμβολή, η περίσσεια σήματος πρέπει να είναι 10-15 dB. Αυτό το χαρακτηριστικό της ακουστικής αντίληψης είναι πρακτική χρήση, για παράδειγμα, κατά την αξιολόγηση των ηλεκτροακουστικών χαρακτηριστικών των μέσων. Έτσι, εάν ο λόγος σήματος προς θόρυβο μιας αναλογικής εγγραφής είναι 60 dB, τότε το δυναμικό εύρος του εγγεγραμμένου προγράμματος δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από 45-48 dB.

Χρονικά χαρακτηριστικά της ακουστικής αντίληψης

Το ακουστικό βαρηκοΐας, όπως και κάθε άλλο ταλαντευτικό σύστημα, είναι αδρανειακό. Όταν ο ήχος εξαφανίζεται, η ακουστική αίσθηση δεν εξαφανίζεται αμέσως, αλλά σταδιακά, μειώνεται στο μηδέν. Ο χρόνος κατά τον οποίο το επίπεδο θορύβου μειώνεται κατά 8-10 υπόβαθρα ονομάζεται σταθερά χρόνου ακοής. Αυτή η σταθερά εξαρτάται από έναν αριθμό περιστάσεων, καθώς και από τις παραμέτρους του αντιληπτού ήχου. Εάν φτάσουν στον ακροατή δύο σύντομοι παλμοί ήχου, πανομοιότυποι σε σύνθεση συχνότητας και στάθμη, αλλά ένας από αυτούς καθυστερήσει, τότε θα γίνουν αντιληπτοί μαζί με καθυστέρηση που δεν υπερβαίνει τα 50 ms. Σε μεγάλα διαστήματα καθυστέρησης, και οι δύο ώσεις γίνονται αντιληπτές ξεχωριστά και εμφανίζεται μια ηχώ.
Αυτό το χαρακτηριστικό της ακοής λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό ορισμένων συσκευών επεξεργασίας σήματος, για παράδειγμα, ηλεκτρονικές γραμμές καθυστέρησης, αντηχήσεις κ.λπ.
Πρέπει να σημειωθεί ότι, λόγω της ειδικής ιδιότητας της ακοής, η αίσθηση της έντασης ενός βραχυπρόθεσμου ηχητικού παλμού εξαρτάται όχι μόνο από το επίπεδό του, αλλά και από τη διάρκεια της πρόσκρουσης του παλμού στο αυτί. Έτσι, ένας βραχυπρόθεσμος ήχος, διάρκειας μόνο 10-12 ms, γίνεται αντιληπτός από το αυτί πιο αθόρυβο από έναν ήχο του ίδιου επιπέδου, αλλά επηρεάζει την ακοή, για παράδειγμα, για 150-400 ms. Επομένως, όταν ακούτε μια εκπομπή, η ένταση είναι το αποτέλεσμα του μέσου όρου της ενέργειας του ηχητικού κύματος σε ένα συγκεκριμένο διάστημα. Επιπλέον, η ανθρώπινη ακοή έχει αδράνεια, συγκεκριμένα, όταν αντιλαμβάνεται μη γραμμικές παραμορφώσεις, δεν τις αισθάνεται εάν η διάρκεια του ηχητικού παλμού είναι μικρότερη από 10-20 ms. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στους δείκτες στάθμης του οικιακού ραδιοηλεκτρονικού εξοπλισμού εγγραφής ήχου, οι τιμές στιγμιαίου σήματος υπολογίζονται κατά μέσο όρο σε μια περίοδο που επιλέγεται σύμφωνα με τα χρονικά χαρακτηριστικά των οργάνων ακοής.

Χωρική αναπαράσταση ήχου

Μία από τις σημαντικές ανθρώπινες ικανότητες είναι η ικανότητα προσδιορισμού της κατεύθυνσης μιας πηγής ήχου. Αυτή η ικανότητα ονομάζεται διφωνικό φαινόμενο και εξηγείται από το γεγονός ότι ένα άτομο έχει δύο αυτιά. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν από πού προέρχεται ο ήχος: ένα για ήχους υψηλής συχνότητας, ένα για ήχους χαμηλής συχνότητας.

Ο ήχος διανύει μικρότερη απόσταση από το αυτί που βλέπει προς την πηγή παρά από το άλλο αυτί. Ως αποτέλεσμα, η πίεση των ηχητικών κυμάτων στους ακουστικούς πόρους ποικίλλει σε φάση και πλάτος. Οι διαφορές πλάτους είναι σημαντικές μόνο σε υψηλές συχνότητες, όταν το μήκος κύματος του ήχου γίνεται συγκρίσιμο με το μέγεθος της κεφαλής. Όταν η διαφορά στο πλάτος υπερβαίνει μια τιμή κατωφλίου 1 dB, η πηγή ήχου φαίνεται να βρίσκεται στην πλευρά όπου το πλάτος είναι μεγαλύτερο. Η γωνία απόκλισης της ηχητικής πηγής από την κεντρική γραμμή (γραμμή συμμετρίας) είναι περίπου ανάλογη του λογάριθμου του λόγου πλάτους.
Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης μιας πηγής ήχου με συχνότητες κάτω από 1500-2000 Hz, οι διαφορές φάσης είναι σημαντικές. Φαίνεται σε ένα άτομο ότι ο ήχος προέρχεται από την πλευρά από την οποία το κύμα, που βρίσκεται μπροστά σε φάση, φτάνει στο αυτί. Η γωνία απόκλισης του ήχου από τη μέση γραμμή είναι ανάλογη με τη διαφορά στο χρόνο άφιξης των ηχητικών κυμάτων και στα δύο αυτιά. Ένα εκπαιδευμένο άτομο μπορεί να παρατηρήσει διαφορά φάσης με χρονική διαφορά 100 ms.
Η ικανότητα προσδιορισμού της κατεύθυνσης του ήχου στο κατακόρυφο επίπεδο είναι πολύ λιγότερο ανεπτυγμένη (περίπου 10 φορές). Αυτό το φυσιολογικό χαρακτηριστικό σχετίζεται με τον προσανατολισμό των οργάνων ακοής στο οριζόντιο επίπεδο.
Συγκεκριμένο χαρακτηριστικό χωρική αντίληψηο ήχος από ένα άτομο εκδηλώνεται στο γεγονός ότι τα όργανα ακοής είναι σε θέση να αισθανθούν τον συνολικό, ολοκληρωμένο εντοπισμό που δημιουργείται με τη βοήθεια τεχνητών μέσων επιρροής. Για παράδειγμα, σε ένα δωμάτιο, δύο ηχεία είναι εγκατεστημένα κατά μήκος της πρόσοψης σε απόσταση 2-3 m το ένα από το άλλο. Ο ακροατής βρίσκεται στην ίδια απόσταση από τον άξονα του συστήματος σύνδεσης, αυστηρά στο κέντρο. Σε ένα δωμάτιο, δύο ήχοι ίσης φάσης, συχνότητας και έντασης εκπέμπονται από τα ηχεία. Ως αποτέλεσμα της ταυτότητας των ήχων που περνούν στο όργανο ακοής, ένα άτομο δεν μπορεί να τους χωρίσει· οι αισθήσεις του δίνουν ιδέες για μια ενιαία, φαινομενική (εικονική) πηγή ήχου, η οποία βρίσκεται αυστηρά στο κέντρο στον άξονα συμμετρίας.
Εάν τώρα μειώσουμε την ένταση ενός ηχείου, η εμφανής πηγή θα μετακινηθεί προς το δυνατό ηχείο. Η ψευδαίσθηση μιας πηγής ήχου που κινείται μπορεί να ληφθεί όχι μόνο αλλάζοντας το επίπεδο σήματος, αλλά και καθυστερώντας τεχνητά έναν ήχο σε σχέση με έναν άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, η εμφανής πηγή θα μετατοπιστεί προς το ηχείο που εκπέμπει το σήμα εκ των προτέρων.
Για να επεξηγήσουμε την ολοκληρωτική τοπική προσαρμογή, δίνουμε ένα παράδειγμα. Η απόσταση μεταξύ των ηχείων είναι 2 m, η απόσταση από την πρώτη γραμμή στον ακροατή είναι 2 m. για να μετακινηθεί η πηγή 40 cm προς τα αριστερά ή προς τα δεξιά, είναι απαραίτητο να υποβάλετε δύο σήματα με διαφορά στάθμης έντασης 5 dB ή με χρονική καθυστέρηση 0,3 ms. Με διαφορά στάθμης 10 dB ή χρονική καθυστέρηση 0,6 ms, η πηγή θα «μετακινηθεί» 70 cm από το κέντρο.
Έτσι, αν αλλάξετε την ηχητική πίεση που δημιουργείται από το ηχείο, δημιουργείται η ψευδαίσθηση της μετακίνησης της πηγής ήχου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συνοπτική εντόπιση. Για τη δημιουργία συνοπτικής εντοπισμού, χρησιμοποιείται ένα στερεοφωνικό σύστημα μετάδοσης ήχου δύο καναλιών.
Στην κύρια αίθουσα είναι εγκατεστημένα δύο μικρόφωνα, καθένα από τα οποία λειτουργεί στο δικό του κανάλι. Το δευτερεύον έχει δύο ηχεία. Τα μικρόφωνα βρίσκονται σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους κατά μήκος μιας γραμμής παράλληλης με την τοποθέτηση του εκπομπού ήχου. Κατά τη μετακίνηση του εκπομπού ήχου, διαφορετική ηχητική πίεση θα ενεργήσει στο μικρόφωνο και ο χρόνος άφιξης του ηχητικού κύματος θα είναι διαφορετικός λόγω της άνισης απόστασης μεταξύ του εκπομπού ήχου και των μικροφώνων. Αυτή η διαφορά δημιουργεί ένα συνολικό αποτέλεσμα εντοπισμού στο δευτερεύον δωμάτιο, με αποτέλεσμα η φαινομενική πηγή να εντοπίζεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χώρου που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μεγάφωνα.
Θα πρέπει να ειπωθεί για το σύστημα διφωνικής μετάδοσης ήχου. Με αυτό το σύστημα, που ονομάζεται σύστημα τεχνητής κεφαλής, δύο ξεχωριστά μικρόφωνα τοποθετούνται στο κύριο δωμάτιο, σε απόσταση μεταξύ τους ίση με την απόσταση μεταξύ των αυτιών ενός ατόμου. Κάθε μικρόφωνο έχει ένα ανεξάρτητο κανάλι μετάδοσης ήχου, η έξοδος του οποίου στο δευτερεύον δωμάτιο περιλαμβάνει τηλέφωνα για το αριστερό και το δεξί αυτί. Εάν τα κανάλια μετάδοσης ήχου είναι πανομοιότυπα, ένα τέτοιο σύστημα μεταφέρει με ακρίβεια το διφωνικό εφέ που δημιουργείται κοντά στα αυτιά της «τεχνητής κεφαλής» στο κύριο δωμάτιο. Το να έχεις ακουστικά και να τα χρησιμοποιείς για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι ένα μειονέκτημα.
Το όργανο ακοής καθορίζει την απόσταση από την πηγή ήχου χρησιμοποιώντας μια σειρά από έμμεσες ενδείξεις και με ορισμένα σφάλματα. Ανάλογα με το αν η απόσταση από την πηγή σήματος είναι μικρή ή μεγάλη, η υποκειμενική εκτίμησή της αλλάζει υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων. Διαπιστώθηκε ότι εάν οι καθορισμένες αποστάσεις είναι μικρές (μέχρι 3 m), τότε η υποκειμενική εκτίμησή τους σχετίζεται σχεδόν γραμμικά με την αλλαγή της έντασης της πηγής ήχου που κινείται κατά μήκος του βάθους. Ένας πρόσθετος παράγοντας για ένα σύνθετο σήμα είναι η χροιά του, η οποία γίνεται ολοένα και πιο «βαρύ» όσο η πηγή πλησιάζει τον ακροατή.Αυτό οφείλεται στην αυξανόμενη ενίσχυση των χαμηλών τόνων σε σύγκριση με τους υψηλούς τόνους, που προκαλείται από την προκύπτουσα αύξηση του επιπέδου έντασης.
Για μέσες αποστάσεις 3-10 m, η απομάκρυνση της πηγής από τον ακροατή θα συνοδεύεται από αναλογική μείωση της έντασης και αυτή η αλλαγή θα ισχύει εξίσου για τη θεμελιώδη συχνότητα και τις αρμονικές συνιστώσες. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια σχετική ενίσχυση του τμήματος υψηλής συχνότητας του φάσματος και η χροιά γίνεται πιο φωτεινή.
Καθώς η απόσταση αυξάνεται, οι απώλειες ενέργειας στον αέρα θα αυξάνονται ανάλογα με το τετράγωνο της συχνότητας. Η αυξημένη απώλεια υψηλών αποχρώσεων θα έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη φωτεινότητα του ηχοχρώματος. Έτσι, η υποκειμενική εκτίμηση των αποστάσεων συνδέεται με αλλαγές στον όγκο και τη χροιά του.
Σε ένα κλειστό δωμάτιο, τα σήματα των πρώτων ανακλάσεων, καθυστερημένα σε σχέση με την άμεση ανάκλαση κατά 20-40 ms, γίνονται αντιληπτά από το όργανο ακοής ως προερχόμενα από διαφορετικές κατευθύνσεις. Ταυτόχρονα, η αυξανόμενη καθυστέρηση τους δημιουργεί την εντύπωση σημαντικής απόστασης από τα σημεία από τα οποία εμφανίζονται αυτές οι αντανακλάσεις. Έτσι, από το χρόνο καθυστέρησης μπορεί κανείς να κρίνει τη σχετική απόσταση των δευτερευουσών πηγών ή, το ίδιο, το μέγεθος του δωματίου.

Μερικά χαρακτηριστικά της υποκειμενικής αντίληψης των στερεοφωνικών εκπομπών.

Ένα στερεοφωνικό σύστημα μετάδοσης ήχου έχει μια σειρά από σημαντικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με ένα συμβατικό μονοφωνικό.
Η ποιότητα που διακρίνει τον στερεοφωνικό ήχο, την ένταση, δηλ. Η φυσική ακουστική προοπτική μπορεί να αξιολογηθεί χρησιμοποιώντας ορισμένους πρόσθετους δείκτες που δεν έχουν νόημα με μια τεχνική μονοφωνικής μετάδοσης ήχου. Τέτοιοι πρόσθετοι δείκτες περιλαμβάνουν: γωνία ακοής, δηλ. τη γωνία με την οποία ο ακροατής αντιλαμβάνεται τη στερεοφωνική ηχητική εικόνα. στερεοφωνική ανάλυση, δηλ. υποκειμενικά καθορισμένος εντοπισμός μεμονωμένων στοιχείων της ηχητικής εικόνας σε ορισμένα σημεία του χώρου εντός της γωνίας ακρόασης· ακουστική ατμόσφαιρα, δηλ. το αποτέλεσμα να δίνει στον ακροατή μια αίσθηση παρουσίας στο κύριο δωμάτιο όπου συμβαίνει το εκπεμπόμενο ηχητικό συμβάν.

Σχετικά με το ρόλο της ακουστικής δωματίου

Ο πολύχρωμος ήχος επιτυγχάνεται όχι μόνο με τη βοήθεια εξοπλισμού αναπαραγωγής ήχου. Ακόμη και με αρκετά καλό εξοπλισμό, η ποιότητα του ήχου μπορεί να είναι κακή εάν η αίθουσα ακρόασης δεν έχει ορισμένες ιδιότητες. Είναι γνωστό ότι σε ένα κλειστό δωμάτιο εμφανίζεται ένα φαινόμενο ρινικού ήχου που ονομάζεται αντήχηση. Επηρεάζοντας τα όργανα ακοής, η αντήχηση (ανάλογα με τη διάρκειά της) μπορεί να βελτιώσει ή να επιδεινώσει την ποιότητα του ήχου.

Ένα άτομο σε ένα δωμάτιο αντιλαμβάνεται όχι μόνο άμεσα ηχητικά κύματα που δημιουργούνται απευθείας από την πηγή ήχου, αλλά και κύματα που αντανακλώνται από την οροφή και τους τοίχους του δωματίου. Τα ανακλώμενα κύματα ακούγονται για κάποιο χρονικό διάστημα μετά τη διακοπή της πηγής ήχου.
Μερικές φορές πιστεύεται ότι τα ανακλώμενα σήματα παίζουν μόνο αρνητικό ρόλο, παρεμποδίζοντας την αντίληψη του κύριου σήματος. Ωστόσο, αυτή η ιδέα είναι εσφαλμένη. Ένα ορισμένο μέρος της ενέργειας των αρχικών ανακλώμενων σημάτων ηχούς, που φτάνει στα ανθρώπινα αυτιά με μικρές καθυστερήσεις, ενισχύει το κύριο σήμα και εμπλουτίζει τον ήχο του. Αντίθετα, αργότερα αντανακλώνται απόηχοι. των οποίων ο χρόνος καθυστέρησης υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, σχηματίζουν ένα ηχητικό υπόβαθρο που καθιστά δύσκολη την αντίληψη του κύριου σήματος.
Η αίθουσα ακρόασης δεν πρέπει να έχει μεγάλο χρόνο αντήχησης. Τα σαλόνια, κατά κανόνα, έχουν μικρή απήχηση λόγω του περιορισμένου μεγέθους τους και της παρουσίας ηχοαπορροφητικών επιφανειών, επικαλυμμένων επίπλων, χαλιών, κουρτινών κ.λπ.
Τα εμπόδια διαφορετικής φύσης και ιδιοτήτων χαρακτηρίζονται από έναν συντελεστή ηχοαπορρόφησης, ο οποίος είναι ο λόγος της απορροφούμενης ενέργειας προς τη συνολική ενέργεια του προσπίπτοντος ηχητικού κύματος.

Για να αυξήσετε τις ηχοαπορροφητικές ιδιότητες του χαλιού (και να μειώσετε τον θόρυβο στο σαλόνι), συνιστάται να κρεμάτε το χαλί όχι κοντά στον τοίχο, αλλά με διάκενο 30-50 mm).

1. Ήχος, είδη ήχου.

2. Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου.

3. Χαρακτηριστικά της ακουστικής αίσθησης. Μετρήσεις ήχου.

4. Πέρασμα ήχου κατά μήκος της διεπαφής.

5. Σωστή μέθοδοι έρευνας.

6. Παράγοντες που καθορίζουν την πρόληψη του θορύβου. Προστασία από το θόρυβο.

7. Βασικές έννοιες και τύποι. Πίνακες.

8. Καθήκοντα.

Ακουστική.Με την ευρεία έννοια, είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα ελαστικά κύματα από τις χαμηλότερες έως τις υψηλότερες συχνότητες. Με στενή έννοια, είναι η μελέτη του ήχου.

3.1. Ήχος, είδη ήχου

Ο ήχος με την ευρεία έννοια είναι οι ελαστικοί κραδασμοί και τα κύματα που διαδίδονται σε αέριες, υγρές και στερεές ουσίες. με στενή έννοια, ένα φαινόμενο που γίνεται αντιληπτό υποκειμενικά από τα όργανα ακοής των ανθρώπων και των ζώων.

Κανονικά, το ανθρώπινο αυτί ακούει ήχο στην περιοχή συχνοτήτων από 16 Hz έως 20 kHz. Ωστόσο, με την ηλικία, το ανώτερο όριο αυτού του εύρους μειώνεται:

Ο ήχος με συχνότητα κάτω από 16-20 Hz ονομάζεται Υπόηχος,πάνω από 20 kHz -υπέρηχος,και τα ελαστικά κύματα υψηλότερης συχνότητας στην περιοχή από 10 9 έως 10 12 Hz - υπερήχος.

Οι ήχοι που βρίσκονται στη φύση χωρίζονται σε διάφορους τύπους.

Τόνος -είναι ένας ήχος που είναι μια περιοδική διαδικασία. Το κύριο χαρακτηριστικό του τόνου είναι η συχνότητα. Απλός τόνοςπου δημιουργείται από ένα σώμα που δονείται σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο (για παράδειγμα, μια διχάλα συντονισμού). Πολύπλοκος τόνοςδημιουργείται από περιοδικές ταλαντώσεις που δεν είναι αρμονικές (για παράδειγμα, ο ήχος ενός μουσικού οργάνου, ο ήχος που δημιουργείται από την ανθρώπινη συσκευή ομιλίας).

Θόρυβοςείναι ένας ήχος που έχει μια πολύπλοκη, μη επαναλαμβανόμενη χρονική εξάρτηση και είναι ένας συνδυασμός τυχαίων μεταβαλλόμενων σύνθετων τόνων (το θρόισμα των φύλλων).

Sonic boom- πρόκειται για βραχυπρόθεσμη ηχητική κρούση (χειροκρότημα, έκρηξη, χτύπημα, βροντή).

Ένας σύνθετος τόνος, ως περιοδική διαδικασία, μπορεί να αναπαρασταθεί ως άθροισμα απλών τόνων (που αποσυντίθενται σε τόνους συνιστωσών). Αυτή η αποσύνθεση ονομάζεται φάσμα.

Φάσμα ακουστικών τόνωνείναι το σύνολο όλων των συχνοτήτων του με ένδειξη των σχετικών εντάσεων ή πλάτους τους.

Η χαμηλότερη συχνότητα στο φάσμα (ν) αντιστοιχεί στον θεμελιώδη τόνο και οι υπόλοιπες συχνότητες ονομάζονται υπέρτονες ή αρμονικές. Οι υπερτονισμοί έχουν συχνότητες που είναι πολλαπλάσιες της θεμελιώδους συχνότητας: 2ν, 3ν, 4ν, ...

Τυπικά, το μεγαλύτερο πλάτος του φάσματος αντιστοιχεί στον θεμελιώδη τόνο. Είναι αυτό που γίνεται αντιληπτό από το αυτί ως το ύψος του ήχου (βλ. παρακάτω). Οι υπέρηχοι δημιουργούν το «χρώμα» του ήχου. Οι ήχοι του ίδιου ύψους που δημιουργούνται από διαφορετικά όργανα γίνονται αντιληπτοί διαφορετικά από το αυτί ακριβώς λόγω των διαφορετικών σχέσεων μεταξύ των πλατών των αποχρώσεων. Το σχήμα 3.1 δείχνει τα φάσματα της ίδιας νότας (ν = 100 Hz) που παίζεται σε πιάνο και κλαρίνο.

Ρύζι. 3.1.Φάσματα από νότες πιάνου (α) και κλαρινέτου (β).

Το ακουστικό φάσμα του θορύβου είναι συνεχής.

3.2. Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου

1. Ταχύτητα(v). Ο ήχος ταξιδεύει σε οποιοδήποτε μέσο εκτός από το κενό. Η ταχύτητα διάδοσής του εξαρτάται από την ελαστικότητα, την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του μέσου, αλλά δεν εξαρτάται από τη συχνότητα των ταλαντώσεων. Η ταχύτητα του ήχου σε ένα αέριο εξαρτάται από τη μοριακή του μάζα (M) και την απόλυτη θερμοκρασία (T):

Η ταχύτητα του ήχου στο νερό είναι 1500 m/s. Η ταχύτητα του ήχου στους μαλακούς ιστούς του σώματος είναι παρόμοιας σημασίας.

2. Ηχητική πίεση.Η διάδοση του ήχου συνοδεύεται από μεταβολή της πίεσης στο μέσο (Εικ. 3.2).

Ρύζι. 3.2.Αλλαγή της πίεσης σε ένα μέσο κατά τη διάδοση του ήχου.

Είναι αλλαγές στην πίεση που προκαλούν δονήσεις του τυμπάνου, οι οποίες καθορίζουν την αρχή μιας τόσο περίπλοκης διαδικασίας όπως η εμφάνιση ακουστικών αισθήσεων.

Ηχητική πίεση (Δ Ρ) - αυτό είναι το πλάτος εκείνων των μεταβολών της πίεσης στο μέσο που συμβαίνουν κατά τη διέλευση ενός ηχητικού κύματος.

3. Ένταση ήχου(ΕΓΩ). Η διάδοση ενός ηχητικού κύματος συνοδεύεται από μεταφορά ενέργειας.

Ένταση ήχουείναι η πυκνότητα ροής της ενέργειας που μεταφέρεται από ένα ηχητικό κύμα(βλ. τύπο 2.5).

Σε ένα ομοιογενές μέσο, ​​η ένταση του ήχου που εκπέμπεται σε μια δεδομένη κατεύθυνση μειώνεται με την απόσταση από την πηγή ήχου. Όταν χρησιμοποιείτε κυματοδηγούς, είναι δυνατό να επιτευχθεί αύξηση της έντασης. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου κυματοδηγού στη ζωντανή φύση είναι το αυτί.

Η σχέση μεταξύ της έντασης (Ι) και της ηχητικής πίεσης (ΔΡ) εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:

όπου ρ είναι η πυκνότητα του μέσου. v- η ταχύτητα του ήχου σε αυτό.

Ονομάζονται οι ελάχιστες τιμές ηχητικής πίεσης και έντασης ήχου στις οποίες ένα άτομο βιώνει ακουστικές αισθήσεις κατώφλι της ακοής.

Για το αυτί ενός μέσου ατόμου σε συχνότητα 1 kHz, το κατώφλι ακοής αντιστοιχεί στις ακόλουθες τιμές ηχητικής πίεσης (ΔΡ 0) και έντασης ήχου (I 0):

ΔΡ 0 = 3x10 -5 Pa (≈ 2x10 -7 mm Hg); I 0 = 10 -12 W/m2.

Οι τιμές της ηχητικής πίεσης και της έντασης του ήχου στις οποίες ένα άτομο βιώνει έντονο πόνο ονομάζονται κατώφλι πόνου.

Για το αυτί ενός μέσου ατόμου σε συχνότητα 1 kHz, ο ουδός πόνου αντιστοιχεί στις ακόλουθες τιμές ηχητικής πίεσης (ΔΡ m) και έντασης ήχου (I m):

4. Επίπεδο έντασης(ΜΕΓΑΛΟ). Η αναλογία των εντάσεων που αντιστοιχεί στα κατώφλια ακρόασης και πόνου είναι τόσο υψηλή (I m / I 0 = 10 13) που στην πράξη χρησιμοποιούν μια λογαριθμική κλίμακα, εισάγοντας ένα ειδικό αδιάστατο χαρακτηριστικό - επίπεδο έντασης.

Το επίπεδο έντασης είναι ο δεκαδικός λογάριθμος του λόγου της έντασης του ήχου προς το κατώφλι ακοής:

Η μονάδα του επιπέδου έντασης είναι άσπρο(ΣΙ).

Συνήθως χρησιμοποιείται μικρότερη μονάδα επιπέδου έντασης - ηχόμετρο(dB): 1 dB = 0,1 B. Το επίπεδο έντασης σε ντεσιμπέλ υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους τύπους:

Λογαριθμική φύση της εξάρτησης επίπεδο έντασηςαπό τον εαυτό της έντασησημαίνει ότι με την αύξηση ένταση 10 φορές επίπεδο έντασηςαυξάνεται κατά 10 dB.

Τα χαρακτηριστικά των ήχων που εμφανίζονται συχνά δίνονται στον Πίνακα. 3.1.

Αν κάποιος ακούσει ήχους που έρχονται από μια κατεύθυνσηαπό αρκετές ασυνάρτητοςπηγές, τότε αθροίζονται οι εντάσεις τους:

Τα υψηλά επίπεδα έντασης ήχου οδηγούν σε μη αναστρέψιμες αλλαγές στο ακουστικό βαρηκοΐας. Έτσι, ένας ήχος 160 dB μπορεί να προκαλέσει ρήξη του τυμπάνου και μετατόπιση των ακουστικών οστών στο μέσο αυτί, που οδηγεί σε μη αναστρέψιμη κώφωση. Στα 140 dB, ένα άτομο αισθάνεται έντονο πόνο και η παρατεταμένη έκθεση σε θόρυβο 90-120 dB οδηγεί σε βλάβη στο ακουστικό νεύρο.

3.3. Χαρακτηριστικά της ακουστικής αίσθησης. Μετρήσεις ήχου

Ο ήχος είναι το αντικείμενο της ακουστικής αίσθησης. Εκτιμάται από ένα άτομο υποκειμενικά. Όλα τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά της ακουστικής αίσθησης σχετίζονται με τα αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ηχητικού κύματος.

Βήμα, χροιά

Αντιλαμβανόμενοι τους ήχους, το άτομο τους διακρίνει κατά τον τόνο και τη χροιά.

Υψοςο τόνος καθορίζεται κυρίως από τη συχνότητα του βασικού τόνου (όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος αντιληπτός). Σε μικρότερο βαθμό, το ύψος εξαρτάται από την ένταση του ήχου (ο ήχος μεγαλύτερης έντασης εκλαμβάνεται ως χαμηλότερος).

Τέμπο- αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό της αίσθησης ήχου, το οποίο καθορίζεται από το αρμονικό του φάσμα. Η χροιά ενός ήχου εξαρτάται από τον αριθμό των φθόγγων και τις σχετικές εντάσεις τους.

Νόμος Weber-Fechner. Ενταση ήχου

Η χρήση μιας λογαριθμικής κλίμακας για την εκτίμηση των επιπέδων της έντασης του ήχου είναι σε καλή συμφωνία με την ψυχοφυσική Νόμος Weber-Fechner:

Εάν αυξήσετε τον ερεθισμό σε μια γεωμετρική πρόοδο (δηλαδή, κατά τον ίδιο αριθμό φορών), τότε η αίσθηση αυτού του ερεθισμού αυξάνεται με μια αριθμητική πρόοδο (δηλαδή, κατά την ίδια ποσότητα).

Είναι η λογαριθμική συνάρτηση που έχει τέτοιες ιδιότητες.

Ενταση ήχουπου ονομάζεται ένταση (δύναμη) των ακουστικών αισθήσεων.

Το ανθρώπινο αυτί έχει διαφορετική ευαισθησία σε ήχους διαφορετικών συχνοτήτων. Για να λάβετε υπόψη αυτήν την περίσταση, μπορείτε να επιλέξετε μερικά συχνότητα αναφοράς,και συγκρίνετε την αντίληψη άλλων συχνοτήτων με αυτό. Με συμφωνία συχνότητα αναφοράςλαμβάνεται ίσο με 1 kHz (για το λόγο αυτό, το όριο ακοής I 0 έχει οριστεί για αυτήν τη συχνότητα).

Για καθαρός τόνοςμε συχνότητα 1 kHz, η ένταση (Ε) λαμβάνεται ίση με το επίπεδο έντασης σε ντεσιμπέλ:

Για άλλες συχνότητες, η ένταση προσδιορίζεται συγκρίνοντας την ένταση των ακουστικών αισθήσεων με την ένταση του ήχου σε συχνότητα αναφοράς.

Ενταση ήχουίσο με το επίπεδο της έντασης του ήχου (dB) σε συχνότητα 1 kHz που κάνει το «μέσο» άτομο να έχει την ίδια ένταση με τον δεδομένο ήχο.

Η μονάδα της έντασης του ήχου ονομάζεται Ιστορικό.

Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα έντασης σε σχέση με τη συχνότητα σε επίπεδο έντασης 60 dB.

Ίσες καμπύλες έντασης

Η λεπτομερής σχέση μεταξύ της συχνότητας, της έντασης και του επιπέδου έντασης απεικονίζεται γραφικά χρησιμοποιώντας καμπύλες ίσου όγκου(Εικ. 3.3). Αυτές οι καμπύλες δείχνουν την εξάρτηση επίπεδο έντασης L dB από τη συχνότητα ν του ήχου σε δεδομένη ένταση ήχου.

Η κάτω καμπύλη αντιστοιχεί κατώφλι ακοής.Σας επιτρέπει να βρείτε την τιμή κατωφλίου του επιπέδου έντασης (E = 0) σε μια δεδομένη συχνότητα τόνου.

Χρησιμοποιώντας καμπύλες ίσης έντασης μπορείτε να βρείτε ένταση ήχου,αν είναι γνωστά το επίπεδο συχνότητας και έντασής του.

Μετρήσεις ήχου

Οι καμπύλες ίσης έντασης αντικατοπτρίζουν την αντίληψη του ήχου μέσος άνθρωπος.Για την αξιολόγηση της ακοής ειδικόςανθρώπου, χρησιμοποιείται η μέθοδος της ακοομετρίας κατωφλίου καθαρού τόνου.

Ακουομετρία -μέθοδος μέτρησης της ακουστικής οξύτητας. Χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή (ακουόμετρο), προσδιορίζεται το κατώφλι της ακουστικής αίσθησης ή κατώφλι αντίληψης, L P σε διαφορετικές συχνότητες. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια ήχου, δημιουργούν έναν ήχο μιας δεδομένης συχνότητας και, αυξάνοντας το επίπεδο,

Ρύζι. 3.3.Ίσες καμπύλες έντασης

επίπεδο έντασης L, καθορίστε το επίπεδο κατωφλίου της έντασης L p, στο οποίο το υποκείμενο αρχίζει να βιώνει ακουστικές αισθήσεις. Με την αλλαγή της συχνότητας του ήχου, προκύπτει μια πειραματική εξάρτηση L p (v), η οποία ονομάζεται ακοόγραμμα (Εικ. 3.4).

Ρύζι. 3.4.Ηχογραφήματα

Η διαταραχή της λειτουργίας της συσκευής λήψης ήχου μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ακοής- επίμονη μείωση της ευαισθησίας σε διάφορους τόνους και στον ψιθυριστή ομιλία.

Η διεθνής ταξινόμηση των βαθμών απώλειας ακοής, με βάση τις μέσες τιμές των ορίων αντίληψης στις συχνότητες ομιλίας, δίνεται στον Πίνακα. 3.2.

Για μέτρηση όγκου σύνθετος τόνοςή θόρυβοςχρησιμοποιήστε ειδικές συσκευές - ηχομετρητές.Ο ήχος που λαμβάνεται από το μικρόφωνο μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο περνά μέσα από ένα σύστημα φίλτρων. Οι παράμετροι του φίλτρου επιλέγονται έτσι ώστε η ευαισθησία του ηχομετρητή σε διάφορες συχνότητες να είναι κοντά στην ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού.

3.4. Πέρασμα ήχου κατά μήκος της διεπαφής

Όταν ένα ηχητικό κύμα προσκρούει σε μια διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, ο ήχος ανακλάται εν μέρει και διεισδύει εν μέρει στο δεύτερο μέσο. Οι εντάσεις των κυμάτων που ανακλώνται και μεταδίδονται μέσω του ορίου καθορίζονται από τους αντίστοιχους συντελεστές.

Για την κανονική εμφάνιση ενός ηχητικού κύματος στη διεπαφή, ισχύουν οι ακόλουθοι τύποι:

Από τον τύπο (3.9) είναι σαφές ότι όσο περισσότερο διαφέρουν οι κυματικές αντιστάσεις των μέσων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία της ενέργειας που ανακλάται στη διεπαφή. Ειδικότερα, εάν η αξία Χείναι κοντά στο μηδέν, τότε ο συντελεστής ανάκλασης είναι κοντά στη μονάδα. Για παράδειγμα, για τη διεπαφή αέρα-νερού Χ= 3x10 -4, και r = 99,88%. Δηλαδή, ο προβληματισμός έχει σχεδόν ολοκληρωθεί.

Ο Πίνακας 3.3 δείχνει τις ταχύτητες και τις αντιστάσεις κύματος ορισμένων μέσων στους 20 °C.

Σημειώστε ότι οι τιμές των συντελεστών ανάκλασης και διάθλασης δεν εξαρτώνται από τη σειρά με την οποία ο ήχος διέρχεται από αυτά τα μέσα. Για παράδειγμα, για τη μετάβαση του ήχου από τον αέρα στο νερό, οι συντελεστές είναι ίδιοι όπως και για τη μετάβαση προς την αντίθετη κατεύθυνση.

3.5. Σωστή μέθοδοι έρευνας

Ο ήχος μπορεί να είναι πηγή πληροφοριών για την κατάσταση των ανθρώπινων οργάνων.

1. Στηθοσκόπησις- άμεση ακρόαση των ήχων που εμφανίζονται μέσα στο σώμα. Από τη φύση τέτοιων ήχων, είναι δυνατό να προσδιοριστεί ακριβώς ποιες διεργασίες συμβαίνουν σε μια δεδομένη περιοχή του σώματος και σε ορισμένες περιπτώσεις να τεθεί μια διάγνωση. Όργανα που χρησιμοποιούνται για ακρόαση: στηθοσκόπιο, φωνενδοσκόπιο.

Το φωνενδοσκόπιο αποτελείται από μια κούφια κάψουλα με μια μεμβράνη μετάδοσης, η οποία εφαρμόζεται στο σώμα, από την οποία ελαστικοί σωλήνες πηγαίνουν στο αυτί του γιατρού. Ένας συντονισμός της στήλης αέρα εμφανίζεται στην κοίλη κάψουλα, προκαλώντας αυξημένο ήχο και, επομένως, βελτιωμένη ακρόαση. Ακούγονται ήχοι αναπνοής, συριγμός, καρδιακοί ήχοι και καρδιακά φύσημα.

Η κλινική χρησιμοποιεί εγκαταστάσεις στις οποίες η ακρόαση πραγματοποιείται με χρήση μικροφώνου και ηχείου. Πλατύς

Οι ήχοι εγγράφονται χρησιμοποιώντας μαγνητόφωνο σε μαγνητική ταινία, που καθιστά δυνατή την αναπαραγωγή τους.

2. Φωνοκαρδιογραφία- γραφική καταγραφή καρδιακών ήχων και φυσημάτων και διαγνωστική ερμηνεία τους. Η εγγραφή πραγματοποιείται με τη χρήση φωνοκαρδιογράφου, ο οποίος αποτελείται από μικρόφωνο, ενισχυτή, φίλτρα συχνότητας και συσκευή εγγραφής.

3. κρουστά -εξέταση εσωτερικών οργάνων χτυπώντας στην επιφάνεια του σώματος και αναλύοντας τους ήχους που προκύπτουν. Το χτύπημα πραγματοποιείται είτε με ειδικά σφυριά είτε με δάχτυλα.

Εάν προκληθούν ηχητικές δονήσεις σε μια κλειστή κοιλότητα, τότε σε μια ορισμένη συχνότητα ήχου ο αέρας στην κοιλότητα θα αρχίσει να αντηχεί, ενισχύοντας τον τόνο που αντιστοιχεί στο μέγεθος της κοιλότητας και στη θέση της. Σχηματικά, το ανθρώπινο σώμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως το άθροισμα διαφορετικών όγκων: γεμάτο με αέριο (πνεύμονες), υγρό (εσωτερικά όργανα), στερεό (οστά). Όταν χτυπάμε την επιφάνεια ενός σώματος, συμβαίνουν δονήσεις σε διαφορετικές συχνότητες. Κάποιοι από αυτούς θα βγουν έξω. Άλλα θα συμπίπτουν με τις φυσικές συχνότητες των κενών, επομένως, θα ενισχύονται και, λόγω συντονισμού, θα ακούγονται. Η κατάσταση και η τοπογραφία του οργάνου καθορίζονται από τον τόνο των ήχων κρουστών.

3.6. Παράγοντες που καθορίζουν την πρόληψη του θορύβου.

Προστασία από το θόρυβο

Για την πρόληψη του θορύβου, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τους κύριους παράγοντες που καθορίζουν την επίδρασή του στο ανθρώπινο σώμα: η εγγύτητα της πηγής θορύβου, η ένταση του θορύβου, η διάρκεια της έκθεσης, ο περιορισμένος χώρος στον οποίο λειτουργεί ο θόρυβος.

Η μακροχρόνια έκθεση στον θόρυβο προκαλεί ένα πολύπλοκο συμπτωματικό σύνολο λειτουργικών και οργανικών αλλαγών στο σώμα (και όχι μόνο στο όργανο ακοής).

Η επίδραση του παρατεταμένου θορύβου στο κεντρικό νευρικό σύστημα εκδηλώνεται με επιβράδυνση όλων των νευρικών αντιδράσεων, μείωση του χρόνου ενεργητικής προσοχής και μείωση της απόδοσης.

Μετά από παρατεταμένη έκθεση σε θόρυβο, ο ρυθμός της αναπνοής και ο καρδιακός ρυθμός αλλάζουν και εμφανίζεται αύξηση του τόνου του αγγειακού συστήματος, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του συστολικού και του διαστολικού

φυσιολογικό επίπεδο αρτηριακής πίεσης. Η κινητική και εκκριτική δραστηριότητα του γαστρεντερικού σωλήνα αλλάζει και παρατηρείται υπερέκκριση μεμονωμένων ενδοκρινών αδένων. Υπάρχει αύξηση της εφίδρωσης. Υπάρχει καταστολή των νοητικών λειτουργιών, ιδιαίτερα της μνήμης.

Ο θόρυβος έχει συγκεκριμένη επίδραση στις λειτουργίες του οργάνου ακοής. Το αυτί, όπως όλα τα όργανα των αισθήσεων, μπορεί να προσαρμοστεί στο θόρυβο. Ταυτόχρονα, υπό την επίδραση του θορύβου, το κατώφλι ακοής αυξάνεται κατά 10-15 dB. Μετά τη διακοπή της έκθεσης στο θόρυβο, η κανονική τιμή του ορίου ακοής αποκαθίσταται μόνο μετά από 3-5 λεπτά. Σε υψηλό επίπεδο έντασης θορύβου (80-90 dB), η κουραστική του επίδραση αυξάνεται απότομα. Μία από τις μορφές βαρηκοΐας που σχετίζεται με την παρατεταμένη έκθεση στον θόρυβο είναι η απώλεια ακοής (Πίνακας 3.2).

Η ροκ μουσική έχει ισχυρό αντίκτυπο τόσο στη σωματική όσο και στην ψυχολογική κατάσταση ενός ατόμου. Η σύγχρονη ροκ μουσική παράγει θόρυβο στην περιοχή από 10 Hz έως 80 kHz. Έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι αν ο κύριος ρυθμός που ορίζεται από τα κρουστά έχει συχνότητα 1,5 Hz και έχει ισχυρή μουσική συνοδεία σε συχνότητες 15-30 Hz, τότε το άτομο ενθουσιάζεται πολύ. Με ρυθμό με συχνότητα 2 Hz και την ίδια συνοδεία, ο άνθρωπος πέφτει σε κατάσταση κοντά στη μέθη. Στις ροκ συναυλίες, η ένταση του ήχου μπορεί να ξεπεράσει τα 120 dB, αν και το ανθρώπινο αυτί ρυθμίζεται πιο ευνοϊκά σε μια μέση ένταση 55 dB. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να προκληθούν διάσειση ήχου, «εγκαύματα» ήχου, απώλεια ακοής και μνήμης.

Ο θόρυβος έχει επίσης επιβλαβή επίδραση στο όργανο της όρασης. Έτσι, η παρατεταμένη έκθεση σε βιομηχανικό θόρυβο ενός ατόμου σε ένα σκοτεινό δωμάτιο οδηγεί σε αισθητή μείωση της δραστηριότητας του αμφιβληστροειδούς, από την οποία εξαρτάται η λειτουργία του οπτικού νεύρου και επομένως η οπτική οξύτητα.

Η προστασία από τον θόρυβο είναι αρκετά περίπλοκη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι λόγω του σχετικά μεγάλου μήκους κύματος, ο ήχος κάμπτεται γύρω από τα εμπόδια (διάθλαση) και δεν σχηματίζεται ηχητική σκιά (Εικ. 3.5).

Επιπλέον, πολλά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή και την τεχνολογία δεν έχουν αρκετά υψηλό συντελεστή ηχοαπορρόφησης.

Ρύζι. 3.5.Περίθλαση ηχητικών κυμάτων

Αυτά τα χαρακτηριστικά απαιτούν ειδικά μέσα καταπολέμησης του θορύβου, τα οποία περιλαμβάνουν την καταστολή του θορύβου που προέρχεται από την ίδια την πηγή, τη χρήση σιγαστήρα, τη χρήση ελαστικών αναρτήσεων, ηχομονωτικών υλικών, την εξάλειψη των ρωγμών κ.λπ.

Για την καταπολέμηση του θορύβου που διεισδύει στους χώρους διαβίωσης, μεγάλης σημασίαςνα έχουν σωστό σχεδιασμό της θέσης των κτιρίων, λαμβάνοντας υπόψη τα τριαντάφυλλα του ανέμου, δημιουργώντας προστατευτικές ζώνες, συμπεριλαμβανομένης της βλάστησης. Τα φυτά είναι ένα καλό αποσβεστήρα θορύβου. Τα δέντρα και οι θάμνοι μπορούν να μειώσουν το επίπεδο έντασης κατά 5-20 dB. Οι πράσινες λωρίδες μεταξύ του πεζοδρομίου και του πεζοδρομίου είναι αποτελεσματικές. Οι φλαμουριές και οι ερυθρελάτες μειώνουν καλύτερα τον θόρυβο. Τα σπίτια που βρίσκονται πίσω από έναν ψηλό φράχτη από πεύκα μπορεί να είναι σχεδόν εντελώς απαλλαγμένα από το θόρυβο του δρόμου.

Η καταπολέμηση του θορύβου δεν συνεπάγεται τη δημιουργία απόλυτης σιωπής, καθώς σε περίπτωση μακροχρόνιας απουσίας ακουστικών αισθήσεων ένα άτομο μπορεί να παρουσιάσει ψυχικές διαταραχές. Η απόλυτη σιωπή και ο παρατεταμένος αυξημένος θόρυβος είναι εξίσου αφύσικα για τους ανθρώπους.

3.7. Βασικές έννοιες και τύποι. Πίνακες

Συνέχεια πίνακα

Τέλος του τραπεζιού

Πίνακας 3.1.Χαρακτηριστικά των ήχων που συναντώνται

Πίνακας 3.2.Διεθνής ταξινόμηση της απώλειας ακοής

Πίνακας 3.3.Ταχύτητα ήχου και ειδική ακουστική αντίσταση για ορισμένες ουσίες και ανθρώπινους ιστούς στους t = 25 °C

3.8. Καθήκοντα

1. Ένας ήχος με επίπεδο έντασης L 1 = 50 dB στο δρόμο ακούγεται στο δωμάτιο ως ήχος με επίπεδο έντασης L 2 = 30 dB. Βρείτε την αναλογία των εντάσεων του ήχου στο δρόμο και στο δωμάτιο.

2. Το επίπεδο έντασης ενός ήχου με συχνότητα 5000 Hz ισούται με E = 50 von. Βρείτε την ένταση αυτού του ήχου χρησιμοποιώντας καμπύλες ίσης έντασης.

Λύση

Από το σχήμα 3.2 βρίσκουμε ότι σε συχνότητα 5000 Hz, ο όγκος E = 50 φόντο αντιστοιχεί σε επίπεδο έντασης L = 47 dB = 4.7 B. Από τον τύπο 3.4 βρίσκουμε: I = 10 4.7 I 0 = 510 -8 W/ m 2.

Απάντηση: I = 5?10 -8 W/m2.

3. Ο ανεμιστήρας δημιουργεί ήχο με επίπεδο έντασης L = 60 dB. Βρείτε το επίπεδο έντασης ήχου όταν λειτουργούν δύο διπλανοί ανεμιστήρες.

Λύση

L 2 = log (2x10 L) = log2 + L = 0,3 + 6B = 63 dB (βλ. 3.6). Απάντηση: L 2 = 63 dB.

4. Η στάθμη θορύβου ενός αεριωθούμενου αεροσκάφους σε απόσταση 30 m από αυτό είναι 140 dB. Ποιο είναι το επίπεδο όγκου σε απόσταση 300 m; Παραμελήστε την αντανάκλαση από το έδαφος.

Λύση

Η ένταση μειώνεται αναλογικά με το τετράγωνο της απόστασης - μειώνεται κατά 10 2 φορές. L 1 - L 2 = 10xlg(I 1 /I 2) = 10x2 = 20 dB. Απάντηση: L 2 = 120 dB.

5. Ο λόγος των εντάσεων των δύο ηχητικών πηγών είναι ίσος με: I 2 /I 1 = 2. Ποια είναι η διαφορά στα επίπεδα έντασης αυτών των ήχων;

Λύση

ΔL = 10xlg(I 2 /I 0) - 10xlg(I 1 /I 0) = 10xlg(I 2 /I 1) = 10xlg2 = 3 dB. Απάντηση: 3 dB.

6. Ποιο είναι το επίπεδο έντασης ενός ήχου με συχνότητα 100 Hz που έχει την ίδια ένταση με έναν ήχο με συχνότητα 3 kHz και ένταση

Λύση

Χρησιμοποιώντας ίσες καμπύλες ηχηρότητας (Εικ. 3.3), βρίσκουμε ότι 25 dB σε συχνότητα 3 kHz αντιστοιχεί σε ένταση 30 von. Σε συχνότητα 100 Hz, αυτή η ένταση αντιστοιχεί σε επίπεδο έντασης 65 dB.

Απάντηση: 65 dB.

7. Το πλάτος του ηχητικού κύματος τριπλασιάστηκε. α) πόσες φορές αυξήθηκε η έντασή του; β) κατά πόσα ντεσιμπέλ αυξήθηκε η ένταση;

Λύση

Η ένταση είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους (βλ. 3.6):

8. Στην αίθουσα εργαστηρίου που βρίσκεται στο εργαστήριο, το επίπεδο έντασης θορύβου έφτασε τα 80 dB. Προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος, αποφασίστηκε η επένδυση των τοίχων του εργαστηρίου με ηχοαπορροφητικό υλικό, μειώνοντας την ένταση του ήχου κατά 1500 φορές. Τι επίπεδο έντασης θορύβου θα υπάρχει στο εργαστήριο μετά από αυτό;

Λύση

Επίπεδο έντασης ήχου σε ντεσιμπέλ: L = 10 Χ log (I/I 0). Όταν αλλάζει η ένταση του ήχου, η αλλαγή στο επίπεδο έντασης του ήχου θα είναι ίση με:

9. Οι σύνθετες αντιστάσεις των δύο μέσων διαφέρουν κατά 2: R 2 = 2R 1 . Ποιο μέρος της ενέργειας ανακλάται από τη διεπαφή και ποιο μέρος της ενέργειας περνά στο δεύτερο μέσο;

Λύση

Χρησιμοποιώντας τους τύπους (3.8 και 3.9) βρίσκουμε:

Απάντηση: 1/9μέρος της ενέργειας ανακλάται και τα 8/9 περνούν στο δεύτερο μέσο.

Στην καθημερινή ζωή, περιγράφουμε τον ήχο με βάση, μεταξύ άλλων, την ένταση και το ύψος του. Αλλά από τη σκοπιά της φυσικής, ένα ηχητικό κύμα είναι μια περιοδική δόνηση των μορίων του μέσου, που διαδίδεται στο διάστημα. Όπως κάθε κύμα, ο ήχος χαρακτηρίζεται από το πλάτος, τη συχνότητα, το μήκος κύματος κ.λπ. Το πλάτος δείχνει πόσο έντονα ένα δονούμενο μέσο αποκλίνει από την «ήσυχη» του κατάσταση. Είναι αυτή που είναι υπεύθυνη για την ένταση του ήχου. Η συχνότητα μας λέει πόσες φορές ανά δευτερόλεπτο συμβαίνει η δόνηση και όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ήχου που ακούμε.

Οι τυπικές τιμές της έντασης και της συχνότητας του ήχου, που βρίσκονται, για παράδειγμα, στα τεχνικά πρότυπα και τα χαρακτηριστικά των συσκευών ήχου, προσαρμόζονται στο ανθρώπινο αυτί· είναι στο εύρος της έντασης και της συχνότητας που είναι άνετο για τον άνθρωπο. Έτσι, ένας ήχος με ένταση πάνω από 130 dB (ντεσιμπέλ) προκαλεί πόνο και ένα άτομο δεν θα ακούσει καθόλου ηχητικό κύμα με συχνότητα 30 kHz. Ωστόσο, εκτός από αυτούς τους «ανθρώπινους» περιορισμούς, υπάρχουν επίσης αμιγώς φυσικά όρια στην ένταση και τη συχνότητα του ηχητικού κύματος.

Εργο

Υπολογίστε τη μέγιστη ένταση και τη μέγιστη συχνότητα ενός ηχητικού κύματος που μπορεί να διαδοθεί στον αέρα και το νερό υπό κανονικές συνθήκες. Περιγράψτε με γενικούς όρους τι θα συμβεί εάν προσπαθήσετε να εκπέμψετε ήχο πάνω από αυτά τα όρια.

Ενδειξη

Θυμηθείτε ότι η ένταση, μετρημένη σε ντεσιμπέλ, είναι μια λογαριθμική κλίμακα που δείχνει πόσες φορές η πίεση σε ένα ηχητικό κύμα (P) είναι ισχυρότερη από κάποια σταθερή πίεση κατωφλίου P 0 . Ο τύπος για τη μετατροπή της πίεσης σε όγκο έχει ως εξής: όγκος σε ντεσιμπέλ = 20 lg(P/P 0), όπου lg είναι ο δεκαδικός λογάριθμος. Συνηθίζεται να λαμβάνεται P0 = 20 μPa ως κατώφλι πίεσης στην ακουστική (στο νερό, μια διαφορετική τιμή κατωφλίου είναι αποδεκτή: P0 = 1 μPa). Για παράδειγμα, ένας ήχος με πίεση P = 0,2 Pa υπερβαίνει το P 0 δέκα χιλιάδες φορές, που αντιστοιχεί σε ένταση 20 lg(10000) = 80 dB. Έτσι, το όριο έντασης προκύπτει από τη μέγιστη δυνατή πίεση που μπορεί να δημιουργήσει ένα ηχητικό κύμα.

Για να λύσετε το πρόβλημα, πρέπει να προσπαθήσετε να φανταστείτε ένα ηχητικό κύμα με πολύ υψηλή πίεση ή πολύ υψηλή συχνότητα και να προσπαθήσετε να καταλάβετε ποιοι φυσικοί περιορισμοί προκύπτουν.

Λύση

Ας βρούμε πρώτα όριο όγκου. Σε ήρεμο αέρα (χωρίς ήχο), τα μόρια πετούν χαοτικά, αλλά κατά μέσο όρο η πυκνότητα του αέρα παραμένει σταθερή. Όταν ο ήχος διαδίδεται, εκτός από την ταχεία χαοτική κίνηση, τα μόρια βιώνουν επίσης μια ομαλή μετατόπιση εμπρός-πίσω με μια ορισμένη περίοδο. Εξαιτίας αυτού, προκύπτουν εναλλασσόμενες περιοχές συμπύκνωσης και αραίωσης του αέρα, δηλαδή περιοχές υψηλής και χαμηλής πίεσης. Αυτή η απόκλιση της πίεσης από τον κανόνα είναι η ακουστική πίεση (πίεση σε ηχητικό κύμα).

Στην περιοχή του κενού, η πίεση πέφτει σε P atm - P. Είναι σαφές ότι στο αέριο πρέπει να παραμείνει θετική: μηδενική πίεση σημαίνει ότι σε αυτή την περιοχή αυτή τη στιγμήΔεν υπάρχουν καθόλου σωματίδια χρόνου και δεν μπορεί πλέον να υπάρχουν λιγότερα από αυτό. Επομένως, η μέγιστη ακουστική πίεση P που μπορεί να δημιουργήσει ένα ηχητικό κύμα ενώ παραμένει ήχος είναι ακριβώς ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. P = P atm = 100 kPa. Αντιστοιχεί σε ένα θεωρητικό όριο όγκου ίσο με 20 lg (5 10 9), το οποίο δίνει περίπου 195 dB.

Η κατάσταση αλλάζει ελαφρώς αν μιλάμε για τη διάδοση του ήχου όχι σε αέριο, αλλά σε υγρό. Εκεί η πίεση μπορεί να γίνει αρνητική - αυτό σημαίνει απλώς ότι προσπαθούν να τεντώσουν και να σκίσουν το συνεχές μέσο, ​​αλλά λόγω διαμοριακών δυνάμεων μπορεί να αντέξει τέτοιο τέντωμα. Ωστόσο, όσον αφορά την τάξη μεγέθους, αυτή η αρνητική πίεση είναι μικρή, της τάξης της μιας ατμόσφαιρας. Λαμβάνοντας υπόψη μια διαφορετική τιμή για το P 0, αυτό δίνει ένα θεωρητικό όριο για την ένταση στο νερό περίπου 225 dB.

Τώρα παίρνουμε όριο συχνότητας ήχου. (Στην πραγματικότητα, αυτό είναι μόνο ένα από τα πιθανά όρια συχνότητας· θα αναφέρουμε άλλα στη συνέχεια.)

Μία από τις βασικές ιδιότητες του ήχου (σε αντίθεση με πολλά άλλα, πιο πολύπλοκα κύματα) είναι ότι η ταχύτητά του είναι πρακτικά ανεξάρτητη από τη συχνότητα. Αλλά η ταχύτητα του κύματος συσχετίζει τη συχνότητα ν (δηλαδή τον χρόνο στοου περιοδικότητα) με μήκος κύματος λ (χωρική περιοδικότητα): c = ν·λ. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του ήχου.

Η συχνότητα του κύματος περιορίζεται από τη διακριτικότητα της ουσίας. Το μήκος ενός ηχητικού κύματος δεν μπορεί να είναι μικρότερο από την τυπική απόσταση μεταξύ των μορίων: εξάλλου, ένα ηχητικό κύμα είναι μια συμπύκνωση-εκκένωση σωματιδίων και δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς αυτά. Επιπλέον, το μήκος κύματος πρέπει να είναι τουλάχιστον δύο ή τρεις από αυτές τις αποστάσεις: σε τελική ανάλυση, πρέπει να περιλαμβάνει και τις δύο περιοχές συμπύκνωσης και μια περιοχή αραίωσης. Για τον αέρα υπό κανονικές συνθήκες, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων είναι περίπου 100 nm, η ταχύτητα του ήχου είναι 300 m/s, επομένως η μέγιστη συχνότητα είναι περίπου 2 GHz. Στο νερό, η κλίμακα διακριτικότητας είναι μικρότερη, περίπου 0,3 nm και η ταχύτητα του ήχου είναι 1500 m/s. Αυτό δίνει ένα όριο συχνότητας περίπου χίλιες φορές υψηλότερο, της τάξης του αρκετά terahertz.

Ας συζητήσουμε τώρα τι συμβαίνει αν προσπαθήσουμε να εκπέμψουμε ήχο που υπερβαίνει τα όρια που βρέθηκαν. Μια συμπαγής πλάκα βυθισμένη σε ένα μέσο, ​​το οποίο ένας κινητήρας κινεί εμπρός και πίσω, είναι κατάλληλος ως εκπομπός ηχητικών κυμάτων. Είναι τεχνικά δυνατό να δημιουργηθεί ένας πομπός με τόσο μεγάλο πλάτος που στο μέγιστο να δημιουργεί πίεση πολύ μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση - για αυτό αρκεί να μετακινήσετε την πλάκα γρήγορα και με μεγάλο πλάτος. Ωστόσο, τότε στη φάση κενού (όταν η πλάκα κινείται προς τα πίσω) θα υπάρχει απλώς ένα κενό. Έτσι, αντί για πολύ δυνατό ήχο, μια τέτοια πλάκα θα «κοπεί ΕΝΑ«αναπνεύστε αέρα» σε λεπτές και πυκνές στρώσεις και ρίξτε τις μπροστά. Δεν θα μπορούν να διαδοθούν μέσω του μέσου - όταν συγκρουστούν με ακίνητο αέρα, θα τον θερμάνουν απότομα, θα δημιουργήσουν κρουστικά κύματα και θα καταρρεύσουν οι ίδιοι.

Μπορεί κανείς να φανταστεί μια άλλη κατάσταση, όταν ένας ακουστικός πομπός ταλαντώνεται με συχνότητα που υπερβαίνει το όριο συχνότητας ήχου που βρέθηκε. Ένας τέτοιος εκπομπός θα ωθήσει τα μόρια του μέσου, αλλά τόσο συχνά που δεν θα τους δώσει την ευκαιρία να σχηματίσουν μια σύγχρονη δόνηση. Ως αποτέλεσμα, η πλάκα θα μεταφέρει απλώς τυχαία ενέργεια στα μόρια που πλησιάζουν, δηλαδή απλά θα θερμάνει το μέσο.

Επίλογος

Η θεώρησή μας ήταν, φυσικά, πολύ απλή και δεν έλαβε υπόψη τις πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ύλη που περιορίζουν επίσης τη διάδοση του ήχου. Για παράδειγμα, το ιξώδες προκαλεί την εξασθένιση ενός ηχητικού κύματος και ο ρυθμός αυτής της εξασθένησης αυξάνεται γρήγορα με τη συχνότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο γρήγορα το αέριο κινείται μπρος-πίσω, πράγμα που σημαίνει ότι τόσο πιο γρήγορα η ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω του ιξώδους. Επομένως, σε ένα πολύ παχύρρευστο μέσο, ​​ο υπέρηχος υψηλής συχνότητας απλά δεν θα έχει χρόνο να πετάξει οποιαδήποτε μακροσκοπική απόσταση.

Ένα άλλο εφέ παίζει επίσης ρόλο στην εξασθένηση του ήχου. Από τη θερμοδυναμική προκύπτει ότι με ταχεία συμπίεση το αέριο θερμαίνεται, και με ταχεία εξάπλωση- δροσίζει. Αυτό συμβαίνει και σε ηχητικό κύμα. Αλλά αν το αέριο έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, τότε με κάθε ταλάντωση, η θερμότητα θα ρέει από την θερμή ζώνη στην ψυχρή ζώνη, αποδυναμώνοντας έτσι τη θερμική αντίθεση, και τελικά το πλάτος του ηχητικού κύματος.

Αξίζει επίσης να τονιστεί ότι όλοι οι περιορισμοί που διαπιστώθηκαν ισχύουν για υγρά και αέρια υπό κανονικές συνθήκες. θα αλλάξουν εάν αλλάξουν σημαντικά οι συνθήκες. Για παράδειγμα, ο μέγιστος θεωρητικός όγκος εξαρτάται προφανώς από την πίεση. Επομένως, στην ατμόσφαιρα γιγάντιων πλανητών, όπου η πίεση είναι σημαντικά υψηλότερη από την ατμοσφαιρική, είναι δυνατός ένας ακόμη πιο δυνατός ήχος. Αντίθετα, σε μια πολύ σπάνια ατμόσφαιρα, όλοι οι ήχοι είναι αναπόφευκτα ήσυχοι.

Τέλος, ας αναφέρουμε μια ακόμη ενδιαφέρουσα ιδιότητα του υπερήχου πολύ υψηλής συχνότητας όταν διαδίδεται στο νερό. Αποδεικνύεται ότι όταν η συχνότητα του ήχου υπερβαίνει σημαντικά τα 10 GHz, η ταχύτητά του στο νερό διπλασιάζεται περίπου και είναι περίπου συγκρίσιμη με την ταχύτητα του ήχου στον πάγο. Αυτό σημαίνει ότι ορισμένες γρήγορες διαδικασίες αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων του νερού αρχίζουν να παίζουν σημαντικό ρόλο όταν ταλαντώνονται με περίοδο μικρότερη από 100 picoseconds. Μιλώντας σχετικά, το νερό αποκτά κάποια πρόσθετη ελαστικότητα σε τέτοια χρονικά διαστήματα, γεγονός που επιταχύνει τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων. Οι μικροσκοπικοί λόγοι για αυτόν τον λεγόμενο «γρήγορο ήχο», ωστόσο, έγιναν κατανοητοί