Отношение интенсивностей двух источников звука равно 4

Интенсивность звука – это… Определение понятия, классификация, допустимые нормы

Отношение интенсивностей двух источников звука равно 4

Интенсивность звука — это количество энергии, которое переносит звуковая волна за 1 секунду через единицу площади среды. Интенсивность зависит от частоты волны, от акустического давления.

Как видите, с интенсивностью связано много других понятий: звуковая волна, ее частота, акустическое давление, поток звуковой энергии.

Чтобы понять, что такое интенсивность, мы подробно разберем каждый связанный с ней термин.

Как появляется звук

Звук может возникнуть от колеблющегося тела. Оно должно вибрировать достаточно быстро, чтобы создать возмущение в среде и породить акустическую волну.

Однако для ее возникновения необходимо еще одно условие: среда должна быть упругой. Упругость — это способность противостоять сжатию или любому другому виду деформации (если говорить о твердых телах).

Да, упругостью обладают и твердые тела, и жидкости, и газы, и воздух (как смесь разных газов), но в разной степени.

Ну что, девчонки и мальчишки, сочиним загадки про шишки?

Величина упругости определяется плотностью. Известно, что твердые среды (дерево, металлы, земная кора) проводят звук намного лучше, нежели жидкие. А если сравнивать воду и воздух, то во второй среде звуковая волна расходится хуже всего.

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Упругость воздуха и более плотных сред обусловлены разными причинами. В жидкостях и твердых телах есть силы межмолекулярного взаимодействия. Они удерживают частицы вместе в виде кристаллической решетки, и звуковой волне очень легко распространяться по ее узлам.

Молекулы воздуха не связаны между собой, их разделяют большие расстояния. Частицы не рассеиваются благодаря непрерывному и беспорядочному движению, а также силе тяжести. Давно замечено: чем более разрежен воздух (например, в верхних слоях атмосферы), тем меньше интенсивность, громкость звука. На Луне полная тишина, но не потому, что там нечему звучать, а из-за отсутствия воздуха.

Как звуковая волна бежит по воздуху

Наибольший интерес для нас представляет распространение звуковой (акустической) волны в воздухе. Когда тело отклоняется от начального положения, оно сжимает близлежащий воздух с одной стороны от себя.

С противоположной — среда разреживается. Возвратившись в исходное положение, источник звука отклоняется в другую сторону и сжимает воздух там. Так продолжается до тех пор, пока тело не прекратит движение.

Как же ведут себя частицы? К их хаотичному движению добавляется колебательное. В отличие от постоянного теплового движения молекул, колебательное имеет одно направление. В слое воздуха, который перпендикулярен направлению отклонения тела, частицы начинают подталкивать друг друга.

Они движутся с источником звука в одном направлении. Таким образом, чередующиеся сжатия-разрежения воздуха передаются от одного слоя воздуха к другому. Это и есть акустическая волна. Интенсивность звука — это величина, зависящая от основных характеристик волны — частоты и длины.

Частота звука

Проштудировать — это хорошенько изучить

Частота волны зависит от того, как быстро вибрирует источник звука. Все тела колеблются с разными частотами, но не каждая частота доступна нашему восприятию. Те волны, которые мы слышим, называются звуком. Частота акустической волны измеряется в герцах (1 Гц равен 1 колебанию в секунду).

Слои сжатого и разреженного воздуха чередуются. Длина волны равна расстоянию между соседними слоями, в которых одинаковое давление. Звук не распространяется бесконечно далеко, потому что с увеличением дистанции волна ослабевает.

То, как далеко он разойдется, зависит от длины и частоты акустической волны. Эти величины прямо пропорциональны: высокочастотные волны короче, чем низкочастотные.

О звуках высокой частоты мы говорим как о высоких, волны низкой частоты порождают низкие звуки.

Уровень интенсивности звука имеет прямую зависимость от частоты акустических колебаний и длины волны. Так, комариный писк звучит с частотой 10 тыс. Гц и имеет длину волны всего 3,3 см. Мычание коровы — это интенсивный звук, который слышно минимум с 10 метров. Его частота — 30 Гц.

Акустическое давление

В каждом слое воздуха, которого достигла звуковая волна, давление изменяется то в большую, то в меньшую сторону. Величина, на которую оно, по сравнению с атмосферным, увеличивается, называется акустическим (звуковым) давлением.

Наше ухо поразительно чувствительно. Трудно поверить, но оно различает изменение давления в 0,01 миллионной доли грамма на единицу площади. Шорох создает очень малое давление, оно равно 3*10-5 Н/м2. Эта величина в 3*1010 раз меньше атмосферного давления.

Оказывается, человеческий слух точнее химических весов. Физиологи изучили упругость барабанной перепонки и давление, которое оказывает самый тихий звук.

Сопоставив данные, они пришли к выводу, что барабанная перепонка выгибается на расстояние, которое меньше, чем размеры атома.

Интенсивность звука и звуковое давление имеют прямую зависимость. Когда тело колеблется с низкой частотой, оно значительно повышает давление — звук выходит сильным. Интенсивность (сила) звука пропорциональна квадрату акустического давления.

Поток звуковой энергии

Порядок и правила приема в школу

Звуки различной частоты и интенсивности определяются потоком звуковой энергии. Звуковая волна распространяется во все стороны в виде шара. Чем дальше расходится волна, тем она становится слабее. Энергия, которую она несет, распределяется на увеличивающуюся площадь — звук затихает. Квадрат звуковой энергии обратно пропорционален квадрату расстояния до вибрирующего тела.

Поток звуковой энергии — это количество кинетической энергии, которое проносит волна через площадь поверхности за секунду. Имеется в виду поверхность среды, например, слой воздуха, расположенный под прямым углом к направлению упругой волны. Поток энергии измеряется в ваттах (Вт).

Сила звука

Сила (интенсивность) звука — это величина, для нахождения которой нужно знать, каков поток энергии. Его значение следует разделить на площадь поверхности, перпендикулярной распространению волны (в м2).

Интенсивность звука обозначается буквой I. Минимальное значение (I0) составляет 10-12 Вт/м2. Чем выше интенсивность, тем более громким кажется звук. Зависимость силы звука и громкости установили опытным путем. Было замечено, что когда интенсивность поднимается в 10 раз, громкость увеличивается на 10 децибел (дб), когда в 100 раз — на 20 дб.

Слышимые и неслышимые звуки

Физиология позволяет человеку слышать звуки только в определенных пределах. Если тело колеблется с частотой больше 16-20 килогерц (кГц) и меньше 16-20 Гц, наше ухо не сможет этого воспринять.

Частота и интенсивность звука связаны между собой. Звуковые волны высокой частоты передают очень незначительное количество энергии. Ее не хватает на то, чтобы изменить акустическое давление настолько, чтобы наша барабанная перепонка завибрировала. О таких звуках говорят: они находятся за порогом слышимости.

Волна с частотой меньше 16 тыс. Гц называется ультразвуком. Самые известные существа, которые «разговаривают» ультразвуком, — это дельфины и летучие мыши. Инфразвук, хотя мы его и не слышим, при определенной интенсивности (190-200 дб) может привести к смерти, т. к. слишком сильно повышает давление в легочных альвеолах.

Интересно, что на различных частотах зависимость громкости и интенсивности звука разная. На средних частотах (около 1000 Гц) человек чувствует изменения интенсивности всего на 0,6 дб. Граничные уровни частоты — совсем другое дело. На них мы едва различаем изменение интенсивности звука на 3 единицы.

Классификация звуков

Интенсивность звука измеряют в Вт/м2, однако для сравнения звуков между собой и с минимальным уровнем интенсивности используют децибелы.

Звуки делятся на:

  • очень слабые (0-20 дб);
  • слабые (21-40 дб);
  • умеренные (41-60 дб);
  • громкие (61-80 дб);
  • очень громкие (81-100 дб);
  • оглушительные (больше 100 дб).

На рисунке приведены примеры самых распространенных звуков разной интенсивности.

Допустимые нормы

Постоянный шум или тот, что сохраняется на протяжении длительного времени, называется фоновым. Для квартиры 20-30 дб — это нормальный уровень фонового шума. Он воспринимается человеком как тишина.

Звуки в 40 дб тоже допустимы, а вот громкость в 60 дб приемлема для офисов, учреждений. Длительное воздействие звуков громкостью 70 дб приводит к нарушениям центральной нервной системы.

Именно с такой громкостью “звучит” улица, а на оживленных проспектах шум достигает 85-90 дб. Звуки в 100 дб снижают слух и могут привести к его полной потере.

Интенсивность звука — это величина, допустимые значения которой прописаны в санитарных правилах и нормах (СанПиН). Период времени, в который допускается включать шумные бытовые приборы, громко разговаривать, делать ремонт и т. п. определяется Законом «Об обеспечении тишины и покоя».

Его принимают отдельно для каждой области. Время в каждом регионе может отличаться: где-то дневные часы начинаются в 7:00 утра, а где-то — в 9:00. К примеру, в Московской области, ночным тихим временем считается промежуток с 21:00 по 8:00 в будние дни и с 22:00 до 10:00 в выходные.

Кроме того, существует тихий час с 13:00 до 15:00.

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/56191-intensivnost-zvuka-jeto-opredelenie-ponjatija-klassifikacija-dopustimye-normy/

SA Звуковые волны

Отношение интенсивностей двух источников звука равно 4

Звуки приносят человеку жизненно важную информацию — с их помощью мы общаемся, слушаем музыку, узнаем по голосу знакомых людей. Мир окружающих нас звуков разнообразен и сложен, однако мы достаточно легко ориентируемся в нем и можем безошибочно отличить пение птиц от шума городской улицы.

  • Звуковая волна — упругая продольная волна, вызывающая у человека слуховые ощущения.Колебания источника звука (например, струн или ых связок) вызывают появление продольной волны. Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний источника. Свыше 20 тыс. нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы. При передаче импульсов по нервным волокнам в головной мозг у человека возникают определенные слуховые ощущения.

Таким образом, в процессе распространения звуковой волны меняются такие характеристики среды, как давление и плотность.

Звуковые волны, воспринимаемые органами слуха, вызывают звуковые ощущения.

Звуковые волны классифицируются по частоте следующим образом:

  • инфразвук (ν < 16 Гц);
  • слышимый человеком звук (16 Гц < ν < 20000 Гц);
  • ультразвук (ν > 20000 Гц);
  • гиперзвук (109 Гц < ν < 1012-1013 Гц).

Человек не слышит инфразвук, но каким-то образом эти звуки воспринимает. Так как например, опыты показали, что инфразвук вызывает неприятные тревожные ощущения.

Многие животные могут воспринимать ульразвуковые частоты. Например, собаки могут слышать звуки до 50000 Гц, а летучие мыши — до 100000 Гц. Инфразвук, распространяясь в воде на сотни километров, помогает китам и многим другим морским животным ориентироваться в толще воды.

Физические характеристики звука

Одной из важнейших характеристик звуковых волн является спектр.

  • Спектром называется набор различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным.

Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых заполняют весь заданный спектральный диапазон.

Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определенными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал.

По типу спектра звуки разделяются на шумы и музыкальные тона.

  • Шум — совокупность множества разнообразных кратковременных звуков (хруст, шелест, шорох, стук и т.п.) — представляет собой наложение большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами (имеет сплошной спектр).С развитием промышленности появилась новая проблема — борьба с шумом. Возникло даже новое понятие «шумовое загрязнение» среды обитания. Шум, особенно большой интенсивности, не просто надоедает и утомляет — он может и серьезно подорвать здоровье.
  • Музыкальный тон создается периодическими колебаниями звучащего тела (камертон, струна) и представляет собой гармоническое колебание одной частоты.

С помощью музыкальных тонов создается музыкальная азбука — ноты (до, ре, ми, фа, соль, ля, си), которые позволяют воспроизводить одну и ту же мелодию на различных музыкальных инструментах.

  • Музыкальный звук (созвучие) — результат наложения нескольких одновременно звучащих музыкальных тонов, из которых можно выделить основной тон, соответствующий наименьшей частоте. Основной тон называется также первой гармоникой. Все остальные тоны называются обертонами. Обертоны называются гармоническими, если частоты обертонов кратны частоте основного тона. Таким образом, музыкальный звук имеет дискретный спектр.

Любой звук, помимо частоты, характеризуется интенсивностью. Так реактивный самолет может создать звук интенсивностью порядка 103 Вт/м2, мощные усилители на концерте в закрытом помещении — до 1 Вт/м2, поезд метро — около 10–2 Вт/м2.

Чтобы вызвать звуковые ощущения, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, называемой порогом слышимости. Интенсивность звуковых волн, при которой возникает ощущение давящей боли, называют порогом болевого ощущения или болевым порогом.

Интенсивность звука, улавливаемая ухом человека, лежит в широких пределах: от 10–12 Вт/м2 (порог слышимости) до 1 Вт/м2 (порог болевого ощущения). Человек может слышать и более интенсивные звуки, но при этом он будет испытывать боль.

Уровень интенсивности звука L определяют по шкале, единицей которой является бел (Б) или, что гораздо чаще, децибел (дБ) (одна десятая бела). 1 Б — самый слабый звук, который воспринимает наше ухо. Эта единица названа в честь изобретателя телефона Александра Белла. Измерение уровня интенсивности в децибелах проще и поэтому принято в физике и технике.

Уровень интенсивности L любого звука в децибелах вычисляется через интенсивность звука по формуле

\(L=10\cdot lg\left( \frac{I}{I_0}\right),\)

где I — интенсивность данного звука, I0 — интенсивность, соответствующая порогу слышимости.

В таблице 1 приведен уровень интенсивности различных звуков. Тем, кто при работе подвергается воздействию шума свыше 100 дБ, следует пользоваться наушниками.

Таблица 1

Уровень интенсивности (L) звуков

Источник звука L, дБ Источник звука L, дБ
Порог слышимости 0 Будильник 80
Шорох листьев 10 Громкая музыка 80
Мурлыкание кошки 15 Громкий крик (1,5 м) 100
Шепот 20 Отбойный молоток 110
Тихая комната 35 Гром 110
Разговор (1 м) 60 Реактивный двигатель (25 м) 140
Пылесос (1 м) 70

Физическим характеристикам звука соответствуют определенные физиологические (субъективные) характеристики, связанные с восприятием его конкретным человеком. Это обусловлено тем, что восприятие звука — процесс не только физический, но и физиологический.

Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания определенных частот и интенсивностей (это объективные, не зависящие от человека характеристики звука) по-разному, в зависимости от «характеристик приемника» (здесь влияют субъективные индивидуальные черты каждого человека).

Основными субъективными характеристиками звука можно считать громкость, высоту и тембр.

  • Громкость (степень слышимости звука) определяется, как интенсивностью звука (амплитудой колебаний в звуковой волне), так и различной чувствительностью человеческого уха на разных частотах. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1000 до 5000 Гц.При увеличении интенсивности в 10 раз уровень громкости увеличивается на 10 дБ. Вследствие этого, звук в 50 дБ оказывается в 100 раз интенсивнее звука в 30 дБ.
  • Высота звука определяется частотой звуковых колебаний, обладающих наибольшей интенсивностью в спектре.
  • Тембр (оттенок звука) зависит от того, сколько обертонов присоединяются к основному тону и какова их интенсивность и частота. По тембру мы легко отличаем звуки скрипки и рояля, флейты и гитары, голоса людей (табл. 2).

Таблица 2

Частота ν колебаний различных источников звука

Источник звука ν, Гц Источник звука ν, Гц
Мужской голос: 100 – 7000 Контрабас 60 – 8 000
бас 80 – 350 Виолончель 70 – 8 000
баритон 100 – 400 Труба 60 – 6000
тенор 130 – 500 Саксафон 80 – 8000
Женский голос: 200 – 9000 Рояль 90 – 9000
контральто 170 – 780Музыкальные тона:
меццо-сопрано 200 – 900 Нота до 261,63
сопрано 250 – 1000 Нота ре 293,66
колоратурное сопрано 260 – 1400 Нота ми 329,63
Орган 22 – 16000 Нота фа 349,23
Флейта 260 – 15000 Нота соль 392,0
Скрипка 260 – 15000 Нота ля 440,0
Арфа 30 – 15000 Нота си 493,88
Барабан 90 – 14000

Скорость звука зависит от упругих свойств, плотности и температуры среды. Чем больше упругие силы, тем быстрее передаются колебания частиц соседним частицам и тем быстрее распространяется волна.

Поэтому скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше чем в твердых телах (табл. 3).

В вакууме звуковые волны, как и любые механические волны, не распространяются, так как там нет упругих взаимодействий между частицами среды.

Таблица 3.

Скорость звука в различных средах

Среда t, °С υ, м/с
Воздух 0 331
Воздух 20 343
Вода 20 1490
Глицерин 20 1920
Ртуть 20 1450
Лед 0 3280
Сталь 20 5050
Стекло 20 5300
Чугун 20 3850

Скорость звука в идеальных газах с ростом температуры растет пропорционально \(\sqrt{T},\) где T — абсолютная температура. В воздухе скорость звука υ = 331 м/с при температуре t = 0 °C и υ = 343 м/с при температуре t = 20 °C. В жидкостях и металлах скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры (исключение — вода).

Впервые скорость распространения звука в воздухе была определена в 1640 г. французским физиком Мареном Мерсенном. Он измерял промежуток времени между моментами появления вспышки и звука при ружейном выстреле. Мерсенн определил, что скорость звука в воздухе равна 414 м/с.

Применение звука

Инфразвук в технике пока применять не научились. Зато широкое применение получил ультразвук.

  • Способ ориентации или исследования окружающих объектов, основанный на излучении ультразвуковых импульсов с последующим восприятием отраженных импульсов (эха) от различных объектов, называется эхолокацией, а соответствующие приборы — эхолокаторами.

Хорошо известны животные, обладающие способностью к эхолокации — летучие мыши и дельфины. По своему совершенству эхолокаторы этих животных не уступают, а во многом и превосходят (по надежности, точности, энергетической экономичности) современные эхолокаторы, созданные человеком.

Эхолокаторы, используемые под водой, называются гидролокаторами или сонарами (название sonar образован из начальных букв трех английских слов: sound — звук; navigation — навигация; range — дальность).

Сонары незаменимы при исследованиях морского дна (его профиля, глубины), для обнаружения и исследования различных объектов, движущихся глубоко под водой.

При их помощи могут быть легко обнаружены как отдельные большие предметы или животные, так и стаи небольших рыб или моллюсков.

Волны ультразвуковых частот широко используются в медицине в диагностических целях. УЗИ-сканеры позволяют исследовать внутренние органы человека. Ультразвуковое излучение, в отличие от рентгеновского, безвредно для человека.

Литература

  1. Жилко, В.В. Физика: учеб. пособие для 11 класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. — Минск: Нар. Асвета, 2009. — С. 57-58.
  2. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учреждений. — М.: Дрофа, 2004. — С. 338-344.
  3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2002. — С. 184-198.

Источник: http://www.physbook.ru/index.php/SA_%D0%97%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B

Что такое звук и какими характеристиками обладают звуковые волны?

Отношение интенсивностей двух источников звука равно 4

Раскаты грома, музыка, шум прибоя, человеческая речь и все остальное, что мы слышим – это звук. А что такое “звук”?

Источник изображения: pixabay.com

В действительности все, что мы привыкли считаем звуком – это всего лишь одна из разновидностей колебаний (воздуха), которые могут воспринимать наш мозг и органы слуха.

Какая природа у звука

Все звуки, распространяемые в воздухе, представляют собой вибрации звуковой волны. Она возникает посредством колебания объекта и расходится от её источника во всех направлениях.

Колеблющийся объект сжимает молекулы в окружающей среде, а затем создаёт разреженную атмосферу, заставляя молекулы отталкиваться друг от друга всё дальше и дальше.

Таким образом, изменения в давлении воздуха распространяются от объекта, сами молекулы остаются в неизменной для себя позиции.

Воздействие звуковых волн на барабанную перепонку. Источник изображения:prd.go.

th

По мере того, как звуковая волна распространяется в пространстве, она отражается от объектов, встречающихся на её пути, создавая изменения в окружающем воздухе.

Когда эти изменения, достигая вашего уха, воздействуют на барабанную перепонку, нервные окончания подают сигнал в мозг, и вы воспринимаете эти колебания как звук.

Основные характеристики звуковой волны

Самой простой формой звуковой волны является синусоида. Синусоидные волны в чистом виде редко встречаются в природе, однако именно с них следует начинать изучение физики звука, так как любые звуки можно разложить на комбинацию синусоидных волн.

Синусоида чётко демонстрирует три основных физических критерия звука – частоту, амплитуду и фазу.

Частота

Чем реже частота колебаний, тем звук ниже, Источник изображения:ReasonGuide.Ru

Частота – это величина, характеризующая количество колебаний в секунду. Она измеряется в количестве периодов колебания либо в герцах (ГЦ).

Человеческое ухо может воспринимать звук в диапазоне от 20 Гц (низкочастотные) и до 20 КГц (высокочастотные).

Звуки, находящиеся выше данного диапазона называется ультразвуком, а ниже – инфразвуком, и человеческими органами слуха не воспринимаются.

Амплитуда

Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче звук.

Понятие амплитуды (или интенсивности) звуковой волны имеет отношение к силе звука, которую человеческие органы слуха воспринимают как объём или громкость звука.

Люди могут воспринимать достаточно широкий спектр громкости звука: от капающего крана в тихой квартире, и до музыки, звучащей на концерте.

Для измерения громкости используются фонометры (показатели в децибелах), в которых используется логарифмическая шкала чтобы сделать измерения более удобными.

Фаза звуковой волны

Фазы звуковой волны. Источник изображения: Muz-Flame.ru

Используется для того, чтобы описать свойства двух звуковых волн. Если две волны имеют одинаковую амплитуду и частотность, то говорят, что две звуковые волны находятся в фазе.

Фаза измеряется в диапазоне от 0 до 360, где 0 – это значение, показывающее, что две звуковые волны синхронны (в фазе), а 180 – значение, означающее противоположность волн друг к другу (находятся в противофазе). Когда две звуковые волны находятся в фазе, то два звука накладываются и сигналы усиливают друг друга.

При совмещении двух сигналов, не совпадающих по амплитуде, из-за разницы давления идёт подавление сигналов, что приводит к нулевому результату, то есть звук исчезает. Этот феномен известен как “подавление фазы”.

При совмещении двух одинаковых аудио сигналов – подавление фазы может стать серьёзной проблемой, так же огромной неприятностью является совмещение оригинальной звуковой волны с волной, отражённой от поверхностей в акустической комнате. Например, когда совмещают левый и правый каналы стерео микшера, чтобы получить гармоничную запись, сигнал может страдать от подавления фаз.

Что такое децибел?

В децибелах измеряется уровень звукового давления или электрического напряжения. Это такая единица, которая показывает коэффициент отношения двух разных величин друг к другу. Бел (названный в честь американского ученого Александра Белла) является десятичным логарифмом, отражающим соотношение двух разных сигналов друг к другу.

Это означает, что для каждого последующего бела в шкале, принимаемый сигнал в десять раз мощнее. Например, звуковое давление громкого звука в миллиарды раз выше, чем у тихого. Для того чтобы отображать такие большие величины, стали использовать относительную величину децибел (дБ) – при этом 1.000.000.000 – это 109, или просто 9.

Принятие физиками акустиками данной величины позволило сделать работу с огромными числами удобнее.

Шкала громкости различных звуков. Источник изображения: Nauet.

ru

На практике получается так, что бел является слишком большой единицей для измерения уровня звука, поэтому вместо него стали использовать децибел, что составляет одну десятую от бела.

Нельзя сказать, что применение децибелов вместо белов – это как использование, скажем, сантиметров вместо метров для обозначения размера обуви, белы и децибелы — относительные величины.

Из выше сказанного понятно, что уровень звука принято измерять в децибелах. Некоторые эталоны уровня звука используются в акустике на протяжении многих лет, начиная со времён изобретения телефона, и по сей день.

Большинство этих эталонов сложно применить относительно современного оборудования, они используются только для устаревших единиц техники.

На сегодняшний день на оборудовании в студиях звукозаписи и вещания используется такая единица, как дБu (децибел относительно уровня 0,775 В), а в бытовой аппаратуре – дБВ (децибел, отсчитываемый относительно уровня 1 В). В цифровой аудио аппаратуре для измерения мощности звука применяется дБFS (децибел полной шкалы).

дБм – “м” обозначает милливатты (мВт), данная единица измерения используется для обозначения электрической мощности. Следует отличать мощность от электрического напряжения, хотя эти два понятия тесно связаны друг с другом. Единицу измерения дБм начали использовать ещё на заре внедрения телефонных коммуникаций, на сегодняшний день её тоже используют в профессиональной аппаратуре.

дБu — в данном случае измеряется напряжение (вместо мощности) относительно эталонного нулевого уровня, за эталонный уровень принято считать 0,75 вольт.

В работе с современной профессиональной аудио аппаратуре дБu заменён на дБм.

В качестве единицы измерения в сфере звукотехники было удобнее использовать дБu раньше, когда для оценки уровня сигнала было важнее считать электрическую мощность, а не его напряжение.

дБВ – в основе данной единицы измерения так же лежит эталонный нулевой уровень (как и в случае с дБu), однако за эталонный уровень принимают 1 В, что является более удобным, чем цифра 0,775 В. Данная единица измерения звука часто используется для бытовой и полу профессиональной аудио аппаратуры.

дБFS – данная оценка уровня сигнала широко используется в цифровой звукотехнике и сильно отличается от указанных выше единиц измерения.

FS (full scale) – полная шкала, которая используется из-за того, что, в отличие от аналогового звукового сигнала, которое имеет оптимальное напряжение, весь диапазон цифровых значений одинаково приемлем при работе с цифровым сигналом.

0 дБFS – это максимально возможный уровень цифрового звукового сигнала, который можно записать без искажения. У аналоговых стандартов измерения таких, как дБu и дБВ, после уровня 0 дБFS нет запаса по динамическому диапазону.

Если Вам понравилась статья ,поставьте лайкиподпишитесь на каналНАУЧПОП.Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/popsci/chto-takoe-zvuk-i-kakimi-harakteristikami-obladaiut-zvukovye-volny-5bfee53b9f25000ae1f79429

Звуковое давление и его уровни (spl)

Отношение интенсивностей двух источников звука равно 4

В настоящее статье поговорим о том, что такое звуковое давление, рассмотрим понятие (импеданс) — удельное акустическое сопротивление среды. Также поговорим об уровнях звукового давления и интенсивности звука.

Чтобы лучше понимать о чём сегодня пойдёт речь, советую прочитать предыдущую статью по этой теме (звуковые волны, виды, длина волны и скорость звука).

Звуковое давление

Звуковая волна, как мы уже рассматривали в прошлой статье, распространяется в среде в виде волн сжатия и разряжения плотности.

В газах (в том числе и воздухе) плотность и давление связаны между собой:

p = RTp

T — температура среды, R — газовая постоянная среды, p — плотность.

А поскольку у волны имеются области сжатия и разряжения, то в первой области давление будут выше статического атмосферного. А в случае разряжения – ниже.

Вот как это выглядит:

Разность между мгновенным значением давления в данной точке среды и атмосферным давлением называется звуковым давлением.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м².

Наша слуховая система может определять очень большой диапазон разностей между мгновенным значением звукового давления и атмосферным.

На рисунке ниже представлено, различное звуковое давление от звуковых источников в децибелах (про децибелы подробнее читай далее):

Импеданс

Рассматривая звук, в прошлой статье (читать) мы выяснили, что звуковая волна зависит от частоты и амплитуды звукового давления. Если  тело оказывает большое сопротивление приложенному звуковому давлению, то частицы приобретают малую скорость.

Поэтому импеданс – это удельное акустическое сопротивление среды. Представляет из себя отношение звукового давления к скорости колебаний частиц среды:

Z = p/v

Измеряется в (Па · с)/м или кг/(с · м²).

Удельное акустическое сопротивление для воздуха составляет (при температуре 20 С°) 413 кг/(с · м²). В металле, к примеру, оно составляет 47,7 × 10 кг/(с · м²). Так как в воздухе импеданс достаточно мал, то и излучаемая полезная энергия также мала.

Если рассматривать КПД (коэффициент полезного действия) музыкальных инструментов, ого аппарата, громкоговорителей и т. п., то оно в воздухе находится в пределах 0,2-1%.

Энергетические параметры

Звуковая волна переносит энергию механических колебаний, значит она имеет энергетические параметры.

Среди которых: акустическая энергия P (Дж); мощность W – энергия, переносимая в единицу времени (Вт); интенсивность I – количество энергии, проходящее в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны (Вт/м²); плотность  – количество звуковой энергии в единице объёма (Дж/м²).

Уровни звукового давления (анг. SPL, sound pressure level)

Восприятие громкости человеком происходит не по линейному закону, пропорционально амплитуде колебаний, а по логарифмическому. Поэтому для определения параметров звука применяют логарифмические шкалы.

Человек различает огромный диапазон изменения звукового давления от тихого 2 × 10 ⁻⁵ Па до очень громкого 20 Па. Разница составляет 10⁶.

Использовать такую школу очень неудобно. Поэтому в измерительных приборах пользуются логарифмическими единицами – децибелами (дБ). Эта единица происходит от другой – бел, который равен десятикратному изменению интенсивности звука. Однако бел – единица крупная и неудобная для измерений. Поэтому применяется её десятая часть  – децибел.

Уровень звукового давления определяется как:

L = 20 lg p/p₀

Например, если звуковое давление p = 2 Па, то уровень звукового давления равен: L = 20 lg (2 Па/(2 × 10 ⁻⁵) Па) = 20 lg (1 × 10⁺⁵) = 20  × 5 = 100 дБ.

Один децибел – примерно та наименьшая разница в громкости, которую человеческое ухо может почувствовать.

Полезно запомнить следующее. Изменение громкости в 3 дБ равно отношению 2:1. Поэтому если мы берем два одинаковых источника звука, т. е. удваиваем мощность, то громкость увеличиться на 3 дБ.  Например, если к голосу присоединяется ещё один, равный по громкости, то уровень звука увеличится на 3 дБ. Если нужно ещё увеличить на 3 дБ, потребуется вдвое увеличить имеющийся состав.

Также можно обратиться к следующей таблице (в ней показано на сколько дБ нужно убавить, чтобы получить звучание в 2 раза тише, в 3 и т. д.):

1%10%25%33%50%100%
1/100

(в 100 раз тише)

1/10

(в 10 раз тише)

1/4

(в 4 раза тише)

1/3

(в 3 раза тише)

1/2

(в 2 раза тише)

1/1
-40дБ-20дБ-12 дБ-10 дБ— 6 дБ0 дБ

Для определения суммарного уровня давления нескольких инструментов их никогда не складывают. Вначале необходимо рассчитать значение звукового давления каждого инструмента. Допустим играют две скрипки. Одна с уровнем 80 дБ, другая 86 дБ. У первой звуковое давление равно  — 0,2 Па, второй — 0,4 Па.

Рассчитывается так: L = 20 lg p/p₀, значит 80 дБ = 20 lg p / (2 × 10 ⁻⁵),  далее lg p / (2 × 10 ⁻⁵) = 4.  Следовательно 10⁴ = p / (2 × 10 ⁻⁵), отсюда значение звукового давления будет p = 0,2 Па.

После этого определяется суммарное звуковое давление

В нашем случае суммарное давление равно p = 0, 447 Па. Затем определяется суммарный уровень звукового давления. Который равен 86,98 дБ.

Уровень интенсивности звука

Уровень интенсивности звука также измеряется в децибелах по формуле:

L₁ = 10 lg I/I₀

I₀ – нулевой уровень, равный 10⁻¹² Вт/м².

Мощность, напряжение, ток

Перечисленные электрические характеристики также часто приводятся в децибелах и имеют свои специальные обозначения. Приведём несколько примеров:

L dBm = 10 lg WВт/ 1мВт    –    уровень мощности отнесённый к 1 мВт

L dBv = 20 lg UB/1B    – уровень напряжения, отнесённый к 1 В (Америка)

L dBv = 20 lg UB/0,775 B   – уровень напряжения, отнесённый к 0,775 В (Европа)

Спасибо, что читаете New Style Sound (подписаться на новости)

Tweet Подписаться Share Share Share Share Share

Источник: https://nssound.ru/o-zvuke-i-zvukovykh-signalakh/zvukovoe-davlenie-i-ego-urovni-spl/

О вашем здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: