 |
Звуковое поле и его физические характеристики.
|
|
|
|
Пространство, в котором распространяется звук, называется звуковое поле. Характеристики звукового поля делятся на линейные и энергетические.
Линейные характеристики звукового поля:
1. звуковое давление;
2. смешение частиц среды;
3. скорость колебаний частиц среды;
4. акустическое сопротивление среды;
Энергетические характеристики звукового поля:
1. сила (интенсивность) звука.
1.Звуковое давление- это дополнительное давление, которое возникает при прохождении звука в среде. Оно является добавочным давлением к статическому давлению в среде, например, к атмосферному давлению воздушной среды. Обозначается символом Р и измеряется в единицах:
P = [ Н/м 2 ] = [ Па ].
2. Смещение частиц среды- это величина, равная отклонению условных частиц среды от положения равновесия. Обозначается символом L, измеряется в метрах (см, мм, км), L = [ м ].
3. Скорость колебания частиц среды- это скорость смещения частиц среды относительно положения равновесия под действием звуковой волны. Обозначается символом u и вычисляется как отношение смещения L ко времени t, за которое произошло это смещение. Вычисляется по формуле:
u=L/t.
Единица измерения [ м/с ], во внесистемных единицах см/с, мм/с, мкм/с.
4. Акустическое сопротивление– сопротивление, которое оказывает среда проходящей через неё акустической волне. Формула для вычисления:
Z=P/u.
Единица измерения: [ Па·с/м ].
На практике применяют другую формулудля определения акустического сопротивления:
Z=p*v. Z-акустическое сопротивление,
р -плотность среды, v- скорость звуковой волны в среде.
Из энергетических характеристик в медицине и фармации используется только одна - сила или интенсивность звука.
|
|
|
Сила (интенсивность) звука- это величина, равная количеству звуковой энергии E, проходящей за единицу времени t через единицу площади S. Обозначается символом I. Формула для вычисления: I=E/(S·t) Единицы измерения: [ Дж/с·м2 ]. Так как Джоуль в секунду равен 1 Ватту, то
I = [ Дж/с·м2 ] = [ Вт/м2 ].
Психофизические характеристики звука.
Психофизика - это наука о связи объективных физических воздействий с возникающими при этом субъективными ощущениями.
С точки зрения психофизики - звук это ощущение, которое возникает в слуховом анализаторе при действии на него механических колебаний.
Психофизически звук делится на:
- тоны простые;
- тоны сложные;
- шумы.
Простои тон - это звук, соответствующий синусоидальному гармоническому механическому колебанию определенной частоты. График простого тона – синусоида (см. 3. Форма колебаний).
Сложный тон - это звук, состоящий из разного (кратного) количества простых тонов. График сложного тона - периодическая несинусоидальная кривая (см. 3. Форма колебаний).
Шум - это сложный звук, состоящий из большого числа простых и сложных тонов, количество и интенсивность которых всё время меняется. Шумы малой интенсивности (шум дождя) успокаивают нервную систему, шумы большой интенсивности (работа мощного электродвигателя, работа городского транспорта) утомляют нервную систему. Борьба с шумами - одна из задач медицинской акустики.
Психофизические характеристики звука:
- высота тона
- громкость звука
- тембр звука
Высота тона - это субъективная характеристика частоты слышимого звука. Чем больше частота, тем больше высота тона.
Громкость звука - это характеристика, которая зависит от частоты и силы звука. Если сила звука не меняется, то с увеличением частоты от 16 до - 1000 Гц громкость возрастает. При частоте от 1000 до 3000 Гц она остается постоянной, при дальнейшем увеличении частоты громкость уменьшается и при частотах более 16 000 Гц звук становится неслышимым.
|
|
|
Для измерения громкости (уровня громкости) используется единица, которую называют "фон". Громкость в фонах определяют при помощи специальных таблиц и графиков, которые называются "изоакустические кривые".
Тембр звука - это самая сложная психофизическая характеристика воспринимаемого звука. Тембр зависит от количества и интенсивности простых тонов, входящих в сложный звук. Простой тон тембра не имеет. Единиц для измерения тембра звука не существует.
Логарифмические единицы звуковых измерений.
В опытах установлено, что большим изменениям силы и частоты звука соответствует незначительные изменения громкости и высоты звука. Математически это соответствует тому, что нарастание ощущения высоты и громкости происходит по логарифмическим законам. В этой связи для звуковых измерений стали использовать логарифмические единицы. Наиболее распространёнными единицами являются "бел" и "децибел".
Бел - это логарифмическая единица, равная десятичному логарифму отношения двух однородных величин. Если этими величинами является две разных силы звука I2 и I1, то количество белов можно будет подсчитать по формуле:
NБ=lg(I2/I1)
Если отношение I2 к I1равно 10, то NБ = 1 бел, если это отношение равно 100, то 2 бела, 1000 - 3 бела. Для других отношений количество белов можно вычислить по таблицам логарифмов или при помощи микрокалькулятора.
Децибел - это логарифмическая единица, равная десятой части бела.
Обозначается дБ. Вычисляется по формуле: NдБ=10·lg(I2/I1).
Децибел более удобная для практики единица и поэтому в расчетах применяется чаще.
Октава - логарифмическая единица медицинской акустики, которая применяется для характеристики интервалов частот.
Октава - это интервал (полоса) частот, в котором отношение большей частоты к меньшей равно двум.
Количественно частотный интервал в октавах равен двоичному логарифму отношения двух частот:
NОКТ=log2(f2/f1). Здесь N - количество октав в частотном интервале;
f2, f1 - границы частотного интервала (крайние частоты).
Одна октава получается когда отношение частот равно двум: f2/f1=2.
В медицинской акустике используются стандартные частотные границы октав.
|
|
|
Внутри каждого интервала даются средние округлённые октавные частоты.
Частотным границам 18 - 45 Гц соответствует средняя октавная частота - 31,5 Гц;
частотным границам 45-90 Гц соответствует средняя октавная частота 63 Гц;
границам 90-180 Гц - 125 Гц.
Последовательностью средних октавных частот при измерении остроты слуха будут частоты: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000,4000, 8000 Гц.
Кроме бела, децибела и октавы в акустике применяется логарифмическая единица "декада". Частотный интервал в декадах равен десятичному логарифму отношения двух крайних частот:
Nдек=log(f2/f1).
Здесь Nдек - количестве декад в частотном интервале;
f2, f1 - границы частотного интервала.
Одна декада получается когда отношение крайних частот интервала будет равно десяти: f2/f1 = 10.
В масштабном отношении декада равна белу, но используется только в акустике, и только для характеристики отношения частот.
Условия восприятия звука человеком.
|
|
|
