Т-95. Основные характеристики звука: период, частота, скорость, звуковое давление, сила звука. Попробуем поставить на пути звуковой волны измеритель давления — манометр. Причем отрегулируем его так, чтобы прибор показывал только изменение давления по сравнению с атмосферным. Это значит, что при нормальном атмосферном давлении манометр будет показывать нуль, при некотором сжатии воздуха стрелка прибора пойдет вправо, при разрежении — влево (Р-63; 1). А под действием звуковой волны стрелка будет все время отклоняться от нуля то влево, то вправо. Если бы мы успевали следить за всеми движениями стрелки и построили бы график звукового давления, то он оказался бы точной копией графика свободных колебаний струны. А разве могло быть иначе? Звуковая волна рождена колеблющейся струной, поэтому изменение давления в любой точке, куда приходит звук, в точности повторяет все действия струны по сжатию и разрежению воздуха.
Это позволяет прежде всего ввести такую характеристику звука, как частота — число полных циклов (периодов) изменения звукового давления в единицу времени.
Частота звука, естественно, равна частоте свободных колебаний создавшей его струны. Если струна каждую секунду посылает в пространство 10 «сгустков» сжатия, то через любую точку пространства каждую секунду пройдет именно 10 таких «сгустков».
Другая характеристика звука — скорость распространения — не требует, по-видимому, особых пояснений. Нужно лишь отметить, что в воздухе скорость звука при 0°С — около 330 м/сек, что с повышением температуры она несколько повышается и что в других средах скорость звука может быть во много раз больше или меньше, чем в воздухе (Р-63; 6).
Зная скорость звука и его частоту, можно найти еще одну характеристику— длину звуковой волны. Длина волны — это то расстояние, которое волна успевает пройти за время одного полного периода колебаний. Так, например, при частоте 1 Гц, то есть при периоде 1 сек, длина волны составит в воздухе 330 м, в воде — около полутора километров, в стали — 5 километров, в резине — всего 50 метров. С увеличением частоты длина волны, конечно, уменьшается: чем меньше длится период, тем меньшее расстояние успеет пройти волна (Р-63; 3,4).
Звуковые волны иногда сравнивают с волнами на поверхности воды — гребень морской волны чем-то похож на область сжатого воздуха, впадина — на область разрежения. Когда говорят о длине морской волны, то обычно имеют в виду расстояние между двумя ее соседними гребнями и по аналогии можно сказать, что длина звуковой волны — расстояние между двумя соседними точками наибольшего сжатия. У этого определения нет никакого противоречия с предыдущим — чем выше частота звука, тем чаще одна за другой следуют области сжатия и тем, естественно, меньше расстояние между двумя такими соседними областями.
Работоспособность звуковой волны, ее энергетические запасы принято характеризовать двумя показателями: звуковым давлением и силой звука. Звуковое давление, так же, скажем, как и переменная э.д.с, непрерывно меняется, и поэтому следовало бы говорить о его амплитуде, мгновенном и эффективном значениях.

P-63

Этой последней характеристикой пользуются чаще всего, и если нет никаких оговорок, то нужно считать, что речь идет об эффективном звуковом давлении, которое составляет 70% от амплитуды. Единица давления получается, как единица силы (веса), отнесенная к единице площади, в системе СИ — это паскаль (Па), соответствующий одному ньютону на квадратный метр (Н/м2). Оценить реальное значение этой единицы позволит такое сравнение: если на стандартный лист фанеры (площадь около 2 м2) вылить стакан воды (масса — около 200 г, вес — примерно 2 Н), то, равномерно распределившись по листу слоем толщиной примерно 0,05 мм, вода создаст давление как раз 1 Па = 1 Н/м2. Как видите, 1 паскаль (1 Па) в наших житейских масштабах — очень небольшая величина, это всего лишь давление слоя воды более тонкого, чем лист бумаги. В то же время звуковое давление 1 Па создает ощущение невыносимо громкого звука (С-11). Единицей звукового давления Па стали пользоваться сравнительно недавно, и в литературе недалекого прошлого можно еще встретить другую единицу — бар, Она в десять раз меньше, чем Н/м2, то есть 1 бар = 0,1 Па = 0,1 Н/м2 или 1 Па=1 Н/м2= 10 бар.
Другая характеристика работоспособности — сила звука — указывает ту мощность, которую проносит звуковая волна через единичную поверхность и поэтому измеряется в ваттах на квадратный метр, Вт/м2. Справочная таблица С-11 иллюстрирует обе единицы Н/м2 и Вт/м2, оценивая с их помощью некоторые реальные источники звуковых волн. Обратите внимание, что звуковое давление и сила звука связаны квадратичной зависимостью (Т-32): увеличьте давление в десять раз, и сила звука возрастет в сто раз. Точно такой же зависимостью связаны напряжение и мощность или ток и мощность в электрической цепи (Т-41).
И еще обратите внимание на третью колонку таблицы С-11, в которой приведены уже знакомые нам децибелы (Т-82).
Читать следующую теорию
Вернуться на предыдущую

значёк