Звуковые волны. Скорость звука. Музыкальные звуки и шумы

Пашикова Т.Д.

Преподователь кафедры общей физики

Туркменский государственный университет им. Махтумкули

(г. Ашхабад, Туркменистан)

Звуковые волны. Скорость звука. Музыкальные звуки и шумы

Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей и крики животных, раскаты грома, звуки движущихся машин, воспринимаемые человеческим ухом, позволяют легче адаптировавться в изменяющихся условиях.

Звуковыми волнами называют упругие волны с частотами от 16 до 20000Гц, воспринимаемые органами слуха человека. Эти волны являютсяпродольными. Они распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний давления. Если тело колеблется вдоль оси по гармоническому закону с частотой , то изменение давления воздуха вблизи колеблющегося тела происходит также по гармоническому закону:

(34.1)

Волны сжатия и разрежения,возникающие около колеблющегося тела, достигают точки, удаленной на расстояние , спустя время , где - скорость распространения изменения давления воздуха. Следовательно, в этой точке колебания происходят по тому же закону, что и вблизи источника звука, но с запаздыванием по времени на величину :

(34.2)

Уравнение (34.2) называется уравнением волны. Оно применимо для описания звуковых колебаний при условии, если звуковую волну можно считать плоской.

Колебания источника звука вызывают в воздухе волны сжатия и разрежения. Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний источника. Свыше 20000 нитевидных рецепторных окончаний, находящихся на внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы. При передаче импульсов по нервным волокнам в головной мозг у человека возникают определенные слуховые ощущения. Колебания с частотой 16Гц называются инфразвуком, с частотой от 16 до 20000Гц – звуком, с от 20000Гц до 10⁹-ультразвуком, с от 10⁹Гц до 10¹³ Гц –гиперзвуком (рис.34.1).В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний. Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина.

Раздел физики, в котором изучают звуковые волны и их взаимосвязь с другими явлениями,называетсяакустикой. В акустике различают: а)музыкальный тон, представляющий собой синосуидальное колебание; б)созвучие или музыкальный звук, представляющий собой результат наложения нескольких одновременно звучащих музыкальных тонов; в)шум, являющийся нерегулярным колебанием, возникающим в результате сложения большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами;г)взрыв – кратковременное и сильное звуковое воздействие на органы слуха человека.(рис.34.2)

Скорости распространения звуковых волн в твердых телах, жидкостях и газах описываются формулами:

(34.3)

где – плотность среды, – модуль Юнга, – модуль всестороннего сжатия жидкости,– показатель адиабаты, – температура, – универсальная газовая постоянная.

таблица 1

Звук в котором присутствуют колебания всевозможной частоты, называют шумом. Если же в звуке частоты всех обертонов в целое число раз превышают частоту основного тона,то этот звук называютмузыкальным звуком. Такие звуки издают музыкальные инструменты.