Единицата за интензитет на звука е. Акустика. Физически характеристики на звука. Характеристики на слуховото усещане. Музикални стандарти и измерване на музикалната височина

Интензитет на звуковата вълнасе определя като среден енергиен поток през единица площ от фронта на вълната за единица време. С други думи, ако вземете една площ (например 1 cm2), която би погълнала напълно звука, и я позиционирате перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната, тогава интензитетът на звука е равен на акустичната енергия, погълната за една секунда. Интензивността обикновено се изразява в W/cm2(или в W/m2).

Нека дадем стойността на това количество за някои познати звуци. Амплитудата на свръхналягане, която възниква по време на нормален разговор, е приблизително една милионна от атмосферното налягане, което съответства на интензитет на акустичен звук от порядъка на 10 -9 W/cm 2. Общата мощност на звука, излъчван по време на нормален разговор, е само около 0,00001 W. Способността на човешкото ухо да възприема такива малки енергии свидетелства за неговата удивителна чувствителност.

Обхватът на интензитетите на звука, възприемани от нашите уши, е много широк. Интензитетът на силен звук, което ухото може да издържи, е приблизително 10 14 пъти по-голямо от минимума, който то може да чуе. Пълната мощност на източниците на звук покрива също толкова широк диапазон. По този начин мощността, излъчвана от много тих шепот, може да бъде от порядъка на 10 -9 W, докато мощността, излъчвана от реактивен двигател, достига 10 5 W. Отново, интензитетите се различават с фактор 10 14.

Децибел

Тъй като звуците се различават толкова много по интензитет, по-удобно е да мислите за това като за логаритмична стойност и да я измервате в децибели. Логаритмичната стойност на интензитета е логаритъмът от отношението на стойността на разглежданата стойност към нейната стойност, взета като първоначална стойност. Ниво на интензивност Джпо отношение на някакъв условно избран интензитет J 0равно на

Ниво на звуков интензитет = 10 lg (J/J 0) dB

Тези криви се използват за определяне на фона, единица за ниво на силата на звука, която също се измерва в децибели. Заден плане нивото на силата на звука, за което нивото на звуково налягане на еднакво силен стандартен чист тон (1000 Hz) е 1 dB. Така звук с честота 200 Hz при ниво 60 dB има сила на звука 50 фона.

$I\; =\; \backslash frac(1)(T)\backslash int\backslash limits\_t^(t+T)\backslash frac(dP)(dS)dt,$

Където T- време за осредняване, dP- поток от звукова енергия, пренесен през обекта dS.

Използва се и физическото количество мигновен интензитет на звука, кое е моменталностойността на потока звукова енергия през отделна зона, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на звука:

$I(t)\; =\; \backslash frac(dP(t))(dS).$

За плоска вълнаинтензитетът на звука може да се изрази като амплитуда на звуковото налягане p 0и осцилаторна скорост v:

$I\; =\; (p\_0v\; \backslash над\; 2)\; =\; (v^2Z\_S\; \backslash над\; 2)\; =\; (p\_0^2\; \backslash над\; 2Z\_S),$

Вижте също

Напишете отзив за статията "Интензивност на звука"

Бележки

Литература

• Интензивност на звука (сила на звука) // Голяма съветска енциклопедия (30 тома) / А. М. Прохоров (главен редактор). - 3-то изд. - М.: Сов. енциклопедия, 1972. - Т. X. - с. 315–316. - 592 с.

Откъс, характеризиращ интензивността на звука

Кутузов се оттегли във Виена, унищожавайки зад гърба си мостове на реките Ин (в Браунау) и Траун (в Линц). На 23 октомври руските войски преминават река Енс. Руски конвои, артилерия и колони от войски в средата на деня се простираха през град Енс, от тази и от другата страна на моста.
Денят беше топъл, есенен и дъждовен. Огромната перспектива, която се откриваше от височината, където руските батареи защитаваха моста, внезапно беше покрита с муселинена завеса от полегат дъжд, после внезапно се разшири и в светлината на слънцето предмети, сякаш покрити с лак, станаха видими далеч и ясно. Град се виждаше под краката му с бели къщи и червени покриви, катедрала и мост, от двете страни на който се изсипваха маси руски войски, тълпящи се. На завоя на река Дунав се виждаха кораби, остров и замък с парк, заобиколен от водите на вливането на река Енса в река Дунав; виждаше се левият скалист бряг на Дунава, покрит с борови гори с мистериозния далечина на зелени върхове и сини ждрела. Виждаха се кулите на манастира, стърчащи иззад борова гора, която изглеждаше недокосната; далеч напред в планината, от другата страна на Енс, се виждаха вражески патрули.
Между оръдията, на височина, отпред стояха началникът на ариергарда, генерал и офицер от свитата, които разглеждаха терена през телескоп. Малко по-назад, Несвицки, изпратен от главнокомандващия до ариергарда, седеше на багажника на пистолет.
Казакът, придружаващ Несвицки, връчи чанта и манерка, а Несвицки почерпи офицерите с пайове и истински допелкюмел. Офицерите радостно го наобиколиха, някои на колене, други седнали с кръстосани крака на мократа трева.
- Да, този австрийски принц не е бил глупак, за да построи замък тук. Хубаво място. Защо не ядете, господа? - каза Несвицки.
„Смирено ви благодаря, принце“, отговори един от офицерите, наслаждавайки се на разговора с толкова важен щабен служител. - Красиво място. Минахме покрай самия парк, видяхме два елена и каква прекрасна къща!
„Виж, принце“, каза другият, който много искаше да вземе още един пай, но се срамуваше и затова се престори, че оглежда района, „виж, нашата пехота вече се е качила там“. Там, на поляната извън селото, трима влачат нещо. „Те ще пробият този дворец“, каза той с видимо одобрение.
— И двете — каза Несвицки. „Не, но това, което бих искал“, добави той, дъвчейки пая в красивата си влажна уста, „е да се изкача там“.

Интензивност на звука(абсолютно) - стойност, равна на съотношението на потока звукова енергия dPпрез повърхност, перпендикулярна на посоката на разпространение на звука в областта dSтази повърхност:

Мерната единица е ват на квадратен метър (W/m2).

За плоска вълна интензитетът на звука може да се изрази чрез амплитудата на звуковото налягане p 0и осцилаторна скорост v:

Където Z S- специфично акустично съпротивление на средата.

Тялото, което е източник на звукови вибрации, излъчва енергия, която се пренася от звуковите вибрации в пространството (средата) около източника на звук. Количеството звукова енергия, преминаващо за една секунда през площ от 1 m 2, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на звуковите вибрации, се нарича интензитет (както и сила) на звука.

Стойността му може да се определи по формулата:

I=P 2 /Cp 0 [W/m 2 ] (1,1)

където: P - звуково налягане, n/m 2; С – скорост на звука, m/s; р 0 – плътност на средата.

От горната формула може да се види, че с увеличаване на звуковото налягане интензитетът на звука се увеличава и следователно неговият обем се увеличава.

9. Какви видове честотни спектри на звука познавате?

Честотен спектър на звука- графика на относителната енергия на звуковите вибрации спрямо честотата. Има два основни вида такива спектри: дискретни и непрекъснати. Дискретният спектър се състои от отделни линии за честоти, разделени от празни интервали. Непрекъснатият спектър съдържа всички честоти в своята лента.

На практика звукови вълниедна честота е рядка. Но сложните звукови вълни могат да бъдат разложени на хармоници. Този метод се нарича Анализ на Фуриена името на френския математик Ж. Фурие (1768-1830), който пръв го използва (в теорията на топлината).

ДВА ВИДА ПЕРИОДИЧНИ ВЪЛНИ:а - правоъгълни вибрации; b - трионови вибрации. Амплитудата на двете вълни е равна на A, а периодът на трептене T е реципрочната стойност на честотата f.

10. Коя честотна лента се нарича октава?

октава -честотна лента, в която горната гранична честота е два пъти по-ниска

октава -единица за честотен интервал е равна на интервала между две честоти (f2 и f1), логаритъмът на съотношението на който (базиран на 2) log2(f2/f1)=1, което съответства на f2/f1=2;

11. Какво разбират водите под прага на слуха?

Праг на чуване- минималната стойност на звуковото налягане, при която звук с дадена честота все още може да бъде възприет от човешкото ухо. Стойността на прага на слуха обикновено се изразява в децибели, като нулевото ниво на звуково налягане е 2·10−5 N/m2 или 20·10−6 N/m2 при честота 1 kHz (за плоска звукова вълна) . Прагът на чуване зависи от честотата на звука. Когато е изложен на шум и други звукови стимули, прагът на чуваемост за даден звук се повишава и повишена стойностпрагът на слуха остава известно време след прекратяване на смущаващия фактор и след това постепенно се връща към оригинално ниво. U различни хораи между същите лица в различно времепрагът на чуване може да варира. Зависи от възрастта физиологично състояние, фитнес. Измерванията на прага на слуха обикновено се извършват с помощта на аудиометрични методи.

12. В какви единици се измерва нивото на звуковото налягане?

Звуково налягане- променливо свръхналягане, което възниква в еластична среда, когато звукова вълна преминава през нея. Мерната единица е паскал (Pa).

Моментната стойност на звуковото налягане в точка от средата се променя както с времето, така и при преместване в други точки на средата, следователно средната квадратична стойност на това количество, свързана с интензитета на звука, е от практически интерес:

където е интензитетът на звука, е звуковото налягане, е специфичното акустично съпротивление на средата, е осредняването на времето.

Когато се разглеждат периодичните трептения, понякога се използва амплитудата на звуковото налягане; така, за синусоида

където е амплитудата на звуковото налягане.

За периодични звуковото осредняване се извършва или за период от време, голям в сравнение с периода, или за цял брой периоди. За равнинна синусоидална бягаща вълна I.Z. I е равно на:

В сферична пътуваща вълна I.Z. е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от източника. В стояща вълна I=0, т.е. звуков поток. Средно няма енергия.

от. измерено в единици SI във W/m2 (в системата единици CGS - в erg/(s cm)2) I. z. също се оценява по нивото на интензивност по скала; брой децибели N=10lg(I/I0), където I е интензитетът на даден звук, I0=10-12 W/m2.

Физически енциклопедичен речник. - М.: Съветска енциклопедия. . 1983 .

ИНТЕНЗИТЕТ НА ЗВУКА

(интензитет на звука) - средна за времето енергия, пренесена от звукова вълна през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, за единица време. За периодични звуковото осредняване се извършва или за период от време, по-голям от периода, или за цял брой периоди. I=pv/2=p 2 /2r c = v 2 r c/2,Където R -амплитуда звуково налягане, v -амплитуда на трептенията скорост на частиците, r - плътност на средата, c - звук в нея. В сферична пътуваща вълна I. z. обратна пропорция квадрат на разстоянието от източника. При стояща вълна I=0, т.е. средно няма поток от звукова енергия. от. в хармонично равнинната пътуваща вълна е равна на енергийната плътност на звуковата вълна, умножена по скоростта на звука. излъчвана мощност на единица площ от излъчващата повърхност. В. А. Красилников.

Физическа енциклопедия. В 5 тома. - М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Вижте какво е „ИНТЕНЗИВНОСТ НА ЗВУКА“ в други речници:

- (абсолютна) стойност, равна на съотношението на потока звукова енергия dP през повърхност, перпендикулярна на посоката на разпространение на звука, към площта dS на тази повърхност: Мерната единица е ват на квадратен метър (W/m2). За плоска вълна... ... Wikipedia

- (от латински intensio усилване на напрежението), средната за времето енергия, която звукова вълна пренася за единица време през единица повърхност, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Сила на звука...... Голям енциклопедичен речник

- (от латински intensio напрежение, усилване), средната за времето енергия, която звукова вълна пренася за единица време през единица повърхност, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Сила на звука...... енциклопедичен речник

интензитет на звука- Количеството звукова енергия, пренесена от звукова вълна за единица време през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на звука [Терминологичен речник на строителството на 12 езика (VNIIIIS Gosstroy СССР)] Теми... ... Ръководство за технически преводач

- (от латински intetisio напрежение, усилване), сила на звука, енергиен поток през една област, перпендикулярна на посоката на разпространение на звуковата вълна. Авиация: Енциклопедия. М.: Велика руска енциклопедия. Главен редактор Г.П.... ... Енциклопедия на техниката

интензитет на звука- 3,3 интензитет на звука, W/m2 (интензитет на звука): Осреднена във времето стойност на моментния интензитет в звуково поле, неподвижно във времето. Бележки 1 Интензитетът на звука се изчислява по формулата (2) където T е интервалът на интегриране, s; 2…… Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

интензитет на звука- звукова мощност е съотношението на звуковата мощност, падаща върху повърхността, към площта на тази повърхност. Определя се както от амплитудите на всички честотни компоненти, така и от броя на източниците, звучащи едновременно. Интензитетът на звука се измерва във W/m2 или... ... Руски индекс към англо-руския речник на музикалната терминология

интензитет на звука- rus интензитет (g) на звука, интензитет (g) на шума eng noise intensity fra intensité (f) du bruit deu Lärmintensität (f) spa intensidad (f) del ruido rus интензитет (g) (сила) на звука, силата на звука ( g) на звук eng интензитет на звука fra интензитет (f)… … Безопасност и здраве при работа. Превод на английски, френски, немски, испански

Интензитетът на звука е средната за времето енергия, пренесена от звукова вълна през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната за единица време. За периодичен звук осредняването се извършва или през интервала... ... Велика съветска енциклопедия

- [МОЩНОСТ НА ЗВУКА] количеството звукова енергия, пренесена от звукова вълна за единица време през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на звука (български език; български) интензитет на звука (чешки език; Čeština)… … Строителен речник

Акустика– област от физиката, която изучава еластичните вибрации и вълни, методите за производство и запис на вибрации и вълни и тяхното взаимодействие с материята.

Звукът в широк смисъл е еластични вибрации и вълни, разпространяващи се в газообразни, течни и твърди вещества; в тесен смисъл явление, субективно възприемано от слуховия орган на хората и животните. Обикновено човешкото ухо чува звук в честотния диапазон от 16 Hz до 20 kHz.

Звук с честота под 16 Hz се нарича инфразвук, над 20 kHz – ултразвук, а най-високата честота на еластичните вълни в диапазона от 10 9 до 10 12 Hz - хиперзвук.

Съществуващите в природата звуци са разделени на няколко вида.

звуков удар– това е краткотрайно звуково въздействие (пляскане, взрив, удар, гръм).

Тоне звук, който е периодичен процес. Основната характеристика на тона е честотата. Тонът може да бъде прост, характеризиращ се с една честота (например, произведен от камертон, звуков генератор) или сложен (произведен, например, от говорен апарат, музикален инструмент).

Сложен тонможе да се представи като сбор от прости тонове (разложени на съставни тонове). Най-ниската честота на такова разлагане съответства на основен тон, и останалото - обертонове, или хармоници. Обертоновете имат честоти, които са кратни на основната честота.

Акустичният спектър на един тон е сумата от всички негови честоти, показваща техния относителен интензитет или амплитуда.

Шум- Това е звук, който има сложна, неповтаряща се времева зависимост и е комбинация от произволно променящи се сложни тонове. Акустичният спектър на шума е непрекъснат (шумолене, скърцане).

физически характеристикизвук:

а) Скорост (v). Звукът се разпространява във всяка среда с изключение на вакуум. Скоростта на неговото разпространение зависи от еластичността, плътността и температурата на средата, но не зависи от честотата на трептенията. Скорост на звука във въздуха при нормални условияравна на приблизително 330 m/s (» 1200 km/h). Скоростта на звука във водата е 1500 m/s; скоростта на звука има подобна стойност и меки тъканитяло.

б) Интензивност (аз) – енергийната характеристика на звука е плътността на енергийния поток на звукова вълна. За човешкото ухо са важни две стойности на интензитета (при честота от 1 kHz):

праг на чуване – аз 0 = 10–12 W/m2; такъв праг е избран въз основа на обективни показатели - това е минималният праг за възприемане на звук от нормалното човешко ухо; има хора, които имат интензивност аз 0 може да бъде 10–13 или 10–9 W/m2;

праг болка – аз max – 10 W/m2; човек престава да чува звук с такава интензивност и го възприема като чувство на натиск или болка.

V) Звуково налягане (Р). Разпространението на звукова вълна е придружено от промяна в налягането.

Звуково налягане (Р) – това е налягането, допълнително възникващо, когато звукова вълна преминава през среда; то е над средното налягане на околната среда.

Физиологично звуковото налягане се проявява като натиск върху тъпанче. Две стойности на този параметър са важни за човек:

– звуково налягане на прага на чуваемост – П 0 = 2×10 –5 Pa;

– звуково налягане на прага на болката – Р m ax =

Между интензивност ( аз) и звуково налягане ( Р) има връзка:

аз = П 2 /2rv,

Където r– плътност на средата, v– скорост на звука в средата.

G) Характеристичен импеданс на средата (Ра) е продуктът на средната плътност ( r) към скоростта на разпространение на звука ( v):

Ра = rv.

Коефициент на отражение (r) – стойност, равна на отношението на интензитетите на отразената и падащата вълна:

r = азотрицателно / азподложка.

rизчислено по формулата:

r = [(Ра 2 – Ра 1)/( Р 2 + Р a 1)] 2 .

Интензитетът на пречупената вълна зависи от пропускливостта.

Предаване (b) – стойност, равна на отношението на интензитетите на предаваната (пречупена) и падащата вълна:

b = Iминало / азподложка.

За нормално падане коеф bизчислено по формулата

b = 4(Ра 1/ Ра 2)/( Ра 1/ Р a 1 + 1) 2 .

Имайте предвид, че сумата от коефициентите на отражение и пречупване е равна на единица и техните стойности не зависят от реда, в който звукът преминава през тези среди. Например за прехода на звука от въздух към вода коефициентите са същите като при прехода в обратната посока.

д) Ниво на интензивност. Когато сравнявате интензивността на звука, е удобно да използвате логаритмична скала, тоест да сравнявате не самите стойности, а техните логаритми. За тази цел се използва специална стойност - ниво на интензивност ( Л):

Л = lg(аз/аз 0);Л = 2lg(П/П 0). (1.3.79)

Единицата за ниво на интензитет е – бяло, [B].

Логаритмичният характер на зависимостта на нивото на интензитета от самия интензитет означава, че с увеличаване на интензитета с 10 пъти, нивото на интензитет се увеличава с 1 B.

Един бел е голяма стойност, така че на практика се използва по-малка единица за ниво на интензитет - децибел[dB]: 1 dB = 0,1 B. Нивото на интензивност в децибели се изразява чрез следните формули:

Л DB = 10 lg(аз/аз 0); Л DB = 20 lg(П/П 0).

Ако звуковите вълни пристигнат в дадена точка от няколко несвързани източника, тогава интензитетът на звука е равен на сумата от интензитетите на всички вълни:

аз = аз 1 + аз 2 + ...

За да намерите нивото на интензитета на получения сигнал, използвайте следната формула:

Л = lg(10Л l +10 Л l + ...).

Тук интензитетите трябва да бъдат изразени в белах. Формулата за прехода е

Л= 0,l× Л DB.

Характеристики слухово усещане:

Стъпкасе определя основно от честотата на основния тон (колкото по-висока е честотата, толкова по-висок се възприема звукът). В по-малка степен височината зависи от интензивността на вълната (звук с по-голяма интензивност се възприема като по-нисък).

Тембързвукът се определя от неговия хармоничен спектър. Различните акустични спектри съответстват на различни тембри, дори когато основният им тон е един и същ. Тембърът е качествена характеристика на звука.

Сила на звукае субективна оценка на степента на неговата интензивност.

Закон на Вебер-Фехнер:

Ако увеличите дразненето геометрично (т.е. същия брой пъти), тогава усещането за това дразнене се увеличава в аритметична прогресия(т.е. със същата сума).

За звук с честота 1 kHz въведете единицата за сила на звука - заден план, което съответства на ниво на интензитет от 1 dB. За други честоти нивото на силата на звука също се изразява в фоновеспоред следното правило:

Силата на звука е равна на нивото на интензитета на звука (dB) при честота от 1 kHz, което кара „средния“ човек да има същото усещане за сила като даден звук, и

E = kg(аз/аз 0). (1.3.80)

Пример 32.Звукът, който съответства на нивото на интензивност на улицата Л 1 = 50 dB, доловим в стаята като звук с ниво на интензитет Л 2 = 30 dB. Намерете съотношението на интензитетите на звука на улицата и в стаята.

дадени: Л 1 = 50 dB = 5 B;

Л 2 = 30 dB = 3 B;

аз 0 = 10–12 W/m2.

Намирам: аз 1 /аз 2 .

Решение. За да намерим интензитета на звука в стаята и на улицата, пишем формула (1.3.79) за двата случая, разгледани в проблема:

Л 1 = lg(аз 1 /аз 0); Л 2 = lg(аз 2 /аз 0),

откъдето изразяваме интензитета аз 1 и аз 2:

5 = lg(аз 1 /аз 0) Þ аз 1 = аз 0 ×10 5 ;

3 = lg(аз 2 /аз 0) Þ аз 2 = аз 0 ×10 3 .

Очевидно: аз 1 /аз 2 = 10 5 /10 3 = 100.

Отговор: 100.

Пример 33.За хора с нарушена функция на средното ухо Слухови апаратипредназначени да предават вибрации директно към костите на черепа. За костна проводимостпрагът на чуване е с 40 dB по-висок, отколкото за въздуха. Какъв е минималният интензитет на звука, който човек с увреден слух може да възприеме?

дадени: Л k = Лв + 4.

Намирам: азмин.

Решение. За костите и въздушна проводимост, съгласно (1.3.79),

Л k = lg(азмин./ аз 0); Лв = lg(аз 2 /аз 0), (1.3.81)

Където аз 0 – праг на чуваемост.

От условията на задачата и (1.3.81) следва, че

Л k = lg(азмин./ аз 0) = Лв + 4 = lg(аз 2 /аз 0) + 4, откъдето

lg(азмин./ аз 0) – lg(аз 2 /аз 0) = 4, т.е.

lg[(азмин./ аз 0) : (аз 2 /аз 0)] = 4 Þ lg(азмин./ аз 2) = 4, имаме:

азмин./ аз 2 = 10 4 Þ азмин = аз 2 × 10 4 .

При аз 2 = 10–12 W/m2, аз min = 10–8 W/m2.

Отговор: аз min = 10–8 W/m2.

Пример 34.Звук с честота 1000 Hz преминава през стената, като интензитетът му намалява от 10–6 W/m2 на 10–8 W/m2. Колко е намаляло нивото на интензивност?

дадени: н= 1000 Hz;

аз 1 = 10 –6 W/m2;

аз 2 = 10–8 W/m2;

аз 0 = 10–12 W/m2.

Намирам: Л 2 – Л 1 .

Решение. Намираме нивата на интензитета на звука преди и след преминаване на стената от (1.3.79):

Л 1 = lg(аз 1 /аз 0); Л 2 = lg(аз 2 /аз 0), откъде

Л 1 = lg(10 –6 /10 –12) = 6; Л 2 = lg(10 –8 /10 –12) = 4.

Тогава Л 2 – Л 1 = 6 – 4 = 2 (B) = 20 (dB).

Отговор: Нивото на интензивност намаля с 20 dB.

Пример 35.За хора с нормален слух промяна в силата на звука се усеща, когато интензитетът на звука се промени с 26%. На какъв интервал на силата на звука отговаря посочената промяна в интензитета на звука? Честотата на звука е 1000 Hz.

дадени: н= 1000 Hz;

аз 0 = 10–12 W/m2;

D.I. = 26 %.

Намирам: Д.Л..

Решение. За честота на звука, равна на 1000 Hz, скалите за интензитет и сила на звука съвпадат съгласно формула (1.3.80), тъй като к = 1,

E = kg(аз/аз 0) = lg(аз/аз 0) = Л, където

Д.Л. = lg(DI/I 0) = 11,4 (B) = 1 (dB) = 1 (фон).

Отговор: 1 фон.

Пример 36.Нивото на интензивност на приемника е 90 dB. Какво е максималното ниво на интензитет на три приемника, работещи едновременно?