звук

ЗВУК - распространяющееся в виде волн колебат. движение частиц упругой среды: газообразной, жидкой пли твёрдой (то же, что упругие волны ).Термин "3." употребляется также для обозначения ощущения, вызываемого действием звуковых волн на спец. орган чувств (орган слуха) человека и животных; человек слышит 3. частотой от 16 Гц до 16 000-20 000 Гц. Физ. понятие о 3. охватывает упругие волны как слышимого, так и неслышимого диапазона. 3. с частотой ниже слышимого диапазона наз. инфразвук ,выше - ультразвук ,самые высокочастотные упругие волны в диапазоне 10⁹-10¹³ Гц относятся к гиперзвуку .Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена - в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в сотые и тысячные доли Гц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн имеет сверху принципиальное ограничение, обусловленное атомным и молекулярным строением сред: в газах длина упругой волны должна быть больше длины свободного пробега молекул, а в жидкостях и твёрдых телах - больше удвоенного межмолекулярного или межатомного расстояния. На этом основании за верх. частотную границу гиперзвука в газах принята частота 10⁹ Гц, в твёрдых телах - 10¹²-10¹³ Гц. Гиперзвуковые волны в кристаллах рассматривают иногда с позиций корпускулярной теории, сопоставляя им квазичастицы - фононы. Важной характеристикой 3. является его спектр (см. Спектр звука ),получаемый в результате частотного анализа, т. е. разложения 3. на простые гармонич. колебания и волны (к-рые наз. иногда тональными сигналами). Сплошной спектр с равномерным, непрерывным распределением акустич. энергии в более или менее широкой частотной области характерен для акустич. шумов .Часто на сплошной спектр шума накладываются отдельные дискретные составляющие. Линейчатый спектр в виде совокупности отдельных гармонич. составляющих с кратными частотами присущ музыкальным 3.; осн. частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонич. составляющих - тембр звука. В спектре 3. речи имеются форманты - устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определ. фонетич. элементам. Энергетич. характеристикой звуковых волн является интенсивность звука .Она определяется амплитудой звукового давления или колебательной скорости частиц, волновым сопротивлением среды, а также формой волны. Субъективная характеристика, отвечающая интенсивности,- громкость звука ,зависит от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1-5 кГц. В этой области порог слышимости (см. Пороги слуха)составляет по интенсивности 10^-12 Вт/м², а по звуковому давлению ~10^-5 Па. Верх. граница воспринимаемой человеческим ухом интенсивности 3.- т. н. болевой порог - слабо зависит от частоты и составляет прибл. 1 Вт/м². Источниками 3. могут быть любые явления, вызывающие возмущение упругой среды, т. е. местное отклонение давления или механич. напряжения от равновесного значения или локальные смещения частиц от положения равновесия. В создаваемых искусственно излучателях 3. для этой цели используются колебания твёрдых тел (напр., струны и деки музыкальных инструментов, диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, пьезоэлектрич. пластины) или ограниченных объёмов воздушной или водной среды (органные трубы, свистки); колебания могут возбуждаться ударом (струны рояля, колокола), поддерживаться за счёт пост. потока газа (свистки), создаваться путём преобразования колебаний электрич. тока в механические (электроакустические преобразователи ).В природе 3. возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, напр., при обдувании ветром углов зданий, гребней морских волн и т. п. 3. низких и инфразвуковых частот возникает при взрывах, обвалах. Источниками 3. являются применяемые в совр. технике механизмы и оборудование, к-рые создают значит, шумовое загрязнение окружающей среды. Особый вид источников 3.- голосовой аппарат человека и животных. Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в другие формы. К приёмникам 3. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма 3. применяются гл. обр. электроакустич. преобразователи - микрофоны в воздухе, гидрофоны в воде, геофоны в земной коре. Наряду с подобными приёмниками, воспроизводящими временную структуру звукового сигнала, существуют приборы, воспринимающие усреднённые по времени характеристики волны (напр., Рэлея диск, Радиометр акустический). Распространение звуковых волн в среде характеризуется их скоростью (см. Скорость звука ).В газообразных и жидких средах распространяются только продольные волны, скорость к-рых определяется сжимаемостью среды и её плотностью. В твёрдых телах помимо продольных могут распространяться поперечные волны и поверхностные акустические волны; скорость волн в твёрдых телах определяется комбинацией их констант упругости и плотностью; в кристаллах имеет место анизотропия скорости 3., т. е. зависимость её от направления распространения волны относительно кристаллографич. осей. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука ,обусловленная как физ. процессами в веществе, так и волноводным характером распространения в ограниченных объёмах. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение 3. подчиняется законам отражения и преломления лучей и может рассматриваться с позиций геометрической акустики. По мере распространения волны происходит постепенное затухание звука ,т. е. уменьшение его интенсивности н амплитуды с расстоянием, к-рое обусловливается как законами волнового распространения в среде, так и необратимым переходом звуковой энергии в др. форму (гл. обр. в теплоту). При распространении звуковых волн большой амплитуды происходит постепенное искажение синусоидальной формы гармонич. волны и приближение её к ударной; наблюдается и ряд других нелинейных эффектов в звуковом поле, напр.: дополнит. нелинейное поглощение звука, нелинейное взаимодействие акустич. волн в твёрдых телах (см. Нелинейная акустика ),акустич. кавитация .В мощных звуковых полях возникают явления необратимых изменений в веществе, на к-рых основываются процессы УЗ-технологии. Лит.: С т р е т т Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1-2, М., 1955; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973; С к у ч и к Е., Основы акустики, пер. с англ., т. 1-2, М., 1976. И. П. Голямина.

   <<      Предметный указатель      >>