Звуковые колебания

Звуковые колебания – это очень распространенный в Природе процесс, играющий большую роль как в жизни человека, так и в жизни других живых существ. Рассмотрим особенности таких колебаний.

Звуковые колебания в Природе

Для возникновения механических колебаний необходимо наличие упругой среды, которая стремится сохранять свое состояние. Поскольку все природные вещества в той или иной степени обладают упругостью, то все они способны участвовать в колебательных процессах.

Частота таких процессов определяется, с одной стороны, упругостью среды, а с другой – ее плотностью и объемом. Минимальная частота колебаний может лежать в пределах долей герца, максимальная частота – быть больше гигагерца. Однако, наиболее широко распространены механические колебания частотой от 1 Гц до 100 кГц. Такие колебания, как правило, являются продольными, и представляют собой распространяющиеся уплотнения среды, движущиеся с разными скоростями.

Эти колебания возбуждаются практически любыми механическими воздействиями, по их наличию можно делать вывод о событиях, происходящих в отдалении. Поэтому такие колебания играют исключительно важную роль для всех живых существ в Природе, включая человека, и воспринимаются, как звук.

Рис. 1. Звуковые колебания в Природе

Характеристики звуковых колебаний

Обычно под звуком подразумеваются механические колебания среды, воспринимаемые человеческим ухом.

Верхняя граница частоты звуковых колебаний принимается равной 20 кГц, а нижняя – 20 Гц. При этом, конечно, существуют индивидуальные особенности, некоторые люди слышат частоты, несколько выходящие за этот диапазон, но для большинства такие звуки не слышны.

Колебания с более низкими частотами называются инфразвуком. Инфразвук могут слышать животные с большими размерами слухового анализатора – слоны или киты.

Звуковые колебания с частотами выше 20 кГц называются ультразвуком. Человек также не воспринимает ультразвук, однако, многие животные его способны слышать. Например, большинство собак хорошо слышат ультразвук частотой 30 кГц, некоторые особи слышат 50 кГц, а летучие мыши способны слышать ультразвук частотой свыше 100 кГц.

Рис. 2. Звук, ультразвук, инфразвук

Второй важной характеристикой звука является его сила. Поскольку чаще всего звук – это распространяющиеся уплотнения воздуха, можно выражать мощность звука в единицах давления. Однако, характер восприятия звука человеком нелинеен. На малых уровнях громкости хорошо слышна очень небольшая разница в давлениях. При больших же уровнях такая же разница становится незаметной. Поэтому для характеристики громкости звука используется логарифмическая шкала со специальными единицами – децибелами. Нулю децибел соответствует порог слышимости, 120 дб – болевой порог.

Рис. 3. Таблица звукового давления в Па и силы звука в дБ

Если звуковые колебания происходят по закону синуса, они называются гармоническими и воспринимаются нами, как «чистый», музыкальный звук. Музыкальные звуки, частоты которых относятся, как небольшие целые числа (1:2, 2:3 или 3:4) воспринимаются наиболее приятно, именно из них составляются музыкальные аккорды. Звуковые колебания не имеющие гармонического характера, и представляющие собой смесь самых разных частот называются шумом.

Что мы узнали?

Звуковые колебания – это механические колебания упругой среды, с частотами от 20 Гц до 20 кГц. Сила их измеряется в децибелах, и лежит в пределах от 0 дБ (предел слышимости) до 120 дБ (болевой предел).

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.8. Всего получено оценок: 5.

Предметы