Физические характеристики звука

а) Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях равна 330 м / с. Скорость звука в воде равна 1500 м / с; близкое значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма.

б) Интенсивность (I). Это энергетическая характеристика звука. По определению — это плотность потока энергии звуковой волны. Для уха человека важны два значения интенсивности (на частоте 1 кГц):

• порог слышимости — I₀ = 10 ^-12Вт/м²,

• порог болевого ощущения — I _макс = 10 Вт/м².

в) Звуковое давление. Распространение звуковой волны обусловливает возникновение звукового давления, которое является избыточным по отношению к среднему давлению в среде. Звуковое давление простого тона изменяется по гармоническому закону и характеризуется эффективным и амплитудным значениями

Физиологически звуковое давление проявляется как давление на барабанную перепонку. Для человека важны два значения этого параметра:

• эффективное звуковое давление на пороге слышимости — Р₀ = 2·10^-5Па;

• эффективное звуковое давление на пороге болевого ощущения — Р_макс =60 Па.

Между интенсивностью (I) и звуковым давлением (Р) существует связь, которая для плоской волны записывается так:

где р — плотность среды, v — скорость звука в среде.

г) Волновое сопротивление среды (R_а). Важнейшей характеристикой среды, определяющей условия отражения и преломления звука (как плоской волны) на ее границе, является волновое сопротивление, равное произведению плотности среды (р) на скорость распространения звука:

R_a=p·v. (12.34)

д) Уровень интенсивности. Наряду с интенсивностью звука используется и другая характеристика, называемая уровнем интенсивности. Уровень интенсивности (L) равен десятичному логарифму отношения интенсивности данного звука к интенсивности звука на пороге слышимости (I₀ = 10 ^-12Вт/м²):

Единицей измерения уровня интенсивности является бел [Б].

Логарифмический характер зависимости уровня интенсивности от самой интенсивности означает, что при увеличении интенсивности в 10 раз уровень возрастает на 1 Б.

На практике используют более мелкую единицу уровня интенсивности — децибел [дБ]: 1 дБ = 0,1Б (1 дБ соответствует двум уровням, интенсивности которых отличаются в 1,26 раза). Уровень интенсивности в децибелах выражается по следующим формулам:

При действии нескольких источников складываются мощности, т. е. интенсивности, а затем определяется уровень интенсивности результирующего сигнала.