המאפיינים הפיזיים של צליל בקצרה. נשמע

1. סאונד, סוגי סאונד.

2. מאפיינים פיזיים של צליל.

3. מאפייני תחושת השמיעה. מדידות קול.

4. מעבר סאונד דרך הממשק בין מדיה.

5. שיטות מחקר טובות.

6. גורמים הקובעים מניעת רעש. הגנת רעשים.

7. מושגי יסוד ונוסחאות. טבלאות.

8. משימות.

אֲקוּסְטִיקָה.במובן הרחב, ענף בפיזיקה החוקר גלים אלסטיים מהתדרים הנמוכים ביותר לגבוהים ביותר. במובן הצר - תורת הקול.

3.1. סאונד, סוגי סאונד

צליל במובן הרחב - רעידות אלסטיות וגלים המתפשטים בחומרים גזים, נוזליים ומוצקים; במובן הצר - תופעה הנתפסת באופן סובייקטיבי על ידי איברי השמיעה של בני אדם ובעלי חיים.

בדרך כלל, האוזן האנושית שומעת קול בטווח התדרים שבין 16 הרץ ל-20 קילו-הרץ. עם זאת, עם הגיל, הגבול העליון של טווח זה יורד:

צליל עם תדר מתחת 16-20 הרץ נקרא אינפרסאונד,מעל 20 קילו-הרץ -אולטרסאונד,והגלים האלסטיים בתדירות הגבוהה ביותר בטווח שבין 10 9 ל 10 12 הרץ - היפרסוני.

צלילים המצויים בטבע מתחלקים למספר סוגים.

טון -זה צליל שהוא תהליך תקופתי. המאפיין העיקרי של הטון הוא תדר. טון פשוטנוצר על ידי גוף הרוטט על פי חוק הרמוני (למשל מזלג כוונון). טון מורכבנוצר על ידי תנודות מחזוריות שאינן הרמוניות (לדוגמה, צליל של כלי נגינה, הצליל שנוצר על ידי מכשיר הדיבור האנושי).

רַעַשׁ- זהו צליל בעל תלות זמן מורכבת שאינה חוזרת על עצמה והוא שילוב של גוונים מורכבים המשתנים באקראי (רשרוש עלים).

בום על - קולי- זהו אפקט קול לטווח קצר (מחיאות כפיים, פיצוץ, מכה, רעם).

צליל מורכב, כתהליך תקופתי, יכול להיות מיוצג כסכום של צלילים פשוטים (המפורקים לטונים מרכיבים). פירוק כזה נקרא ספֵּקטרוּם.

ספקטרום צלילים אקוסטי- הוא מכלול כל התדרים שלו עם אינדיקציה של העוצמות או המשרעות היחסיות שלהם.

התדר הנמוך ביותר בספקטרום (ν) מתאים לצליל היסודי, והתדרים הנותרים נקראים צלילים על או הרמוניים. לצלילים העליונים יש תדרים שהם כפולות של התדר הבסיסי: 2v, 3v, 4v, ...

בדרך כלל המשרעת הגדולה ביותר של הספקטרום תואמת את הטון הבסיסי. הוא זה שנתפס על ידי האוזן כגובה הצליל (ראה להלן). צלילים מעלים יוצרים את ה"צבע" של הצליל. צלילים באותו גובה, שנוצרים על ידי כלים שונים, נתפסים בצורה שונה על ידי האוזן בדיוק בגלל היחס השונה בין אמפליטודות הצלילים העליונים. איור 3.1 מציג את הספקטרום של אותו תו (ν = 100 הרץ) המנוגן על הפסנתר והקלרינט.

אורז. 3.1.ספקטרה של תווי פסנתר (א) וקלרינט (ב).

הספקטרום האקוסטי של הרעש הוא מוצק.

3.2. מאפיינים פיזיים של צליל

1. מְהִירוּת(v). הקול עובר בכל מדיום מלבד ואקום. מהירות התפשטותו תלויה בגמישות, בצפיפות ובטמפרטורה של המדיום, אך אינה תלויה בתדר התנודה. מהירות הקול בגז תלויה במסה המולרית שלו (M) ובטמפרטורה המוחלטת (T):

מהירות הקול במים היא 1500 מ' לשנייה; למהירות הקול יש חשיבות דומה ברקמות הרכות של הגוף.

2. לחץ קול.התפשטות הקול מלווה בשינוי בלחץ בתווך (איור 3.2).

אורז. 3.2.שינוי בלחץ במדיום במהלך התפשטות הקול.

שינויי לחץ הם הגורמים לתנודות של הקרום התוף, אשר קובעים את תחילתו של תהליך מורכב כל כך כמו הופעת תחושות שמיעה.

לחץ קול (Δ Ρ) - זוהי המשרעת של אותם שינויים בלחץ במדיום המתרחשים במהלך מעבר של גל קול.

3. עוצמת קול(אני). התפשטות גל קול מלווה בהעברת אנרגיה.

עוצמת קולהיא צפיפות שטף האנרגיה הנישאת על ידי גל הקול(ראה נוסחה 2.5).

במדיום הומוגני, עוצמת הקול הנפלט בכיוון נתון יורדת עם המרחק ממקור הקול. בעת שימוש במובילי גל, ניתן להשיג גם עלייה בעוצמה. דוגמה טיפוסית למוביל גל כזה בחיות בר היא האפרכסת.

הקשר בין עוצמה (I) ולחץ קול (ΔΡ) מתבטא בנוסחה הבאה:

כאשר ρ היא צפיפות המדיום; vהיא מהירות הקול בו.

הערכים המינימליים של לחץ קול ועוצמת קול שבהם לאדם יש תחושות שמיעה נקראים סף שמיעה.

לאוזן של אדם ממוצע בתדר של 1 קילו-הרץ, סף השמיעה מתאים לערכים הבאים של לחץ קול (ΔΡ 0) ועוצמת קול (I 0):

ΔΡ 0 \u003d 3x10 -5 Pa (≈ 2x10 -7 מ"מ כספית); I 0 \u003d 10 -12 W / m 2.

הערכים של לחץ קול ועוצמת קול שבהם לאדם יש תחושות כאב בולטות נקראים סף כאב.

לאוזן של אדם ממוצע בתדר של 1 קילו-הרץ, סף הכאב מתאים לערכים הבאים של לחץ קול (ΔΡ m) ועוצמת קול (I m):

4. רמת אינטנסיביות(L). יחס העוצמות התואם לספי השמיעה והכאב הוא כה גדול (I m / I 0 = 10 13) עד שבפועל נעשה שימוש בסולם לוגריתמי, המציג מאפיין מיוחד חסר מימד - רמת עוצמה.

רמת העוצמה נקראת הלוגריתם העשרוני של היחס בין עוצמת הקול לסף השמיעה:

יחידת רמת העוצמה היא לבן(ב).

בדרך כלל משתמשים ביחידה קטנה יותר של רמת עוצמה - דֵצִיבֵּל(dB): 1 dB = 0.1 B. רמת העוצמה בדציבלים מחושבת באמצעות הנוסחאות הבאות:

האופי הלוגריתמי של התלות רמת עוצמהמ ה עָצמָהאומר שעם הגדלת עָצמָה 10 פעמים רמת עוצמהגדל ב-10 dB.

מאפיינים של צלילים שנתקלים לעתים קרובות מוצגים בטבלה. 3.1.

אם אדם שומע צלילים מגיעים מכיוון אחדמכמה מְבוּלבָּלמקורות, העוצמות שלהם מסתכמות:

רמה גבוהה של עוצמת קול מובילה לשינויים בלתי הפיכים במכשיר השמיעה. אז, צליל של 160 dB יכול לגרום לקרע בעור התוף ולעקירה של עצמות השמיעה באוזן התיכונה, מה שמוביל לחירשות בלתי הפיכה. ב-140 dB, אדם חש כאבים עזים, וחשיפה ממושכת לרעש ב-90-120 dB מובילה לפגיעה בעצב השמיעה.

3.3. מאפיינים של תחושת השמיעה. מדידות קול

צליל הוא מושא לתחושת השמיעה. זה מוערך באופן סובייקטיבי על ידי אדם. כל המאפיינים הסובייקטיביים של תחושת השמיעה קשורים למאפיינים האובייקטיביים של גל הקול.

גובה, טון

תופס צלילים, אדם מבדיל אותם לפי גובה הצליל והגוון.

גוֹבַההטון נקבע בעיקר על ידי התדר של הטון הבסיסי (ככל שהתדר גבוה יותר, כך הצליל הנתפס גבוה יותר). במידה פחותה, גובה הצליל תלוי בעוצמת הצליל (צליל בעוצמה גדולה יותר נתפס כנמוך יותר).

גָוֶןהוא מאפיין של תחושת צליל, אשר נקבעת על ידי הספקטרום ההרמוני שלה. הגוון של צליל תלוי במספר הצלילים העיליים ובעוצמתם היחסית.

חוק וובר-פכנר. עוצמת קול

השימוש בסולם לוגריתמי להערכת רמת עוצמת הצליל עולה בקנה אחד עם הפסיכופיזי חוק וובר-פכנר:

אם אתה מגביר את הגירוי באופן אקספוננציאלי (כלומר, אותו מספר פעמים), אז התחושה של גירוי זה עולה בהתקדמות אריתמטית (כלומר, באותה כמות).

לפונקציה הלוגריתמית יש תכונות כאלה.

עוצמת קולהמכונה עוצמת (חוזק) של תחושות שמיעה.

לאוזן האנושית יש רגישות שונה לצלילים בתדרים שונים. כדי לתת את הדעת על נסיבות אלה, אנו יכולים לבחור כמה תדירות התייחסותולהשוות איתו את התפיסה של תדרים אחרים. בהסכמה תדירות התייחסותנלקח שווה ל-1 kHz (מסיבה זו, סף השמיעה I 0 נקבע עבור תדר זה).

ל טון טהורעם תדר של 1 קילו-הרץ, העוצמה (E) נלקחת שווה לרמת העוצמה בדציבלים:

עבור תדרים אחרים, העוצמה נקבעת על ידי השוואת עוצמת תחושות השמיעה עם עוצמת הצליל בשעה תדירות התייחסות.

עוצמת קולשווה לרמת העוצמה של צליל (dB) בתדר של 1 קילו-הרץ, מה שגורם לאותה תחושת עוצמה באדם ה"ממוצע" כמו צליל זה.

יחידת העוצמה נקראת רקע כללי.

להלן דוגמה לעוצמה מול תדר ברמת עוצמה של 60 dB.

עקומות עוצמה שוות

הקשר המפורט בין תדירות, עוצמה ורמת עוצמה מתואר בצורה גרפית באמצעות עקומות עוצמה שוות(איור 3.3). עקומות אלה מראות תלות רמת עוצמה L dB של התדר ν של הצליל בעוצמת קול נתונה.

העקומה התחתונה תואמת סף השמיעה.זה מאפשר לך למצוא את ערך הסף של רמת העוצמה (E = 0) בתדר צליל נתון.

ניתן להשתמש בעקומות עוצמה שוות כדי למצוא עוצמת קול,אם תדירותו ורמת העוצמה שלו ידועות.

מדידות קול

עקומות עוצמה שוות משקפות את תפיסת הקול אדם ממוצע.להערכת שמיעה בֵּטוֹןשל אדם, נעשה שימוש בשיטת האודיומטריה של סף הטון.

אודיומטריה -שיטה למדידת חדות השמיעה. במכשיר מיוחד (אודיומטר), סף תחושת השמיעה נקבע, או סף תפיסה, L P בתדרים שונים. לשם כך, באמצעות מחולל צליל ליצור צליל בתדר נתון ולהגדיל את הרמה

אורז. 3.3.עקומות עוצמה שוות

עוצמה L, קבע את רמת הסף של עוצמה L p, שבה לנבדק יש תחושות שמיעה. על ידי שינוי תדר הצליל מתקבלת תלות ניסיונית L p (v), הנקראת אודיוגרמה (איור 3.4).

אורז. 3.4.אודיוגרמות

הפרה של הפונקציה של מכשיר קולט קול יכול להוביל אובדן שמיעה- ירידה מתמשכת ברגישות לטונים שונים ולדיבור לחישה.

הסיווג הבינלאומי של דרגות אובדן השמיעה, בהתבסס על הערכים הממוצעים של ספי התפיסה בתדרי הדיבור, ניתן בטבלה. 3.2.

כדי למדוד עוצמה טון מורכבאוֹ רַעַשׁלהשתמש במכשירים מיוחדים - מדי רמת קול.הצליל הנקלט במיקרופון מומר לאות חשמלי, המועבר דרך מערכת פילטרים. פרמטרי המסנן נבחרים כך שהרגישות של מד רמת הקול בתדרים שונים קרובה לרגישות האוזן האנושית.

3.4. מעבר הסאונד דרך הממשק

כאשר גל קול נופל על ממשק בין שני מדיות, הצליל מוחזר בחלקו ובחלקו חודר לתוך המדיום השני. עוצמות הגלים המוחזרים ומשודרים דרך הגבול נקבעות על ידי המקדמים המתאימים.

עם שכיחות נורמלית של גל קול בממשק בין מדיה, הנוסחאות הבאות תקפות:

ניתן לראות מנוסחה (3.9) שככל שעכבות הגלים של המדיה שונות יותר, כך משתקף שבריר האנרגיה בממשק גדול יותר. בפרט, אם הערך איקסקרוב לאפס, אז מקדם ההשתקפות קרוב לאחדות. לדוגמה, עבור גבול אוויר-מים איקס\u003d 3x10 -4, ו-r \u003d 99.88%. כלומר, ההשתקפות כמעט מלאה.

טבלה 3.3 מציגה את המהירויות והתנגדויות הגלים של חלק מהמדיה ב-20 מעלות צלזיוס.

שימו לב שהערכים של מקדמי ההשתקפות והשבירה אינם תלויים בסדר שבו הצליל עובר דרך מדיה אלו. לדוגמה, עבור מעבר צליל מאוויר למים, ערכי המקדמים זהים למעבר בכיוון ההפוך.

3.5. שיטות מחקר נכונות

צליל יכול להיות מקור מידע על מצבם של איברים אנושיים.

1. הַאֲזָנָה- האזנה ישירה לצלילים המופיעים בתוך הגוף. מטבעם של צלילים כאלה, ניתן לקבוע בדיוק אילו תהליכים מתרחשים באזור נתון בגוף, ובמקרים מסוימים לקבוע אבחנה. מכשירי האזנה: סטטוסקופ, טלפון.

הפוננדוסקופ מורכב מקפסולה חלולה עם קרום משדר, אשר מונחת על הגוף, צינורות גומי עוברים ממנה אל אוזנו של הרופא. בקפסולה חלולה מתרחשת תהודה של עמוד האוויר, הגורמת לעלייה בצליל וכתוצאה מכך לשיפור בהאזנה. נשמעים קולות נשימה, צפצופים, קולות לב, רשרוש בלב.

המרפאה עושה שימוש במתקנים בהם מתבצעת ההאזנה באמצעות מיקרופון ורמקול. רָחָב

משמש להקלטת צלילים באמצעות רשמקול על סרט מגנטי, המאפשר לשחזר אותם.

2. פונוקרדיוגרפיה- רישום גרפי של טונים ורעשים של הלב ופרשנותם האבחנתית. ההקלטה מתבצעת באמצעות פונוקרדיוגרף המורכב ממיקרופון, מגבר, מסנני תדרים ומכשיר הקלטה.

3. כלי הקשה -לימוד איברים פנימיים על ידי הקשה על פני הגוף וניתוח הקולות שעולים במהלך זה. ההקשה מתבצעת או בעזרת פטישים מיוחדים, או בעזרת אצבעות.

אם נגרמות רעידות קול בחלל סגור, אז בתדירות מסוימת של צליל, האוויר בחלל יתחיל להדהד, ויגביר את הטון התואם לגודל החלל ולמיקומו. באופן סכמטי, גוף האדם יכול להיות מיוצג על ידי סכום של נפחים שונים: מלא גז (ריאות), נוזל (איברים פנימיים), מוצק (עצמות). כאשר פוגעים במשטח הגוף מתרחשות רעידות בתדרים שונים. חלק מהם ייצאו. אחרים יעלו בקנה אחד עם התדרים הטבעיים של החללים, ולכן הם יוגברו, ובשל תהודה, יהיו נשמעים. המצב והטופוגרפיה של העוגב נקבעים על פי הטון של צלילי הקשה.

3.6. גורמים הקובעים מניעת רעש.

הגנת רעשים

כדי למנוע רעש, יש צורך להכיר את הגורמים העיקריים הקובעים את השפעתו על גוף האדם: קרבתו של מקור הרעש, עוצמת הרעש, משך החשיפה, המרחב המצומצם בו פועל הרעש.

חשיפה ממושכת לרעש גורמת למכלול סימפטומטי מורכב של שינויים תפקודיים ואורגניים בגוף (ולא רק באיבר השמיעה).

השפעת הרעש הממושך על מערכת העצבים המרכזית מתבטאת בהאטה של ​​כל התגובות העצבים, הפחתת זמן הקשב הפעיל וירידה ביכולת העבודה.

לאחר חשיפה ממושכת לרעש, קצב הנשימה, קצב התכווצויות הלב משתנה, ישנה עלייה בטונוס של מערכת כלי הדם, מה שמוביל לעלייה בסיסטולי ובדיאסטולי.

רמת לחץ הדם הקלה. הפעילות המוטורית וההפרשה של מערכת העיכול משתנה, נצפית הפרשת יתר של בלוטות אנדוקריניות בודדות. יש עלייה בהזעה. דיכוי של תפקודים נפשיים, במיוחד זיכרון, הוא ציין.

לרעש יש השפעה ספציפית על תפקודי איבר השמיעה. האוזן, כמו כל איברי החישה, מסוגלת להסתגל לרעש. במקביל, בהשפעת רעש, סף השמיעה עולה ב-10-15 dB. לאחר הפסקת החשיפה לרעש, הערך התקין של סף השמיעה משוחזר רק לאחר 3-5 דקות. ברמת עוצמת רעש גבוהה (80-90 dB), האפקט המעייף שלו מתגבר באופן דרמטי. אחת הצורות של תפקוד לקוי של איבר השמיעה הקשורות לחשיפה ממושכת לרעש היא אובדן שמיעה (טבלה 3.2).

למוזיקת ​​רוק יש השפעה חזקה הן על המצב הגופני והן הפסיכולוגי של האדם. מוזיקת ​​רוק מודרנית יוצרת רעש בטווחים שבין 10 הרץ ל-80 קילו-הרץ. זה הוכח בניסוי שאם לקצב הראשי שנקבע על ידי כלי הקשה יש תדר של 1.5 הרץ ויש לו ליווי מוזיקלי חזק בתדרים של 15-30 הרץ, אז אדם מתרגש מאוד. עם קצב בתדר של 2 הרץ, עם אותו ליווי, אדם נופל למצב קרוב לשיכרון סמים. בקונצרטי רוק, עוצמת הצליל יכולה לעלות על 120 dB, אם כי האוזן האנושית מכוונת בצורה הטובה ביותר לעוצמה ממוצעת של 55 dB. במקרה זה, עלולים להתרחש חבלות קול, "צריבות", אובדן שמיעה ואובדן זיכרון.

לרעש יש השפעה מזיקה על איבר הראייה. כך, חשיפה ממושכת לרעש תעשייתי על אדם בחדר חשוך מביאה לירידה ניכרת בפעילות הרשתית, בה תלויה עבודת עצב הראייה, ומכאן לחדות הראייה.

הגנת רעש היא די קשה. זאת בשל העובדה שבגלל אורך הגל הגדול יחסית, הקול עובר סביב מכשולים (דיפרקציה) ולא נוצר צל קול (איור 3.5).

בנוסף, חומרים רבים המשמשים בבנייה והנדסה הם בעלי מקדם בליעת קול לא גבוה מספיק.

אורז. 3.5.עקיפה של גלי קול

מאפיינים אלו דורשים אמצעים מיוחדים לשליטה ברעש, הכוללים דיכוי רעשים המתרחשים במקור עצמו, שימוש במשתיקי קול, שימוש במתלים אלסטיים, חומרים אטומים לרעש, ביטול פערים וכו'.

כדי להילחם ברעש החודר למגורים, יש חשיבות רבה לתכנון נכון של מיקום המבנים, תוך התחשבות בשושנה הרוחות, ויצירת אזורי הגנה, כולל צמחייה. צמחים הם משכך רעש טוב. עצים ושיחים יכולים להפחית את רמת העוצמה ב-5-20 dB. פסים ירוקים יעילים בין המדרכה למדרכה. הרעש עדיף לכבות על ידי lindens ואשוחים. ניתן לחסוך כמעט לחלוטין את הבתים הממוקמים מאחורי מחסום מחטניים גבוה מרעשי רחוב.

המאבק ברעש אינו מרמז על יצירת שקט מוחלט, שכן בהיעדר ארוך של תחושות שמיעה, אדם עלול לחוות הפרעות נפשיות. שקט מוחלט ורעש מוגבר ממושך הם לא טבעיים באותה מידה עבור אדם.

3.7. מושגי יסוד ונוסחאות. שולחנות

המשך טבלה

סוף הטבלה

טבלה 3.1.מאפיינים של צלילים נתקלים

טבלה 3.2.סיווג בינלאומי של אובדן שמיעה

טבלה 3.3.מהירות הקול והתנגדות אקוסטית ספציפית עבור חומרים מסוימים ורקמות אנושיות ב-t = 25 מעלות צלזיוס

3.8. משימות

1. הצליל, התואם את רמת העוצמה L 1 = 50 dB ברחוב, נשמע בחדר כמו הקול ברמת העוצמה L 2 = 30 dB. מצא את היחס בין עוצמות הקול ברחוב ובחדר.

2. רמת עוצמת הקול של צליל בתדר של 5000 הרץ שווה ל-E = 50 phon. מצא את עוצמת הצליל הזה באמצעות עקומות בעוצמה שווה.

פִּתָרוֹן

מאיור 3.2 אנו מוצאים כי בתדר של 5000 הרץ עוצמה E = 50 רקע מתאים לרמת עוצמה L = 47 dB = 4.7 B. מנוסחה 3.4 אנו מוצאים: I = 10 4.7 I 0 = 510 -8 W / m 2 .

תשובה: I \u003d 5? 10 -8 W / m 2.

3. המאוורר יוצר צליל שרמת העוצמה שלו היא L = 60 dB. מצא את רמת עוצמת הקול כאשר שני מאווררים סמוכים פועלים.

פִּתָרוֹן

L 2 = log(2x10 L) = log2 + L = 0.3 + 6B = 63 dB (ראה 3.6). תשובה: L 2 = 63 dB.

4. רמת הקול של מטוס סילון במרחק של 30 מ' ממנו היא 140 dB. מהי עוצמת הקול במרחק של 300 מ'? התעלם מההשתקפות מהקרקע.

פִּתָרוֹן

העוצמה יורדת ביחס לריבוע המרחק - היא יורדת בפקטור של 102. L 1 - L 2 \u003d 10xlg (I 1 / I 2) \u003d 10x2 \u003d 20 dB. תשובה: L 2 = 120 dB.

5. היחס בין העוצמות של שני מקורות קול הוא: I 2 /I 1 = 2. מה ההבדל בין רמות העוצמה של הצלילים הללו?

פִּתָרוֹן

ΔL \u003d 10xlg (I 2 / I 0) - 10xlg (I 1 / I 0) \u003d 10xlg (I 2 / I 1) \u003d 10xlg2 \u003d 3 dB. תשובה: 3 dB.

6. מהי רמת העוצמה של צליל 100 הרץ בעל אותה עוצמה כמו צליל 3 קילו הרץ בעוצמה

פִּתָרוֹן

באמצעות עקומות של עוצמה שווה (איור 3.3), אנו מוצאים ש-25 dB בתדר של 3 קילו-הרץ מקביל לעוצמה של 30 פון. בתדר של 100 הרץ, עוצמת קול זו תואמת לרמת עוצמה של 65 dB.

תשובה: 65 dB.

7. משרעת גל הקול גדלה פי שלושה. א) כמה עלתה עוצמתו? ב) בכמה דציבלים גדל הווליום?

פִּתָרוֹן

העוצמה פרופורציונלית לריבוע האמפליטודה (ראה 3.6):

8. בחדר המעבדה הממוקם בבית המלאכה הגיעה עוצמת הרעש ל-80 dB. על מנת להפחית את הרעש, הוחלט לרפד את קירות המעבדה בחומר סופג קול, המפחית את עוצמת הקול פי 1500. איזו רמת עוצמת הרעש תהפוך לאחר מכן במעבדה?

פִּתָרוֹן

רמת עוצמת הקול בדציבלים: L = 10 איקס log(I/I 0). כאשר עוצמת הצליל משתנה, השינוי ברמת עוצמת הצליל יהיה שווה ל:

9. העכבות של שתי המדיה נבדלות בפקטור של 2: R 2 = 2R 1 . איזה חלק מהאנרגיה משתקף מהממשק ואיזה חלק מהאנרגיה עובר למדיום השני?

פִּתָרוֹן

באמצעות נוסחאות (3.8 ו-3.9) אנו מוצאים:

תשובה: 1/9חלק מהאנרגיה מוחזר, ו-8/9 עובר למדיום השני.

נשמע- תנודות בטווח התדרים של שמיעה אנושית, מתפשטות בצורה של גלים במדיה אלסטית. רַעַשׁ - שילוב אקראי של צלילים בעלי חוזק ותדר שונה. מקור הרעש הוא כל תהליך הגורם לשינוי מקומי בלחץ או תנודות מכניות במדיה מוצקה, נוזלית וגזי.

תחושות קול נתפסות על ידי איברי השמיעה האנושיים כאשר הם נחשפים לגלי קול בתדר בטווח שבין 16 הרץ ל-20 אלף הרץ. רעידות מתחת ל-16 הרץ נקראות אינפרסאונד, ואלו שמעל 20,000 הרץ נקראות אולטרסאונד.

ייתכן שמקור הרעש הואמכני, אווירו הידרודינמי ואלקטרומגנטי.

רעש מכנימתרחשת כתוצאה מזעזועים בחלקים המפרקים של מכונות, רטט שלהם, במהלך עיבוד חלקים, בגלגלי שיניים במיסבים מתגלגלים וכו'. עוצמת קרינת הקול של משטח רוטט תלוי בעוצמת התנודות של המשטחים הרוטטים, גדליהם, צורותיהם, שיטות ההידוק וכו'.

רעש אירו הידרודינמימופיע כתוצאה מפעימת לחץ בגזים ובנוזלים במהלך תנועתם בצנרת ובתעלות (מכונות טורבו, יחידות שאיבה, מערכות אוורור וכו').

רעש אלקטרומגנטיהוא תוצאה של מתיחה וכיפוף של חומרים פרומגנטיים כאשר הם נחשפים לשדות אלקטרומגנטיים מתחלפים (מכונות חשמליות, שנאים, משנקים וכו').

השפעת הרעש על בני אדם באה לידי ביטוימגירוי סובייקטיבי לשינויים פתולוגיים אובייקטיביים בתפקוד אברי השמיעה, מערכת העצבים המרכזית, מערכת הלב וכלי הדם והאיברים הפנימיים.

אופי השפעת הרעש נובעהמאפיינים הפיזיים שלו (רמה, הרכב ספקטרלי וכו'), משך החשיפה והמצב הפסיכו-פיזיולוגי של אדם.

מופחת על ידי רעשתשומת לב, ביצועים. רעש מטריד את השינה והמנוחה של אנשים.

כל מגוון ההפרעות הנוירוטיות והקרדיולוגיות, הפרעות במערכת העיכול, השמיעה וכו' המתרחשות בהשפעת רעש, משולב למכלול סימפטומים של "מחלת רעש" .

מנקודת מבט פיזית, צליל מאופיין תדר רטט, לחץ קול, עוצמת או עוצמת הקול.בהתאם לכללים ולנורמות התברואתיות 2.2.4 / 2.1.8.10-32-2002 "רעש במקומות עבודה, בחצרים של מגורים, מבני ציבור ובשטח פיתוח מגורים", מאפייני הרעש העיקריים הם תדר רטט, לחץ קול ורמת קול.

לחץ קול ר(Pa) - מרכיב משתנה של לחץ אוויר או גז הנובע מרעידות קול, Pa.

כאשר גל קול מתפשט, אנרגיה מועברת. האנרגיה הנישאת על ידי גל קול ליחידת זמן דרך משטח המאונך לכיוון התפשטות הגל נקראת עוצמת הקול אני(W/m2) :

,

איפה ר– לחץ קול, Pa; ρ – צפיפות מדיום התפשטות קול, ק"ג/מ"ר; C היא מהירות הקול באוויר, m/s.

למכשיר השמיעה האנושי יש רגישות לא שווה לצלילים בתדרים שונים. איבר השמיעה האנושי מסוגל לתפוס תנודות קול בטווח מסוים של עוצמות, המוגבלים על ידי סף עליון ותחתון, בהתאם לתדר הצליל (איור 1).

סף שמיעהיש ערך מינימלי בערך 1000 הרץ. עוצמה או חוזק של צליל אני oזה שווה ל 10 -12 W / m 2, ובמונחים של לחץ קול P o– 2x10 -5 פא. סף כאב בתדר של 1000 הרץ בעוצמה אני מקסימוםשווה ל-10 W/m 2, ומבחינת לחץ קול - R מקסימום\u003d 2x10 -5 Pa. לכן, עבור התייחסותמתקבל צליל בתדר של 1000 הרץ. בין סף השמיעה לסף הכאב נמצא אזור שמיעה .

האוזן האנושית מגיבה לא לשינוי מוחלט, אלא לשינוי יחסי בצליל. על פי חוק ובר-פכנר, ההשפעה המעצבנת של רעש על אדם היא פרופורציונלית ללוגריתם העשרוני של ריבוע לחץ הקול. לכן, רמות לוגריתמיות משמשות לאפיון רעש:

רמת עוצמת הקול ל אניורמת לחץ קול ל.פ.הם נמדדים בדציבלים ונקבעים בהתאם לפי הנוסחאות:

,dB,

,dB,

איפה אניו יו-עוצמת צליל בפועל וסף, בהתאמה, W/m 2 ; רו R o- לחץ קול בפועל וסף בהתאמה, Pa.

יחידת מידה לבןנקרא על שמו אלכסנדרה גרהם בל- מדען, ממציא ואיש עסקים ממוצא סקוטי, ממייסדי הטלפוניה (Eng. אלכסנדר גרהם בל; 3 במרץ 1847 (18470303), אדינבורו, סקוטלנד - 2 באוגוסט 1922, באדק, נובה סקוטיה, קנדה).

איור 1. אזור התפיסה השמיעתית האנושית

בל אחד הוא ערך קטן במיוחד, שינוי בעוצמת הקול בקושי מורגש מתאים ל-1 dB (מתאים לשינוי בעוצמת הקול ב-26% או ללחץ הקול ב-12%).

הסולם הלוגריתמי ב-dB (0...140) מאפשר לקבוע מאפיין פיזי בלבד של הרעש, ללא תלות בתדר. יחד עם זאת, הרגישות הגבוהה ביותר של מכשיר השמיעה האנושי מתרחשת בתדרים של 800...1000 הרץ, והנמוכה ביותר ב-20...100 הרץ. לכן, על מנת לקרב את התוצאות של מדידות סובייקטיביות לתפיסה סובייקטיבית, המושג רמת לחץ קול מתוקנת. מהות התיקון היא הכנסת תיקונים לערך הנמדד של רמת לחץ הקול בהתאם לתדר. הכי שימוש בתיקון אבל.רמת לחץ קול מתוקנת L A \u003d L P - ΔL Aשקוראים לו רמת קול.

התלמיד חייב לדעת : מה שנקרא צליל, טבע הצליל, מקורות הצליל; מאפיינים פיזיים של צליל (תדירות, משרעת, מהירות, עוצמה, רמת עוצמה, לחץ, ספקטרום אקוסטי); מאפיינים פיזיולוגיים של צליל (גובה, עוצמה, גוון, תדרי רטט מינימליים ומקסימליים הנתפסים על ידי אדם נתון, סף השמיעה, סף כאב) הקשר שלהם עם המאפיינים הפיזיים של הצליל; מכשיר שמיעה אנושי, התיאוריה של תפיסת קול; מקדם בידוד קול; עכבה אקוסטית, בליעה והחזרה של קול, מקדמי השתקפות וחדירה של גלי קול, הדהוד; יסודות פיזיים של שיטות מחקר קוליות בקליניקה, מושג האודיומטריה.

על התלמיד להיות מסוגל: באמצעות מחולל קול, הסר את התלות של סף השמיעה בתדר; קבע את תדרי הרטט המינימליים והמקסימליים הנתפסים על ידך, קח אודיוגרמה באמצעות אודיומטר.

תיאוריה קצרה של סאונד. מאפיינים פיזיים של צליל

נשמענקראים גלים מכניים עם תדירות תנודה של חלקיקים של תווך אלסטי מ-20 הרץ עד 20,000 הרץ, הנתפסים על ידי האוזן האנושית.

גוּפָנִישם את המאפיינים של הצליל הקיימים באופן אובייקטיבי. הם אינם קשורים למוזרויות של התחושה האנושית של תנודות קול. המאפיינים הפיזיים של הקול כוללים תדר, משרעת של רעידות, עוצמה, רמת עוצמה, מהירות התפשטות של רעידות קול, לחץ קול, ספקטרום אקוסטי של קול, מקדמי השתקפות וחדירה של רעידות קול וכו'. הבה נשקול אותם בקצרה.

תדירות תנודות. תדירות רעידות הקול היא מספר התנודות של חלקיקים של תווך אלסטי (שבהם מתפשטות רעידות קול) ליחידת זמן. תדירות רעידות הקול היא בטווח של 20 - 20000 הרץ. כל אדם ספציפי תופס טווח מסוים של תדרים (בדרך כלל מעט מעל 20 הרץ ומתחת ל-20,000 הרץ).

אמפליטודהרטט קול נקרא הסטייה הגדולה ביותר של החלקיקים המתנודדים של המדיום (בו רטט הקול מתפשט) ממיקום שיווי המשקל.

עוצמת גלי הקול(אוֹ כוח צליל) היא כמות פיזיקלית שווה מספרית ליחס האנרגיה שנישאת גל קול ליחידת זמן דרך יחידת שטח של פני השטח בכיוון מאונך לוקטור מהירות גלי הקול, כלומר:

איפה W- אנרגיית גל, טהוא זמן העברת האנרגיה דרך האזור ס.

יחידת עוצמה: [ אני] = 1J/(מ 2 ג) = 1W/m 2 .

הבה נשים לב לעובדה שהאנרגיה ובהתאם לכך עוצמת גל הקול עומדים ביחס ישר לריבוע המשרעת " אבל» ותדירות « ω » רעידות קול:

W~A 2 ו I~A 2 ;w~ω 2 ו אני ~ω 2 .

4. מהירות הקולנקרא מהירות ההתפשטות של אנרגיית תנודות הקול. עבור גל הרמוני מישורי, מהירות הפאזה (מהירות ההתפשטות של שלב התנודה (חזית הגל), למשל, מקסימום או מינימום, כלומר, חבורה או ספיגה של המדיום) שווה למהירות הגל. עבור תנודה מורכבת (לפי משפט פורייה, ניתן לייצג אותה כסכום של תנודות הרמוניות), המושג מוצג מהירות הקבוצההיא מהירות ההתפשטות של קבוצת גלים שאיתם מועברת אנרגיה על ידי גל נתון.

מהירות הקול בכל סביבה ניתן למצוא באמצעות הנוסחה:

, (2)

איפה ה- מודול האלסטיות של המדיום (מודול יאנג),  היא הצפיפות של המדיום.

עם עלייה בצפיפות המדיום (לדוגמה, פי 2), מודול האלסטיות העולה במידה רבה יותר (יותר מפי 2), לכן, עם עלייה בצפיפות המדיום, מהירות הקול עולה. לדוגמה, מהירות הקול במים היא ≈ 1500 m/s, בפלדה - 8000 m/s.

עבור גזים, ניתן לשנות ולהשיג את הנוסחה (2) בצורה הבאה:

(3)

שבו  = מ ר /מ Vהוא היחס בין יכולות החום הטוחנות או הספציפיות של גז בלחץ קבוע ( מ ר) ובנפח קבוע ( מ V).

רהוא קבוע הגז האוניברסלי ( R=8.31 ​​J/mol K);

ט- טמפרטורה מוחלטת בסולם קלווין ( T=t o C+273);

M- מסה מולרית של גז (עבור תערובת רגילה של גזי אוויר

M=29 10 -3 ק"ג/מול).

לאוויר ב T=273Kולחץ אטמוספרי רגיל, מהירות הקול היא υ=331.5 332 מ"ש. יש לציין כי עוצמת הגל (כמות וקטור) מתבטאת לרוב במונחים של מהירות גל :

אוֹ
, (4)

איפה ס ל- כרך, u=W/S להיא צפיפות האנרגיה הנפחית. וֶקטוֹר במשוואה (4) נקרא וקטור Umov.

5.לחץ קולהמכונה כמות פיזיקלית, שווה מספרית ליחס בין מודול כוח הלחץ וחלקיקים מתנודדים של המדיום בו מתפשט הקול לאזור ספלטפורמה מכוונת בניצב ביחס לווקטור כוח הלחץ.

P=F/S [פ]= 1N/m 2 = 1Pa (5)

עוצמתו של גל קול עומדת ביחס ישר לריבוע לחץ הקול:

אני = P 2 /(2  υ) , (7)

איפה ר- לחץ קול,  - צפיפות בינונית, υ היא מהירות הקול במדיום נתון.

6.רמת אינטנסיביות. רמת העוצמה (רמת עוצמת הקול) היא כמות פיזית השווה מספרית ל:

L=lg(I/I 0 ) , (8)

איפה אני- עוצמת קול, אני 0 =10 -12 W/m 2 - העוצמה הנמוכה ביותר שנתפסת על ידי האוזן האנושית בתדר של 1000 הרץ.

רמת אינטנסיביות ל, המבוסס על נוסחה (8), נמדדים ב-bels ( ב). L = 1 B, אם I=10I 0 .

עוצמה מרבית הנתפסת על ידי האוזן האנושית אני מקסימום = 10 ואט/מ' 2 , כלומר אני מקסימום / אני 0 =10 13 אוֹ ל מקסימום =13 ב.

לעתים קרובות יותר, רמת העוצמה נמדדת בדציבלים ( dB):

ל dB =10 lg(I/I 0 ) ,L=1dB בְּ- I=1.26I 0 .

ניתן למצוא את רמת עוצמת הקול באמצעות לחץ קול.

כי אני~ ר 2 , לאחר מכן L(dB) = 10lg(I/I 0 ) = 10 log(P/P 0 ) 2 = 20 log(P/P 0 ) , איפה פ 0 = 2  10 -5 אבא (אצלי 0 =10 -12 W/m 2 ).

7.טוֹןנקרא צליל, שהוא תהליך מחזורי (תנודות מחזוריות של מקור קול אינן בהכרח מבוצעות על פי חוק הרמוני). אם מקור הצליל עושה תנודה הרמונית x=ASinωt, אז נקרא הצליל הזה פָּשׁוּטאוֹ לְנַקוֹתטוֹן. תנודה מחזורית לא הרמונית מתאימה לטון מורכב, שעל פי משפט פורייה, ניתן לייצג אותו כקבוצה של צלילים פשוטים עם תדרים  על אודות(טון בסיסי) ו 2  על אודות , 3  על אודותוכו', נקרא צלילים עילייםעם אמפליטודות מתאימות.

8.ספקטרום אקוסטיצליל הוא קבוצה של רעידות הרמוניות עם התדרים והמשרעות התואמים של רעידות, שלתוכם ניתן לפרק טון מורכב נתון. ספקטרום הצלילים המורכב מרופד, כלומר. תדרים  על אודות, 2  על אודותוכו '

9. רַעַשׁ (רעש קול ) נקרא צליל, שהוא תנודות מורכבות שאינן חוזרות בזמן של חלקיקים של תווך אלסטי. רעש הוא שילוב של גוונים מורכבים המשתנים באקראי. הספקטרום האקוסטי של הרעש מורכב כמעט מכל תדר בטווח האודיו, כלומר. הספקטרום האקוסטי של הרעש הוא רציף.

הצליל יכול להיות גם בצורה של בום קולי. בום על - קולי- זהו אפקט קול קצר טווח (בדרך כלל אינטנסיבי) (מחיאות כפיים, פיצוץ וכו').

10.מקדמי חדירה והשתקפות של גל קול.מאפיין חשוב של המדיום שקובע את השתקפות וחדירת הקול הוא התנגדות הגלים (עכבה אקוסטית) Z= υ , איפה  - צפיפות בינונית, υ היא מהירות הקול במדיום.

אם גל מישור נופל, למשל, בדרך כלל לממשק בין שני מדיה, אז הצליל עובר חלקית למדיום השני, וחלק מהקול מוחזר. אם עוצמת הקול יורדת אני 1 , עובר - אני 2 , משתקף אני 3 =אני 1 - אני 2 , לאחר מכן:

1) מקדם חדירת גלי קול  שקוראים לו  =אני 2 /אני 1 ;

2) מקדם השתקפות  שקוראים לו:

= אני 3 /אני 1 =(אני 1 -אני 2 )/ אני 1 =1-I 2 /אני 1 =1-  .

ריילי הראה את זה  =

אם υ 1  1 = υ 2  2 , לאחר מכן  =1 (ערך מרבי), בעוד  =0 , כלומר הגל המוחזר נעדר.

אם ז 2 >> ז 1 אוֹ υ 2  2 >> υ 1  1 , לאחר מכן   4 υ 1  1 / υ 2  2 . לדוגמה, אם צליל עובר מהאוויר למים, אז  =4(440/1440000)=0,00122 אוֹ 0,122% עוצמת קול האירוע חודרת מהאוויר למים.

11. מושג הדהוד. מה זה ריוורב? בחדר סגור הקול מוחזר שוב ושוב מהתקרה, הקירות, הרצפה וכו' בעוצמה הולכת ופוחתת. לכן, לאחר סיום מקור הקול, נשמע קול במשך זמן מה עקב השתקפויות מרובות (זמזום).

הדהודנקרא תהליך של הנחתה הדרגתית של קול בחללים סגורים לאחר הפסקת הקרינה על ידי מקור גלי קול. זמן הדהודנקרא הזמן שבו עוצמת הצליל במהלך הדהוד יורדת פי 10 6. בעת עיצוב כיתות, אולמות קונצרטים וכו'. לקחת בחשבון את הצורך להשיג זמן מסוים (מרווח זמן) של הדהוד. כך, למשל, עבור אולם העמודות של בית האיגודים ותיאטרון הבולשוי של מוסקבה, זמן ההדהוד עבור חדרים ריקים הוא 4.55 שניות ו-2.05 שניות בהתאמה, עבור מלאים - 1.70 שניות ו-1.55 שניות.

מעבדה מס' 5

אודיומטריה

התלמיד חייב לדעת: מה שנקרא צליל, טבע הצליל, מקורות הצליל; מאפיינים פיזיים של צליל (תדירות, משרעת, מהירות, עוצמה, רמת עוצמה, לחץ, ספקטרום אקוסטי); מאפיינים פיזיולוגיים של צליל (גובה, עוצמה, גוון, תדרי רטט מינימליים ומקסימליים הנתפסים על ידי אדם נתון, סף השמיעה, סף כאב) הקשר שלהם עם המאפיינים הפיזיים של הצליל; מכשיר שמיעה אנושי, התיאוריה של תפיסת קול; מקדם בידוד קול; עכבה אקוסטית, בליעה והחזרה של קול, מקדמי השתקפות וחדירה של גלי קול, הדהוד; יסודות פיזיים של שיטות מחקר קוליות בקליניקה, מושג האודיומטריה.

על התלמיד להיות מסוגל: באמצעות מחולל קול, הסר את התלות של סף השמיעה בתדר; קבע את תדרי הרטט המינימליים והמקסימליים הנתפסים על ידך, קח אודיוגרמה באמצעות אודיומטר.

תיאוריה קצרה

נשמע. מאפיינים פיזיים של צליל.

נשמענקראים גלים מכניים עם תדירות תנודה של חלקיקים של תווך אלסטי מ-20 הרץ עד 20,000 הרץ, הנתפסים על ידי האוזן האנושית.

גוּפָנִישם את המאפיינים של הצליל הקיימים באופן אובייקטיבי. הם אינם קשורים למוזרויות של התחושה האנושית של תנודות קול. המאפיינים הפיזיים של הקול כוללים תדר, משרעת של רעידות, עוצמה, רמת עוצמה, מהירות התפשטות של רעידות קול, לחץ קול, ספקטרום אקוסטי של קול, מקדמי השתקפות וחדירה של רעידות קול וכו'. הבה נשקול אותם בקצרה.

1. תדירות תנודות. תדירות רעידות הקול היא מספר התנודות של חלקיקים של תווך אלסטי (שבהם מתפשטות רעידות קול) ליחידת זמן. תדירות רעידות הקול היא בטווח של 20 - 20000 הרץ. כל אדם ספציפי תופס טווח מסוים של תדרים (בדרך כלל מעט מעל 20 הרץ ומתחת ל-20,000 הרץ).

2. אמפליטודהרטט קול נקרא הסטייה הגדולה ביותר של החלקיקים המתנודדים של המדיום (בו רטט הקול מתפשט) ממצב שיווי המשקל.

3. עוצמת גלי הקול(אוֹ כוח צליל) היא כמות פיזיקלית שווה מספרית ליחס האנרגיה שנישאת גל קול ליחידת זמן דרך יחידת שטח של פני השטח בכיוון מאונך לוקטור מהירות גלי הקול, כלומר:

איפה W- אנרגיית גל, טהוא זמן העברת האנרגיה דרך האזור ס.

יחידת עוצמה: [ אני] \u003d 1J / (m 2 s) \u003d 1W / m 2.

הבה נשים לב לעובדה שהאנרגיה ובהתאם לכך עוצמת גל הקול עומדים ביחס ישר לריבוע המשרעת " אבל» ותדירות « ω » רעידות קול:

W~A2ו I~A2 ; W ~ ω 2ו I ~ ω 2.

4. מהירות הקולנקרא מהירות ההתפשטות של אנרגיית תנודות הקול. עבור גל הרמוני מישורי, מהירות הפאזה (מהירות ההתפשטות של שלב התנודה (חזית הגל), למשל, מקסימום או מינימום, כלומר, חבורה או ספיגה של המדיום) שווה למהירות הגל. עבור תנודה מורכבת (לפי משפט פורייה, ניתן לייצג אותה כסכום של תנודות הרמוניות), המושג מוצג. מהירות הקבוצההיא מהירות ההתפשטות של קבוצת גלים שאיתם מועברת אנרגיה על ידי גל נתון.

ניתן למצוא את מהירות הקול בכל מדיום על ידי הנוסחה:

איפה ה- מודול האלסטיות של המדיום (מודול יאנג), רהיא הצפיפות של המדיום.

עם עלייה בצפיפות המדיום (לדוגמה, פי 2), מודול האלסטיות העולה במידה רבה יותר (יותר מפי 2), לכן, עם עלייה בצפיפות המדיום, מהירות הקול עולה. לדוגמה, מהירות הקול במים היא ≈ 1500 m/s, בפלדה - 8000 m/s.

עבור גזים, ניתן לשנות ולהשיג את הנוסחה (2) בצורה הבאה:

(3)

כאשר g = C R /קו"חהוא היחס בין יכולות החום הטוחנות או הספציפיות של גז בלחץ קבוע ( C R) ובנפח קבוע ( קו"ח).

רהוא קבוע הגז האוניברסלי ( R=8.31 ​​J/mol K);

ט- טמפרטורה מוחלטת בסולם קלווין ( T=t o C+273);

M- מסה מולרית של גז (עבור תערובת רגילה של גזי אוויר

М=29×10 -3 ק"ג/מול).

לאוויר ב T=273Kולחץ אטמוספרי רגיל, מהירות הקול היא υ=331.5 » 332 m/s. יש לציין כי עוצמת הגל (כמות וקטור) מתבטאת לרוב במונחים של מהירות גל:

או ,(4)

איפה S×l- כרך, u=W/ S×lהיא צפיפות האנרגיה הנפחית. הווקטור במשוואה (4) נקרא וקטור Umov.

5.לחץ קולהמכונה כמות פיזיקלית, שווה מספרית ליחס בין מודול כוח הלחץ וחלקיקים מתנודדים של המדיום בו מתפשט הקול לאזור ספלטפורמה מכוונת בניצב ביחס לווקטור כוח הלחץ.

P=F/S [פ]= 1N / m 2 \u003d 1Pa (5)

עוצמתו של גל קול עומדת ביחס ישר לריבוע לחץ הקול:

I \u003d P 2 / (2r υ), (7)

איפה ר- לחץ קול, ר- צפיפות בינונית, υ היא מהירות הקול במדיום נתון.

6.רמת אינטנסיביות. רמת העוצמה (רמת עוצמת הקול) היא כמות פיזית השווה מספרית ל:

L=lg(I/I 0), (8)

איפה אני- עוצמת קול, I 0 \u003d 10 -12 W / m 2- העוצמה הנמוכה ביותר שנתפסת על ידי האוזן האנושית בתדר של 1000 הרץ.

רמת אינטנסיביות ל, המבוסס על נוסחה (8), נמדדים ב-bels ( ב). L = 1 B, אם I=10I0.

עוצמה מרבית הנתפסת על ידי האוזן האנושית אני מקסימום \u003d 10 W / m 2, כלומר I max / I 0 =10 13אוֹ L max \u003d 13 B.

לעתים קרובות יותר, רמת העוצמה נמדדת בדציבלים ( dB):

L dB =10 lg(I/I 0), L=1 dBבְּ- I=1.26I 0.

ניתן למצוא את רמת עוצמת הקול באמצעות לחץ קול.

כי I ~ R 2, לאחר מכן L(dB) = 10lg(I/I 0) = 10lg(P/P 0) 2 = 20lg(P/P 0), איפה P 0 \u003d 2 × 10 -5 Pa (ב I 0 \u003d 10 -12 W / m 2).

7.טוֹןנקרא צליל, שהוא תהליך מחזורי (תנודות מחזוריות של מקור קול אינן בהכרח מבוצעות על פי חוק הרמוני). אם מקור הצליל עושה תנודה הרמונית x=ASinωt, אז נקרא הצליל הזה פָּשׁוּטאוֹ לְנַקוֹתטוֹן. תנודה מחזורית לא הרמונית מתאימה לטון מורכב, אשר יכול להיות מיוצג על ידי משפט פורנט כקבוצה של צלילים פשוטים עם תדרים לא(טון בסיסי) ו 2n בערך, 3n בערךוכו', נקרא צלילים עילייםעם אמפליטודות מתאימות.

8.ספקטרום אקוסטיצליל הוא קבוצה של רעידות הרמוניות עם התדרים והמשרעות התואמים של רעידות, שלתוכם ניתן לפרק טון מורכב נתון. ספקטרום הצלילים המורכב מרופד, כלומר. תדרים n o, 2n oוכו '

9. רַעַשׁ(רעש קול ) נקרא צליל, שהוא תנודות מורכבות שאינן חוזרות בזמן של חלקיקים של תווך אלסטי. רעש הוא שילוב של גוונים מורכבים המשתנים באקראי. הספקטרום האקוסטי של הרעש מורכב כמעט מכל תדר בטווח האודיו, כלומר. הספקטרום האקוסטי של הרעש הוא רציף.

הצליל יכול להיות גם בצורה של בום קולי. בום על - קולי- זהו אפקט קול קצר טווח (בדרך כלל אינטנסיבי) (מחיאות כפיים, פיצוץ וכו').

10.מקדמי חדירה והשתקפות של גל קול.מאפיין חשוב של המדיום שקובע את השתקפות וחדירת הקול הוא התנגדות הגלים (עכבה אקוסטית) Z=r υ, איפה ר- צפיפות בינונית, υ היא מהירות הקול במדיום.

אם גל מישור נופל, למשל, בדרך כלל לממשק בין שני מדיה, אז הצליל עובר חלקית למדיום השני, וחלק מהקול מוחזר. אם עוצמת הקול יורדת אני 1, עובר - אני 2, משתקף I 3 \u003d I 1 - I 2, לאחר מכן:

1) מקדם חדירת גלי קול בשקוראים לו b=I 2 /I 1;

2) מקדם השתקפות אשקוראים לו:

a \u003d I 3 / I 1 \u003d (I 1 -I 2) / I 1 \u003d 1-I 2 / I 1 \u003d 1-b.

ריילי הראה את זה b=

אם υ 1 r 1 = υ 2 r 2,לאחר מכן b=1(ערך מרבי), בעוד a=0, כלומר הגל המוחזר נעדר.

צליל כתופעה פיזיקלית מאופיין בלחץ קול פ(פא), עוצמה אני(W / m 2) ותדירות ו(הרץ).

צליל כתופעה פיזיולוגית מאופיין ברמת הסאונד (טלפונים) ועוצמת הקול (שינה).

התפשטות גלי הקול מלווה בהעברת אנרגיית רטט בחלל. הכמות שלו עוברת באזור
1 מ"ר, הממוקם בניצב לכיוון ההתפשטות של גל הקול, קובע את עוצמת הקול או עוצמתו. אני,

W/m 2, (7.1)

איפה ההוא שטף אנרגיית הקול, W; ס- שטח, מ"ר.

האוזן האנושית אינה רגישה לעוצמת הקול, אלא ללחץ. ר, מעובד על ידי גל קול, אשר נקבע על ידי הנוסחה

איפה והוא הכוח הנורמלי שבו פועל גל הקול על פני השטח, N; סהוא שטח הפנים שעליו נופל גל הקול, m 2 .

עוצמות הקול ורמות לחץ הקול שיש להתמודד איתן בפועל משתנות מאוד. תנודות של תדרי קול יכולות להיתפס על ידי האוזן האנושית רק בעוצמה מסוימת או בלחץ קול מסוים. ערכי הסף של לחץ הקול שבהם הקול אינו נתפס או שתחושת הקול הופכת לכאב נקראים סף השמיעה וסף הכאב, בהתאמה.

סף השמיעה בתדר של 1000 הרץ מתאים לעוצמת קול של 10 -12 W/m 2 וללחץ קול של 2·10 -5 Pa. בעוצמת קול של 1 W/m 2 ולחץ קול של 2·10 1 Pa (בתדר של 1000 הרץ), נוצרת תחושת כאב באוזניים. רמות אלו נקראות סף הכאב ועוברות את סף השמיעה פי 10 12 ו- 10 6, בהתאמה.

כדי להעריך את הרעש, נוח למדוד לא את הערך המוחלט של העוצמה והלחץ, אלא את הרמה היחסית שלהם ביחידות לוגריתמיות, המאופיינת ביחס של העוצמה והלחץ שנוצרו בפועל לערכיהם התואמים לסף השמיעה. בסולם לוגריתמי, עלייה בעוצמת הקול ובלחץ פי 10 תואמת לעלייה בתחושה ביחידה אחת, הנקראת לבן (B):

, בל, (7.3)

(9.3)

איפה אני o ו ר o - ערכים ראשוניים של עוצמה ולחץ קול (עוצמת ולחץ קול בסף השמיעה).

עבור הנתון הראשוני 0 (אפס) בל אימץ סף לשמיעת ערך לחץ הקול 2·10 -5 Pa (סף שמיעה או תפיסה). כל טווח האנרגיה הנתפס על ידי האוזן כקול מתאים בתנאים אלה ל-13-14 B. לנוחות, הם משתמשים לא לבן, אלא יחידה קטנה פי 10 - דציבלים (dB), התואמת את העלייה המינימלית בעוצמת הצליל ניתן להבחין על ידי האוזן.

כיום מקובל לאפיין את עוצמת הרעש במונחים של רמות לחץ קול, הנקבעות לפי הנוסחה

, dB, (7.4)

איפה ר- ערך RMS של לחץ קול, Pa; ר o - ערך התחלתי של לחץ קול (באוויר Р o = 2·10 -5 Pa).

המאפיין השלישי החשוב של צליל, הקובע את גובהו, הוא תדירות הרעידות, הנמדדת במספר הרעידות השלמות שנעשו במהלך 1 שניות (הרץ). תדר התנודה קובע את גובה הצליל: ככל שתדר התנודה גבוה יותר, כך הצליל גבוה יותר. עם זאת, בחיים האמיתיים, כולל בתנאי הפקה, אנו נתקלים לרוב בצלילים בתדר של 50 עד 5000 הרץ. איבר השמיעה האנושי מגיב לא לעלייה מוחלטת, אלא לעלייה יחסית בתדרים: הכפלה של תדר התנודה נתפסת כעלייה בטון בכמות מסוימת, הנקראת אוקטבה. לפיכך, אוקטבה היא טווח שבו תדר הגבול העליון שווה לכפול מהתדר התחתון.

הנחה זו נובעת מכך שכאשר התדר מוכפל, הגובה משתנה באותה כמות, ללא קשר למרווח התדרים בו מתרחש שינוי זה. כל פס אוקטבה מאופיין בתדר ממוצע גיאומטרי, שנקבע על ידי הנוסחה

איפה ו 1 - תדר מגביל נמוך יותר, הרץ; ו 2 – תדר מגביל עליון, הרץ.

כל טווח התדרים של צלילים שנשמע על ידי אדם מחולק לאוקטבות עם תדרים ממוצעים גיאומטריים של 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 ו-8000 הרץ.

התפלגות האנרגיה על פני תדרי הרעש היא ההרכב הספקטרלי שלה. בהערכה ההיגיינית של רעש נמדדת גם עוצמתו (חוזק) וגם הרכב הספקטרלי מבחינת תדרים.

תפיסת הצלילים תלויה בתדירות הרעידות. צלילים זהים בעוצמתם, אך שונים בתדירותם, נתפסים על ידי האוזן כחזקים בצורה לא שווה. כאשר התדר משתנה, רמות עוצמת הקול שקובעות את סף השמיעה משתנות באופן משמעותי. התלות של תפיסת צלילים ברמות עוצמה שונות בתדר מומחשת על ידי מה שנקרא עקומות של עוצמה שווה (איור 7.1). כדי להעריך את רמת התפיסה של צלילים בתדרים שונים, מושג רמת עוצמת הקול מוצג, כלומר. הפחתה מותנית של צלילים בתדרים שונים, אך אותה ווליום לאותה רמה בתדר של 1000 הרץ.

אורז. 7.1. עקומות עוצמה שוות

רמת עוצמת הקול היא רמת העוצמה (לחץ הקול) של צליל נתון בתדר של 1000 הרץ, שהוא חזק באותה מידה איתו לאוזן. המשמעות היא שכל עקומת עוצמה שווה מתאימה לרמת עוצמה אחת (מרמת עוצמה 0, התואמת לסף השמיעה, ועד לעוצמה שווה ל-120, התואמת לסף הכאב). רמת העוצמה נמדדת ביחידה נטולת מימדים מחוץ למערכת - phon.

הערכת תפיסת הקול באמצעות רמת העוצמה, הנמדדת בפונים, אינה נותנת תמונה פיזיולוגית מלאה של השפעת הקול על מכשיר השמיעה, מכיוון. עלייה של 10 dB ברמת הקול יוצרת תחושה של הכפלת עוצמת הקול.

ניתן לקבל קשר כמותי בין התחושה הפיזיולוגית של עוצמת הקול לרמת העוצמה מסולם העוצמה. סולם העוצמה נוצר בקלות תוך התחשבות ביחס שערך העוצמה של בן אחד מתאים לרמת העוצמה של 40 פון (איור. . 7.2).

אורז. 7.2. סולם נפח

חשיפה ממושכת לרעש ברמות גבוהות של אינטנסיביות יכולה להפחית את הרגישות של מנתח השמיעה, כמו גם לגרום להפרעות במערכת העצבים ולהשפיע על תפקודים אחרים של הגוף (מפריע לשינה, מפריע לעבודה נפשית מאומצת), לכן, רמות מותרות שונות מוגדרים לחדרים שונים ולסוגים שונים של רעשי עבודה.

רעש מתחת ל-30-35 dB אינו מרגיש מעייף או מורגש. רמת רעש זו מקובלת לחדרי קריאה, מחלקות בית חולים, חדרי מגורים בלילה. ללשכות עיצוב, משרדים, מותרת רמת רעש של 50-60 dB.

סיווג רעש

ניתן לסווג רעש תעשייתי לפי קריטריונים שונים.

לפי מוצא - אווירודינמי, הידרודינמי, מתכתי וכו'.

לפי תגובת התדר - תדר נמוך (1-350 הרץ), תדר בינוני (350-800 הרץ), תדר גבוה (יותר מ-800 הרץ).

לפי הספקטרום - פס רחב (רעש בעל ספקטרום רציף ברוחב של יותר מ-1 אוקטבה), טונאלי (רעש בספקטרום שבו יש צלילים מודגשים). רעש פס רחב עם אותה עוצמת צליל בכל התדרים מכונה בדרך כלל "לבן". האופי הטונאלי של הרעש למטרות מעשיות נקבע על ידי מדידה ברצועות תדר של 1/3 אוקטבה על ידי חריגה מהרמה בפס אחד על פני השכנות ב-10 dB לפחות.

לפי המאפיינים הזמניים, הרעש מתחלק לקבוע או יציב ולא קבוע. רעש מתמיד הוא הרעש, שרמת הקול שלו במהלך יום עבודה של 8 שעות או במהלך המדידה בחצרים של מגורים ומבני ציבור, בשטח של פיתוח מגורים משתנה בזמן ללא יותר מ- 5 dBA כאשר נמדד על זמן המאפיין את מד רמת הקול "לאט".

רעש לסירוגין הוא רעש שרמת הקול שלו במהלך יום עבודה של 8 שעות, במהלך משמרת עבודה או במהלך מדידות בחצרים של מגורים ומבני ציבור, בשטח הפיתוח למגורים משתנה לאורך זמן ביותר מ- 5 dBA במדידה בזמן. מאפיין את מד רמת הקול "לאט".

רעש לסירוגין יכול להיות משתנה, לסירוגין ואימפולסיבי:

רעש משתנה בזמן הוא רעש שרמת הקול שלו משתנה ברציפות לאורך זמן;

רעש לסירוגין - זהו רעש שרמת הקול שלו משתנה בהדרגה (ב-5 dBA או יותר), ומשך המרווחים שבהם הרמה נשארת קבועה הוא 1 שניות או יותר;

רעש דחף הוא רעש המורכב מאותות שמע אחד או יותר, כל אחד באורך של פחות משנייה אחת, עם רמות קול ב-dBA אניו-dBA, הנמדדים בהתאמה לפי מאפייני הזמן "דחף" ו"איטי", נבדלים ב-7 dB לפחות.

שני סוגי הרעש האחרונים (לסירוגין ודחף) מאופיינים בשינוי חד באנרגיית הקול לאורך זמן (שריקות, צפצופים, מכות פטיש נפח, יריות וכו').

מאפיינים של רעש קבוע במקומות עבודה הם רמות לחץ קול ב-dB ברצועות אוקטבות עם תדרים ממוצעים גיאומטריים של 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 הרץ, נקבע לפי נוסחה (7.4).

מותר לקחת כמאפיין של רעש פס רחב קבוע במקומות עבודה את רמת הקול ב-dBA, הנמדדת במאפיין הזמן ה"איטי" של מד רמת הקול, שנקבע על ידי הנוסחה:

, dBA, (7.6)

כאשר P (A) הוא הערך הריבועי הממוצע של לחץ הקול, תוך התחשבות בתיקון "A" של מד רמת הקול, Pa

מאפיין של רעש לסירוגין במקום העבודה הוא רמת הקול המקבילה (מבחינת אנרגיה) ב-dBA.

רמת קול שווה (אנרגיה), ל A(eq), ב-dBA של רעש לסירוגין נתון, היא רמת הקול של רעש פס רחב מתמשך שיש לו לחץ קול RMS זהה לרעש לסירוגין נתון על פני מרווח זמן מוגדר ונקבע על ידי הנוסחה

, dBA, (7.7)

איפה p A(t)הוא הערך הנוכחי של לחץ הצליל הבסיסי-מרובע, תוך התחשבות בתיקון " אבל"מד רמת קול, אבא; ע 0 - הערך ההתחלתי של לחץ הקול (באוויר ע 0 = 2 10 -5 פא); ט– משך הרעש, ח.