Загальноприйняті октавні смуги частот
У музиці кожну синусоїдальну звукову хвилю називають простим тоном, або тоном. Висота тону залежить від частоти: чим більше частота, тим вище тон. Основним тоном складного музичного звуку називають тон, відповідний найменшою частоті в його спектрі. Тони, відповідні іншим частотам, називаються обертонами. Якщо обертони кратні частоті основного тону, то обертони називаються гармонійними. Обертон з найменшою частотою називається першою гармонікою, з наступною - другий і Т.Л.
Музичні звуки з одним і тим же основним тоном можуть відрізнятися тембром. Тембр залежить від складу обертонів, їх частот і амплітуд, характеру їх наростання на початку звучання і спаду в кінці.
Для звуку в різних середовищах справедливі загальні формули (1), (2), (3), (4):
Якщо хвиля поширюється в газах, то
Якщо пружна хвиля поширюється в рідині, то
де K - модуль всебічного стиску рідини. Його значення для різних рідин наводиться в довідниках, одиниця виміру - паскаль:
Якщо пружна хвиля поширюється в твердих тілах, то швидкість поздовжньої хвилі
а швидкість поперечної хвилі
де E - модуль деформації розтягування або стиснення (модуль Юнга), G- модуль деформації зсуву. Їх значення для різних матеріалів наводяться в довідниках, одиниця виміру - паскаль:
Слід врахувати, що формула (1) або (2) може бути застосована в разі сухого атмосферного повітря і з урахуванням числових значень коефіцієнта Пуассона, молярної маси і універсальної газової постійної може бути записана у вигляді:
Однак, реальний атмосферне повітря завжди має вологість, яка впливає на швидкість звуку. Це обумовлено тим, що коефіцієнт Пуассона залежить від відносини парціального тиску водяної пари (pпар) до атмосферного тиску (p). У вологому повітрі швидкість звуку визначають за формулою:
З останнього рівняння видно, що швидкість звуку про вологому повітрі швидкість звуку трохи більше, ніж в сухому.
Чисельні оцінки швидкості звуку, що враховують вплив температур і вологості атмосферного повітря, можна здійснювати за наближеною формулою:
Ці оцінки показують, що при поширенні звуку вздовж горизонтального напрямку (0x) зі збільшенням температури на 10C швидкість звуку зростає на 0,6 м / с. Під впливом водяної пари з парціальним тиском не більше 10 Па швидкість звуку зростає менш ніж на 0,5 м / с. А в цілому, при максимально можливому парціальному тиску водяної пари у поверхні Землі, швидкість звуку збільшується не більше ніж 1 м / с.
Знаючи швидкість і період хвилі, можна знайти ще одну характеристику - довжину хвилі за формулою:
Ця величина вимірюється в метрах:
Фізичний сенс довжини хвилі. довжина хвилі дорівнює відстані, яку хвиля проходить зі швидкістю за час, що дорівнює періоду коливань. Отже, частки середовища, між якими відстань , коливаються з однаковою фазою. Отже, довжина хвилі- це мінімальна відстань уздовж променя між частинками, які коливаються синфазно (рис. 9).
При 140 дБ відчувається сильний біль, при 150 дБ настає пошкодження вух. В цілому бажано, щоб робочий діапазон рівня гучності, що охоплює всі частоти, не перевищував 100 - 110 дБ.
3. Щоб почути звук частотою 10 кГц буде потрібно джерело звуку, що забезпечує поріг чутності, його рівень і мінімальне звуковий тиск:
,
Вуха на цій частоті звуку почнуть хворіти при значеннях больового порогу, його рівня і максимальному звуковому тиску
,
Динамічним діапазоном слуху для такої частоти становить
.
Зауваження. Так інтервалах рівня гучності (звукового тиску) відповідають різні рівні сили звуку (інтенсивності). Тому для характеристики рівнів гучності вводиться одиниця - фон.Фон - різниця рівнів гучності двох звуків даної частоти, для яких звуки з частотою 1000 Гц. мають таку ж гучність, відрізняються за інтенсивністю на 10 дБ. Фони відраховуються від нуля, рівного інтенсивності порогу чутності. Для звукових хвиль з частотою 1000 Гц рівень гучності звуку збігається з рівнем його інтенсивності.
