Основными физическими параметрами характеризуется звук. Основные характеристики звука

Цели:

Ввести понятие звуковых колебаний, выяснить характеристики и свойства звуковых колебаний.
Показать единство природы, взаимосвязь физики, биологии, музыки.
Воспитание бережного отношения к своему здоровью.

Оборудование: компьютер с мультимедиапроектором, камертон, линейка, зажатая в тисках, звуковой генератор.

План урока.

Орг. Момент
Изучение нового материала.
Дом. Задание.

Человек живет в мире звуков. Что же такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от другого? Сегодня на уроке мы с вами попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные со звуковыми явлениями.

Раздел физики, изучающий звуковые явления называется акустикой.

Упругие волны, способные вызвать у человека слуховые ощущения называются звуковыми.

Человеческое ухо способно воспринимать механические колебания, происходящие с частотой от 20 до 20000 Гц. (Демонстрация на звуковом генераторе волн с частотой от 20 до 20000 Гц)

Любое колеблющееся со звуковой частотой является источником звука. Но источниками звука могут не только колеблющиеся тела: полет пули в воздухе, сопровождается свистом, бурное течение воды – шумом.

Сам факт выделения из достаточно большого набора частот, называемых звуковыми, связан со свойством слуха человека воспринимать именно эти волны.

Различные живые существа имеют различные границы восприятия звука.

Все источники звука можно разделить на естественные и искусственные.

(демонстрации: звучание камертона и линейки зажатой между тисками.)

Рассмотрим свойства звука.

Звук это продольная волна.
Распространяется звук в упругих средах (воздух, вода, различные металлы)
Звук имеет конечную скорость.

Вещество	Температура 0 С	Скорость звука м/с	Вещество	Температура 0 С	Скорость звука м/с
Азот	300	487	Пары воды	100	405
Азот	0	334	Гелий	0	965
Азот жидкий	-199	962	Графит	20	1470
Алюминий	20	18 350	Золото	20	3200
Алмаз	20	6260	Ртуть	20	1450
Бензин	17	1170	Спирт	20	1180
Вода	20	1483	Пары спирта	0	230
Вода	74	1555	Сталь	20	5000-6100
Лед	-1-4	3980	Эфир	25	985

Давайте прослушаем сообщение о том, как были определены скорость звука в воде и других веществах.

(Сообщение учащихся)

Проверь себя.

Часы установлены по звуку сигнала от удаленного радиоприемника. В каком случае часы будут установлены более точно: летом или зимой?
(Летом, так как скорость звука в воздухе увеличивается с температурой)
Могут ли космонавты при выходе в открытый космос общаться между собой при помощи звуковой речи?
(На расстоянии нет, т.к. в космическом вакууме нет условий для распространения звуковых волн. Однако если космонавты соприкоснутся шлемами скафандров, они могут услышать друг друга.)
Почему столбы линий электропередач гудят при ветре?
(При ветре провода совершают хаотические колебательные движения, воздействуя на изоляторы, укрепленные на столбах. В столбах возбуждаются стоячие звуковые волны.)

Характеристики звука.

Громкость звука.
Высота звука
Тембр звука.

Громкость звука – характеристика амплитуды звуковой волны.
(показать эксперимент с камертоном и генератором)

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Но если бы мы сравнивали звуки различных частот, то кроме амплитуды нам пришлось бы еще сравнивать и их частоты. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.

Единица громкости звука называется сон.

В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем громкости, измеряемым в фонах , или уровнем звукового давления , измеряемых в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.

Тихий шепот, шелест листвы - 20 дБ

Обычная речь - 60 дБ

Рок-концерт - 120 дБ

При увеличении громкости на 10дБ интенсивность звука увеличивается в 10 раз.

Задача: Рассчитайте во сколько раз интенсивность звука на рок -концерте больше обычной речи?

(1000000 раз)

Громкость, равную 120 дБ, называют болевым порогом. При длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек, привыкший к рок - концертам уже никогда не услышит тихий шепот или шелест листьев.

Высота звука – характеристика частоты звуковой волны, чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

Кто в полете быстрее машет крыльями – муха, шмель или комар?

Частота колебаний крыльев насекомых и птиц в полете, Гц

Аисты	2
Бабочки- капустницы	до 9
Воробьи	до 13
Вороны	3-4
Жуки майские	45
Колибри	35-50
Комары	500-600
Мухи комнатные	190-330
Пчелы	200-250
Шмель	220
Слепни	100
Стрекозы	38-100

Каких птиц и насекомых мы слышим, а каких нет?

У какого насекомого самый высокий звук? (У комара)

Частота звуковых колебаний, соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 до 1400 Гц.

При увеличении частоты в 2 раза звук повышается на октаву – именно из этих соображений и была выбрана октава. Каждая октава делится на 12 интервалов в полтона каждая.

Тембр звука определяется формой звуковых колебаний.

Мы знаем, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания. Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота. Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний. Звук камертона является чистым тоном.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.

Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.

Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой , а соответствующий ей звук определенной высоты - основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.

Все остальные тоны сложного звука называются обертонами . Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).

Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т.е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).

Проверь себя.

Как по звуку можно отличить работает дрель вхолостую или под нагрузкой?
Чем музыкальные звуки отличаются от шума?
(Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания всевозможных частот и амплитуд.)
Проекция скорости одной из точек звучащей струны виолончели меняется со временем так, как показано на графике. Определите частоту колебаний проекции скорости.

Человек обладает таким уникальным органом как ухо – приемник звука. Давайте рассмотрим, как человек слышит.

Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, проделывают сложный путь, прежде чем мы воспримем их. Сначала они проникают в ушную раковину и заставляют вибрировать барабанную перепонку, замыкающую наружный слуховой проход. Слуховые косточки доносят эти колебания до овального окна внутреннего уха. Пленка, которая закрывает окно, передает вибрации, заполняющей улитку жидкости. Наконец колебания достигают слуховых клеток внутреннего уха. Головной мозг воспринимает эти сигналы и распознает шумы, звуки, музыку, речь.

Одна из важнейших характеристик голоса его тембр, т.е. набор спектральных линий, среди которых можно вы делить пики, состоящие из нескольких обертонов,- так называемые форманты. Именно форманты определяют секрет индивидуального звучания голоса и позволяют распознавать речевые звуки, так как у разных людей форманты даже одного и того же звука отличаются по частоте, ширине и интенсивности. Тембр голоса строго индивидуален, поскольку в процессе звукообразования важную роль играют специфические для каждого индивидуума резонаторные полости глотки, носа, околоносовых пазух и т.д. Неповторимость человеческого голоса можно сравнить лишь с неповторимостью узора отпечатков пальцев. Во многих странах мир, магнитофонная запись человеческого голоса считается неоспоримым юридическим документом, подделать который не возможно

Спектры голосов певцов отличаются от спектра голос обычного человека: в них сильно выражена высокая певческая форманта, т.е. обертоны с частотами 2500-3000 Гц, придающие голосу звонкий оттенок. У выдающихся певцов они составляют в спектре до 35 и более процентов (рис. слева), в то время как у опытных - 15-30%, а у начинающих - 3-5% (рис., справа).

Принято выделять три разновидности голосов для обоих полов: у мужчин - бас, баритон, тенор; у женщин - альт, меццо-сопрано и сопрано. Это разделение является в большей степени искусственным: оно не учитывает большое количество “промежуточных” голосов, так как пока нет объективного метода оценки качества голоса из-за безграничного сочетания его свойств.

Рассматривая звуковые колебания нельзя не обратить, внимание на влияние шумов на организм человека.

Длительное воздействие шумов на человека приводит к повреждению центральной нервной системы, повышению кровяного и внутричерепного давления, нарушению нормальной работы сердца, головокружению. Вредное воздействие сильных шумов на человека было замечено давно. Еще 2000 лет назад в Китае в качестве наказания заключенные подвергались непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов и крикунов, пока не падали замертво. При мощности шума 3 кВт и частоте 800 Гц нарушается способность глаза к фокусировке. Мощность шума 5-8кВт дезорганизует работу скелетной мускулатуры, вызывает паралич, потерю памяти. Мощность шума около 200кВт приводит к смерти. Поэтому в больших городах запрещено использование резких и громких сигналов. Значительно снижают шумы деревья, кустарники, которые их поглощают. Поэтому вдоль дорог с интенсивным автомобильным движением необходимы зеленые насаждения. Тишина значительно повышает остроту слуха.

Д/З §34-38 упр. 31(1), упр.32 (2,3) практическое задание: определение зависимости высоты тона от частоты колебаний, используя кусочек резиновой нити.

Закончить урок мне хочется вот такими словами. У Н. Рериха есть картина, названная им “Человеческие праотцы”. Юный пастушок играет на свирели, и со всех сторон сходятся к нему большие бурые медведи. Что влечет их? Музыка? Легенда говорит, что предками некоторых славянских племен были медведи. Думается, идут они услышать самую чудесную музыку на свете – голос доброго человеческого сердца.

Литература:

А. В. Перышкин, Е. М. Гутник Физика 9 класс Дрофа 2003г.
С. В. Громов, Н. А. Родина Физика 8 класс М. Просвещение 2001г.
В. Н. Мощанский Физика 9 класс М. Просвещение 1994г.
А. В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А. И. Скворцов, Д.А. Таюрский Физика вокруг нас. Качественные задачи по физике.М. Дом педагогики 1998 г.
С. А. Чандаева Физика и человек.М. АО Аспект Пресс 1994 г.
Естествознание в школе № 1 2004 г

> Характеристика звука

Изучите характеристику и свойства звуков как волны: движение звука по синусоидальным волнам, частота, тон и амплитуда, звуковое восприятие, скорость звука.

Звук – продольная волна давления, проходящая сквозь пространство в жидком, твердом, газообразном состояниях или плазме.

Задача обучения

Понять, как люди характеризуют звук.

Основные пункты

Термины

Медиа – общее понятие для разнообразных типов материалов.
Герц – измерение звуковой частоты.
Частота – соотношение количества раз (n) периодического события за время (t): f = n/t.

Давайте познакомимся с основами звука. Речь идет о продольной волне давления, проходящей сквозь сжимаемые пространства. В условиях вакуума (свободное от частиц и материи) звук невозможен. Вакуум не обладает средой, поэтому звук просто не способен перемещаться.

Характеристики звука:

Транспортируется по продольным волнам. При графическом изображении их показывают в виде синусоидальных.
Обладают частотой (высота поднимается и опускается).
Амплитуда описывает громкость.
Тон – показатель качества звуковой волны.
Транспортируется быстрее в горячем пространстве, чем в твердом теле. По скорости выше на уровне моря (где давление воздуха выше).
Интенсивность – передаваемая в конкретной области энергия. Это также мера звуковой частоты.
В ультразвуке применяют волны с высокими частотами, чтобы обнаружить то, что обычно скрыто (опухоли). Летучие мыши и дельфины также пользуются ультразвуком в качестве навигации и поиска объектов. На кораблях применяют ту же схему.

Звуковое восприятие

У каждой звуковой волны есть свойства, среди которых длина, интенсивность и амплитуда. Кроме того, у них есть диапазон, то есть уровень звукового восприятие. Например:

Люди: 20 – 20 000 Гц.
Собаки: 50 – 45 000 Гц.
Летучие мыши: 20 – 120 000 Гц.

Видно, что среди трех представителей, у людей наименьший показатель.

Скорость звука

Скорость транспортировки основывается на среде. Она повышается в твердом состоянии и падает в жидкости и газе. Формула:

(K – коэффициент жесткости материала, а p – плотность).

Если говорится «быстрее звуковой скорости», то это сравнение с показателем в 344 м/с. Общий замер берется на уровне моря с температурной отметкой в 21°C и в нормальных атмосферных условиях.

Здесь показана плоскость, перемещающаяся быстрее звуковой скорости

Лабораторная работа №5

Аудиометрия

Студент должен знать : что называется звуком, природу звука, источники звука; физические характеристики звука (частота, амплитуда, скорость, интенсивность, уровень интенсивности, давление, акустический спектр); физиологические характеристики звука (высота, громкость, тембр, минимальная и максимальная частоты колебаний, воспринимаемые данным человеком, порог слышимости, порог болевого ощущения) их связь с физическими характеристиками звука; слуховой аппарат человека, теории восприятия звука; коэффициент звукоизоляции; акустический импеданс, поглощение и отражение звука, коэффициенты отражения и проникновения звуковых волн, реверберация; физические основы звуковых методов исследования в клинике, понятие об аудиометрии.

Студент должен уметь: с помощью звукового генератора снимать зависимость порога слышимости от частоты; определять минимальную и максимальную, воспринимаемые Вами частоты колебаний, снимать аудиограмму с помощью аудиометра.

Краткая теория

Звук. Физические характеристики звука

Звуком называются механические волны с частотой колебаний частиц упругой среды от 20 Гц до 20000 Гц, воспринимаемые человеческим ухом.

Физическими называют те характеристики звука, которые существуют объективно. Они не связаны с особенностями ощущения человеком звуковых колебаний. К физическим характеристикам звука относятся частота, амплитуда колебаний, интенсивность, уровень интенсивности, скорость распространения звуковых колебаний, звуковое давление, акустический спектр звука, коэффициенты отражения и проникновения звуковых колебаний и др. Кратко рассмотрим их.

1. Частота колебаний . Частотой звуковых колебаний называется число колебаний частиц упругой среды (в которой распространяются звуковые колебания) в единицу времени. Частота звуковых колебаний лежит в пределах 20 - 20000 Гц. Каждый конкретный человек воспринимает определенный диапазон частот (обычно несколько выше 20 Гц и ниже 20000 Гц).

2. Амплитудой звукового колебания называется наибольшее отклонение колеблющихся частиц среды (в которой распространяется звуковое колебание) от положения равновесия.

3. Интенсивностью звуковой волны (или силой звука ) называется физическая величина, численно равная отношению энергии, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади поверхности, ориентированной перпендикулярно вектору скорости звуковой волны, то есть:

где W - энергия волны, t - время переноса энергии через площадку площадью S .

Единица интенсивности: [I ] = 1Дж/(м 2 с) = 1Вт/м 2 .

Обратим внимание на то, что энергия и соответственно интенсивность звуковой волны прямо пропорциональны квадрату амплитуды «А » и частоты «ω » звуковых колебаний:

W ~ A 2 и I ~ A 2 ; W ~ ω 2 и I ~ ω 2 .

4. Скоростью звука называется скорость распространения энергии звукового колебания. Для плоской гармонической волны фазовая скорость (скорость распространения фазы колебания (фронта волны), например, максимума или минимума, т.е. сгустка или разряжения среды) равна скорости волны. Для сложного колебания (по теореме Фурье можно представить в виде суммы гармонических колебаний) вводится понятие групповой скорости – скорость распространения группы волн, с которой переносится энергия данной волной.

Скорость звука в любой среде можно найти по формуле:

где Е - модуль упругости среды (модуль Юнга), r - плотность среды.

С увеличением плотности среды (например, в 2 раза) модуль упругости Е возрастает в большей степени (более чем в 2 раза), поэтому с увеличением плотности среды скорость звука возрастает. Например, скорость звука в воде равна ≈ 1500 м/с, в стали - 8000 м/с.

Для газов формулу (2) можно преобразовать и получить в следующем виде:

(3)

где g = С Р / С V - отношение молярных или удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении (С Р ) и при постоянном объеме (С V ).

R - универсальная газовая постоянная (R=8,31 Дж/моль·К );

Т - абсолютная температура по шкале Кельвина (T=t o C+273 );

М - молярная масса газа (для нормальной смеси газов воздуха

М=29×10 -3 кг/моль ).

Для воздуха при Т=273К и нормальном атмосферном давлении скорость звука равна υ=331,5 » 332 м/с . Следует заметить, что интенсивность волны (векторная величина) часто выражают через скорость волны :

или ,(4)

где S× l - объем, u=W/ S× l - объемная плотность энергии. Вектор в уравнении (4) называют вектором Умова .

5. Звуковым давлением называется физическая величина, численно равная отношению модуля силы давления F колеблющихся частиц среды, в которой распространяется звук, к площади S перпендикулярно ориентированной площадки по отношению к вектору силы давления.

P = F/S [P ]= 1Н/м 2 = 1Па (5)

Интенсивность звуковой волны прямо пропорциональна квадрату звукового давления:

I = Р 2 /(2r υ) , (7)

где Р - звуковое давление, r - плотность среды, υ - скорость звука в данной среде.

6.Уровень интенсивности . Уровнем интенсивности (уровнем силы звука) называется физическая величина, численно равная:

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

где I - интенсивность звука, I 0 =10 -12 Вт/м 2 - наименьшая интенсивность, воспринимаемая человеческим ухом на частоте 1000 Гц.

Уровень интенсивности L , исходя из формулы (8), измеряют в белах (Б). L = 1 Б , если I=10I 0 .

Максимальная интенсивность, воспринимаемая человеческим ухом I max =10 Вт/м 2 , т.е. I max / I 0 =10 13 или L max =13 Б.

Чаще уровень интенсивности измеряют в децибелах (дБ ):

L дБ =10 lg(I/I 0) , L=1 дБ при I=1,26I 0 .

Уровень силы звука можно находить через звуковое давление.

Так как I ~ Р 2 , то L(дБ) = 10lg(I/I 0) = 10 lg(P/P 0) 2 = 20 lg(P/P 0) , где P 0 = 2×10 -5 Па (при I 0 =10 -12 Вт/м 2).

7.Тоном называется звук, являющийся периодическим процессом (периодические колебания источника звука совершаются не обязательно по гармоническому закону). Если источник звука совершает гармоническое колебание x=ASinωt , то такой звук называют простым или чистым тоном. Негармоническому периодическому колебанию соответствует сложный тон, который можно по теореме Фурье представить в виде совокупности простых тонов с частотами n о (основной тон) и 2n о , 3n о и т.д., называемых обертонами с соответствующими амплитудами.

8.Акустическим спектром звука называется совокупность гармонических колебаний с соответствующими частотами и амплитудами колебаний, на которые можно разложить данный сложный тон. Спектр сложного тона линейчатый, т.е. частоты n о, 2n о и т.д.

9. Шумом (звуковым шумом) называют звук, который представляет собой сложные, неповторяющиеся во времени колебания частиц упругой среды. Шум представляет собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов. Акустический спектр шума состоит практически из любых частот звукового диапазона, т.е. акустический спектр шума - сплошной.

Звук может быть и в виде звукового удара. Звуковой удар - это кратковременное (обычно интенсивное) звуковое воздействие (хлопок, взрыв и т.п.).

10.Коэффициенты проникновения и отражения звуковой волны. Важной характеристикой среды, определяющей отражение и проникновение звука является волновое сопротивление (акустический импеданс) Z=r υ , где r - плотность среды, υ - скорость звука в среде.

Если плоская волна падает, например, нормально к границе раздела двух сред, то звук частично проходит во вторую среду, а часть звука отражается. Если падает звук интенсивностью I 1 , проходит - I 2 , отражается I 3 =I 1 - I 2 , то:

1) коэффициентом проникновения звуковой волны b называется b=I 2 /I 1 ;

2) коэффициентом отражения a называется:

a= I 3 /I 1 =(I 1 -I 2)/I 1 =1-I 2 /I 1 =1-b.

Релей показал, что b =

Если υ 1 r 1 = υ 2 r 2 , то b=1 (максимальное значение), при этом a=0 , т.е. отраженная волна отсутствует.

Если Z 2 >>Z 1 или υ 2 r 2 >> υ 1 r 1 , то b » 4 υ 1 r 1 / υ 2 r 2 . Так, например, если звук падает из воздуха в воду, то b=4(440/1440000)=0,00122 или 0,122% интенсивности падающего звука проникает из воздуха в воду.

11. Понятие о реверберации . Что представляет собой реверберация? В закрытом помещении звук многократно отражается от потолка, стен, пола и т. п. с постепенно уменьшающейся интенсивностью. Поэтому после прекращения действия источника звука в течение некоторого времени слышен звук за счет многократного отражения (гул).

Реверберацией называется процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после прекращения излучения источником звуковых волн. Временем реверберации называется время, в течение которого интенсивность звука при реверберации снижается в 10 6 раз. При проектировании учебных аудиторий, концертных залов и т.п. учитывают необходимость получения определенного времени (интервала времени) реверберации. Так, например, для Колонного зала Дома Союзов и Большого театра г. Москвы время реверберации для пустых помещений соответственно равно 4,55 с и 2,05 с, для заполненных – 1,70 с и 1,55 с.

Основные характеристики звука

Скорость звука в воздухе равняется 332,5 м/с при 0°С. При комнатной температуре (20°С) скорость звука составляет около 340 м/с. Скорость звука обозначается символом «с ».

Частота. Звуки, воспринимаемые слуховым анализатором человека, образуют диапазон звуковых частот. Принято считать, что данный диапазон ограничен частотами от 16 до 20000 Гц. Эти границы весьма условны, что связано с индивидуальными особенностями слуха, возрастными изменениями чувствительности слухового анализатора (с возрастом верхняя граница слышимых частот падает до 14–16 кГц) и т.д. Это довольно широкий диапазон, перекрывающий три декады (диапазон частот с отношением максимальной частоты к минимальной равным 10). Из музыки к нам пришла и другая мера измерения диапазона частот звуковых колебаний – октава (отношение крайних частот диапазона равное 2).

Физическое понятие звука охватывает как слышимые, так и неслышимые частоты колебаний. Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц условно называют инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми. Инфразвуковые и ультразвуковые колебания ощущения звука у человека не вызывают.

Область инфразвуковых колебаний снизу практически не ограничена – в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц. Частоты порядка 20 Гц и ниже мы не столько слышим ухом, сколько воспринимаем телом и даже нашими внутренними органами. При этом когда такие частоты приближаются к частотам колебаний внутренних органов человека, они способны вызвать тревогу, чувство страха, эйфорию, а при достаточной силе звука привести даже к смертельному исходу. Заметим, что при этом человек не слышит эти звуки и не отдает себе отчет о причинах возникновения этих чувств.

Существует достаточно обоснованное мнение, что и ультразвуковые колебания все же влияют на ощущения человека при прослушивании музыкальных произведений, поскольку оказывают заметное влияние на форму звуковых волн, в связи с этим наиболее совершенные акустические системы способны воспроизводить ультразвуковые колебания с частотами до 35–50 кГц, а иногда и выше.

Интенсивность звука (Вт/м 2) определяется количеством энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Ухо человека воспринимает звук в весьма широком интервале интенсивности: от самых слабых слышимых звуков до самых громких, к примеру создаваемых двигателем реактивного самолета.

Минимальная интенсивность звука, при которой возникает слуховое чувство, принято называть порогом слухового восприятия . Он зависит от частоты звука (рис. 124). Наибольшей чувствительностью к звуку человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 до 4 кГц, соответственно и порог слухового восприятия здесь имеет наименьшее значение 10 –12 Вт/м 2 . Эта величина принята за нулевой уровень слышимости. При действии шумов и других звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается (маскировка звука – физиологический феномен, заключающийся в том, что при одновременном восприятии двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми), причем повышенное значение сохраняется неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время после прекращения действия отвлекающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. Порог слышимости может изменяться в зависимости от возраста͵ физиологического состояния, тренированности слушателя.

Рис. 124. Частотная зависимость стандартного порога слышимости синусоидального сигнала

Звуки высокой интенсивности вызывают чувство давящей боли в ушах. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает чувство давящей боли в ушах, принято называть порогом болевого ощущения . Так же, как и порог слухового восприятия, порог болевого ощущения зависит от частоты звуковых колебаний (рис. 124). Звуки, интенсивность которых приближается к болевому порогу, оказывают вредное воздействие на слух.

Нормальное восприятие звука возможно, если интенсивность звука находится между порогом слышимости и болевым порогом.

Слуховой анализатор человека способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 2×10 –5 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге динамический диапазон (соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат) – 1:1000000. Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале неудобно.

С целью сжатия такого широкого динамического диапазона было введено понятие «бел». Бел - ϶ᴛᴏ простой логарифм отношения двух степеней, а децибел равен 0,1 бела.

Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, крайне важно возвести давление (в паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (свойство логарифмов).

Для преобразования акустического давления в децибелы применяется формула:

где P – интересующее нас акустическое давление, P 0 – исходное давление.

Оценку звука удобно проводить по уровню (L ) интенсивности (звукового давления), рассчитываемому по формуле:

где J 0 – порог слухового восприятия, J – интенсивность звука (табл. 10).

Таблица 10

Характеристика оценки звука по уровню интенсивности относительно порога слухового восприятия

Характеристика звука	Интенсивность, Вт/м 2	Уровень интенсивности относительно порога слухового восприятия, дБ
Порог слухового восприятия	10 –12
Тоны сердца, генерируемые через стетоскоп	10 –11
Шепот	10 –10 –10 –9	20–30
Речевые звуки при спокойной беседе	10 –7 –10 –6	50–60
Шум, связанный с интенсивным движением транспорта	10 –5 –10 –4	70–80
Шум, создаваемый концертом рок-музыки	10 –3 –10 –2	90–100
Шум вблизи работающего двигателя самолета	0,1–1,0	110–120
Порог болевого ощущения

Представим связь между децибелами и обычными относительными единицами измерения отмеченных параметров (данные приведены для К = 20) (табл. 11).