§34-40. Звуковые волны

Звук распространяется в любой упругой среде - твердой, жидкой, газообразной, то есть в веществе. В вакууме, где вещества нет, звук распространяться не может
Звуковые волны, как любые механические волны (или волны другой природы, например, электромагнитные волны) распространяется в пространс-тве не мгновенно, а с определенной скоростью:

Скорость звуковой волны зависит от свойств среды: природы, влажности, плотности, температуры:
Например:
Скорость звука в воздухе (00С) 332 м/с
Скорость звука в воздухе (200С) 343 м/с
Скорость звука в водороде (00С) 1248 м/с
Скорость в углекислом газе (00С) 259 м/с
Скорость звука в воде (200С) 1483 м/с
Скорость звука в стали (200С) 5000 м/с
Скорость звука в граните (200С) 3850 м/с

При отражении звука возникает эхо:
Например:
Если расстояние от источника звука до препятствия, от которого отражается звук, S, то время, через которое эхо вернется к источнику звука равно:
Реальная звуковая волна - затухающий волновой процесс из-за рассеяния механи-ческой энергии волны в результате взаимо-действия волны со средой

При вынужденных звуковых колебаниях частота колебаний и звуковой волны от источника колебаний (звука) равно частоте вынуждающей силы
Амплитуда установившихся вынужденных колебаний невелика, но при частоте вынуждающей силы равной собственной частоте колебаний системы, возникает резкое увеличение амплитуды колебаний - явление акустического резонанса
Например:
для двух резонирующих камертонов

§35,36. Высота, тембр, громкость звука
Высота звука определяется частотой колебаний источника звука: чем больше частота, тем выше издаваемый звук
Звук источника, совершающего колеба-ния одной частоты, называется чистым тоном
Реальные звуки - совокупность колеба-ний разных частот
Самая низкая частота сложного звука называется основной частотой, соответ-ствующий ей звук - основным тоном

Высота сложного звука определяется 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 высшие гармонические тона ( гармоники )
Набор обертонов определяет тембр (окраску) звука
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов

Громкость звука определяется амплиту-дой колебания частиц среды (например, воздуха): чем больше амплитуда колебаний, тем звук громче
При субъективном оценивании челове-ком громкости звука нужно учитывать различную чувствительность слухового аппарата к звукам разной частоты:
При одинаковых амплитудах как более громкие человек воспринимает звуки с частотой от 1000 до 5000 Гц
Громкость звука зависит также от его длительности и индивидуальных особен-ностей слушателя

Громкость звука - субъективное качес-тво слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких
Единица громкости звука сон - соответ-ствует уровню громкости в 40 фон при частоте звука 1000 Гц
1 Ф (фон) равен интенсивности звука I (Вт/м2) в децибелах для чистого тона частотой 1000 Гц, громкость которого при сравнении на слух равна громкости данного звука
Интенсивность звука (сила звука) - объектив-ная характеристика звуковой волны, энергия, переносимая звуковой волной за 1 с через площадку в 1 м2 в направлении распростране-ния волны

Уровень интенсивности звука по шкале децибел
где I - интенсивность звука, I0 = 10 −12 Вт /м2
Для плоской бегущей звуковой волны
где р - амплитуда звукового давления; ρ - плотность среды; с - скорость звука в среде
Например: громкость звука при листании газеты соответствует уровню звукового давления 20 дБ, звонок будильника 80 дБ, двигатель самолета 130 дБ, при > 130 дБ возникает болевое ощущение

§42. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛН
При распространении в среде несколь-ких (например, двух) волн, они наклады-ваются друг на друга
Если волны имеют одинаковую частоту, а разность фаз Δϕ = const (например, 0):
S1 * L1 ∙ min
М
d L2
S2 * Δ =L1 -L2 - геометрическая разность хода

Условия максимума и минимума интерференции
Условие максимума амплитуды результирую-щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн
Δ max = 2k⋅ λ / 2 = k ·λ → k = 0,1,2 ...
Условие минимума амплитуды результирую-щего колебания в данной точке пространства: геометрическая разность хода волн
Δ min = (2k+1)⋅λ / 2 → k = 0,1,2 ...
Геометрическая разность хода волн:
Δ = L1 - L2

Интерференция - сложение в простран-стве когерентных волн, при котором образуется интерференционная картина - постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, максимумов и минимумов
Волны называются когерентными, если имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз в любой точке пространства (например, Δϕ = 0)