Если источник и приемник удаляются друг от друга, то

Эффект Доплера наблюдается и в том случае, если волна движется в движущейся среде при неподвижных источнике и приемнике волн. В зависимости от того, куда движется среда, в сторону приемника или в сторону наблюдателя, частота будет рассчитываться или как n₁ , или как n_2. Эта ситуация применяется для определения скорости кровотока. (см. уч. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, стр. 149).

Литература:1) Ремизов А.Н. “Медицинская и биологическая физика”, стр.130-150, 2) Ливенцев Н.М. “Курс физики”, т.1, стр.67-88.

Лекция 3.

АКУСТИКА.

Природа звука.

В широком смысле акустика – раздел физики об упругих колебаниях и волнах во всем диапазоне частот и об особенностях их распространения в разных средах.

Мы под акустикой будем понимать только учение о звуке.

Звук или звуковые колебания – колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в форме продольных волн, частота которых лежит в диапазоне частот, воспринимаемых ухом человека, от 16 до 20 000 Гц.

Все звуки делят на тоны, шумы и звуковые удары.

Тоном называется звук, представляющий собой распространяющееся регулярное колебание с постоянными или закономерно изменяющимися во времени амплитудой и частотой. Тоны делятся на простые (чистые) и сложные.Простойтон – распространяющееся гармоническое колебание. Уравнение звуковой волны, описывающей простой тон, есть

.

Простых тонов в природе нет. Они могут быть получены с помощью камертона или звукового генератора.

Сложный тонсоответствует ангармоническому колебанию и состоит из нескольких простых тонов. К сложным тонам отно-сятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи че-ловека и др.

Шум – звук, в котором сочетается множество различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются. К шумам относятся звуки машин, аплодисменты, скрип, шорох, согласные звуки речи человека и др.

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и др. Звуковой удар не следует путать с ударной волной.

Физические характеристики звука.

К физическим (объективным) характеристикам звука следует отнести: частоту (период, длина волны), амплитуду, акус-тический (гармонический) спектр, скорость распространения, интенсивность, звуковое давление, удельное акустическое сопротивление.

Скорость звукав каждой конкретной среде при данных условиях является постоянной, но в разных средах она различна и определяется свойствами среды: составом, температурой, плот-ностью, теплоемкостью. В воздухе скорость звука может быть определена из формулы Лапласа для идеального газа

где - отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и объёме, – универсальная газовая постоянная, μ – молярная масса газа.

Акустический (гармонический) спектрхарактеризует сложный тон. Сложный тон можно разложить на простые тоны с помощью теоремы Фурье.

Рис.3.1

Наименьшая частота n₀ такого разложения соответствует основному тону, остальные гармоники называются обертонами и имеют частоты кратные частоте : Набор частот с указанием их относительной интенсивности и называют акустическим спектром.

Интенсивность звука - плотность потока энергии звуковой волны, т.е. средняя энергия, переносимая волной за 1 секунду через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны.

Звуковое (акустическое) давление .Звуковая волна в газах и жидкостях представляет собой распространяющуюся пространстве последовательность чередующихся областей сжатия и разрежения в среде. Если в отсутствии звуковых волн среднее давление в газе было равно Р, то при

прохождении волн через среду общее давление будет определяться как

Рис. 3.2

Величина DР называется звуковым давлением. Это давление, добавочное к среднему давлению, периодически изменяющееся, образующееся в участках сгущения и разряжения частиц в звуковой волне.

Между звуковым давлением и интенсивностью звуковой волны существует связь, определяемая формулами:

или ,

где - амплитудное, а - эффективное значение давления, которое учитывается на практике ( ). Произведение скорости звука в данной среде на плотность среды , , называется акустическим сопротивлением среды (обозначается ) и является основной характеристикой ее акустических свойств. При нормальных условиях для воздуха , для воды , для железа .

Характеристики слухового ощущения

(Физиологические характеристики).

Поскольку звук является объектом слуховых ощущений, то характеристики, которые мы будем обсуждать, являются субъективными характеристиками. К характеристикам слухового ощущения относятся высота, тембр и громкость.

Высота звука– это оценка ухом частоты колебаний. Чем больше частота колебаний, тем более высоким воспринимается звук.