Звуковое поле и его характеристики

Звук— психофизиологическое ощущение, вызы­ваемое механическими колебаниями частиц упругой среды. Звуковым колебаниям соответствует область частот в интервале 20...20 000 Гц. Колебания с часто­той меньше 20 Гц называют инфразвуковыми, а боль­ше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Воздействие на человека инфразвуковых колебаний вызывает непри­ятные ощущения. В природе инфразвуковые колеба­ния могут возникать при волнениях моря, колебани­ях земной поверхности. Ультразвуковые колебания используются для лечебных целей в медици­не и в радиоэлектронных устройств, например в фильтрах. Возбуждение звука вызывает колебательный про­цесс, изменяющий давление в упругой среде, в кото­рой образуются чередующиеся слои сжатия и разре­жения, распространяющиеся от источника звука в виде звуковых волн. В жидкой и газообразной средах час­тицы среды колеблются относительно положения рав­новесия в направлении распространения волны, т.е. волны являются продольными. В твердых телах распространяются поперечные волны, так как частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном линии распространения волны. Пространство, в котором происходит распростра­нение звуковых волн, называют звуковым полем. Раз­личают свободное звуковое поле, когда влияние ог­раждающих поверхностей, отражающих звуковые вол­ны, мало, и диффузное звуковое поле, где в каждой точке звуковая мощность на единицу площа­ди одинакова во всех направлениях. Распространение волн в звуковом поле происходит с определенной скоростью, которая называется скоро­стью звука. Формула (1.1)

с = 33l√Т/273, где Т — температура по шкале Кельвина.

В расчетах принимается с = 340 м/с, что приблизительно соответствует температуре 17°С при нормальном атмосферном давлении. Поверхность, соединяющую смежные точки поля с одинаковой фазой колебания (например, точки сгу­щения или разрежения), называют фронтом волны. Наиболее часто встречаются звуковые волны со сфе­рическими плоским фронтами волны. Фронт сфери­ческой волны имеет форму шара и образу­ется на небольшом расстоянии от источника звука, если его размеры малы по сравнению с длиной излу­чаемой волны. Фронт плоской волны имеет форму плоскости, перпендикулярной направлению распрос­транения звуковой волны (звуковому лучу). Волны с плоским фронтом образуются на больших по сравне­нию с длиной волны расстояниях от источника звука. Звуковое поле характеризуется звуковым давлени­ем, колебательной скоростью, интенсивностью звука и плотностью звуковой энергии.

Звуковое давление — это разность между мгновен­ным значением давления р_ам в точке среды при про­хождении через нее звуковой волны и атмосферным давлением р_ас в той же точке, т.е. р = р_ас - р_ам. Единица измерения звукового давления в системе СИ — ньютон на квадратный метр: 1 Н/м² = 1 Па (паскаль). Реальные источники звука создают даже при самых громких звуках звуковые давления в десятки тысяч раз меньше нормального атмосферного давле­ния.

Колебательная скорость представляет собой ско­рость колебаний частиц среды около своего положе­ния покоя. Колебательная скорость измеряется в мет­рах в секунду. Эту скорость не следует путать со ско­ростью звука. Скорость звука — величина постоянная для данной среды, колебательная скорость — пере­менная. Если частицы среды перемещаются по направлению распространения волны, то колеба­тельную скорость считают положительной, при обрат­ном перемещении частиц — отрицательной. Реальные источники звука даже при самых громких звуках вызывают колебательные скорости в несколько тысяч раз меньше скорости звука. Для плоской звуковой волны формула колебательной скорости имеет вид (1.2)

V = p/ρ·с, где ρ — плотность воздуха, кг/м³; с — скорость звука, м/с.

Произведение ρ·с для данных атмосферных усло­вий есть величина постоянная, ее называют акусти­ческим сопротивлением.

Интенсивность звука — количество энергии, про­ходящей в секунду через единицу площади, перпен­дикулярной к направлению распространения звуко­вой волны. Интенсивность звука измеряется в ваттах на метр квадратный (Вт/м²).

Плотность звуковой энергии есть количество зву­ковой энергии, находящейся в единице объема звуко­вого поля: ε = J/c.

2. Задание на СРС (Л.2 стр.3-9) 2.1 Дайте понятие электрическому каналу ЗВ. 2.2 Какие системы передачи сигналов ЗВ вам известны? 2.3 Что такое вещательная сеть ЗВ? 2.4 Дайте понятие тракту формирования программ. 2.5 Дайте понятие тракту первичного распределения программ 2.7 Дайте понятие тракту вторичного распределения программ ЗВ

3. Задание на СРСП. 3.1 Поясните преимущества применения цифровых методов передачи ЗВ. 3.2 Дайте письменное определение основным характеристикам звукового поля 3.3 Какие волны распространяются в звуковом пространстве? 3.4 Что такое звук? 3.5 По какой формуле определяется скорость звука?

4. Контрольные вопросы

4.1 Поясните скорость звука меньше или больше скорости света? 4.3 чем отличается инфразвук от ультразвука? 4.4 В какой полосе частот мы слышим? 4.5 Какие волны распространяются в твердых средах? 4.6 В каких единицах измеряют звуковое давление? 4.7 Дайте понятие звуковому полю.

Глоссарий

5.1.Звуковая волна 5.2 Звуковое давление 5.3 Инфразвук 5.4 Ультразвук 5.5 Плотность звуковой энергии 5.6 Интенсивность звуковой энергии 5.7 Электрический канал звукового вещания

Sound wave Sound pressure Infrasound Ultrasound

Литература

Основная 6.1 М.Т. Кохно стр.3-9 6.2 А.В. Выходец стр. 3-10

Дополнительная

Лекция 2