звук

Количество звука
Отклонение звука ${\ displaystyle \ xi}$ Звуковое давление ${\ displaystyle p}$ Уровень звукового давления ${\ displaystyle L_ {p}}$ Плотность звуковой энергии ${\ displaystyle E}$ Звуковая энергия ${\ displaystyle W}$ Звуковой поток ${\ displaystyle q}$ Скорость звука ${\ displaystyle c _ {\ text {S}}}$ Акустический импеданс ${\ displaystyle Z}$ Интенсивность звука ${\ displaystyle I}$ Звуковая мощность ${\ displaystyle P _ {\ text {ak}}}$ Скорость звука ${\ displaystyle v}$ Амплитуда скорости звука ${\ displaystyle v}$ Звуковое радиационное давление

Звук (от древневерхненемецкого : скаль ) обычно описывает механические колебания в упругой среде (газ, жидкость, твердое тело). Эти колебания распространяются в виде звуковых волн . В воздухе звуковые волны - это колебания давления и плотности.

В разговорной речи звук в первую очередь относится к шуму , звуку , тону , удару (типам звука), которые могут быть восприняты на слух людьми и животными со слухом, то есть системой ухо-мозг . Различают полезный звук , такой как музыка или голос во время разговора, и звук помех , такой как шум на стройплощадке или дорожный шум . Звук является коллективным и используется только в единственном числе .

Физическое определение

С физической точки зрения звук - это механическая деформация, которая распространяется как волна в среде . В неподвижных газах и жидкостях звук всегда является продольной волной , т.е. примерно также в воздухе. Общее волновое уравнение для трехмерных звуковых полей в жидких средах имеет вид:

{\ displaystyle \ Delta p = {\ frac {1} {c ^ {2}}} {\ frac {\ partial ^ {2} p} {\ partial t ^ {2}}}}

В этом есть оператор Лапласа . Звук распространяется с постоянной скоростью звука, которая характерна для среды и ее состояния ( температура , давление и т . Д.) . При температуре 20 ° C это 343 м / с в воздухе и 1484 м / с в воде, см. Также скорость звука в различных средах . Длина волны звуковой волны могут быть вычислены с использованием следующей зависимости для заданной частоты и скорости звука : ${\ displaystyle \ Delta}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle \ lambda}$ ${\ displaystyle f}$ ${\ displaystyle c}$

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c} {f}}}

В таких газах, как воздух, звук можно описать как волну звукового давления, накладываемую на статическое давление воздуха . В случае звуковых волн флуктуации переменных состояния давления и плотности обычно малы по сравнению с их переменными покоя. Это становится очевидным, если сравнить уровень звукового давления в 130 дБ ( децибел ), что примерно соответствует порогу боли человека, с нормальным атмосферным давлением: давление в атмосфере в состоянии покоя составляет 101325 Паскаль (= 1013,25 гектопаскаль), в то время как звук уровень давления 130 дБ соответствует в качестве эффективного значения от звукового давления р от всего 63 Паскаль.

С другой стороны, в твердых телах также существуют поперечные волны и направленные волны . В вакууме нет звука, потому что он, в отличие от электромагнитных волн, всегда нуждается в несущей среде. Распространение звука также происходит в космосе, поскольку из-за низкой плотности (около 1 миллиона атомов на кубический метр в межзвездном пространстве Млечного Пути) передаваемая энергия очень мала. Сверхзвуковые явления - это, например, сверхновые, звуковой удар которых также будет ниже порога слышимости человека.

Акустика

Связанная наука - акустика . Две формы энергии, которые преобразуются друг в друга во время звука, - это энергия сжатия и кинетическая энергия как величина звуковой энергии , но они характеризуются величинами звукового поля :

Звуковое давление p в Н / м ² = Па ( Паскаль )
Скорость звука v в м / с

Волны - это периодические во времени и пространстве изменения физической величины g (t, x) . Звуковое давление p является самой важной величиной звукового поля как скаляр ; см. также волну давления . Для этого есть разные причины: Звуковое давление - это явная переменная, которую относительно легко измерить с помощью микрофонов, а также физиологически обнаруживаемая людьми . Звуковое давление p легко измерить. На уровне звукового давления от 0 дБ, то есть на слуховом пороге , то звуковое давление имеет в эффективное значение 2 · 10 ^-5 Н / м ² (Паскаль). В противоположность этому , звуковое поле величиной скорости звука v является вектор , с эффектом звука со ссылкой на скорости спины и движения четвертого из жидких элементов (воздух частиц). Термин « скорость» здесь не используется, чтобы четко отличить его от скорости звука c . Скорость определить не так-то просто. Здесь следует помнить, что максимальная скорость, возникающая при отклонении, - это небольшие жидкие элементы по сравнению со скоростью звука: при уровне звукового давления 130 дБ, пороге боли, скорость звука в воздухе составляет всего 0,153 м / с. В пороге человеческого слуха эффективное значение скорости звука составляет 5 · 10 ^-8 м / с, что соответствует уровню скорости звука 0 дБ. Частицы воздуха здесь лишь немного отклоняются.

Классификация по частоте

По частотному диапазону различают:

Инфразвук <16 Гц не может быть слышен людьми из-за слишком низкой частоты
Слышимый звук от 16 Гц до 20 кГц - это звук, который может слышать человек.
Ультразвук от 20 кГц до 1,6 ГГц не может быть слышен людьми, потому что он слишком высокочастотный.
Гиперзвук > 1 ГГц формируется звуковыми волнами, которые могут распространяться только в ограниченной степени.

Порог слышимости, восприятие определенной громкости и предел восприятия боли людьми находятся в диапазоне от 16 до 20 000 Гц по семейству кривых слуха, которые имеют тенденцию сходиться в диапазоне самых низких и самых высоких частот. Слуховая способность, особенно в диапазоне высоких частот, необратимо снижается с возрастом, но также из-за нагрузки на слух, вызванной громкой музыкой, шумом или ударами.

Собаки и летучие мыши также могут слышать звуки выше 20 кГц. Инфразвук может быть тактильно ощущаться людьми брюшной стенкой, кончиками пальцев, стоя ногами или рассматриваться на твердых телах глазами как вибрация. Если к пьезо-ультразвуковому преобразователю прикоснуться пальцем для распыления воды, в нем возникнет ощущение тепла. В частности, пластиковые корпуса блоков питания прочно свариваются ультразвуком .

Разные шумы

Рисунок 1: Звуковое давление различных шумов с течением времени

На рисунке 1 показаны схематические временные кривые звукового давления различных шумов:

Первый сигнал показывает выстрел.
Второй - это синусоидальные колебания с уменьшающимся периодом или увеличивающейся частотой .
Третья осциллограмма показывает произносимое слово Википедия.

Смотри тоже

литература

Ганс Брейер: dtv-Atlas Physik, Том 1. Механика, акустика, термодинамика, оптика. dtv-Verlag, Мюнхен 1996, ISBN 3-423-03226-X .
Генрих Куттрафф: Акустика: Введение. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт 2004, ISBN 3-7776-1244-8 .
Клеменс Кюн : Теория музыки. Основы и проявления западной музыки. Laaber-Verlag, 1980, ISBN 3-9215-1860-1 , стр. 43-50 ( материал: 1. Акустическое обоснование ).

веб ссылки

Commons : Sound - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Викисловарь: звук - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

Викицитатник: Sonic Quotes

Индивидуальные доказательства

↑ Звук. В кн . : Лексикон физики. Спектр, 1998, доступ к 2 августа 2018 .
↑ Генрих Куттрафф: Акустика: Введение . С. Хирцель Верлаг, Штутгарт 2004 г., ISBN 3-7776-1244-8 , стр. 40.
↑ Брайан Генслер: Kosmos xxxtrem! Springer-Verlag, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-43391-1 , 8 «Сферические звуки: крайность звука».

[spektrum-1] Звук. В кн . : Лексикон физики. Спектр, 1998, доступ к 2 августа 2018 .

[2] Генрих Куттрафф: Акустика: Введение . С. Хирцель Верлаг, Штутгарт 2004 г., ISBN 3-7776-1244-8 , стр. 40.

[3] Брайан Генслер: Kosmos xxxtrem! Springer-Verlag, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-43391-1 , 8 «Сферические звуки: крайность звука».

Languages