Отличительные характеристики звуковых волн
Звуки различаются между собой:
• по динамике или силе звучания;
• по тембру;
• по высоте;
• по длительности.
В следующих главах попробуем рассмотреть эти характеристики подробнее.
Как были те выходы в тишь хороши!
Безбрежная степь, как марина,
Вздыхает ковыль, шуршат мураши
И плавает плач комариный.
Борис Пастернак. «Степь»
Понятие звукового давления
По мере движения в каждой конкретной точке пространства звуковая волна создает изменяющееся давление. Оно попеременно то выше, то ниже атмосферного давления. Звуковое давление, как и атмосферное, измеряется в Паскалях:
Самый слабый звук, который способен услышать человек со здоровым слухом, соответствует давлению 20 мкПа. В связи с этим любопытно отметить, что звуковое давление, возникающее вследствие флюктуаций плотности воздуха, имеет при температуре 25°С величину порядка 5 мкПа. Если бы слух был чуть более восприимчив к звуковым раздражениям, человек слышал бы непрерывные молекулярные шумы воздуха и тока крови. Таким образом, чувствительность слуха находится на пределе биологической целесообразности. Еще интереснее оказываются результаты измерений верхнего предела громкости, начинающего вызывать болевые ощущения — для частоты кГц он равен Вт/м2 или 20 Па. То есть динамический диапазон слуха простирается от 20 х 106 до 20 Па!
Понятие интенсивности звука
Еще одним важным параметром звукового поля является интенсивность звука. Под этим параметром понимают «поток звуковой энергии, переносимый средой в направлении распространения через единицу поверхности, ему перпендикулярной, за единицу времени». Противодействие, оказываемое указанной площадкой среды распространению этой энергии, называется акустическим сопротивлением.
Электрические аналоги понятий давления и интенсивности
Для упрощения понимания сложных формулировок звуковое давление Р можно сравнить с переменным электрическим напряжением, а колебательную скорость V частиц среды (не путать со скоростью звука) с переменным током, то есть с колебательным процессом электрических частиц. По данной аналогии интенсивность звука I соответствует электрической мощности. Для плоской звуковой волны она будет иметь чисто активный характер; для сферической волны (расходящейся в разные направления) мощность приобретет реактивную составляющую.