Акустика. Природа звука. Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Акустика — раздел физики, изучающий звуковые явления. Акустика подразделяется на общую, физиологическую, архитектурную, музыкальную и другие.
Общая акустика изучает преимущественно явления, касающиеся генерации, распространения (отражение, преломление, поглощение и т.д.) и использования звуковых волн для тех или иных целей. Физиологическая акустика изучает физические основы устройства органов речи и слуха, систему звуковых измерений (связь между характеристиками слухового ощущения и звуковой волны) и т.д. Прочие разделы акустики касаются использования звука в различных прикладных областях.
Звуком называют волны, распространяющиеся в упругих средах, образованные колебаниями с частотой от 16 до 20 000 Гц.частицами среды и воспринимаемые человеческим ухом.
В акустике рассматриваются и пограничные со звуком области: ниже 16 Гц — инфразвук и выше 20 000 Гц — ультразвук.
Источником звука является тело любой природы, находящееся в колебательном движении обычно в результате каких-либо механических воздействий, т.е. для возбуждения звука всегда требуется энергия. При колебаниях тело образует в окружающей среде (например, в воздухе) упругую продольную волну, которая достигая уха, вызывает слуховое ощущение.
Звук распространяется в любых упругих средах. Скорость распространения звука не зависит от частоты колебаний, а зависит от температуры, плотности и упругих свойств среды. Скорость звука в воздухе (0 0 С) составляет 331,5 м/сек. При повышении температуры на 1 0 С она увеличивается примерно на 0,5 м/сек.
V=V0+0,5t 0
В твердых и жидких средах скорость звука значительно выше, в воде, например, около 1500 м/сек. Эта скорость звука принята как средняя для мягких тканей тела человека.
Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Звуковая волна описывается уравнием механической волны
p=p0cos ω(t-x/v)
где р и р0— звуковое давление в конкретной точке пространства и максимальное звуковое давление соответственно; — круговая частота, t – время, x— координата точки среды (одномерный случай), v– скорость звуковой волны.
Физическими характеристиками звука являются: звуковое давление, интенсивность, частота, период, скорость звуковой волны и другие Эти характеристики могут быть измерены физическими приборами.
Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: Вт/м 2 .
где W-энергия, t-время,
S-площадь, Ф-поток энергии.
Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения давление.
Звуковым, или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в Н/м 2 .
Для плоской гармонической волны звуковое давление p связано с интенсивностью звука (I ) соотношением 
, (2)
где p0 — амплитудное, а pэф — эффективное (среднеквадратичное, которое обычно используется на практике) значения акустического давления.
Произведение скорости звука c в данной среде на плотность среды называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).
Удельный акустический импеданс Z: 
,
где p — звуковое давление, V — колебательная скорость частицы среды.
Удельный акустический импеданс аналогичен электрическому импедансу 
,
где U— напряжение, i -сила тока.
Интенсивность звука: 
, (3)
интенсивность плоской волны:
, (4)
где V — средняя скорость смещения частиц в волне.
Сравнение формул 3 и 4 дает нам зависимость скорости смещения частиц в среде от давления 
.
(5)
Величину Z называют акустическим импедансом.
Акустический импеданс является основной характеристикой акустических свойств среды, определяющей условия отражения и преломления звука на границе сред. Для воздуха (при нормальных условиях) Z = 430 кг/м 2 сек, для воды примерно 14510 4 кг/м 2 сек, для железа 4 10 7 кг/м 2 сек .
Звуки разделяют на тоны и шумы.
Тоном называется звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром (рис. 1.). Спектр сложного тона линейчатый.
Что такое тон в физике
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
— акустич. сигнал определённой высоты; в простейшем случае — чистый тон, т. е. синусоидальный сигнал данной частоты. T. может иметь тембральную окраску, т. е. содержать составляющие нескольких частот. Высота T. определяется осн. частотой звука и в небольшой степени зависит от его громкости; она является одной из гл. характеристик звучания музыкальных инструментов.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Полезное
Смотреть что такое «ТОН» в других словарях:
тон — сущ., м., употр. часто Морфология: (нет) чего? тона, чему? тону, (вижу) что? тон, чем? тоном, о чём? о тоне; мн. что? тона и тоны, (нет) чего? тонов и тонов, чему? тонам и тонам, (вижу) что? тона и тоны, чем? тонами и тонами, о чём? о тонах и о… … Толковый словарь Дмитриева
Тон — (от греч. τόνος натяжение, напряжение) наделённое значимостью контрастное варьирование высотно мелодических голосовых характеристик при произнесении языковых единиц. В фонетическом отношении тон есть акустический коррелят физиологического… … Лингвистический энциклопедический словарь
ТОН — ТОН, тона, мн. тоны тона, тонов, муж. (греч. tonos). 1. Звук, порождаемый периодичным колебанием воздуха, музыкальный звук, в отличие от шума (физ., муз.). «Аккордом называется одновременное сочетание трех, четырех или пяти различных тонов,… … Толковый словарь Ушакова
ТОН — (лат., от греч. teino растягивать, усиливаться). 1) производимый человеческим голосом или инструментом музыкальный звук определенной высоты. 2) звучность инструментов, 3) в живописи: цвет красок. 4) в общежитии: обращение человека с людьми, его… … Словарь иностранных слов русского языка
Тон — «Тон» может означать: Целый тон в музыке музыкальный интервал, либо тон буквенное или словесное обозначение высоты звука. Тон в лингвистике Тон в живописи Тон в теории цвета Теория официальной народности Фамилия: Тон, Александр… … Википедия
ТОН — танкоопасное направление Словарь: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с. ТОН тяжёлый особого назначения нож ТОН «тюрьма особого назначения»… … Словарь сокращений и аббревиатур
тон — См. звук, шум задавать тон, задать тону, подделываться под тон. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. тон окраска, расцветка, раскраска, цвет, краска, окраска, колер; мелодия … Словарь синонимов
ТОН — муж., франц., муз. всякий звук, звон, гул, голос; а всякое изменение звука есть повышение или понижение тона. Попасть в тон, взять заданную ноту. | муз. качество звука или зык. Хороший и плохой тон скрипки. У этого рояля тон полный, густой и… … Толковый словарь Даля
тон — а; мн. тона и тоны; м. [от греч. tonos поднятие, возвышение, повышение голоса] 1. Музыкальный звук определённой высоты в отличие от шума. Низкий, высокий т. Колокола разных тонов. Переливчатый т. скрипки. Аккорд из четырёх тонов. Петь, играть не… … Энциклопедический словарь
тон — тон/, мн. тон/а, тон/ов(цвет) и тон/ы, тон/ов и тон/ов (звук) … Морфемно-орфографический словарь