Акустични свойства
Свойствата на материалите и продуктите да излъчват, провеждат и абсорбират звук се наричат акустични. Звукът е еластична механична вибрация, която се разпространява под формата на вълни в твърди, течни и газообразни среди. При разпространението на звука са възможни явленията отражение, пречупване, поглъщане, пречупване на звука, както и дисперсия, дифракция и интерференция.
Когато звукова вълна удари границата на две среди с различен вълнов импеданс, тя се отразява, което се характеризира с коефициент на отражение. Промяната в посоката на разпространение на звукова вълна, когато тя преминава от една среда в друга, причинява пречупване. Явлението на преобразуване на енергията на звукова вълна във вътрешна енергия на средата, в която се разпространява вълната, се нарича звукопоглъщане. Дължи се на топлопроводимост, вътрешно триене (вискозитет) и някои релаксационни процеси, които възникват в средата, когато нейното налягане и температура се променят в звукова вълна. Феноменът на звукопоглъщането се използва за изследване на вътрешната структура на различни вещества, както и за звукоизолация. Влакнестите и порести материали (филц, азбест, памучна вата) се характеризират с високи звукоизолиращи свойства. Тези свойства зависят от естеството и структурата на материала.
В зависимост от честотата на трептене, звукът условно се разделя на звуков (16 Hz. 20 kHz), способен да предизвика слухови усещания, когато е изложен на човешкото ухо, инфразвук (честота по-малка от 16 Hz), ултразвук (20 kHz. 1 GHz) и хиперзвук (честота над 1 GHz).
Най-важните физически характеристики на звука са скоростта, звуковото налягане, интензивността на звука и неговият спектрален състав. Във връзка със слуховите усещания, причинени от звукови звуци, те използват такива звукови характеристики като сила на звука,височина и тон.
Скоростта на звука е скоростта на разпространение на еластични вълни с нисък интензитет в среда (в метри в секунда). Зависи от естеството и структурата на материала, както и от температурата. Скоростта на звука във въздуха при температура на околната среда 0°C е 331 m/s, във вода - 1400, в стомана - 5000 m/s. С увеличаване на температурата и налягането скоростта на звука се увеличава. При повишаване на температурата на въздуха с 1 °C скоростта на разпространение на звука в него се увеличава с около 0,6 m/s. В твърдите тела скоростта на звука може да се различава в различни посоки. Скоростта на звука в дървото по дължината на влакната е 1,5-2 пъти по-голяма, отколкото в посоката напречно на влакната.
Звуково налягане (Pa) - получава се при преминаване на звукова вълна през среда.
Интензитетът (силата) на звука е количество, определено от енергията, пренасяна от звукова вълна през повърхност, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната: I \u003d W / S. Единицата SI за интензитет на звука е ват на квадратен метър (W/m2).
Субективната характеристика на звука, свързана с неговата интензивност, е силата на звука, която зависи от честотата. С увеличаване на силата на звука силата на звука се увеличава според логаритмичния закон. На тази основа се въвежда понятието ниво на звуков интензитет L, което се изразява в децибели (dB):
L = log(I/I0), (5.14)
където I0 е интензитетът на звука на прага на чуване, взет за всички звуци, равен на 10 12 W/m 2 .
Звукът с интензитет 10 -3 W / m 2 причинява болка. Интензитетът характеризира звука физически, а гръмкостта - физиологически. Промяна от 10 dB в нивото на интензитета на звука се усеща като удвояване на силата на звука.
Съвкупността от прости хармонични (синусоидални) трептения се нарича спектързвук. Спектърът може да бъде непрекъснат или линейн.
Непрекъснатият спектър съдържа хармонични компоненти с всички възможни честоти и се възприема от ухото като шум. Нивото на шума от различни източници е дадено в табл. 5.1.
Звукът на линейния спектър се характеризира с набор от периодични трептения с определено съотношение на честотите, например музикални звуци, честотите на компонентите на трептенията на които са цели числа, кратни на честотата на основното, най-бавно трептене.
Силата на звука е мярка за силата на слуховото усещане, причинено от звука. Зависи от ефективното звуково налягане и честотата на звука. За да сравните слуховите усещания, използвайте нивото на силата на звука (фон)
(5.15)
където p е ефективното звуково налягане за звук със стандартна честота v = 1 kHz, равен по сила на звука, който се изследва; p0 = 20 μPa е стандартният праг на чуване за звук с честота v = 1 kHz.
Височината на звука е условна характеристика на мюзикъла, т.е. периодичен или почти периодичен звук, определен от човек на ухо и свързан главно с честотата на звука. Звуци с определена височина се наричат тонове. Хармоничната звукова вибрация се нарича прост тон. Тонът, който високоговорителят произвежда, когато осцилира на най-ниската си честота, се нарича основен тон.
С увеличаването на честотата височината на звука се повишава. Звуковите честоти са разделени на интервали. Октава, извънсистемна безразмерна единица на честотен интервал, се приема като единица на честотния интервал. Една октава е равна на честотния интервал, при който логаритъмът с основа 2 на съотношението на две честоти е равен на едно: 1 октава = = lg2 (f2/fi) с f2/f = 2, където f2 и f са честоти. Интервалът е от особено значение за музикалните инструменти.
някоиматериали като дървото имат способността да усилват звука, без да изкривяват тона (резонансна мощност). Дървесината от резонансен смърч, кавказка ела и сибирски кедър се характеризира с най-висока резонансна способност, това е важно при избора на дървесина за производството на звукови дъски на музикални инструменти.
Нива на шум от различни източници Таблица 5.1