Se uma onda sonora não encontrar obstáculos em seu caminho, ela se propagará uniformemente em todas as direções. Mas nem todo obstáculo se torna uma barreira para ela.
Tendo encontrado um obstáculo em seu caminho, o som pode contorná-lo, ser refletido, refratado ou absorvido.
Difração de som
Podemos conversar com uma pessoa que está na esquina de um prédio, atrás de uma árvore ou atrás de uma cerca, embora não possamos vê-la. Nós ouvimos isso porque o som é capaz de contornar esses objetos e penetrar na área atrás deles.
A capacidade de uma onda contornar um obstáculo é chamada difração .
A difração ocorre quando o comprimento de onda do som excede o tamanho do obstáculo. As ondas sonoras de baixa frequência são bastante longas. Por exemplo, a uma frequência de 100 Hz é igual a 3,37 M. À medida que a frequência diminui, o comprimento torna-se ainda maior. Portanto, uma onda sonora se curva facilmente em torno de objetos comparáveis a ela. As árvores do parque não interferem em nada na nossa audição sonora, porque o diâmetro de seus troncos é muito menor que o comprimento da onda sonora.
Graças à difração, as ondas sonoras penetram nas rachaduras e buracos de um obstáculo e se propagam atrás deles.
Vamos colocar uma tela plana com um buraco no caminho da onda sonora.
No caso em que o comprimento de onda do som ƛ muito maior que o diâmetro do furo D , ou esses valores são aproximadamente iguais, então atrás do buraco o som atingirá todos os pontos da área que fica atrás da tela (área de sombra sonora). A frente da onda que sai parecerá um hemisfério.
Se ƛ é apenas ligeiramente menor que o diâmetro da fenda, então a parte principal da onda se propaga em linha reta e uma pequena parte diverge ligeiramente para os lados. E no caso quando ƛ muito menos D , toda a onda irá na direção direta.
Reflexão sonora
Se uma onda sonora atinge a interface entre dois meios, são possíveis diferentes opções para sua propagação posterior. O som pode ser refletido da interface, pode se mover para outro meio sem mudar de direção, ou pode ser refratado, ou seja, mover-se, mudando de direção.
Suponha que apareça um obstáculo no caminho de uma onda sonora, cujo tamanho é muito maior que o comprimento de onda, por exemplo, um penhasco íngreme. Como o som se comportará? Como não pode contornar esse obstáculo, será refletido nele. Atrás do obstáculo está zona de sombra acústica .
O som refletido por um obstáculo é chamado eco .
A natureza da reflexão da onda sonora pode ser diferente. Depende da forma da superfície reflexiva.
Reflexão chamada de mudança na direção de uma onda sonora na interface entre dois meios diferentes. Ao ser refletida, a onda retorna ao meio de onde veio.
Se a superfície for plana, o som será refletido dela da mesma forma que um raio de luz é refletido em um espelho.
Os raios sonoros refletidos em uma superfície côncava são focados em um ponto.
A superfície convexa dissipa o som.
O efeito de dispersão é dado por colunas convexas, grandes molduras, lustres, etc.
O som não passa de um meio para outro, mas é refletido nele se as densidades do meio diferirem significativamente. Assim, o som que aparece na água não é transferido para o ar. Refletido na interface, permanece na água. Uma pessoa que esteja na margem do rio não ouvirá esse som. Isto é explicado pela grande diferença nas impedâncias das ondas da água e do ar. Em acústica, a impedância da onda é igual ao produto da densidade do meio pela velocidade do som nele. Como a resistência das ondas dos gases é significativamente menor do que a resistência das ondas dos líquidos e sólidos, quando uma onda sonora atinge a fronteira do ar e da água, ela é refletida.
Os peixes na água não ouvem o som que aparece acima da superfície da água, mas podem distinguir claramente o som, cuja fonte é um corpo vibrando na água.
Refração do som
Mudar a direção da propagação do som é chamado refração . Esse fenômeno ocorre quando o som viaja de um meio para outro, e sua velocidade de propagação nesses ambientes é diferente.
A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de reflexão é igual à razão entre as velocidades de propagação do som na mídia.
Onde eu - ângulo de incidência,
R – ângulo de reflexão,
v. 1 – velocidade de propagação do som no primeiro meio,
v2 – velocidade de propagação do som no segundo meio,
n - índice de refração.
A refração do som é chamada refração .
Se uma onda sonora não cair perpendicularmente à superfície, mas em um ângulo diferente de 90°, então a onda refratada se desviará da direção da onda incidente.
A refração do som pode ser observada não apenas na interface entre as mídias. As ondas sonoras podem mudar de direção em um meio heterogêneo - a atmosfera, o oceano.
Na atmosfera, a refração é causada por mudanças na temperatura do ar, velocidade e direção do movimento das massas de ar. E no oceano aparece devido à heterogeneidade das propriedades da água - diferentes pressões hidrostáticas em diferentes profundidades, diferentes temperaturas e diferentes salinidades.
Absorção sonora
Quando uma onda sonora encontra uma superfície, parte de sua energia é absorvida. E quanta energia um meio pode absorver pode ser determinada conhecendo o coeficiente de absorção sonora. Este coeficiente mostra quanto da energia das vibrações sonoras é absorvida por 1 m2 de obstáculo. Tem um valor de 0 a 1.
A unidade de medida para absorção sonora é chamada sabin . Seu nome vem do físico americano Wallace Clement Sabin, fundador da acústica arquitetônica. 1 sabin é a energia que é absorvida por 1 m 2 de superfície, cujo coeficiente de absorção é 1. Ou seja, tal superfície deve absorver absolutamente toda a energia da onda sonora.
Reverberação
Wallace Sabin
A propriedade dos materiais de absorver som é amplamente utilizada na arquitetura. Ao estudar a acústica da sala de aula, parte do Museu Fogg, Wallace Clement Sabin concluiu que havia uma relação entre o tamanho da sala, as condições acústicas, o tipo e a área dos materiais absorventes de som e tempo de reverberação .
Reverberação chame o processo de reflexão de uma onda sonora a partir de obstáculos e sua atenuação gradual após o desligamento da fonte sonora. Num espaço fechado, o som pode ser refletido repetidamente nas paredes e objetos. Como resultado, surgem vários sinais de eco, cada um dos quais soa separadamente. Este efeito é chamado efeito de reverberação .
A característica mais importante da sala é tempo de reverberação , que Sabin inseriu e calculou.
Onde V – volume da sala,
A – absorção sonora geral.
Onde um eu – coeficiente de absorção sonora do material,
S eu - área de cada superfície.
Se o tempo de reverberação for longo, os sons parecem “vagar” pela sala. Eles se sobrepõem, abafam a principal fonte de som e o salão fica vibrante. Com um curto tempo de reverberação, as paredes absorvem rapidamente os sons e tornam-se opacas. Portanto, cada cômodo deve ter seu cálculo exato.
Com base em seus cálculos, Sabin organizou os materiais absorventes de som de forma que o “efeito de eco” fosse reduzido. E o Boston Symphony Hall, de cuja criação foi consultor acústico, ainda é considerado um dos melhores salões do mundo.
Se uma onda sonora não encontrar obstáculos em seu caminho, ela se propagará uniformemente em todas as direções. Mas nem todo obstáculo se torna uma barreira para ela.
Tendo encontrado um obstáculo em seu caminho, o som pode contorná-lo, ser refletido, refratado ou absorvido.
Difração de som
Podemos conversar com uma pessoa que está na esquina de um prédio, atrás de uma árvore ou atrás de uma cerca, embora não possamos vê-la. Nós ouvimos isso porque o som é capaz de contornar esses objetos e penetrar na área atrás deles.
A capacidade de uma onda contornar um obstáculo é chamada difração .
A difração ocorre quando o comprimento de onda do som excede o tamanho do obstáculo. As ondas sonoras de baixa frequência são bastante longas. Por exemplo, a uma frequência de 100 Hz é igual a 3,37 M. À medida que a frequência diminui, o comprimento torna-se ainda maior. Portanto, uma onda sonora se curva facilmente em torno de objetos comparáveis a ela. As árvores do parque não interferem em nada na nossa audição sonora, porque o diâmetro de seus troncos é muito menor que o comprimento da onda sonora.
Graças à difração, as ondas sonoras penetram nas rachaduras e buracos de um obstáculo e se propagam atrás deles.
Vamos colocar uma tela plana com um buraco no caminho da onda sonora.
No caso em que o comprimento de onda do som ƛ muito maior que o diâmetro do furo D , ou esses valores são aproximadamente iguais, então atrás do buraco o som atingirá todos os pontos da área que fica atrás da tela (área de sombra sonora). A frente da onda que sai parecerá um hemisfério.
Se ƛ é apenas ligeiramente menor que o diâmetro da fenda, então a parte principal da onda se propaga em linha reta e uma pequena parte diverge ligeiramente para os lados. E no caso quando ƛ muito menos D , toda a onda irá na direção direta.
Reflexão sonora
Se uma onda sonora atinge a interface entre dois meios, são possíveis diferentes opções para sua propagação posterior. O som pode ser refletido da interface, pode se mover para outro meio sem mudar de direção, ou pode ser refratado, ou seja, mover-se, mudando de direção.
Suponha que apareça um obstáculo no caminho de uma onda sonora, cujo tamanho é muito maior que o comprimento de onda, por exemplo, um penhasco íngreme. Como o som se comportará? Como não pode contornar esse obstáculo, será refletido nele. Atrás do obstáculo está zona de sombra acústica .
O som refletido por um obstáculo é chamado eco .
A natureza da reflexão da onda sonora pode ser diferente. Depende da forma da superfície reflexiva.
Reflexão chamada de mudança na direção de uma onda sonora na interface entre dois meios diferentes. Ao ser refletida, a onda retorna ao meio de onde veio.
Se a superfície for plana, o som será refletido dela da mesma forma que um raio de luz é refletido em um espelho.
Os raios sonoros refletidos em uma superfície côncava são focados em um ponto.
A superfície convexa dissipa o som.
O efeito de dispersão é dado por colunas convexas, grandes molduras, lustres, etc.
O som não passa de um meio para outro, mas é refletido nele se as densidades do meio diferirem significativamente. Assim, o som que aparece na água não é transferido para o ar. Refletido na interface, permanece na água. Uma pessoa que esteja na margem do rio não ouvirá esse som. Isto é explicado pela grande diferença nas impedâncias das ondas da água e do ar. Em acústica, a impedância da onda é igual ao produto da densidade do meio pela velocidade do som nele. Como a resistência das ondas dos gases é significativamente menor do que a resistência das ondas dos líquidos e sólidos, quando uma onda sonora atinge a fronteira do ar e da água, ela é refletida.
Os peixes na água não ouvem o som que aparece acima da superfície da água, mas podem distinguir claramente o som, cuja fonte é um corpo vibrando na água.
Refração do som
Mudar a direção da propagação do som é chamado refração . Esse fenômeno ocorre quando o som viaja de um meio para outro, e sua velocidade de propagação nesses ambientes é diferente.
A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de reflexão é igual à razão entre as velocidades de propagação do som na mídia.
Onde eu - ângulo de incidência,
R – ângulo de reflexão,
v. 1 – velocidade de propagação do som no primeiro meio,
v2 – velocidade de propagação do som no segundo meio,
n - índice de refração.
A refração do som é chamada refração .
Se uma onda sonora não cair perpendicularmente à superfície, mas em um ângulo diferente de 90°, então a onda refratada se desviará da direção da onda incidente.
A refração do som pode ser observada não apenas na interface entre as mídias. As ondas sonoras podem mudar de direção em um meio heterogêneo - a atmosfera, o oceano.
Na atmosfera, a refração é causada por mudanças na temperatura do ar, velocidade e direção do movimento das massas de ar. E no oceano aparece devido à heterogeneidade das propriedades da água - diferentes pressões hidrostáticas em diferentes profundidades, diferentes temperaturas e diferentes salinidades.
Absorção sonora
Quando uma onda sonora encontra uma superfície, parte de sua energia é absorvida. E quanta energia um meio pode absorver pode ser determinada conhecendo o coeficiente de absorção sonora. Este coeficiente mostra quanto da energia das vibrações sonoras é absorvida por 1 m2 de obstáculo. Tem um valor de 0 a 1.
A unidade de medida para absorção sonora é chamada sabin . Seu nome vem do físico americano Wallace Clement Sabin, fundador da acústica arquitetônica. 1 sabin é a energia que é absorvida por 1 m 2 de superfície, cujo coeficiente de absorção é 1. Ou seja, tal superfície deve absorver absolutamente toda a energia da onda sonora.
Reverberação
Wallace Sabin
A propriedade dos materiais de absorver som é amplamente utilizada na arquitetura. Ao estudar a acústica da sala de aula, parte do Museu Fogg, Wallace Clement Sabin concluiu que havia uma relação entre o tamanho da sala, as condições acústicas, o tipo e a área dos materiais absorventes de som e tempo de reverberação .
Reverberação chame o processo de reflexão de uma onda sonora a partir de obstáculos e sua atenuação gradual após o desligamento da fonte sonora. Num espaço fechado, o som pode ser refletido repetidamente nas paredes e objetos. Como resultado, surgem vários sinais de eco, cada um dos quais soa separadamente. Este efeito é chamado efeito de reverberação .
A característica mais importante da sala é tempo de reverberação , que Sabin inseriu e calculou.
Onde V – volume da sala,
A – absorção sonora geral.
Onde um eu – coeficiente de absorção sonora do material,
S eu - área de cada superfície.
Se o tempo de reverberação for longo, os sons parecem “vagar” pela sala. Eles se sobrepõem, abafam a principal fonte de som e o salão fica vibrante. Com um curto tempo de reverberação, as paredes absorvem rapidamente os sons e tornam-se opacas. Portanto, cada cômodo deve ter seu cálculo exato.
Com base em seus cálculos, Sabin organizou os materiais absorventes de som de forma que o “efeito de eco” fosse reduzido. E o Boston Symphony Hall, de cuja criação foi consultor acústico, ainda é considerado um dos melhores salões do mundo.
Prefácio.
Som- são vibrações mecânicas que se propagam em meios elásticos - gases, líquidos e sólidos - e são percebidas pelos órgãos auditivos.
Agora vamos pensar um pouco. Se, por exemplo, uma pedra caísse nas montanhas e não houvesse ninguém por perto que pudesse ouvir o som da sua queda, o som existia ou não? A questão pode ser respondida tanto positiva como negativamente em igual medida, uma vez que a palavra “som” tem um duplo significado. Portanto, é necessário concordar sobre o que é considerado som - um fenômeno físico na forma de propagação de vibrações sonoras no ar ou sensação do ouvinte. O primeiro é essencialmente a causa, o segundo o efeito, enquanto o primeiro conceito de som é objetivo, o segundo é subjetivo.
Em primeiro Neste caso, o som realmente representa um fluxo de energia fluindo como o fluxo de um rio. Tal som pode mudar o meio através do qual passa, e é ele próprio modificado por ele. No segundo Neste caso, por som entendemos aquelas sensações que surgem no ouvinte quando uma onda sonora atua no cérebro através de um aparelho auditivo. Ao ouvir um som, uma pessoa pode experimentar sentimentos diferentes. As mais variadas emoções são evocadas em nós por aquele complexo complexo de sons que chamamos música. Os sons formam a base discursos, que serve como principal meio de comunicação na sociedade humana. E, finalmente, existe uma forma de som como barulho. A análise do som do ponto de vista da percepção subjetiva é mais complexa do que com uma avaliação objetiva.
Propagação do som no espaço e seus efeitos nos órgãos auditivos humanos.
Quando uma onda sonora atinge qualquer ponto do espaço, partículas de matéria, que antes não realizavam movimentos ordenados, começam a vibrar. Qualquer corpo em movimento, inclusive os oscilantes, é capaz de realizar trabalho, ou seja, possui energia. Consequentemente, a propagação de uma onda sonora é acompanhada pela propagação de energia. A fonte dessa energia é um corpo vibrante que irradia energia para o espaço circundante (matéria).
Os órgãos auditivos humanos são capazes de perceber vibrações com frequência de 15 a 20 hertz a 16 a 20 mil hertz. As vibrações mecânicas com as frequências indicadas são chamadas de sonoras ou acústicas (acústica é o estudo do som)
Assim, o som é um processo oscilatório de onda que ocorre em um meio elástico e causa uma sensação auditiva. Porém, a sensibilidade humana aos sons é seletiva, por isso falamos de sons audíveis e inaudíveis. A combinação de ambos geralmente se assemelha ao espectro dos raios solares, no qual existe uma região visível – do vermelho ao violeta e duas invisíveis – o infravermelho e o ultravioleta. Por analogia com o espectro solar, os sons que não são percebidos pelo ouvido humano são chamados infrassons, ultrassonografias E hipersônico.
O que acontece nos órgãos auditivos com vários sistemas e processos de transformação auditiva? Vejamos a estrutura do sistema auditivo humano.
O ouvido externo consiste no pavilhão auricular e no canal auditivo, que o conecta ao tímpano. A principal função do ouvido externo é determinar a direção da fonte sonora. O canal auditivo, que é um tubo de dois centímetros de comprimento que se estreita para dentro, protege as partes internas do ouvido e desempenha o papel de ressonador. O canal auditivo termina com o tímpano, uma membrana que vibra sob a influência das ondas sonoras. É aqui, na borda externa do ouvido médio, que ocorre a transformação do som objetivo em subjetivo. Atrás do tímpano existem três pequenos ossos interligados: o martelo, a bigorna e o estribo, através dos quais as vibrações são transmitidas ao ouvido interno.
Lá, no nervo auditivo, eles são convertidos em sinais elétricos. A pequena cavidade, onde estão localizados o martelo, a bigorna e o estribo, é preenchida com ar e conectada à cavidade oral pela trompa de Eustáquio. Graças a este último, uma pressão igual é mantida nos lados interno e externo do tímpano. Normalmente a trompa de Eustáquio está fechada e só abre quando há uma mudança repentina de pressão (bocejar, engolir) para equalizá-la. Se a trompa de Eustáquio de uma pessoa estiver fechada, por exemplo, devido a um resfriado, a pressão não será equalizada e a pessoa sentirá dor nos ouvidos.
A força que atua no tímpano é igual ao produto da pressão pela área do tímpano.
Mas os verdadeiros mistérios da audição começam com a janela oval. As ondas sonoras se propagam em um líquido ( perilinfa) com o qual o caracol é preenchido. Este órgão do ouvido interno, em forma de cóclea, tem três centímetros de comprimento e é dividido em duas partes ao longo de todo o seu comprimento por um septo. As ondas sonoras atingem a divisória, contornam-na e depois se espalham quase no mesmo local onde tocaram pela primeira vez a divisória, mas do outro lado.
O septo coclear consiste em membrana principal, muito grosso e apertado. As vibrações sonoras criam ondulações semelhantes a ondas na sua superfície, com cristas para diferentes frequências situadas em áreas muito específicas da membrana.
As vibrações mecânicas são convertidas em elétricas em um órgão especial( Órgão de corti), colocado acima do topo da membrana principal.
Acima do órgão de Corti está localizado membrana tectorial. Ambos os órgãos estão imersos em fluido - endolinfa e separado do resto da cóclea Membrana de Reissner. Os cabelos que crescem no órgão de Corti quase penetram na membrana tectorial e, quando ocorre o som, eles entram em contato - o som é convertido, agora é codificado na forma de sinais elétricos.
A pele e os ossos do crânio desempenham um papel significativo no aumento da nossa capacidade de perceber sons, devido à sua boa condutividade. Por exemplo, se você colocar o ouvido no trilho, o movimento de um trem que se aproxima pode ser detectado muito antes de ele aparecer.
Propriedades do som e suas características.
As principais características físicas do som são a frequência e a intensidade das vibrações. Eles influenciam a percepção auditiva das pessoas.
Período oscilação é o tempo durante o qual ocorre uma oscilação completa. Um exemplo pode ser dado de um pêndulo oscilante, quando ele se move da posição extrema esquerda para a extrema direita e retorna à sua posição original.
Frequência oscilações são o número de oscilações completas (períodos) em um segundo. Esta unidade é chamada de hertz (Hz). Quanto maior a frequência de vibração, mais alto é o som que ouvimos, ou seja, o som tem maior tom. De acordo com o sistema internacional de unidades aceito, 1.000 Hz é denominado quilohertz (kHz) e 1.000.000 é denominado megahertz (MHz).
Distribuição de frequência: sons audíveis – entre 15Hz-20kHz, infrassons – abaixo de 15Hz; ultrassonografias – entre 1,5·10 4 – 10 9 Hz; hipersons - dentro de 10 9 – 10 13 Hz.
O ouvido humano é mais sensível a sons com frequências entre 2.000 e 5.000 kHz. A maior acuidade auditiva é observada na faixa etária de 15 a 20 anos. Com a idade, a audição piora.
Associado ao período e frequência das oscilações está o conceito de comprimento ondas. O comprimento de onda do som é a distância entre duas condensações ou rarefações sucessivas do meio. Usando o exemplo das ondas que se propagam na superfície da água, esta é a distância entre duas cristas.
Os sons também diferem em timbre. O tom principal do som é acompanhado por tons secundários, que são sempre de frequência mais alta (sobretons). O timbre é uma característica qualitativa do som. Quanto mais harmônicos são sobrepostos ao tom principal, mais “suculento” é o som musicalmente.
A segunda característica principal é amplitude de vibração. Este é o maior desvio da posição de equilíbrio durante vibrações harmônicas. Usando o exemplo de um pêndulo, seu desvio máximo é para a posição extrema esquerda ou para a posição extrema direita. A amplitude das oscilações determina intensidade (força) som.
A força do som, ou sua intensidade, é determinada pela quantidade de energia acústica que flui em um segundo através de uma área de um centímetro quadrado. Consequentemente, a intensidade das ondas acústicas depende da magnitude da pressão acústica criada pela fonte no meio.
A intensidade do som, por sua vez, está relacionada com volume. Quanto maior a intensidade do som, mais alto ele é. No entanto, esses conceitos não são equivalentes. Loudness é uma medida da força da sensação auditiva causada por um som. Um som com a mesma intensidade pode criar percepções auditivas de intensidade diferente em pessoas diferentes. Cada pessoa tem seu próprio limiar auditivo.
A pessoa deixa de ouvir sons de altíssima intensidade e os percebe como uma sensação de pressão e até dor. Essa intensidade sonora é chamada de limiar de dor.
Barulho. Música. Discurso.
Do ponto de vista da percepção dos sons pelos órgãos auditivos, eles podem ser divididos principalmente em três categorias: barulho, música E discurso. São diferentes áreas dos fenômenos sonoros que possuem informações específicas de uma pessoa.
Barulho- esta é uma combinação aleatória de um grande número de sons, ou seja, a fusão de todos esses sons em uma voz discordante. O ruído é considerado uma categoria de sons que perturba ou incomoda uma pessoa.
As pessoas só conseguem tolerar uma certa quantidade de ruído. Mas se passar uma ou duas horas e o barulho não parar, surge tensão, nervosismo e até dor.
O som pode matar uma pessoa. Na Idade Média, existia até tal execução quando uma pessoa era colocada sob um sino e começava a bater nele. Gradualmente, o toque dos sinos matou o homem. Mas isso foi na Idade Média. Hoje em dia surgiram aeronaves supersônicas. Se tal avião sobrevoar a cidade a uma altitude de 1.000 a 1.500 metros, as janelas das casas estourarão.
Músicaé um fenômeno especial no mundo dos sons, mas, diferentemente da fala, não transmite significados semânticos ou linguísticos precisos. A saturação emocional e as associações musicais agradáveis começam na primeira infância, quando a criança ainda possui comunicação verbal. Ritmos e cantos o conectam com a mãe, e cantar e dançar são elementos de comunicação nas brincadeiras. O papel da música na vida humana é tão grande que nos últimos anos a medicina lhe atribuiu propriedades curativas.
Com a ajuda da música, você pode normalizar o biorritmo e garantir um nível ideal de atividade do sistema cardiovascular.
Mas você só precisa lembrar como os soldados vão para a batalha. Desde tempos imemoriais, a canção foi um atributo indispensável da marcha de um soldado.
Discurso- o meio mais importante de pensamento e comunicação entre as pessoas. A fala consiste em ruídos e tons mais ou menos contínuos que constituem grupos. O domínio da fala ocorre na infância, quando a criança ainda escuta e tenta reproduzir as palavras mais simples e fáceis de pronunciar: “mamãe” e “papai”.
Leis de propagação sonora.
As leis básicas da propagação do som incluem as leis de sua reflexões E refração nas fronteiras de diferentes ambientes, bem como difração som e sua dispersão na presença de obstáculos e heterogeneidades no meio e nas interfaces entre meios.
Sobre faixa A propagação do som é influenciada pelo fator de absorção sonora, ou seja, a transição irreversível da energia das ondas sonoras para outros tipos de energia, em particular o calor. Um fator importante também é foco radiação e velocidade de propagação som, que depende do ambiente e do seu estado específico.
A partir de uma fonte sonora, as ondas acústicas se propagam em todas as direções. Se uma onda sonora passar por um orifício relativamente pequeno, ela se espalhará em todas as direções e não se propagará em um feixe direcionado. Por exemplo, os sons da rua que penetram em uma sala através de uma janela aberta são ouvidos em todos os pontos, e não apenas em frente à janela.
A natureza da propagação das ondas sonoras perto de um obstáculo depende da relação entre o tamanho do obstáculo e o comprimento de onda. Se o tamanho do obstáculo for pequeno comparado ao comprimento de onda, então a onda flui ao redor desse obstáculo, espalhando-se em todas as direções.
As ondas sonoras, penetrando de um meio para outro, desviam-se de sua direção original, ou seja, são refratadas. O ângulo de refração pode ser maior ou menor que o ângulo de incidência. Depende de qual meio o som penetra. Se a velocidade do som no segundo meio for maior, então o ângulo de refração será maior que o ângulo de incidência e vice-versa.
Ao encontrar um obstáculo em seu caminho, as ondas sonoras são refletidas dele de acordo com uma regra estritamente definida - o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência - o conceito de eco está relacionado a isso. Se o som for refletido em várias superfícies a distâncias diferentes, ocorrerão múltiplos ecos.
O som viaja na forma de uma onda esférica divergente que preenche um volume cada vez maior. À medida que a distância aumenta, as vibrações das partículas do meio enfraquecem e o som se dissipa. Sabe-se que para aumentar o alcance de transmissão o som deve estar concentrado em uma determinada direção. Quando queremos, por exemplo, ser ouvidos, colocamos as mãos na boca ou usamos um megafone.
A faixa de propagação do som é muito influenciada por difração, isto é, a curvatura dos raios sonoros. Quanto mais heterogêneo for o meio, mais o feixe sonoro será curvado e, consequentemente, menor será o alcance de propagação do som.
Infra-som, ultra-som, hiper-som.
Infra-som– vibrações elásticas e ondas com frequências abaixo da faixa de frequências audíveis pelos humanos. Normalmente, 15-4 Hz é considerado o limite superior da faixa de infra-som; Esta definição é condicional, pois com intensidade suficiente, a percepção auditiva também ocorre em frequências de alguns Hz, embora a natureza tonal da sensação desapareça e apenas ciclos individuais de oscilações se tornem distinguíveis. O limite inferior de frequência do infra-som é incerto. Sua atual área de estudo se estende até cerca de 0,001 Hz. Assim, a faixa de frequências infra-sônicas cobre cerca de 15 oitavas.
As ondas infra-sônicas se propagam no ar e na água, bem como na crosta terrestre (neste caso são chamadas de sísmicas e são estudadas pela sismologia). Os infra-sons também incluem vibrações de baixa frequência de grandes estruturas, em particular veículos e edifícios.
A principal característica do infra-som, devido à sua baixa frequência, é a baixa absorção. Ao se propagar nas profundezas do mar e na atmosfera ao nível do solo, as ondas infra-sônicas com frequência de 10-20 Hz atenuam a uma distância de 1000 km em não mais do que alguns dB (decibéis). Devido ao longo comprimento de onda nas frequências infra-sônicas, a dispersão do som em ambientes naturais também é baixa; a dispersão perceptível é criada apenas por objetos muito grandes - colinas, montanhas, grandes edifícios, etc. Devido à baixa absorção e dispersão, o infra-som pode se propagar por distâncias muito longas. Sabe-se que os sons de erupções vulcânicas e explosões atômicas podem circundar o globo muitas vezes; as ondas sísmicas podem atravessar toda a espessura da Terra. Pelas mesmas razões, o infra-som é quase impossível de isolar e todos os materiais que absorvem o som perdem sua eficácia nas frequências do infra-som.
As fontes de infra-som associadas à atividade humana são explosões, tiros, ondas de choque de aeronaves supersônicas, radiação acústica de motores a jato, etc. Qualquer som muito alto geralmente carrega consigo energia infra-sônica. É característico que o processo de formação da fala seja acompanhado por radiação infra-sônica. Uma contribuição significativa para a poluição infra-sônica do meio ambiente é feita pelo ruído de transporte de origem aerodinâmica e vibratória.
Foi estabelecido que o infra-som com alto nível de intensidade (120 dB ou mais) tem efeito prejudicial ao corpo humano. As vibrações infra-sônicas são ainda mais prejudiciais, pois sua influência pode causar perigosos fenômenos de ressonância em órgãos individuais. Infrassons poderosos podem causar destruição e danos a estruturas e equipamentos. Ao mesmo tempo, o infra-som, devido ao seu longo alcance de propagação, encontra aplicação prática útil no estudo do ambiente oceânico, das camadas superiores da atmosfera e na determinação do local de uma erupção ou explosão. Ondas infra-sônicas emitidas durante erupções subaquáticas podem prever a ocorrência de um tsunami.
Ultrassom – ondas elásticas com frequências de aproximadamente (1,5 – 2)·10 4 Hz (15 – 20 kHz) a 10 9 Hz (1 GHz); A região das ondas de frequência de 10 9 a 10 12 – 10 13 Hz é geralmente chamada de hipersom. Por frequência, o ultrassom é convenientemente dividido em 3 faixas: ultrassom de baixa frequência (1,5 10 4 – 10 5 Hz), ultrassom de média frequência (10 5 – 10 7 Hz), região de ultrassom de alta frequência (10 7 – 10 9 Hz). ). Cada uma destas gamas é caracterizada por características específicas de geração, recepção, distribuição e aplicação.
Por sua natureza física, o ultrassom é uma onda elástica e nisso não difere do som, portanto, o limite de frequência entre o som e as ondas ultrassônicas é arbitrário. No entanto, devido às frequências mais altas e, portanto, aos comprimentos de onda curtos, ocorrem uma série de características de propagação do ultrassom.
Devido ao curto comprimento de onda do ultrassom, sua natureza é determinada principalmente pela estrutura molecular do meio. O ultrassom no gás, e em particular no ar, propaga-se com alta atenuação. Líquidos e sólidos são, via de regra, bons condutores de ultrassom; a atenuação neles é muito menor. Portanto, as áreas de utilização do ultrassom de média e alta frequência referem-se quase exclusivamente a líquidos e sólidos, e apenas o ultrassom de baixa frequência é utilizado em ar e gases.
As ondas ultrassônicas encontraram maior aplicação em muitas áreas da atividade humana: na indústria, na medicina, na vida cotidiana, o ultrassom foi usado para perfurar poços de petróleo, etc. Ultrassom com intensidade de várias centenas de W/cm 2 pode ser obtido de fontes artificiais.
Os ultrassons podem ser produzidos e percebidos por animais como cães, gatos, golfinhos, formigas, morcegos, etc. Os morcegos emitem sons curtos e agudos durante o voo. Em seu vôo, eles são guiados pelos reflexos desses sons nos objetos encontrados ao longo do caminho; podem até capturar insetos, guiados apenas pelos ecos de suas pequenas presas. Gatos e cães podem ouvir sons de assobios muito agudos (ultrassom).
Hipersom– são ondas elásticas com frequências de 10 9 a 10 12 – 10 13 Hz. Por sua natureza física, o hipersom não difere das ondas sonoras e ultrassônicas. Devido às frequências mais altas e, portanto, aos comprimentos de onda mais curtos do que no campo do ultrassom, as interações do hipersom com as quasipartículas no meio - com elétrons de condução, fônons térmicos, etc. - tornam-se muito mais significativas. O hipersom também é frequentemente representado como um fluxo de quasipartículas - fônons.
A faixa de frequência do hipersom corresponde às frequências das oscilações eletromagnéticas nas faixas de decímetros, centímetros e milímetros (as chamadas frequências ultra-altas).A frequência de 10 9 Hz no ar à pressão atmosférica normal e à temperatura ambiente deve ser do mesma ordem de grandeza do caminho livre das moléculas no ar sob as mesmas condições. No entanto, as ondas elásticas podem propagar-se num meio apenas se o seu comprimento de onda for visivelmente maior do que o caminho livre das partículas nos gases ou maior do que as distâncias interatómicas nos líquidos e sólidos. Portanto, as ondas hipersônicas não podem se propagar em gases (em particular no ar) à pressão atmosférica normal. Em líquidos, a atenuação do hipersom é muito alta e o alcance de propagação é curto. O hipersom se propaga relativamente bem em sólidos - monocristais, especialmente em baixas temperaturas. Mas mesmo nessas condições, o hipersom é capaz de percorrer uma distância de apenas 1, no máximo 15 centímetros.
Plano.
1.
Propagação do som no espaço e seus efeitos nos órgãos auditivos humanos.
2. Propriedades do som e suas características.
3. Ruído. Música. Discurso.
4. Leis de propagação sonora.
5. Infra-som, ultra-som, hiper-som.
Lista de literatura usada.
1. Khorbenko Ivan Grigorievich: “Além do Audível”; 2ª edição, 1986.
2. Klyukin Igor Ivanovich: “O Incrível Mundo do Som”; 2ª edição, 1986.
3. Koshkin N.I., Shirkevich M.G.: “Manual de física elementar”; 10ª edição, 1988
4. Internet: biblioteca online Moshkov( www . biblioteca . ru ). Literatura científica popular, Física – enciclopédia online em 5 volumes, “Z”, ultrassom, infra-som, hiper-som. http://www.physicum.narod.r você
5. Desenho - Internet:
http://www.melfon.ru/TOMSK/kvz.htm
Ministério da Cultura da Federação Russa
Universidade Estadual de Cinema e Televisão de São Petersburgo
Departamento noturno.
Teste
na disciplina Introdução à especialidade
“Pesquisa Sonora. Propriedades básicas da audição
pessoa."
Concluído pelo aluno do grupo nº 7252:
Recebido pelo reitor do departamento noturno, professor associado:
Tarasov B.N.
São Petersburgo 2002
Propagação de ondas sonoras
§ 53. Velocidade do som ( Com) no ar é de cerca de 350 m/s. ou 1260 km/h. A velocidade do som é relativamente constante 47 e não depende de sua intensidade - sons altos e baixos “viajam” na mesma velocidade (mas os altos ainda mais, já que a intensidade do som é inversamente proporcional ao quadrado da distância do fonte). A condensação ou rarefação do ar que ocorre próximo à fonte sonora se espalha no espaço ao longo do tempo. Se a fonte sonora for um corpo oscilante, a onda sonora, num tempo igual ao período de oscilação do corpo T, consegue percorrer uma distância igual ao produto da velocidade do som pela duração do período. Essa distância é chamada comprimento som ondas(ver Fig. 10) e é denotado pela letra grega “lambda” ( = c * T). Como T = 1/f (ver § 52 acima), esta fórmula pode ser escrita na forma =s/f, ou seja, o comprimento de onda é diretamente proporcional à velocidade de propagação das ondas em um determinado meio (c) e inversamente proporcional à frequência de oscilação (f).
Figura 10. Comprimento de onda do som (KOK P1).
Tom simples (puro) - vibração harmônica
§ 54. Os sons da fala são vibrações complexas, ou seja, Combinações complexas de tons e/ou ruídos simples ou puros.
Tom simples- Esta é uma oscilação periódica que possui apenas uma frequência de oscilação. Caso contrário, uma oscilação periódica simples é chamada harmônico.
Sons deste tipo não existem na natureza, embora existam sons muito próximos do tom puro. Estes incluem, por exemplo, o som produzido por um diapasão. Se você acertar a haste de um diapasão, suas pernas começam a se mover de uma posição neutra, depois retornam à posição original sob a influência da força elástica e, devido à inércia, continuam a se mover através do ponto de repouso, depois de volta, etc. (ver Fig. 1.2, 1.3; 3.2, 3.8). As forças de inércia e elasticidade têm direções opostas e atuam em qualquer momento do movimento, sendo uma mais forte que a outra.
Figura 11. Representação esquemática do deslocamento dos bigodes do diapasão ao longo de um ciclo oscilatório e meio. Posição 1 – estado de repouso; posição 2 – deslocamento para dentro sob influência de força externa, ação da força elástica; posição 3 – retorno ao estado de repouso, o efeito da força elástica diminui e a força de inércia aumenta; posição 4 – deslocamento para fora, o efeito da força elástica aumenta e a força inercial diminui; posição 5 – retorno ao estado de repouso, o efeito da força elástica diminui e a força inercial aumenta (fim do primeiro ciclo oscilatório); posição 6 – deslocamento para dentro, o efeito da força elástica aumenta e a força inercial diminui; posição 7 – retorna ao estado de repouso, o efeito da força elástica diminui e a força inercial aumenta.
Figura 12. Representação esquemática das mudanças na pressão do ar causadas pela vibração de um diapasão (1.2 ou KOK P3)
O movimento do diapasão provoca o movimento das moléculas de ar que o rodeiam, o que pode ser comparado à vibração de um balanço normal (ver Fig. 13). As moléculas em movimento provocam o movimento das moléculas vizinhas (como se as “empurrassem” - ver Fig. 14), como resultado, formam-se sucessivas condensações e rarefações do ar - ondas sonoras. As ondas sonoras se propagam em círculos concêntricos, como as ondas de uma pedra atirada na água: compressão e rarefação do ar se alternam (ver Fig. 15). Essas alternâncias de pressão ao longo do tempo (no mesmo ponto) podem ser apresentadas na forma de um gráfico (oscilograma) 48, no qual o tempo é traçado ao longo do eixo horizontal e a pressão ao longo do eixo vertical (ver Fig. 16). O gráfico de uma oscilação periódica simples (harmônica) é uma senóide.
Figura 13. Propagação de ondas sonoras.
Cada linha mostra a posição de 13 partículas de ar em um momento um pouco posterior à linha acima dela. As partículas estacionárias são representadas por travessões e as em movimento são representadas por setas (quanto mais ousada a seta, maior a velocidade do movimento) (1.3)
Figura 14. Representação esquemática de dez partículas de ar em 14 momentos diferentes. A fonte sonora está à esquerda, as ondas sonoras se propagam da esquerda para a direita, o tempo muda de cima para baixo. Observe que embora as ondas sonoras (refletidas quando três partículas se aproximam) se movam da esquerda para a direita, as próprias partículas dificilmente mudam de posição. (3.8)
Figura 15. Ondas sonoras propagando-se a partir de uma fonte sonora. (Idealmente, zonas de condensação e rarefação do ar deveriam circundar a fonte sonora na forma de esferas, o que não pode ser mostrado em um desenho bidimensional). (3.9)
Figura 16. Oscilograma. Acima, o som é representado na forma de movimentos de partículas de ar causados por uma fonte sonora com frequência de oscilação de 350 Hz. O diagrama abaixo mostra que os picos de pressão do ar estão localizados a um metro de distância um do outro, ou seja, existem 350 picos em um espaço de 350 metros (cujo som viaja em um segundo - ver § 53). (8.1)
Devido à ação da força de atrito, os pontos de maior deslocamento das partículas de ar se aproximam cada vez mais do ponto de repouso: a amplitude da oscilação diminui, ocorre o amortecimento da oscilação (amortecimento - ver Fig. 17 e B10), mas a frequência de oscilações (o número de ciclos completos por unidade de tempo) permanece constante.
Figura 17. Oscilograma de uma oscilação amortecida (2.2).
As oscilações harmônicas podem diferir em frequência, amplitude e fase (ver Fig. B10 no Apêndice B ou KOK P4).
O mesmo meio pode transmitir muitos sons simultaneamente. Neste caso, as oscilações (por exemplo, na presença de várias fontes) podem interagir entre si. Se a frequência for a mesma, então a amplitude é simplesmente somada (e ainda é um tom simples) 49 (ver Fig. 18a).
Figura 18. Resultados da interação de dois harmônicos (sinal 1 e sinal 2), iguais em frequência, mas diferindo em amplitude (a) ou fase (b, c). Em todos os casos, a frequência original permanece a mesma; mudanças de amplitude (a) ou fase (b). O resultado da superposição de dois harmônicos que estão em antifase é a ausência de sinal (c). (3.11)
