Energia delle onde sonore. Intensità del suono. Unità sonore e acustiche Unità del livello di intensità sonora

Il suono e le sue proprietà

Il suono, in senso lato, è un'onda elastica che si propaga in qualsiasi mezzo elastico e crea in esso vibrazioni meccaniche; in senso stretto, la percezione soggettiva di queste vibrazioni da parte degli speciali organi di senso degli animali o dell'uomo. Come ogni onda, il suono è caratterizzato da ampiezza e spettro di frequenze. Tipicamente, una persona sente i suoni trasmessi attraverso l'aria nella gamma di frequenze da 16-20 Hz a 15-20 kHz. Il suono al di sotto della gamma dell'udibilità umana è chiamato infrasuono; superiore: fino a 1 GHz, - ultrasuoni, da 1 GHz - ipersuono. Tra i suoni udibili dobbiamo evidenziare anche i suoni e fonemi fonetici, linguistici (che compongono la lingua parlata) e i suoni musicali (che compongono la musica). Le onde sonore possono servire come esempio di un processo oscillatorio. Qualsiasi oscillazione è associata a una violazione dello stato di equilibrio del sistema ed è espressa nella deviazione delle sue caratteristiche dai valori di equilibrio con successivo ritorno al valore originale. Per le vibrazioni sonore, questa caratteristica è la pressione in un punto del mezzo e la sua deviazione è la pressione sonora. Se si effettua un brusco spostamento delle particelle del mezzo elastico in un punto, ad esempio utilizzando un pistone, la pressione in questo punto aumenterà. Grazie ai legami elastici delle particelle, la pressione viene trasmessa alle particelle vicine, che a loro volta agiscono su quelle successive, e l'area di maggiore pressione sembra muoversi in un mezzo elastico. Ad una regione di alta pressione segue una regione di bassa pressione, si formano così una serie di regioni alternate di compressione e rarefazione, che si propagano nel mezzo sotto forma di onda. Ogni particella del mezzo elastico in questo caso eseguirà movimenti oscillatori. Nei mezzi liquidi e gassosi, dove non vi sono fluttuazioni significative di densità, le onde acustiche sono di natura longitudinale, cioè la direzione della vibrazione delle particelle coincide con la direzione del movimento dell'onda. Nei solidi, oltre alle deformazioni longitudinali, si verificano anche deformazioni elastiche di taglio, che provocano l'eccitazione di onde trasversali (di taglio); in questo caso le particelle oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. La velocità di propagazione delle onde longitudinali è molto maggiore della velocità di propagazione delle onde trasversali.

Campo sonoro

Campo sonoro, una regione dello spazio in cui si propagano le onde sonore, cioè si verificano vibrazioni acustiche di particelle di un mezzo elastico (solido, liquido o gassoso) che riempiono questa regione. Un'onda sonora è completamente definita se per ciascuno dei suoi punti è nota la variazione nel tempo e nello spazio di una qualsiasi delle quantità che caratterizzano un'onda sonora: lo spostamento di una particella oscillante da una posizione di equilibrio, la velocità oscillatoria di una particella, la pressione sonora nel mezzo; in alcuni casi sono interessanti i cambiamenti nella densità o nella temperatura del mezzo in presenza di un'onda sonora.Il concetto di onda sonora viene solitamente utilizzato per aree le cui dimensioni sono dell'ordine o superiori alla lunghezza d'onda del suono. Dal lato energetico, una densità di energia sonora è caratterizzata dalla densità dell'energia sonora (l'energia del processo oscillatorio per unità di volume); Nei casi in cui il trasferimento di energia avviene in una zona, è caratterizzato dall'intensità del suono, cioè dall'energia media nel tempo trasferita per unità di tempo attraverso una superficie unitaria perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda.

Lunghezza d'onda

La lunghezza d'onda è la distanza tra due punti più vicini tra loro, che oscillano nelle stesse fasi. Per analogia con le onde che nascono nell'acqua da un sasso gettato in essa, la distanza tra due creste d'onda adiacenti. Una delle caratteristiche principali delle vibrazioni. Si misura in unità di distanza (metri, centimetri, ecc.): dividiamo semplicemente il percorso percorso dalla luce al secondo per il numero di vibrazioni durante lo stesso tempo e otteniamo la lunghezza di una vibrazione. La lunghezza d'onda è un parametro molto importante, poiché determina la scala di confine: a distanze notevolmente maggiori della lunghezza d'onda, la radiazione obbedisce alle leggi dell'ottica geometrica; può essere descritta come la propagazione dei raggi. A distanze più brevi è assolutamente necessario tenere conto della natura ondulatoria della luce, della sua capacità di aggirare gli ostacoli, dell'incapacità di localizzare con precisione la posizione del raggio, ecc.

Periodo

La caratteristica più importante delle oscillazioni meccaniche, elettriche, elettromagnetiche e di tutti gli altri tipi di oscillazioni è il periodo di tempo durante il quale si verifica un'oscillazione completa. Se, ad esempio, il pendolo di un orologio fa due oscillazioni complete in 1 s, il periodo di ciascuna oscillazione sarà di 0,5 s. Il periodo di oscillazione di una grande oscillazione è di circa 2 s e il periodo di oscillazione di una corda può variare dai decimi ai diecimillesimi di secondo. Dalla frequenza di vibrazione di un corpo che suona, si può giudicare il tono o l'altezza del suono. Più alta è la frequenza, più alto è il tono del suono e, viceversa, più bassa è la frequenza, più basso è il tono del suono. Il nostro orecchio è in grado di rispondere a una banda di frequenza (sezione) relativamente piccola di vibrazioni sonore, da circa 20 Hz a 20 kHz. Questa banda contiene l'intera vasta gamma di suoni creati dalla voce umana e da un'orchestra sinfonica: dai toni molto bassi, simili al ronzio di uno scarabeo, allo squittio acuto appena percettibile di una zanzara. Non sentiamo vibrazioni con una frequenza fino a 20 Hz, chiamata infrasonica, e superiore a 20 kHz, chiamata ultrasonica. E se il nostro orecchio fosse in grado di rispondere alle vibrazioni ultrasoniche, potremmo sentire le vibrazioni dei pistilli dei fiori e delle ali delle farfalle. Non confondere l'altezza, cioè il tono di un suono, con la sua forza. L'altezza di un suono non dipende dall'ampiezza, ma dalla frequenza delle vibrazioni

Spettro sonoro

Spettro sonoro, insieme di onde armoniche semplici in cui è possibile scomporre un'onda sonora. S.z. esprime la sua composizione in frequenza (spettrale) ed è ottenuta come risultato dell'analisi del suono. S.z. sono solitamente rappresentati su un piano di coordinate, dove la frequenza f è tracciata lungo l'asse delle ascisse e l'ampiezza A o l'intensità della componente armonica del suono con una determinata frequenza è tracciata lungo l'asse delle ordinate. I toni puri, i suoni con forma d'onda periodica, e anche quelli ottenuti sommando più onde periodiche, hanno spettri a righe (Fig. 1); Ad esempio, i suoni musicali hanno spettri che ne determinano il timbro. Il rumore acustico, i singoli impulsi e i suoni in dissolvenza hanno uno spettro continuo (Fig. 2). Gli spettri combinati sono caratteristici del rumore di alcuni meccanismi, dove, ad esempio, la rotazione del motore produce componenti di frequenza individuali sovrapposte a uno spettro continuo, così come per i suoni degli strumenti musicali a tastiera (Fig. 3), che hanno ( soprattutto nel registro acuto) una colorazione sonora causata dai colpi dei martelli.

Timbro

Timbro del suono - colore del suono; valutazione qualitativa del suono prodotto da uno strumento musicale, da un dispositivo di riproduzione del suono o da un apparato vocale di persone e animali. Timbro sonoro: - caratterizza il tono del suono; - determinato dalla sorgente sonora; e - dipende dalla composizione degli armonici che accompagnano il tono principale e dalla loro intensità. I timbri distinguono suoni della stessa altezza e volume, ma eseguiti su strumenti diversi, con voci diverse o sullo stesso strumento in modi diversi, colpi. Il timbro è determinato dal materiale, dalla forma del vibratore, dalle condizioni delle sue vibrazioni, dal risonatore e dall'acustica della stanza. Nelle caratteristiche del timbro, degli armonici e del loro rapporto in altezza e volume, gli armonici del rumore, l'attacco (momento iniziale del suono), le formanti, il vibrato e altri fattori sono di grande importanza. Quando si percepiscono i timbri, di solito sorgono varie associazioni: la qualità timbrica del suono viene confrontata con le sensazioni organolettiche di determinati oggetti e fenomeni, ad esempio, i suoni sono chiamati luminosi, lucenti, opachi, caldi, freddi, profondi, pieni, acuti, ricchi, succosi , metallico, vetroso ; Vengono utilizzate anche le definizioni uditive effettive (ad esempio, sonoro, senza voce, rumoroso). Una tipologia timbrica scientificamente fondata non è stata ancora sviluppata. È stato stabilito che l'udito timbrico ha una natura zonale. Il timbro è utilizzato come importante mezzo di espressività musicale: con l'aiuto del timbro si può evidenziare l'una o l'altra componente dell'insieme musicale, i contrasti possono essere rafforzati o indeboliti; il cambiamento dei timbri è uno degli elementi della drammaturgia musicale. Nella musica del 20 ° secolo, è nata la tendenza a valorizzare ed enfatizzare il lato timbrico del suono (parallelismi, cluster) utilizzando i mezzi dell'armonia e della trama. Direzioni speciali nell'uso del timbro sono la musica sonora e spettrale.

Armonico

L'universo è costituito da suoni e ogni suono è costituito da molti armonici o sovratoni. Gli armonici sono inerenti ad ogni suono, indipendentemente dalla sua origine. Il suono di una corda di violino o di pianoforte viene percepito dall'orecchio umano come un tono. Ma in realtà quasi tutti i suoni prodotti dagli strumenti musicali, dalla voce umana o da altre fonti non sono toni puri, ma complessi di sovratoni, detti anche “toni parziali”. Il più basso di questi toni parziali è chiamato “fondamentale”. Tutti gli altri sovratoni, che hanno una frequenza di vibrazione più elevata rispetto al tono principale, sono solitamente chiamati “sovtoni”. Prima di passare allo studio dettagliato dei componenti del suono: gli armonici, diamo uno sguardo più da vicino al suono in quanto tale. Il suono è energia vibrazionale che assume la forma di onde. L'unità di misura di queste onde è chiamata hertz (Hz). Hertz misura il numero di vibrazioni che un oggetto fa in un secondo. Questa quantità è chiamata "frequenza". L'orecchio percepisce la frequenza come "altezza".

La formante è una caratteristica acustica del suono del parlato (principalmente una vocale), associata al livello di frequenza del tono vocale e che forma il timbro del suono

Il tono in linguistica è l'uso dell'altezza per differenziare il significato all'interno di parole/morfemi. Il tono dovrebbe essere distinto dall'intonazione, cioè dai cambiamenti di tono su un segmento del discorso relativamente ampio (affermazione o frase). Varie unità tonali che hanno una funzione semantico-distintiva possono essere chiamate toni (per analogia con un fonema). Il tono, come l'intonazione, la fonazione e l'accento, si riferisce a caratteristiche soprasegmentali o prosodiche. I portatori del tono sono spesso le vocali, ma ci sono lingue in cui anche le consonanti, molto spesso i sonanti, possono svolgere questo ruolo. Una lingua tonale, o tonale, è una lingua in cui ogni sillaba è pronunciata con un tono specifico. Una varietà di lingue tonali sono anche lingue con accento musicale, in cui vengono enfatizzate una o più sillabe in una parola e diversi tipi di enfasi sono in contrasto con le caratteristiche tonali. Le onde sonore, come le altre onde, sono caratterizzate da quantità oggettive come frequenza, ampiezza, fase di oscillazione, velocità di propagazione, intensità del suono e altre. Ma. inoltre, sono descritti da tre caratteristiche soggettive. Questi sono il volume del suono, l'altezza e il timbro. La sensibilità dell'orecchio umano varia a seconda delle frequenze. Per provocare una sensazione sonora, l'onda deve avere una certa intensità minima, ma se questa intensità supera un certo limite, il suono non si sente e provoca solo una sensazione dolorosa. Pertanto, per ciascuna frequenza di oscillazione esiste un'intensità sonora minima (soglia uditiva) e massima (soglia del dolore) che può provocare una sensazione sonora. La Figura 15.10 mostra la dipendenza delle soglie dell'udito e del dolore dalla frequenza del suono. L'area situata tra queste due curve è l'area udibile. La distanza maggiore tra le curve si verifica alle frequenze alle quali l'orecchio è più sensibile (1000-5000 Hz).

Frequenza

Il suono inizia a 16 Hz. Aumentando la frequenza di 2 volte, otteniamo 32 Hz: questo è un rapporto subcontratto / frequenza di 1: 2 /. 32 – 64 Hz – controottava, 64 – 128 Hz – ottava grande, 128 – 256 Hz – ottava piccola, raddoppiala ancora – la prima e così via fino alla sesta. Questa divisione è stata pensata molto tempo fa. Ma come si dividono le frequenze in singoli toni all'interno di un'ottava? Pitagora, esplorando i suoni utilizzando il dispositivo del monocordo (“monos” in greco significa “uno”, “accordo” significa “corda”), propose di dividere la serie di frequenze in quinte. Ma con questa divisione la distanza tra i diversi intervalli era diversa. E allora? Ma il fatto è che se lo strumento è accordato su una scala simile, allora sarà possibile eseguire qualsiasi brano in una sola tonalità; la musica non può essere abbassata o alzata, suonerà molto falsa. Per risolvere questo problema erano necessari calcoli. Fisici e matematici lavorarono attivamente nel campo della musica. Pertanto, Eulero e Keplero rifletterono a lungo sul problema della scala temperata alla ricerca del rapporto di frequenze più armonioso. Il temperamento tradotto dal latino significa il rapporto corretto. La soluzione fu trovata a metà del XVII secolo. Il poco conosciuto organista Werkmeister propose una soluzione straordinariamente semplice: accorciare un po' tutte le quinte, in modo che le dodicesime quinte “si adattino” esattamente a 7 ottave. E, come per magia, tutte le distanze tra i suoni adiacenti (semitoni, di cui ce ne sono esattamente 12 nell'ottava) sono diventate le stesse. La frequenza di ogni semitono successivo è maggiore della precedente della dodicesima radice di due, cioè circa 1,06 volte. Questa accordatura è chiamata uniforme o ben temperata. La stragrande maggioranza degli strumenti musicali moderni ha un temperamento equabile. Vale la pena accordare gli strumenti dell'orchestra secondo un tono comune (LA della prima ottava - 440 Hz), e molti strumenti suoneranno in armonia, evitando la falsità. Il grande compositore tedesco Johann Sebastian Bach promosse ardentemente il temperamento equabile, scrivendo a questo scopo la sua famosa raccolta di preludi e fughe, che chiamò: “Il Clavicembalo ben temperato”. La standardizzazione della musica attraverso l’introduzione del temperamento equabile fu, ovviamente, come ogni standardizzazione, un enorme risultato. Ma questo significa forse che il sistema temperato, scoperto con tanto successo tre secoli fa, è destinato all’esistenza eterna? Ovviamente no. La percezione della musica sta gradualmente cambiando, la musica si sta evolvendo. Negli ultimi anni, l'acustica musicale è stata attivamente coinvolta in questo processo, che non solo, secondo le parole di Salieri di Pushkin, “mette alla prova l'armonia con l'algebra”, ma utilizza a questo scopo gli strumenti fisici e le macchine cibernetiche più complessi, con l'aiuto di che cerca di simulare il processo ancora in gran parte misterioso della percezione musicale.

La potenza del suono, la sua intensità

L'intensità del suono (relativa) è un termine obsoleto che descrive una quantità simile, ma non identica, all'intensità del suono. Osserviamo approssimativamente la stessa situazione per l'intensità luminosa (unità - candela) - un valore simile all'intensità della radiazione (unità - watt per steradiante). L'intensità sonora viene misurata su una scala relativa a partire da un valore di soglia, che corrisponde a un'intensità sonora di 1 pW/m2 con una frequenza sinusoidale di 1 kHz e una pressione sonora di 20 μPa. Confrontare questa definizione con la definizione di unità di intensità luminosa: “la candela è uguale all'intensità della luce emessa in una data direzione da una sorgente monocromatica, con una frequenza di radiazione di 540 THz e un'intensità di radiazione in quella direzione di 1/ 683 W/sr.” Attualmente il termine “intensità del suono” è stato sostituito dal termine “livello del volume del suono”.

Soglia uditiva

La soglia uditiva è il valore minimo di pressione sonora al quale un suono di una determinata frequenza può ancora essere percepito dall'orecchio umano. Il valore della soglia uditiva è solitamente espresso in decibel, assumendo che il livello di pressione sonora zero sia 2 × 10−5 N/m2 o 20 × 10−6 N/m2 alla frequenza di 1 kHz (per un'onda sonora piana) . La soglia uditiva dipende dalla frequenza del suono. Sotto l'influenza del rumore e di altri stimoli sonori, la soglia uditiva per un dato suono aumenta (vedi Mascheramento del suono) e l'aumento del valore della soglia udibile rimane per qualche tempo dopo la cessazione del fattore interferente, per poi ritornare gradualmente al livello livello originale. La soglia dell'udito può variare per persone diverse e per le stesse persone in momenti diversi. Dipende dall'età, dallo stato fisiologico e dall'allenamento. Le misurazioni della soglia uditiva vengono solitamente effettuate utilizzando metodi audiometrici.

E questo è per ogni evenienza: per dare un aspetto intelligente :)))))

Soglia uditiva: 10 dB

Sussurro a una distanza di 1 m - 20 dB

Rumore nell'appartamento - 40 dB

Sussurro a una distanza di 10 cm - 50 dB

Conversazione silenziosa a una distanza di 1 m - 50 dB

Applausi: 60 dB

Suonare la chitarra acustica con le dita; suono a una distanza di 40 cm - 70 dB

Suonare il pianoforte in modo silenzioso: 70 dB

Suonare una chitarra acustica con un plettro; suono a una distanza di 40 cm - 80 dB

Rumore nella metropolitana durante lo spostamento: 90 dB

Aereo a reazione a una distanza di 5 m - 120 dB

Percussione a una distanza di 3 cm - 140 dB

Soglia del dolore

La soglia del dolore è uditiva, la quantità di pressione sonora, che provoca una sensazione di dolore nell'orecchio. La sensazione di dolore è spesso determinata dalla parte superiore. confine dinamico portata dell'udito umano. P.b. O. per i segnali sinusoidali è in media 140 dB rispetto ad una pressione di 2 10-5 Pa, e per il rumore con uno spettro continuo - 120 dB. Tra le soglie dell'udibilità e del dolore si trova la regione dell'udibilità, che determina la gamma di frequenza e la pressione effettiva dei suoni percepiti dall'orecchio. La più ampia gamma di udibilità in termini di pressione effettiva corrisponde ad una frequenza di circa 1 kHz. Pertanto, un suono con una frequenza di 1 kHz viene scelto come standard per confrontare con esso i suoni di altre frequenze. La soglia uditiva per un suono con frequenza di 1 kHz, pari a 2-10-5 Pa, è chiamata soglia uditiva standard.

Volume

Il volume del suono è la percezione soggettiva dell'intensità del suono (il valore assoluto della sensazione uditiva). Il volume dipende principalmente dalla pressione sonora, dall'ampiezza e dalla frequenza delle vibrazioni sonore. Inoltre, il volume del suono è influenzato dalla sua composizione spettrale, dalla localizzazione nello spazio, dal timbro, dalla durata dell'esposizione alle vibrazioni sonore e da altri fattori. L'unità della scala del volume assoluto è il sonno. Il volume di 1 figlio è il volume di un tono sinusoidale puro continuo con una frequenza di 1 kHz che produce una pressione sonora di 2 mPa. Il livello del volume del suono è un valore relativo. Si esprime in phon ed è numericamente uguale al livello di pressione sonora (in decibel - dB) creato da un tono sinusoidale con una frequenza di 1 kHz dello stesso volume del suono misurato (ugualmente forte rispetto al suono dato).

Per periodico la media sonora viene eseguita su un periodo di tempo grande rispetto al periodo o su un numero intero di periodi. Per un'onda sinusoidale piana I.Z. I è uguale a:

In un'onda viaggiante sferica I.Z. è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente. In un'onda stazionaria I=0, cioè flusso del suono. Non c'è energia in media.

Da. misurato in unità SI in W/m2 (nel sistema di unità CGS - in erg/(s cm)2) I. z. viene valutato anche in base al livello di intensità su una scala; numero di decibel N=10lg(I/I0), dove I è l'intensità di un dato suono, I0=10-12 W/m2.

Dizionario enciclopedico fisico. - M.: Enciclopedia sovietica. . 1983 .

INTENSITÀ DEL SUONO

(intensità del suono) - energia media nel tempo trasferita da un'onda sonora attraverso un'unità di area perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda, per unità di tempo. Per periodico la media sonora viene eseguita su un periodo di tempo maggiore del periodo o su un numero intero di periodi. I=pv/2=p2/2r c = v2 R c/2, Dove R - ampiezza pressione sonora, v - ampiezza delle oscillazioni velocità delle particelle, r - densità del mezzo, c - suono in esso. In sferico onda viaggiante I. z. proporzione inversa quadrato della distanza dalla sorgente. In un'onda stazionaria I=0, cioè in media non c'è flusso di energia sonora. Da. in armonioso L'onda viaggiante piana è uguale alla densità di energia dell'onda sonora moltiplicata per la velocità del suono. potenza dell’emettitore, cioè emessa, per unità di area della superficie radiante. V. A. Krasilnikov.

Enciclopedia fisica. In 5 volumi. - M.: Enciclopedia sovietica. Redattore capo A. M. Prokhorov. 1988 .

Scopri cos'è "INTENSITÀ DEL SUONO" in altri dizionari:

- valore (assoluto) pari al rapporto tra il flusso di energia sonora dP attraverso una superficie perpendicolare alla direzione di propagazione del suono e l'area dS di tale superficie: L'unità di misura è watt per metro quadrato (W/m2). Per un'onda piana... ... Wikipedia

- (dal latino intensio amplificazione di tensione), l'energia media nel tempo che un'onda sonora trasferisce nell'unità di tempo attraverso un'unità di superficie posta perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. Intensità del suono... ... Grande dizionario enciclopedico

- (dal latino intensio tensione, amplificazione), energia media nel tempo che un'onda sonora trasferisce nell'unità di tempo attraverso un'unità di superficie posta perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. Intensità del suono... ... Dizionario enciclopedico

intensità del suono- La quantità di energia sonora trasferita da un'onda sonora per unità di tempo attraverso un'unità di area perpendicolare alla direzione di propagazione del suono [Dizionario terminologico di costruzione in 12 lingue (VNIIIS Gosstroy URSS)] Argomenti... ... Guida del traduttore tecnico

- (dal latino intetisio tensione, amplificazione), forza sonora, flusso di energia attraverso un'unica area perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda sonora. Aviazione: Enciclopedia. M.: Grande Enciclopedia Russa. Caporedattore G.P.... ... Enciclopedia della tecnologia

intensità del suono- 3.3 intensità sonora, W/m2 (intensità sonora): Valore medio nel tempo dell'intensità istantanea in un campo sonoro stazionario nel tempo. Note 1 L'intensità sonora si calcola utilizzando la formula (2) dove T è l'intervallo di integrazione, s; 2… … Dizionario-libro di consultazione dei termini della documentazione normativa e tecnica

intensità del suono- la potenza sonora è il rapporto tra la potenza sonora incidente su una superficie e l'area di questa superficie. È determinato sia dalle ampiezze di tutte le componenti di frequenza sia dal numero di sorgenti che suonano simultaneamente. L'intensità sonora è misurata in W/m2 o... ... Indice russo del dizionario inglese-russo di terminologia musicale

intensità del suono- rus intensità (f) del suono, intensità (f) del rumore eng noise intensità fra intensité (f) du bruit deu Lärmintensität (f) spa intensidad (f) del ruido rus intensità (f) (forza) del suono, volume ( f) del suono eng intensità del suono fra intensità (f)… … La sicurezza e la salute sul lavoro. Traduzione in inglese, francese, tedesco, spagnolo

L'intensità del suono è l'energia media nel tempo trasferita da un'onda sonora attraverso un'unità di area perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda per unità di tempo. Per il suono periodico, la media viene eseguita sull'intervallo... ... Grande Enciclopedia Sovietica

- [POTENZA SONORA] la quantità di energia sonora trasferita da un'onda sonora per unità di tempo attraverso un'unità di area perpendicolare alla direzione di propagazione del suono (lingua bulgara; Български) intensità del suono (lingua ceca; Čeština)… … Dizionario delle costruzioni

Il contenuto dell'articolo

SUONO E ACUSTICA. Il suono è vibrazioni, cioè perturbazioni meccaniche periodiche nei mezzi elastici: gassosi, liquidi e solidi. Un tale disturbo, che rappresenta un cambiamento fisico nel mezzo (ad esempio un cambiamento di densità o pressione, spostamento di particelle), si propaga in esso sotto forma di un'onda sonora. L'area della fisica che si occupa dell'origine, propagazione, ricezione ed elaborazione delle onde sonore è chiamata acustica. Un suono può essere impercettibile se la sua frequenza va oltre la sensibilità dell'orecchio umano, o se viaggia attraverso un mezzo, come un solido, che non può avere un contatto diretto con l'orecchio, o se la sua energia viene rapidamente dissipata nel mezzo. Pertanto, il processo di percezione del suono che ci è abituale è solo un lato dell'acustica.

ONDE SONORE

Considera un lungo tubo pieno d'aria. Dall'estremità sinistra viene inserito un pistone che si adatta perfettamente alle pareti (Fig. 1). Se il pistone viene spostato bruscamente verso destra e fermato, l'aria nelle immediate vicinanze verrà compressa per un momento (Fig. 1, UN). L'aria compressa si espanderà quindi, spingendo verso destra l'aria ad essa adiacente, e la zona di compressione, che inizialmente appariva vicino al pistone, si muoverà lungo il tubo a velocità costante (Fig. 1, B). Questa onda di compressione è l'onda sonora nel gas.

Un'onda sonora in un gas è caratterizzata da eccesso di pressione, eccesso di densità, spostamento delle particelle e loro velocità. Per le onde sonore, queste deviazioni dai valori di equilibrio sono sempre piccole. Pertanto, la sovrappressione associata all'onda è molto inferiore alla pressione statica del gas. Altrimenti abbiamo a che fare con un altro fenomeno: un'onda d'urto. In un'onda sonora corrispondente al parlato normale, la sovrappressione è solo circa un milionesimo della pressione atmosferica.

L'importante è che la sostanza non venga portata via dall'onda sonora. Un'onda è solo un disturbo temporaneo che passa attraverso l'aria, dopo di che l'aria ritorna ad uno stato di equilibrio.

Il movimento delle onde, ovviamente, non è esclusivo del suono: la luce e i segnali radio viaggiano sotto forma di onde e tutti hanno familiarità con le onde sulla superficie dell’acqua. Tutti i tipi di onde sono descritti matematicamente dalla cosiddetta equazione delle onde.

Onde armoniche.

L'onda nel tubo in Fig. 1 è chiamato impulso sonoro. Un tipo di onda molto importante viene generato quando il pistone oscilla avanti e indietro come un peso sospeso a una molla. Tali oscillazioni sono dette armoniche semplici o sinusoidali e l'onda eccitata in questo caso è detta armonica.

Con semplici oscillazioni armoniche, il movimento si ripete periodicamente. L'intervallo di tempo tra due stati di movimento identici è chiamato periodo di oscillazione, mentre il numero di periodi completi al secondo è chiamato frequenza di oscillazione. Indichiamo il periodo con T e frequenza - attraverso F; allora possiamo scriverlo F= 1/T. Se, ad esempio, la frequenza è di 50 cicli al secondo (50 Hz), il periodo è 1/50 di secondo.

Matematicamente, le oscillazioni armoniche semplici sono descritte da una semplice funzione. Spostamento del pistone durante oscillazioni armoniche semplici per qualsiasi momento nel tempo T può essere scritto nella forma

Qui D - spostamento del pistone dalla posizione di equilibrio, e D– moltiplicatore costante, che è pari al valore massimo della quantità D ed è chiamata ampiezza di spostamento.

Supponiamo che il pistone oscilli secondo la formula dell'oscillazione armonica. Quindi, quando si sposta a destra, si verifica la compressione, come prima, e quando si sposta a sinistra, la pressione e la densità diminuiranno rispetto ai loro valori di equilibrio. Ciò che avviene non è la compressione, ma la rarefazione del gas. In questo caso, il diritto si allargherà, come mostrato in Fig. 2, un'onda di compressione e rarefazione alternata. In ogni momento, la curva di distribuzione della pressione lungo la lunghezza del tubo apparirà come una sinusoide e questa sinusoide si sposterà verso destra alla velocità del suono v. La distanza lungo il tubo tra fasi d'onda identiche (ad esempio tra massimi adiacenti) è chiamata lunghezza d'onda. Di solito è indicato con la lettera greca l(lambda). Lunghezza d'onda lè la distanza percorsa dall'onda nel tempo T. Ecco perché l = tv, O v = lf.

Onde longitudinali e trasversali.

Se le particelle oscillano parallelamente alla direzione di propagazione dell'onda, l'onda è detta longitudinale. Se oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione, l'onda viene chiamata trasversale. Le onde sonore nei gas e nei liquidi sono longitudinali. Nei solidi esistono onde di entrambi i tipi. Un'onda trasversale in un solido è possibile grazie alla sua rigidità (resistenza al cambiamento di forma).

La differenza più significativa tra questi due tipi di onde è che un'onda trasversale ha la proprietà polarizzazione(le oscillazioni si verificano su un certo piano), ma quelle longitudinali no. In alcuni fenomeni, come la riflessione e la trasmissione del suono attraverso i cristalli, molto dipende dalla direzione di spostamento delle particelle, proprio come nel caso delle onde luminose.

Velocità delle onde sonore.

La velocità del suono è una caratteristica del mezzo in cui si propaga l'onda. È determinato da due fattori: elasticità e densità del materiale. Le proprietà elastiche dei solidi dipendono dal tipo di deformazione. Pertanto, le proprietà elastiche di un'asta metallica non sono le stesse durante la torsione, la compressione e la flessione. E le vibrazioni d'onda corrispondenti si propagano a velocità diverse.

L'elastico è un mezzo in cui la deformazione, sia essa torsione, compressione o flessione, è proporzionale alla forza che provoca la deformazione. Tali materiali obbediscono alla legge di Hooke:

Voltaggio = C̑ Deformazione relativa,

Dove CON– modulo di elasticità, a seconda del materiale e del tipo di deformazione.

Velocità del suono v per un dato tipo di deformazione elastica è data dall'espressione

Dove R– densità del materiale (massa per unità di volume).

Velocità del suono in un'asta solida.

Una lunga asta può essere allungata o compressa mediante una forza applicata all'estremità. Lascia che sia la lunghezza dell'asta L, forza di trazione applicata – F e l'aumento di lunghezza è D l. Valore D l/l chiameremo deformazione relativa e la forza per unità di area della sezione trasversale dell'asta sarà chiamata stress. Quindi la tensione è F/UN, Dove UN - area della sezione trasversale dell'asta. Quando applicata a tale asta, la legge di Hooke ha la forma

Dove Y– Modulo di Young, ovvero modulo di elasticità di un'asta per trazione o compressione, che caratterizza il materiale dell'asta. Il modulo di Young è piccolo per materiali facilmente estensibili, come la gomma, e grande per materiali rigidi, come l'acciaio.

Se ora eccitiamo in essa un’onda di compressione colpendo l’estremità dell’asta con un martello, essa si propagherà ad una velocità pari a R, come prima, è la densità del materiale di cui è composta l'asta. I valori della velocità delle onde per alcuni materiali tipici sono riportati nella tabella. 1.

Tabella 1. VELOCITÀ DEL SUONO PER DIVERSI TIPI DI ONDE NEI MATERIALI SOLIDI
Materiale	Onde longitudinali in campioni solidi estesi (m/s)	Onde di taglio e di torsione (m/s)	Onde di compressione in aste (m/s)
Alluminio
Ottone
Guida
Ferro
Argento
Acciaio inossidabile
Pietra focaia
Vetro corona
Plexiglas
Polietilene
Polistirolo

L'onda considerata nell'asta è un'onda di compressione. Ma non può essere considerato strettamente longitudinale, poiché la compressione è associata al movimento della superficie laterale dell'asta (Fig. 3, UN).

Nella canna sono possibili anche altri due tipi di onde: l'onda flettente (Fig. 3, B) e onda di torsione (Fig. 3, V). Le deformazioni flessionali corrispondono ad un'onda che non è né puramente longitudinale né puramente trasversale. Deformazioni torsionali, ad es. la rotazione attorno all'asse dell'asta dà un'onda puramente trasversale.

La velocità dell'onda di flessione nell'asta dipende dalla lunghezza d'onda. Tale onda è detta “dispersiva”.

Le onde di torsione nell'asta sono puramente trasversali e non dispersive. La loro velocità è data dalla formula

Dove M– modulo di taglio, che caratterizza le proprietà elastiche del materiale rispetto al taglio. Alcune velocità tipiche delle onde di taglio sono riportate nella tabella. 1.

Velocità nei mezzi solidi estesi.

Nei mezzi solidi di grande volume, dove l'influenza dei confini può essere trascurata, sono possibili onde elastiche di due tipi: longitudinale e trasversale.

La deformazione in un'onda longitudinale è una deformazione piana, cioè compressione unidimensionale (o rarefazione) nella direzione di propagazione delle onde. La deformazione corrispondente ad un'onda trasversale è uno spostamento di taglio perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda.

La velocità delle onde longitudinali nei materiali solidi è data da

Dove CL – modulo di elasticità per deformazione piana semplice. È correlato al modulo di massa IN(la cui definizione è riportata di seguito) e il modulo di taglio m del materiale mediante la relazione C L = B + 4/3M. Nella tabella La tabella 1 mostra i valori delle velocità delle onde longitudinali per vari materiali solidi.

La velocità delle onde di taglio in mezzi solidi estesi è la stessa della velocità delle onde di torsione in un'asta dello stesso materiale. Pertanto è dato dall'espressione . I suoi valori per i materiali solidi ordinari sono riportati nella tabella. 1.

Velocità nei gas.

Nei gas è possibile un solo tipo di deformazione: compressione - rarefazione. Modulo di elasticità corrispondente IN chiamato modulo di massa. È determinato dalla relazione

-D P = B(D V/V).

Qui D P– variazione di pressione, D V/V– variazione relativa del volume. Il segno meno indica che all’aumentare della pressione il volume diminuisce.

Grandezza IN dipende dalla variazione o meno della temperatura del gas durante la compressione. Nel caso di un'onda sonora si può dimostrare che la pressione cambia molto rapidamente e il calore rilasciato durante la compressione non ha il tempo di abbandonare il sistema. Pertanto, la variazione di pressione nell'onda sonora avviene senza scambio di calore con le particelle circostanti. Questo cambiamento è chiamato adiabatico. È stato stabilito che la velocità del suono in un gas dipende solo dalla temperatura. Ad una data temperatura, la velocità del suono è approssimativamente la stessa per tutti i gas. Ad una temperatura di 21,1° C, la velocità del suono nell'aria secca è di 344,4 m/s e aumenta con l'aumentare della temperatura.

Velocità nei liquidi.

Le onde sonore nei liquidi sono onde di compressione-rarefazione, come nei gas. La velocità è data dalla stessa formula. Tuttavia, un liquido è molto meno comprimibile di un gas e quindi per questo il valore è molte volte maggiore IN, più e densità R. La velocità del suono nei liquidi è più vicina alla velocità nei solidi che nei gas. È molto inferiore a quello dei gas e dipende dalla temperatura. Ad esempio, la velocità nell'acqua dolce è di 1460 m/s a 15,6 °C. Nell'acqua di mare con salinità normale è di 1504 m/s alla stessa temperatura. La velocità del suono aumenta con l'aumentare della temperatura dell'acqua e della concentrazione di sale.

Onde stazionarie.

Quando un'onda armonica viene eccitata in uno spazio ristretto in modo da essere riflessa dai confini, si verificano le cosiddette onde stazionarie. Un'onda stazionaria è il risultato della sovrapposizione di due onde, una che viaggia in direzione avanti e l'altra in direzione opposta. Appare uno schema di oscillazioni, che non si muovono nello spazio, con un'alternanza di antinodi e nodi. Agli antinodi, le deviazioni delle particelle oscillanti dalle loro posizioni di equilibrio sono massime e ai nodi sono zero.

Onde stazionarie in una corda.

Le onde trasversali si formano in una corda tesa e la corda viene spostata rispetto alla sua posizione diritta originale. Quando si fotografano le onde di una corda, i nodi e gli antinodi del tono fondamentale e degli armonici sono chiaramente visibili.

L'immagine delle onde stazionarie facilita notevolmente l'analisi dei movimenti oscillatori di una corda di una data lunghezza. Lascia che ci sia una stringa di lunghezza l, fissati alle estremità. Qualsiasi tipo di vibrazione di tale corda può essere rappresentata come una combinazione di onde stazionarie. Poiché le estremità della corda sono fisse, sono possibili solo onde stazionarie che abbiano nodi nei punti di confine. La frequenza di vibrazione più bassa della corda corrisponde alla massima lunghezza d'onda possibile. Poiché la distanza tra i nodi è l/2, la frequenza è minima quando la lunghezza della corda è pari alla metà della lunghezza d'onda, cioè A l= 2l. Questo è il cosiddetto modo fondamentale di vibrazione della corda. La sua frequenza corrispondente, detta frequenza fondamentale o tono fondamentale, è data da F = v/2l, Dove v– velocità di propagazione dell'onda lungo la corda.

Esiste tutta una sequenza di oscillazioni di frequenze più alte che corrispondono a onde stazionarie con un numero maggiore di nodi. La frequenza successiva più alta, chiamata seconda armonica o primo armonico, è data da

F = v/l.

La sequenza delle armoniche è espressa dalla formula f = nv/2l, Dove n= 1, 2, 3, eccetera. Questo è il cosiddetto frequenze naturali delle vibrazioni delle corde. Aumentano in proporzione ai numeri della serie naturale: armoniche superiori a 2, 3, 4... ecc. volte la frequenza della vibrazione fondamentale. Questa serie di suoni è chiamata scala naturale o armonica.

Tutto ciò è importante nell'acustica musicale, di cui parleremo più dettagliatamente di seguito. Per ora notiamo che il suono prodotto da una corda contiene tutte le sue frequenze. Il contributo relativo di ciascuno di essi dipende dal punto in cui vengono eccitate le vibrazioni della corda. Se, ad esempio, pizzichiamo una corda al centro, la frequenza fondamentale sarà più eccitata, poiché questo punto corrisponde all'antinodo. La seconda armonica sarà assente, poiché il suo nodo si trova al centro. Lo stesso si può dire delle altre armoniche ( vedi sotto acustica musicale).

La velocità delle onde nella corda è uguale a

Dove T - tensione delle corde e r L – massa per unità di lunghezza della corda. Pertanto, lo spettro di frequenza naturale della corda è dato da

Pertanto, un aumento della tensione delle corde porta ad un aumento delle frequenze di vibrazione. Ridurre la frequenza di oscillazione per un dato T puoi prendere una corda più pesante (large rL) o aumentandone la lunghezza.

Onde stazionarie nelle canne d’organo.

La teoria presentata in relazione ad una corda può essere applicata anche alle vibrazioni dell'aria in una canna come un organo. Una canna d'organo può essere vista semplicisticamente come una canna diritta nella quale vengono eccitate le onde stazionarie. Il tubo può avere sia estremità chiuse che aperte. All'estremità aperta appare un antinodo d'onda stazionaria e all'estremità chiusa appare un nodo. Pertanto, un tubo con due estremità aperte ha una frequenza fondamentale tale che metà della lunghezza d'onda si adatta alla lunghezza del tubo. Un tubo, in cui un'estremità è aperta e l'altra è chiusa, ha una frequenza fondamentale alla quale un quarto della lunghezza d'onda si adatta alla lunghezza del tubo. Pertanto, la frequenza fondamentale per un tubo aperto ad entrambe le estremità è F =v/2l, e per un tubo aperto a un'estremità, f = v/4l(Dove l– lunghezza del tubo). Nel primo caso il risultato è lo stesso di una corda: gli armonici vengono raddoppiati, triplicati, ecc. il valore della frequenza fondamentale. Tuttavia, per una canna aperta ad un'estremità, gli armonici saranno maggiori della frequenza fondamentale di fattori 3, 5, 7, ecc. una volta.

Nella fig. 4 e 5 mostrano schematicamente il quadro delle onde stazionarie della frequenza fondamentale e del primo armonico per canne delle due tipologie considerate. Gli spostamenti sono qui rappresentati per comodità come trasversali, ma in realtà sono longitudinali.

Oscillazioni risonanti.

Le onde stazionarie sono strettamente legate al fenomeno della risonanza. Le frequenze naturali discusse sopra sono anche le frequenze di risonanza di una corda o di una canna d'organo. Supponiamo che vicino all'estremità aperta di una canna d'organo sia posizionato un altoparlante, che emette un segnale di una frequenza specifica, che può essere variata a piacimento. Quindi, quando la frequenza del segnale dell'altoparlante corrisponde alla frequenza fondamentale del tubo o ad uno dei suoi armonici, il tubo suonerà molto forte. Ciò accade perché l'altoparlante eccita le vibrazioni della colonna d'aria con ampiezza significativa. Dicono che il tubo risuona in queste condizioni.

Analisi di Fourier e spettro di frequenze del suono.

In pratica, le onde sonore di una singola frequenza sono rare. Ma le onde sonore complesse possono essere scomposte in armoniche. Questo metodo è chiamato analisi di Fourier dal nome del matematico francese J. Fourier (1768–1830), che fu il primo ad usarlo (nella teoria del calore).

Un grafico dell'energia relativa delle vibrazioni sonore rispetto alla frequenza è chiamato spettro di frequenza del suono. Esistono due tipi principali di tali spettri: discreti e continui. Uno spettro discreto è costituito da linee separate per frequenze separate da spazi vuoti. Uno spettro continuo contiene tutte le frequenze all'interno della sua banda.

Vibrazioni sonore periodiche.

Le vibrazioni sonore sono periodiche se il processo oscillatorio, per quanto complesso possa essere, si ripete dopo un certo intervallo di tempo. Il suo spettro è sempre discreto ed è costituito da armoniche di una certa frequenza. Da qui il termine “analisi armonica”. Un esempio sono le oscillazioni rettangolari (Fig. 6, UN) con ampiezza che cambia da +A Prima - UN e periodo T= 1/F. Un altro semplice esempio è l’onda triangolare a dente di sega mostrata in Fig. 6, B. Un esempio di oscillazioni periodiche di forma più complessa con corrispondenti componenti armoniche è mostrato in Fig. 7.

I suoni musicali sono vibrazioni periodiche e quindi contengono armoniche (sovratoni). Abbiamo già visto che in una corda, insieme alle vibrazioni della frequenza fondamentale, anche altre armoniche vengono eccitate in un modo o nell'altro. Il contributo relativo di ciascun armonico dipende dal modo in cui la corda viene eccitata. L'insieme delle sfumature è in gran parte determinato timbro suono musicale. Questi problemi sono discussi più dettagliatamente nella sezione sull'acustica musicale di seguito.

Spettro di un impulso sonoro.

Il tipo di suono più comune è un suono di breve durata: battere le mani, bussare a una porta, il suono di un oggetto che cade a terra, il cuculo. Tali suoni non sono né periodici né musicali. Ma possono anche essere scomposti in uno spettro di frequenze. In questo caso lo spettro sarà continuo: per descrivere il suono sono necessarie tutte le frequenze all'interno di una certa banda, che può essere molto ampia. Conoscere questo spettro di frequenze è necessario per riprodurre tali suoni senza distorsioni, poiché il sistema elettronico corrispondente deve “passare” tutte queste frequenze ugualmente bene.

Le caratteristiche principali di un impulso sonoro possono essere chiarite considerando un impulso di forma semplice. Supponiamo che il suono sia una vibrazione di durata D T, in cui la variazione di pressione è come mostrato in Fig. 8, UN. Uno spettro di frequenza approssimativo per questo caso è mostrato in Fig. 8, B. La frequenza centrale corrisponde alle oscillazioni che avremmo se lo stesso segnale fosse prolungato indefinitamente.

La lunghezza dello spettro di frequenze sarà chiamata larghezza di banda D F(Fig. 8, B). La larghezza di banda è la gamma approssimativa di frequenze necessarie per riprodurre l'impulso originale senza eccessiva distorsione. Esiste un rapporto fondamentale molto semplice tra D F e D T, vale a dire

D F D T"1.

Questa relazione è valida per tutti gli impulsi sonori. Il suo significato è che più breve è l'impulso, più frequenze contiene. Supponiamo che un sonar venga utilizzato per rilevare un sottomarino, emettendo ultrasuoni sotto forma di un impulso della durata di 0,0005 s con una frequenza del segnale di 30 kHz. La larghezza di banda è 1/0,0005 = 2 kHz e le frequenze effettivamente contenute nello spettro dell'impulso radar sono comprese tra 29 e 31 kHz.

Rumore.

Il rumore si riferisce a qualsiasi suono creato da più fonti incoerenti. Un esempio è il suono delle foglie degli alberi mosse dal vento. Il rumore del motore a reazione è causato dalla turbolenza del flusso di scarico ad alta velocità. Il rumore come suono irritante è considerato nell'art. INQUINAMENTO ACUSTICO DELL'AMBIENTE.

Intensità del suono.

Il volume del suono può variare. Non è difficile immaginare che ciò sia dovuto all'energia trasferita dall'onda sonora. Per effettuare confronti quantitativi del volume è necessario introdurre il concetto di intensità del suono. L'intensità di un'onda sonora è definita come il flusso medio di energia attraverso un'unità di area del fronte d'onda per unità di tempo. In altre parole, se si prende una singola area (ad esempio 1 cm2), che assorbirebbe completamente il suono, e la si posiziona perpendicolare alla direzione di propagazione delle onde, l'intensità del suono sarà pari all'energia acustica assorbita in un secondo. L'intensità è solitamente espressa in W/cm2 (o W/m2).

Diamo il valore di questa quantità per alcuni suoni familiari. L'ampiezza della sovrappressione che si verifica durante una normale conversazione è pari a circa un milionesimo della pressione atmosferica, che corrisponde ad un'intensità del suono acustico dell'ordine di 10–9 W/cm 2 . La potenza totale del suono prodotto durante una normale conversazione è di soli 0,00001 W. La capacità dell'orecchio umano di percepire energie così piccole testimonia la sua straordinaria sensibilità.

La gamma di intensità sonore percepite dalle nostre orecchie è molto ampia. L'intensità del suono più forte che l'orecchio può tollerare è circa 10 14 volte maggiore del minimo che può sentire. Tutta la potenza delle sorgenti sonore copre una gamma altrettanto ampia. Pertanto, la potenza emessa da un sussurro molto silenzioso può essere dell’ordine di 10–9 W, mentre la potenza emessa da un motore a reazione raggiunge i 10–5 W. Ancora una volta, le intensità differiscono di un fattore 10 14.

Decibel.

Poiché i suoni variano moltissimo in intensità, è più conveniente considerarlo come un valore logaritmico e misurarlo in decibel. Il valore dell'intensità logaritmica è il logaritmo del rapporto tra il valore del valore in esame e il suo valore preso come valore iniziale. Livello di intensità J in relazione ad una certa intensità condizionatamente selezionata J 0 è uguale

Livello di intensità sonora = 10 lg ( J/J 0)dB.

Pertanto, un suono con un'intensità di 20 dB superiore a un altro ha un'intensità 100 volte più forte.

Nella pratica delle misurazioni acustiche, è consuetudine esprimere l'intensità del suono attraverso la corrispondente ampiezza della sovrappressione Rif. Quando la pressione viene misurata in decibel rispetto ad una pressione selezionata arbitrariamente R 0, si ottiene il cosiddetto livello di pressione sonora. Poiché l'intensità del suono è proporzionale alla magnitudo P e 2 e lg( P e 2) = 2 lg P e, il livello di pressione sonora è determinato come segue:

Livello di pressione sonora = 20 lg ( P e/P 0)dB.

Pressione condizionale R 0 = 2H 10 –5 Pa corrisponde alla soglia uditiva standard per un suono con una frequenza di 1 kHz. Nella tabella La tabella 2 mostra i livelli di pressione sonora per alcune sorgenti sonore comuni. Si tratta di valori integrali ottenuti facendo la media su tutta la gamma di frequenze udibili.

Tabella 2. LIVELLI TIPICI DI PRESSIONE SONORA
Sorgente sonora	Livello di pressione sonora, dB (rel. 2H 10 –5Pa)
Negozio di stampaggio
Sala macchine su una nave
Laboratorio di filatura e tessitura
In un vagone della metropolitana
In macchina quando si guida nel traffico
Ufficio di dattilografia
Contabilità
Ufficio
Spazio vitale
Zona residenziale di notte
Studio di radiodiffusione

Volume.

Il livello di pressione sonora non è semplicemente correlato alla percezione psicologica del volume. Il primo di questi fattori è oggettivo, il secondo è soggettivo. Gli esperimenti dimostrano che la percezione del volume dipende non solo dall'intensità del suono, ma anche dalla sua frequenza e dalle condizioni sperimentali.

Il volume dei suoni che non sono legati alle condizioni di confronto non può essere confrontato. Tuttavia, il confronto dei toni puri è interessante. Per fare ciò, determinare il livello di pressione sonora al quale un dato tono viene percepito con la stessa intensità di un tono standard con una frequenza di 1000 Hz. Nella fig. La Figura 9 mostra le curve di uguale volume ottenute negli esperimenti Fletcher e Manson. Per ciascuna curva è indicato il corrispondente livello di pressione sonora di un tono standard a 1000 Hz. Ad esempio, un tono con una frequenza di 200 Hz richiede un livello sonoro di 60 dB per essere percepito con la stessa intensità di un tono di 1000 Hz con un livello di pressione sonora di 50 dB.

Queste curve vengono utilizzate per determinare il sottofondo, un'unità di livello sonoro misurata anche in decibel. Lo sfondo è il livello del volume sonoro per il quale il livello di pressione sonora di un tono puro standard altrettanto forte (1000 Hz) è 1 dB. Pertanto, un suono con una frequenza di 200 Hz a un livello di 60 dB ha un livello di volume di 50 sfondi.

La curva inferiore in Fig. 9 è la curva della soglia uditiva di un buon orecchio. La gamma delle frequenze udibili si estende da circa 20 a 20.000 Hz.

Propagazione delle onde sonore.

Come le onde generate da un sasso gettato in acque calme, le onde sonore viaggiano in tutte le direzioni. È conveniente caratterizzare tale processo di propagazione mediante un fronte d'onda. Un fronte d'onda è una superficie nello spazio, in tutti i punti della quale si verificano oscillazioni della stessa fase. I fronti d'onda di un sasso che cade nell'acqua sono cerchi.

Onde piatte.

Il tipo più semplice di fronte d’onda è piatto. Un'onda piana viaggia in una sola direzione ed è un'idealizzazione che nella pratica si realizza solo approssimativamente. Un'onda sonora in un tubo può essere considerata approssimativamente piatta, proprio come un'onda sferica a grande distanza dalla sorgente.

Onde sferiche.

Tipi semplici di onde includono un'onda con un fronte sferico, che emana da un punto e si propaga in tutte le direzioni. Tale onda può essere eccitata utilizzando una piccola sfera pulsante. La sorgente che eccita un'onda sferica è detta sorgente puntiforme. L'intensità di tale onda diminuisce man mano che si propaga, poiché l'energia è distribuita su una sfera di raggio sempre maggiore.

Se una sorgente puntiforme che crea un'onda sferica emette una potenza di 4 p Q, quindi dalla superficie di una sfera con raggio R equivale a 4 p.r 2, l'intensità del suono in un'onda sferica è pari a

J = Q/R 2 ,

Dove R– distanza dalla sorgente. Pertanto l'intensità di un'onda sferica diminuisce in proporzione inversa al quadrato della distanza dalla sorgente.

L'intensità di qualsiasi onda sonora durante la sua propagazione diminuisce a causa dell'assorbimento acustico. Questo fenomeno sarà discusso di seguito.

Principio di Huygens.

Per la propagazione del fronte d'onda vale il principio di Huygens. Per scoprirlo, consideriamo la forma del fronte d'onda a noi nota in qualsiasi momento. Può essere ritrovato anche dopo il tempo D T, se si considera ciascun punto del fronte d'onda iniziale come sorgente di un'onda sferica elementare che si è propagata in questo intervallo ad una distanza v D T. L’inviluppo di tutti questi fronti d’onda sferici elementari costituirà il nuovo fronte d’onda. Il principio di Huygens consente di determinare la forma del fronte d'onda durante tutto il processo di propagazione. Ne consegue inoltre che le onde, sia piane che sferiche, mantengono la loro geometria durante la propagazione, purché il mezzo sia omogeneo.

Diffrazione del suono.

La diffrazione è la flessione delle onde attorno ad un ostacolo. La diffrazione viene analizzata utilizzando il principio di Huygens. L'entità di questa flessione dipende dal rapporto tra la lunghezza d'onda e la dimensione dell'ostacolo o del foro. Poiché la lunghezza d'onda del suono è molte volte più lunga di quella della luce, la diffrazione delle onde sonore ci sorprende meno di quella della luce. Quindi puoi parlare con qualcuno in piedi dietro l'angolo dell'edificio, anche se non è visibile. Un'onda sonora si piega facilmente dietro un angolo, mentre la luce, a causa della sua corta lunghezza d'onda, produce ombre nette.

Consideriamo la diffrazione di un'onda sonora piana incidente su uno schermo piatto solido con un foro. Per determinare la forma del fronte d'onda sull'altro lato dello schermo, è necessario conoscere la relazione tra la lunghezza d'onda l e diametro del foro D. Se questi valori sono approssimativamente uguali o l molto più D, quindi si ottiene una diffrazione completa: il fronte d'onda dell'onda emergente sarà sferico e l'onda raggiungerà tutti i punti dietro lo schermo. Se l un po' meno D, allora l'onda emergente si propagherà prevalentemente in avanti. E infine, se l molto meno D, allora tutta la sua energia si diffonderà in linea retta. Questi casi sono mostrati in Fig. 10.

La diffrazione si osserva anche quando c'è qualche ostacolo nel percorso del suono. Se la dimensione dell'ostacolo è molto maggiore della lunghezza d'onda, il suono viene riflesso e dietro l'ostacolo si forma una zona d'ombra acustica. Quando la dimensione dell'ostacolo è paragonabile o inferiore alla lunghezza d'onda, il suono viene in una certa misura diffratto in tutte le direzioni. Di questo si tiene conto nell'acustica architettonica. Ad esempio, a volte le pareti di un edificio sono ricoperte da proiezioni di dimensioni nell'ordine della lunghezza d'onda del suono. (A una frequenza di 100 Hz, la lunghezza d'onda nell'aria è di circa 3,5 m.) In questo caso, il suono che cade sulle pareti viene diffuso in tutte le direzioni. In acustica architettonica questo fenomeno è chiamato diffusione del suono.

Riflessione e trasmissione del suono.

Quando un'onda sonora che viaggia in un mezzo colpisce un'interfaccia con un altro mezzo, possono verificarsi tre processi simultaneamente. Un'onda può essere riflessa da un'interfaccia, può passare in un altro mezzo senza cambiare direzione, oppure può cambiare direzione al confine, cioè rifrangere. Nella fig. La Figura 11 mostra il caso più semplice in cui un'onda piana incide ad angolo retto su una superficie piana che separa due sostanze diverse. Se il coefficiente di intensità di riflessione, che determina la frazione di energia riflessa, è pari a R, allora il coefficiente di trasmissione sarà uguale a T = 1 – R.

Per un'onda sonora, il rapporto tra la pressione in eccesso e la velocità volumetrica oscillatoria è chiamato impedenza acustica. I coefficienti di riflessione e di trasmissione dipendono dal rapporto tra le impedenze d'onda dei due mezzi; le impedenze d'onda, a loro volta, sono proporzionali alle impedenze acustiche. La resistenza alle onde dei gas è molto inferiore a quella dei liquidi e dei solidi. Pertanto, se un'onda nell'aria colpisce un oggetto solido spesso o la superficie dell'acqua profonda, il suono viene riflesso quasi completamente. Ad esempio, per l'interfaccia aria-acqua il rapporto di impedenza d'onda è 0,0003. Di conseguenza, l'energia del suono che passa dall'aria all'acqua è pari solo allo 0,12% dell'energia incidente. I coefficienti di riflessione e di trasmissione sono reversibili: il coefficiente di riflessione è il coefficiente di trasmissione nella direzione opposta. Pertanto, il suono praticamente non penetra né dall'aria nella piscina d'acqua né da sott'acqua verso l'esterno, cosa ben nota a tutti coloro che hanno nuotato sott'acqua.

Nel caso della riflessione sopra considerato si è ipotizzato che lo spessore del secondo mezzo nella direzione di propagazione dell'onda sia grande. Ma il coefficiente di trasmissione sarà significativamente maggiore se il secondo mezzo è un muro che separa due ambienti identici, come ad esempio un divisorio solido tra stanze. Il fatto è che lo spessore della parete è solitamente inferiore alla lunghezza d'onda del suono o paragonabile ad essa. Se lo spessore della parete è un multiplo della metà della lunghezza d'onda del suono nella parete, il coefficiente di trasmissione dell'onda all'incidenza perpendicolare è molto grande. La partizione sarebbe assolutamente trasparente al suono di questa frequenza se non fosse per l'assorbimento, che qui trascuriamo. Se lo spessore della parete è molto inferiore alla lunghezza d'onda del suono in essa contenuto, la riflessione è sempre piccola e la trasmissione è grande, tranne quando vengono adottate misure speciali per aumentare l'assorbimento acustico.

Rifrazione del suono.

Quando un'onda sonora piana incide ad angolo sull'interfaccia, l'angolo della sua riflessione è uguale all'angolo di incidenza. L'onda trasmessa devia dalla direzione dell'onda incidente se l'angolo di incidenza è diverso da 90°. Questo cambiamento nella direzione del movimento delle onde è chiamato rifrazione. La geometria rifrattiva su un confine piatto è mostrata in Fig. 12. Sono indicati gli angoli tra la direzione delle onde e la normale alla superficie Q 1 per onda incidente e Q 2 – per passato rifratto. La relazione tra questi due angoli include solo il rapporto tra le velocità del suono per i due mezzi. Come nel caso delle onde luminose, questi angoli sono legati tra loro dalla legge di Snell:

Pertanto, se la velocità del suono nel secondo mezzo è inferiore a quella del primo, l'angolo di rifrazione sarà inferiore all'angolo di incidenza, ma se la velocità nel secondo mezzo è maggiore, l'angolo di rifrazione sarà maggiore dell'angolo di incidenza.

Rifrazione dovuta al gradiente di temperatura.

Se la velocità del suono in un mezzo disomogeneo cambia continuamente da punto a punto, cambia anche la rifrazione. Poiché la velocità del suono sia nell'aria che nell'acqua dipende dalla temperatura, in presenza di un gradiente di temperatura le onde sonore possono cambiare la direzione del loro movimento. Nell'atmosfera e nell'oceano si osservano solitamente gradienti di temperatura verticali dovuti alla stratificazione orizzontale. Pertanto, a causa dei cambiamenti nella velocità verticale del suono causati dai gradienti di temperatura, l’onda sonora può essere deviata verso l’alto o verso il basso.

Considera il caso in cui in qualche punto vicino alla superficie terrestre l'aria è più calda che negli strati più alti. Quindi, con l'aumentare dell'altitudine, la temperatura dell'aria qui diminuisce e con essa diminuisce la velocità del suono. Il suono emesso da una sorgente vicino alla superficie terrestre viaggerà verso l'alto a causa della rifrazione. Questo è mostrato nella figura. 13, che mostra i “raggi” sonori.

La deflessione dei raggi sonori mostrata in Fig. 13, è descritta in forma generale dalla legge di Snell. Se attraverso Q, come prima, designare l'angolo tra la verticale e la direzione della radiazione, allora la legge di Snell generalizzata ha la forma sin Q/v= cost, riferito a qualsiasi punto della semiretta. Pertanto, se il raggio passa in una regione in cui la velocità v diminuisce, quindi l'angolo Q dovrebbe anche diminuire. Pertanto, i raggi sonori vengono sempre deviati nella direzione in cui diminuisce la velocità del suono.

Dalla fig. 13 si può vedere che esiste una regione situata ad una certa distanza dalla sorgente dove i raggi sonori non penetrano affatto. Questa è la cosiddetta zona del silenzio.

È del tutto possibile che da qualche parte ad un'altezza maggiore di quella mostrata in Fig. 13, a causa del gradiente di temperatura, la velocità del suono aumenta con l'altezza. In questo caso, l’onda sonora che inizialmente deviava verso l’alto qui, verrà deviata verso la superficie terrestre a grande distanza. Ciò accade quando nell'atmosfera si forma uno strato di inversione di temperatura, a seguito del quale diventa possibile ricevere segnali sonori a raggio ultra lungo. Inoltre, la qualità della ricezione nei punti distanti è addirittura migliore che in quelli vicini. Nella storia ci sono stati molti esempi di ricezione a raggio ultra lungo. Ad esempio, durante la prima guerra mondiale, quando le condizioni atmosferiche favorivano un'adeguata rifrazione del suono, in Inghilterra si potevano udire i cannoneggiamenti sul fronte francese.

Rifrazione del suono sott'acqua.

Nell'oceano si osserva anche la rifrazione del suono, causata dai cambiamenti verticali della temperatura. Se la temperatura, e quindi la velocità del suono, diminuisce con la profondità, i raggi sonori vengono deviati verso il basso, determinando una zona di silenzio simile a quella mostrata in Fig. 13 per l'atmosfera. Per l'oceano, l'immagine corrispondente si otterrà semplicemente capovolgendola.

La presenza di zone di silenzio rende difficile rilevare i sottomarini con il sonar e la rifrazione, che devia le onde sonore verso il basso, limita notevolmente il loro raggio di propagazione vicino alla superficie. Tuttavia, si osserva anche la rifrazione verso l'alto. Può creare condizioni più favorevoli per il sonar.

Interferenza delle onde sonore.

La sovrapposizione di due o più onde si chiama interferenza d'onda.

Onde stazionarie come risultato di interferenze.

Le onde stazionarie discusse sopra sono un caso speciale di interferenza. Le onde stazionarie si formano come risultato della sovrapposizione di due onde della stessa ampiezza, fase e frequenza, che si propagano in direzioni opposte.

L'ampiezza agli antinodi di un'onda stazionaria è pari al doppio dell'ampiezza di ciascuna onda. Poiché l'intensità di un'onda è proporzionale al quadrato della sua ampiezza, ciò significa che l'intensità agli antinodi è 4 volte l'intensità di ciascuna onda o 2 volte l'intensità totale delle due onde. Qui non vi è alcuna violazione della legge di conservazione dell'energia, poiché l'intensità ai nodi è zero.

Battere.

È anche possibile l'interferenza di onde armoniche di frequenze diverse. Quando due frequenze differiscono poco si verificano i cosiddetti battiti. I battiti sono cambiamenti nell'ampiezza del suono che si verificano a una frequenza pari alla differenza nelle frequenze originali. Nella fig. La Figura 14 mostra un oscillogramma dei battiti.

Va tenuto presente che la frequenza del battimento è la frequenza di modulazione dell'ampiezza del suono. Inoltre, il battito non deve essere confuso con la differenza di frequenza risultante dalla distorsione del segnale armonico.

I battiti vengono spesso utilizzati quando si accordano due toni all'unisono. La frequenza viene regolata fino a quando i battiti non possono più essere ascoltati. Anche se la frequenza del battito è molto piccola, l'orecchio umano è in grado di percepire l'aumento e la diminuzione periodici del volume del suono. Pertanto, i battiti sono un metodo molto sensibile di sintonizzazione nella gamma audio. Se l'accordatura non è precisa, la differenza di frequenza può essere determinata a orecchio contando il numero di battiti in un secondo. Nella musica, i battiti delle componenti armoniche più alte vengono percepiti anche dall'orecchio, che viene utilizzato quando si accorda un pianoforte.

Assorbimento delle onde sonore.

L'intensità delle onde sonore durante la loro propagazione diminuisce sempre a causa del fatto che una certa parte dell'energia acustica viene dissipata. A causa dei processi di scambio termico, interazione intermolecolare e attrito interno, le onde sonore vengono assorbite in qualsiasi mezzo. L'intensità dell'assorbimento dipende dalla frequenza dell'onda sonora e da altri fattori come la pressione e la temperatura del mezzo.

L'assorbimento delle onde in un mezzo è caratterizzato quantitativamente dal coefficiente di assorbimento UN. Mostra quanto velocemente diminuisce la sovrappressione a seconda della distanza percorsa dall'onda che si propaga. Diminuzione dell'ampiezza della sovrapressione –D Rif quando si supera la distanza D X proporzionale all’ampiezza della sovrappressione iniziale Rif e la distanza D X. Così,

-D P e = scimmia D X.

Ad esempio, quando diciamo che la perdita di assorbimento è di 1 dB/m, ciò significa che ad una distanza di 50 m il livello di pressione sonora diminuisce di 50 dB.

Assorbimento dovuto all'attrito interno e alla conducibilità termica.

Durante il movimento delle particelle associate alla propagazione di un'onda sonora, l'attrito tra le diverse particelle del mezzo è inevitabile. Nei liquidi e nei gas, questo attrito è chiamato viscosità. La viscosità, che provoca la conversione irreversibile dell'energia delle onde acustiche in calore, è la ragione principale dell'assorbimento del suono nei gas e nei liquidi.

Inoltre, l'assorbimento nei gas e nei liquidi è dovuto alla perdita di calore durante la compressione dell'onda. Abbiamo già detto che al passaggio di un'onda il gas in fase di compressione si riscalda. In questo processo frenetico, il calore di solito non ha il tempo di essere trasferito ad altre aree del gas o alle pareti del recipiente. Ma in realtà questo processo è imperfetto e parte dell'energia termica rilasciata lascia il sistema. Ciò è associato all'assorbimento acustico dovuto alla conduttività termica. Questo assorbimento avviene in onde di compressione in gas, liquidi e solidi.

L'assorbimento acustico, dovuto sia alla viscosità che alla conduttività termica, generalmente aumenta con il quadrato della frequenza. Pertanto, i suoni ad alta frequenza vengono assorbiti in modo molto più forte rispetto ai suoni a bassa frequenza. Ad esempio, a pressione e temperatura normali, il coefficiente di assorbimento (dovuto a entrambi i meccanismi) a 5 kHz nell'aria è di circa 3 dB/km. Poiché l'assorbimento è proporzionale al quadrato della frequenza, il coefficiente di assorbimento a 50 kHz sarà di 300 dB/km.

Assorbimento nei solidi.

Il meccanismo di assorbimento acustico dovuto alla conduttività termica e alla viscosità, che si verifica nei gas e nei liquidi, è preservato anche nei solidi. Tuttavia, qui si aggiungono nuovi meccanismi di assorbimento. Sono associati a difetti nella struttura dei solidi. Il fatto è che i materiali solidi policristallini sono costituiti da piccoli cristalliti; Quando il suono li attraversa, si verificano deformazioni che portano all'assorbimento dell'energia sonora. Il suono è diffuso anche ai confini dei cristalliti. Inoltre, anche i singoli cristalli contengono difetti come le dislocazioni che contribuiscono all’assorbimento acustico. Le dislocazioni sono violazioni della coordinazione dei piani atomici. Quando un'onda sonora provoca vibrazioni atomiche, le dislocazioni vengono spostate e poi ritornano nelle loro posizioni originali, dissipando energia a causa dell'attrito interno.

L'assorbimento dovuto alle lussazioni spiega soprattutto perché una campana di piombo non suona. Il piombo è un metallo tenero in cui sono presenti molte dislocazioni e quindi le vibrazioni sonore in esso decadono estremamente rapidamente. Ma suonerà bene se raffreddato con aria liquida. A basse temperature le dislocazioni sono “congelate” in una posizione fissa, quindi non si muovono e non convertono l'energia sonora in calore.

ACUSTICA MUSICALE

Suoni musicali.

L'acustica musicale studia le caratteristiche dei suoni musicali, le loro caratteristiche legate al modo in cui li percepiamo e i meccanismi del suono degli strumenti musicali.

Il suono musicale, o tono, è un suono periodico, cioè fluttuazioni che si ripetono ancora e ancora dopo un certo periodo. Si è detto sopra che il suono periodico può essere rappresentato come una somma di oscillazioni con frequenze multiple della frequenza fondamentale F: 2F, 3F, 4F eccetera. È stato anche notato che le corde vibranti e le colonne d'aria producono suoni musicali.

I suoni musicali differiscono in tre modi: volume, altezza e timbro. Tutti questi indicatori sono soggettivi, ma possono essere associati a valori misurabili. Il volume è principalmente legato all'intensità del suono; l'altezza di un suono, che ne caratterizza la posizione nella struttura musicale, è determinata dalla frequenza del tono; Il timbro per cui uno strumento o una voce differisce da un altro è caratterizzato dalla distribuzione dell'energia attraverso gli armonici e dal cambiamento di questa distribuzione nel tempo.

Altezza del suono.

L'altezza di un suono musicale è strettamente correlata alla frequenza, ma non è identica ad essa, poiché la valutazione dell'altezza è soggettiva.

Ad esempio, è stato stabilito che la valutazione dell'altezza di un suono a frequenza singola dipende in qualche modo dal suo livello di volume. Con un aumento significativo del volume, diciamo 40 dB, la frequenza apparente può diminuire del 10%. In pratica, questa dipendenza dal volume non ha importanza, poiché i suoni musicali sono molto più complessi del suono a frequenza singola.

Ciò che è più fondamentale nella relazione tra altezza e frequenza è che se i suoni musicali sono composti da armoniche, a quale frequenza è associata l'altezza percepita? Si scopre che questa potrebbe non essere la frequenza che corrisponde all'energia massima e non la frequenza più bassa nello spettro. Ad esempio, un suono musicale costituito da un insieme di frequenze di 200, 300, 400 e 500 Hz viene percepito come un suono con un'altezza di 100 Hz. Cioè, l'altezza di un suono è associata alla frequenza fondamentale della serie armonica, anche se non è nello spettro sonoro. È vero, molto spesso la frequenza fondamentale è presente in un modo o nell'altro nello spettro.

Parlando della relazione tra l'altezza del suono e la sua frequenza, non dovremmo dimenticare le caratteristiche dell'organo uditivo umano. Si tratta di uno speciale ricevitore acustico che introduce le proprie distorsioni (per non parlare del fatto che esistono aspetti psicologici e soggettivi dell'udito). L'orecchio è in grado di identificare determinate frequenze, inoltre l'onda sonora subisce in essa distorsioni non lineari. La selettività di frequenza è causata dalla differenza tra il volume di un suono e la sua intensità (Fig. 9). È più difficile spiegare le distorsioni non lineari, che si esprimono nella comparsa di frequenze assenti nel segnale originale. La non linearità della risposta dell'orecchio è dovuta all'asimmetria del movimento dei suoi vari elementi.

Una delle caratteristiche di un sistema di ricezione non lineare è quella di essere eccitato dal suono con una frequenza F 1 in esso vengono eccitati i sovratoni armonici 2 F 1 , 3F 1,..., e in alcuni casi anche subarmoniche di tipo 1/2 F 1 . Inoltre, quando si eccita un sistema non lineare con due frequenze F 1 e F 2 in esso vengono eccitate le frequenze somma e differenza F 1 + F 2 E F 1 - F 2. Maggiore è l'ampiezza delle oscillazioni iniziali, maggiore è il contributo delle frequenze “extra”.

Pertanto, a causa della non linearità delle caratteristiche acustiche dell'orecchio, possono apparire frequenze che non sono presenti nel suono. Tali frequenze sono chiamate toni soggettivi. Supponiamo che il suono sia costituito da toni puri di frequenze 200 e 250 Hz. A causa della non linearità della risposta appariranno frequenze aggiuntive: 250 – 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2̑ 200 = 400, 2̑ 250 = 500 Hz, ecc. All'ascoltatore sembrerà che nel suono ci sia tutta una serie di combinazioni di frequenze, ma il loro aspetto è in realtà dovuto alla risposta non lineare dell'orecchio. Quando un suono musicale è costituito da una frequenza fondamentale e dai suoi armonici, è ovvio che la frequenza fondamentale viene effettivamente amplificata dalle frequenze differenti.

È vero, come hanno dimostrato gli studi, le frequenze soggettive si presentano solo quando l'ampiezza del segnale originale è sufficientemente grande. Pertanto è possibile che in passato il ruolo delle frequenze soggettive nella musica fosse molto esagerato.

Standard musicali e misurazione dell'altezza musicale.

Nella storia della musica, i suoni di diverse frequenze sono stati considerati il ​​tono fondamentale che determina l'intera struttura musicale. Ora la frequenza generalmente accettata per la nota “LA” della prima ottava è 440 Hz. Ma in passato variava da 400 a 462 Hz.

Il modo tradizionale per determinare l'altezza di un suono è confrontarlo con il tono di un diapason standard. La deviazione della frequenza di un dato suono dallo standard viene giudicata dalla presenza di battiti. I diapason vengono utilizzati ancora oggi, anche se ora esistono strumenti più convenienti per determinare l'altezza del suono, come un generatore di frequenza stabile standard (con un risonatore al quarzo), che può essere sintonizzato senza problemi nell'intera gamma audio. È vero, la calibrazione accurata di un dispositivo del genere è piuttosto difficile.

Un metodo stroboscopico ampiamente utilizzato per misurare l'altezza è in cui il suono di uno strumento musicale imposta la frequenza dei lampi di una lampada stroboscopica. La lampada illumina il disegno su un disco rotante ad una frequenza nota, e la frequenza fondamentale del tono è determinata dalla frequenza apparente di movimento del disegno sul disco sotto illuminazione stroboscopica.

L'orecchio è molto sensibile ai cambiamenti di tono, ma la sua sensibilità dipende dalla frequenza. È massimo vicino alla soglia inferiore di udibilità. Anche un orecchio inesperto può rilevare una differenza di frequenza solo dello 0,3% nell'intervallo da 500 a 5000 Hz. La sensibilità può essere aumentata mediante l'allenamento. I musicisti hanno un senso dell'intonazione molto sviluppato, ma non sempre è utile per determinare la frequenza del tono puro prodotto da un oscillatore di riferimento. Ciò suggerisce che quando si determina la frequenza di un suono a orecchio, il suo timbro gioca un ruolo importante.

Timbro.

Il timbro si riferisce a quelle caratteristiche dei suoni musicali che conferiscono agli strumenti musicali e alle voci la loro specificità unica, anche quando si confrontano suoni della stessa altezza e volume. Questa è, per così dire, la qualità del suono.

Il timbro dipende dallo spettro di frequenze del suono e dai suoi cambiamenti nel tempo. È determinato da diversi fattori: la distribuzione dell'energia sugli armonici, le frequenze che sorgono nel momento in cui il suono appare o si ferma (i cosiddetti toni di transizione) e la loro attenuazione, nonché la lenta modulazione dell'ampiezza e della frequenza del suono ( “vibrato”).

Intensità armonica.

Consideriamo una corda tesa, che viene eccitata pizzicandola nella sua parte centrale (Fig. 15, UN). Poiché tutte le armoniche pari hanno nodi nel mezzo, saranno assenti e le oscillazioni saranno costituite da armoniche dispari della frequenza fondamentale pari a F 1 = v/2l, Dove v- la velocità dell'onda nella corda, e l– la sua lunghezza. Pertanto, saranno presenti solo le frequenze F 1 , 3F 1 , 5F 1, ecc. Le ampiezze relative di queste armoniche sono mostrate in Fig. 15, B.

Questo esempio ci consente di trarre la seguente importante conclusione generale. L'insieme delle armoniche di un sistema risonante è determinato dalla sua configurazione e la distribuzione dell'energia tra le armoniche dipende dal metodo di eccitazione. Quando una corda è eccitata, la frequenza fondamentale domina al centro e le armoniche pari vengono completamente soppresse. Se la corda viene fissata nella sua parte centrale e pizzicata altrove, la frequenza fondamentale e le armoniche dispari verranno soppresse.

Tutto questo vale per altri strumenti musicali famosi, anche se i dettagli possono variare notevolmente. Gli strumenti di solito hanno una cavità d'aria, una tavola armonica o un corno per emettere il suono. Tutto ciò determina la struttura degli armonici e l'aspetto delle formanti.

Formanti.

Come già detto, la qualità del suono degli strumenti musicali dipende dalla distribuzione dell'energia tra gli armonici. Quando l'altezza di molti strumenti, e in particolare della voce umana, cambia, la distribuzione delle armoniche cambia in modo che gli armonici fondamentali si trovino sempre approssimativamente nello stesso intervallo di frequenza, chiamato intervallo formante. Uno dei motivi dell'esistenza delle formanti è l'uso di elementi risonanti per amplificare il suono, come la tavola armonica e il risonatore d'aria. L'ampiezza delle risonanze naturali è generalmente ampia, per cui l'efficienza della radiazione alle frequenze corrispondenti è maggiore. Negli ottoni le formanti sono determinate dalla campana da cui esce il suono. Gli armonici all'interno della gamma delle formanti sono sempre fortemente enfatizzati, poiché vengono emessi con la massima energia. Le formanti determinano in gran parte le caratteristiche qualitative caratteristiche dei suoni di uno strumento musicale o di una voce.

Cambiare i toni nel tempo.

Il tono di qualsiasi strumento raramente rimane costante nel tempo e il timbro è significativamente correlato a ciò. Anche quando lo strumento sostiene una nota lunga, si verifica una leggera modulazione periodica di frequenza e ampiezza che arricchisce il suono - “vibrato”. Ciò è particolarmente vero per gli strumenti a corda come il violino e la voce umana.

Per molti strumenti, ad esempio il pianoforte, la durata del suono è tale che un tono costante non ha il tempo di formarsi: il suono eccitato aumenta rapidamente e quindi decade rapidamente. Poiché l'attenuazione degli armonici è solitamente causata da effetti dipendenti dalla frequenza (come la radiazione acustica), è ovvio che la distribuzione degli armonici cambia nel suono del tono.

La natura del cambiamento del tono nel tempo (la velocità di salita e discesa del suono) per alcuni strumenti è mostrata schematicamente in Fig. 18. Come è facile vedere, gli strumenti a corda (a pizzico e a tastiera) non hanno praticamente un tono costante. In questi casi, possiamo parlare dello spettro degli armonici solo in modo condizionale, poiché il suono cambia rapidamente nel tempo. Anche le caratteristiche di salita e discesa sono una parte importante del timbro di tali strumenti.

Toni di transizione.

La composizione armonica di un tono solitamente cambia rapidamente in breve tempo dopo che il suono è stato eccitato. In quegli strumenti in cui il suono viene eccitato colpendo le corde o pizzicando, l'energia attribuibile agli armonici più alti (così come a numerose componenti non armoniche) è massima subito dopo l'inizio del suono, e dopo una frazione di secondo queste frequenze muoiono fuori. Tali suoni, detti di transizione, conferiscono un colore specifico al suono dello strumento. In un pianoforte, sono causati dall'azione di un martello che colpisce una corda. A volte gli strumenti musicali con la stessa struttura armonica possono essere distinti solo dai toni di transizione.

IL SUONO DEGLI STRUMENTI MUSICALI

I suoni musicali possono essere eccitati e modificati in molti modi, motivo per cui gli strumenti musicali hanno forme diverse. Gli strumenti venivano per lo più creati e migliorati dagli stessi musicisti e abili artigiani, senza ricorrere alla teoria scientifica. Pertanto, la scienza acustica non può spiegare, ad esempio, perché un violino ha la forma che ha. Tuttavia, è del tutto possibile descrivere le proprietà sonore di un violino in base ai principi generali della sua esecuzione e della sua progettazione.

La gamma di frequenze di uno strumento si riferisce solitamente alla gamma di frequenze dei suoi toni fondamentali. La voce umana si estende su circa due ottave e uno strumento musicale ne estende almeno tre (un grande organo ne estende dieci). Nella maggior parte dei casi, gli armonici si estendono fino al limite estremo della gamma udibile.

Gli strumenti musicali sono costituiti da tre parti principali: un elemento vibrante, un meccanismo per eccitarlo e un risuonatore ausiliario (corno o tavola armonica) per la comunicazione acustica tra l'elemento vibrante e l'aria circostante.

Il suono musicale è periodico nel tempo e i suoni periodici sono costituiti da una serie di armoniche. Poiché le frequenze naturali di vibrazione delle corde e delle colonne d'aria di lunghezza fissa sono armonicamente correlate tra loro, in molti strumenti i principali elementi vibranti sono le corde e le colonne d'aria. Con poche eccezioni (il flauto è uno di questi), gli strumenti non possono produrre un suono a frequenza singola. Quando il vibratore principale è eccitato, appare un suono contenente sovratoni. Per alcuni vibratori le frequenze di risonanza non sono componenti armoniche. Strumenti di questo tipo (ad esempio tamburi e piatti) vengono utilizzati nella musica orchestrale per una speciale espressività e per enfatizzare il ritmo, ma non per lo sviluppo melodico.

Strumenti a corda.

La corda vibrante stessa è un cattivo emettitore di suoni, quindi lo strumento a corda deve avere un risuonatore aggiuntivo per eccitare il suono di notevole intensità. Può trattarsi di un volume d'aria racchiuso, di una tavola armonica o di una combinazione di entrambi. Il carattere sonoro dello strumento è determinato anche dal modo in cui vengono eccitate le corde.

Abbiamo visto prima che la frequenza fondamentale di vibrazione di una corda di lunghezza fissa lè dato dall'espressione

Dove Tè la forza di tensione della corda, e rL– massa per unità di lunghezza della corda. Pertanto, possiamo modificare la frequenza in tre modi: modificando la lunghezza, la tensione o la massa. Molti strumenti utilizzano un piccolo numero di corde di uguale lunghezza, le cui frequenze fondamentali sono determinate dalla corretta selezione di tensione e massa. Altre frequenze si ottengono accorciando la lunghezza della corda con le dita.

Altri strumenti, come il pianoforte, hanno una delle tante corde preaccordate per ciascuna nota. Accordare un pianoforte, dove la gamma di frequenze è ampia, non è un compito facile, soprattutto nella regione delle basse frequenze. La forza di tensione di tutte le corde del pianoforte è quasi la stessa (circa 2 kN) e si ottiene una varietà di frequenze modificando la lunghezza e lo spessore delle corde.

L'agitazione di uno strumento a corda può essere eseguita pizzicando (ad esempio, su un'arpa o un banjo), percuotendolo (su un pianoforte) o utilizzando un arco (nel caso di strumenti musicali della famiglia dei violini). In tutti i casi, come sopra mostrato, il numero di armoniche e la loro ampiezza dipendono dal metodo di eccitazione della corda.

Pianoforte.

Un tipico esempio di strumento in cui la corda viene eccitata colpendo è il pianoforte. L'ampia tavola armonica dello strumento fornisce un'ampia gamma di formanti, quindi il suo timbro è molto uniforme per qualsiasi nota eccitata. Le formanti principali raggiungono il picco a frequenze intorno a 400–500 Hz, e alle frequenze più basse i toni sono particolarmente ricchi di armoniche, con l'ampiezza della frequenza fondamentale inferiore a quella di alcuni armonici. In un pianoforte, il martello su tutte le corde tranne quelle più corte viene colpito in un punto situato a 1/7 della lunghezza della corda da una delle sue estremità. Ciò si spiega solitamente con il fatto che in questo caso la settima armonica, dissonante rispetto alla frequenza fondamentale, viene notevolmente soppressa. Ma a causa della larghezza limitata del martello, vengono soppresse anche le altre armoniche situate vicino alla settima.

Famiglia del violino.

Nella famiglia degli strumenti del violino, i suoni lunghi vengono prodotti da un arco, con l'aiuto del quale viene applicata alla corda una forza motrice variabile, mantenendo le vibrazioni della corda. Sotto l'azione di un arco in movimento, la corda viene tirata lateralmente a causa dell'attrito finché non si rompe a causa dell'aumento della forza di tensione. Ritornando alla posizione di partenza, viene nuovamente portata via dall'arco. Questo processo si ripete in modo che sulla corda agisca una forza esterna periodica.

In ordine di dimensione crescente e gamma di frequenza decrescente, i principali strumenti ad arco sono disposti come segue: violino, viola, violoncello, contrabbasso. Gli spettri di frequenza di questi strumenti sono particolarmente ricchi di armonici, che senza dubbio conferiscono al loro suono un calore ed un'espressività speciali. Nella famiglia dei violini, la corda vibrante è collegata acusticamente alla cavità dell'aria e al corpo dello strumento, che determinano principalmente la struttura delle formanti, che occupano una gamma di frequenze molto ampia. I grandi rappresentanti della famiglia dei violini hanno una serie di formanti spostati nella regione delle basse frequenze. Pertanto, la stessa nota suonata su due strumenti della famiglia dei violini acquisisce un colore timbrico diverso a causa della differenza nella struttura dei toni.

Il violino ha una risonanza pronunciata intorno ai 500 Hz, dovuta alla forma del suo corpo. Quando viene suonata una nota la cui frequenza è vicina a questo valore, può verificarsi un suono vibrante indesiderato chiamato "tono del lupo". Anche la cavità d'aria all'interno del corpo del violino ha le proprie frequenze di risonanza, la principale delle quali si trova vicino a 400 Hz. Grazie alla sua forma speciale, il violino ha numerose risonanze ravvicinate. Tutti, ad eccezione del tono del lupo, non risaltano molto nello spettro complessivo del suono estratto.

Strumenti a fiato.

Strumenti a fiato.

Le vibrazioni naturali dell'aria in un tubo cilindrico di lunghezza finita sono state discusse in precedenza. Le frequenze naturali formano una serie di armoniche, la cui frequenza fondamentale è inversamente proporzionale alla lunghezza del tubo. I suoni musicali negli strumenti a fiato nascono dall'eccitazione risonante di una colonna d'aria.

Le vibrazioni dell'aria vengono eccitate sia dalle vibrazioni del flusso d'aria che cade sul bordo tagliente della parete del risonatore, sia dalle vibrazioni della superficie flessibile dell'ancia nel flusso d'aria. In entrambi i casi, si verificano cambiamenti periodici di pressione in un'area localizzata della canna dell'utensile.

Il primo di questi metodi di eccitazione si basa sulla comparsa dei “toni di bordo”. Quando un flusso d'aria fuoriesce dallo spazio, rotto da un ostacolo a forma di cuneo con uno spigolo vivo, periodicamente si formano dei vortici, prima su un lato, poi sull'altro lato del cuneo. Maggiore è la velocità del flusso d'aria, maggiore è la frequenza della loro formazione. Se un tale dispositivo è accoppiato acusticamente ad una colonna d'aria risonante, la frequenza del tono di bordo viene "catturata" dalla frequenza di risonanza della colonna d'aria, cioè la frequenza della formazione dei vortici è determinata dalla colonna d'aria. In tali condizioni, la frequenza fondamentale della colonna d'aria viene eccitata solo quando la velocità del flusso d'aria supera un certo valore minimo. In un certo intervallo di velocità che supera questo valore, la frequenza del tono del bordo è uguale a questa frequenza fondamentale. Ad una velocità del flusso d'aria ancora più elevata (vicina a quella alla quale la frequenza del fronte, in assenza di connessione con il risonatore, sarebbe uguale alla seconda armonica del risonatore), la frequenza del fronte salta raddoppia e l'altezza del tono emesso dall'intero sistema risulta essere un'ottava più alta. Questo si chiama overblowing.

I toni taglienti eccitano le colonne d'aria in strumenti come l'organo, il flauto e l'ottavino. Quando suona il flauto, l'esecutore eccita i toni marginali soffiando lateralmente in un foro laterale vicino a una delle estremità. Le note di un'ottava, dal Re in su, vengono prodotte modificando la lunghezza effettiva della canna, aprendo i fori laterali, con un tono di bordo normale. Le ottave più alte si ottengono mediante overblowing.

Un altro modo per eccitare il suono di uno strumento a fiato si basa sull'interruzione periodica del flusso d'aria con un'ancia oscillante, chiamata ancia, poiché è fatta di ancia. Questo metodo è utilizzato in vari strumenti a fiato e ottoni. Esistono opzioni con un'ancia singola (come, ad esempio, nel clarinetto, sassofono e strumenti tipo fisarmonica) e con un'ancia doppia simmetrica (come, ad esempio, nell'oboe e nel fagotto). In entrambi i casi il processo oscillatorio è lo stesso: l'aria viene soffiata attraverso uno stretto spazio in cui la pressione diminuisce secondo la legge di Bernoulli. Il bastone viene tirato nello spazio e lo chiude. In assenza di flusso, la canna elastica si raddrizza e il processo si ripete.

Negli strumenti a fiato la selezione delle note di una scala, come nel flauto, si effettua aprendo i fori laterali e soffiando.

A differenza di una tromba aperta ad entrambe le estremità, che ha una gamma completa di armonici, una tromba aperta solo ad un'estremità ha solo armonici dispari ( cm. più alto). Questa è la configurazione del clarinetto, e quindi i suoi armonici pari sono espressi debolmente. Il soffio eccessivo in un clarinetto avviene a una frequenza 3 volte superiore a quella principale.

Nell'oboe la seconda armonica è piuttosto intensa. Si differenzia dal clarinetto in quanto la sua canna è di forma conica, mentre nel clarinetto la sezione trasversale è costante per gran parte della sua lunghezza. Le frequenze di vibrazione in una canna conica sono più difficili da calcolare che in una canna cilindrica, ma esiste comunque una gamma completa di armonici. In questo caso le frequenze di vibrazione di un tubo conico con l'estremità stretta chiusa sono le stesse di un tubo cilindrico aperto ad entrambe le estremità.

Ottoni.

Gli ottoni, tra cui il corno, la tromba, la cornetta a pistone, il trombone, la tromba e la tuba, sono eccitati dalle labbra che, se combinate con un bocchino dalla forma speciale, sono simili all'azione di una doppia ancia. La pressione dell'aria quando il suono eccitante è molto più alta qui che nei legni. I fiati in ottone hanno tipicamente un fusto metallico a sezione cilindrica e conica, terminante con una campana. Le sezioni sono selezionate per fornire uno spettro completo di armoniche. La lunghezza totale della canna varia da 1,8 m per un tubo a 5,5 m per un tubo. Il tubo è avvitato a forma di chiocciola per facilità d'uso e non per ragioni acustiche.

Con una lunghezza della canna fissa, l'esecutore ha a sua disposizione solo le note determinate dalle frequenze naturali della canna (e la frequenza fondamentale è solitamente “non strappabile”), e gli armonici più alti vengono eccitati dall'aumento della pressione dell'aria nel bocchino. Pertanto, su una tromba di lunghezza fissa puoi suonare solo poche note (seconda, terza, quarta, quinta e sesta armonica). Su altri ottoni, le frequenze comprese tra gli armonici vengono prese modificando la lunghezza della canna. Il trombone è unico in questo senso, la lunghezza della sua canna è regolata dal movimento fluido di una slitta retrattile a forma di U. La selezione delle note dell'intera scala è assicurata da sette diverse posizioni del cursore con un cambiamento nel tono eccitato del barilotto. In altri ottoni ciò si ottiene estendendo efficacemente la lunghezza complessiva della canna utilizzando tre canali laterali di diversa lunghezza e in diverse combinazioni. Ciò fornisce sette diverse lunghezze di canna. Come nel trombone, le note dell'intera scala sono colpite da emozionanti serie diverse di armonici corrispondenti a queste sette lunghezze di canna.

I toni di tutti gli strumenti in ottone sono ricchi di armoniche. Ciò è dovuto principalmente alla presenza di una campana, che aumenta l'efficienza della radiazione sonora alle alte frequenze. La tromba e il corno sono progettati per riprodurre una gamma di armoniche molto più ampia rispetto alla tromba. La parte solista della tromba nelle opere di I. Bach contiene molti passaggi nella quarta ottava della fila, raggiungendo la 21a armonica di questo strumento.

Strumenti a percussione.

Gli strumenti a percussione vengono fatti suonare colpendo il corpo dello strumento ed eccitandone così le libere vibrazioni. Tali strumenti differiscono dal pianoforte, nel quale le vibrazioni vengono eccitate anche dall'impatto, per due aspetti: il corpo vibrante non produce sovratoni armonici ed esso stesso può emettere il suono senza un risuonatore aggiuntivo. Gli strumenti a percussione includono batteria, piatti, xilofono e triangolo.

Le vibrazioni dei solidi sono molto più complesse di quelle di un risonatore d'aria della stessa forma, poiché nei solidi esistono più tipi di vibrazioni. Pertanto, le onde di compressione, flessione e torsione possono propagarsi lungo un'asta metallica. Pertanto un'asta cilindrica presenta molti più modi di vibrazione e quindi frequenze di risonanza rispetto ad una colonna d'aria cilindrica. Inoltre, queste frequenze di risonanza non formano una serie armonica. Lo xilofono utilizza le vibrazioni di flessione delle barre solide. I rapporti degli armonici della barra vibrante dello xilofono rispetto alla frequenza fondamentale sono: 2,76, 5,4, 8,9 e 13,3.

Un diapason è un'asta curva oscillante e la sua principale modalità di vibrazione si verifica quando entrambe le braccia si avvicinano o si allontanano contemporaneamente l'una dall'altra. Il diapason non ha una serie armonica di armonici e viene utilizzata solo la sua frequenza fondamentale. La frequenza del suo primo armonico è più di 6 volte la frequenza fondamentale.

Un altro esempio di corpo solido oscillante che produce suoni musicali è una campana. Le dimensioni delle campane possono variare: da una piccola campana a campane di chiese di più tonnellate. Più grande è la campana, più bassi saranno i suoni che emette. La forma e altre caratteristiche delle campane hanno subito molti cambiamenti nel corso della loro evoluzione secolare. Pochissime imprese sono impegnate nella loro produzione, che richiede grande abilità.

La serie armonica iniziale di una campana non è armonica e i rapporti armonici non sono gli stessi per campane diverse. Ad esempio, per una campana grande, i rapporti misurati tra frequenze armoniche e fondamentali erano 1,65, 2,10, 3,00, 3,54, 4,97 e 5,33. Ma la distribuzione dell'energia tra gli armonici cambia rapidamente subito dopo che la campana viene suonata, e la forma della campana sembra essere scelta in modo tale che le frequenze dominanti siano correlate tra loro in modo approssimativamente armonico. L'altezza di una campana non è determinata dalla frequenza fondamentale, ma dalla nota dominante immediatamente dopo averla suonata. Corrisponde approssimativamente al quinto armonico della campana. Dopo un po' di tempo, nel suono della campana cominciano a prevalere gli armonici più bassi.

In un tamburo, l'elemento oscillante è una membrana di cuoio, solitamente rotonda, che può essere considerata un analogo bidimensionale di una corda tesa. Nella musica, il tamburo non è importante quanto la corda perché la sua gamma naturale di frequenze naturali non è armonica. Un'eccezione sono i timpani, la cui membrana è tesa su un risonatore d'aria. La sequenza armonica di un tamburo può essere resa armonica variando lo spessore della pelle in direzione radiale. Un esempio di tale tamburo sarebbe tabella, utilizzato nella musica classica indiana.

Intensità delle onde sonoreè definito come il flusso medio di energia attraverso un'unità di area del fronte d'onda per unità di tempo. In altre parole, se si prende una singola area (ad esempio 1 cm2), che assorbirebbe completamente il suono, e la si posiziona perpendicolare alla direzione di propagazione delle onde, l'intensità del suono sarà pari all'energia acustica assorbita in un secondo. L'intensità è solitamente espressa in W/cm2(o dentro W/m2).

Diamo il valore di questa quantità per alcuni suoni familiari. L'ampiezza della sovrappressione che si verifica durante una normale conversazione è pari a circa un milionesimo della pressione atmosferica, che corrisponde ad un'intensità del suono acustico dell'ordine di 10 -9 W/cm 2. La potenza totale del suono emesso durante una normale conversazione è di soli circa 0,00001 W. La capacità dell'orecchio umano di percepire energie così piccole testimonia la sua straordinaria sensibilità.

La gamma di intensità sonore percepite dalle nostre orecchie è molto ampia. L'intensità del suono più forte che l'orecchio può tollerare è circa 10 14 volte maggiore del minimo che può sentire. Tutta la potenza delle sorgenti sonore copre una gamma altrettanto ampia. Pertanto, la potenza emessa da un sussurro molto silenzioso può essere dell'ordine di 10 -9 W, mentre la potenza emessa da un motore a reazione raggiunge i 10 5 W. Ancora una volta, le intensità differiscono di un fattore 10 14.

Decibel

Poiché i suoni variano moltissimo in intensità, è più conveniente considerarlo come un valore logaritmico e misurarlo in decibel. Il valore dell'intensità logaritmica è il logaritmo del rapporto tra il valore del valore in esame e il suo valore preso come valore iniziale. Livello di intensità J in relazione ad una certa intensità condizionatamente selezionata J0 equivale

Livello di intensità sonora = 10 lg (J/J 0) dB

Queste curve vengono utilizzate per determinare il sottofondo, un'unità di livello sonoro misurata anche in decibel. Sfondoè il livello di volume sonoro per il quale il livello di pressione sonora di un tono puro standard altrettanto forte (1000 Hz) è 1 dB. Pertanto, un suono con una frequenza di 200 Hz a un livello di 60 dB ha un livello di volume di 50 sfondi.

Intensità del suono(assoluto) - un valore pari al rapporto tra il flusso di energia sonora dP attraverso una superficie perpendicolare alla direzione di propagazione del suono nell'area dS questa superficie:

L'unità di misura è il watt per metro quadrato (W/m2).

Per un'onda piana, l'intensità del suono può essere espressa in termini di ampiezza della pressione sonora p0 e velocità oscillatoria v:

Dove ZS- resistenza acustica specifica del mezzo.

Il corpo, che è la fonte delle vibrazioni sonore, emette energia che viene trasferita dalle vibrazioni sonore nello spazio (ambiente) che circonda la sorgente sonora. La quantità di energia sonora che passa in un secondo attraverso un'area di 1 m 2 situata perpendicolare alla direzione di propagazione delle vibrazioni sonore è chiamata intensità (e anche forza) del suono.

Il suo valore può essere determinato dalla formula:

I=P 2 /Cp 0 [W/m 2 ] (1.1)

dove: P - pressione sonora, n/m 2; С – velocità del suono, m/s; р 0 – densità del mezzo.

Dalla formula sopra si vede che all'aumentare della pressione sonora aumenta l'intensità del suono e, di conseguenza, il suo volume.

9. Quali tipi di spettri di frequenza del suono conosci?

Spettro di frequenza del suono- grafico dell'energia relativa delle vibrazioni sonore rispetto alla frequenza. Esistono due tipi principali di tali spettri: discreto e continuo. Uno spettro discreto è costituito da linee separate per frequenze separate da spazi vuoti. Uno spettro continuo contiene tutte le frequenze all'interno della sua banda.

In pratica, le onde sonore di una singola frequenza sono rare. Ma le onde sonore complesse possono essere scomposte in armoniche. Questo metodo si chiama Analisi di Fourier prende il nome dal matematico francese J. Fourier (1768-1830), che per primo lo utilizzò (nella teoria del calore).

DUE TIPI DI ONDE PERIODICHE: a - vibrazioni rettangolari; b - vibrazioni a dente di sega. L'ampiezza di entrambe le onde è uguale ad A e il periodo di oscillazione T è il reciproco della frequenza f.

10. Quale banda di frequenza è chiamata ottava?

Ottava - banda di frequenza in cui la frequenza limite superiore è doppia della frequenza inferiore

Ottava - L'unità dell'intervallo di frequenza è pari all'intervallo tra due frequenze (f2 e f1), il logaritmo del rapporto di cui (basato su 2) log2(f2/f1)=1, che corrisponde a f2/f1=2;

11. Cosa intendono le acque con la soglia dell'udito?

Soglia uditiva- il valore minimo di pressione sonora al quale un suono di una determinata frequenza può ancora essere percepito dall'orecchio umano. Il valore della soglia uditiva è solitamente espresso in decibel, assumendo che il livello zero di pressione sonora sia 2·10−5 N/m2 o 20·10−6 N/m2 alla frequenza di 1 kHz (per un'onda sonora piana) . La soglia uditiva dipende dalla frequenza del suono. Sotto l'influenza del rumore e di altri stimoli sonori, la soglia di udibilità per un dato suono aumenta e l'aumento del valore della soglia di udibilità rimane per qualche tempo dopo la cessazione del fattore interferente, per poi ritornare gradualmente al livello originale. La soglia dell'udito può variare per persone diverse e per le stesse persone in momenti diversi. Dipende dall'età, dallo stato fisiologico e dall'allenamento. Le misurazioni della soglia uditiva vengono solitamente effettuate utilizzando metodi audiometrici.

12. In quali unità viene misurato il livello di pressione sonora?

Pressione sonora- eccesso di pressione variabile che si verifica in un mezzo elastico quando un'onda sonora lo attraversa. L'unità di misura è il pascal (Pa).

Il valore istantaneo della pressione sonora in un punto del mezzo cambia sia nel tempo che spostandosi in altri punti del mezzo, quindi il valore quadratico medio di questa grandezza, associato all'intensità del suono, è di interesse pratico:

dove è l'intensità sonora, è la pressione sonora, è la resistenza acustica specifica del mezzo, è la media temporale.

Quando si considerano le oscillazioni periodiche, talvolta viene utilizzata l'ampiezza della pressione sonora; quindi, per un'onda sinusoidale

dove è l'ampiezza della pressione sonora.