Что такое сила звука

Интенсивность (сила звука)

Интенсивностью (или силой звука) называется амплитуда звуковой волны, достигающей уха слушателя. Она измеряется в единицах громкости, которые носят название "децибел”. Соотношение между различными уровнями громкости называется динамикой.

Как ваш голос формирует силу звука (интенсивность)

Интенсивность определяется силой проходящего через ваши связки звукового потока, который в свою очередь зависит от того, насколько долго могут связки сдерживать возрастающее давление воздуха, перед тем как опять закрыться. Чем громче звук, тем большее давление воздуха и большее сопротивление связок требуется для его получения.

При слабом звуке ваши голосовые связки (меньше сопротивляясь) быстро открываются и достаточно долго остаются открытыми. При сильном звуке (сопротивляясь больше) ваши связки открываются медленнее, но затем мгновенно закрываются.

При громком пении вам не требуется больше воздуха, вам просто нужно большее давление воздуха. В этом случае связки остаются закрытыми более длительное время, поэтому воздух из легких практически не выходит. Это позволяет воздуху создать такое давление, которое в конце концов раздвинет связки и высвободит воздух, чтобы он прошел через связки с большей силой. Высота звука также связана с его интенсивностью, поскольку ухо более чувствительно к верхним частотам.

Хотя ваши голосовые связки с каждой пропеваемой нотой постоянно приспосабливаются к высоте звука и динамике (уровню громкости), мы упрощенно рассматриваем этот процесс с точки зрения физических ощущений, которые испытывает при этом певец. Ваш грудной голос или грудной резонатор отвечает за нижнюю часть вашего диапазона, в то время как головной резонатор — за верхнюю. Часть вашего диапазона, в котором смешиваются свойства как грудного, так и головного резонаторов, называется средним резонатором или средним голосом. Ощущения, которые вы испытываете при пении не имеют отношения к колебаниям связок — они являются результатом резонанса.

Резонанс — это фактор, определяющий уникальность вашего голоса

Возникнув на связках, звук проходит определенные трансформации. Связанные друг с другом полости, которые лежат кверху от гортани (включая и состояние их стенок), усиливают волны одних частот и подавляют волны других. Этот процесс называется резонансом.

ВАША РЕЗОНАНСНАЯ СИСТЕМА

ФИЗИЧЕСКИЕ ОЩУЩЕНИЯ

Как мы уже отмечали, побочным продуктом резонанса являются испытываемые певцом физические ощущения. Низкие звуки ощущаются так, как будто они звучат во рту и горле, а иногда и в груди — поэтому и возник термин “грудной голос”. Когда вы поете выше, то ваш голос (конечно, если вы поете правильно) как бы уходит изо рта и движется все дальше и дальше за мягкое небо, пока, наконец, вы не почувствуете, что он исходит из задней части головы — отсюда термин "головной голос”.

Но испытываемые вами физические ощущения не имеют ничего общего с тем, что слышит ваш слушатель. Однако эти ощущения могут помочь вам управлять вашим, собственным голосом. Более подробно об этом вы узнаете непосредственно в самой методике.

Вибрация голосовых связок определяет начальное качество вашего звука, а резонанс формирует его конечные характеристики, благодаря которым ваш голос отличается от множества других голосов. Причина этого отличия кроется в уникальной форме и размере вашей резонансной системы.

Колебания голосовых связок и резонанс должны происходить независимо друг от друга. Тем не менее, проблемы с одним из этих явлений сказываются на действии другого. К счастью, эти проблемы решаются при помощи хорошей техники пения.

О чём нужно помнить

Два фактора участвующие в создании голосового звука:

1. Колебания голосовых связок

Выдыхаемый из легких воздух взаимодействует с голосовыми связками и создается звук определенной высоты и интенсивности. Дыхание во время пения — это очень расслабленный процесс, при котором для получения хорошего звука не требуется большое количество воздуха.

При прохождении через лежащие над связками полости исходный звук изменяется и усиливается. Резонансные системы разных людей отличаются друг от друга, поэтому каждый человек обладает уникальным голосом. Сопровождающие резонанс физические ощущения помогают вам управлять своим голосом. Оптимальный для вашего голоса способ функционирования: естественная техника пения в речевой позиции.

Звук (что такое примеры формула)

Звук это механическое явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных.

Этот термин часто употребляется в более широком смысле, под ним подразумевают механические колебания и волны в упругих средах.

Исследованием звуковых волн занимается часть физики, называемая акустикой.

Источником звуковых волн может быть любой процесс, вызывающий местные изменения давления или механическое напряжение в среде.

Что такое звук

Интервал частот от 16 до 20000 Гц называется звуковым диапазоном.

Неслышимые механические колебания с частотами ниже звукового диапазона, то есть ниже 16 Гц, называют инфразвуками, а с частотами выше звукового диапазона, то есть более 20000 Гц, называют ультразвуками.

Необходимые условия для возникновения ощущения звука — упругая среда между источником звука и ухом и достаточная мощность звуковых волн (чтобы вызвать колебания барабанной перепонки).

Звук передается упругой средой в виде волны. Скорость его распространения зависит от свойств среды, в которой возникают звуковые колебания.

Скорость звука зависит от упругих свойств среды, ее плотности и температуры. Скорость звука в однородной газовой или жидкой среде определяют по формуле

υ = √(Ɣ(р/ρ)

где р — давление в среде, ρ — плотность среды (зависит от температуры), Ɣ—числовой коэффициент, значение которого для воздуха равно 1,4.

Скорость распространения звука

Скорость звука в воздухе в зависимости от температуры (v = f (t))

Скорость звука в различных средах при t = 0° С

В различных газах скорость звука различна: чем тяжелее газ, тем скорость звука меньше.

Вид звуковой волны

В зависимости от характера возбуждения звуковой волны источником звука меняется вид звуковой волны и характер слухового ощущения; поэтому звуковые волны подразделяются:

1. Удар — единичное колебание. Возникает при кратковременном непериодическом действии источника звука, например: выстрел, удар молота и т. д.;
2. Шум — непериодическая последовательность ударов. Возникает при долговременном действии источника звука, например, шум дождя, шум моря и т. д.;
3. Музыкальные звуки — периодические колебания, длящиеся непрерывно и переходящие друг в друга. Возникают при периодическом колебательном движении источника звука, например, при колебании струны музыкального инструмента. Музыкальные звуки характеризуются высотой тона, громкостью и тембром. Опыт показывает, что колебания большей частоты соответствуют высокому тону и, наоборот, чем ниже частота, тем ниже тон.

Сила звука

Сила звука — это объективная физическая величина. Сила звука измеряется количеством звуковой энергии, проходящей через единичную площадку за 1 с в направлении, перпендикулярном к поверхности этой площадки

I = W/St

где I— сила звука, W — энергия звуковой волны, S — площадь, t — время. В единицах СИ сила звука измеряется в Дж/м 2 с.

Громкость звука

Громкость — субъективное качество воспринимаемого звука. Сила звука и громкость взаимосвязаны, так как с увеличением силы возрастает и громкость.

Опыт показывает, что сила звука тем больше чем больше амплитуда колебания и наоборот.

Пример зависимости силы звука

Рассмотрим зависимость силы звука от амплитуды колебания. Полная энергия W_полн звучащего тела равна сумме потенциальной энергии W_п и кинетической W_к : W_полн = W_п + W_к.

Пусть в какой-то момент времени потенциальная энергия W_п = 0, а кинетическая будет максимальна W_к = (W_к )_макс, тогда W_полн = (W_к )_макс = m υ 2 /2

подставив в выражение полной энергии значение линейной скорости

υ = ωA = 2πvA,

где v — частота, A — амплитуда, получим

W_полн = (m4π 2 v 2 A 2 )/2 = 2π 2 v 2 A 2 m.

Следовательно, энергия звуковой волны прямо пропорциональна квадрату частоты и квадрату амплитуды, а значит, и сила звука

Покажем, что сила звука зависит от расстояния до источника колебания.

В изотропной среде поверхность распространяющейся волны будет сферой с центром, практически совпадающим с источ ником звука.

Тогда I = W/St = E/S = E/4πR2 (площадь поверхности сферы S — 4nR 2 ).

Здесь E/4π = const, следовательно,

то есть сила звука обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.

Что такое тембр

Тембр это своеобразная «окраска» звука, позволяющая различать голоса людей, музыкальные инструменты и т. д.

Музыкальный звук — сложное периодическое колебание. Его всегда можно разложить на простые (гармонические), частоты которых для музыкальных тонов относятся, как последовательные числа натурального ряда

Колебание с наименьшей частотой задает высоту музыкального тона и называется основным тоном, или первой гармоникой.

Колебания с более высокими частотами определяют тембр звука и называются обертонами. Чем больше обертонов содержит музыкальный звук, тем «ярче» его окраска.

Отражение звука

Звук обладает способностью отражаться от преград. В закрытых помещениях происходит многократное отражение звука. При каждом падении на отражающую поверхность звук ослабляется.

Время ослабления звука при многократном отражении до неслышимого предела называется временем реверберации и обозначается τ.

Если время реверберации очень мало, то звук кажется глухим блеклым. Если время реверберации большое, то на звук не успевший отзвучать, накладывается последующая звуковая волна звуки смешиваются, в результате чего звук получается громкий, но не четкий.

Для малых помещений наилучшее время реверберации составляет около 1 с. Время реверберации зависит от формы, размеров материалов и отделки, а также от заполняемости помещения.

Звуковой резонанс

Явление звукового резонанса характерно для колебаний любой частоты в том числе и звуковых.

Звуковой резонанс можно наблюдать с помощью открытой с обоих концов стеклянной трубки.

Соединим ее нижний конец при помощи резиновой трубки с воронкой и нальем воду до верхнего края стеклянной трубки.

Поднесем звучащий камертон к отверстию стеклянной трубки. Опуская воронку, можно подобрать длину l столба воздуха в трубке так, что услышим резкое усиление звука, значит наступил звуковой резонанс.

Пример условия звукового резонанса

Выясним условия резонанса. Когда ножка камертона наиболее приближена к трубке, звуковая волна движется к поверхности жидкости.

За то время, пока ножка камертона удаляется от первоначального положения (это время равно T/2), колебание при резонансе должно возвратиться обратно, то есть за время Т/2 звуковая волна должна пройти расстояние 2l, но за половину периода колеблющаяся ножка камертона проходит путь λ/2 поэтому 2l = λ/2

При высоте столба воздуха l = λ/4 будет иметь место резонанс.

Поэтому длину резонаторного ящика, на который устанавливается камертон, обычно выбирают равной λ/4 или числу, кратному λ/4(2(λ/4); 3(λ/4) и т.д).

Интенсивность звука

Интенсивность звука (сила звука) — скалярная физическая величина, характеризующая мощность, переносимую звуковой волной в направлении распространения. Количественно интенсивность звука равна среднему по времени потоку звуковой энергии через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения звука [1] [2] :

где t₀ — некоторый момент времени, T — время усреднения, dP — поток звуковой энергии (Дж/с), переносимый через площадку dS.

Используется также физическая величина мгновенная интенсивность звука, представляющая собой мгновенное значение потока звуковой энергии через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения звука [2] :

Для плоской волны интенсивность звука может быть выражена через амплитуду звукового давления p₀ и колебательную скорость v:

Порог слышимости по интенсивности для человека зависит от частоты. Самый тихий звук частотой 1 кГц, который способно услышать ухо, имеет интенсивность порядка 10 -12 Вт/м 2 . Болевой порог человека приблизительно равен 1 Вт/м 2 . Физиологически доступный для восприятия частотный диапазон: от 16—20 Гц до 15—20 кГц.

Основные понятия и физический смысл звука

Ухо здорового человека еще в утробе матери начинает улавливать и воспринимать самые разные звуки: разговор, музыку, стук и т.п. Так как различный звуковой шум окружает людей всю сознательную жизнь, мы редко задумываемся о том, что это за явление. Тем не менее, современная физика может подробнейшим образом ответить на этот вопрос, описать характеристики и свойства звука.

Что такое звук — определение в физике

Звуком называют механические колебания, распространяющиеся в окружающей среде и воспринимаемые органом слуха человека.

Раздел физики, который занимается изучением звуковых колебаний, называется акустикой.

Основные понятия явления

Звуковая волна — это поперечная волна, представляющая собой ряд чередующихся между собой разряженной и сжатой среды, которые имеют различную частоту. Звуковые волны возникают за счет колебаний, вызываемых и производимых вибрацией от любых тел.

Звуки могут возникать и распространяться в следующих видах упругой среды:

• газообразной;
• жидкой;
• твердой.

Возникая в одной из перечисленных сред, звуковые колебания влекут за собой изменения этой среды:

• плотности воздуха;
• давления воздуха;
• перемещение частиц воздуха и т.п.

Скорость звука находится в зависимости от двух условий:

• среды;
• температуры.

В атмосфере при температуре равной 0 градусов, скорость звука равняется 331 м/с, при повышении температуры на 1 градус, скорость увеличивается на 1,7 м/с.

Звукопоглощением называется процесс преобразования одного вида энергии (звуковой или колебательной) в другую (тепловую).

Теория звука и акустики понятным языком

Рассмотрим чуть подробнее физическую природу явления. Все звуки, которые распространяются в воздухе, являются вибрациями звуковой волны.

Эти вибрации возникают за счет колебания объекта и расходятся от источника по всем направлениям. Распространяясь в пространстве, звуковая волна отражается от всех объектов, которые встречаются ей на пути, и создает изменения в окружающей среде. Когда эти изменения достигают органов слуха, они воздействуют на барабанную перепонку, нервные окончания в ухе подают сигналы в мозг, и человек воспринимает колебания как звук.

Какими характеристиками обладают звуковые волны

Звуковые волны, как и любой другой вид волн, обладают рядом волновых свойств.

Описание волны и её свойства

Простейшая форма описания звуковых колебаний — это синусоида.

Несмотря на то, что такой вид волн редко встречается в природе, любые звуки могут быть представлены комбинацией синусоидных волн.

Синусоида позволяет продемонстрировать основные физические критерии звука, которые называются специальными терминами:

• частоту;
• амплитуду;
• фазу.

Частотой называется физическая величина, которая характеризует количество колебаний в единицу времени (секунду) и измеряется в герцах (Гц). Ухо человека способно воспринимать звуковые сигналы в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц. Звуки, которые находятся выше указанного диапазона называется ультразвуком, ниже – инфразвуком, для человеческих органов слуха они неуловимы.

Амплитуда или интенсивность звуковой волны — это сила звука, которую органы слуха воспринимают как громкость звукового сигнала. Для измерения громкости звука используются фонометры, единицами ее измерения являются децибелы.

Значение длины волны соответствует одной из следующих формул:

где \( \lambda\) — длина волны, \(V \) — скорость распространения звуковой волны, \(T\) — период колебания, v — частота колебания.

Такая величина, как фаза, нужна для того, чтобы описать свойства 2-х звуковых волн. Если два звуковых сигнала обладают одинаковой амплитудой и частотностью, говорят о том, что они находятся в фазе. Диапазон измерения фазы лежит в пределах от 0 до 360, где 0 означает, что две волны синхронны, т.е находятся в фазе, а 180 означает, что волны находятся в противофазе.

При нахождении двух звуковых волн в фазе, происходит наложение звуков друг на друга и усиление сигнала. Если совместить два не совпадающих по амплитуде, сигнала, произойдет их подавление из-за разницы давления, что приведет к исчезновению звука. Этот эффект известен в физике как «подавление фазы».

Что такое децибел

Децибелы — это единицы измерения уровня электрического напряжения или звукового давления. Бел назван в честь ученого-американца — слишком большая единица для измерения звука, именно поэтому на практике стали использовать децибел, который составляет всего 1/10 от бела.

Громкость звука измеряется в децибелах. Этот показатель определяется амплитудой сигнала: чем выше амплитуда звуковой волны, тем громче сигнал. Громкость человеческого слуха измеряется в фонах и обозначается Фон.

Не можете разобраться со сложной темой по физике? По другому предмету? Не отчаивайтесь и не переживайте! Обращайтесь за помощью к экспертам Феникс.Хелп.