Frekvenčný rozsah zvuku. Vzťah medzi frekvenciou zvukovej vlny, jej dĺžkou a rýchlosťou

Teraz je na internete veľa príležitostí na kontrolu ostrosti vášho sluchu online. Ak to chcete urobiť, musíte spustiť video so zvukom, ktorého frekvencia sa zvyšuje. Tvorcovia testu odporúčajú skontrolovať pomocou slúchadiel, aby neprekážali cudzie zvuky. Rozsah zvukových frekvencií vo videu začína takými vysokými hodnotami, ktoré počuje len málokto. Potom sa frekvencia zvuku postupne znižuje a na konci videa sa ozve zvuk, ktorý bude počuť aj sluchovo postihnutý človek.

Počas videa sa používateľovi zobrazí hodnota frekvencie prehrávaného zvuku. Testovacie podmienky naznačujú, že video by sa malo zastaviť v okamihu, keď človek počuje zvuk. Ďalej by ste mali vidieť, v akom okamihu sa frekvencia zastavila. Jeho hodnota objasní, že sluch je normálny, lepší ako väčšina ľudí, alebo by ste sa mali poradiť s lekárom. Niektoré testy ukazujú, aký vek zodpovedá maximálnej frekvencii, ktorú človek mohol počuť.

Čo je zvuk a zvuková vlna

Zvuk je subjektívny pocit, ale počujeme ho, pretože sa nám do ucha dostane niečo, čo skutočne existuje. Je to zvuková vlna. Fyzikov zaujíma, ako pocity, ktoré prežívame, súvisia s charakteristikami zvukovej vlny.

Zvukové vlny sú pozdĺžne mechanické vlny s malou amplitúdou, ktorých frekvenčný rozsah je 20 Hz-20 kHz. Malá amplitúda je, keď zmena tlak spôsobený kompresiou-zriedenie je oveľa menšie ako tlak v tomto prostredí. Vo vzduchu v oblastiach kompresie-zriedenia je zmena tlaku oveľa menšia ako atmosférická. Ak je amplitúda rovnakého rádu alebo väčšia ako atmosférický tlak, potom to už nie sú zvukové vlny, ale rázové vlny, ktoré sa šíria nadzvukovou rýchlosťou.

Počuteľnosť zvukov

Už sme zistili, aký je rozsah zvukových frekvencií, ale čo leží za jeho hranicami? Ak je frekvencia menšia ako 20 Hz, takéto vlny sa nazývajú infrazvuk. Ak je viac ako 20 kHz, Jedná sa o ultrazvukové vlny. Infra-aj ultrazvuk nespôsobujú sluchové pocity. Hranice sú dosť rozmazané: dojčatá počujú 22-23 kHz, mladí ľudia môžu vnímať 21 kHz, niekto počuje 16 Hz. To znamená, že čím je človek mladší, tým vyššia je frekvencia, ktorú počuje.

Psy počujú vyššie frekvencie. Ich tréneri využívajú túto schopnosť, dávajú príkazy ultrazvukovou píšťalkou, ktorá nie je pre ľudí počuteľná. Obrázok ukazuje frekvenčné rozsahy dostupné pre vnímanie rôznymi zvieratami.

Znie to ako policajná zbraň

Tu je príklad prípadu, ktorý ukazuje, že rozsah zvukových frekvencií počutých osobou je približný a závisí od individuálnych charakteristík.

Vo Washingtone našla polícia spôsob, ako nenásilne rozptýliť mladých ľudí. Chlapci a dievčatá sa neustále zhromažďovali v blízkosti jednej zo staníc metra, rozprávali sa. Úrady sa domnievali, že ich bezcieľna zábava zasahuje do ostatných,. . pretože pri vchode sa zhromažďuje príliš veľa ľudí. Polícia nainštalovala zariadenie proti komárom, ktoré vydávalo zvuk na frekvencii 17,5 kHz. Toto zariadenie je určené na odpudzovanie hmyzu, ale výrobcovia ubezpečili, že zvukové vlny tejto frekvencie vnímajú iba tínedžeri od 13 rokov a nie starší ako 25 rokov.

Vďaka zariadeniu bolo možné zbaviť sa mládeže, ale 28-ročný muž počul zvuk a sťažoval sa na mestskú správu. Miestne úrady museli zariadenie prestať používať.

Rozsah vlnových dĺžok

Zvukové frekvenčné vlny v rôznych prostrediach majú rôzne vlastnosti. Dĺžka a rýchlosť šírenia vĺn sa líšia. Vo vzduchu (pri izbovej teplote) je rýchlosť 340 m / s.

Zvážte vlny s frekvenciami, ktoré sú pre nás v počuteľnom rozsahu. Ich minimálna dĺžka je 17 mm, maximálna je 17 m. Zvuk s najmenšou vlnovou dĺžkou je na pokraji ultrazvuku a s najväčšou sa blíži k infrazvuku.

Rýchlosť zvukovej vlny

Predpokladá sa, že svetlo sa šíri okamžite a šírenie zvuku trvá určitý čas. V skutočnosti má svetlo aj rýchlosť, je to len to, že je to limit, nič sa nepohybuje rýchlejšie ako svetlo. Pokiaľ ide o zvuk, jeho šírenie vo vzduchu je najväčší záujem, aj keď rýchlosť zvukovej vlny v hustejších médiách je oveľa vyššia. Spomeňme si na búrku: najprv vidíme záblesk blesku, potom počujeme búrku. Zvuk je oneskorený, pretože jeho rýchlosť je mnohonásobne nižšia ako rýchlosť svetla. Prvýkrát sa rýchlosť zvuku merala zaznamenaním časového intervalu medzi streľbou muškety a zvukom. Potom vzali vzdialenosť medzi nástrojom a výskumníkom a rozdelili ho časom" oneskorenia " zvuku.

Táto metóda má dve nevýhody. Po prvé, toto je chyba stopiek, najmä v tesnej vzdialenosti od zdroja zvuku. Po druhé, je to reakčná rýchlosť. Pri tomto meraní nebudú výsledky presné. Na výpočet rýchlosti je vhodnejšie vziať známu frekvenciu určitého zvuku. K dispozícii je frekvenčný generátor, zariadenie s rozsahom zvukových frekvencií od 20 Hz do 20 kHz.

Zapne sa na požadovanú frekvenciu a vlnová dĺžka sa meria počas experimentu. Vynásobením oboch hodnôt sa získa rýchlosť zvuku.

Hypersound

Vlnová dĺžka sa vypočíta vydelením rýchlosti frekvenciou, takže so zvyšujúcou sa frekvenciou sa Vlnová dĺžka znižuje. Je možné vytvárať vibrácie s takou vysokou frekvenciou, že vlnová dĺžka bude v rovnakom poradí ako voľná dráha molekúl plynu, napríklad vzduchu. Toto je hypersound. Zle sa šíri, pretože vzduch prestáva byť považovaný za kontinuálne médium,. pretože. Vlnová dĺžka je zanedbateľná. Za normálnych podmienok (pri atmosférickom tlaku) je voľná dráha molekúl 10^-7 m. . Aký je frekvenčný rozsah vĺn? Nie sú zdravé, pretože ich nepočujeme. Ak vypočítame frekvenciu hypersoundu, ukáže sa, že je 3×10⁹ Hz a vyššie. Hypersound sa meria v gigahertzoch (1 GHz = 1 miliarda Hz).

Ako ovplyvňuje frekvencia zvuku jeho výšku

Rozsah zvukových frekvencií ovplyvňuje rozsah výšky tónu. Aj keď je výška zvuku subjektívnym pocitom, je určená objektívnou charakteristikou zvuku, frekvenciou. Vysoké frekvencie generujú vysoký zvuk. Závisí výška zvuku od vlnovej dĺžky? Samozrejme, rýchlosť, frekvencia a vlnová dĺžka spolu súvisia. Zvuk rovnakej frekvencie však bude mať v rôznych prostrediach inú vlnovú dĺžku, ale bude vnímaný rovnako.

Počujeme zvuk, pretože zmeny tlaku spôsobujú, že náš bubienok vibruje. Tlak sa mení s rovnakou frekvenciou, takže nezáleží na tom, že vlnová dĺžka je v rôznych prostrediach odlišná. Kvôli rovnakej frekvencii budeme vnímať zvuk ako vysoký alebo nízky, dokonca aj vo vode, dokonca aj vo vzduchu. Vo vode je rýchlosť zvuku 1,5 km / s, čo je takmer 5-krát viac ako vo vzduchu, preto je vlnová dĺžka oveľa dlhšia. Ale ak telo vibruje s konštantnou frekvenciou (povedzme 500 Hz) v oboch prostrediach, výška zvuku bude rovnaká.

Existujú zvuky, ktoré nemajú výšku tónu, napríklad zvuk "sh-sh-sh". Ich frekvenčné výkyvy nie sú periodické, ale chaotické, preto ich vnímame ako hluk.