Lydbølger i luft er vekslende områder med kompresjon og sjeldenhet.
Lydbølger kan tjene som et eksempel på en oscillerende prosess. Enhver svingning er assosiert med et brudd på systemets likevektstilstand og kommer til uttrykk i avviket av dets egenskaper fra likevektsverdier med en påfølgende tilbakevending til den opprinnelige verdien. For lydvibrasjoner er en slik karakteristikk trykket ved et punkt i mediet, og dets avvik er lydtrykk.
Hvis du gjør en skarp forskyvning av partiklene til et elastisk medium på ett sted, for eksempel ved hjelp av et stempel, vil trykket øke på dette stedet. På grunn av de elastiske bindingene til partiklene overføres trykket til nabopartikler, som igjen virker på de neste, og området høyt blodtrykk som om du beveger deg i et elastisk medium. Området med høytrykk følges av området redusert trykk, og dermed dannes en serie av alternerende områder med kompresjon og sjeldneri, som forplanter seg i mediet i form av en bølge. Hver partikkel av det elastiske mediet vil i dette tilfellet oscillere.
I flytende og gassformige medier, der det ikke er signifikante svingninger i tetthet, er akustiske bølger langsgående i naturen, det vil si at retningen for partikkeloscillasjon sammenfaller med bølgebevegelsesretningen. I faste stoffer oppstår det i tillegg til langsgående deformasjoner også elastiske skjærdeformasjoner, som forårsaker eksitasjon av tverrgående (skjær)bølger; i dette tilfellet oscillerer partiklene vinkelrett på bølgeutbredelsesretningen. Forplantningshastigheten til langsgående bølger er mye større enn forplantningshastigheten til skjærbølger.
Fysiske parametere for lyd
Lydgenerering
Vanligvis brukes oscillerende kropper av forskjellig natur til å generere lyd, som forårsaker vibrasjoner i luften rundt. Et eksempel på en slik generasjon vil være bruken av stemmebånd, høyttalere eller en stemmegaffel. De fleste musikkinstrumenter er basert på samme prinsipp. Et unntak er blåseinstrumenter, der lyden genereres på grunn av samspillet mellom luftstrømmen og heterogeniteter i instrumentet. For å skape sammenhengende lyd brukes såkalte lyd- eller fononlasere.
Ultralyddiagnostikk
Ultralyd- elastiske lydvibrasjoner med høy frekvens. Det menneskelige øret oppfatter elastiske bølger som forplanter seg i mediet med en frekvens på opptil ca. 16 Hz-20 kHz; svingninger med mer høy frekvens representere ultralyd (utover hørselen).
Utbredelse av ultralyd
Utbredelse av ultralyd er prosessen med bevegelse i rom og tid av forstyrrelser som finner sted i en lydbølge.
En lydbølge forplanter seg i et stoff som er i en gassformig, flytende eller fast tilstand i samme retning som partiklene av dette stoffet fortrenges, det vil si at det forårsaker deformasjon av mediet. Deformasjonen ligger i det faktum at det er en suksessiv sjeldning og kompresjon av visse volumer av mediet, og avstanden mellom to tilstøtende områder tilsvarer lengden på ultralydbølgen. Jo større den spesifikke akustiske motstanden til mediet er, desto større grad av kompresjon og sjeldneri av mediet ved en gitt oscillasjonsamplitude.
Partiklene i mediet som er involvert i overføringen av bølgeenergi oscillerer rundt sin likevektsposisjon. Hastigheten som partiklene svinger rundt sin gjennomsnittlige likevektsposisjon kalles vibrasjonshastigheten. Vibrasjonshastigheten til partiklene endres i henhold til ligningen:
,hvor V er verdien av vibrasjonshastigheten;
- U - amplitude av vibrasjonshastighet;
- f er frekvensen av ultralyd;
- t - tid;
- G er faseforskjellen mellom vibrasjonshastigheten til partiklene og det variable akustiske trykket.
Amplituden til vibrasjonshastigheten karakteriserer den maksimale hastigheten som partiklene i mediet beveger seg med i prosessen med oscillasjoner, og bestemmes av svingningsfrekvensen og amplituden til forskyvningen av partiklene i mediet.
,Diffraksjon, interferens
Under forplantningen av ultralydbølger er fenomenene diffraksjon, interferens og refleksjon mulig.
Diffraksjon (bølger som bøyer seg rundt hindringer) oppstår når ultralydbølgelengden er sammenlignbar (eller større) med størrelsen på hindringen i veien. Hvis hindringen i forhold til lengden akustisk bølge stor, er det ikke noe diffraksjonsfenomen.
Når flere ultralydbølger beveger seg samtidig i et medium, oppstår en superposisjon (superposisjon) av disse bølgene på hvert spesifikt punkt i mediet. Superposisjonen av bølger med samme frekvens oppå hverandre kalles interferens. Hvis du er i ferd med å passere gjennom objektet ultralydbølger krysser hverandre, så på visse punkter av mediet, observeres en økning eller reduksjon i svingninger. I dette tilfellet avhenger tilstanden til punktet til mediet der interaksjonen skjer av forholdet mellom fasene til ultralydvibrasjoner på dette punktet. Hvis ultralydbølger når et bestemt område av mediet i de samme fasene (i-fase), har partikkelforskyvningene de samme tegnene og interferens under slike forhold fører til en økning i oscillasjonsamplituden. Hvis bølgene kommer til punktet til mediet i antifase, vil forskyvningen av partiklene være flerveis, noe som fører til en reduksjon i amplituden til svingningene.
Absorpsjon av ultralydbølger
Hvis mediet som ultralyd forplanter seg i har viskositet og termisk ledningsevne, eller det er andre prosesser med intern friksjon i det, absorberes lyd når bølgen forplanter seg, det vil si når den beveger seg bort fra kilden, amplituden til ultralydvibrasjoner blir mindre, så vel som energien de bærer. Mediet som ultralyd forplanter seg i, samhandler med energien som passerer gjennom det og absorberer en del av det. Den overveiende delen av den absorberte energien omdannes til varme, en mindre del forårsaker irreversible strukturelle endringer i det overførende stoffet. Absorpsjon er et resultat av friksjon av partikler mot hverandre, i forskjellige medier er det forskjellig. Absorpsjon avhenger også av frekvensen av ultralydvibrasjoner. Teoretisk er absorpsjonen proporsjonal med kvadratet på frekvensen.
Absorpsjonsverdien kan karakteriseres ved absorpsjonskoeffisienten, som viser hvordan intensiteten av ultralyd endres i det bestrålte mediet. Det øker med frekvensen. Intensiteten til ultralydvibrasjoner i mediet avtar eksponentielt. Denne prosessen skyldes intern friksjon, termisk ledningsevne til det absorberende mediet og dets struktur. Det er tentativt preget av størrelsen på det semi-absorberende laget, som viser på hvilken dybde intensiteten av svingninger avtar med halvparten (mer presist, med 2,718 ganger eller med 63%). I følge Palman, med en frekvens på 0,8 MHz, er gjennomsnittsverdiene for det semi-absorberende laget for noen vev som følger: fettvev- 6,8 cm; muskuløs - 3,6 cm; fett- og muskelvev sammen - 4,9 cm Med en økning i frekvensen av ultralyd reduseres verdien av det semi-absorberende laget. Så ved en frekvens på 2,4 MHz, intensiteten av ultralyd som passerer gjennom fett- og muskelvev reduseres til det halve ved en dybde på 1,5 cm.
I tillegg er unormal absorpsjon av energien til ultralydvibrasjoner i visse frekvensområder mulig - dette avhenger av egenskapene til den molekylære strukturen til et gitt vev. Det er kjent at 2/3 av ultralydenergien er dempet på molekylnivå og 1/3 på nivå med mikroskopiske vevsstrukturer.
Inntrengningsdybde for ultralydbølger
Under dybden av penetrasjon av ultralyd forstå dybden der intensiteten reduseres med halvparten. Denne verdien er omvendt proporsjonal med absorpsjon: jo sterkere mediet absorberer ultralyd, jo mindre er avstanden der intensiteten av ultralyd er halvert.
Spredning av ultralydbølger
Hvis det er inhomogeniteter i mediet, oppstår lydspredning, noe som kan endre det enkle mønsteret av ultralydforplantning betydelig og til slutt også føre til at bølgen svekker i den opprinnelige forplantningsretningen.
Refraksjon av ultralydbølger
Siden den akustiske motstanden til menneskelig bløtvev ikke er mye forskjellig fra motstanden til vann, kan det antas at brytning av ultralydbølger vil bli observert i grensesnittet mellom media (epidermis - dermis - fascia - muskel).
Refleksjon av ultralydbølger
Basert på fenomenet refleksjon ultralyddiagnostikk. Refleksjon skjer i grenseområdene av hud og fett, fett og muskler, muskler og bein. Hvis ultralyden støter på en hindring under forplantningen, oppstår refleksjon, hvis hindringen er liten, strømmer ultralyden rundt den, som det var. Heterogeniteter i kroppen forårsaker ikke betydelige avvik, siden sammenlignet med bølgelengden (2 mm), kan deres dimensjoner (0,1-0,2 mm) neglisjeres. Hvis ultralyd på sin vei møter organer som er større enn bølgelengden, så oppstår refraksjon og refleksjon av ultralyd. Den sterkeste refleksjonen observeres ved grensene til beinet - omkringliggende vev og vev - luft. Luft har lav tetthet og nesten fullstendig refleksjon av ultralyd observeres. Refleksjonen av ultralydbølger observeres ved grensen til muskelen - periosteum - bein, på overflaten av hule organer.
Reisende og stående ultralydbølger
Hvis de under forplantningen av ultralydbølger i mediet ikke reflekteres, dannes det vandrebølger. Som et resultat av energitap forfaller de oscillerende bevegelsene til partiklene i mediet gradvis, og jo lenger partiklene er plassert fra den utstrålende overflaten, desto mindre er amplituden til deres svingninger. Hvis det på banen for forplantning av ultralydbølger er vev med forskjellige spesifikke akustiske motstander, reflekteres ultralydbølger til en viss grad fra grensedelen. Superposisjon av innfallende og reflekterte ultralydbølger kan føre til stående bølger. For at stående bølger skal oppstå, må avstanden fra emitteroverflaten til den reflekterende overflaten være et multiplum av halve bølgelengden.
infralyd
Infralyd generert i havet kalles en av de mulige årsaker finne skip forlatt av mannskapet
Eksperimenter og demonstrasjoner
Rubens trompet brukes til å demonstrere stående lydbølger.
Forskjellen i hastigheten på lydutbredelsen er tydelig når helium inhaleres i stedet for luft, og de sier noe, puster det ut - stemmen blir høyere. Hvis gassen er svovelheksafluorid SF 6, høres stemmen lavere ut. Dette skyldes det faktum at gasser er omtrent like godt komprimerbare, derfor oppstår i helium, som har en svært lav tetthet, sammenlignet med luft, en økning i lydhastigheten, og en reduksjon i svovelheksafluorid med svært høy tetthet for gasser, mens dimensjonene til den menneskelige orale resonatoren forblir uendret, og som et resultat endres resonansfrekvensen, siden jo høyere lydhastigheten er, desto høyere er resonansfrekvensen under andre uendrede forhold.
Lydhastigheten i vann kan visualiseres i opplevelsen av lysdiffraksjon ved ultralyd i vann. I vann, sammenlignet med luft, er lydhastigheten høyere, siden selv med betydelig mer høy tetthet vann (som burde ha ført til et fall i lydhastigheten), er vann så dårlig komprimerbart at som et resultat er lydhastigheten i det fortsatt flere ganger høyere.
Notater
Litteratur
- // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: I 86 bind (82 bind og 4 ekstra). - St. Petersburg. , 1890-1907.
- Radzishevsky Alexander Yurievich. Grunnleggende om analog og digital lyd. - M .: Williams, 2006. - S. 288. -
Lyd er elastiske bølger i et medium (ofte luft) som er usynlige, men merkbare for det menneskelige øret (bølgen virker på trommehinnenøre). Lydbølgen er en langsgående kompresjons- og sjeldenhetsbølge.
Hvis vi skaper et vakuum, vil vi være i stand til å skille lyder? Robert Boyle plasserte en klokke i et glasskar i 1660. Da han pumpet ut luften, hørte han ingen lyd. Erfaring viser det et medium er nødvendig for å forplante lyd.
Lyd kan også forplante seg i flytende og faste medier. Under vannet kan du tydelig høre nedslagene fra steiner. Sett klokken på den ene enden av treplaten. Ved å legge øret til den andre enden kan du tydelig høre klokkens tikk.
Lydbølger forplanter seg gjennom tre
Lydkilden er nødvendigvis en oscillerende kropp. For eksempel høres ikke en gitarstreng i normal tilstand, men så snart vi får den til å svinge, oppstår det en lydbølge.
Erfaring viser imidlertid at ikke alle vibrerende kropper er en kilde til lyd. For eksempel gir en vekt som henger på en tråd ikke lyd. Faktum er det menneskelig øre oppfatter ikke alle bølger, men bare de som skaper kropper som svinger med en frekvens på 16 Hz til 20.000 Hz. Slike bølger kalles lyd. Oscillasjoner med en frekvens mindre enn 16 Hz kalles infralyd. Oscillasjoner med en frekvens større enn 20 000 Hz kalles ultralyd.
Lydhastighet
Lydbølger forplanter seg ikke øyeblikkelig, men med en viss begrenset hastighet (lik hastigheten til jevn bevegelse).
Det er derfor vi under et tordenvær først ser lyn, det vil si lys (lyshastigheten er mye større enn lydhastigheten), og deretter høres lyd.
Lydens hastighet avhenger av mediet: i faste stoffer og væsker er lydhastigheten mye høyere enn i luft. Dette er tabellmålte konstanter. Med en økning i temperaturen på mediet øker lydhastigheten, med en nedgang synker den.
Lyder er forskjellige. For å karakterisere lyden, introduseres spesielle mengder: lydstyrke, tonehøyde og klang av lyden.
Lydstyrken på lyden avhenger av amplituden til oscillasjonene: jo større amplituden til svingningene er, jo større høyere lyd. I tillegg avhenger oppfatningen av lydstyrken til øret vårt av frekvensen av vibrasjoner i lydbølgen. Høyfrekvente bølger oppfattes som høyere.
Frekvensen til lydbølgen bestemmer tonehøyden. Jo høyere vibrasjonsfrekvensen til lydkilden er, desto høyere er lyden som produseres av den. Menneskestemmer er delt inn i flere områder i henhold til tonehøyde.
Lyder fra forskjellige kilder er en kombinasjon av harmoniske vibrasjoner med forskjellige frekvenser. Komponenten i den største perioden (laveste frekvens) kalles grunntonen. Resten av lydkomponentene er overtoner. Settet med disse komponentene skaper fargen, klangen til lyden. Helheten av overtoner i stemmene forskjellige folk i det minste litt, men annerledes, dette bestemmer klangen til en bestemt stemme.
Ekko. Et ekko dannes som et resultat av lydrefleksjon fra ulike hindringer - fjell, skog, murer, store bygninger, etc. Et ekko oppstår bare når den reflekterte lyden oppfattes separat fra den opprinnelig talte lyden. Hvis det er mange reflekterende overflater og de er i forskjellige avstander fra en person, vil de reflekterte lydbølgene nå ham til forskjellige tider. I dette tilfellet vil ekkoet være flere. Hindringen må være i en avstand på 11m fra personen for å høre ekkoet.
Lydrefleksjon. Lyden spretter fra glatte overflater. Derfor, når du bruker et horn, sprer ikke lydbølger seg i alle retninger, men danner en smal stråle, på grunn av hvilken lydstyrken øker og den sprer seg over en større avstand.
Noen dyr (for eksempel en flaggermus, en delfin) sender ut ultralydvibrasjoner, og oppfatter deretter den reflekterte bølgen fra hindringer. Så de bestemmer plasseringen og avstanden til omkringliggende objekter.
Ekkolokalisering. Dette er en metode for å bestemme plasseringen av kropper ved hjelp av ultralydsignaler som reflekteres fra dem. Mye brukt i navigasjon. Installert på skip sonarer- enheter for å gjenkjenne undervannsobjekter og bestemme dybden og topografien til bunnen. En sender og en lydmottaker er plassert i bunnen av fartøyet. Senderen gir korte signaler. Ved å analysere forsinkelsestiden og retningen til de returnerende signalene, bestemmer datamaskinen posisjonen og størrelsen på objektet som reflekterte lyden.
Ultralyd brukes til å oppdage og bestemme ulike skader i maskindeler (tomrom, sprekker osv.). Enheten som brukes til dette formålet kalles ultralyd feildetektor. En strøm av korte ultralydsignaler blir rettet til delen som studeres, som reflekteres fra inhomogenitetene inne i den og faller tilbake i mottakeren. På de stedene der det ikke er noen defekter, passerer signalene gjennom delen uten betydelig refleksjon og blir ikke registrert av mottakeren.
Ultralyd er mye brukt i medisin for å diagnostisere og behandle visse sykdommer. I motsetning til røntgenstråler gjør det ikke bølgene skadelig påvirkning på stoff. Diagnostisk ultralydundersøkelser(ultralyd) tillate uten Kirurgisk inngrep gjenkjenne patologiske endringer organer og vev. En spesiell enhet sender ultralydbølger med en frekvens på 0,5 til 15 MHz til en viss del av kroppen, de reflekteres fra organet som studeres og datamaskinen viser bildet sitt på skjermen.
Infralyd er preget av lav absorpsjon i ulike medier, som et resultat av at infralydbølger i luft, vann og jordskorpen kan forplante seg over svært lange avstander. Dette fenomenet er funnet praktisk bruk på bestemme steder sterke eksplosjoner eller plasseringen av skytevåpenet. Utbredelsen av infralyd over lange avstander i havet gjør det mulig naturkatastrofespådommer- flodbølge. Maneter, krepsdyr, etc. er i stand til å oppfatte infralyder og lenge før en storm begynner å føle hvordan den nærmer seg.
Lyd (lydbølge ) –er en elastisk bølge som oppfattes av menneskers og dyrs høreorgan. Med andre ord, lyd er forplantningen av tetthets- (eller trykk-) svingninger i et elastisk medium, som oppstår fra samspillet mellom partikler i mediet med hverandre.
Atmosfæren (luft) er et av de elastiske mediene. Forplantningen av lyd i luft overholder de generelle lovene for forplantning av akustiske bølger i ideelle gasser, og har også funksjoner på grunn av variasjonen av tetthet, trykk, temperatur og luftfuktighet. Lydens hastighet bestemmes av mediets egenskaper og beregnes ut fra formlene for hastigheten til en elastisk bølge.
Det er kunstige og naturlige kilder lyd. Kunstige emittere inkluderer:
Vibrasjoner av solide kropper (strenger og dekk av musikkinstrumenter, høyttalerdiffusorer, telefonmembraner, piezoelektriske plater);
Luftvibrasjoner i et begrenset volum (orgelpiper, fløyter);
Beat (pianotaster, bjelle);
Elektrisk strøm (elektroakustiske transdusere).
Naturlige kilder inkluderer:
Eksplosjon, kollaps;
Luftstrøm rundt hindringer (vind blåser hjørnet av en bygning, toppen av en havbølge).
Det er også kunstige og naturlige mottakere lyd:
Elektroakustiske transdusere (mikrofon i luft, hydrofon i vann, geofon i jordskorpen) og andre enheter;
Høreapparater til mennesker og dyr.
Under forplantningen av lydbølger er fenomener som er karakteristiske for bølger av enhver art mulig:
Refleksjon fra et hinder
Refraksjon på grensen til to medier,
interferens (tillegg),
Diffraksjon (unngåelse av hindringer),
Dispersjon (avhengighet av lydhastigheten i et stoff på lydens frekvens);
Absorpsjon (reduksjon i energien og intensiteten til lyd i mediet på grunn av den irreversible konverteringen av lydenergi til varme).
Objektive lydegenskaper
lydfrekvens
Frekvensen av lyden som er hørbar for en person ligger i området fra 16 Hz før 16 - 20 kHz . Elastiske bølger med frekvens under hørbar rekkevidde kalt infralyd (inkludert hjernerystelse), s høyere Frekvens – ultralyd , og de elastiske bølgene med høyest frekvens er hypersonisk .
Hele lydens frekvensområde kan deles inn i tre deler (tabell 1.).
Bråk har et kontinuerlig spektrum av frekvenser (eller bølgelengder) i området med lavfrekvent lyd (tabell 1, 2). Et kontinuerlig spektrum betyr at frekvensene kan ha hvilken som helst verdi fra det gitte intervallet.
Musikalsk , eller tonal , lyder har et linjefrekvensspektrum i området mellom mellomfrekvent og delvis høyfrekvent lyd. Resten av den høyfrekvente lyden er opptatt av en fløyte. Linjespekteret betyr at musikalske frekvenser kun har strengt definerte (diskrete) verdier fra det angitte intervallet.
I tillegg er intervallet til musikalske frekvenser delt inn i oktaver. Oktav er frekvensintervallet innelukket mellom to grenseverdier, hvor den øvre er dobbelt så stor(Tabell 3)
Vanlige oktavfrekvensbånd
|
Oktavband |
min , Hz |
maks , Hz |
ons , Hz |
Eksempler på frekvensintervaller for lyd produsert av det menneskelige vokalapparatet og oppfattet av det menneskelige hørselsapparatet er vist i tabell 4.
|
kontralto, bratsj | |||
|
mezzosopran | |||
|
Koloratursopran | |||
Eksempler på frekvensområdene til noen musikkinstrumenter er vist i tabell 5. De dekker ikke bare lydområdet, men også ultralydområdet.
|
Musikk Instrument |
Frekvens Hz |
|
Saksofon | |
Dyr, fugler og insekter skaper og oppfatter andres lyd frekvensbånd enn en person (tabell 6).
I musikk kalles hver sinusformet lydbølge enkel tone, eller tone. Tonehøyden avhenger av frekvensen: jo høyere frekvens, jo høyere tone. Hovedtone kompleks musikalsk lyd kalles tonen som tilsvarer laveste frekvens i sitt spektrum. Toner som tilsvarer andre frekvenser kalles overtoner. Hvis overtoner multipler frekvensen til grunntonen, så kalles overtonene harmonisk. Overtonen med den laveste frekvensen kalles den første harmoniske, med den neste - den andre, etc.
Musikklyder med samme grunntone kan variere klang. Klangen avhenger av sammensetningen av overtonene, deres frekvenser og amplituder, arten av deres stigning i begynnelsen av lyden og forfallet på slutten.
Lydhastighet
For lyd i ulike medier er generelle formler (22) - (25) gyldige. I dette tilfellet bør det tas i betraktning at formel (22) er anvendelig i tilfelle av tørr atmosfærisk luft, og under hensyntagen til numeriske verdier av Poissons forhold, molar masse og universell gasskonstant, kan skrives som :
Imidlertid har ekte atmosfærisk luft alltid fuktighet, noe som påvirker lydhastigheten. Dette er fordi Poissons forhold avhenger av forholdet mellom partialtrykket til vanndamp ( s damp) til atmosfærisk trykk (s). I fuktig luft bestemmes lydhastigheten av formelen:
.
Fra den siste ligningen kan man se at lydhastigheten i fuktig luft er litt større enn i tørr luft.
Numeriske estimater av lydens hastighet, tatt i betraktning påvirkningen av temperaturer og fuktighet i atmosfærisk luft, kan utføres ved å bruke den omtrentlige formelen:
Disse estimatene viser at når lyd forplanter seg langs horisontal retning ( 0 x) med en økning i temperatur med 1 0 C lydhastigheten øker med 0,6 m/s. Under påvirkning av vanndamp med et partialtrykk på ikke mer enn 10 Pa lydhastigheten øker med mindre enn 0,5 m/s. Men generelt, ved maksimalt mulig partialtrykk av vanndamp nær jordoverflaten, øker lydhastigheten med ikke mer enn 1 m/s.
Lydtrykk
I fravær av lyd er atmosfæren (luft) et uforstyrret medium og har et statisk atmosfærisk trykk ( 
).
Når lydbølger forplanter seg, legges et ekstra variabelt trykk til dette statiske trykket, på grunn av kondensering og sjeldne luft. Når det gjelder plane bølger, kan vi skrive:
hvor s sv, maks er lydtrykkamplituden, - syklisk lydfrekvens,k er bølgetallet. Derfor er det atmosfæriske trykket på et fast punkt i dette øyeblikket tiden blir lik summen av disse trykkene:
Lydtrykk - dette er et variabelt trykk lik forskjellen mellom det øyeblikkelige faktiske atmosfæriske trykket ved et gitt punkt under passering av en lydbølge og det statiske atmosfæriske trykket i fravær av lyd:
Lydtrykk i løpet av oscillasjonsperioden endrer verdi og fortegn.
Lydtrykket er nesten alltid mye mindre enn atmosfærisk trykk.
Den blir stor og står i forhold til atmosfærisk trykk når sjokkbølger oppstår under kraftige eksplosjoner eller når et jetfly passerer.
Lydtrykkenhetene er som følger:
- pascal i SI 
,
- bar i GHS 
,
- millimeter kvikksølv,
- atmosfære.
I praksis måler enheter ikke den øyeblikkelige verdien av lydtrykk, men den såkalte effektive (eller strøm )lyd press . Det tilsvarer kvadratroten av gjennomsnittsverdien av kvadratet av det øyeblikkelige lydtrykket på et gitt punkt i rommet på et gitt tidspunkt
(44)
og derfor også kalt RMS lydtrykk . Ved å erstatte uttrykk (39) med formel (40), får vi:
.
(45)
Lydimpedans
Lyd (akustisk) impedans kalt amplitudeforholdetlydtrykk og vibrasjonshastighet for partikler i mediet:
.
(46)
Den fysiske betydningen av lydimpedans: det er numerisk lik lydtrykket, og forårsaker oscillasjoner av partiklene i mediet med en enhetshastighet:
Måleenheten for lydimpedans i SI er pascal sekund per meter:
.
I tilfelle av en plan bølge partikkeloscillasjonshastighet er lik
.
Deretter har formel (46) formen:
.
(46*)
Det er også en annen definisjon av lydmotstand, som produktet av mediets tetthet og lydhastigheten i dette mediet:
.
(47)
Da det fysisk mening er at den er numerisk lik tettheten til mediet der den elastiske bølgen forplanter seg med enhetshastighet:
.
I tillegg til akustisk motstand i akustikk, brukes konseptet mekanisk motstand (R m). Mekanisk motstand er forholdet mellom amplitudene til den periodiske kraften og oscillerende hastigheten til partiklene i mediet:
,
(48)
hvor S er overflatearealet til lydgiveren. Mekanisk motstand måles i newton sekunder per meter:
.
Energi og kraft av lyd
En lydbølge kjennetegnes av de samme energimengdene som en elastisk bølge.
Hvert luftvolum som lydbølger forplanter seg i har en energi som består av den kinetiske energien til oscillerende partikler og den potensielle energien til elastisk deformasjon av mediet (se formel (29)).
Lydintensitet kalleslydkraft . Hun er likestilt
.
(49)
Derfor den fysiske betydningen av lydkraft ligner på betydningen av energiflukstettheten: numerisk lik gjennomsnittsverdien av energien som overføres av en bølge per tidsenhet gjennom den tverrgående overflaten av en enhetsareal.
Enheten for lydintensitet er watt per kvadratmeter:
.
Lydeffekten er proporsjonal med kvadratet av det effektive lydtrykket og omvendt proporsjonalt med lydtrykket (akustisk):
,
(50)
eller, tatt i betraktning uttrykk (45),
,
(51)
hvor R ak – akustisk impedans.
Lyd kan også preges av lydkraft. Lydkraft er den totale mengden lydenergi som sendes ut av en kilde i en viss tid gjennom en lukket overflate som omgir lydkilden:
,
(52)
eller, tatt i betraktning formel (49),
.
(52*)
Lydstyrke, som alle andre, måles i watt:
.
Når du lager musikk, kan det være veldig nyttig å ha en generell ide om hva lyd er og hvordan lyd tas opp på en datamaskin. Med denne kunnskapen blir det mye lettere å forstå hva for eksempel komprimering er, eller hvordan klipping skjer. I musikk, som i nesten alt annet, gjør det å kjenne det grunnleggende det lettere å gå videre.
Hva er lyd?
Lyd er de fysiske vibrasjonene til mediet som forplanter seg i form av bølger. Vi fanger opp disse vibrasjonene og oppfatter dem som lyd. Hvis vi prøver å avbilde en lydbølge grafisk, får vi overraskende nok bølge.
Sinusformet lydbølge
Ovenfor er en sinusbølgelyd som kan høres fra analoge synthesizere eller fra håndsett fasttelefon, hvis du fortsatt bruker den. Forresten, det høres på telefonen, snakker på et teknisk, ikke et musikalsk språk.
Lyd har tre viktige egenskaper, nemlig: lydstyrke, tonehøyde og klang. subjektive følelser, men de har sin refleksjon i den fysiske verden i formen fysiske egenskaper lydbølge.
Amplitude
Det vi oppfatter som lydstyrke er vibrasjonsstyrken eller lydtrykknivået, som måles i (dB).
Grafisk representert av bølger i forskjellige høyder:
Jo høyere amplitude (bølgehøyde på grafen), jo høyere oppfattes lyden, og omvendt, jo mindre amplitude, jo roligere lyd. Selvfølgelig påvirker lydens frekvens også oppfatningen av lydstyrke, men dette er egenskapene til vår oppfatning.
Eksempler på ulik lydstyrke, i desibel:
| Lyd | Volum (dB) | Effekt |
| Landlig område vekk fra veier | 25 dB | Nesten uhørlig |
| Hviske | 30 dB | Veldig stille |
| Kontor i arbeidstiden | 50-60 dB | Støynivået forblir behagelig opp til 60 dB |
| Støvsuger, hårføner | 70 dB | importunate; gjør det vanskelig å snakke i telefon |
| Foodprosessor, blender | 85-90 dB | Fra et volum på 85 dB med langvarig (8 timer) lytting begynner hørselsskader |
| Lastebil, betongblander, t-banevogn | 95-100 dB | For lyder fra 90 til 100 dB anbefales eksponering på ikke mer enn 15 minutter for det ubeskyttede øret. |
| Motorsag, jackhammer | 110 dB | Regelmessig eksponering for lyder høyere enn 110 dB i mer enn 1 minutt er i fare for permanent hørselstap |
| Rockekonsert | 110-140 dB | Smerteterskel starter rundt 125 dB |
Frekvens
Når vi sier at lyden er "høyere" eller "lavere", forstår vi hva vi snakker om, men grafisk vises dette ikke etter høyde, men etter avstand og frekvens:
Merk (lyd) tonehøyde - lydbølgefrekvens
jo mindre avstanden er mellom lydbølgene, jo høyere frekvens er lyden, eller rett og slett, jo høyere lyd.
Jeg tror alle vet at det menneskelige øret er i stand til å oppfatte lyder med en frekvens på omtrent 20 Hz til 20 kHz (i unntakstilfeller - fra 16 Hz til 22 kHz), og musikalske lyder er i området fra 16.352 Hz ("til" subcontroctave) til 7,902 kHz ("si" av den femte oktaven).
Timbre
Og den siste viktige egenskapen for oss er klangen til klangen. Med ord er det slik lyden er "farget", og grafisk ser den ut som en annen kompleksitet, kompleksiteten til en lydbølge. Her er for eksempel en grafisk representasjon av lydbølgene til en fiolin og piano:
Lydens klang er kompleksiteten (kompleksiteten) til en lydbølge
Mer komplisert enn en sinusoid, er det ikke?
Det er flere måter å ta opp lyd på: musikalsk notasjon, analog notasjon og digital notasjon.
Musikalsk notasjon- dette er ganske enkelt data om frekvensen, varigheten og volumet til lyder som må spilles på et instrument. I dataverdenen er det en analog - MIDI-data. Men vurderingen av dette problemet ligger utenfor rammen av denne artikkelen, vi vil analysere det i detalj en annen gang.
analogt opptak- i hovedsak en oversikt over fysiske vibrasjoner slik de er på et hvilket som helst medium: en vinylplate eller magnetbånd. Dette bør starte med en gang. rikelig salivasjon for elskere av varm rørlyd, men vi er ikke en av dem som analoge enheter har en sterk feil og grunnleggende begrensninger, dette introduserer forvrengninger og forringer kvaliteten på opptaket, og fysiske medier slites ut over tid, noe som ytterligere reduserer kvaliteten på lydsporet, så analogt opptak er nå gått inn i fortiden.
Digital lydopptak– en teknologi som gjorde det mulig for hvem som helst å prøve seg som lydtekniker eller produsent. Så hvordan fungerer det? Tross alt kan en datamaskin bare registrere tall, og for å være presis, bare nuller og enere, der andre tall, bokstaver, bilder er kodet. Hvordan registrere så komplekse data som lyd i tall?
Løsningen er ganske enkel - kutt lydbølgen i små biter, det vil si konverter en kontinuerlig funksjon (lydbølge) til en diskret. Denne prosessen kalles diskretisering, ikke fra ordet "nerd", men fra ordet "diskrethet" (latin discretus - delt, intermitterende). Hver slik liten bit av en lydbølge er allerede veldig lett å beskrive i tall (signalnivå på et bestemt tidspunkt), noe som skjer med digitalt opptak. Denne prosessen kalles analog til digital konvertering(analog til digital konvertering), og konverteringsenheten (mikrokrets), henholdsvis av en analog-til-digital omformer (analog til digital omformer) eller ADC (ADC).
Her er et eksempel på et nesten fem millisekunder langt lydbølgesnutt fra en ridecymbal:
Ser du hvordan det er alle tenner? Dette er diskrete små biter som lydbølgen kuttes i, men om ønskelig kan det trekkes en kontinuerlig buet linje gjennom disse søylene, som vil være originalen. lydbølge. Når du spiller, skjer dette i en enhet (også en mikrokrets) som kalles en digital-til-analog-omformer (digital til analog-omformer) eller DAC (DAC). ADC og DAC er hoveddelene av lydgrensesnittet, og dets kvalitet og muligheter avhenger av kvaliteten.
Samplingshastighet og bitdybde
Jeg har nok allerede slitt selv de mest iherdige leserne, men fortvil ikke, dette er den delen av artikkelen den ble startet for.
Prosessen med å konvertere et analogt signal til digitalt (og omvendt) har to viktige egenskaper - samplingshastigheten (aka samplingshastigheten eller samplingshastigheten) og samplingsdybden (bitdybden).
Prøvetakingsfrekvens er frekvensen som lydsignalet kuttes i biter (samples). Ikke gjenta feilen min: samplingsfrekvensen er relatert til lydens frekvens bare gjennom Kotelnikov-teoremet, som sier: for å gjenopprette det opprinnelige signalet unikt, må samplingsfrekvensen være mer enn det dobbelte av den høyeste frekvensen i signalspekteret. Dermed dekker samplingsfrekvensen på 44,1 kHz brukt i CD- og musikkinnspilling
menneskelig hørbart frekvensområde.
Bithet er samplingsdybden, målt i biter, det vil si at det er antall biter som brukes til å registrere amplituden til signalet. Når du spiller inn en CD, brukes 16 bits, som er nok til 96 dB, det vil si at vi kan ta opp en lyd med en forskjell mellom de stilleste og høyeste delene av den er 96 dB, som nesten alltid er nok til å spille inn musikk. Studioer bruker vanligvis 24-bits dybde ved opptak, noe som gir et dynamisk område på 144 dB, men siden 99 % av enhetene som gjengir lyd (båndopptakere, spillere, lydkort som følger med datamaskinen din) bare kan behandle 16-bits lyd, må du fortsatt miste 48 dB (144 minus 96) dynamisk rekkevidde når du gjengir med 16-bits oppløsning.
Til slutt, la oss beregne bithastigheten til musikk på en lyd-CD:
16 bits x 44 100 samples per sekund x 2 kanaler = 1 411 200 bits per sekund = 1 411,2 kbps.
Dermed tar ett sekund med opptak på en lyd-CD 172 kilobyte eller 0,168 megabyte.
Det var alt jeg ville fortelle deg om lydopptak på en datamaskin.
Vel, nesten alt.
Siste del for hardcore lesere.
Dither
Når du gjengir prosjekter i lydredigerere, når du velger 44 100 kHz 16 bit-formatet, vises avmerkingsboksen Dither noen ganger. Hva det er?
Dette er blandingen av et pseudo-tilfeldig signal. Det er usannsynlig at du føler deg bedre av en slik formulering, men jeg skal forklare nå.
Under analog-til-digital konvertering avrundes amplituden. Det vil si at med en 16-bits samplingsdybde har vi 2 16 = 65 536 alternativer amplitudenivå. Men hvis amplituden til lyden i en av prøvene viste seg å være 34 heltall og 478 tusendeler, må vi runde den opp til 34.
For små nivåer av inngangssignalets amplitude, bærer slik avrunding Negative konsekvenser i form av forvrengninger, som den kjemper med ryste.
Nå er det helt sikkert. Takk for at du leste!
Ikke glem å skrive en kommentar og klikk på de vakre knappene sosiale nettverk nederst i artikkelen.