Агульная інфармацыя пра гук

Гук як рух хваляў

Гук, які распаўсюджваецца ў паветры, можна разглядаць як хістанні ціску паветра. Гук характарызуецца даўжынёй хвалі, частатой і інтэнсіўнасцю. Распаўсюджанне гука ад крыніцы да яго прыёму адбываецца ў пэўным асяроддзі. Энергія, якая перадаецца малекуламі асяроддзя, выклікае зваротна-паступовыя хістанні малекул з фарміраваннем хвалі, праз якую ажыццяўляецца перадача гукавай энергіі. Хуткасць распаўсюджання гука, якая з’яўляецца адной з ўлсцівасцяў матэрыяла, залежыць ад уласцівасцяў асяроддзя, праз якое праходзяць хвалі. Цвёрдыя рэчывы з’яўляюцца выдатнымі праваднікамі гука, які таксама вельмі выдатна распаўсюджваецца ў вадкасцях, а газы характарызуюцца самымі нізкімі гукаправоднымі ўласцівасцямі. Так, напрыклад, хуткасць распаўсюджвання гука ў паветры складае амаль 340 м/с, а ў сталі гук можа распаўсюджвацца з хуткасцю каля 5200 м/с.

З прычыны таго, што гукавая хваля складаецца з вобласцяў высокага і нізкага ціску, якія чаргуюцца паміж сабой, зрэдку гэтую хвалю разглядаюць як хвалявы працэс распаўсюджвання хістанняў ціску. Гукавыя хвалі часта выяўляюць у выглядзе дыяграм, як на малюнку ніжэй, на якіх па восі Х адкладываюцца значэнні часу, а па восі Y – значэнні ціску ці шчыльнасці асяроддзя, у якім распаўсюджваецца гук.

 

 Гукавая хваля

Абазначэнне

Адзінкі

Формула 

Частата

 f=1/T

Гц=1/с 

 f=c/λ

Даўжыня хвалі

 λ

м 

λ=c/f

Перыяд часу ці працягласць цыклу  

T=1/f 

с 

 T=λ/c

Хуткасць хвалі

 c

м/с

 c=λxf



Чалавечае вуха вельмі адчувальнае, і для дасягнення чутнасці гука патрабуецца невялікая колькасць энергіі. Дыяпазон чутнасці чалавечага вуха складае ад 0 дБ (мяжа чутнасці) да 120 дБ (балявая мяжа) пры дыяпазоне частот ад 20 да 20000 Гц. Гук з частатой, ніжэйшай за дыяпазон чутнасці, прынята называць інфрагукам, гук з частатой вышэйшай за 20000 Гц – ультрагукам.

Найбольш значныя з пункту гледжання дакладнасці маўлення частоты складаюць дыяпазон ад 300 да 3000 Гц. Шумы звычайна не з’яўляюцца чыстымі тонамі, але ўключаюць пэўны дыяпазон гукавой энергіі, якая размеркавана па шырокай паласе частот. Некаторыя стандартныя паддыяпазоны цэнтральных частот гэтай паласы, стандартызаваных міжнароднымі арганізацыямі, прадстаўлены ў табліцы ніжэй.


Sound chart

 

Велічыня гукавога ціску, на які рэагуе чалавечае вуха, вымяраецца ў адзінках “паскаль”, Па (Н/м2). Мінімальная велічыня гукавога ціску, уплыў якога здольна вызначыць сярэдняе вуха, складае 0,00002 Па, а балявая мяжа адпавядае 200 Па. З-за такога шырокага дыяпазона значэнняў ціску выкарыстанне лінейнай шкалы немэтазгодна, і для вымярэння ўзроўняў гукавога ціску звычайна выкарыстоўваецца лагарыфмічная шкала (у адзінках “дэцыбел”, дБ). Тэрміны “дэцыбел” і “бел” (10 дБ) фактычна з’яўляюцца чыста матэматычнымі тэрмінамі, прыняцце якіх не было звязана непрасрэдна з акустыкай.

“Бел” – лагарыфмічная адзінка для супастаўлення значэнняў (адносін) дзвюх фізічных велічынь.

Рознымі людзьмі гук успрымаецца па-рознаму. Так, гук, які ледзь учуе адзін чалавек, можа вельмі раздражняць другога. Людзі могуць таксама па-рознаму рэагіраваць на адзін і той жа гук у залежнасці ад настрою. У агульным выпадку павышэнне гукавога ціску на 10 дБ успрымаецца як падвойнае павышэнне ўзроўню шуму, а мінімальная змена, якую можа вызначыць чалавечае вуха, складае 1-2 дБ.
Успрыняцце гука залежыць ад наступных фактараў:
  • Узровень шуму
  • Частата
  • Тып гука, г.зн. з’яўляецца ён пастаянным ці перарывістым
  • З’яўляецца гук шумам ці прыемнай музыкай
  • Гукавы ціск 
                  
 

Разлік інтэнсіўнасці гука

Як было пазначана раней, дэцыбел – гэта лагарыфмічная велічыня, аперацыі складання ці аднімання з якой не могуць праводзіцца аналагічна адпаведным аперацыям з лінейнымі велічынямі. З гэтай прычыны для выканання разліку неабходна выкарыстоўваць лінейныя адзінкі вымярэння, Па, пасля чаго перавесці іх у лагарыфмічныя.

У якасці прыкладу разгледзім складанне двух значэнняў узроўню шуму:

Lp1= 40 дБ і Lp2=45 дБ

Па-першае, неабходна перавесці адзінкі вымярэння ў белы, г.зн. раздзяліць значэнні на 10, пасля чаго – перавесці іх у лінейныя адзінкі для выканання аперацыі складання:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Калі мы выканаем гэта, варта вярнуцца да лагарыфмічных адзінак вымярэння: log (41 622) = 4.62 бел

Такім чынам:
Lp.tot = 46.2 дБ

Як варыянт, той жа самы вынік можа быць атрыманы з дапамогай графіка.

 

 

Матэматычнае складанне паказчыкаў дзвюх аднолькавых крыніц дае павышэнне ўзроўню на 3 дБ, а 10 аднолькавых крыніц – на 10 дБ. Гэта таксама можна праілюстраваць з дапамогай наступнага малюнка.

Decibel arithmetic


Пры вымярэннях узроўню шуму для вызначэння адчувальнасці вуха выкарыстоўваюцца розныя гукавыя фільтры. Гэтыя фільтры абазначаюцца, адпаведна,  дБ (A), дБ (B) и дБ (C). Часцей за ўсё выкарыстоўваецца так званы  “А-ўзважаны фільтр”, з дапамогай якога імітуецца працэс фільтрацыі гука чалавечым вухам. Гл. малюнак ніжэй (крывая аслаблення гука пры выкарыстанні А-фільтра). 

Мал.: крывая аслаблення гука пры выкарыстанні А-фільтра

Адлюстраванне гука, гукапаглынанне і гукаізаляцыя

Пры кантакце гукавой хвалі з аб’ектам можа адбывацца паглынанне, перадача ці адлюстраванне гука. Як паказана на малюнку, пры трапленні гукавой хвалі на размежавальную паверхню, напрыклад, даху, падлогі ці сцяны будынка, частка гукавой энергіі адлюстроўваецца, частка паглынаецца матэрыялам, і частка праходзіць праз матэрыял.



Суадносіны колькасцяў адлюстраванай, паглынанай ці перададзенай гукавой энергіі залежыць ад формы матэрыяла ці канструкцыі, якая падвяргаецца ўздзеянню гукавой хвалі, а таксама ад частаты гука. На гэтай аснове магчыма вызначэнне трох акустычных параметраў.

  • Каэфіцыент паглынання, α = (паглынаны гук + перададзены гук) (падаючы гук)
  • Каэфіцыент адлюстравання, ζ = (адлюстраваны гук) / (падаючы гук)
  • Каэфіцыент гукаперадачы, τ = (перададзены гук) / (падаючы гук)