Акустика негіздері

Дыбыс деп серпімді орта бөлшектерінің толқын түрінде таралатын тербелмелі қозғалысын айтамыз. Осы тербелістер адам немесе жануардың есіту мүшесіне әсер еткенде дыбыс түйсігін туғызады.

Адам құлағы жиілігі 20 Гц–ен – 20*10³ Гц дыбысты ести алады. Оны естілетін дыбыстар деп атайды.

Ал жиілігі 20 Гц-тен төмен дыбыстарды адам құлағы естімейді – оны инфрадыбыстар деп атайды.

Ал >20*10³ Гц-н жоғары дыбыстарды ультрадыбыстар деп атайды. Оларды адам естімейді.

10⁹ Герцтен 10¹³ Герцке дейінгі дыбыстарды Гипердыбыстар деп атайды. Дыбысты жиілікті дыбыс анализі деп аталатын қарапайым гармоникалық тербелістерге жіктеу нәтижесінде спектр алынады.

Егер дыбыс тербелісінің энергиясы өте кең аймақта таралып жатса, онда оны тұтас спектр, тұтас спектрлі дыбысты шу, ал үздік – үздік жиіліктерден құралатын спектрді сызықты деп атайды. Музыкалық дыбыстарды – тон деп атайды. Музыкалық дыбыс – сызықтық спектрге жатады.

Дыбыстың негізгі жиілігі – дыбыс биіктігін, ал оның гармоникалық құраушыларының жиыны дыбыс тембірі деп аталады.

Дыбыс интенсивтілігі: (1)

Е – энергия, S – аудан, t – уақыт.

Дыбыс интенсивтілігі – толқынның таралу бағытына перпендикуляр қойылған бірлік бет (S) ауданы арқылы бірлік уақыт (t) ішінде дыбыс толқыны таситын энергия мөлшеріне тең.

Дыбыс интенсивтілігі ол таралып отырған ортаның қасиеттеріне тікелей байланысты. (2)

ρ – Дыбыс таралатын орталар

– Ортадағы дыбыс жылдамдығы

ω - цикелдік жиілік

А – Амплитуда

Дыбыс өрісіндегі денеге әсер ететін қысымды дыбыс қысымы деп атайды. Дыбыс интенсивтілігіне байланысты анықталытын дыбыстың субъективті сипаттамасы дыбыс қаттылығы деп аталады. Дыбыстың қаттылығы оның күшіне байланысты.

Дыбыс күші бір шаршы метр ауданға келетін ваттпен өлшенетін интенсивтік. Адам құлағы еститін дыбыстың ең төменгі күші J₀=10^-12 Вт/м², жоғарғы күші J_m=10 Вт/м² болады.

Акустика түйсік (сезу) пен түршігудің арасындағы байланыс Вебер – Фехнер заңымен анықталады. Бұл заң бойынша қаттылық түршігу күшінің салыстырмалы Логарифміне тура пропорционал.

(3) егер ν=1кГц, болса, онда К=1

Онда (4)

Демек қаттылық шкаласы он үш бірліктен тұрады. Бұл шкаланың бірлігін – Бел деп атайды.

1Б=10дБ (децибел)

Қатты дененің, сұйықтың және газдың ішіндегі қысымы немесе механикалық кернеуі өзгерсе, онда олар дыбыс көзіне айналады. Дыбыс көздеріне ішектер, камертондар, трубалар немесе мембраналар жатады. Дыбысты дыбыс генераторы да шығарып береді.

Дыбыс көздері қатарына – музыкалық аспаптардың ішектері, пьезоэлектрлік немесе магнитострикциялық материалдардан жасалған пластинкалар мен стерженьдер, телефон мембранасы, органдық трубалар, үрмелі музыкалық аспаптар, ысқырықтар жатады.

Адам мен жануарлардың дыбыстық аппараты күрделі тербелмелі жүйеге жатады.

Электроакустикалық түрленгіштерде (пьезо және магнитострикциялық) электр тогы тербелісін сондай жиіліктегі механикалық тербелістерге түрлендіру арқылы алынады.

Ауа ағыны қатты денені орай аққанда – денеде дыбыс шығарады. Дыбыс ортаға тараған сайын оның интенсивтілігі кеми береді.

Оның кемуі J=J₀е^{-2 α h} (5)

Мұндағы: J₀ – дыбыс көзі шығарған интенсивтілік

α – жұтылу коэффициенті

h – қашықтық

Жұтылу коэффициенті (6)

Мұндағы: η – ортаның тұтқырлығы

ρ – ортаның тығыздығы

λ – толқын ұзындығы

- толқынның орташа жылдамдығы

Жұтылу коэффициентінің мәні көбінесе дайын болады.

Дыбыс толқындарының таралуы, ең алдымен, дыбыс жылдамдығымен сипатталады. Газдарда, қатты денелерде – қума толқындар (бөлшектердің тербеліс бағыты толқынның таралу бағытымен бағыттас) тарай алады.

Дыбыс жылдамдығы ортаның көлемдік сығылғыштығымен () және тығыздығымен (ρ) анықталады.

(7)

Сығылатын газ бөлшектерінің арасында жылу алмасу құбылысы болмаса онда

= P₀ (8)

-адиабаталық көрсеткіш

P₀ – атмосфералық қысым

Дыбыс жылдамдығы 0⁰С температурадағы құрғақ ауада 330 м/с, 12⁰С температурада суда 1430 м/с тең.

Қатты денелерде қума толқыннан басқа көлденең толқындар (тербеліс бағыты толқындардың таралу бағытына перпендикуляр болады), сондай–ақ беттік толқындар таралады (3-кесте). Көптеген металдар үшін қума толқындардың жылдамдығы 4000-2000 м/с, ал көлденең толқындардың жылдамдығы 2000-3500 м/с дейінгі аралықта жатады.

Дыбысты қабылдайтын құралдарды дыбыс қабылдағыштар деп атайды. Техникада дыбысты қабылдау үшін электроакустикалық түрлендіргіштер пайдаланылады. Ауада пайдаланылған электро-акустикалық түрлендіргішті микрофон, судағыны – гидрофон, жер қыртысындағыны – геофон деп атайды.

Адамдар мен жануарлардың дыбыс қабылдағышы олардың есту мүшесі, яғни құлағы.

 

3-кесте. Дыбыс көздерінен шыққан дыбыстың қаттылығы

 

№	Дыбыстың сипаты	Дыбыстың қаттылығы дБ
	Естудің төменгі шегі
	Сыбырлау, жапырақ дыбысы
	Тыныш бақ
	Қол сағатының тықылы
	Жай сөйлеу, жай музыка
	Үзіліс кезіндегі кластағы шу
	Тауық фермасындағы шу
	Көшедегі шу, машина дыбысы
	Самолет, сирена
	Реактивті двигатель
	Естудің жоғарғы шегі