Диапазон на звуковата честота. Връзка между честотата на звуковата вълна, нейната дължина и скорост

В интернет вече има много възможности за онлайн тестване на загубата на слуха. За да направите това, започнете видеото с увеличаване на честотата на звука. Разработчиците на теста препоръчват да се използват слушалки, за да не се смущават от шума. Диапазонът на честотите във видеото започва от височина, която може да се чуе от няколко души. След това честотата на звука бавно се намалява и в края на видеото се чува звук, който може да бъде чут дори от хора с увреден слух.

По време на видеоклипа на потребителя се показва честотата на възпроизвеждания звук. Условията на теста предполагат, че видеото трябва да бъде спряно в момент, в който лицето може да чуе звука. Следващата стъпка е да се види къде е спряна честотата. Значението му ще ви подскаже, че слухът ви е нормален, по-добър от този на повечето хора или че трябва да посетите лекар. Някои тестове показват каква възраст съответства на максималната честота, която човек може да чуе.

Какво е звук и звукова вълна

Звукът е субективно възприятие, но ние го чуваме, защото нещо действително съществува в ухото ни. Това е звукова вълна. Физиците се интересуват от това как усещанията, които изпитваме, са свързани с характеристиките на звуковата вълна.

Звуковите вълни са надлъжни механични вълни с малка амплитуда и честотен диапазон 20Hz-20kHz. Ниска амплитуда - е когато промяната Налягането, дължащо се на компресия-декомпресия, е много по-ниско от налягането в тази среда. Във въздуха, в зоните на компресия и декомпресия, промяната в налягането е много по-малка от атмосферното налягане. Ако амплитудата е от същия порядък или по-голяма от атмосферното налягане, това вече не са звукови вълни, а ударни вълни, които се движат със свръхзвукова скорост.

Чуваемост на звуците

Вече разбрахме какъв е диапазонът на звуковите честоти, но какво се намира отвъд? Ако честотата е по-малка от 20 херца, тези вълни се наричат инфразвук. Вълните с честота над 20 kHz са ултразвукови вълни. Както инфразвукът, така и ултразвукът не предизвикват слухови усещания. Границите са доста размити: бебетата чуват 22-23 kHz, хората в невръстна възраст чуват 21 kHz, някои чуват 16 Hz. Колкото по-млад е човек, толкова по-високи са честотите, които може да чуе.

Кучетата могат да чуват по-високи честоти. Тази способност се използва от дресьорите на животни, за да издават команди с помощта на ултразвукова свирка, която е нечуваема за хората. Диаграмата показва диапазоните на честотите, които могат да бъдат чути от различни животни.

Звукът като оръжие за полицейските служители

Ето пример за случай, който показва, че диапазонът на звуковите честоти, които човек чува, е приблизителен и зависи от индивидуалните характеристики.

Полицията във Вашингтон е намерила начин за ненасилствено разпръскване на младежи. Момчетата и момичетата постоянно се събираха край една от метростанциите и разговаряха. Властите смятат, че безцелното им забавление пречи на другите. к. Твърде много хора се събират на входа. Полицейските служители инсталират устройството Mosquito, което излъчва звук с честота 17,5 kHz. Устройството е предназначено за отблъскване на насекоми, но производителите твърдят, че звуковите вълни с тази честота могат да бъдат чути само от тийнейджъри на възраст между 13 и 25 години.

Устройството се отървало от младежите, но 28-годишен мъж чул звука и се оплакал в градската администрация. Местните власти трябваше да спрат да използват устройството.

Обхват на дължината на вълната

Звуковите вълни имат различни характеристики в различни среди. Различна дължина на вълната и скорост на разпространение. Във въздуха (при стайна температура) скоростта е 340 m/s.

Разглеждане на вълни с честоти, които са в обхвата на слуха ни. Минималната им дължина е 17 mm, а максималната - 17 m. Звукът с най-къса дължина на вълната е на границата на ултразвука, а с най-дълга дължина на вълната е по-близо до инфразвука.

Скоростта на звуковата вълна

Приема се, че светлината се разпространява мигновено, но звукът се разпространява за определено време. Всъщност светлината също има скорост, тя е просто ограничението на скоростта, нищо не се движи по-бързо от светлината. Що се отнася до звука, най-интересният аспект е разпространението му във въздуха, въпреки че скоростта на звуковите вълни в по-плътна среда е много по-висока. Помислете за гръмотевична буря: първо виждаме светкавица, а след това чуваме звука на гръм. Звукът се забавя, защото скоростта му е многократно по-ниска от скоростта на светлината. За първи път скоростта на звука е измерена чрез отчитане на интервала между изстрела от мускет и звука. След това се взема разстоянието между инструмента и изследователя и се разделя на времето, в което звукът е "закъснял".

Този метод има два недостатъка. На първо място, неточността на хронометъра, особено в непосредствена близост до източника на звук. Второ, това е скоростта на реакция. Това измерване няма да даде точни резултати. По-удобно е да се вземе известната честота на даден звук, за да се изчисли скоростта. Има честотен генератор, инструмент, който има честотен диапазон на звука от 20Hz до 20kHz.

Той се включва на правилната честота и дължината на вълната се измерва при експеримента. Умножете двете величини и ще получите скоростта на звука.

Хиперзвуков звук

Дължината на вълната се изчислява, като се раздели скоростта на честотата, така че дължината на вълната намалява с увеличаване на честотата. Осцилациите могат да се създават с толкова висока честота, че дължината на вълната да е от същия порядък като дължината на свободния път на молекула на газ, например въздух. Той е хиперзвуков. Той не се разпространява добре, защото въздухът вече не се счита за непрекъсната среда, t. к. дължината на вълната е пренебрежимо малка. При нормални условия (при атмосферно налягане) дължината на свободния път на молекулите е 10^-7 м. Какъв е диапазонът на дължината на вълната? Те не се чуват, защото не можем да ги чуем. Ако изчислим честотата на хиперзвуковия звук, ще установим, че тя е 3×10⁹ Hz и повече. Измерваме хиперзвуковия звук в гигахерци (1 GHz = 1 милиард Hz).

Как честотата на звука влияе на неговата височина

Диапазонът на звуковите честоти влияе върху диапазона на височината на звука. Въпреки че височината на звука е субективно възприятие, тя се определя от обективна характеристика на звука - честотата. Високите честоти създават висок звук. Зависи ли височината на звука от дължината на вълната? Разбира се, скоростта, честотата и дължината на вълната са взаимосвързани. Въпреки това звук с една и съща честота ще има различна дължина на вълната в различни среди, но ще се възприема по един и същи начин.

Чуваме звук, защото промените в налягането предизвикват вибрации на тъпанчето. Налягането се променя със същата честота, така че няма значение дали дължината на вълната е различна в различните среди. Поради една и съща честота ние възприемаме даден звук като висок или нисък във вода или въздух. Във водата скоростта на звука е 1,5 km/s, което е почти 5 пъти повече, отколкото във въздуха, и затова дължината на вълната е много по-голяма. Но ако тялото вибрира с една и съща честота (например 500 Hz) и в двете среди, височината на звука ще бъде една и съща.

Има звуци, които нямат височина, като например звукът "ш-ш-ш". Честотните им колебания не са периодични, а хаотични, затова ги възприемаме като шум.