Gama de frecvențe sonore. Relația dintre frecvența undei sonore, lungimea și viteza acesteia

Există acum multe oportunități pe Internet pentru a vă testa acuitatea auditivă online. Pentru a face acest lucru, începeți videoclipul cu sunetul care crește în ton. Realizatorii testului recomandă folosirea căștilor pentru a nu fi deranjați de zgomot. Gama de frecvențe din videoclip începe destul de sus pentru ca foarte puțini oameni să poată auzi. Intensitatea sunetului scade încet, iar la sfârșitul videoclipului, utilizatorul aude un sunet pe care îl poate auzi chiar și o persoană cu deficiențe de auz.

Pe tot parcursul clipului, utilizatorului i se arată valoarea frecvenței sunetului redat. Condițiile testului sugerează că videoclipul trebuie oprit într-un punct în care o persoană poate auzi sunetul. Următorul lucru pe care trebuie să îl urmăriți este unde s-a oprit frecvența. Valoarea sa vă indică faptul că auzul dvs. este normal, mai bun decât al majorității oamenilor, sau că este posibil să doriți să consultați un medic. Unele teste arată ce vârstă corespunde cu frecvența maximă pe care o persoană o poate auzi.

Ce este sunetul și o undă sonoră

Un sunet este o percepție subiectivă, dar noi îl auzim pentru că există ceva în urechea noastră. Este o undă sonoră. Fizicienii sunt interesați de modul în care senzațiile pe care le experimentăm sunt legate de caracteristicile undelor sonore.

Undele sonore sunt unde mecanice longitudinale de amplitudine mică, a căror gamă de frecvențe este de 20Hz-20kHz. Amplitudine redusă - este atunci când există o schimbare Presiunea datorată comprimării-decomprimării este mult mai mică decât presiunea din mediul respectiv. În aer, în regiunile de compresie-secundară, modificarea presiunii este mult mai mică decât presiunea atmosferică. Dacă amplitudinea este de același ordin de mărime sau mai mare decât presiunea atmosferică, nu mai este o undă sonoră, ci o undă de șoc, care se propagă cu viteză supersonică.

Audibilitate

Am determinat deja gama de frecvențe sonore, dar ce se află dincolo de această gamă?? În cazul în care frecvența este mai mică de 20 Hz, aceste unde se numesc unde infrasonice. Cele de peste 20 kHz sunt unde ultrasonice. Atât infraroșii, cât și ultrasunetele sunt inaudibile. Limitele sunt destul de neclare: copiii pot auzi 22-23 kHz, persoanele care nu sunt în vârstă pot percepe 21 kHz, iar unele pot auzi 16 Hz. Deci, cu cât o persoană este mai tânără, cu atât mai înalte sunt frecvențele pe care le poate auzi.

Câinii aud frecvențe mai înalte. Această abilitate este folosită de către supraveghetori, ei dau comenzi cu un fluier ultrasonic care este inaudibil pentru oameni. Diagrama arată gamele de frecvențe pe care le pot percepe diferite animale.

Sunetul este o armă a poliției

Iată un exemplu de caz care arată că gama de frecvențe sonore pe care o persoană le aude este aproximativă și depinde de diferențele individuale.

Poliția din Washington a găsit o modalitate de a dispersa tinerii în mod non-violent. Băieți și fete se adunau în permanență lângă una dintre stațiile de metrou, discutând. Autoritățile au considerat că distracția lor fără scop îi deranja pe ceilalți. к. prea mulți oameni se adună la intrare. Poliția a instalat un dispozitiv "Mosquito" care emitea un sunet la o frecvență de 17,5 kHz. Acest dispozitiv este conceput pentru a speria insectele, dar producătorii au susținut că undele sonore de această frecvență pot fi auzite doar de adolescenții de 13 și sub 25 de ani.

Aparatul a reușit să scape de tineri, dar un bărbat de 28 de ani a auzit sunetul și a depus plângere la administrația orașului. Autoritățile locale au fost nevoite să nu mai folosească dispozitivul.

Gama de lungimi de undă

Undele de frecvențe sonore au caracteristici diferite în medii diferite. Lungimea și viteza undei se propagă în mod diferit. În aer (la temperatura camerei), viteza este de 340 m/s.

Luați în considerare undele cu frecvențe care se află în intervalul pe care îl putem auzi. Lungimea lor minimă este de 17 mm, iar lungimea maximă este de 17 m. Sunetul cu cea mai scurtă lungime de undă este la limita ultrasunetelor, iar sunetul cu cea mai lungă lungime de undă este mai aproape de infrasunete.

Viteza undei sonore

Se presupune că lumina se deplasează instantaneu, dar este nevoie de un anumit timp pentru ca sunetul să se deplaseze. Lumina are de fapt și ea viteză, este doar limita de viteză, nimic nu se mișcă mai repede decât lumina. În ceea ce privește sunetul, propagarea în aer este cea care prezintă cel mai mare interes, deși viteza undei sonore în medii mai dense este mult mai mare. Luați în considerare o furtună: mai întâi vedem un fulger și apoi auzim sunetul tunetului. Sunetul este întârziat deoarece viteza sa este de multe ori mai mică decât viteza luminii. Viteza sunetului a fost măsurată pentru prima dată prin înregistrarea intervalului de timp dintre focul de muschetă și sunetul. Distanța dintre pistol și cercetător a fost apoi luată și împărțită la timpul în care sunetul a fost "întârziat".

Această metodă are două dezavantaje. În primul rând, există inexactitatea cronometrului, mai ales la o distanță apropiată de sursa de sunet. În al doilea rând, este vorba de viteza de răspuns. Cu această măsurătoare, rezultatele nu vor fi exacte. Pentru a calcula viteza este mai convenabil să se ia frecvența cunoscută a unui anumit sunet. Există un generator de frecvență, un instrument cu o gamă de frecvențe sonore de la 20 Hz la 20 kHz.

Se pornește la frecvența dorită și se măsoară lungimea de undă în cadrul experimentului. Înmulțind cele două mărimi obținem viteza sunetului.

Sunet hipersonic

Lungimea de undă se calculează prin împărțirea vitezei la frecvență, astfel încât lungimea de undă scade pe măsură ce crește frecvența. Se pot crea oscilații de o frecvență atât de mare încât lungimea de undă este de același ordin cu lungimea drumului liber al unei molecule de gaz, cum ar fi aerul. Asta e hipersonic. Nu se propagă bine deoarece aerul nu mai este considerat un mediu continuu, adică. к. Lungimea de undă este neglijabilă. În condiții normale (la presiune atmosferică), drumul liber al moleculelor este de 10^-7 м. Care este gama de lungimi de undă? Nu sunt sonore pentru că nu le putem auzi. Dacă calculăm frecvența sunetului hipersonic, aflăm că aceasta este de 3×10⁹ Hz și peste. Hiper-sonorul se măsoară în gigahertzi (1 GHz = 1 miliard de Hz).

Cum afectează frecvența unui sunet înălțimea acestuia

Gama de frecvențe sonore afectează gama de altitudine. Deși înălțimea este o percepție subiectivă, ea este determinată de o caracteristică obiectivă a sunetului, frecvența. Frecvențele înalte produc sunete înalte. Înălțimea sunetului depinde de lungimea de undă? Bineînțeles, viteza, frecvența și lungimea de undă sunt toate legate între ele. Cu toate acestea, un sunet de aceeași frecvență va avea lungimi de undă diferite în medii diferite, dar va fi perceput în același mod.

Auzim sunetele pentru că schimbările de presiune provoacă vibrații ale timpanului nostru. Presiunea se schimbă cu aceeași frecvență, deci nu contează că lungimea de undă este diferită în medii diferite. Din cauza aceleiași frecvențe, percepem sunetul ca fiind înalt sau scăzut în apă sau în aer. În apă, viteza sunetului este de 1,5 km/sec, adică de aproape 5 ori mai mare decât în aer, astfel încât lungimea de undă este mult mai mare. Dar dacă corpul ar vibra la o frecvență constantă (de exemplu, 500 Hz) în ambele medii, înălțimea sunetului ar fi aceeași.

Există sunete care nu au înălțime, cum ar fi sunetul "shh-shh". Fluctuațiile lor de frecvență nu sunt periodice, ci haotice, așa că le percepem ca zgomot.