Дыбыстық толқындар және оның сипаттамалары

Жиілігі 16 – 20000 Гц аралығындағы ортада тарайтын серпімді

толқынды дыбыс деп атайды. Жиілігі υ < 16Гц (инфрадыбыс) және υ > 20кГц (ультрадыбыс) толқындарды адамның құлағы сезбейді. Газдар

мен сұйықтарда сығылу (созылу) деформациясы кезінде серпімділік қасиеті

туындайтындықтан, онда тек қума толқындар тарайды. Қатты денелердегі

дыбыс толқындары қума немесе көлденең болуы мүмкін. Өйткені қатты

денелердің сығылу (созылу) және ығысу деформацияларының серпімділік

қасиеттері бар. Дыбыс толқынның таралу бағытына перпендикуляр

орналасқан бірлік ауданнан бірлік уақытта өтетін уақыт бойынша орташа

энергияның шамасын дыбыстың интенсивтілігі деп атайды:

J=W/St (6.8.5)

Адам құлағының сезімталдығы әртүрлі жиілік үшін әртүрлі болады.

Құлақ дыбысты сезуі үшін толқын қандайда бір минималь интенсивтілікті

иеленуі қажет. Егер интенсивтілік белгілі бір шектен шықса, дыбыс

естілмейді немесе құлақты ауырта бастайды. Сондықтан дыбыс тербелісінің

әрбір жиілігі үшін оны қабылдай алатын интенсивтіліктің төменгі және

жоғарғы мәндері бар. Дыбыстың интенсивтілігі артса, қаттылығы төменде

келтірілген логарифмдік заңмен ұлғаятындығы дәлелденген:

L=lg(J/J0) (6.8.6)

Мұндағы, J0 барлық дыбыстар үшін 10^-12 Вт/м^2 тең дыбыстың естілу

табалдырығындағы интенсивтілігі. L дицебалмен өлшенетін дыбыстың

интенсивтілігінің деңгейі. Дыбыстың физиологиялық сипаттамасы фонмен

өлшенетін деңгейі болып табылады. Мысалы, метро вагонындағы шуыл

үлкен жылдамдықта 90 фон болса, 1 м қашықтағы сыбырлау 20 фонға тең.

Дыбысты сезу тембрдің биіктігімен сипатталады. Жиілік артса, дыбыстың

биіктігі жоғарылайды. Реал дыбыс әртүрлі жиліктердегі гармоникалық

тербелістердің қосындысынан тұрады. Яғни, ол акустикалық тұтас немесе

сызықты спектрлермен сипатталады. Акустикалық спектрлердің сипат-

тамасы және энергияның анықталған жиіліктер аралығында үлестірілуі

тембр деп аталатын дыбыстың сезгіштігін анықтайды. Мысалы, бір нотаны

алатын әртүрлі әншілердің акустикалық спектрлері бірдей емес (олардың

тембрлері әртүрлі). Кез келген серпімді ортада дыбыс жиілігімен тербелетін

дене оның көзі болады. (Домбырада оның шегі, үрмелі құбыршада ауаның

көлемі). Дене тербелісін өзіне жақын орналасқан ортаның бөлшектеріне

беру арқылы белгілі бір жылдамдықпен толқын таратады. (Толқынның

жиілігі көздің тербелу жиілігіне тең). Толқынның ортадағы таралу жылдамдығы, оның тығыздығы мен серпімділік қасиеттеріне тәуелді.

Газдардағы дыбыстың таралу жылдамдығы мына формуламен есептеледі:

U=sqr(γRT/M) (6.8.7)

Мұндағы, R универсал газ тұрақтысы, М молярлық масса,

γ =Cp/Cv

лықтарының қатынасы, Т – температурасы. Формуладан газдардағы дыбыс

жылдамдығының қысымға тәуелсіз және температура ұлғайған сайын

артатындығы шығады. Молярлық масса артқан сайын, дыбыс жылдамдығы

кемиді. Мысалы, Т=273К температурада дыбыстың ауадағы (M=29*10^-3кг/моль)

жылдамдығы 331 м/с, ал сутегідегісі (М=2×10^-3 кг/моль) 1260м/с тең.

Дыбыстың орталардағы жылдамдығын тәжірибе жүзінде өлшеу арқылы

олардың адиабаталық және изотермалық модульдерін, сығылу

коэффициенттерін, тұрақты қысым мен көлемдегі жылу

сыйымдылықтардың қатынастарын белгілі формулаларды пайдаланып

есептей аламыз.

Жиілігі ν > 20кГц дыбысты (ультрадыбысты) құлақ естімейді. Ультрадыбыстың жиілігі жоғары, толқын ұзындығы кіші болғандықтан, оны жарық сияқты бағытталған толқын ретінде алуға болады. Мысалы, кері пьезэлектрлік эффект құбылысында кварц немесе барий титанының қалақшаларын айнымалы электр өрісіне орналастырсақ, ол деформацияланып, еріксіз тербеледі. Қалақшаның мешікті жиілігіндегі резонанста амплитудасы үлкен тербеліс алынып, ультрадыбыс толқынының интенсивтілігі жоғарылайды. Осыған ұқсас ферромагниттен жасалған өзекшені жылдам өзгеретін айнымалы магнит өрісіне орналастырсақ, ол механикалық тербеліске ұшырайды. Тербелістің амплитудасы резонанс кезінде максимал.