Амплитудные характеристики звука.

Прежде чем подробно говорить об амплитудных характеристиках звука, давайте договоримся, что термины амплитуда и интенсивность являются взаимозаменяемыми.

Итак, звуки отличаются друг от друга по амплитуде, или интенсивности – то есть по количеству изменения звукового давления. При низком давлении амплитуда звука мала и звук слабый, при высоком давлении воздуха амплитуда звука велика и слышен интенсивный звук. Таким образом чем выше интенсивность, тем сильнее звук.

Будучи физическим параметром, амплитуда, или интенсивность, звука зависит от давления или силы, воздействующих на его источник.

Интенсивность звуковых колебаний соответствует квадрату звукового давления:

I=kP²,

где I- интенсивность, Р – давление, k – табличный коэффициент, который зависит от среды, в которой распространяется звук.

В свою очередь, звуковое давление – это давление, оказываемое частицами колеблющейся среды на единицу площади поверхности, при условии, что эта поверхность перпендикулярна направлению движения частиц.

Основной единицей измерения давления является сила на единицу площади и выражается в ньютонах на квадратный метр – Н/м². В акустике для удобства давление измеряется в динах на квадратный сантиметр – дин/см² или микробарах. Соотносятся эти единицы следующим образом: 1Н/м²=10 дин/см²=10мкбар.

Интервал амплитуд, к которым чувствительно ухо, чрезвычайно широк. И поскольку этот интервал огромен, удобно пользоваться логарифмической шкалой давлений, названной в честь Александра Грэма Белла децибельной шкалой. Преимущество данной шкалы в том, что она сокращает огромный интервал возможных значений амплитуд и превращает все из значения, доступные для восприятия человеком, в значительно более узкую и удобную для практического использования шкалу, изменяющуюся от 0 до 160 дБ.

Сила звука в децибелах равна:

N_дБ=20logP^e/P^r,

Где: N_дБ – число децибел, P^e – звуковое давление которое нужно выразить в децибелах, P^r – эталонное давление, равное 0,0002 дин/см².

Выражая интенсивность звука в децибелах, мы показываем, во сколько раз он более интенсивен или менее интенсивен, чем звук, соответствующий эталонному звуковому давлению P^r. Децибельная шкала, построенная относительно эталонного давления и принятого в качестве порогового значения, обычно называется уровнем звукового давления.

За точку отсчета Р₀(0дБ) принимается уровень условного абсолютного порога, соответствующего 2*10^-5 Н/м², что соответствует 0,0002 дин/см².

Изменения звукового давления и децибелы связаны между собой логарифмической зависимостью. При десятикратном увеличении звукового давления P^e число децибел увеличивается на 20.

Обратите внимание на таблицу, в которой содержится описание данной зависимости.

Таблица 1.

Связь между звуковым давлением и децибелами(УЗД)для некоторых источников звука.

Давление Pe, дин/см2	дБ	Источник звука
		Реактивный самолет в момент взлета. Может вызвать боль и стать причиной травмы
		Раскат грома, сопровождаемый ударом молнии, рок-музыка передаваемая через усилитель.
		Интенсивный транспортный поток, шум метро, пневматическая дрель.
		Заводской шум, пылесос, фен.
0,2		Обычный разговор.
0,02		Офис, в котором занимаются канцелярской работой, или жилое помещение
0,002		Шепот, шелест листьев
0,0002		Слуховой порог.

 

Согласно данным таблицы, если интенсивность одного звука равна 80дБ, а интенсивность второго 60 дБ, то в первом случае звуковое в 10 раз выше, чем во втором. Обратите внимание на то, что интенсивность шепота на 20 дБ превышает интенсивность звука, соответствующую слуховому порогу и имеющему интенсивность равную 0. В данном случае тоже имеет место десятикратное увеличение звукового давления. Для сравнения: амплитуда звуковой волны, соответствующей обычному разговору, на 60 дБ больше, чем эталонный уровень, что соответствует тысячекратному увеличению звукового давления.