Физические характеристики звука. Тоны и шумы.
Звуковая волна описывается уравнием механической волны
p=p0cos ω(t-x/v)
где р и р0- звуковое давление в конкретной точке пространства и максимальное звуковое давление соответственно; w - круговая частота, t – время, x- координата точки среды (одномерный случай), v– скорость звуковой волны.
Физическими характеристиками звука являются: звуковое давление, интенсивность, частота, период, скорость звуковой волны и другие Эти характеристики могут быть измерены физическими приборами.
Интенсивностью, или силой звука, называют плотность потока энергии звуковой волны; единицы измерения: Вт/м2.
где W-энергия, t-время,
S-площадь, Ф-поток энергии.
Звуковая волна оказывает на тело, помещенное на пути ее распространения давление.
Звуковым,или акустическим, давлением p называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды), образующееся в участках сгущения частиц в звуковой волне. Оно измеряется в Н/м2.
Для плоской гармонической волны звуковое давление Dp связано с интенсивностью звука (I ) соотношением 
или
, (2)
где Dp0 - амплитудное, а Dpэф — эффективное (среднеквадратичное, которое обычно используется на практике) значения акустического давления.
Произведение скорости звука c в данной среде на плотность среды r называется удельным акустическим сопротивлением среды (волновым сопротивлением среды).
Удельный акустический импедансZ: 
,
где p - звуковое давление, V — колебательная скорость частицы среды.
Удельный акустический импедансаналогичен электрическому импедансу
,
где U- напряжение, i-сила тока.
Интенсивность звука: 
, (3)
интенсивность плоской волны:
, (4)
гдеV- средняя скорость смещения частиц в волне.
Сравнение формул 3 и 4 дает нам зависимость скорости смещения частиц в среде от давления 
.
(5)
Величину Z называют акустическим импедансом.
Акустический импеданс является основной характеристикой акустических свойств среды, определяющей условия отражения и преломления звука на границе сред. Для воздуха (при нормальных условиях) Z = 430 кг/м2×сек, для воды примерно 145×104 кг/м2×сек, для железа 4 × 107 кг/м2×сек .
Звуки разделяют на тоны и шумы.
Тономназывается звук, который представляет колебание с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой. В зависимости от формы колебания частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Сложный тон может быть разложен на простые, получающийся набор частот с амплитудами называется акустическим спектром (рис. 1.). Спектр сложного тона линейчатый.
 | |||
| |||
Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового
генератора. К сложным относятся звуки музыкальных инструментов, гласные звуки речи человека и др.
Звуковой тон характеризуется частотой (или периодом), амплитудой и формой колебания или его гармоническим спектром, а также величинами, относящимися к звуковой волне: интенсивностью, или силой звука, и звуковым давлением.
Шумомназывают звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью (рис. 2.).
К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума - сплошной.
Шумом называют самые различные звуки, представляющие сочетание множества различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность которых беспорядочно меняются.
Шум является вредным явлением. Длительное действие шума на орган слуха вызывает ослабление чувствительности уха, может привести к частичной или полной потере слуха. Действуя на нервную систему, шум вызывает повышенную утомляемость, снижение работоспособности, различные нервные заболевания.
Вредность шума зависит от его громкости и спектрального состава. Нормально допустимым уровнем шума считается 40 - 50 дБ.
Для объективного измерения громкости шума применяются приборы, называемые шумомерами. Шумомер содержит микрофон, который преобразует звуковые колебания в электрические. Эти колебания затем усиливаются и средняя мощность их измеряется при помощи микроамперметра со шкалой, градуированной в децибелах громкости.