Rozsah zvukových frekvencí. Vztah frekvence zvukové vlny, její délky a rychlosti

Nyní je na internetu spousta příležitostí vyzkoušet si ostrost vašeho sluchu online. K tomu musíte spustit video se zvukem, jehož frekvence se zvyšuje. Tvůrci testu doporučují provést kontrolu ve sluchátkách, aby nedošlo k rušení cizími zvuky. Rozsah zvukových frekvencí ve videu začíná tak vysokými hodnotami, které mohou jednotky slyšet. Dále se frekvence zvuku plynule snižuje a na konci videa je slyšet zvuk, který uslyší i osoba s oslabeným sluchem.

V průběhu videa je uživateli zobrazena hodnota frekvence zvuku, který se přehrává. Podmínky testu naznačují, že video musí být zastaveno v okamžiku, kdy osoba může slyšet zvuk. Dále se podívejte, na jaké značce se frekvence zastavila. Její význam objasní, že sluch je normální, lepší než většina lidí, nebo stojí za to navštívit lékaře. Některé testy ukazují, jaký věk odpovídá mezní frekvenci, kterou osoba slyšela.

Co představuje zvuk a zvuková vlna

Zvuk je subjektivní pocit, ale slyšíme ho, protože do našeho ucha vstupuje něco skutečně existujícího. Je to zvuková vlna. Fyzici se zajímají o to, jak pocity, které zažíváme, souvisejí s charakteristikami zvukové vlny.

Zvukové vlny jsou podélné mechanické vlny s malou amplitudou vlny, jejichž frekvenční rozsah je 20 Hz-20 kHz. Malá amplituda — to je, když změna tlak v důsledku stlačování a ředění je mnohem menší než tlak v tomto médiu. Ve vzduchu v kompresních a řídicích oblastech je změna tlaku mnohem menší než atmosférická. Pokud je amplituda stejného řádu nebo větší než atmosférický tlak, nejedná se již o zvukové vlny, ale o rázové vlny, šíří se nadzvukovou rychlostí.

Slyšitelnost zvuků

Už jsme zjistili, jaký je rozsah zvukových frekvencí, ale co leží za jeho hranicemi? Pokud je frekvence menší než 20 Hz, takové vlny se nazývají infrazvukové vlny. Pokud je více než 20 kHz ultrazvukové vlny. Infra i ultrazvuk nezpůsobují sluchové pocity. Hranice jsou dostatečně rozmazané: děti slyší 22-23 kHz, nestárnoucí lidé mohou vnímat 21 kHz, někdo slyší 16 Hz. To znamená, čím mladší je člověk, tím vyšší je frekvence, kterou slyší.

Psi slyší vyšší frekvence. Tuto schopnost používají trenéři, podávají příkazy ultrazvukovou píšťalkou, kterou lidé neslyší. Obrázek ukazuje frekvenční rozsahy dostupné pro vnímání různými zvířaty.

Zvuk jako zbraň policistů

Uvádíme příklad případu, který ukazuje, že rozsah zvukových frekvencí slyšených člověkem je přibližný a závisí na individuálních vlastnostech.

Ve Washingtonu policie našla způsob, jak nenásilně rozptýlit mladé lidi. Mladíci a dívky se neustále scházeli poblíž jedné ze stanic metra, komunikovali. Úřady usoudily, že jejich bezcílná zábava brání ostatním, t. k. u vchodu se hromadí příliš mnoho lidí. Policisté nainstalovali zařízení "komár", které vydávalo zvuk na frekvenci 17,5 kHz. Toto zařízení je určeno k odpuzování hmyzu, ale výrobci ujistili, že zvukové vlny této frekvence vnímají pouze teenageři od 13 let a ne starší než 25 let.

Díky zařízení se podařilo zbavit mladých lidí, ale muž ve věku 28 let uslyšel zvuk a stěžoval si na správu města. Místní úřady musely přestat používat zařízení.

Rozsah vlnové délky

Vlny zvukových frekvencí v různých prostředích mají různé vlastnosti. Délka a rychlost šíření vlny se liší. Ve vzduchu (při pokojové teplotě) je rychlost 340 m / s.

Zvažte vlny s frekvencemi v rozsahu, který slyšíme. Jejich minimální délka je 17 mm, Maximální délka je 17 m. Zvuk s NEJNIŽŠÍ vlnovou délkou je na okraji ultrazvuku a s největší se blíží infrazvuku.

Rychlost zvukové vlny

Předpokládá se, že světlo se šíří okamžitě a šíření zvuku vyžaduje určitý čas. Ve skutečnosti má světlo také rychlost, je to jen extrémní, rychlejší než světlo, nic se nepohybuje. Pokud jde o zvuk, největší zájem je o jeho šíření ve vzduchu, i když rychlost zvukové vlny v hustších prostředích je mnohem vyšší. Vzpomeňme na bouřku: zpočátku vidíme blesk, pak uslyšíme hrom. Zvuk zaostává, protože jeho rychlost je mnohokrát nižší než rychlost světla. Rychlost zvuku byla poprvé měřena zachycením časového intervalu mezi výstřelem z muškety a zvukem. Poté vzali vzdálenost mezi zbraní a průzkumníkem a rozdělili ji na čas" zpoždění " zvuku.

Tato metoda má dvě nevýhody. Nejprve je to chyba stopek, zejména v těsné blízkosti zdroje zvuku. Za druhé, je to rychlost reakce. Při tomto měření nebudou výsledky přesné. Pro výpočet rychlosti je výhodnější vzít známou frekvenci určitého zvuku. K dispozici je frekvenční generátor, zařízení s rozsahem zvukových frekvencí od 20 Hz do 20 kHz.

Zahrnuje se na požadovanou frekvenci, během experimentu se měří vlnová délka. Vynásobením obou veličin získáte rychlost zvuku.

Hypersonic

Vlnová délka se vypočítá vydělením rychlosti frekvencí, takže se zvyšující se frekvencí se vlnová délka snižuje. Je možné vytvořit oscilace tak vysoké frekvence, že vlnová délka bude jednoho řádu s volnými délkami molekul plynu, například vzduchu. To je nadzvuk. Špatně se šíří, protože vzduch již není považován za pevné médium, t. k. vlnová délka je zanedbatelná. Za normálních podmínek (za atmosférického tlaku) je délka volného běhu molekul 10^-7 m. Jaký je frekvenční rozsah vln? Nejsou zvukové, protože je neslyšíme. Pokud vypočítáte frekvenci nadzvuku, ukáže se, že je 3×10⁹ Hz a vyšší. Měří hypersonický zvuk v gigahertzech (1 GHz = 1 miliarda Hz).

Jak frekvence zvuku ovlivňuje jeho výšku

Rozsah zvukových frekvencí ovlivňuje rozsah výšky. Ačkoli výška tónu je subjektivní pocit, ale je určena objektivní charakteristikou zvuku, frekvencí. Vysoké frekvence vytvářejí vysoký zvuk. Závisí výška tónu na vlnové délce? Rychlost, frekvence a vlnová délka jsou samozřejmě vzájemně propojeny. Zvuk stejné frekvence však bude mít různé vlnové délky v různých prostředích, ale bude vnímán stejně.

Slyšíme zvuk, protože změny tlaku způsobují kolísání ušního bubínku. Tlak se mění se stejnou frekvencí, takže v různých prostředích je vlnová délka odlišná. Kvůli stejné frekvenci vnímáme zvuk jako vysoký nebo nízký i ve vodě, i když ve vzduchu. Ve vodě je rychlost zvuku 1,5 km / s, téměř 5krát větší než ve vzduchu, tedy mnohem větší a vlnová délka. Pokud však tělo vibruje při nezměněné frekvenci (řekněme 500 Hz) v obou prostředích, výška tónu bude stejná.

Existují zvuky, které nemají výšku, například zvuk "sh-sh". Jejich kmitočty nejsou periodické, ale chaotické, takže je vnímáme jako hluk.