Спектральная чувствительность человеческого уха

работа принята к зачету
...

1. вступ……………………………………………………..3
2. Спектральная чувствительность человеческого уха…….4
3. список литературы………………………………………13

введение не требуется

Теория волнового движения включает в себя следующие положения: некоторая величина имеет в каждой точке пространства определенное значение для каждого момента времени; значение этой величины испытывает периодическое изменение; область возмущения непрерывно перемещается из одного места в другое.Большое значение в развитии теории звука и волновых процессов сыграл метод Фурье (см. приложение IV), позволяющий анализировать и синтезировать сложные колебательные процессы с использованием простых гармонических составляющих [6 — 10].С развитием радиотехники и радиовещания акустика получила бурное развитие. Возникла практическая необходимость преобразования электромагнитных колебаний в акустические и обратно. Изучение процессов распространения звуковых волн в естественной среде (атмосфере, гидросфере, литосфере) позволило создать различные направления в акустике — атмосферная акустика, гидроакустика, геоакустика. В связи с развитием различных технических приложений были созданы гидролокация, электроакустика, архитектурная, музыкальная, строительная акустика, аэроакустика и т.д. Источником звука являются тела или системы тел, движения которых относительно окружающей среды нарушают ее равновесное состояние.Источники звука можно разделить на следующие основные типы, не претендуя на исчерпывающую классификацию:колебательные или автоколебательные системы, в которых под действием локального источника энергии возникают либо собственные затухающие колебания, либо незатухающие автоколебания (все музыкальные инструменты, человеческий голос, паровые и пневматические свистки и т. п.);вращательные системы, в которых периодические изменения давления и скорости среды вызываются от вращающихся тел (винт самолета или корабля; ротор электромеханического устройства; турбины; сирены, создающие звук в результате периодических изменений скорости газовой струи и т. п.);электроакустические преобразователи (телефоны, громкоговорители, эталонные источники звука - термофоны и т. п.).Голосовой аппарат человека является сложной автоколебательной системой, включающей в себя легкие, бронхи, трахею, гортань с голосовыми связками, совокупность резонаторов (глотка, носоглотка, рот, нос). Уникальными голосовыми данными обладают великие мастера оперной сцены.Таким образом, источниками звука могут быть разнообразные процессы, явления, вызывающие возмущение упругой среды относительно среднего равновесного состояния.Объективные акустические характеристики. Для описания колебательных процессов упругой среды в акустике приняты следующие объективные характеристики [11] и понятия. В случае периодических колебаний скорость распространения звука v в упругой среде связана с длиной волны , частотой f и периодом T соотношением:В области акустики применяется, в основном, система СИ. Единицы акустических величин представлены в приложении V.Звуковая энергия Езв состоит из кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии упругой деформации.Плотность звуковой энергии зв определяет звуковую энергию, отнесенную к единице объема упругой среды.Поток звуковой энергии (звуковая мощность) Wзв определяет энергию, переносимую в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения.Звуковое давление р в упругой среде при наличии звуковых колебаний складывается из давления в невозмущенной среде и переменного дополнительного давления, возникающего в каждой точке среды в данный момент времени. При этом звуковое давление в течение периода колебаний изменяет свою величину и знак между положительными и отрицательными амплитудными значениями.Объемная скорость 0 определяется как произведение колебательной скорости и площади, которую за единицу времени пересекают все частицы из объема vS, т. е. 0 = vS Размерность 0 измеряется в м3/с, см3/с.Интенсивность звука (сила звука) J определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны: (2.7)Сила звука является одной из основных энергетических характеристик. Общие законы движения энергии в упругих средах впервые были изучены в 1874 г. русским физиком Н. А. Умовым в его докторской диссертации «Уравнение движения энергии в телах». Вектор Умова определяет по величине и по направлению величину потока энергии. В случае распространения звуковых волн в упругой среде вектор Умова определяется произведением объемной плотности колебательной энергии на скорость ее движения. Среднее значение по времени вектора Умова определяется силой звука.В случае плоской синусоидальной волны малой амплитуды в неподвижной и изотропной среде интенсивность (сила) звука J связана с максимальными по времени амплитудами звукового давления р и колебательной скорости соотношением:(2.8)где р — плотность среды.Мгновенное значение скорости в случае волн в газовой и жидкой средах определяется соотношением(2.9)Умножив обе части соотношения (2.9) на площадь S, получим:Величину v/S принято называть акустическим сопротивлением Ra. Объемная скорость колебаний 0 в общем случае может не совпадать по фазе с переменным звуковым давлением р, поэтому, вводят понятие удельного акустического сопротивления а (акустического импеданса), которое является акустическим сопротивлением единицы площади:т. е. удельное акустическое сопротивление равно произведению плотности частиц на скорость распространения колебаний. Величина а определяет амплитуду звукового давления в среде при заданной амплитуде колебательной скорости частиц. Причем, чем больше величина а тем больше степень сжатия и разрежения среды при распространении звуковой волны с заданной амплитудой.Усредненная по времени плотность звуковой энергии Ёзв определяется следующими соотношениями:В акустике введено также понятие механического сопротивления Rм которое определяется отношением периодической силы к скорости колебаний: Помимо указанных выше характеристик акустических величин пользуются относительными параметрами, т.е. применяются отношения измеряемых величин к некоторым пороговым значениям. Поэтому введены понятия относительных уровней звукового давления и интенсивности. Разность двух уровней J1 J2 определяется соотношениемLy=lg(J2/J1).(2.14)Единицей измерения разности уровней является бел (Б), определяемый как логарифм отношения интенсивностей при J2/J1 =10. При этом десятичный логарифм равен 1.Применяется также другая единица - децибел (дБ), равная 0,1 Б. Таким образом, при разности уровней, равной 1 дБ, отношениеПри этом разность уровней J2, J1 определяется соотношением: (2.16)Используя соотношение J=p2/pv, определяют разность уровней звуковой мощности, (2.17)В случае измерений уровней звукового давления в децибелах имеем:Lp=20lg(p2/p1)(2-18)На практике иногда разности уровней J и р измеряют в неперах (Нп). При этом применяют натуральные логарифмы, а соотношения между белом, децибелом и непером соответственно равны:1 Б = 2,303 Нп; 1 дБ=0,2303/2 Нп = 0,1151 Нп. (2.19)Условным порогом звукового давления считается величина, равная 210-5 Па.Субъективное восприятие звука. Чувствительность человеческого уха различна к звукам разных частот. Поэтому восприятие звука хотя и зависит от интенсивности, но эта зависимость имеет сложный характер и не является однозначной. Слуховой аппарат человека реагирует на высоту звука, его интенсивность, тембр, который зависит от относительной интенсивности дополнительных колебаний более высокого порядка, чем основная частота, определяющая высоту звука. Субъективное восприятие звука определяется величинами, сопоставимыми в той или иной степени с объективными акустическими характеристиками, рассмотренными выше.Качественная характеристика звука определяется его частотой. Основным интервалом в музыке и технической акустике является октава. Величина этого интервала определяется граничными частотами, отношение которых равно двум. Разные звуки воспринимаются человеческим ухом как равноотстоящие по высоте, если отношения их частот равны.На рис. 2.3 представлено семейство кривых, нижняя из которых представляет собой порог слышимости, а верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения. Оси координат даны в логарифмическом масштабе. Каждой кривой соответствует одинаковая громкость воспринимаемых звуков разных частот. Иными словами, звукам одинаковой громкости разных частот соответствуют разные уровни интенсивности. Кроме того, кривые на рис. 2.3 построены таким образом, что при частоте 1000 Гц они сдвинуты друг относительно друга на 10 дБ. Для характеристики уровня громкости иногда пользуются специальной единицей — фон. Эта единица определяется как разность уровней громкости двух звуков даннойРис 2.3. Семейство кривых одинаковой громкости, отстоящих друг от друга на 10 Дбпри частоте 1000 Гц: нижняя кривая — порог слышимости; верхняя кривая — порог болевого ощущениячастоты, равногромкие которым звуки с частотой 1000 Гц отличаются по интенсивности на 10 дБ. Предел слышимости принимается за нулевой уровень.Скорость звука в средах. В газе и жидкости звуковые волны являются продольными, потому что эти среды обладают только объемной упругостью. Скорость звука в этих средах не зависит от частоты в слышимом и инфразвуковом диапазонах. В многоатомных газах и жидкостях со сложным строением молекул зависимость скорости звука от частоты (дисперсия звука) наблюдается в области достаточно высоких ультразвуковых частот.Твердые тела помимо объемной упругости обладают упругостью формы, поэтому в твердых телах распространяются как продольные, так и поперечные волны. Волновые фронты распространения в твердых телах зависят от свойств вещества, формы тела, направления.В случае малых амплитуд колебаний скорость звука в газах определяется уравнением Лапласа: (2.20)где р — давление невозмущенного газа; у — отношение теплоем-костей при постоянных давлении и объеме; М — молекулярная масса; Л — универсальная газовая постоянная; Т—температура; р — плотность среды.Для жидких сред звуковая скорость имеет вид:где К — адиабатический модуль объемного сжатия; ад— адиабатическая сжимаемость; из= ад - изотермическая сжимаемость.В неограничной твердой среде скорости продольных vj и поперечных v2 колебаний имеют значения [12]:где Мю — модуль Юнга; к — коэффициент Пуассона; — модуль сдвига (см. приложение VI). Модуль Юнга часто называют модулем растяжения. Для стержня, длина которого намного больше его диаметра, звуковая скорость продольных волн равна у/Мю/р •Упругая волна представляет собой две независимо распространяющиеся волны. В продольной волне смещение в среде совпадает с направлением распространения колебаний со скоростью vt.