Garsas – tai mechaniniai virpesiai, sklindantys elastingoje medžiagoje daugiausia išilginių bangų pavidalu.

Vakuume garsas nesklinda, nes garso perdavimui reikalinga materiali terpė ir mechaninis materialios terpės dalelių kontaktas.

Garsas sklinda terpėje garso bangų pavidalu. Garso bangos – tai mechaniniai virpesiai, perduodami terpėje jos sąlyginių dalelių pagalba. Pagal sąlygines aplinkos daleles supranta jos mikrotūrius.

Pagrindinės fizinės akustinės bangos savybės:

1. Dažnis.

Dažnis garso banga yra kiekis lygus pilnų svyravimų skaičiui per laiko vienetą. Nurodomas simboliu v (nuogas) ir išmatuotas hercais. 1 Hz \u003d 1 skaičius / sek. \u003d [ s -1 ].

Garso virpesių skalė skirstoma į šiuos dažnio intervalus:

infragarsas (nuo 0 iki 16 Hz);

girdimas garsas (nuo 16 iki 16 000 Hz);

Ultragarsas (virš 16 000 Hz).

Su garso bangos dažniu glaudžiai susijęs abipusis, garso bangos periodas. Laikotarpis garso banga – vieno pilno terpės dalelių svyravimo laikas. Žymima T ir matuojamas sekundėmis [s].

Pagal garso bangą nešančių terpės dalelių virpesių kryptį garso bangos skirstomos į:

· išilginis;

skersinis.

Išilginėms bangoms terpės dalelių svyravimo kryptis sutampa su sklidimo kryptimi garso bangos terpėje (1 pav.).

Skersinėms bangoms terpės dalelių virpesių kryptys yra statmenos garso bangos sklidimo krypčiai (2 pav.).

Ryžiai. 1 pav. 2

Išilginės bangos sklinda dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose. Skersinis – tik kietose medžiagose.

3. Virpesių forma.

Pagal virpesių formą garso bangos skirstomos į:

· paprastosios bangos;

sudėtingos bangos.

Paprastos bangos grafikas yra sinusinė banga.

Sudėtingas bangų grafikas yra bet kokia periodinė nesinusinė kreivė .

4. Bangos ilgis.

bangos ilgis – dydis, lygus atstumui, per kurį garso banga sklinda per laiką, lygų vienam periodui. Jis žymimas λ (lambda) ir matuojamas metrais (m), centimetrais (cm), milimetrais (mm), mikrometrais (µm).

Bangos ilgis priklauso nuo terpės, kurioje garsas sklinda.

5. Garso bangos greitis.

garso bangos greitis yra garso sklidimo greitis terpėje su nejudančiu garso šaltiniu. Žymima simboliu v, apskaičiuojama pagal formulę:

Garso bangos greitis priklauso nuo terpės tipo ir temperatūros. Didžiausias garso greitis kietuose elastinguose kūnuose, mažesnis – skysčiuose, o mažiausias – dujose.

oras, normalus atmosferos slėgis, temperatūra - 20 laipsnių, v = 342 m/s;

vanduo, temperatūra 15-20 laipsnių, v = 1500 m/s;

metalai, v = 5000-10000 m/s.

Garso greitis ore padidėja apie 0,6 m/s, temperatūrai pakilus 10 laipsnių.

Išstudijavę daugybę mokslinių knygų ir straipsnių projekto tema, sužinojome, kas yra garsas, jo savybės ir ypatybės. Garsą girdime: švelnią smuiko melodiją, nerimą keliantį varpo skambėjimą, krioklio ošimą, žmogaus ištartus žodžius, griaustinį, žemės drebėjimus.

Fizikos požiūriu garsas, kaip fizikinis reiškinys, yra elastingos terpės (oro, skysčio ir kietos medžiagos) mechaninė vibracija garsinių dažnių diapazone. Žmogaus ausis suvokia vibracijas, kurių dažnis yra nuo 16 iki 20 000 hercų (Hz). Garso bangos, sklindančios ore, vadinamos oro garsu. Garso dažnių svyravimai, sklindantys kietosiose medžiagose, vadinami struktūriniu garsu arba garso vibracija. Bangos, kurių dažnis mažesnis nei 16 Hz, vadinamos infragarsu, kurių dažnis didesnis nei 20 kHz – ultragarsu.

Išsiaiškinome, kad koks nors vibruojantis kūnas visada yra garso šaltinis. Šis kūnas pajudina aplinkinį orą, kuriame pradeda sklisti elastinės išilginės bangos. Kai šios bangos pasiekia ausį, jos sukelia ausies būgnelio vibraciją ir mes patiriame garsą. Mechaninės bangos, kurių poveikis ausiai sukelia garso pojūtį, vadinamos garso bangomis. Jei Mėnulyje būtų gyvos būtybės, joms nereikėtų klausos: Mėnulyje nėra atmosferos, o beorėje erdvėje nėra ko vibruoti, nėra garso.

Fizikos šaka, tirianti garso bangų kilmę, sklidimą ir savybes, vadinama akustika. Akustika toli gražu nėra visiškas mokslas.

Išanalizavę enciklopedinius leidinius, projekto autoriai išsiaiškino, kad vis dar laukia jų paaiškinimo apie žmogaus klausos paslaptį. Iki šiol nebuvo atskleistos smuikų, pagamintų XVII-XVIII amžiuje italų meistrų Amati, Stradivari ir Guarneri, paslaptys. Kodėl jie skamba taip žaviai? Kodėl, šiek tiek pakeitę smuiko korpuso formą, galite šiek tiek padidinti jo garsą? Kodėl vienoje patalpoje orkestro grojimas žavi savo skambumu ir grožiu, o kitame tuo pačiu išnyksta kai kurie garso atspalviai? Akustikoje vis dar yra daug svarbių, neišspręstų ir net paslaptingų problemų.

Mokslas įrodė, kad žuvys visai nėra nebylios ar kurčios, jos taip pat leidžia garsus ir juos girdi, nes suvokia vandenyje atsirandančius virpesius. Jas žmonėms pavyksta „išgirsti“ tik specialių prietaisų pagalba.

Vibracijos taip pat kyla ir plinta kietose medžiagose. Žemės drebėjimai jaučiami ne tik toje vietoje, kur jie kilo, bet ir už dešimčių, šimtų ir net tūkstančių kilometrų.

Garso bangos sukuria terpėje kintamo suspaudimo ir retėjimo sritis su atitinkamu slėgio pokyčiu p, palyginti su slėgiu netrikdomoje terpėje p0.

Kintamoji slėgio dedamoji ±?p vadinama akustiniu slėgiu ir lemia, kaip žmogus suvokia garsą.

Norint sukelti garso pojūtį, bangos turi turėti tam tikrą minimalų intensyvumą, kuris vadinamas klausos slenksčiu. Jis skiriasi nuo žmogaus iki žmogaus ir labai priklauso nuo garso dažnio. Žmogaus ausis jautriausiai reaguoja į dažnius nuo 1000 iki 6000 Hz.

Todėl, norint sukelti garso pojūtį, turi būti įvykdytos trys sąlygos: 1) virpesių šaltinis turi būti toks, kad jo dažnis keistųsi tam tikrame (garso) dažnių diapazone; 2) terpė turi būti elastinga; 3) garso bangos galia turi būti pakankama garso pojūčiui sukelti.

Garso bangos sklinda greičiu, kuris priklauso nuo terpės. Yra žinoma, kad žaibas visada būna prieš griaustinį. Jei perkūnija toli, griaustinio uždelsimas gali siekti kelias dešimtis sekundžių.

Dirbdami su teorine projekto dalimi sužinojome, kad prancūzų mokslininkas Laplasas tiksliai apskaičiavo garso greitį 1822 m. Netoli Paryžiaus buvo atliktas eksperimentas. Jame dalyvavo žinomi mokslininkai – Gay-Lussac, Arago, Humboldt ir kiti.Patvirtinta, kad didėjant temperatūrai didėja garso greitis. Sausame ore, esant 0 ° C, jis yra 331,5 m / s, o esant 20 ° C - 344 m / s. O aliuminio ir plieno - apie 5000 m / s. Pavyzdžiui, varpai skleidžia vienodo dažnio garso bangas, tačiau bangos ilgis yra ilgesnis terpėje, kur sklinda didesniu greičiu.

Tiksliau tariant, esant 0 ° C, garso greitis yra 330 m / s, vandenyje 8 ° C - 1435 m / s, pliene - 5000 m / s. Pavyzdžiui, važiuojančio traukinio garsas bėgiais sklinda daug greičiau nei oru, todėl, priglaudę ausį prie bėgių, traukinio artėjimą galite pastebėti daug anksčiau.

Garsas iš skambančio kūno sklinda tolygiai visomis kryptimis, jei jo kelyje nėra kliūčių. Tačiau ne kiekviena kliūtis gali apriboti jos plitimą. Garsas negali būti apsaugotas, tarkime, nedideliu kartono lakštu, kaip nuo šviesos pluošto. Garso bangos, kaip ir bet kurios bangos, sugeba apeiti kliūtis, jų „nepastebėti“, jei jų matmenys mažesni už bangos ilgį. Ore girdimų garso bangų ilgis svyruoja nuo 15 m iki 0,015 m. Jei kliūtys jų kelyje mažesnės (pavyzdžiui, medžių kamienai šviesiuose miškuose), tai bangos jas tiesiog apeina. Didelė kliūtis (siena, namas, uola) atspindi garso bangas pagal tą patį dėsnį kaip ir šviesos bangas: kritimo kampas lygus atspindžio kampui. Taip susidaro aidas. Jį galima išgirsti ir kalnuose, ir miško ribojamose lygumose, o kalnuose aidą rasti kur kas sunkiau.

Garsas girdimas per plonas sienas, nes dėl to jos vibruoja, ir atrodo, kad jos atkuria garsą jau kitame kambaryje, todėl jis bus kiek iškraipytas. Geros garsą izoliuojančios medžiagos – vilna, pūkuoti kilimai, sienos iš putų betono ar porėto sauso tinko – tiesiog skiriasi tuo, kad turi daug sąsajų tarp oro ir kieto korpuso. Praeinant per kiekvieną iš šių paviršių, garsas pakartotinai atsispindi. Bet, be to, pati terpė, kurioje garsas sklinda, jį sugeria. Tas pats garsas geriau ir toliau girdimas švariame ore nei rūke, kur jį sugeria oro ir vandens lašelių sąsaja.

Skirtingo dažnio garso bangos ore sugeriamos skirtingai. Stipresni – aukšti garsai, mažiau – žemi, pavyzdžiui, žemieji dažniai. Štai kodėl laivo švilpukas skleidžia tokį žemą garsą (jo dažnis, kaip taisyklė, ne didesnis kaip 50 Hz): žemas garsas girdimas dideliu atstumu. Infragarsai sugeriami dar mažiau, ypač vandenyje: žuvys juos girdi iš dešimčių ir šimtų kilometrų. Tačiau ultragarsas absorbuojamas labai greitai: 1 MHz dažnio ultragarsas ore susilpnėja per pusę jau 2 cm atstumu.

Fiziškai gebame atskirti garso aukštį, tembrą, garsumą.

Pirma išskirtinė garso kokybė yra jo garsumas. Skirtingiems žmonėms tas pats garsas gali atrodyti garsus ir tylus. Tačiau tam pačiam žmogui garsesni atrodo tie garsai, kuriuose garso bangos virpesių amplitudė didesnė. Bet koks garso stiprumo pokytis atsiranda dėl virpesių amplitudės pasikeitimo.

Antroji garso kokybė yra jo aukštis. Garsas, atitinkantis griežtai apibrėžtą virpesių dažnį, vadinamas tonu. Garso tono sąvoką į akustiką įvedė Galilėjus Galilėjus. Garso tonas nustatomas pagal dažnį, kuriuo keičiasi slėgis garso bangoje. Kuo didesnis garso dažnis, tuo aukštesnis tonas. Galite gauti įvairių tonų garsus naudodami įrenginį, vadinamą kamertonu.

Paspaudę plaktuku į vieną kamertono koją, galite išgirsti tam tikro tono garsą. Įvairių dydžių kamertonai atkuria įvairių tonų garsus. Garso bangas jaudina vibruojančios kamertonų kojelės.

Jei vibruojantys kūnai vienu metu gamintų tik vieną toną, negalėtume atskirti vieno žmogaus balso nuo kito, o visi muzikos instrumentai mums skambėtų vienodai. Bet koks vibruojantis kūnas vienu metu sukuria kelių tonų ir tuo pačiu įvairaus stiprumo garsus. Žemiausias iš jų vadinamas pagrindiniu tonu; aukštesni tonai, lydintys pagrindinį, yra obertonai. Bendrame skambesyje pagrindinis tonas ir obertonai sukuria garso tembrą. Kiekvienas muzikos instrumentas, kiekvieno žmogaus balsas turi savo tembrą, savo skambesio „spalvą“. Vienas tembras nuo kito skiriasi obertonų skaičiumi ir stiprumu. Kuo jų daugiau pagrindinio tono skambesyje, tuo malonesnis garso tembras.

garsas(arba akustinės) bangos

vadinamos elastinėmis bangomis, sklindančiomis terpėje, kurios dažniai yra 16-20000 Hz diapazone. Šių dažnių bangos, veikiančios žmogaus klausos aparatą, sukelia garso pojūtį. Bangos su v< 16 Гц (infragarsinis) ir v> >20 kHz (ultragarsinis)žmogaus klausos organai nesuvokiami.

Garso bangos dujose ir skysčiuose gali būti tik išilginės, nes šios terpės yra tamprios tik gniuždomųjų (tempimo) deformacijų atžvilgiu. Kietosiose medžiagose garso bangos gali būti ir išilginės, ir skersinės, nes kietosios medžiagos yra elastingos gniuždymo (tempimo) ir šlyties deformacijų atžvilgiu.

garso intensyvumas(arba garso galia) vadinama nustatyta verte

garso bangos per laiko vienetą pernešama vidutinė energija per vienetinį plotą, statmeną bangos sklidimo krypčiai:

I=W/(St).

Garso intensyvumo vienetas SI – vatų vienam kvadratiniam metrui(W / m 2).

Žmogaus ausies jautrumas skirtingiems dažniams yra skirtingas. Norint sukelti garso pojūtį, banga turi turėti tam tikrą minimalų intensyvumą, tačiau jei šis intensyvumas viršija tam tikrą ribą, tada garsas nėra girdimas ir sukelia tik skausmą. Taigi kiekvienam virpesių dažniui yra mažiausias (klausos slenkstis) ir didžiausias (skausmo slenkstis) garso, galinčio sukurti garso suvokimą, intensyvumas. Ant pav. 223 rodo klausos ir skausmo slenksčių priklausomybę nuo garso dažnio. Plotas tarp šių dviejų kreivių yra klausos sritis.

Jei garso intensyvumas yra dydis, objektyviai apibūdinantis bangų procesą, tai subjektyvi garso charakteristika, susijusi su jo intensyvumu, yra garso garsumas, priklauso nuo dažnio. Pagal fiziologinį Weberio - Fechnerio dėsnį, didėjant garso intensyvumui, garsumas didėja pagal logaritminį dėsnį. Remiantis tuo, atliekamas objektyvus garso stiprumo įvertinimas pagal išmatuotą jo intensyvumo vertę:

L=lg( aš/aš 0 ),

kur aš 0 – garso intensyvumas ties klausos slenksčiu, priimtinas visiems garsams

kov lygus 10 -1 2 W / m 2. Vertė L paskambino garso intensyvumo lygis

ir yra išreikštas belah(Bell'o telefono išradėjo garbei). Paprastai naudokite 10 kartų mažesnius vienetus - decibelų(dB).

Fiziologinė garso savybė yra garsumo lygis, kuri išreiškiama fonų(fonas). Garso garsumas esant 1000 Hz (standartinio gryno tono dažnis) yra 1 phon, jei jo intensyvumo lygis yra 1 dB. Pavyzdžiui, triukšmas metro vagone dideliu greičiu atitinka 90 fonų, o šnabždesys 1 m atstumu - 20 fonų.

Tikrasis garsas yra harmoninių virpesių perdanga su dideliu dažnių rinkiniu, t. y. garsas turi akustinis spektras, kuris gali būti kietas(tam tikrame intervale yra visų dažnių svyravimai) ir valdė(yra tam tikri dažniai, atskirti vienas nuo kito).

Garso pojūtis, be garsumo, apibūdinamas aukščio ir tembru. Pitch- garso kokybė, nustatoma žmogaus subjektyviai iš klausos ir priklausomai nuo garso dažnio. Didėjant dažniui, didėja garso aukštis, t.y. garsas tampa „aukštesnis“. Akustinio spektro pobūdis ir energijos pasiskirstymas tarp tam tikrų dažnių lemia garso pojūčio originalumą, vadinamą garso tembras. Taigi, skirtingi dainininkai, skambantys ta pačia nata, turi skirtingą akustinį spektrą, t. y. turi skirtingą tembrą.

Garso šaltiniu gali būti bet koks kūnas, svyruojantis tamprioje terpėje su garso dažniu (pavyzdžiui, styginiuose instrumentuose garso šaltinis yra styga, sujungta su instrumento korpusu).

Darydamas svyravimus, kūnas tuo pačiu dažniu sukelia greta esančios terpės dalelių svyravimus. Virpesio judėjimo būsena nuosekliai perduodama terpės dalelėms, kurios vis labiau nutolsta nuo kūno, t. y. banga terpėje sklinda virpesių dažniu, lygiu jos šaltinio dažniui, ir tam tikru greičiu, priklausančiu nuo tankio. ir terpės elastines savybes. Garso bangų sklidimo greitis dujose apskaičiuojamas pagal formulę

v= ( RT/M),(158.1)

kur R- molinė dujų konstanta, M - molinė masė, = C p /C v - pastovaus slėgio ir tūrio dujų molinių šiluminių talpų santykis, T - termodinaminė temperatūra. Iš (158.1) formulės išplaukia, kad garso greitis dujose nepriklauso nuo slėgio p dujos, bet didėja didėjant temperatūrai. Kuo didesnė dujų molinė masė, tuo mažesnis garso greitis jose. Pavyzdžiui, esant T=273 K garso greitis ore (M=29 10 -3 kg/mol) v=331 m/s, vandenilyje (M = 2 10 -3 kg/mol) v=1260 m/s. Išraiška (158.1) atitinka eksperimentinius duomenis.

Garsui sklindant atmosferoje, būtina atsižvelgti į daugybę veiksnių: vėjo greitį ir kryptį, oro drėgmę, dujinės terpės molekulinę sandarą, garso lūžio ir atspindžio reiškinį ties dviejų terpių riba. Be to, bet kuri reali terpė turi klampumą, todėl stebimas garso slopinimas, t.y., mažėja jos amplitudė ir atitinkamai garso bangos intensyvumas sklindant. Garso slopinimą daugiausia lemia jo absorbcija terpėje, susijusi su negrįžtamu garso energijos perėjimu į kitas energijos formas (daugiausia šilumą).

Kambario akustikai tai labai svarbu garso aidėjimas- laipsniško garso slopinimo uždarose erdvėse procesas išjungus jo šaltinį. Jei patalpos tuščios, garsas lėtai gęsta ir susidaro patalpos „bumai“. Jei garsai greitai išnyksta (naudojant garsą sugeriančias medžiagas), jie suvokiami kaip duslūs. Reverb laikas- tai laikas, per kurį garso intensyvumas patalpoje susilpnėja milijoną kartų, o jo lygis – 60 dB. Patalpoje gera akustika, jei aidėjimo laikas yra 0,5-1,5 s.

Garsas – tai tamprios bangos terpėje (dažnai ore), kurios žmogaus ausiai nematomos, bet juntamos (banga veikia ausies būgnelį). Garso banga yra išilginė suspaudimo ir retėjimo banga.

Jei sukursime vakuumą, ar sugebėsime atskirti garsus? Robertas Boyle'as 1660 metais įdėjo laikrodį į stiklinį indą. Išsiurbdamas orą jis negirdėjo jokio garso. Patirtis tai įrodo garsui skleisti reikalinga terpė.

Garsas taip pat gali sklisti skystoje ir kietoje terpėje. Po vandeniu aiškiai girdisi akmenų smūgis. Uždėkite laikrodį ant vieno medinės lentos galo. Priglaudę ausį prie kito galo, aiškiai išgirsite laikrodžio tiksėjimą.

Garso banga sklinda per medieną

Garso šaltinis būtinai yra svyruojantis kūnas. Pavyzdžiui, gitaros styga įprastoje būsenoje neskamba, bet kai tik priverčiame ją svyruoti, kyla garso banga.

Tačiau patirtis rodo, kad ne kiekvienas vibruojantis kūnas yra garso šaltinis. Pavyzdžiui, ant sriegio pakabintas svarelis neskleidžia garso. Faktas yra tas, kad žmogaus ausis suvokia ne visas bangas, o tik tas, kurios sukuria kūnus, svyruojančius nuo 16 Hz iki 20 000 Hz dažniu. Tokios bangos vadinamos garsas. Vadinami virpesiai, kurių dažnis mažesnis nei 16 Hz infragarsas. Vadinami virpesiai, kurių dažnis didesnis nei 20 000 Hz ultragarsu.

Garso greitis

Garso bangos sklinda ne akimirksniu, o tam tikru baigtiniu greičiu (panašiu į tolygaus judėjimo greitį).

Štai kodėl per perkūniją pirmiausia matome žaibą, tai yra šviesą (šviesos greitis daug didesnis už garso greitį), o tada pasigirsta garsas.

Garso greitis priklauso nuo terpės: kietose medžiagose ir skysčiuose garso greitis yra daug didesnis nei ore. Tai lentelėse išmatuotos konstantos. Didėjant terpės temperatūrai, garso greitis didėja, mažėjant – mažėja.

Garsai skirtingi. Garsui apibūdinti įvedami specialūs dydžiai: garsumas, aukštis ir garso tembras.

Garso stiprumas priklauso nuo svyravimų amplitudės: kuo didesnė svyravimų amplitudė, tuo garsesnis. Be to, mūsų ausies garso stiprumo suvokimas priklauso nuo garso bangos virpesių dažnio. Aukštesnio dažnio bangos suvokiamos kaip garsesnės.

Garso bangos dažnis lemia aukštį. Kuo didesnis garso šaltinio vibracijos dažnis, tuo didesnis jo skleidžiamas garsas. Žmogaus balsai skirstomi į keletą diapazonų pagal jų aukštį.

Įvairių šaltinių garsai yra skirtingų dažnių harmoninių virpesių derinys. Didžiausio periodo komponentas (žemiausias dažnis) vadinamas pagrindiniu tonu. Likę garso komponentai yra obertonai. Šių komponentų rinkinys sukuria koloritą, garso tembrą. Skirtingų žmonių balsų obertonų visuma bent šiek tiek skiriasi, tačiau tai nulemia konkretaus balso tembrą.

Aidas. Aidas susidaro dėl garso atspindžio nuo įvairių kliūčių – kalnų, miškų, sienų, didelių pastatų ir kt. Aidas atsiranda tik tada, kai atsispindėjęs garsas suvokiamas atskirai nuo iš pradžių pasakyto garso. Jei atspindinčių paviršių yra daug ir jie yra skirtingais atstumais nuo žmogaus, tai atsispindėjusios garso bangos jį pasieks skirtingu laiku. Tokiu atveju aidas bus daugkartinis. Kad išgirstų aidą, kliūtis turi būti 11 m atstumu nuo žmogaus.

Garso atspindys. Garsas atsimuša nuo lygių paviršių. Todėl naudojant ragelį garso bangos neišsisklaido į visas puses, o suformuoja siaurą spindulį, dėl kurio garso galia didėja ir ji pasklinda didesniu atstumu.

Kai kurie gyvūnai (pavyzdžiui, šikšnosparnis, delfinas) skleidžia ultragarso virpesius, tada suvokia nuo kliūčių atsispindėjusią bangą. Taigi jie nustato vietą ir atstumą iki aplinkinių objektų.

Echolokacija. Tai metodas, leidžiantis nustatyti kūnų vietą ultragarso signalais, atspindėtais nuo jų. Plačiai naudojamas navigacijoje. Montuojamas laivuose sonarai- prietaisai povandeniniams objektams atpažinti ir dugno gyliui bei topografijai nustatyti. Laivo dugne įtaisytas emiteris ir garso imtuvas. Emiteris duoda trumpus signalus. Analizuodamas grįžtančių signalų vėlavimo laiką ir kryptį, kompiuteris nustato garsą atspindėjusio objekto padėtį ir dydį.

Ultragarsu aptinkami ir nustatomi įvairūs mašinos dalių pažeidimai (tuštumos, įtrūkimai ir kt.). Šiam tikslui naudojamas prietaisas vadinamas ultragarsinis defektų detektorius. Į tiriamą dalį nukreipiamas trumpų ultragarsinių signalų srautas, kuris atsispindi nuo jos viduje esančių nehomogeniškumo ir grįžęs patenka į imtuvą. Tose vietose, kur nėra defektų, signalai praeina per detalę be reikšmingo atspindžio ir imtuvo neužfiksuoja.

Ultragarsas plačiai naudojamas medicinoje diagnozuojant ir gydant tam tikras ligas. Skirtingai nuo rentgeno spindulių, jo bangos neturi žalingo poveikio audiniams. Diagnostinis ultragarsas (JAV) leidžia be chirurginės intervencijos atpažinti patologinius organų ir audinių pokyčius. Specialiu prietaisu į tam tikrą kūno vietą siunčiamos 0,5–15 MHz dažnio ultragarso bangos, jos atsispindi nuo tiriamo organo ir kompiuteris ekrane atvaizduoja jo vaizdą.

Infragarsui būdingas mažas sugertis įvairiose terpėse, dėl to infragarso bangos ore, vandenyje ir žemės plutoje gali sklisti labai dideliais atstumais. Šis reiškinys randa praktinį pritaikymą nustatant vietas stiprūs sprogimai arba šaudymo ginklo padėtis. Tai leidžia infragarso sklidimas dideliais atstumais jūroje stichinių nelaimių prognozės- cunamis. Medūzos, vėžiagyviai ir kt. sugeba suvokti infragarsus ir dar gerokai prieš prasidedant audrai pajusti jos artėjimą.

Garso šaltiniai. Garso vibracijos

Žmogus gyvena garsų pasaulyje. Garsas žmogui yra informacijos šaltinis. Jis įspėja žmones apie pavojų. Garsas muzikos, paukščių giesmių pavidalu teikia mums malonumą. Džiaugiamės girdėdami malonaus balso žmogų. Garsai svarbūs ne tik žmogui, bet ir gyvūnams, kuriems geras garso fiksavimas padeda išgyventi.

Garsasyra mechaninės tamprios bangos, sklindančios dujose, skysčiuose, kietose medžiagose, kurios yra nematomos, bet suvokiamos žmogaus ausimi (banga paveikia ausies būgnelį). Garso banga yra išilginė suspaudimo ir retėjimo banga.

Garso priežastis- kūnų vibracija (svyravimai), nors šie virpesiai dažnai mūsų akims nematomi.

ŠAKĖ- tai yra U formos metalinė plokštė, kurio galai atsitrenkę gali svyruoti. Paskelbta kamertonas Garsas yra labai silpnas ir girdimas tik nedideliu atstumu. Rezonatorius- garsui sustiprinti skirta medinė dėžutė, ant kurios galima pritvirtinti kamertoną. Šiuo atveju garsas sklinda ne tik iš kamertono, bet ir iš rezonatoriaus paviršiaus. Tačiau kamertono garsas ant rezonatoriaus bus trumpesnis nei be jo.

Jei sukursime vakuumą, ar sugebėsime atskirti garsus? Robertas Boyle'as 1660 metais įdėjo laikrodį į stiklinį indą. Išsiurbdamas orą jis negirdėjo jokio garso. Patirtis tai įrodo garsui skleisti reikalinga terpė.

Garsas taip pat gali sklisti skystoje ir kietoje terpėje. Po vandeniu aiškiai girdisi akmenų smūgis. Uždėkite laikrodį ant vieno medinės lentos galo. Priglaudę ausį prie kito galo, aiškiai išgirsite laikrodžio tiksėjimą.

Garso šaltinis būtinai yra svyruojantis kūnas. Pavyzdžiui, gitaros styga neskamba įprastoje būsenoje, bet kai tik priverčiame ją svyruoti, kyla garso banga.

Tačiau patirtis rodo, kad ne kiekvienas vibruojantis kūnas yra garso šaltinis. Pavyzdžiui, ant sriegio pakabintas svarelis neskleidžia garso. Garso šaltiniai- fiziniai kūnai, kurie svyruoja, t.y. drebėti ar vibruoti 16–20 000 kartų per sekundę dažniu. Tokios bangos vadinamos garsas.Vibruojantis kūnas gali būti kietas, pavyzdžiui, styga ar žemės pluta, dujinis, pavyzdžiui, oro srove pučiamuosiuose muzikos instrumentuose, arba skystas, pavyzdžiui, bangos ant vandens.

Vadinami virpesiai, kurių dažnis mažesnis nei 16 Hz infragarsas. Vadinami virpesiai, kurių dažnis didesnis nei 20 000 Hz ultragarsu.

Garso banga(garso virpesiai) – tai erdvėje perduodamos medžiagos (pavyzdžiui, oro) molekulių mechaniniai virpesiai. Įsivaizduokime, kaip erdvėje sklinda garso bangos. Dėl kai kurių trikdžių (pavyzdžiui, dėl garsiakalbio kūgio ar gitaros stygos virpesių), sukeliančių oro judėjimą ir virpesius tam tikrame erdvės taške, šioje vietoje atsiranda slėgio kritimas, nes oras suspaustas judant, todėl perteklinis slėgis stumia aplinkinius oro sluoksnius. Šie sluoksniai suspaudžiami, o tai savo ruožtu vėl sukuria perteklinį slėgį, paveikdamas gretimus oro sluoksnius. Taigi, tarsi išilgai grandinės, pradinis trikdymas erdvėje perduodamas iš vieno taško į kitą. Šis procesas apibūdina garso bangų sklidimo erdvėje mechanizmą. Kūnas, sukeliantis oro sutrikimą (vibraciją), vadinamas garso šaltinis.

Mums visiems pažįstama sąvoka garsas" reiškia tik garso virpesių rinkinį, kurį suvokia žmogaus klausos aparatas. Apie tai, kokias vibracijas žmogus suvokia, o kurias ne, pakalbėsime vėliau.

Garso charakteristikos.

Garso virpesiams, kaip ir apskritai visoms vibracijoms, kaip žinoma iš fizikos, būdinga amplitudė (intensyvumas), dažnis ir fazė.

Garso banga gali nukeliauti labai įvairius atstumus. Patrankų šūvis girdimas 10-15 km, žirgų kauksmas ir šunų lojimas - 2-3 km, o šnabždesys – vos už kelių metrų. Šie garsai perduodami oru. Tačiau ne tik oras gali būti garso laidininkas.

Pridėjus ausį prie bėgių, artėjančio traukinio triukšmą išgirsite daug anksčiau ir didesniu atstumu. Tai reiškia, kad metalas garsą praleidžia greičiau ir geriau nei oras. Vanduo taip pat gerai praleidžia garsą. Nėręs į vandenį aiškiai girdi, kaip vienas į kitą tranko akmenys, kaip ošia akmenukai banglentėje.

Vandens savybė – gerai leisti garsą – plačiai naudojama karo metu žvalgybai jūroje, taip pat jūros gyliui matuoti.

Būtina garso bangų sklidimo sąlyga yra materialinės aplinkos buvimas. Vakuume garso bangos nesklinda, nes nėra dalelių, perduodančių sąveiką iš vibracijos šaltinio.

Todėl Mėnulyje dėl atmosferos nebuvimo viešpatauja visiška tyla. Net meteorito kritimo ant jo paviršiaus stebėtojas negirdi.

Kalbant apie garso bangas, labai svarbu paminėti tokią charakteristiką kaip sklidimo greitis.

Garsas sklinda skirtingu greičiu kiekvienoje terpėje.

Garso greitis ore yra apie 340 m/s.

Garso greitis vandenyje yra 1500 m/s.

Garso greitis metaluose, pliene yra 5000 m/s.

Šiltame ore garso greitis yra didesnis nei šaltame, todėl pasikeičia garso sklidimo kryptis.

Aukštis, tonas ir garsumas

Garsai skirtingi. Garsui apibūdinti įvedami specialūs dydžiai: garsumas, aukštis ir garso tembras.

Garso stiprumas priklauso nuo svyravimų amplitudės: kuo didesnė svyravimų amplitudė, tuo garsesnis. Be to, mūsų ausies garso stiprumo suvokimas priklauso nuo garso bangos virpesių dažnio. Aukštesnio dažnio bangos suvokiamos kaip garsesnės.

Garso stiprumo vienetas yra 1 Bel (telefono išradėjo Aleksandro Grahamo Bello garbei). Garso stiprumas yra 1 B, jei jo galia yra 10 kartų didesnė už girdimumo slenkstį.

Praktiškai garsumas matuojamas decibelais (dB).

1 dB = 0,1 B. 10 dB - šnabždesys; 20–30 dB - triukšmo standartas gyvenamosiose patalpose;

50 dB - vidutinio garsumo pokalbis;

70 dB - rašomosios mašinėlės triukšmas;

80 dB – veikiančio sunkvežimio variklio triukšmas;

120 dB - veikiančio traktoriaus triukšmas 1 m atstumu

130 dB – skausmo slenkstis.

Virš 180 dB garsas netgi gali sukelti ausies būgnelio plyšimą.

garso dažnis Kampinė banga lemia žingsnį. Kuo didesnis garso šaltinio vibracijos dažnis, tuo didesnis jo skleidžiamas garsas. Žmogaus balsai skirstomi į keletą diapazonų pagal jų aukštį.

Skamba iš skirtingų x sources – tai skirtingų dažnių harmoninių virpesių rinkinys. Dauguma komponentųpaskutinis periodas (žemiausias dažnis) vadinamas pagrindiniu tonu. Likę garso komponentai yra obertonai. Šių komponentų rinkinys sukuria spalvąku, garso tembras. Įvairių žmonių balsų obertonų visuma yra bent šiek tiek, bet skirtinga,tai apibrėžia toną balsas.

Pasak legendos, Pitagas p visi išrikiavo muzikinius garsus iš eilės, lūžtaši serija suskirstyta į dalis - oktavas, - ir

oktava - į 12 dalių (7 pagrindinėsnaujas ir 5 pustoniai). Iš viso yra 10 oktavų, dažniausiai atliekant muzikos kūrinius naudojamos 7-8 oktavos. Garsai, kurių dažnis didesnis nei 3000 Hz, nenaudojami kaip muzikiniai tonai, jie yra per atšiaurūs ir peršti.

Panašūs straipsniai