§13. Дыбыстық толқындар сипаттамасы

         Дыбыстық немесе (акустикалық) толқындар дегеніміз 16-20000Герц аралығындағы жиілікке ие ортада таралатын серпімді толқындар.

         Көрсетілген жиіліктегі толқындар тыңдау аппаратына әсер ете отырып, дыбыстың сезінуін (сезімін) білдіреді (береді). 16Гц (инфродыбыстық) және 20кГц (ултырадыбысты) толқындар адамның есту органдарына қабылданбайды.

         Газдар мен сұйықтардағы дыбыстық толқындар осы орталар қысылу соққысына (созылу) қатынас бойынша серпімділікке ие болған жағдайда ғана тік болуы мүмкін. Қатты денелердегі дыбыстық толқындар қатты дене сығылу (созылу) мен қозғалыс соққысына қатынас бойынша серпімділікке ие боған кезде көлденең болуы мүмкін.

         Егер дыбыс қарқындылығы толқындық процесті объективті сипаттайтын шама болса, онда оның қарқындылығымен байланысты дыбыстық субъективті сипаттамасы жиілікке тәуелді дыбыс қаттылығы болып табылады. Вебер – Фехнердің физиологиялық заңы бойынша дыбыстың қарқындылығының өсуімен логорифмдік заң бойынша оның қаттылығы да өседі. Осы негіздеуге дыбыс қарқындылығының өлшенген мәні бойынша дыбыс толқынының объективті бағасы кіреді.

мұндағы  I₀ – 10^-12 Вт/м² – ге тең барлық дыбыстар үшін қабылданған естілу шегіндегі дыбыс қарқындылығы. L шамасы дыбыс қарқындылығының деңгейі деп аталып, белмен кескінделеді (телефонды ойлап тапқын Белл құрметіне). Нгізінен 10есе аз бірліктегі – децибелдер (дБ) қолданылды.

         Дыбыстық физиологиялық сипаттамасы фонмен (фон) кескінделетін қаттылық (дыбысталу) деңгейі болып табылады. 1000Гц дыбыс үшін қаттылық (стандартты тон жиілігі) егер оның қарқындылық деңгейі 1дБ – ға тең болса, онда ол 1 Фонға тең. Мысалы, жоғары жылдамдықты метро вагонындағы шу сәйкесінше 90 фонға, ал 1 метрдегі сыбыр 20 фонға тең.

         Нағыз дыбыс дегеніміз жиіліктердің үлкен жиынтығы бар гармониялық тербелістер, дыбыс тұтас (кейбір интервалда тербелістің барлық жиіліктері бар) және сызықты (бір – бірінен бөлек белгілі бір жиіліктер бар) акустикалық спектрге ие:

         Дыбыстық сезіну қаттылықпен қатар биіктік және тембрмен сипатталады.

         Дыбыс билігі дегеніміз – адамның субъективті естуімен анықталатын және дыбыс жиілігіне тәуелді дыбыс сапасы. Жүйелердің өсумен дыбыс биіктігі жоғарылайды, дыбыс «жоғары» болады. акустикалық спектр сипаты мен белгілі жиіліктер арасындағы энергия таралу дыбыс тембрі деп аталатын дыбыстық сезінудің өзіндік кейіпін анықтайды. Бір нотаны біртіндеп әртүрлі акустикалық спектрге ие болып, олар әртүрлі тембрлі болып келеді.

         Дыбыс көзі дыбыстық жиілікті серпімді ортада тербелетін кез – келегн дене болуы мүмкін (мысалы, шекті аспаптарда дыбыс көзі болып аспап корпусымен жалғасқан шек табылады ).

         Дене тербеліс жасай отырып, сондай жиілікте өзіне жанаспалы орта бөлшектеріне тербеліс тудырады. Тербелістің қозғалыс жағдайы біртіндеп өзінен ұзақ орналасқан орта бөлшектерінің денелеріне беріледі де, ортада тербеліс көзі жиілігіне тең тербеліс жиілікті толқын ортаның тығыздығымен серпімділік қасиетіне тәуелді белгілі бір жылдамдықпен таралады. Газдардағы дыбыстық толқынның таралу жылдамдығы мына формуламен есептеледі:

мұндағы R – молярлы газ тұрақтысы, М – молярлық масса, уС_р/С_р – тұрақты қысым мен көлем кезіндегі газдың молярлы жылусыйымдылық қатынасы, Т – термодинамикалық температура. (13.1) формуладан газдағы дыбыс жылдамдығының газ қысымына Р тәуелді еместігі, бірақ температураның жоғарылауымен өсетіндігі келіп шығады.  Газдың молярлық массасы көп болған сайын, ондағы дыбыс жылдамдығы соншалықты төмен болады. Мысалы, Т273К кезіндегі ауадағы дыбыс жылдамдығы (М210^-3кг/моль) 331м/с, сутегіде (М210^-3кг/моль) 1260м/с. (6.1) мәні тәжірибелік мәліметтермен сәйкестенеді.

         Атмосферадағы дыбыстың таралуы кезінде көптеген факторларды есепке алу қажет: желдің жылдамдығы мен бағыты, ауа ылғалдылығы, газды ортаның молекулалық құрылымы, екі орта шекарасындағы дыбыстың сыну мен шағылысу құбылысы. Бұдан басқа, кез – келген нақты ортада тұрақтылық болады, сондықтан дыбыстың тұншығуы (өшу), оның амплитудасының азаюы, және оның таралу шамасы бойынша дыбыстық толқынның қарқындылығы бақыланады. Дыбыс тұншығуы едуір шамада дыбыстық экранның басқа түрлеріне қайтымсыз өтумен байланысты, ортада жұтылумен себептендіріледі (негізінен жылулық энергияға айналады).

         Ғимараттағы (орындағы) акустика үшін үлкен мәнге жабық ғимаратта дыбысты көзінен ажыратқаннан кейін дыбыстың біртіндеп өшу процесі – дыбыс реберберациясы ие. Егер ғимарат бос болса, онда дыбыстың баяау өшуі орын алып, ғимараттың «гуілдеуі» жүреді. Егер дыбыс тез өшсе (дыбыс жұтқыш материалдарды қолдану кезінде), онда өшіңкі болып қабылданады. Уақыт реберберациясы дегеніміз – ғимараттағы дыбыс қарқындылығы миллион рет әлсірейтін, ал оның деңгейі – 60дБ – ға тең төмендейтін уақыт. Егер уақыт реверберациясы 0,5 – 1,5с құраса, ғимарат жақсы акустикалы болып табылады.