Понятие звука и шума. Возбудители звука. Воздушный и материальный перенос звука - передача звука через конструкции. Виды звуковых волн.

Звук – это упругая волна с малой интенсивностью. Обычно мы понимаем звук в значении слышимого звука, т.е. упругих волн, которые может воспринимать ухо человека. Известно, что человеческое ухо слышит как звук колебания, частота которых лежит в пределах от 20 герц до 20 КГц. Упругие волны с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, а с частотой более 20 КГц – ультразвуком. Упругие волны с частотой 10 10 Гц и более, являются дебаевскими тепловыми волнами в жидкостях или твердых телах и носят название – гиперзвук.

В зависимости от структуры спектра звука различают шум и музыкальные звуки.

Шум – это непериодические колебания, им соответствует сплошной спектр, т.е. набор частот, непрерывно заполняющих какой-либо интервал. (Иногда применяется понятие шума как совокупности упругих волн различной частоты и силы, которые хаотично изменяются во времени.)

В воздухе звуковая волна распространяется от источника колебаний в виде зон сгущения и разряжения. Звуковое поле представляет собой область пространства, в котором распространяются звуковые волны. Колебания характеризуются амплитудой и частотой.

Амплитуда колебаний определяет давление и силу звука, чем больше амплитуда, тем больше звуковое давление, соответственно громче мы слышим звук.

Причина звука – вибрация (колебания) тел, хотя эти колебания зачастую незаметны для нашего глаза.

Источник звука - это обязательно колеблющиеся тела. Например, струна на гитаре в обычном состоянии не звучит, но стоит нам заставить ее совершать колебательные движения, как возникает звуковая волна.

Источники звука - физические тела, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Такие волны называются звуковыми. Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или жидким, например, волны на воде.

Перенос звука происходит как через стены / так и через воздушное пространство.

Звуки, возникающие и распространяющиеся в воздухе, называют воздушными (воздушный перенос звука); звуки, возникающие непосредственно в материале конструкции и распространяющиеся в этом материале, называют ударными (материальный перенос звука).

Для стен и перегородок решающим с точки зрения звукоизоляции является воздушный перенос звука, а для перекрытий — воздушный и материальный (разговор людей, музыка, ударный шум шагов, падающих предметов и др.).

Воздушные звуковые волны передаются в помещение в результате изгибных колебаний ограждающих конструкций под действием звуковой волны, а также проникают в помещение через отверстия и неплотности в конструкциях. Колебание материальной среды конструкции создает в соседнем помещении новые воздушные звуковые волны, но уже меньшей интенсивности. Ударный звук в плотной среде передается без существенного ослабления. Кроме того, колебание жесткой конструкции под воздействием звука передается на соседние элементы здания. Таким образом, существуют прямые и косвенные пути распространения шума (рис. 33).

Виды звуковых волн:

Частицы материи, выведенные из состояния покоя, соверша­ют колебательные движения в течение некоторого времени, пос­ле чего возвращаются в первоначальное положение. При этом могут возникать разнообразные виды волнообразных колебательных движений, поскольку каждая частица материи в боль­шей или меньшей степени связана со смежными частицами упругими силами и приводит их в колебательное движение аналогичного характера.

Если частицам материи передан импульс в направлении распространения волны, то они совершают колебательные движения, перемещаясь в направлениях, совпадающем и обратном направлению распространения волны. Речь идет о так называемых продольных волнах, которые называются так благодаря тому, что колеблющиеся частицы движутся вдоль оси направления распространения, по­переменно сближаясь и удаляясь друг от друга. На Рис. 1 дано схематическое изображение этого процесса. В верхней строке эти частицы, например молекулы воздуха, находятся еще в состоянии покоя. Затем крайней слева частице передан импульс в направлении слева направо.

Вторая строка показывает смещения частиц по отношению к их положению в состоянии покоя, которые они претерпевают спустя некоторое время. При этом образуются сгущения и разрежения частиц. На этой же схеме можно определить длину волны и увидеть имеющее место изменение давления. Участкам сгущения частиц отвечает повышенное, участкам разрежения — пони­женное давление. Такие волны называются в физике продольными. Продольные волны могут наблюдаться в газах, жидкостях, а также в твердых телах. В воздухе и воде могут распространяться только продольные волны, что объясняется их упругими свойствами. В повседневной жизни явление продольных волн мы наблю­даем при отправлении или резком торможении поезда. Совершенно отчетливо воспринимаемая волна, пробегающая по составу, и является продольной; отдельные составные эле­менты этой волны (платформы и/или вагоны поезда) перемещаются в направлении движения поезда или в обратном направлении, но не отклоняются в сторону от этого направления.

Однако следует понимать, что молекулы, благодаря межмолекулярным связям, колеблются исключительно относительно определенной оси, т. е. они сами перемещаются не далее определенного расстояния.

Их полное колебание осуществляется в течение некоторого периода Т.

При этом, каждая выведенная из состояния покоя молекула сближаясь с соседними молекулами, передаёт им часть своей энергии, а те, в свою очередь, следующим и т.д. Происходя­щее таким образом волновое движение называется звуковой волной.

При пространственном распространении звуковой волны образуются одинаковые колебательные состояния частей колеблющейся системы, называемые, − фазы.

https://www.youtube.com/watch?v=XAnwkRzxPCI – видео о продольных волнах

Если частицам материи передан импульс в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны, эффект получается совершенно иной.

На Рис. 2 это изображено очень наглядно. Обе кривые (I и II) являются как бы «моментальными фотографиями» волны. Кривая II «сфотографирована» по прошествии 3/8 периода колебания.Волны этого вида называются поперечными или огибающими. Поперечные волны могут возникать не во всякой материальной среде. Они образуются только благодаря тому, что одна молекула среды увлекается другой в совместное колебательное движение в связи с наличием, так называемого, напряжения сдвига.

https://www.youtube.com/watch?v=jBRagzb0DG8 – видео с поперечными волнами

В строительстве основное значение имеют именно эти волны, которые играют решающую роль в вопросах звукоизоляции конструкций и шумоизоляции помещений в целом.

Частица, воспринявшая им­пульс, осуществляет поперечное к направлению распростране­ния волны колебательное движение (Кривая I, Рис. 2), причем она увлека­ет за собой смежную частицу, с которой она связана упругими силами (Кривая II, Рис. 2). Эта в свою очередь увлекает за собой следующую час­тицу. Каждая последующая по времени частица, выведенная из состояния покоя, достигает максимума смещения от ее положе­ния в состоянии покоя всегда с некоторым запозданием по сравнению с предыдущей.

Конструктивные эле­менты (стены и междуэтажные перекрытия), которые всегда представляют собой плиты, под воздействием звуковой энергии испытывают колебания изгиба, схема которых показана на Рис. 3.

На этой схеме видно, что воспринимающий возбуждение конструктивный элемент подвергается деформации. Считается, что такой конструктивный элемент может со­противляться деформации и обладает необходимой жесткостью в зависи­мости от конструкции, толщины и размеров, а также от использованных связующих материалов и т. п.

Если же конст­руктивный элемент легко деформируется и в нем, таким обра­зом, легко образуются волны изгиба, его считают гибким. Тонкие изделия, как, например, легкие древесностружечные плиты, ГКЛ и т.п. обладают большой гибкостью и в них могут образоваться волны изгиба очень малой длины, что имеет существен­ное значение для звукоизоляции. В кирпичной кладке могут одновременно иметь место продольные, поперечные волны и волны изгиба.

Длины волн можно отчетливо видеть на Рис. 1, 2 и 3.

Они отсчитываются от одного сгущения частиц до следующего, от одной кучности до другой.

На Рис. 2может быть отсчитано также то расстояние, на ко­торое смещается частица материи по отношению к ее положе­нию в состоянии покоя.

Наибольшая величина такого смещения называется амплитудой колебания.

Чем интенсивнее звуковой импульс, тем большей величины достигает амплитуда колебания и тем более громким воспринимается звук.

РАЗДЕЛ СВЕТОТЕХНИКИ. ЖЕСТЬ.