Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Работоспособность звуковой волны, ее энергетические запасы принято характеризовать двумя показателями: звуковым давлением и силой звука. Звуковое давление, так же, скажем, как и переменная э.д.с., непрерывно меняется, и поэтому следовало бы говорить о его амплитуде, мгновенном и эффективном значениях. Этой последней характеристикой пользуются чаще всего, и если нет никаких оговорок, то нужно считать, что речь идет об эффективном звуковом давлении, которое составляет 70 % от амплитуды. Единица давления получается, как единица силы (веса), отнесенная к единице площади, в системе СИ — это паскаль (Па), соответствующий одному ньютону на квадратный метр (Н/м²). Оценить реальное значение этой единицы позволит такое сравнение: если на стандартный лист фанеры (площадь около 2 м²) вылить стакан воды (масса — около 200 г, вес — примерно 2 Я), то, равномерно распределившись по листу слоем толщиной примерно 0,05 мм, вода создаст давление как раз 1 Па — 1 Н/м². Как видите, 1 паскаль (1 Па) в наших житейских масштабах — очень небольшая величина, это всего лишь давление слоя воды более тонкого, чем лист бумаги. В то же время звуковое давление 1 Па создает ощущение невыносимо громкого звука (С-11). Единицей звукового давления Па стали пользоваться сравнительно недавно, и в литературе недалекого прошлого можно еще встретить другую единицу — бар. Она в десять раз меньше, чем Н/м², то есть 1 бар = 0,1 Па = 0,1 Н/м² или 1 Па = 1 Н/м² = 10 бар.

Другая характеристика работоспособности — сила звука — указывает ту мощность, которую проносит звуковая волна через единичную поверхность, и поэтому измеряется в ваттах на квадратный метр, Вт/м². Справочная таблица С-11 иллюстрирует обе единицы Н/м² и Вт/м², оценивая с их помощью некоторые реальные источники звуковых волн. Обратите внимание, что звуковое давление и сила звука связаны квадратичной зависимостью (Т-32): увеличьте давление в десять раз, и сила звука возрастет в сто раз. Точно такой же зависимостью связаны напряжение и мощность или ток и мощность в электрической цепи (Т-41).

И еще обратите внимание на третью колонку таблицы С-11, в которой приведены уже знакомые нам децибелы (Т-82).

Т-96. Звуковое давление и силу звука часто измеряют в децибелах. Звуки, создающие давление меньше, чем 0,00002 Н/м², мы просто не слышим. Такое звуковое давление и соответствующую ему силу звука 10^-12 Вт/м² называют порогом слышимости. Естественно, что все остальные слышимые звуки во сколько-то раз выше порога слышимости, и, чтобы оценить это «во сколько-то раз», можно пользоваться децибелами (дБ). Специалисты по акустике иногда вообще забывают о единицах звукового давления и силы звука и оценивают эти величины сразу в децибелах, начиная отсчет от порога слышимости. Так и говорят: «Сила звука — 90 децибел…» (вместо 0,001 Вт/м²) или: «Звуковое давление 60 децибел…» (вместо 0,02 Па = 0,02 Н/м²). Пользоваться децибелами особенно удобно, когда приходится оценивать усиление или ослабление звука. Скажем, известно, что вблизи струны сила звука 60 дБ и что по мере продвижения вперед она уменьшается на 0,1 дБ на каждом метре пути. Сразу же можно подсчитать, что на расстоянии 500 м от струны сила звука уменьшится на 50 дБ и составит уже всего 10 дБ, что близко к громкости звучания шепота на расстоянии одного метра (С-11).

Т-97. Струна-излучатель и струна-приемник образуют простейшую линию звуковой связи. Двигаясь в пространстве, звуковая волна натыкается на разные предметы, частично отражается от них, а частично отдает им свою энергию. Давайте для определенности предположим, что звуковая волна наткнулась на какую-нибудь струну. Сначала область повышенного давления волны двинет струну вперед, затем область пониженного давления потянет ее назад, затем опять повышенное давление, опять вперед, и снова пониженное давление, снова назад… Одним словом, звуковая волна, отдавая такой струне-приемнику часть своей энергии, заставит ее совершать колебания (Р-63;5). С какой частотой? Конечно, с частотой самого звука, то есть с частотой струны-передатчика. Потому что именно струна-передатчик определяет, насколько часто сменяют друг друга сжатия и разрежения в звуковой волне, насколько часто эта волна будет двигать вперед-назад нашу струну-приемник. И ее колебания, в отличие от собственных, свободных колебаний, называют вынужденными — струна-приемник вынуждена двигаться именно с той частотой, которую навязывает ей звуковая волна.