Изофоны

Изофоны

Изофоны  определены для чистых тонов в условиях практически полной тишины. Наличие мешающих звуков приводит к увеличению порога слышимости. Это явление называется маскировкой. Разность между порогом слышимости маскируемого звука в присутствии мешающего сигнала и в тишине является мерой маскировки.

Наибольшее маскирующее действие оказывают звуки, близкие по частоте к маскируемым. При маскировке чистым тоном существенно, лежит ли его частота выше или ниже частоты маскируемого тона.


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

В последнем случае маскирующее действие значительно больше. При маскировке тонального сигнала шумами маскирующее действие оказывают только те составляющие шумов, частоты которых лежат в пределах соответствующей критической полосы слуха. Под критическими полосами слуха понимают интервалы частот, в пределах которых должны находиться составляющие сложного звука, чтобы их интенсивности суммировались.

Явление маскировки широко используется для активной защиты информации от утечки в акустическом канале.

Слуховое восприятие зависит от длительности воздействия звука. Для правильного восприятия высоты тонального сигнала нужно, чтобы его длительность была не менее 20...30 мс. При увеличении длительности воздействия такого сигнала растет ощущение громкости. При длительности воздействия 150 ...200 мс это ощущение становится максимальным. Дальнейшее увеличение длительности воздействия приводит к постепенному уменьшению ощущения громкости (адаптация).


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

Важным свойством слуха является бинауральный эффект. В зависимости от угла прихода звуковой волны сигналы, воздействующие на правое и левое ухо, могут в большей или меньшей степени отличаться как по фазе, так и по амплитуде.

Слуховой анализатор позволяет человеку определять направление на источник звука. Наибольшая точность локализации получается на средних частотах. Если источник находится впереди слушателей, то точность локализации в горизонтальной плоскости достигает 2...4°. При изменении направления на 180° точность локализаций резко падает. В области высших звуковых частот локализации помогает изменение спектра, вызываемого экранирующим действием головы. Поэтому способность локализации сохраняется несмотря на то, что сравнение по фазе становится невозможным.

Ощущение громкости зависит от частоты и от интенсивности звука

Ощущение громкости зависит от частоты и от интенсивности звука

Исследование свойств слуха человека показало, что ощущение громкости зависит как от частоты, так и от интенсивности звука. Наиболее слабый слышимый звук называется порогом слышимости. Если увеличивать интенсивность звука, то при некотором значении наступает ощущение боли в ушах.

Соответствующее значение уровня называется порогом болевого ощущения. Ухо способно воспринимать звуки, частота которых лежит в пределах 20...20000 Гц, и сравнивать по громкости звуки различной частоты. Это позволяет построить так называемые кривые равной громкости (изофоны).

В зависимости от частоты звуки равной громкости имеют различный уровень L, поэтому для оценки субъективного ощущения введено понятие уровня громкости LT. Под уровнем громкости понимают уровень звукового давления равногромкого звука частотой 1000 Гц. Для того чтобы отличить уровни громкости от уровней звукового давления, ввели новое наименование единиц уровня громкости — фон. Ослабление относительного уровня на низших частотах при общем снижении громкости ведет к искажению звучания.

Ухо человека воспринимает на слух колебания сложной формы как музыкальные звуки, имеющие определенную высоту. Чем больше основная частота звука, тем больше высота ощущаемого звука. Чувствительность уха к небольшим изменениям высоты очень велика. Она максимальна в диапазоне 500...4000 Гц, где человек способен различать разницу по частоте всего на 0,35 %. В то же время при определении высоты тона раздельно звучащих звуков возможны большие погрешности. На частотах выше 3000 Гц ощущение приращения высоты тона намного меньше фактического изменения частоты звука.

Влияние неоднородностей на распространение звука высокой частоты

Влияние неоднородностей на распространение звука высокой частоты

На распространение звука высокой частоты, в частности ультразвука, у которого длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности. Такие неоднородности обычно имеются в естественных водоемах. Это микроорганизмы, пузырьки газов и т.д. Они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается.

Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, которая может стать значительной помехой для ряда практического применений гидроакустики. Пределы дальности распространения подводного звука лимитируются также собственными шумами приемников и моря. Шум моря возникает от ударов волн на поверхности воды, морского прибоя, шума перекатываемой гальки, а также создается морской фауной.

Гидроакустика получила широкое практическое применение, в частности в технической разведке, так как никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются в воде (вследствие ее большой электропроводности) на сколько-нибудь значительные расстояния. Только звук может служить единственным возможным средством получения информации и средством связи под водой. Для этих целей пользуются как звуковыми частотами 300... 16000 Гц, так и ультразвуковыми от 16 кГц и выше. Наиболее широко в гидроакустической разведке применяются эхолоты и гидролокаторы, которыми пользуются для поисковых работ, обнаружения морских и подводных целей. Также используются шумопеленгаторы, определяющие направление на источник акустических колебаний звуковых и инфразвуковых частот.

Для средств акустической разведки информативен прежде всего речевой сигнал. Естественно, что спектральные и энергетические характеристики речевого сигнала весьма индивидуальны и нестационарны. При проектировании технических средств перехвата речевой информации в акустическом канале и при организации работ по защите этой информации используются стандартные усредненные характеристики.

Простейшими являются волны, в которых давление р изменяется по синусоидальному закону:

Влияние неоднородностей на распространение звука высокой частоты

Гидроакустика

Гидроакустика

Распространение звуковых волн в водной среде изучает гидроакустика. Особенность подводных звуков — их слабое затухание, вследствие чего под водой звук может распространяться на значительно большие расстояния, чем в воздухе. Так, в диапазоне частот 500... 2000 Гц дальность распространения под водой звука средней интенсивности достигает 15...20 км, а в диапазоне ультразвуковых частот — 3... 5 км.

Звук мог бы распространяться и на значительно большие расстояния, однако в естественных условиях, кроме затухания, обусловленного вязкостью воды, ослабление звука происходит за счет рефракции и его рассеяния и поглощения различными неоднородностями среды. Рефракция звука вызывается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие изменения с глубиной гидростатического давления, солености и температуры в результате неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами.

В результате скорость распространения звука изменяется с глубиной, причем закон изменения зависит от времени года, времени дня, глубины водоема и ряда других причин (например, зимой дальность распространения звука больше, чем летом). Из-за рефракции образуются зоны тени, т.е. области, расположенные недалеко от источника, в которых интенсивность звука очень мала и слышимость отсутствует.

Рефракция может приводить не только к уменьшению, но и увеличению дальности распространения звука, обусловливая явление сверхдальнего распространения звука под водой. На некоторой глубине под поверхностью воды находится слой, в котором звук распространяется с наименьшей скоростью; выше скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже — вследствие увеличения гидростатического давления с глубиной. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал.

Если поместить источник и приемник звука в этом слое, то даже звук средней интенсивности (например, звуки взрыва небольших зарядов массой 1 ...2 кг) может быть зарегистрирован на расстояниях в сотни и тысячи километров.

Поглащение звуковых волн в атмосфере

Поглащение звуковых волн в атмосфере

Звуковые волны при распространении в свободной атмосфере благодаря теплопроводности и вязкости воздуха поглощаются тем сильнее, чем выше частота звука и меньше плотность атмосферы.

Поэтому резкие вблизи звуки выстрелов или взрывов на больших расстояниях становятся глухими, а колокольный звон — более гулким. Неслышимые звуки очень низких частот (инфразвук) периодами от нескольких секунд до нескольких минут затухают мало, могут распространяться на тысячи километров и даже несколько раз огибать земной шар. Это дает возможность, например, обнаруживать ядерные взрывы, являющиеся мощным источником таких волн.

Температура и плотность атмосферы уменьшаются с увеличением высоты, но на больших высотах температура снова возрастает. На эти регулярные неоднородности накладываются зависящие от метеорологических условий изменения температуры и скорости ветра, а также их случайные турбулентные пульсации различных масштабов.

Все перечисленные неоднородности сильно влияют на распространение звука: возникает искривление звукового луча — рефракция, в результате которой наклонный звуковой луч может вернуться к земной поверхности, образуя акустические зоны слышимости и зоны молчания; происходит рассеяние и ослабление звука на турбулентных неоднородностях, сильное поглощение звука на больших высотах и т.д.

Если атмосферные условия благоприятствуют фокусировке ударных волн, возникающих при движении сверхзвуковых реактивных самолетов, у земной поверхности звуковое давление может достичь значений, опасных для сооружений и здоровья людей. Полярные сияния, магнитные бури, землетрясения, ураганы, морские волнения являются источниками звуковых и особенно инфразвуковых волн.

Акустические поля

Акустические поля

Акустические поля распространяются и переносят энергию (и информацию) в упругих средах. Если на каком-либо участке сплошной среды, например в слое воздуха или жидкости, возбудить простое гармоническое движение, то оно будет передаваться соседним участкам, от них в свою очередь к другим участкам и т. д. В результате возмущение от источника будет распространяться в среде с некоторой скоростью v. Результирующее движение будет бегущей волной.

При прохождении звуковой волны элементарные объемы среды совершают колебания около своего положения равновесия. Скорость этих колебаний зависит от звукового давления. В отличие от скорости распространения звука она называется колебательной скоростью v.


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

Поверхность, на которой расположены частицы, совершающие синфазные колебания, называется фронтом волны. В зависимости от формы этой поверхности различают плоские, цилиндрические и сферические волны. Направление распространения звука перпендикулярно фронту волны, поэтому распространение звука можно описывать с помощью звуковых лучей, которые во всех точках перпендикулярны фронту звуковых волн. Звуковое давление вдоль луча периодически меняется (для чистого тона — по синусоидальному закону).

Расстояние между двумя ближайшими фронтами волны с одинаковой фазой колебаний называется, как и для электромагнитного поля, длиной волны l. Длина волны обратно пропорциональна частоте и существенно зависит от свойств звукопроводящей среды: ее плотности и упругости. Длина волны звукового колебания в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше, чем в твердых телах, для которых справедливо соотношение:

Акустические поля
где Е — модуль упругости (модуль Юнга).

Яндекс.Метрика