И электроакустики

 
1.9. Основные определения акустики 
В трактах радио и проводной телефонной связи, звукозаписи, 
сопровождения телевидения, диспетчерской связи, озвучивания и т. д. 
акустические системы являются начальным и оконечным оборудова-
нием. Часто именно они определяют качество и разборчивость пере-
дачи информации. 
Электроакустический тракт имеет в своем составе преобразо-
ватели акустических сигналов в электрические (микрофоны, ларин-
гофоны); электрические системы (усилители, кодеры, преобразовате-
ли); обратные преобразователи электрических сигналов в акустиче-
ские. Рассмотрим основные понятия акустики. 
Звуковая волна – процесс распространения переменного возму-
щения в упругой среде в диапазоне частот от единиц герц до 20 кГц. 
Звуковые колебания – колебательные движения частиц среды 
под действием возмущения. 

---

21
Длина волны
λ = С Т , м, 
где С – скорость волны; 
T – период колебания. 
Звуковое поле – пространство, в котором происходят звуковые 
колебания и распространяется звуковая волна. Продольные колебания – 
характерные для жидкой и газовой сред звуковые колебания. При 
продольных колебаниях частицы перемещаются вдоль линии распро-
странения. Поперечные колебания и волны (наряду с продольными 
колебаниями имеются в твердых средах) – частицы колеблются пер-
пендикулярно линии распространения волны. 
Звуковой луч – направление распространения звуковой волны. 
Фронт волны – поверхность, соединяющая точки звукового по-
ля с одинаковой фазой (перпендикулярен звуковому лучу). 
Скорость звука
С = ν Р
ас 
/ S, 
где для газов:
Р
ас 
– давление в среде; 
S – плотность среды; 
ν = С
р
 / С
v
– коэффициент адиабаты (адиабата – кривая, изобра-
жающая адиабатический процесс – изменение состояния тела, при ко-
тором оно не поглощает или не отдает тепло, например, быстрое сжа-
тие газа, когда тепло не успевает передаться). 
С
р
и С
v
– коэффициенты теплоемкости среды при постоянном 
объеме С
v
и давлении С
р
. 
Скорость звука зависит от температуры и давления. Для некото-
рых газов и жидкостей скорость звука приведена в табл. 2. 
Таблица 2 
Среда 
Темпера-
тура, °С
Плотность, 
кг/м 
Скорость 
звука, м/с 
Акустическое сопро-
тивление, 10 кг/мс 
Водяной пар 100 
0,58 
405 
0,23 
Воздух 0 
0,29 
331 
0,428 
Воздух 20 
0,2 
343 
0,413 
Гелий 0 
0,18 
970 
0,172 
Вода пресная 15 999 
1430 
1,43 
Вода соленая (3,5 %)
15 
1027 
1500 
1,55 

---

22
В твердых средах скорость звука определяется плотностью и 
модулем упругости Е, т.е. С = Е / S. На рис. 13, 14 представлены зави-
симости скорости звука от высоты h и от температуры воздуха °С. 
Звуковое давление в газах и жидкостях – разность между мгно-
венным значением давления Р
ам
в точке среды при прохождении че-
рез неё звуковой волны и статистическим давлением Р
ам
Р = Р
ам
 – Р
ас
, 
где Р величина знакопеременная и представляет собой силу, дейст-
вующую на единицу поверхности 
Р = F/S [Н / м
2
]
= [паскаль ] = [ Па ]. 
1 Па = 1 Н/м
2
= 10 дин/см
2
= 1 кг/м
⋅с
2 
. 10
6
дин / см
2
= 10
5
Па =
= 1 бар = единица атмосферного давления.
Скорость звука в стержнях из твердых тел показана в табл. 3. 
Таблица 3 
Среда 
Плотность S, 
кг/м 
Скорость звука, 
м/с 
Акустическое
сопротивление, 10 кг/мс 
Железо 7800 
5170 
40,4 
Дуб 700 
1520 1,06 
Сосна 500 
1450 
0,8 
Лед 916 
3200 2,93 
Каучук 950 30 
0,028 
Гранит 2700 
3950 
10,7 
Стекло 3250 
5300 
17,3 
В радиосредствах вещания звуковые давления не превышают 
100 Па, т.е. в 100 раз меньше атмосферного давления (т.е. давление в 
атмосфере меняется на доли процента). 

---

23
 
Рис. 13. Зависимость скорости звука
в воздухе (Т = 0 °С) от высоты h над 
уровнем моря 
Рис. 14. Зависимость скорости 
звука в воздухе от температу-
ры для Р = 101325 Па 
Смещение – отклонение частиц среды от статистического поло-
жения. 
Скорость колебаний – скорость движения частиц среды V = du/dt. 
Удельное акустическое сопротивление среды – отношение зву-
кового давления Р к скорости колебаний 
δа = Р/ V [Па
⋅с / м]. 
В общем случае это комплексная величина, так как есть фазо-
вый сдвиг между Р и V. Прилагательное удельное часто опускают и 
пишут акустическое сопротивление
δа = Р/V = wа + jgа – активная и реактивная составляющие аку-
стического сопротивления. 
Сдвиг фаз между звуковым давлением и скоростью колебаний 
tg ψ = ga / wa. 
Интенсивность звука (сила звука) – количество энергии, прохо-
дящей через единицу площади, перпендикулярной направлению вол-
ны I [Bт / м 
2
].
Для периодических процессов сила звука 
1/
T
I
T
Pdt
→∞
=
∫
, 
где Р – мгновенное давление; 
Т – период волны. 

---

24
Для непериодических процессов сила звука 
lim
T
I
Pdt
→∞
=
∫
. 
Для синусоидальных колебаний 
I = 0,5 P
m
 V
m
 cos ψ = P
э
V
э
cos ψ = ( P
э
cos ψ / │ δ
a
 │ = V
э
w
а
, 
где Р
m
, V
m
– амплитуды звукового давления и скорости колебаний; 
Р
э
, V
э
– их эффективные значения; 
δ
а
– удельное акустическое сопротивление;
w
a
– действительная часть удельного акустического сопротивления. 
Плотность энергии Е – количество звуковой энергии, находя-
щейся в единице объема. [ E ] = Дж/м
3
. Плотность энергии связана с 
интенсивностью звука Е = I /C. 
Электрические и акустические уровни
Уровень N = a lg K/K
о
, где К
о
– опорный сигнал. 
При а = 1 [ N ] – белы, 
при а = 10 [ N ] – децибелы для энергетических параметров, 
при а = 20 [ N ] – децибелы для линейных параметров. 
Если уровень К нормирован, то соответствующий уровень на-
зывают абсолютным – N
абс
. Если К ненормировано, то уровень назы-
вают относительным – N
отн
. 
N
отн
= N
абс
(К) – N
абс
(К
о
). 
Если логарифм не десятичный, то единицу называют непер. 
N = ln K / K
о
, Hп. 
Пересчет простой: 1 дБ = 0,1151 Нп, 1 Нп = 8,08 дБ. 
По энергетике 2 раза = 3 дБ; 4 = 6 дБ; 10 = 10 дБ; 100 = 20 дБ. 
Для линейных параметров (напряжение, ток) 2 раза = 6 дБ;
4 = 12 дБ; 10 = 20 дБ; 100 = 40 дБ.
Определить суммарный уровень несложно. Например, в аудито-
рии есть такие звуки: 
говорит лектор N = 60 дБ, 
болтают студенты N = 57 дБ,
скрипят парты N = 52 дБ, 
шум с улицы N = 45 дБ. 

---

25
Можно перевести в разы, 
затем сложить и снова перевести 
в децибелы. А можно и по-
другому. Нужно расположить 
звуковые колебания по убыва-
нию: 60, 57, 52, 45. Для разности 
двух максимальных членов ряда, 
пользуясь графиком, представ-
ленным на рис. 15, найти по-
правку ∆ и, заменяя два этих 
члена ряда максимальным плюс 
поправка и продолжая аналогич-
ные вычисления, укорачивать ряд.
Для примера: 
60 – 57 = 3 дБ и по графику ∆ = 1,5. Ряд станет 60 + 1,5 ; 52; 45. 
61,5 – 52 = 9,5 дБ и ∆ = 0,5 и ряд станет 61,5 + 0,5 ; 45.
62 – 45 = 17 дБ и ∆ = 0,1, а суммарный уровень будет 62,1 дБ. 
Это кажется немного выше речи лектора, но 2 дБ – это 1,58 раза 
и при такой ситуации лекции не получится.