Звукові або акустичні хвилі являють собою механічні хвилі, частотою від 16 до 20 000 Гц. Хвилі зазначених частот, впливаючи на слуховий апарат людини, викликають слухові відчуття. Коливання частотою менше 16 Гц (інфразвукові) і частотами більше 20 000 Гц (ультразвукові) вухом людини не сприймаються. Звукові хвилі в газах і рідинах можуть бути тільки поздовжніми, тому що ці середовища мають пружністю тільки по відношенню до деформацій стиснення (розтягування). Поширення хвиль в таких середовищах відбувається у вигляді коливань тиску (хвилі тиску). У твердих тілах акустичні хвилі можуть бути як поздовжніми, так і поперечними.
Звук несе близько 15% інформації про навколишній світ, а також може бути джерелом інформації про стан внутрішніх органів людини. З цієї причини акустика, як розділ механіки, представляє великий інтерес для медицини.
В акустиці прийнята така класифікація звукових хвиль за видами: тони (або музичні звуки), шуми і звукові удари (або вибухи).
Тон - періодичне коливання з постійною або закономірно змінюється за часом частотою. Якщо звук являє собою гармонійну хвилю, то тон називається простим або чистим. Він характеризується єдиним значенням частоти. Ангармонічного періодичне коливання (співзвуччя або складний тон) - це результат одночасного звучання кількох музичних тонів. Тон найнижчою частоти називається основним. Він визначає загальну висоту звуку. Решта гармоніки (обертони) створюють «забарвлення» (тембр) звуку. Сукупність частот із зазначенням їх відносних інтенсивностей (амплітуд) утворює акустичний спектр складного тону.
Шум - поєднання численних звуків різних частот, інтенсивностей і тривалості, безладно змінюються в часі (шерех, скрип, оплески, звуки від вібрації машин).
Звуковий удар (вибух) - короткочасне, сильне звукове вплив (бавовна, вибух, постріл).
Енергія, яку випромінює джерелами звуку, переноситься звуковими хвилями, утворюючи звукове поле. Для характеристики цього поля використовуються як загальноприйняті величини (енергія, потік енергії, інтенсивність), так і величини специфічні (звуковий тиск, рівень інтенсивності, рівень тиску), що відрізняються від параметрів хвильових полів загального типу.
Інтенсивністю звуку (силою звуку) називається середнє за часом значення енергії, яку переносять звуковою хвилею в одиницю часу через одиницю площі поверхні перпендикулярної напрямку поширення хвилі.
Під звуковим (акустичним) тиском розуміють надмірне над середнім, періодично змінюється тиск # 916; р. яке виникає в ділянках згущення і розрідження середовища, при проходженні
звукових хвиль. Звуковий тиск вимірюється в Па = Н / м 2 (паскалях).
Для плоскої гармонічної хвилі тиск пов'язаний з інтенсивністю звуку співвідношенням:
. (21) де # 916; р0 - амплітудне, а # 916; РЕФ - ефективне значення акустичного тиску, яке реєструють прилади; # 961; · u - твір щільності речовини середовища # 961; на швидкість хвилі u - називається хвильовим опором середовища. [# 961; · u] = кг / (м 2 # 903; с)
Механічні коливання звукових частот здатні викликати слухове відчуття тільки за умови, що інтенсивність хвилі більше деякої мінімальної, але не перевищує деякого максимального значення. Діапазон інтенсивностей (звукового тиску), здатних викликати слухове відчуття, буде різним для різних частот.
Мінімальна величина інтенсивності -I0 (звукового тиску - # 916; р0), при перевищенні якої на даній частоті виникає слухове відчуття називають порогом чутності на даній частоті.
З іншого боку, якщо інтенсивність (звуковий тиск) перевищує деякий певний для даної частоти межа, то хвиля не сприймається як звук, а викликає відчуття болю у вусі.
Значення інтенсивності (звукового тиску), при перевищенні якого, на зміну слухового приходить відчуття болю, називається порогом больового відчуття - Imax ( # 916; рmax). Наприклад, на частоті 1 кГц I0 = 10 -12 Вт / м 2 (# 916; р0 = 2. 10 -5 Па.), А Imax = 10 Вт / м 2 (# 916; рmax = 60 Па). Для інших частот пороги чутності і больового відчуття будуть іншими.
Оскільки діапазон інтенсивностей або тисків, які сприймаються звуків досить великий (для частоти 1 кГц відношення Imax / I0 ≈ 10 13), то для їх порівняння зручно використовувати величини, які називають рівнем інтенсивності і рівнем звукового тиску:
Тут I0 і # 916; р0 значення так званого стандартного порога чутності. Це поріг чутності на частоті 1000 Гц: I0 = 10 -12 Вт / м 2 або
Бел - це досить велика одиниця, тому на практиці рівні інтенсивності зазвичай висловлюють в децибелах: 1Б = 10 дБ. тоді
Поріг чутності на частоті 1000 Гц відповідає рівню інтенсивності (або тиску) L0 = 0 дБ, а больовий поріг Lmax