3.1 garso fizika

Kas yra akustika?

mokslo sritis tyrinėjanti garso sukėlimą,

sklidimą ir sąveiką su medžiaga.

Kas yra garso (akustinės) bangos?

➢Garso (akustinės) bangos yra MECHANINĖS bangos ir

joms sklisti reikalinga tam tikra terpė.

➢GARSAS NESKLINDA VAKUUME !

Ką perneša, neperneša garso bangos?

➢Garso banga – terpės trikdys, kuris perneša energiją, bet

neperneša masės.

Kas yra garso sklidimas?

Garso sklidimas – terpės sutankėjimai (didesnio slėgio sritys) ir

išretėjimai (mažesnio slėgio sritys) veikiant tamprumo jėgoms.

➢ Susidaro terpės svyravimai – terpės slėgio kitimai, kurie bangos pavidalu sklinda visomis kryptimis

Kas yra banga (garso fizikoje)

Mechaninių virpesių sklidimas terpėje vadinamas BANGA.

Kokios yra dviejų tipų bangos?

• Jei garso bangos sąlygoti terpės dalelių virpesiai yra nukreipti išilgai garso sklidimo krypčiai - generuojamos IŠILGINĖS BANGOS.

• Jei garso bangos sąlygoti terpės dalelių virpesiai terpėje yra nukreipti statmenai garso sklidimo krypčiai tai – generuojamos SKERSINĖS

BANGOS;

Kokios bangos galimos kietuosiuose kūnuose? Dujose ir skysčiuose?

Kietuosiuose kūnuose galimos tiek išilginės, tiek skersinės bangos. Dujose ir

skysčiuose tik išilginės garso bangos.

Nuo ko priklauso garso bangų sklidimo greitis?

➢Bangų sklidimo greitis (v) priklauso nuo terpės savybių: tankio ir medžiagos tamprumo

Kokios čia bangos?

Kuo galima charakterizuoti kiekvieną bangą?

▪ Periodu (T) – vieno pilno svyravimo trukmė (s);

▪ Dažniu (f) – pilnų svyravimų skaičius per laiko vienetą (Hz);

▪ Bangos ilgiu (λ) (m) (pvz.: atstumas tarp dviejų bangos viršūnių);

▪ Bangos sklidimo greičiu (v) (m/s) ir sklidimo kryptimi;

▪ Bangos amplitude (A) (bangos aukštis).

Nuo ko priklauso garso greitis?

➢Garso greitis priklauso nuo: terpės tankio, slėgio, temperatūros.

Didėjant garso dažniui …

➢Didėjant garso dažniui, trumpėja bangos ilgis, bet greitis toje pačioje terpėje išlieka nepakitęs (const.).

Kaip pakinta garso greitis pereinant iš oro į skysti ir toliau į kietąjį kūną?

➢Garso greitis didėja pereinant iš oro į skystį (sk.) ir toliau į kietąjį

kūną (k.k.).

Garsas skisdamas tolyn nuo jo atsiradimo vietos silpnėja…. kas vyksta?

Garsas skisdamas tolyn nuo jo atsiradimo vietos silpnėja – mažėja garso bangų amplitudė, stipris, slėgis.

Ką įtakoja Akustinė varža (impedansas, Z)

➢Akustinė varža (impedansas, Z) yra svarbi biologinių audinių

charakteristika, įtakojanti garso bangos atspindį ir lūžį dviejų terpių riboje:

Kaip garsas yra perduodamas iš oro į vandenį?

Labai prastai

Kaip galima apibūdinti garsą?

❑Garso lygiu (garso stiprumas, garsumas)

❑Tonu (bangos dažnis, aukštas, žemas ... )

❑Tembru (dažninė garso bangų sudėtis, savitumas, „atspalvis“)

Kas lema garso stiprį? Aukštį?

➢Garso stiprį lemia garso bangos svyravimų amplitudė, o aukštį– garso dažnis.

Kokie yra garsų tipai?

❑Tonai (vadinamas periodinis harmoninis garsas, kurio amplitudė ir dažnis kinta tolygiai laike) ir obertonai (aukštesnio dažnio garsai

(harmonikos), kurie sujungiami su pagrindiniu tonu).

❑Triukšmas (vadinami patys įvairiausi garsai, kurių intensyvumas,

dažnis, amplitudė netvarkingai kinta laike)

Kas yra būdinga garso bangoms?

❑ Atspindys dviejų terpių riboje

❑ Lūžis ir sugertis dviejų terpių riboje

❑ Sklaida terpėje

❑ Interferencija

❑ Difrakcija

Kaip yra su garso bangomis ir lygumais/nelygumais?

➢Jei paviršiaus nelygumai yra mažesni už garso bangos ilgį, tada

susidaro veidrodinis atspindys, jei nelygumai didesnių matmenų nei

garso bangos ilgis – difuzinis (išsklaidytas) atspindys (sklaida).

Kas būna kai vyksta garso bangos lūžis?

➢Vykstant garso bangos lūžiui, keičiasi bangos sklidimo kryptis naujoje terpėje, nes joje keičiasi bangos sklidimo

greitis.

Kas yra erdvinė interferencija?

(keli garso šaltiniai, vienodi dažniai,

skirtingos fazės)

Kas yra laikinė interferencija?

(vienas garso šaltinis, skirtingi dažniai, aidas)

Kas yra garso difrakcija?

tai garso bangos savybė apeiti kliūtį

garso sklidimo kelyje.

Garso DIFRAKCIJA (bangos savybė apeiti kliūtį) priklauso

nuo:

❑garso bangos ilgio – kuo ilgesnės bangos (mažesnis dažnis), tuo stipresnė difrakcija.

❑kliūties dydžio – kuo kliūtis mažesnė, tuo stipresnė difrakcija;

Kada įvyksta rezonansas?

Kai garso bangos dažnis sutampa su objekto savųjų virpesių dažniu, padidėja to kūno savųjų virpesių amplitudė – įvyksta REZONANSAS.

Didėjant stygos įtempimui, ….

Didėjant stygos įtempimui, garso bangos greitis styga didėja, o tuo pačiu didėja ir skleidžiamo garso dažnis.

stovinčios bangos

➢ Bet kokios garso bangos, išspinduliuotos į neapribotą terpę, amplitudė, bangai sklindant į visas puses, mažėja.

➢ Tuo tarpu terpėje, apribotoje vamzdžiu (cilindro formos), banga neišsisklaido

Jei apvalus vamzdis yra labai siauras (skersiniai matmenys mažesni nei garso bangos ilgis), tai …

Jei apvalus vamzdis yra labai siauras (skersiniai matmenys mažesni nei garso bangos ilgis), tai bangos sklidimas jame nepriklauso nuo to, ar jis tiesus, ar lenktas.

Kokios garso bangos gali sklisti siaurasi, kokios plačiais vamzdžiais?

➢Siaurais vamzdžiais gali sklisti tik išilginės garso bangos, judančios išilgai vamzdžio.

➢Plačiais vamzdžiais gali sklisti daug sudėtingesnės skersinės struktūros bangos

Kaip susiformuoja stovinčios bangos?

Vykstant garso bangų interferencijai ir akustiniam rezonansui, cilindro formos struktūrose susiformuoja STOVINČIOSIOS GARSO BANGOS, kurios dar vadinamos savaisiais vamzdžio garso virpesiais.

Susidaro, kai vamzdinėje struktūroje sąveikauja dvi priešingos krypties, vienodo dažnio (ilgio), ir panašios amplitudės garso bangos.

Bangos interferuoja tarpusavyje ir vyksta akustinio rezonanso reiškinys.

Kas yra stovinti banga?

Dviejų sklindančių bangų superpozicija - STOVINI BANGA – nejudanti išilgai vamzdžio, o tik svyruojanti vertikaliai aukštyn/žemyn.

kas yra mazgas (garso fiizkoje)? antimazgas?

Mazgas (angl. node) – bangos amplitudės minimumas. Destruktyvi interferencija.

Antimazgas (angl. anti-node) – bangos amplitudės maksimumas. Konstruktyvi interferencija.

DOPLERIO EFEKTAS

➢Garso bangų, sklindančių terpėje, dažnis priklauso nuo garso šaltinio ir imtuvo judėjimo.

➢Kai šaltinis ir imtuvas nejuda vienas kito atžvilgiu, garso dažnis, priimamas imtuvu, yra toks pat kaip ir šaltinio skleidžiamo garso dažnis.

➢Garso šaltiniui tolstant (ar artėjant link) nuo imtuvo, registruojamas garso dažnis sumažėja (arba padidėja), kartu pasikeičia ir bangos ilgis – vyksta DOPLERIO EFEKTAS.

Kas yra infragarsas?

Infragarsas yra sudedamoji įvairių triukšmų dalis;

Infragarso šaltiniai dažnai sutinkami gamtoje:

✓ atmosferos (stiprus vėjas, viesulai, uraganai, perkūnija);

✓ geologiniai (ugnikalnių išsiveržimai, žemės drebėjimai);

✓ biologiniai (labai stambių gyvūnų: dramblių, raganosių skleidžiami garsai);

✓ technogeniniai (transporto priemonių, variklių, generatorių, pvz.: vėjų jėgainių sukeltos žemo dažnio vibracijos, karinis ir fejerverkų triukšmas, dideli koncertai).

infragarsas bendri faktai

➢Infragarsas ore, vandenyje, Žemės plutoje bei kietose natūraliose ar dirbtinėse konstrukcijose slopinamas silpnai, todėl sklinda toli.

➢Naudojantis infragarso registravimo prietaisais nustatomos stiprių sprogimų vietos, tiriamos Žemės gelmės ir naudingųjų iškasenų klodai, prognozuojamos audros, uraganai vandenynuose ir jūrose (išankstinio perspėjimo sistemos), tiriami viršutiniai atmosferos sluoksniai.

➢Infragarsas naudojamas apsaugos sistemose, karyboje (nemirtinas ginklas), povandeninėse ryšių sistemose, hidrolokacijoje (sonarai).

infragarso poveikis

➢ Infragarsas veikia žmogaus vidinę ausį, o didesnio intensyvumo – priverčia vidaus organus vibruoti ar net rezonuoti.

➢ Infragarso bangos veikia centrinę nervų ir virškinimo sistemą, sukelia galvos ir vidaus organų skausmus, trikdo kvėpavimo ir širdies ritmą.

➢ Žemesni nei 16 Hz dažnio garsai žmogui sukelia nepagrįstą baimę, nerimą, nuovargį, veikdami vidinę ausį, sukelia “jūros ligos” simptomus.

➢ 7-8 Hz garso dažnis sutampa su galvos smegenų bioelektrinio aktyvumo dažniu, 18-19 Hz garsų dažnis sutampa su akių rezonansiniu dažniu, todėl tai gali sukelti optines iliuzijas.

kas leidžia šikšnosparniui nustatyti atstumą iki objekto?

Laiko intervalas tarp garso ir jo aido

Kas padeda šišnosparniui įvertinti objekto dydį?

Dažnių pokytis ir aido efektas padeda įvertinti objekto dydį (iki 0,1 mm);

Kokios yra žmogaus klausos ribos? infragarso? ultragarso?

Žmogaus klausa (16 Hz – 20 kHz)

Infragarsas (<16 Hz)

Ultragarsas (>20 kHz)

kaip helio dujos keičia balsą

▪ Garsas sklinda greičiau helio dujose nei ore.

▪ Bet balso klostės vibruoja tuo pačiu fundamentiniu dažniu ir ore, ir helio dujose.

▪ Keičiantis dujų sudėčiai pasikeičia tik skleidžiamo garso rezonansiniai dažniai, o ne pats garso šaltinis.

Kas yra girdimumo slenkstis?

Minimalus garso bangos slėgis vadinamas GIRDIMUMO SLENKSČIU (klausos slenkstis).

Kas yra garsis?

GARSIS – subjektyvus garso parametras, nusakantis klausos organų garso stiprio pojūtį.

nuo ko priklauso garsis?

Garsis priklauso ne tik nuo garso stiprio, bet ir nuo dažnio, arba bendresniu atveju − nuo garso spektrinės sudėties, trukmės ir kitų garso charakteristikų.

kuo yra charakterizuojamas garso garsis? kuo matuojamas?

Praktikoje garso garsį priimta charakterizuoti GARSIO LYGIU, matuojamu fonais - nesisteminis logaritminis garso lygio matavimo vienetas

Kokią priklausomybę rodo fonų skalė?

Tokio pat slėgio (stiprio), bet skirtingo dažnio garsas, girdimas nevienodai – vieno dažnio garsiau, o kito – tyliau.

Kada braižomos izofonos?

Sujungus garso slėgių ir jo dažnių taškus, braižomos VIENODO GARSUMO linijos – IZOFONOS.

kada girdimas Kiekvienas garso dažnis?

Kiekvienas garso dažnis girdimas TIK nuo tam tikro garso SLĖGIO/STIPRIO lygio (klausos slenkstis tam dažniui).

Kaip veikia žmogaus klausa?

Žmogaus klausa veikia kaip netiesinė sistema.

Ausies sandara

➢IŠORINĘ ausį sudaro:

❑Ausies kaušelis

❑Išorinė klausomoji landa

❑Ausies būgnelis

➢VIDURINĘ ausį sudaro klausos kauleliai:

❑Plaktukas

❑Priekalas

❑Kilpa

➢ VIDINĘ ausį sudaro:

❑Sraigė

❑Priešangė

❑Pusapvaliai kanalai

Ką daro ausies kaušelis?

Ausies kaušelis koncentruoja garso energiją, patenkančią į išorinę landą ir sudaro rezonatorių ~ 2,7 cm ilgio vamzdelį, iš vieno galo dengiamą būgnelio plėvės.

vidurinės ausies veikimas?

➢ Vidurinė ausis transformuoja garsinius oro svyravimus į skystos vidinės ausies terpės svyravimus.

➢ Jei garso bangos tiesiogiai kristų į ovaliąją vidinės ausies angą, tai dėl skirtingų oro ir vandens akustinių varžų į vidinę ausį patektų tik 0,1 - 2 % jų energijos !!!!

➢ Vidurinės ausies kaulelių darbo principas yra panašus į mechaninio sverto ir leidžia padidinti poveikio jėgą (sustiprina garsą).

➢ Būgnelis ir klausomieji kauleliai praktiškai neturi rezonatoriaus savybių (nevyksta rezonansas), todėl gerai perduodami visų dažnių garsai į vidinę ausies dalį.

Kokias funkcijas atlieka vidurinė ausis?

• Vidurinė ausis atlieka slėgio transformatoriaus funkciją, pradinį slėgį padidindama apie 20 kartų

• apsaugo vidinę ausį nuo pernelyg didelių mechaninių apkrovimų priimant labai stiprius garsus.

Kur vyksta garso dažnio detekcija?

Garso dažnio detekcija vyksta vidinės ausies sraigėje

Garso perdavimas vidinėje ausyje

➢Sraigėje esantys skysčiai yra NESPŪDŪS, todėl vidurinės ausies kilpai judant į priekį ovaliojo langelio membrana išsigaubią į sraigės vidų, o apvaliojo langelio membrana išsigaubia į vidurinės ausies ertmę ir taip išlyginamas skysčio tūris.

➢Garso bangos sąlygotas skysčio judėjimas pasirenka mažiausią jo tekėjimui pasipriešinimą turintį kelią (mažiausias hidrodinaminis pasipriešinimas).

➢Pereinant nuo ovalaus langelio iki sraigės angos, pamatinės membranos plotis didėja.

---

➢ Nuo sraigės pagrindo iki jos viršūnės pamatinė membrana plonėja, o kartu mažėja jos hidrodinaminis pasipriešinimas. ‘

➢ Pamatinę membraną šalia ovalaus langelio paveikia tik didelės energijos garso bangos – trumpos (aukšto dažnio)

pamatinė membrana ausies sraigėje

• Pamatinę membraną šalia ovalaus langelio paveikia tik didelės energijos garso bangos – trumpos (aukšto dažnio).

• Kiekviena pamatinės membranos dalis rezonuoja tam tikru pastoviu dažniu.

kas yra binauralinis efektas? Kodėl jis naudingas?

➢BINAURALINIU efektu vadinamas girdėjimo dviem ausimis efektas (stereoakustinis efektas).

➢Tai padeda tiksliai nustatyti garso šaltinio padėtį.

➢Girdėjimas dviem ausimis leidžia greitai įvertinti garso šaltinio kryptį, o tai padeda gyvūnams išvengti plėšrūnų ar surasti grobį, orientuotis blogo matomumo aplinkoje ir kt.

Binauralinę klausą lemia dvi pagrindinės sąlygos:

❑ ŽEMIEMS garso dažniams pagrindinis faktorius yra laiko momentų, kuriais garsas patenka į kairę ir į dešinę ausį, skirtumas.

❑ AUKŠTIEMS garso dažniams – garso stiprių skirtumas.