Звуковая волна – период, длина, частота и скорость распространения
Калькуляторы онлайн перевода длины звуковой, инфразвуковой или ультразвуковой
волны в частоту и наоборот. Таблица соответствия
нот полного звукоряда частотам.
Звуковая волна – это механические колебания, которые в результате колебаний молекул вещества распространяются в какой-либо
среде (в газе, жидкости или твёрдом теле) и, достигнув органов слуха человека, воспринимаются им как звук. Источник, создающий
возмущение (колебания воздуха), называется источником звука.
Как уже было сказано, для распространения звука необходима какая-либо упругая среда. Поэтому в вакууме ори, не ори – тебя никто не
услышит, по причине того, что звуковые волны распространяться не смогут, так как там нечему колебаться.., да и слушать там, по большому
счёту, тоже некому.
Так же, как и в случае с электромагнитными волнами, соотношение, связывающее длину звуковой волны с частотой колебаний,
в общем случае выглядит следующим образом:
λ (м) = V (м/сек) / F (Гц), где V (м/сек) - это скорость распространения
звука в среде.
Период колебаний также не претерпел никаких изменений и по-прежнему равен:
T(сек) = 1 / F (Гц) = λ (м) / V (м/сек).
Частота колебаний звукового сигнала F (Гц) – это параметр стабильный, практически не зависящий от среды распространения.
А вот скорость звука V (м/сек), а соответственно и длина звуковой волны – это величины, которые зависят
не только от плотности вещества, но и от его упругости, а в случае с жидкостями и газами ещё – и от температуры, и атмосферного
давления.
Зависимость скорости звуковой волны от свойств упругой среды легко прослеживается по следующей формуле:
V (м/сек) = √Eупр (паскаль) / ρ (кг/м3)
,
где Eупр представляет собой модуль объёмной упругости среды, а ρ – плотность среды.
Модуль упругости, так же как и плотность – это справочные величины, прописанные для конкретных материалов.
В качестве примера, ниже приведена таблица величины скорости распространения звука в различных средах:
| Среда |
Скорость звука, м/сек |
| Воздух при 0° |
331 |
| Воздух при 30° |
350 |
| Вода |
1450 |
| Медь |
3800 |
| Дерево |
4800 |
| Железо |
4900 |
| Сталь |
5600 |
Для газов параметры модуля объёмной упругости и плотности имеют ярко выраженную зависимость от температуры и атмосферного давления.
Если углубиться, то скорость звука в газах можно вычислить по следующей формуле:
V (м/сек) = √γ*Ратм / ρ ,
где
γ = cp/сv – это отношение удельной теплоёмкости при постоянном давлении
к удельной теплоёмкости при постоянном объёме, а Pатм – атмосферное давление,
которое связано с температурой газообразной среды.
Поэтому, чтобы никого сильно не грузить, приведу и приближённую зависимость скорости звука (при нормальном
атмосферном давлении) от температуры среды:
V (м/сек) = (331 + 0,6 * T°), где 331 м/сек – это скорость звука при 0°С,
а T° – температура в градусах Цельсия.
Теперь можно совместить формулы и получить простое соотношение, связывающее длину звуковой волны с частотой колебаний с учётом
температуры среды:
λ (м) = (331 + 0,6 * T°) / F (Гц).
Всё это без лишнего напряга несложно посчитать при помощи листа бумаги или деревянных счёт, ну а для пущего упрощения жизни человека,
приведу и пару он-лайн считалок для перевода одного из параметров в другой.
Калькуляторы предполагают расчёты длины и частоты звуковой волны для воздушной среды при нормальном атмосферном
давлении (760 мм ртутного столба).
Онлайн калькулятор расчёта длины звуковой волны по частоте
Онлайн калькулятор расчёта частоты по длине звуковой волны
Полный диапазон звуковых частот условно находится в пределах:
16...20 000 Гц.
Ниже ( 0,001...16Гц ) – инфразвук.
Выше ( 20...100кГц ) – низкочастотный ультразвук,
ещё выше (100кГц...1МГц) – высокочастотный ультразвук.
А для интересующихся приведу таблицу соответствия нот стандартного музыкального звукоряда частотам.
| Частота (Гц) |
| Октава |
Нота |
| До |
До - диез |
Ре |
Ми - бемоль |
Ми |
Фа |
Фа - диез |
Си |
Си- диез |
Ля |
Соль-бемоль |
Соль |
| C |
C# |
D |
Eb |
E |
F |
F# |
G |
G# |
A |
Bb |
B |
| 0 |
16.35 |
17.32 |
18.35 |
19.45 |
20.60 |
21.83 |
23.12 |
24.50 |
25.96 |
27.50 |
29.14 |
30.87 |
| 1 |
32.70 |
34.65 |
36.71 |
38.89 |
41.20 |
43.65 |
46.25 |
49.00 |
51.91 |
55.00 |
58.27 |
61.74 |
| 2 |
65.41 |
69.30 |
73.42 |
77.78 |
82.41 |
87.31 |
92.50 |
98.00 |
103.8 |
110.0 |
116.5 |
123.5 |
| 3 |
130.8 |
138.6 |
146.8 |
155.6 |
164.8 |
174.6 |
185.0 |
196.0 |
207.7 |
220.0 |
233.1 |
246.9 |
| 4 |
261.6 |
277.2 |
293.7 |
311.1 |
329.6 |
349.2 |
370.0 |
392.0 |
415.3 |
440.0 |
466.2 |
493.9 |
| 5 |
523.3 |
554.4 |
587.3 |
622.3 |
659.3 |
698.5 |
740.0 |
784.0 |
830.6 |
880.0 |
932.3 |
987.8 |
| 6 |
1047 |
1109 |
1175 |
1245 |
1319 |
1397 |
1480 |
1568 |
1661 |
1760 |
1865 |
1976 |
| 7 |
2093 |
2217 |
2349 |
2489 |
2637 |
2794 |
2960 |
3136 |
3322 |
3520 |
3729 |
3951 |
| 8 |
4186 |
4435 |
4699 |
4978 |
5274 |
5588 |
5920 |
6272 |
6645 |
7040 |
7459 |
7902 |
|
