Bendroji informacija apie garsą

Garsas kaip bangų sklidimas

Ore sklindantis garsas gali būti įsivaizduojamas kaip oro slėgio kaita ore. Šią kaitą apibūdina bangos ilgis, dažnis ir intensyvumas. Garsas sklinda aplinkoje nuo garso šaltinio iki garso priėmimo taško aplinkoje. Kai energija sujudina aplinkos molekules, jos pradeda virpėti pirmyn ir atgal, suformuodamos energiją perduodančią bangą. Garso sklidimo greitis priklauso nuo aplinkos, kuria sklinda banga ir yra tą aplinką sudarančios medžiagos esminė savybė. Kietos medžiagos yra puikūs garso laidininkai, skysčiai mažiau praleidžia garsą, dujos yra blogiausi garso laidininkai. Pavyzdžiui, ore garsas sklinda 340 m/s greičiu, o pliene gali sklisti 5200m/s greičiu.

Kadangi slėgio banga susideda iš aplinkoje besikartojančių aukšto ir žemo slėgio sričių, judančių aplinkoje, ji kai kuriais atvejais vertinama kaip slėgio banga. Garso bangos dažnai atvaizduojamos grafiškai, x ašyje atidedant laiką, o y ašyje slėgį arba aplinkos, kurioje sklinda banga, tankį. 

Garsas kaip banga 

fizinė vertė

simbolis

matavi-mo 
vienetas

formulė 

dažnis

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

bangos ilgis

 λ

λ=c/f

laiko periodas arba ciklo trukmė  

T=1/f 

 T=λ/c

bangos sklidimo greitis

 c

m/s

 c=λxf


Žmogaus ausis yra ypatingai jautri ir gali girdėti labai mažos galios garsą. Žmogus girdi nuo 0 dB (girdimumo slenkstis) ir 120 dB (skausmo slenkstis) dažnių diapazone nuo 20 iki20 000 Hz. Mažesnio už girdimosios srities dažnio garsas žinomas kaip infragarsas, o didesnio už 20 000 Hz dažnio garsas vadinamas ultragarsu. 

Kalbos raiškos požiūriu svarbiausias dažnių ruožas yra tarp 300 ir 3000 Hz. Paprastai triukšmas nėra vieno kurio nors dažnio garsas, jo energija pasiskirsčiusi plačiame dažnių ruože. Centriniai dažniai standartizuoti tarptautiniu mastu, žemiau pateiktoje lentelėje nurodyti standartiniai dažnių ruožai.

Oktavos

Oktavos ir 1/3 oktavos dažnių juostų centriniai dažniai

 

Žmogaus ausis pajunta Pa (N/m2) matuojamą garso slėgį. Mažiausias garso slėgis, į kurį reaguoja vidutinė ausis, yra apie 0.00002Pa, o skausmo riba yra apie 200 Pa. Kadangi tokiame plačiame slėgių diapazone nepraktiška naudoti linijinę skalę, garso slėgio lygiai paprastai išreiškiami logaritminėje skalėje (žymimi dB). Terminai dB ir belas (=10 dB) yra grynai matematiniai terminai ir nėra specialiai skirti akustikai.

Belas yra dviejų dydžių santykio logaritmas.

Kiekvienas žmogus skirtingai reaguoja į garsą. Vienam žmogui priimtinas garsas gali labai erzinti kitą žmogų. Individai gali skirtingai reaguoti į tą patį garsą priklausomai nuo jų nuotaikos. Garso lygio padidėjimas 10 dB suvokiamas kaip dvigubas padidėjimas, o 1-2 dB pokytis yra mažiausias, kurį gali pajusti ausis.

Garso suvokimas priklauso nuo:

  • Garso lygio; 
  • Dažnio; 
  • Garso rūšies: nuolatinis ar besikaitaliojantis; 
  • Ar tai triukšmas, ar graži muzika. 

     
Garso slėgis 

Decibelų aritmetika

Kaip nurodyta anksčiau, decibelas yra logaritminė vertė, kurios negalima nei sumuoti, nei atimti, kaip tai daroma su linijinėmis vertėmis. Todėl aritmetiniams veiksmams atlikti būtina pereiti prie linijinių vienetų, Pa, o po to vėl sugrįžti prie logaritminių verčių.

Pavyzdžiui, sudedamos dvi garso lygio vertės:

Lp1= 40 dB ir Lp2=45 dB

Pirmiausiai decibelai pakeičiami belais, dalinant iš 10, po to einama prie linijinių verčių, kad būtų galima sudėti:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Toliau grįžtama į logaritminę vertę: log (41 622) = 4.62 bel

Taigi:
Lp.tot = 46.2 dB

Tą patį rezultatą galima gauti, naudojantis toliau pateiktu grafiku.

Decibelai 

 

Matematiškai sumuojant dviejų vienodų šaltinių garsą, bendras lygis padidėja 3 dB, o 10 vienodų šaltinių – 10 dB. Tai parodyta toliau pateiktame paveiksle.

Decibelų aritmetika


Kai yra matuojamas garso lygis, ausies jautrumas yra vertinamas naudojant skirtingus filtrus. Jie žymimi dB(A), dB(B) ir dB(C). Dažniausiai naudojamas filtras yra A-svertinis filtras, kuris imituoja ausies garso filtravimą. Toliau paveiksle pateikiama A filtro garso slopimo kreivė.

 

A-filtro garso sugerimo kreivė

 Paveikslas: A filtro garso slopimo kreivė.

Garso atspindys, sugertis ir izoliacija

Garsas gali būti sugertas, perduotas arba atspindėtas. Kai į patalpų atitvaras – stogą, grindis arba sieną krinta garso banga, dalis garso energijos atspindima, dalis sugeriama medžiagoje ir dalis perduodama per ją, kaip parodyta paveiksle.

Garso atspindėjimas, garso sugertis, garso izoliacija


Atspindėto, sugerto ir praleisto garso santykis priklauso nuo medžiagos arba konstrukcijos, į kurią krinta garso banga, formos ir struktūros ir garso dažnio. Pagal tai nustatomi trys akustiniai parametrai:

Garso sugerties koeficientas, α = (sugertas garsas +perduotas garsas)/(krintantis garsas)
Atspindžio koeficientas, ζ = (atspindėyas garsas)/(krintantis garsas)
Pralaidumo koeficientas, τ = (perduotas garsas)/(krintantis garsas)