Физика • Акустика • Инженерия

Калькулятор волн и звука

Универсальный инструмент для акустических расчетов: эффект Доплера, скорость звука, длина волны, частота и уровни звукового давления (SPL).

Загрузка калькулятора...

343 м/с

Скорость в воздухе

20-20кГц

Слышимый диапазон

Doppler

Эффект движения

dB SPL

Уровень давления

Физика волн и звука

Звуковые и волновые процессы лежат в основе множества дисциплин — от акустической инженерии до медицины. Звук — это механическая волна, которая распространяется в упругой среде (газе, жидкости или твердом теле) посредством колебаний частиц.

Ключевые параметры любой звуковой волны взаимосвязаны: зная скорость звука в среде и частоту, всегда можно найти длину волны. А при движении источника возникает знаменитый эффект Доплера.

Фундаментальная связь

v = λ · f

v (velocity)Скорость звука (м/с)
λ (lambda)Длина волны (м)
f (frequency)Частота (Гц)

🚀

Скорость звука

Скорость звука не является константой — она напрямую зависит от среды, температуры и давления. В более плотных и упругих средах звук распространяется быстрее.

В воздухе (20°C)

~343м/с

При 0°C скорость падает до ~331 м/с

В воде

~1480м/с

Почти в 4.3 раза быстрее, чем в воздухе

В стали

~5960м/с

Звук в металле мгновенно передает вибрации

🚑

Эффект Доплера

Изменение частоты волны, воспринимаемое наблюдателем, когда источник звука или сам наблюдатель движутся.

Формула для звука

f' = f · (v ± vₒ) / (v ∓ vₛ)

vₒСкорость наблюдателя

vₛСкорость источника

Пример: Сирена скорой помощи

Когда машина приближается, звуковые волны "сжимаются", и мы слышим более высокий тон. Когда она удаляется — волны "растягиваются", и тон резко падает.

Приближение (Выс. частота)Удаление (Низ. частота)

Шкала децибел (dB)

Слух человека логарифмичен: чтобы мы почувствовали увеличение громкости в 2 раза, интенсивность звука должна вырасти в 10 раз. Децибел — это безразмерная единица, показывающая отношение текущего звукового давления к порогу слышимости.

👂

0 dB

Порог слышимости

Тишина в безэховой камере.

🗣️

60 dB

Разговор

Обычная беседа на расстоянии 1м.

🎵

100 dB

Клуб / Концерт

Опасный уровень при долгом воздействии.

✈️

140 dB

Реактивный двигатель

Болевой порог, мгновенная травма.

Примеры инженерных расчётов

Задача 1: Расчёт длины волны

Дано: Частота 500 Гц, воздух 20°C (343 м/с).

Решение: λ = 343 / 500 = 0.686 м.

~69 см

Задача 2: Уровень давления (SPL)

Дано: Давление 0.2 Па (опорное 20 мкПа).

Решение: 20 · log₁₀(0.2 / 0.00002) = 80 дБ.

80 дБ

Частые вопросы

Часто задаваемые вопросы

Звуковое давление — это физическая величина (Паскали), которую можно измерить прибором. Громкость — это субъективное ощущение человека, которое зависит от частоты звука и индивидуальных особенностей слуха.

Диапазон слышимых звуков огромен: самые громкие звуки в триллион раз мощнее самых тихих. Логарифмическая шкала децибел позволяет сжать этот гигантский диапазон в удобную шкалу от 0 до 140.

В идеальной среде (как воздух) — практически нет. И басы, и высокие ноты долетают до слушателя одновременно. Зависимость скорости от частоты (дисперсия) проявляется только в специфических условиях.

Прямо пропорционально. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы газа, и тем быстрее передается волна. Прирост составляет ~0.6 м/с на каждый градус Цельсия.

Из-за температурной инверсии. Ночью земля остывает, воздух у земли холоднее. Звуковые волны преломляются (искривляются) вниз к земле, создавая своего рода «звуковой канал», по которому звук распространяется дальше.

Когда источник движется быстрее звука, волны не успевают уйти вперед и накладываются друг на друга, образуя ударную волну (конус Маха). Наблюдатель слышит это как резкий хлопок.

Потому что вода гораздо плотнее и менее сжимаема, чем воздух. Молекулы расположены ближе друг к другу и быстрее передают импульс соседним молекулам.

Нет, децибелы не складываются линейно. Два источника по 60 дБ дадут в сумме 63 дБ. Удвоение мощности источника дает прирост всего в 3 дБ.

Создатель

Лиана Арифметова

Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».