Звуки в помещениях можно подразделить на три типа: речь, музыку и шумы; впрочем, эти типы не независимы и все обладают тремя музыкальными характеристиками: частотой, интенсивностью и тембром.
Частотой называется число колебаний в секунду. Единицей частоты является герц — одно колебание в секунду. Например, 100 герц — значит 100 колебаний в секунду. На рис. 10) показаны диапазоны частот для фортепиано и других музыкальных инструментов и для человеческой речи. Отметим, что для фортепиано область частот простирается от 70 до 8 000 колебаний в секунду; она меньше для других инструментов и для речи. Диапазоны указаны для «основного тона»; если включить сюда и обертоны, то диапазон расширится, от 40 колебаний в секунду для контрабаса до 15000 колебаний в секунду для малого барабана и гобоя.
Интенсивностью звука называется поток звуковой энергии через единицу площади в одну секунду.
Рисунок. 10. Диапазон частот музыкальных инструментов, речи и шумов. Кружками обозначена частота срезания, при которой изменение характера звука становится заметным для 80% наблюдателей
Для звуков средней силы эта энергия чрезвычайно мала — порядка одной миллионной доли энергии, потребляемой электролампой. Диапазон интенсивностей, воспринимаемых ухом, выраженный в обычных единицах, огромен, простираясь от 1 для слабых звуков («порог слышимости») до 1 000 000 000 000 для очень сильных звуков. Этот диапазон можно выразить меньшими числами, пользуясь в качестве единицы децибелом — десятикратным логарифмом интенсивности. В этих случаях говорят об уровне интенсивности. Ниже показана интенсивность обычных звуков и их уровень интенсивности (в децибелах).
| Интенсивность — энергия звука | Децибелы | Характер звука |
| 1 000 000 000 000 | 120 | Самолетный мотор |
| 100 000 000 000 | 110 | |
| 10 000 000 000 | 100 | |
| 1 000 000 000 | 90 | Интенсивное уличное движение; отбойный молоток |
| 100 000 000 | 80 | Шумная контора, телефонный разговор, обычное уличное движение |
| 10 000 000 | 70 | |
| 1 000 000 | 60 | |
| 100 000 | 50 | Обычная контора |
| 10 000 | 40 | Обычный разговор |
| 1 000 | 30 | Тихая квартира |
| 100 | 20 | Тихий разговор |
| 10 | 10 | Шорох листьев шопот |
| 1 | 0 |
Третьей характеристикой звуков является тембр. Разные звуки (например, звук фортепиано и звук корнета) одинаковой частоты и интенсивности различаются нами именно по тембру. Различие вызвано более или менее сложной структурой этих звуков, обусловленной составляющими их простыми тонами (рис. 11).
Существуют различные приборы, позволяющие записывать звуковые колебания или делать их видимыми.
Рисунок 11. Структура результирующего звука при наложении нескольких тонов. Вверху: чистый тон данной частоты. В центре: сложный звук, содержащий основной тон и первый обертон. Внизу: сложный звук, содержащий основной тон и обертоны: первый — седьмой и десятый.
Одним из самых употребительных приборов является катодный осциллограф (рис. 12). Изучаемый звук, принятый микрофоном, преобразуется в электрический ток, который после усиления подводится к осциллографу. Ток вызывает колебания пучка электронов, который и вычерчивает на флуоресцирующем экране волнообразную линию, являющуюся характеристикой звука. Такую линию можно фотографировать или изучать непосредственно на экране. Как показано на рис. 11, сложная волнообразная линия может быть разложена на ряд составляющих ее простых синусоидальных волн.
Рисунок 12 — Схема осциллографа для исследования особенностей звука
Другим прибором, часто употребляемым для акустических изменений, является шумомер (рис. 13). В этом приборе звук, принятый с помощью микрофона, преобразуется в электрический ток и усиливается; показания гальванометра дают величину звуковой энергии. Таким прибором можно не только измерять действительную энергию звуков; при использовании специальных электрических схем можно получить показания, допускающие сравнение со слуховым ощущением, которое далеко не всегда соответствует уровню интенсивности звука в децибелах, например, звук с фактическим уровнем интенсивности в 60 децибел может иногда восприниматься слухом как звук всего лишь в 35 децибел.
Шумы в зданиях весьма разнообразны по своему характеру. Поэтому для уменьшения шумов необходимо прежде всего найти их характеристики, зная которые, можно выбрать и наиболее эффективные корректирующие меры: подобрать и установить наиболее действенные, в применении к данному виду шумов, поглощающие материалы, соответственно изменить общую
Рисунок 13. Шумомер для измерения энергии звука в децибелах.
форму помещения и т. п. Инженеры-акустики все чаще начинают применять научные методы для акустического исправления помещений.