Рассмотрим другую характеристику звуковой волны - длину. Этот параметр тесно связан с частотой колебаний, а точнее, является величиной, обратно пропорциональной частоте. Формула

L=c/f,

где L - длина волны, с - скорость звука, а/- частота, достаточно просто описывает это соотношение. Полагая, что скорость звука в воздухе равна примерно 330 м/с, можно подсчитать, что длины волн, слышимые человеческим ухом, имеют диапазон примерно от 1,5 сантиметров до 15 метров. Следует заметить, что понятие длины волны у музыкантов и звукорежиссеров никогда не используется, а вот понятие частоты - повсеместно. Следующая характеристика, необходимая нам для продолжения разговора, это фаза. Понятие фазы имеет крайне важное значение в акустике, поскольку она принимает участие в определении нами положения источника звука в пространстве. Вы никогда не задумывались, зачем человеку два уха? Может, природа просто «продублировала» их про запас? Нет, все гораздо сложнее - именно из-за наличия двух ушей мы умеем определять направление источника звука и расстояние до него. Хотя вопросов, связанных с этим, остается еще очень много, основные положения современная наука трактует однозначно. Рассмотрим их. Механизм определения направления звука низкой и высокой частоты различен. Для низких частот главенствующую роль играет разница во времени попадания звука в левое и в правое ухо. Так как длина волны при этом довольно большая, звуковые волны просто «огибают» голову. Посмотрите на рис. 1.5а - человек сидит точно лицом к источнику звука. Одинаковые плотности воздушных масс попадают в его уши в один и тот же момент времени. Но вот источник звука переместился вправо (рис. 1.56). Из-за этого перемещения левое ухо оказалось несколько дальше от источника звука, чем правое.

Рис. 1.5а. Источник звука расположен по центру

Рис. 1.5б. Источник звука смещён вправо

Теперь одна и та же порция плотности воздуха попадает в правое ухо раньше, а в левое ухо - позже. Мозг, проанализировав смещение фазы звуковых колебаний, тут же определяет новое направление их источника. Правда, для точной локализации источника недостаточно одного условия смещения фазы сигнала, так как оно не позволяет определить, откуда именно исходит звук - спереди, сзади, сверху или снизу. Требуется еще движение головы, в результате чего мозг сравнивает изменение фаз и помещает источник точно посередине пространства. Для высоких частот основным фактором локализации источника звука является разница в интенсивности колебаний, попадающих в оба уха при смещении источника от центральной оси. Эта разница появляется из-за короткой длины волны, которая не «огибает» голову, а отражается от нее. Таким образом, более дальнее от источника ухо акустически затеняется головой и интенсивность приходящего в него звука меньше по сравнению с другим ухом. Фаза колебаний в этом случае особой роли не играет. Нельзя обойти вниманием и такую величину, как звуковое давление. Проведите простой эксперимент - поднесите открытую ладонь к диффузору громко играющего и достаточно большого по диаметру низкочастотного динамика. Чувствуете «ветерок»? Это происходит потому, что любая волна, в том числе и звуковая, оказывает на окружающие предметы действие определенной силы, давление. На слух мы воспринимаем давление звука просто как его громкость. Измеряется давление в паскалях (Па). Тесно связана со звуковым давлением величина, называемая силой (интенсивностью) звука. Она измеряется количеством энергии звуковой волны, проходящей за одну секунду через площадь в 1 м2, расположенную перпендикулярно звуковой волне. Единица измерения силы звука - Вт/м2. По большому счету, термин «сила звука» тут не вполне точен, поскольку речь идет именно о мощности. Сила звука прямо пропорциональна квадрату звукового давления. Учеными установлено, что минимальная сила звука, ощущаемая человеческим ухом, составляет ничтожную величину 1012 Вт/м2. В то же время самые сильные звуки, которые может вынести человек на грани болевого порога, имеют интенсивность 102 Вт/м2. Простой Расчет показывает, что разность между интенсивностями самых слабых и самых сильных звуков составляет 1010 раз! Такие огромные Цифры обусловлены физиологией человеческого слуха, имеющего нелинейный характер восприятия. Если мы станем увеличивать силу звука по линейному закону, то возрастание громкости будет происходить гораздо медленнее. К примеру, увеличив силу звука в 100 раз, громкость увеличится всего в два раза. Поэтому в акустике для сравнения интенсивностей звука принято использовать логарифмические единицы измерения - децибелы (дБ), составляющие десятую часть бела. Если мы обозначим силу более интенсивного звука как/;, а менее интенсивного - как/2, то разность между ними легко вычислить по формуле:

Li=10Lg(I1/I2)

Например, если интенсивность одного звука отличается от другого в 1000 раз, то, другими словами, эта разница составляет 30 дБ. Подобным образом определяется и уровень звукового давления:

Lp=20Lg(P1/P2)

 где Р1, и Р2 - соответственно верхние и нижние значения звукового давления. Минимально слышимый нами перепад звукового уровня составляет 1 дБ. Весь же динамический диапазон человеческого слуха равен примерно 120 дБ. В целом децибел является одной из самых основных единиц измерения в области звука. Поэтому необходимо четко представлять себе ее физический смысл. Во многих учебных пособиях и научно-популярных книгах для примера приводится таблица уровней звукового давления различных источников звука. Не станем исключением и мы, тем более такая таблица интересна и поучительна.