calcal.ru
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.

Похожие инструменты

📐

Калькулятор корреляции и регрессии

Рассчитайте коэффициенты корреляции Пирсона и Спирмена, постройте уравнение линейной регрессии и график онлайн.

⚙️

Калькулятор механической обработки

Расчёты обработки: токарная, фрезерование, сверление, инструмент, мощность, время

🧮

Конвертер часовых поясов

Конвертация времени между часовыми поясами мира. Для планирования встреч и путешествий.

🧮

Калькулятор теории IRT (Раш, 2PL, 3PL)

Расчёт кривых ICC, информационных функций пунктов (IIF) и теста (TIF) по моделям Раша, 2PL и 3PL. Для ЕГЭ, PISA, адаптивного тестирования.

⚙️

Калькулятор длины сварного шва

Расчёт длины сварного шва по нагрузке и типу соединения. Стыковой, угловой, тавровый. Расход электродов.

🧮

Калькулятор научного цитирования и библиографии

Генератор ссылок по ГОСТ Р 7.0.5-2008, APA, Chicago, MLA. Расчёт индекса Хирша, импакт-фактора журнала и РИНЦ-анализ для диссертаций (ВАК).

💰

Калькулятор алиментов

Рассчитайте размер алиментов: доля от дохода или фиксированная сумма. По СК РФ.

🏗️

Калькулятор кладки: кирпич, блоки, раствор, несущая способность

Расчёт количества кирпича и блоков, объёма раствора, несущей способности кладки по СП 15, теплотехники и стоимости работ.

🧮

Калькулятор методологии исследований

Расчёт размера выборки, критерий хи-квадрат, корреляция Пирсона и мощность теста. Инструменты для научных и маркетинговых исследований.

💻

Калькулятор NPS (Net Promoter Score)

Расчёт индекса лояльности NPS по результатам опроса. Визуализация, интерпретация, бенчмарки по отраслям.

⚙️

Калькулятор гидроэнергетики: мощность ГЭС, турбины и малые ГЭС

Расчёты гидроэнергетики: мощность ГЭС (P = ρgQHη), выбор турбины (Пельтон/Фрэнсис/Каплан), малые ГЭС, AEP, гидрология.

🏗️

Калькулятор строительных отходов: объём, вывоз, переработка

Расчёт объёма строительных отходов, стоимости вывоза, классификация по ФККО, потенциал переработки и паспорт отходов.

💻

Калькулятор расстояния между координатами (геокодер)

Рассчитайте точное расстояние между двумя точками по широте и долготе. Формула Хаверсина. Поддержка поиска адресов.

🏥

Калькулятор вирусологии

TCID50 по Риду-Мюнху, бляшкообразующие единицы PFU, MOI, вирусная нагрузка, IC50 антивирусных, burst size.

🧮

Генератор случайных русских имён

Генерация случайных ФИО с правильными отчествами и склонением фамилий. Классические, современные и редкие имена.

Лиана Арифметова
Создатель

Лиана Арифметова

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

Был ли этот калькулятор полезен?

⚖️

Отказ от ответственности

Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.

Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.

Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.

Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.