Постановка звука ль от твердого л: Постановка звуков [Л] и [Ль]. Блог Лого-Эксперт

Содержание

Постановка звуков [Л] и [Ль]. Блог Лого-Эксперт

1. Постановка [л] механическим способом. Механический способ постановки – это распространенный метод, используемый в логопедической практике; 

Используя в качестве базового звука мягкий [ль] попросить ребенка несколько раз повторить слог [ля], затем с помощью зонда нажать на среднюю часть спинки языка вниз – вправо или влево, и попросить ребенка произнести несколько раз сочетание [ля]. В момент произнесения регулируйте движение зондом, пока не будет получен акустический эффект твердого [л].

2. При замене звука [л] на [л’] рекомендуется постановка [л] от [ы], т.к. в этом случае неправильное звучание зависит от напряжения языка в передне-средней его части, а не в задней;

В случаях неуспеха можно использовать следующие приемы: механическая помощь – двумя пальцами указательным и безымянным провести легкий нажим на шею так, чтобы каждый палец приходился в точку у внутреннего края задней трети левой и правой ветвей нижней челюсти. Предложить создать некоторое напряжение в области плечевого пояса и шеи, для чего нужно нагнуть голову вперед и в этом положении тянуть звук [л] на возможно низком тоне. Важно обратить внимание на возникающие кинестетические ощущения от подъема корня языка.

3. При замене звука [л] звуком [j] ребенка учат удерживать кончик языка за зубами, крепко прижимая его к верхним зубам, опускать среднюю часть спинки языка, а заднюю поджимать;

Чтобы язык принял такое положение, ребенка просят просунуть кончик языка между передними зубами и сказать протяжно [ы] или при открытом рте положить на среднюю часть языка круглую пластмассовую трубочку, а кончик языка поднять за верхние резцы.

4. При замене [л] на [у] прежде всего нужно довести до ребенка, что губы не должны двигаться;

Для этого предлагают посмотреть в зеркало на свои губы при неоднократном произнесении слога [ла]. Затем взрослый сам произносит этот слог и обращает внимание на ребенка на то, что губы не вытягиваются вперед, язык все время виден – он опускается сверху вниз. Ребенку говорят: «Твои губы непослушные. Ты хочешь, чтобы они не вытягивались вперед, а они делают по-своему. Давай научим их слушаться. Прикажем губам: вытягивайтесь трубочкой вперед!» Ребенок легко выполняет знакомое ему движение. «А теперь растяни губы, как будто ты улыбаешься (это тоже не затруднит ребенка). Вот видишь, губы стали послушными, потому что ты им сказал, что они должны делать». Упражнение повторяется несколько раз, пока ребенок не научится легко переключаться с одного движения на другое в быстром темпе. «А теперь поработаем языком. Посмотри, что будет делать мой язык» (Логопед поднимает язык за верхние зубы, крепко прижимает его кончик, потом опускает, губы все время находятся в положении улыбки). «Сделай и ты так».

5. При замене [л] на [в] необходимо затормозить движения нижней губы;

Для этого ребенка учат сначала опускать её, обнажая зубы, и удерживать в таком положении под счет от З до 5, потом поднимать к верхним зубам. Эти движения повторяются несколько раз. Если у ребенка не получается, используют механическую помощь, то опускают и поднимают нижнюю губу указательным пальцем, поставленным под нее.

6. При замене [л] на [г] отрабатывают положение кончика языка сначала между зубами, затем — у верхних резцов; 
 
Ребенку показывают в чем ошибка его произношения и чем оно отличается от правильной артикуляции. Логопед говорит: «скажи ла, ла, ла (ребенок произносит «га, га, га»). Видишь, как далеко ушел твой язык? Посмотри, где он у меня. Он прижат к верхним зубам. Сделай и ты так. Скажи [ы], но не опускай язык, а подержи за зубами вот так».

7. При двугубном или губно-зубном произношении звука [л] необходимо затормозить движения губ вперед, укрепив оскал губ;

Если это у ребенка не получается, используют механическую помощь: фиксируют губы в улыбке, прижимая пальцами уголки губ в первом случае, и придерживают нижнюю губу указательным пальцем во втором случае.

8. При носовом ламбдацизме следует обратить внимание на воздушную струю, выходящую изо рта по бокам языка.  

Ребенку предлагают перед зеркалом удерживать корень языка внизу, а мягкое нёбо вверху (позевывание, поднимание и опускание задней части языка, поочередное произнесение с открытым ртом: а-н-а-н…). Затем традиционным приемом ставится правильный звук [л]. На первых порах крылья носа зажимают.

В процессе работы логопед может использовать логопедические зонды или другие подручные материалы (зондозаменители), подходящие для этих целей. Но важно следить за стерильностью этих предметов.

Постановка звука Л

При артикуляции твердого звука Л

  1. губы в полуулыбке;
  2. зубы сближены;
  3. кончик языка поднимается и образует смычку с альвеолами; передняя и средняя части спинки языка вместе с его краями опускаются; задняя часть спинки языка приподнимается к мягкому небу;
  4. воздушная струя идет по бокам языка, между языком и щекой, отчего звук л и называется боковым;
  5. мягкое небо поднято, прижато к задней стенке глотки, закрывает проход в носовую полость, воздушная струя идет через рот;
  6. голосовые складки напряжены, сближены и колеблются, в результате чего образуется голос.

Наиболее распространенные ошибки

1. язык оттягивается в глубь рта, слышится звук, близкий к «ы». Внимание ребенка акцентируется на положении языка между зубами;

2. отсутствие плотной смычки. На схеме стрелкой обозначается направление усилия (вперед), предлагается не только удерживать язык на зубах, но и упереться в зубы;


3. неправильное положение губ, когда зубно-язычная артикуляция заменяется губно-губной или губно-зубной. Схема фиксирует внимание на положение губ. Возможно временное удержание губ в правильной позиции пальцами или зондом. Удержание губ в улыбке необходимо на этапе постановке звука. В дальнейшем губы нейтральны и принимают положение следующего гласного;


4. неправильный выдох — форсированный (слышится звук, близкий к «ф», образованный при участии щек) или носовой (слышится звук близкий к «н». Внимание ребенка обращается на участие мягкого неба, ротовой выдох и плавную воздушную струю с участием голоса.

Воздушная струя очень слабая, устойчивая, чуть теплая.

II этап работы

(проводится как часть занятия)

Тема. Уточнение произношения имеющегося звука л или вызывание его по подражанию.

Цель. Добиваться от каждого ребенка правильного произношения звука л, воспитывать умение определять положение языка при произнесении звука л.

Предшествующая работа. Подъем кончика языка вверх отрабатывался на звуках т, д, н; подъем задней части языка — на звуке у; отработан звук ы.

Подготовительная работа. Уточнить, как дети произносят звук л.

Упражнение «Самолет гудит»

Краткое описание
Воспитатель, обращаясь к детям, говорит: «Улетел самолет высоко за облака, не видно его, только слышно, как он гудит: «ллл…» Дети, изображая летящие самолеты, гудят, длительно произнося звук л низким тоном. Воспитатель обращает внимание детей на то, что «сердитое» гудение высоко летящего самолета напоминает звук л. Спрашивает: «Что делает кончик языка, когда мы говорим звук л? («Кончик языка поднимается вверх». ) Куда прижимается кончик языка, когда мы говорим ллл? («Кончик языка прижимается к верхним зубам».) Покажите, куда прижимается ваш язык, когда вы говорите лллл…» Дети выполняют задание по подгруппам. Воспитатель проверяет, как получается упражнение, и следит, чтобы у всех кончик языка прижимался к внутренней стороне верхних резцов. Если у ребенка кончик языка находится между зубами, надо попросить поднять его выше, к нёбу.

Методические указания. Для выработки хорошего произношения звука л необходимо следить за правильным положением органов артикуляционного аппарата. Обратить внимание детей на то, что при произнесении звука л губы находятся в спокойном положении, кончик языка прижат за верхними зубами.

Примечание. Если у ребенка не получается звук л при описанном выше положении органов артикуляционного аппарата, надо вызвать у него л межзубный, при этом меняется лишь положение языка — широкий кончик языка зажимается зубами.



Упражнение «Пароход»

Краткое описание.

Игра проводится с теми детьми, которые неправильно произносят или пропускают звук л. Воспитатель говорит: «Сейчас, дети, мы поедем кататься на пароходе. Вы знаете, как пароход гудит? Послушайте: «ыы». Повторим все вместе, как гудит пароход…»

А теперь положите широкий язык между зубами, закусите его слегка и погудите, как пароход: «ыы». Дети гудят. Получается межзубный звук л. Воспитатель продолжает: «Пароход может давать несколько гудков». (Произносит звук ы, держа широкий кончик языка между зубами, то закусывая его, то отпуская, но не снимая кончика языка с зубов. Получается многократное повторение слога лы.)

Когда у ребенка будет хорошо получатьсял межзубный, надо предложить ему в процессе произнесения звука перевести язык за верхние зубы (с этим дети обычно легко справляются).

III этап работы

(проводится как часть занятия)
Тема. Воспитание правильного произношения звука л в словах.
Цель. Упражнять детей в правильном произношении звука л в словах.

Предшествующая работа. Проведено уточнение произношения изолированного звука л.
Подготовительная работа. Подобрать игрушки, предметы, в названии которых звук л будет находиться в начале, середине, конце слова.

Игра «Что я видел?»

Краткое описание
На числовую лесенку воспитатель ставит 4 — 5 игрушек (лошадка, белка, кукла, клоун). Вызванный ребенок смотрит, в каком порядке они стоят, поворачивается лицом к детям и говорит: «Я видел лошадь, белку, куклу, клоун». Дети проверяют, в правильном ли порядке он назвал игрушки. Потом педагог вызывает другого ребенка и меняет порядок игрушек. Можно постепенно заменять одни игрушки другими.

Методические указания. Следить, чтобы дети, называя предметы, выделяли звук л, т.е. произносили его несколько длительнее, чем другие звуки.

Постановка мягкого звука Л

При артикуляции мягкого звука Ль

  1. губы в полуулыбке;
  2. зубы сближены;
  3. кончик языка поднимается и образует смычку с альвеолами; средняя и передняя часть спинки языка поднимается по направлению к твердому небу и некоторым продвижением вперед всей массы языка.
  4. воздушная струя идет по бокам языка, между языком и щекой, отчего звук л и называется боковым;
  5. мягкое небо поднято, прижато к задней стенке глотки, закрывает проход в носовую полость, воздушная струя идет через рот;
  6. голосовые складки напряжены, сближены и колеблются, в результате чего образуется голос.

II этап работы

(проводится как часть занятия)

Тема. Уточнение произношения имеющегося звука л’ или вызывание его по подражанию. Воспитание фонематического слуха.
Цель. Добиваться умения правильно произносить звук л’ в слогах. Учить соотносить звукосочетания ли, ля, лё, лю с соответствующими рисунками.
Предшествующая работа. Дети учились правильно произносить звук л.
Подготовительная работа. Подобрать 4 картинки с изображением балалаек разного размера и разного оформления.

Игра «Угадай, на какой балалайке играем»

Краткое описание
Воспитатель вспоминает с детьми, как «сердито» гудел самолет, когда летел высоко за облаками, затем говорит: «А теперь вы послушайте, как играют балалайки. Вот эта самая маленькая (ставит картинку на доску), и играет она нежно: «ли-ли-ли…» Как играет эта балалайка?..

Эта балалайка побольше (показывает картинку и ставит ее на доску), и звучит она тоже нежно: «ля-ля-ля». Как звучит эта балалайка?..

Поиграем на другой балалайке (показывает третью картинку и ставит ее). Она хоть и побольше, но песенка у нее тоже мягкая, нежная: «лё-лё-лё». Какая у нее песенка?..

А эта самая большая (ставит на доску последнюю картинку), но и она играет нежно, мягко: «лю-лю-лю». Как она играет?..

Сейчас я посмотрю, как вы запомнили звучание балалаек». Воспитатель показывает на балалайки, а дети воспроизводят соответствующие звуки. Затем педагог предлагает: «А теперь я проверю, какие вы внимательные. Я буду подражать звучанию этих балалаек, а вы должны угадать и показать, на какой балалайке я играла».

Методические указания. Воспитатель должен давать четкий образец звукосочетаний ли, ля, лё, лю; фиксировать внимание детей на том, что балалайки звучат мягко, нежно. Следить, чтобы у детей при произнесении звукосочетаний ли, ля, лё, лю кончик языка прижимался к бугоркам за верхними зубами.



III этап работы

(проводится как часть занятия)

Тема. Воспитание четкого, правильного произношения звука л’ в словах.
Цель. Упражнять детей в произношении звука л’ в словах.
Предшествующая работа. Уточнено произношение звука л’ в слогах.
Подготовительная работа. Воспитатель подбирает картинки, в названии которых имеется звук л’. Потом он разрезает их на две половины. Примерный перечень картинок для игры: пальто, лев, лиса, лейка, апельсин, цыплёнок, шляпа, телефон, телёнок, лента, лебедь, лестница, лимон и др.

Игра «У кого другая половина?»

Краткое описание
Воспитатель говорит детям, что у него есть картинки, но они разрезаны пополам. «Я вам раздам половинки, а вы посмотрите внимательно и решите, половина какой картинки у вас». Вызванный ребенок показывает половину своей картинки и говорит, что у него изображено. Тот, у кого вторая половина картинки, встает рядом с ним, прикладывает свою половину и говорит, что изображено на картинке.

Методические указания. При назывании картинок дети должны произносить звук л’ более четко, чем остальные звуки. Обратить внимание детей на то, что на предыдущих занятиях говорили «сердитый» звук л. А сегодня звук л произносится в словах «мягко», ласково.

Постановка звука «Л» без помощи логопеда

Звук «Л» необходимо ставить ребенку как можно раньше, а именно в тот момент, когда вы заметили проблемы в произношении этого проблемного звука. Чем старше дошкольник становится, тем менее покладистим становится его язык. Проще будет побороть проблему «на корню», чем потом пожинать «плоды» невнимательности к своему чаду.

Постановка звука «Л» заключается в использовании различных методов работы с неусидчивым и подчас неподдающимся малышом. Эта статья посвящена самостоятельной логопедической работе родителей со своими детьми. Статья предоставит маме и папе возможность научить своего ребенка говорить букву «Л» и звук «ЛЬ» легко и быстро. Артикуляционная гимнастика поможет научить детей правильно говорить букву «Л» без помощи педагога-специалиста. Лечение делится на два этапа: выработка правильной артикуляции и автоматизация звука.

Постановка звука «Л» при его отсутствии или замене в речи ребенка на «Ы»

На первом этапе вырабатывают правильную артикуляцию и речевое дыхание при произнесении звуков «Л» или «ЛЬ» (это и есть артикуляционная гимнастика). На данном этапе процесс вдоха и выдоха важен как никогда.

Попытайтесь приказать малышу произносить свой «размазанный» звук «Л» (который больше похож на Ы) четче. Этот звук должен быть произнесен так, будто попадает малышу на ладошку. Выдыхать нужно так же сильно. Необходимо отодвигать ладошку как можно дальше ото рта, чтобы ротовой выдох усиливался.

Накажи язычок

Необходимо пошлепать язычок губами 5-6 раз, произнося при этом «пя-пя». Затем следует удерживать широкий язык в спокойном положении.

Сделать язык лопаткой

Улыбнуться, приоткрыть рот и положить широкий язык на нижнюю губу. Губу при этом не натягивать на нижние зубы. Удерживать в этом положении от 1 секунды до 5, а затем и до 10.

Джем «Пальчики оближешь»

Ребенку нужно будто слизать с верхней губы джем широким кончиком языка. При этом движения должны быть сверху вниз, а не по сторонам. Нижняя губа не должна быть задействована.

Методические указания родителям

При закреплении звука «Л» следует использовать картинки со словами: лев, лиса, лист, лейка, слива, апельсин, шляпа, цыпленок, вафли, домашние туфли, соль, телефон. Заметьте, во всех вышеперечисленных словах звук «л» является мягким. Именно с мягкого звука «ль» следует начинать обучение правильного произношения. После успешного преодоления ребенком мягкого звука, справиться с освоением твердого звука детскому язычку будет уже не так трудно.

Ниже представлены способы обучения детей произношению твердого звука «Л».

Автоматизация звука «Л» в слогах

Попросите ребенка произнести вслед за вами или же самостоятельно прочитать данные слоги:

  • Ла-ло-лу-лы;
  • Ло-лу-ла-лы;
  • Лу-лы-лы-ло;
  • Лы-лу-ло-ла;
  • Ла-лы-лу-ло;
  • Лы-ла-ло-лу;
  • Ал-ол-ул-ыл;
  • Ял-ёл-юл-ил-ел;
  • Ал-ял-ол-ёл.

Добившись правильного произношения ребенком звука «Л» в слогах, можно переходить к автоматизации «Л» в словах.

Артикуляционная гимнастика со словами

Попросите сына/дочь повторить следом за вами или самому вслух прочесть определенные слова, содержащие проблемную букву. Конечно, дошкольнику нелегко будет высидеть, читая или повторяя большее количество слов. Поэтому постарайтесь проявить креативность. Нарисуйте (если не умеете или ленитесь рисовать, распечатайте в Интернете) картинки с изображением каждого из нижеприведенных слов. Существительные нарисовать будет легче. Если же это глаголы что-то вроде «скакала, водила», то изобразите на листе бумаги девочку/мальчика в данном действии (скачущего или водящего хороводы). Можно объединить несколько слов, таких как существительные и глаголы (или прилагательные). Например, унылый Лука уснул.

Язык жестов

Можно в качестве варианта вообще обойтись без изобразительного искусства. Попытайтесь упростить упражнения и жестами показать то или иное слово, содержащее букву «Л» или звук «ЛЬ», таким образом, чтобы дитя могло без труда его угадать. Если ребенок не знает значение картинки, расширьте его кругозор, объяснив, что именно этот предмет означает и для чего предназначается. При этом вы добьетесь двойного результата. Малыш и эрудицию подключит, и правильно говорить заодно научится. Такая гимнастика побудит детей к дальнейшему саморазвитию.

Итак, следует поочередно отработать с дошкольником несколько словарных рядов.

  1. Первые словарные упражнения будут содержать слог «ла»:


    Лак, лапа, юла, лада, зола, вела, лаз, ладно, лампа, кулак, силач, ласты, Мила, жила, пела, мыла, мгла, дула, бегала, видела, обидела, одела, школа, бросала, носила, водила, возила.

  2. Вторые словарные упражнения будут содержать слог «ло»:


    Лоб, лом, лось, лодырь, лодка, ложка, локоть, лом, болото, колода, берлога.

  3. Третьи словарные упражнения будут содержать слог «лу»:


    Лук, луч, лужа, клуша, лужайка, валун, Балу, луна, Лука, лунка, шалунишка, лукошко, голубь, желудь, палуба, лужок.

  4. Четвертые словарные упражнения будут содержать слог «лы»:


    Лыко, милый, вялый, зрелый, малыш, столы, улыбка, полынь, лыжник, голубцы, бокалы, каналы, пеналы, обвалы, белый, вокзалы, каникулы, малышка, смелый, унылый, булыжник, полыхает.

  5. Пятые словарные упражнения будут содержать слог «ал»:


    Халва, балаган, бал, Бали, валун, шалунишка, дал, жал, зал, вал, устал, бокал, мал, галка, палка, мочалка, закалка, скалка, балка, фиалка, спал, упал, копал, алфавит, маршал, шалфей, балкон, вокал, обвал, стучал, металл, галстук, алмаз, выдал, выпал, падал, капал, насыпал, топал, щупал, выгнал.

Переходим от слов к предложениям

Предложите ребенку произнести или прочесть вслед за вами такие постановки в виде предложений, содержащие букву «Л»:

  • Мила ела салат.
  • Луша взяла лопатку.
  • Ласточка свила гнездо.
  • Мама сделала молочную лапшу.
  • Мила вымыла ладони.
  • Наступила зима.
  • Готовь лыжи и салазки.
  • Людмила видела слона.
  • В лавке продаются спелые и сладкие яблоки.
  • Клавдия увидела черно-белую ласточку.

Игра «Закончи предложение»

Подберите картинки к словам: лопата, лодка, велосипед, мыло, глобус, ластик, клавиша и парта. Начните предложение, а малыш закончит по картинке.

Дядя Лука копает клумбу чем? (лопатой).

Володя и Славик плывут на чем? (лодке).

Клавдия мыла ладони чем? (мылом).

Володя поехал на чем? (велосипеде).

Михаил смотрел на что? (глобус).

Володя уронил что? (ластик).

Коля нажал на что? (клавишу).

Павлик в классе сел за что? (парту).

Игра «Сочиняем на ходу»

После коротеньких разминочных загадок можно перейти к более сложному заданию — текстам, которые ребенку тоже необходимо прочесть вслух или же повторить со взрослым. Желательное условие для данного упражнения — паузы.

Следует научить ребенка говорить с выражением и не спеша. В заданиях подобного рода это важно, потому что слоги имеют похожую структуру и переплетаются, при этом слова имеют разный смысл. Скороговорка здесь не получится. Не торопите детей. Пусть он читает без спешки, сосредоточившись на смысле текста. Только поняв суть сказки, ребенок поймет, с какой интонацией правильно читать текст, а вы сможете научить его говорить правильно и без запинки. В ниже приведенных текстах отрабатывается как твердый «Л», так и мягкий звук «ЛЬ».

Сказочка про куклу Милу

Купила мама маленькой Людмиле куклу. Кукла Люде очень полюбилась. Людмила назвала куклу Милой. Кукла была мила. Целые дни Люда была с Милой. Она шила ей костюмы и платья, расчесывала пышные белые волосы. Люда укладывала Милу спать и баюкала. Девочка берегла куклу. Но как-то Людмила уложила Милу спать. Пока девочка обедала, куклу унесла собака Лайка. Она потрепала куклу. Поплакала-поплакала Люда, но куколку любимую не оставила. Тогда мама решила купить дочурке такую же куклу. Пока дочка спала, мама подложила новую вместо старой куклы. Людмила даже не догадалась.

Научите отличать «Л» и «ЛЬ»

После того, как постановка «Л» автоматизирована, в обязательном порядке поработайте над дифференциацией, чтобы ребенок не путал звуки. Дифференциация – это различение звуков. Постановки автоматизации необходимо проводить в форме забавы для детей. Не допускайте переутомления детей во время постановки. Артикуляционная игра должна проходить в непринужденной форме. При этом важно не только научить ребенка говорить, но и закрепить приобретенные навыки как в повседневной речи, так и в письме.

Артикуляционная гимнастика с дифференциацией

Данная артикуляционная гимнастика предполагает произнесение малышом словарных пар. Следует научить ребенка говорить звук с мягким «ЛЬ» и твердым «Л» четко и ясно. Такое упражение поможет добиться четкости в произношении.

Лавка – лямка;

Игла-земля;

Слон-силен;

Клумба-клюква.

Поиграем в раскраски

Попросите ребенка выделить букву «Л» зеленым цветом там, где она твердая, и красным цветом – там, где он услышит мягкий звук «ЛЬ».

  • Наша Юля словно юла.
  • Илья разжал кулачок, а на ладони сидит светлячок.
  • Станислав гулял по огороду и ел все, что находил.
  • Лоре нужна зеленая, а не голубая краска.

Если малышу надоели повторяющиеся каждый раз упражнения, видоизмените их, придумывать обновленные с другими словосочетаниями и скороговорками. Регулярные занятие и гимнастика языка оградят родителей от некоторых проблем при подготовке ребенка к школе.

Видео c артикуляционной гимнастикой для четкого произношения звуков л, ль:

 

ЛОГОПЕД.РУ: Дифференциация твердого и мягкого звуков [Л]-[Л’].

Дифференциация твердого и мягкого

звуков Л — Ль.

Организуйте автоматизацию звука в форме игровых занятий. Занятия по продолжительности должны занимать 15 — 20 минут для детей до 4,5 лет, старше — 30 минут. Нельзя допускать возникновения утомления у малыша.

Прежде, чем приступить к автоматизации, ребенок должен научиться правильно произносить изолированный звук.

Произносить слова.

лавка — лямка

игла — земля

слон — силен

улыбка — улитка

лапа — шляпа

метла — петля

лук — люк

ел — ель


Юла — Юля

лоб — лед

лужа — Люда

угол — уголь

кулачок — светлячок

пилот — полет

клумба — клюква

стал — сталь

Произносить предложения и текст.

Оля пела.
Наша Юля как юла.
У Коли в руке флаг, на боку фляжка.
Можно крышу настилать, можно домик заселять.
Я разжал кулачок — на ладони светлячок.
Мы ходили по полям и делили пополам все, что находили.
Вот идут на задних лапках две собачки в модных шляпках.
Без сомненья, лев силен, но слабее он, чем слон.
Летят самолеты, сидят в них пилоты.
Едет комбайн на колесах, режет спелые колосья.
Люда, у тебя под ногами лужа.
Села галка на крышу клуба и чистит клюв.
Ларисе нужна не любая, а голубая краска.
Сыпь уголь в этот угол.
Галка ходит у реки по гальке.
Меня разбудил будильник.

Была в лесу белка.

Была в лесу белка, и были у белки дети. Жила белка в дупле. Пришли Миша и Коля, взяли их к себе. И белки жили у них в клетке.

По Л. Толстому.

Назовите детенышей животных: у льва — львята, у лисы — …, у лягушки — …, у лебедя — …, у тюленя — …, у косули — ….

Догадайся сам и загадай своим друзьям.

Я землю копала, ничуть не устала.

А кто мной копал, тот и устал.

(Лопата)

Белый на белом написал, где бегал.


Рыжая прочтет — белого найдет.

(Заяц и лиса)

Что за птица смелая по небу промчалась?

Лишь дорожка белая от нее осталась.

(Самолет)


Круглое, румяное с дерева упало,

Любе в рот попало.

(Яблоко)


Вот иголки и булавки выползают из-под лавки.

На меня они глядят, молока они хотят.


(Ёжик)


Закружится стоит или идет,

А если остановишь — упадет.

(Юла)

Повтори слова: лапа, лак, лама, лавка, лайка, ландыш, ластик, ласты, ласточка, лапша, ладья, лампа, лань, ласка, лось, лов, лошадь, лотос, лоза.

Какие из этих слов обозначают четвероногих животных, какие — птиц, какие — растения? Что здесь может само двигаться и что не может?

Еще слова: платок, платье, плакат, пламя, планета, облако, блуза, гладкие полы, класс, клок, ледяные глыбы, белые клавиши, клоун, флаг, флажок, флот.


Назови слова, которые обозначают одежду. Какие слова отвечают на вопросы: Кто? Что? Какие?

Говори, не торопись и, смотри, не ошибись.

Кол около стола, стол около кола.


Колпак под колпаком, под колпаком колпак.


Убежало, убежало, убежало молоко.
Я с трудом его поймала.
Быть хозяйкой нелегко.

Посадил дед лук, отрастил лук чуб.
Увидал лук внук, оборвал луку чуб.
Удивительная штука: слезы капают — у внука!

Наши руки были в мыле, мы посуду сами мыли.
Мы посуду мыли сами, помогали нашей маме.

Валя на проталинке промочила валенки.
Валенки у Валеньки сохнут на завалинке.

Мама Милу с мылом мыла. В глаз попало Миле мыло.

Мама Миле говорила: — не сердись, дочурка Мила!

— Не сержусь, сказала Мила. — Я выплакиваю мыло.

Колокольчик.


Колокольчик голубой поклонился нам с тобой.

Колокольчики-цветы очень вежливы. А ты?

Белые лебеди.


Белые лебеди в небе живут, по небу лебеди плавно плывут.

Белые перышки вьются слегка. Здравствуйте, лебеди — облака.

Желаю удачи!

Постановка звука «Л» поэтапно: мягкого, твердого, автоматизация

Существует несколько причин, почему постановка звука л занимает так много времени и сил, и результат достигается лишь к 6 годам. Во-первых, роль играют фонематические склонности, когда ребенок просто не воспринимает это звук во время разговора. Во-вторых, подъязычная связка может быть слишком короткой. В-третьих, очень слабые мышечные ткани языка тоже не дадут правильно выговорить звук. В-четвертых, маленький возраст дитя.

Ошибки при произношении

Постановка — это сложная и важная процедура, с которой справляются лишь опытные логопеды. В противном случае, могут быть допущены следующие ошибки:
Оттягивание языка во внутрь ротовой полости дает лишь звук «ы» вместо «л». В результате вместо «ложка» получается «ыожка» и так далее.
Смена «л» на «р». Иногда дети начинают выговаривать «р» раньше, чем «л», и начинают менять звуки в словах. Например, вместо «лампа» ребенок произносит «рампа».
Неправильная форма губ тоже влияет на правильность произношения. К примеру, жесткое втягивание губ приводит к образованию звуков «в» и «у».

Как формировать качественное произношение?

В тех случаях, когда ребенок не обладает никакими расстройствами патологического характера, то развить речевой аппарат будет не так сложно. Главное взрослым быть внимательными, грамотными и уметь увлекательно проводить занятия. Существует определенный алгоритм действий, который нужно соблюдать.

  1. Укрепление артикуляционной системы — важная составляющая любых занятий. Для этого нужно проводить гимнастику полости рта.
  2. Постановка звука — следующий этап. При этом используются различные методы, упражнения и хитрости. Каждый ребенок индивидуален, поэтому важно выбирать эффективные занятия в зависимости от характера и физиологических особенностей малыша.
  3. Произношение слогов — это важный и трудоемкий процесс. Ведь выговаривать звуки это одно дело, а вот соединять согласную с гласными бывает не так легко, как кажется.
  4. Далее идет произношение слов. Если все начнет получаться, переходите к предложениям и скороговоркам.

Теперь можно учить стихотворения и рассказы.

Правильная форма губ и языка

При постановке «Л» очень важно соблюдать артикуляцию. Правильная форма языка и губ представлено ниже:
Зубы сверху и снизу держим отдельно друг от друга, чтобы они не соприкасались друг с другом. Между ними должна оставаться небольшая линия отрыва. Боковую область языка примкнуть к дальним верхним зубам. Кончик должен оставаться напряженным и упираться в десну. Корневая область языка приподнимается, чтобы вход в носовую область оставался закрытым. С этой целью приподнимается и верхнее небо. Далее важно создать вибрацию в области голосовых связок.
Однако положение губ может меняться в зависимости от того, какой звук идет после Л.
Есть несколько простых упражнений, которые помогут убрать дефекты в произношении, и укрепить мышцы ротовой области.

Эффективные упражнения для произношения «Л»

Профессионалы проводят постановку звука л поэтапно. Это дает максимальные и эффективные результаты. Для этого используется специальная гимнастика ротовой полости, которая повышает подвижность языка и губ.

  1. Упражнение «Улыбка». Она выглядит следующим образом: зубы сжимаем и широко улыбаемся губами. В таком положении нужно стоять, как можно дольше. Можно в это время считать.
  2. Также отлично помогает упражнение «Рыбка». Губы расслабляем и похлопываем друг о друга как будто рыбки.
  3. «Усталость» выполняется так: глубоко вдыхаем через нос и выдыхаем через рот. Губы находятся в расслабленном состоянии.
  4. «Лошадь» предполагает вдохи через нос и выдохи через рот. При выдохе должна появиться вибрация губ и языка.
  5. «Гамак» — кончик языка располагаем на передних зубах верхнего ряда, немного прогибая его. Форма должна быть похожа на висячий гамак. Необходимо удерживать такую позу в течение минуты.
  6. «Вкусное варенье» — язык становится широким. Теперь с помощью него нужно облизать верхнюю губу несколько раз, как будто вы испачкались вареньем или медом.
  7. «Индюк» — это схожее упражнение с предыдущим, поэтому язык находится в том же положении. Однако нужно немного ускориться и при этом произносить «бл-бл».
  8. «Веселые качели» – улыбаемся, широко открыв рот. Теперь располагаем кончик языка на верхние зубы, далее на нижние. Повтор делаем несколько раз.
  9. «Гриб» — верхнюю часть языка упираем в небо, при этом языковая уздечка остается в натянутом состоянии. Удерживаем 10 секунд, можно и больше.

В интернете можно посмотреть видео по постановке звука л, и вы сможете наглядно посмотреть, как проходят логопедические уроки.

Корректировка речи

Иногда постановка звука ль усложняется тем, что ребенок произносит не тот звук, и далее начинает вставлять «Л» во всех словах, даже там, где его не должно быть. Поэтому легче приходится тем детям, которые вообще не выговаривают звуков на месте «л».
Для того, чтобы научить ребенка мягкому ль и твердому л, нужно путем подражания правильному звуку. При этом родители должны показать, как должны располагаться артикуляционные органы. Для упражнения лучше использовать зеркало, чтобы ребенок сравнивал артикуляцию логопеда и свою. Такой приемчик даст хорошую эффективность.
Язык малыша должен располагаться также, как в упражнении «Гамак»: язык расширенный, кончик прижат к передним зубам. Средняя область языка при этом прогнута вниз, а корень возвышен. Боковая область языка должна оставаться неподвижными. Воздух при этом должен направляться к щекам, в которых появляется легкая вибрация.

Но такое упражнение могут выполнить не все дети, особенно маленького возраста. Поэтому можно использовать более простые методы постановки и автоматизации звука л. Можно прочитать небольшой конспект или рассказ, во время которых играючи тренировать нужный звук. Пусть ребенок повторяет за вами, как гудит паровоз, и так далее. Можно попросить малыша повторить произнесенные вами слова и слоги. Так тоже развивается речь.

Как только вы увидите результаты, нужно работать над постановкой звука л от мягкого ль, ведь часто дети произносят лишь мягкий звук, а твердый дается сложнее. Поэтому занятия проходят поэтапно и включают в себя разные упражнения и техники. Как только звуки начинают получаться, можно переходить к слогам: ла, ло, ли, лы и так далее. Также можно использоваться обратный порядок: ал, ол, ул, ыл.

Упражнения для постановки звука л можно выполнять и дома, но они будут не совсем эффективными. Родителям важно правильно подходить к делу и вести уроки в игровой форме. У дитя не должно пропадать желание заниматься и завиваться. Ругать и заставлять что-то учить категорически запрещается.
Если вы решили заниматься дома, то начинайте с нескольких минут. 2-5 минут для первого раза будут хорошим результатом. Далее можно продлевать занятия до получаса. Больше не стоит делать, иначе ребенок будет сильно уставать.

Мягкий «л»

Дети начинают выговаривать звук «л», но могут пропускать его в словах. В таких ситуациях нужно начинать тренировки с мягкого «л». Важно проговаривать как звук, так и слоги с участием л. Как только они начнут получаться, можно переходить к словам. Порядок примерно такой: ла-ландыш, ли-лимон, ле-лепесток.
Существуют и другие способы постановки звука л — это повторение скороговорок. Уроки нужно проводить после гимнастики ротовой полости. Примеры приведены ниже.

  1. Люба любит лютики.
  2. Ландыш выросла в лесу.
  3. Клара любит Карла.
  4. Карл у Клары украл кораллы, а Клара и Карла украла кларнет.

Как только начнет получаться мягкий звук, необходимо переходить к автоматизации. Пусть ребенок четко проговаривает слова с участием «л», придумывает предложения. Чем больше он будет разговаривать и стараться, тем раньше поставится звук.

Твердый «Л»

Мягкий звук произносится намного легче, чем твердый «л». Вот с ним придется повозится неделями. Методики обучения почти те же, однако количество повторов придется увеличить. Произносите вместе с ребенком: ла, ло, лу, лы, лэ. Далее нужно проговаривать слова: луна, лук, лупа, клад, колдун. Скороговорки тоже можно повторять.
Важно примечание, во время обучения твердому или мягкому «л», не используйте слова, в которых есть буква «р». Иначе ребенок запутается, будет отвлекаться на другой звук и начнет плохо запоминать сказанное.

Когда обращаться к логопеду?

Логопед — это квалифицированный специалист, занимающийся устранением речевых проблем у детей разного возраста. Такой педагог хорошо разбирается в проблемах развития малышей, находит причины нарушений и разными способами устраняет дефекты.
Однако многие родители думают, когда же обращаться к учителю, чтобы добиться положительных результатов. Одни отправляют своих детей к логопеду уже в три года, другие начинают занятия лишь в 6-7 лет.
К специалисту нужно обращаться при выявлении следующих проблем:

  • у ребенка имеются органические нарушения речевого аппарата;
  • проблемы с центральной и периферической нервной системой, которые влияют на развитие малыша;
  • у малыша есть психические заболевания;
  • ребенок не усидчив и не желает повторять упражнения и выговаривать звуки;
  • родители агрессивно настраиваются при любых ошибках малыша;
  • пропадает контакт между ребенком и мамой, малыш отвлекается на посторонние предметы;
  • взрослый сам нечетко выговаривает звуки или учит дитя неправильно.

Проводить логопедические занятия можно и в домашних условиях, но только если малышу комфортно в это время, и он повторяет упражнения добровольно. А если родители начинают срываться и ругаться, то ничего хорошего от таких уроков не ждите. В любом случае, качественные занятия проведет лишь опытный квалифицированный логопед, который хорошо разбирается в психологии детей и дошкольников. Он поможет поставить звук «л» в кротчайшие сроки. О точном времени говорить нельзя, так как организм и характер у каждого дитя свое, кто-то учится за месяц, а другим приходится заниматься по полгода.
Родителям важно помнить, что каждый ребенок требует к себе индивидуального отношения. Учитывайте его особенности характера, делайте занятия увлекательными и не требуйте от малыша большего, чем он может. А лучше наймите логопеда.

правильное положения губ и языка, методы

Одной из проблем при развитии речи ребенка является постановка звука Л. Для выработки правильного произношения разработано много упражнений. Выполнять их лучше под контролем логопеда. Когда будет выработан навык произношения, его нужно автоматизировать. Тренировки могут занять много времени.

Для постановки звука «Л».

Что такое ламбдацизм и его разновидности

Ламбдацизмом принято называть неправильное произношение звука Л или же его полное выпадение в речи.

Различают несколько видов этого нарушения:

  1. Носовой — поток воздуха при выдохе идет через нос. Причина такого произношения в том, что мягкое небо соприкасается с корнем языка. Вместо «лампа» получается «нгампа».
  2. Двугубный — при произношении напрягаются губные мышцы, вместо нужного звука ребенок произносит «у» — «уапата» вместо слова «лопата».
  3. Межзубный — кончик язычка выпадает между зубами.
  4. Нижний — язык ложится на нижние зубы. Эту разновидность труднее всего корректировать.
  5. Фрикативный — вместо нужного звука получается смягченный («украинский») Г.

Замена звука Л на другие называется параламбдацизмом.

Наиболее частые разновидности замены:

  • В — «вук» вместо «лук»;
  • Д — «дожка» вместо ложка;
  • Й — «йампа» вместо «лампа»;
  • мягкий Л — «плет» вместо «плот».

У части детей наблюдается полное выпадение звука Л. Вместо слова «лиса» произносится «иса».

В чем причины неправильного произношения Л

До 4 лет речевой аппарат не приспособлен к выговариванию этого звука, поэтому ламбдацизм в этом возрасте считается вариантом нормы.

Описано несколько причин, почему ребенок разговаривает неверно:

  1. Неправильное дыхание в процессе речи.
  2. Нарушения развития речевого слуха — ребенок плохо слышит речь других людей и плохо воспринимает смысл.
  3. Недостаточное развитие артикуляционного аппарата, слабость мимической мускулатуры и языка. Эти мышцы играют ведущую роль в произношении звуков.
  4. Отклонения в строении подъязычной связки (уздечки) — нарушения речи возможны, если связка короткая.

Неправильное дыхание может быть связано с несколькими факторами:

  1. У ребенка уменьшен объем легких.
  2. Дыхательная мускулатура слабая, поэтому ребенок не может громко говорить.
  3. При выдохе воздушная струя выходит рывками, поэтому становится трудно закончить длинное предложение.
  4. Неправильное распределение воздуха, в результате вдох начинается посередине слова.

Как нужно расположить язык и губы

Артикуляция звука «Л».

У большинства детей ламбдацизм связан не с анатомическими нарушениями речевого аппарата, а с неправильной постановкой губ и языка.

Чтобы добиться правильного произношения, нужно соблюдать следующие правила:

  1. Следить, чтобы верхние зубы не смыкались с нижними. Между ними должно сохраняться узкое пространство.
  2. Боковые части языка не должны примыкать к верхним коренным зубам. Это обеспечит правильное дыхание.
  3. Кончик должен быть твердым и упираться в верхние зубы или сразу над ними.
  4. Область у корня должна быть слегка приподнята.
  5. Верхнее небо слегка приподнимается, чтобы воздух при выдохе не мог попадать в носовую полость.
  6. Голосовые связки вибрируют и создают голосовое звучание.

Положение детских губ зависит то того, какой звук следует за Л.

Какие могут быть ошибки при попытке произнести Л

Если ребенок пытается произнести звук Л, возможны следующие ошибки:

  1. Язык уходит в глубину ротовой полости, его кончик не соприкасается с верхними зубами или деснами. Вместо нужного звука у ребенка получается Ы («лодка» — «ыодка»).
  2. Резкий вдох в момент, когда нужно сказать нужный звук. Если в процессе участвуют мышцы щек — получается фонема Ф.
  3. Воздушный поток проходит в нос, поэтому получается Н.

Иногда ребенку сначала ставят Р, а затем Л. В такой ситуации второй звук может заменять первый («руна» вместо «луна»)

Неправильная постановка губ

Если выявлен двугубный ламбдацизм, ребенок неправильно располагает губы и неверно выговаривает Л. Вместо того, чтобы расслабить их, ребенок вытягивает трубочкой. В результате у него получается звук У или В. При этом в произношении ведущую роль играет не язык, а губы. Кончик языка опускается и ложится на дно ротовой полости.

Подготовка к упражнениям

Прежде чем начать тренировку, ребенку показывают, как должен правильно звучать Л. Произносят несколько слов с отчетливой артикуляцией. Ребенок должен увидеть, как располагаются губы и язык. Называют несколько слов, где есть эта буква, и просят определить на слух, в какой части слова она стоит.

Чтобы сформировать правильное прохождение воздуха, делают дыхательную гимнастику.

Ошибки, которые делает ребенок.

Затем ребенку предлагают выполнить подготовительные упражнения:

  1. «Гамак».
    Кончик языка упирается в верхние передние зубы. Выгнуть язык, чтобы он стал похож на гамак, и некоторое время удержать в таком состоянии. Можно выполнять на счет.
  2. «Вкуснятина».
    Широким языком облизать верхнюю губу сверху вниз. Нижняя губа не должна двигаться.
  3. «Индюк».
    Упражнение похоже на предыдущее, но несколько сложнее. Его выполняют с большей скоростью. Можно добавить произношение сочетаний «бл-бл-бл».
  4. «Лошадка».
    Язык делают широким, поднимают и щелкают им по небу. Рот немного приоткрыт, нижняя челюсть должна оставаться неподвижной. Такое упражнение полезно делать, когда ребенку трудно удерживать язык на весу и упираться кончиком в верхние зубы.
  5. «Качели».
    Рот приоткрывается, нужно широко улыбнуться. Кончик языка должен быть твердым. Дальше упражнение делается по счету. На «раз» язык поднимается, кончик упирается в верхний зубной ряд (заднюю поверхность резцов). На счет «два» кончик упирается в нижние зубы. Упражнение повторяют несколько раз.
  6. «Грибок».
    Спинку языка прижимают к твердому небу, она становится похожей на шляпку гриба. Зафиксировать в таком положении и удержать 5-10 секунд. Уздечка должна быть слегка натянута.

Этот комплекс выполняется не меньше 2 недель до начала постановки звука.

Как постановить звук Л

После завершения подготовительного этапа переходят к основным упражнениям.

Постановка Л проводится:

  • по подражанию;
  • на вдохе;
  • механическими способами.

Когда ребенок начнет произносить букву правильно, необходимо закрепить этот навык и довести его до автоматизма. Вначале ребенка нужно научить мягкому звуку, затем твердому.

По подражанию

Самый распространенный метод обучения — посредством подражания взрослому. Вначале родитель или логопед показывает, как правильно расположить язык и губы.

Чтобы ребенку было понятнее, можно предварительно объяснить ему на словах:

  1. Язык нужно сделать широким.
  2. Кончик прижимается к верхним передним зубам или деснам.
  3. Середину языка прогибают книзу, а корень приподнимается.
  4. Боковые части не поднимать, чтобы между ними и щеками проходил воздух.

Для проверки правильности прикасаются к щекам, пока ребенок произносит Л. Если все сделано верно, мышцы щек слегка вибрируют.

Заниматься лучше перед зеркалом. Вначале взрослый несколько раз говорит правильно сам, потом просит повторить ребенка.

Автоматизация звука «Л» в словосочетаниях.

На вдохе

Упражнения на развитие правильной артикуляции сочетают с дыхательной гимнастикой. Ставить Л желательно на вдохе.

Перед началом тренировки делают несколько дыхательных движений:

  1. Вдох быстрый — 1 секунда.
  2. Выдох плавный и медленный — до 5 секунд.

Затем можно усложнить упражнение, преподнести его в форме игры. Соотношение вдоха и выдоха при этом должно сохраняться.

Комплекс для каждого ребенка подбирается индивидуальный и может включать следующие упражнения:

  1. Подуть на вертушку и понаблюдать, как она крутится.
  2. «Остановить бегущую лошадку». Делается вдох, губы расслабляются. Воздух выдыхается так чтобы получился звук «прррр».
  3. Ребенок ложится на спину на ровную поверхность (пол или жесткая кушетка). Рука кладется на живот. Делается вдох и надувается живот. Рука должна ощущать, как на вдохе «мячик надувается», а на выдохе «сдувается».
  4. Можно попросить ребенка закрыть глаза и угадать по запаху фрукты или другие предметы. На вдохе нужно нюхать фрукт, втягивая воздух через нос. На выдохе произносится название предмета.

С механической помощью

Чтобы правильно поставить звук, можно воспользоваться механическими приспособлениями:

  • шпателем;
  • специальными зондами;
  • деревянной палочкой от мороженого;
  • черенком ложки и пр.

Если дома нет подходящих предметов, можно помочь ребенку пальцами рук. Основная задача такой работы — зафиксировать орган или мышцу в правильном положении.

С помощью подручных средств делают следующие упражнения:

  1. Деревянную палочку кладут поперек языка. Таким способом создается пространство между верхними коренными зубами и боковыми частями языка. Формируется правильное прохождение воздуха через ротовую полость.
  2. Постановка твердого звука от мягкого проводится с помощью большого пальца руки. Для этого подушечку пальца кладут в ямку под подбородок. Слегка нажимают на эту область, и звук рефлекторно становится твердым.
  3. Научиться произносить твердую фонему можно, если прижать к нижней части подбородка тыльную сторону кисти.
  4. Если ребенок излишне напряжен, можно немного расслабить мимические мышцы, помассировав их кончиками пальцев.
  5. Для коррекции двугубного ламбдацизма уголки губ растягиваются до положения улыбки и в таком состоянии удерживаются указательными пальцами.

Снять напряжение можно, пошлепав губами, выдохнув полным ртом через сомкнутые зубы -«уфф», пофыркав.

Слова для тренировки звука «Л».

Как сделать правильное произношение автоматическим

После того как правильное произношение было поставлено, его нужно закрепить. Это процесс для детей сложный и занимает много времени. В домашних условиях достаточно заниматься несколько минут в день утром и вечером. Будет лучше, если уроки будут проходить в форме игры.

Мягкий Л

Ребенок часто упускает мягкий Л и даже целые слоги с его участием. Поэтому логопедические упражнения на звук лучше начинать с этого момента.

Для начала закрепляется произношение слогов. Дальше можно переходить к словам. Отдельные слоги можно закрепить с помощью специальных скороговорок.

Примеры приведены в таблице

Слоги простые Слоги сложные Примеры слов Скороговорки
Ля Сля, кля, пля, фля, гля Поля, Коля, Толя, тополя Ля-ля-ля — холодная земля
Лю Слю, клю, плю, флю, глю Люся, лютик, люк Лю-лю-лю — печь топлю
Ли Сли, кли, пли, фли, гли Лида, липа, лиса, лимон Ли-ли-ли — лимон нашли
Ле Сле, кле, пле, фле, гле Лена, лень, лес Ле-ле-ле — все в золе
Ле Сле, кле, пле, фле, гле Лен, легкий, кулек

Когда у ребенка начнут получаться прямые слоги, можно переходить к обратным. Вначале прорабатываются отдельные звукосочетания, потом переходят к целым словам и скороговоркам.

Простые слоги Примеры слов Скороговорки
Аль Пальто, калька
Ель Капель, кисель Ель-ель — за окном капель
Оль Моль, соль Оль-оль — залетела моль
Уль Куль, буль-буль Уль-уль — повесили тюль
Ыль Пыль, намыль Ыль-ыль — ладони намыль
Юль Июль, тюль

Твердый Л

Несколько сложнее научить ребенка говорить твердый Л. Для автоматизации звука используются те же приемы, что и для мягкого. Но времени на закрепление может понадобиться больше.

Упражнения для постановки звука «Л».

Осваивать правильную речь нужно поэтапно:

  1. Вначале малыш учится говорить слоги — Лэ, Ло, Лы, Ла, Лу.
  2. Потом сочетания можно усложнить другими согласными — Сла, Флы, Кло, Глу, Плэ и пр.
  3. После прямых слогов переходят к обратным — Ал, Ол, Ул, Ыл, Эл.
  4. Когда сочетания букв будут прочно закреплены, переходят к целым словам — лодка, лампа, лыжи, луна.

Детям можно предложить чистоговорки и скороговорки:

  • лу-лу-лу — лужа на полу;
  • ла-ла-ла — мусор подмела;
  • ло-ло-ло — стояло помело;
  • около Лондона — логово колдуна;
  • клади уголь в угол.

При тренировке желательно избегать сочетаний с буквой Р. Эти буквы детям особенно трудно произносить, они часто путаются.

Упражнения для улучшения речевого слуха

Чтобы развить речевой слух, логопеды рекомендуют играть с ребенком в игры:

  1. Предлагают говорить слова сначала тихо, потом со средней силой, потом громко. Можно показать игрушки и давать задания — маленькая игрушка говорит тихо, большая громко, потом наоборот.
  2. Читают по ролям сказки, где герои говорят разными голосами — тихо или громко, низким или высоким голосом.
  3. Ребенку показывают картинки и называют их. В некоторых названиях делаются ошибки. Если играющий замечает ошибку, он поднимает руку или хлопает в ладоши.
  4. Взрослый показывает картину и произносит несколько похожих слов. Среди них нужно выбрать одно правильное (лук — луг — люк).
  5. Родитель или воспитатель называет обобщающее слово. Детей просят назвать примеры слов из названной группы. В них должна встречаться буква Л (фрукты — лимоны, яблоки, деревья — клен, липа и т.д.).

Тренировки нужно проводить систематически. Игровые занятия можно дополнить музыкальным сопровождением.

Учебник по физике: Скорость звука

Звуковая волна — это возмущение давления, которое распространяется через среду посредством межчастичного взаимодействия. Когда одна частица становится возмущенной, она оказывает силу на следующую соседнюю частицу, таким образом выводя эту частицу из состояния покоя и передавая энергию через среду. Как и любая волна, скорость звуковой волны означает, насколько быстро возмущение передается от частицы к частице. В то время как частота относится к числу колебаний, которые отдельная частица совершает за единицу времени, скорость относится к расстоянию, которое возмущение проходит за единицу времени.Всегда будьте осторожны, чтобы различать две часто путаемые величины скорости (, насколько быстро … ) и частоты (, как часто … ).

Поскольку скорость волны определяется как расстояние, которое точка на волне (например, сжатие или разрежение) проходит за единицу времени, она часто выражается в метрах в секунду (сокращенно м / с). В форме уравнения это

скорость = расстояние / время

Чем быстрее распространяется звуковая волна, тем большее расстояние она преодолеет за тот же период времени.Если бы звуковая волна прошла расстояние 700 метров за 2 секунды, то скорость волны составила бы 350 м / с. Более медленная волна могла бы преодолеть меньшее расстояние — возможно, 660 метров — за тот же период времени в 2 секунды и, таким образом, иметь скорость 330 м / с. Более быстрые волны преодолевают большее расстояние за тот же период времени.

Факторы, влияющие на скорость волны

Скорость любой волны зависит от свойств среды, в которой она распространяется.Обычно существует два основных типа свойств, которые влияют на скорость волны — инерционные свойства и упругие свойства. Упругие свойства — это свойства, связанные со склонностью материала сохранять свою форму и не деформироваться при приложении к нему силы или напряжения. Такой материал, как сталь, будет испытывать очень небольшую деформацию формы (и размеров) при приложении к нему напряжения. Сталь — жесткий материал, обладающий высокой эластичностью. С другой стороны, такой материал, как резинка, очень гибкий; когда к резиновой ленте прилагается сила, она легко деформируется или меняет свою форму.Небольшая нагрузка на резиновую ленту вызывает большую деформацию. Сталь считается жестким или жестким материалом, а резинка — гибким материалом. На уровне частиц жесткий или жесткий материал характеризуется атомами и / или молекулами с сильным притяжением друг к другу. Когда сила прилагается в попытке растянуть или деформировать материал, его сильные взаимодействия с частицами предотвращают эту деформацию и помогают материалу сохранять свою форму. Считается, что твердые материалы, такие как сталь, обладают высокой эластичностью.(Модуль упругости — это технический термин). Фаза вещества оказывает огромное влияние на упругие свойства среды. В общем, твердые тела имеют самое сильное взаимодействие между частицами, за ними следуют жидкости, а затем газы. По этой причине продольные звуковые волны в твердых телах распространяются быстрее, чем в жидкостях, чем в газах. Несмотря на то, что инерционный фактор может благоприятствовать газам, коэффициент упругости имеет большее влияние на скорость ( v ) волны, что дает общую картину:

v твердые вещества > v жидкости > v газы

Инерционные свойства — это свойства, связанные с тенденцией материала быть вялым при изменении состояния его движения.Плотность среды является примером инерционного свойства . Чем больше инерция (т.е. массовая плотность) отдельных частиц среды, тем меньше они будут реагировать на взаимодействия между соседними частицами и тем медленнее будет волна. Как указывалось выше, звуковые волны в твердых телах распространяются быстрее, чем в жидкостях, чем в газах. Однако в пределах одной фазы материи инерционное свойство плотности имеет тенденцию быть тем свойством, которое оказывает наибольшее влияние на скорость звука.Звуковая волна будет распространяться быстрее в менее плотном материале, чем в более плотном. Таким образом, звуковая волна в гелии распространяется почти в три раза быстрее, чем в воздухе. В основном это связано с меньшей массой частиц гелия по сравнению с частицами воздуха.

Скорость звука в воздухе

Скорость звуковой волны в воздухе зависит от свойств воздуха, в основном от температуры и, в меньшей степени, от влажности.Влажность — это результат присутствия водяного пара в воздухе. Как и любая жидкость, вода имеет свойство испаряться. При этом частицы газообразной воды смешиваются с воздухом. Это дополнительное вещество будет влиять на массовую плотность воздуха (инерционное свойство). Температура влияет на силу взаимодействия частиц (упругое свойство). При нормальном атмосферном давлении температурная зависимость скорости звуковой волны через сухой воздух аппроксимируется следующим уравнением:

v = 331 м / с + (0.6 м / с / C) • T

где T — температура воздуха в градусах Цельсия. Использование этого уравнения для определения скорости звуковой волны в воздухе при температуре 20 градусов Цельсия дает следующее решение.

v = 331 м / с + (0,6 м / с / C) • T

v = 331 м / с + (0,6 м / с / C) • (20 C)

v = 331 м / с + 12 м / с

v = 343 м / с

(Приведенное выше уравнение, связывающее скорость звуковой волны в воздухе с температурой, дает достаточно точные значения скорости для температур от 0 до 100 градусов Цельсия.Само уравнение не имеет теоретической основы; это просто результат проверки данных температура-скорость для этого диапазона температур. Существуют и другие уравнения, основанные на теоретических рассуждениях и обеспечивающие точные данные для всех температур. Тем не менее, приведенного выше уравнения будет достаточно для использования нами в качестве студентов, изучающих физику на начальном этапе.)

Посмотрите!

Приведенный ниже виджет Speed ​​of Sound позволяет узнать скорость распространения звуковых волн в различных материалах.Просто введите название материала. Например, введите воду, гелий, воздух, воздух при температуре 45 ° C (или любой другой материал и условия) в заготовку; затем нажмите кнопку Отправить .

Использование скорости волны для определения расстояний

При нормальном атмосферном давлении и температуре 20 градусов Цельсия звуковая волна будет распространяться со скоростью примерно 343 м / с; это примерно равно 750 милям в час. Хотя эта скорость может показаться высокой по человеческим меркам (самые быстрые люди могут бежать со скоростью примерно 11 м / с, а скорость на шоссе — примерно 30 м / с), скорость звуковой волны меньше по сравнению со скоростью световой волны.Свет распространяется по воздуху со скоростью примерно 300 000 000 м / с; это почти в 900 000 раз больше скорости звука. По этой причине люди могут наблюдать заметную временную задержку между громом и молнией во время шторма. Прибытие световой волны от места удара молнии происходит за столь короткое время, что им можно пренебречь. Однако приход звуковой волны от места удара молнии происходит намного позже. Задержка по времени между приходом световой волны (молнии) и приходом звуковой волны (грома) позволяет человеку приблизительно определить его / ее расстояние от места шторма.Например, если гром слышен через 3 секунды после появления молнии, значит звук (скорость которого приблизительно равна 345 м / с) прошел расстояние

.

расстояние = v • t = 345 м / с • 3 s = 1035 м

Если это значение преобразовать в мили (разделить на 1600 м / 1 милю), то шторм находится на расстоянии 0,65 мили.

Еще одно явление, связанное с восприятием временных задержек между двумя событиями, — это эхо. Человек часто может ощущать временную задержку между воспроизведением звука и появлением отражения этого звука от удаленного барьера.Если вы когда-либо издали крик в каньоне, возможно, вы слышали эхо вашего крика от далекой стены каньона. Временная задержка между криком и эхом соответствует времени прохождения сигналом крика кругового пути до стены каньона и обратно. Измерение этого времени позволит человеку оценить расстояние до стены каньона в одну сторону. Например, если эхо слышно через 1,40 секунды после крика , то расстояние до стены каньона можно найти следующим образом:

расстояние = v • t = 345 м / с • 0.70 с = 242 м

Стена каньона находится в 242 метрах от отеля. Вы могли заметить, что в уравнении используется время 0,70 секунды. Поскольку временная задержка соответствует времени прохождения сигналом holler пути туда и обратно к стене каньона и обратно, расстояние в одну сторону до стены каньона соответствует половине временной задержки.

В то время как эхо имеет относительно минимальное значение для людей, эхолокация — важный трюк в торговле для летучих мышей.Поскольку летучие мыши ведут ночной образ жизни, они должны использовать звуковые волны для навигации и охоты. Они производят короткие всплески ультразвуковых звуковых волн, которые отражаются от окружающих предметов и возвращаются обратно. Их обнаружение временной задержки между отправкой и получением импульсов позволяет летучей мыши приблизительно определить расстояние до окружающих объектов. Некоторые летучие мыши, известные как летучие мыши Доплера, способны определять скорость и направление любых движущихся объектов, отслеживая изменения частоты отраженных импульсов.Эти летучие мыши используют физику эффекта Доплера, рассмотренную в предыдущем разделе (и также будут обсуждаться позже в Уроке 3). Этот метод эхолокации позволяет летучей мыши ориентироваться и охотиться.

Возвращение к волновому уравнению

Как и любая волна, звуковая волна имеет скорость, которая математически связана с частотой и длиной волны. Как обсуждалось в предыдущем разделе, математическая взаимосвязь между скоростью, частотой и длиной волны определяется следующим уравнением.

Скорость = Длина волны • Частота

Используя символы v , λ и f , уравнение можно переписать как

v = f • λ

Приведенное выше уравнение полезно для решения математических задач, связанных с соотношением скорости, частоты и длины волны. Однако это уравнение может передать одно важное заблуждение. Несмотря на то, что скорость волны вычисляется с использованием частоты и длины волны, скорость волны составляет , а не , в зависимости от этих величин.Изменение длины волны не влияет (т. Е. На изменение) скорости волны. Скорее, изменение длины волны влияет на частоту обратным образом. Удвоение длины волны приводит к уменьшению частоты вдвое; пока скорость волны не изменилась. Скорость звуковой волны зависит от свойств среды, в которой она движется, и единственный способ изменить скорость — это изменить свойства среды.

Проверьте свое понимание

1.Камера с автоматической фокусировкой может фокусироваться на объектах с помощью ультразвуковой звуковой волны. Камера излучает звуковые волны, которые отражаются от удаленных объектов и возвращаются в камеру. Датчик определяет время, необходимое для возвращения волн, а затем определяет расстояние, на котором объект находится от камеры. Если звуковая волна (скорость = 340 м / с) возвращается к камере через 0,150 секунды после выхода из камеры, как далеко находится объект?

2.В жаркий летний день надоедливый маленький комар издал предупреждающий звук возле вашего уха. Звук возникает при взмахе крыльев со скоростью около 600 ударов крыльев в секунду.

а. Какая частота звуковой волны в Герцах?

г. Если предположить, что звуковая волна движется со скоростью 350 м / с, какова длина волны?

3. Удвоение частоты источника волн увеличивает их скорость вдвое.

4. При игре в середине C на клавиатуре фортепиано воспроизводится звук с частотой 256 Гц. Предполагая, что скорость звука в воздухе составляет 345 м / с, определите длину волны звука, соответствующую ноте средней C.

5. Большинство людей могут определять частоты до 20 000 Гц.Предполагая, что скорость звука в воздухе составляет 345 м / с, определите длину волны звука, соответствующую этому верхнему диапазону слышимости.

6. Слон издает звуковую волну 10 Гц. Предполагая, что скорость звука в воздухе составляет 345 м / с, определите длину волны этой инфразвуковой звуковой волны.

7.Определите скорость звука в холодный зимний день (T = 3 градуса C).

8. Майлз Туго находится в кемпинге в национальном парке Глейшер. Посреди ледникового каньона он громко кричит. Через 1,22 секунды он слышит эхо. Температура воздуха 20 градусов по Цельсию. Как далеко стены каньона?

9.Две звуковые волны проходят через контейнер с неизвестным газом. Волна А имеет длину 1,2 м. Волна B имеет длину волны 3,6 м. Скорость волны B должна быть __________ скорости волны A.

а. одна девятая

г. одна треть

г. то же, что

г. в три раза больше, чем

10.Две звуковые волны проходят через контейнер с неизвестным газом. Волна А имеет длину 1,2 м. Волна B имеет длину волны 3,6 м. Частота волны B должна быть __________ частоты волны A.

а. одна девятая

г. одна треть

г. то же, что

г. в три раза больше, чем

17.2 Скорость звука | University Physics Volume 1

Звук, как и все волны, распространяется с определенной скоростью и имеет свойства частоты и длины волны. Вы можете наблюдать прямое свидетельство скорости звука, наблюдая за фейерверком ((Рисунок)). Вы видите вспышку взрыва задолго до того, как услышите его звук и, возможно, почувствуете волну давления, подразумевая, что звук распространяется с конечной скоростью и что он намного медленнее света.

Разница между скоростью света и скоростью звука также может наблюдаться во время грозы.Вспышки света часто видны перед раскатом грома. Возможно, вы слышали, что если вы посчитаете количество секунд между вспышкой и звуком, вы сможете оценить расстояние до источника. Каждые пять секунд преобразуется примерно в одну милю. Скорость любой волны связана с ее частотой и длиной волны соотношением

, где v — скорость волны, f — ее частота, а [latex] \ lambda [/ latex] — длина волны. Напомним из Waves, что длина волны — это длина волны, измеренная между последовательными идентичными точками.Например, для волны на поверхности воды или синусоидальной волны на струне длина волны может быть измерена между любыми двумя удобными последовательными точками с одинаковой высотой и наклоном, например между двумя последовательными гребнями или двумя последовательными впадинами. Точно так же длина звуковой волны — это расстояние между последовательными идентичными частями волны, например, между последовательными сжатиями ((Рисунок)). Частота такая же, как у источника, и представляет собой количество волн, которые проходят точку за единицу времени.

Скорость звука в различных средах

(рисунок) показывает, что скорость звука сильно различается в зависимости от носителя. Скорость звука в среде зависит от того, как быстро колебательная энергия может передаваться через среду. По этой причине определение скорости звука в среде зависит от среды и от состояния среды. В общем, уравнение скорости механической волны в среде зависит от квадратного корня из возвращающей силы или упругого свойства, деленного на инерционное свойство,

[латекс] v = \ sqrt {\ frac {\ text {elastic} \, \ text {property}} {\ text {inertial} \, \ text {property}}}.{2}}. [/ латекс]

Напомним из Waves, что скорость волны на струне равна [latex] v = \ sqrt {\ frac {{F} _ {T}} {\ mu}}, [/ latex] где восстанавливающая сила натяжение струны [латекс] {F} _ {T} [/ latex] и линейная плотность [латекс] \ mu [/ latex] являются инерционным свойством. В жидкости скорость звука зависит от модуля объемного сжатия и плотности,

[латекс] v = \ sqrt {\ frac {\ beta} {\ rho}}. [/ латекс]

Скорость звука в твердом теле зависит от модуля Юнга среды и плотности,

[латекс] v = \ sqrt {\ frac {Y} {\ rho}}.[/ латекс]

В идеальном газе (см. Кинетическую теорию газов во втором томе этого текста) уравнение скорости звука равно

.

[латекс] v = \ sqrt {\ frac {\ gamma R {T} _ {\ text {K}}} {M}}, [/ латекс]

где [латекс] \ gamma [/ latex] — индекс адиабаты, [latex] R = 8.31 \, \ text {Дж / моль} · \ text {K} [/ latex] — газовая постоянная, [латекс] { T} _ {\ text {K}} [/ latex] — абсолютная температура в кельвинах, а M — молекулярная масса. В общем, чем жестче (или менее сжимаема) среда, тем выше скорость звука.Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения прямо пропорциональна жесткости колеблющегося объекта, измеренной с помощью k , жесткости пружины. Чем больше плотность среды, тем медленнее скорость звука. Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения обратно пропорциональна м , массе колеблющегося объекта. Скорость звука в воздухе низкая, потому что воздух легко сжимается.Поскольку жидкости и твердые тела относительно жесткие и их очень трудно сжимать, скорость звука в таких средах обычно выше, чем в газах.

Скорость звука в различных средах
Средний v (м / с)
Газы при [латекс] 0 \ text {°} C [/ латекс]
Воздух 331
Двуокись углерода 259
Кислород 316
Гелий 965
Водород 1290
Жидкости при [латекс] 20 \ text {°} C [/ латекс]
Этанол 1160
Меркурий 1450
Вода пресная 1480
Морская вода 1540
Ткани человека 1540
Твердые тела (продольные или насыпные)
Вулканизированная резина 54
Полиэтилен 920
Мрамор 3810
Стекло, Pyrex 5640
Свинец 1960
Алюминий 5120
Сталь 5960

Поскольку скорость звука зависит от плотности материала, а плотность зависит от температуры, существует взаимосвязь между температурой в данной среде и скоростью звука в среде.Для воздуха на уровне моря скорость звука равна

.

[латекс] v = \, 331 \ frac {\ text {m}} {\ text {s}} \ sqrt {1+ \ frac {{T} _ {\ text {C}}} {273 \ text { °} \ text {C}}} = 331 \ frac {\ text {m}} {\ text {s}} \ sqrt {\ frac {{T} _ {\ text {K}}} {273 \, \ текст {K}}} [/ latex]

, где температура в первом уравнении (обозначается как [латекс] {T} _ {\ text {C}} [/ latex]) выражается в градусах Цельсия, а температура во втором уравнении (обозначается как [латекс] {T} _ {\ text {K}} [/ latex]) в кельвинах. Скорость звука в газах связана со средней скоростью частиц в газе, [латекс] {v} _ {\ text {rms}} = \ sqrt {\ frac {3 {k} _ {\ text {B} } T} {m}}, [/ latex] где [latex] {k} _ {\ text {B}} [/ latex] — константа Больцмана [латекс] (1.{-23} \, \ text {J / K}) [/ latex] и м. — масса каждой (идентичной) частицы в газе. Обратите внимание, что v относится к скорости когерентного распространения возмущения (волны), тогда как [latex] {v} _ {\ text {rms}} [/ latex] описывает скорости частиц в случайных направлениях. Таким образом, разумно, что скорость звука в воздухе и других газах должна зависеть от квадратного корня из температуры. Хотя это и немаловажно, но это не сильная зависимость. При [latex] 0 \ text {° C} [/ latex] скорость звука составляет 331 м / с, а при [latex] 20.0 \ text {° C} [/ latex], это 343 м / с, меньше увеличения [latex] 4 \ text {%} [/ latex]. (Рисунок) показывает, как летучая мышь использует скорость звука для определения расстояния.

Рисунок 17.6 Летучая мышь использует звуковое эхо, чтобы ориентироваться и ловить добычу. Время возврата эха прямо пропорционально расстоянию.

Определение скорости звука в воздухе

Как указывалось ранее, скорость звука в среде зависит от среды и состояния среды.Вывод уравнения скорости звука в воздухе начинается с уравнения массового расхода и неразрывности, обсуждаемого в «Гидромеханике».

Рассмотрим поток жидкости через трубу с площадью поперечного сечения A ((Рисунок)). Масса в небольшом объеме трубы длиной x равна плотности, умноженной на объем, или [латекс] m = \ rho V = \ rho Ax. [/ latex] Массовый расход

[латекс] \ frac {dm} {dt} = \ frac {d} {dt} (\ rho V) = \ frac {d} {dt} (\ rho Ax) = \ rho A \ frac {dx} { dt} = \ rho Av.[/ латекс]

Уравнение неразрывности от Fluid Mechanics гласит, что массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу из объема, [латекс] {\ rho} _ {\ text {in}} {A} _ {\ text {in}} {v} _ {\ text {in}} = {\ rho} _ {\ text {out}} {A} _ {\ text {out}} {v} _ {\ text {out}} . [/ латекс]

Рисунок 17.7 Масса жидкости в объеме равна плотности, умноженной на объем, [латекс] m = \ rho V = \ rho Ax. [/ latex] Массовый расход — это производная от массы по времени.

Теперь рассмотрим звуковую волну, движущуюся через сгусток воздуха.Сгусток воздуха — это небольшой объем воздуха с воображаемыми границами ((Рисунок)). Плотность, температура и скорость на одной стороне объема жидкости задаются как [латекс] \ rho, T, v, [/ latex], а на другой стороне — [латекс] \ rho + d \ rho, T + dT, v + дв. [/ латекс]

Рисунок 17.8 Звуковая волна движется через объем жидкости. Плотность, температура и скорость жидкости меняются от одной стороны к другой.

Уравнение неразрывности утверждает, что массовый расход на входе в объем равен массовому расходу на выходе из объема, поэтому

[латекс] \ rho Av = (\ rho + d \ rho) A (v + dv).[/ латекс]

Это уравнение можно упростить, отметив, что площадь сокращается, и учитывая, что умножение двух бесконечно малых значений приблизительно равно нулю: [латекс] d \ rho (dv) \ приблизительно 0, [/ латекс]

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill \ rho v & = \ hfill & (\ rho + d \ rho) (v + dv) \ hfill \\ \ hfill \ rho v & = \ hfill & \ rho v + \ rho (dv) + (d \ rho) v + (d \ rho) (dv) \ hfill \\ \ hfill 0 & = \ hfill & \ rho (dv) + (d \ rho) v \ hfill \\ \ hfill \ rho \, dv & = \ hfill & \ text {-} vd \ rho.\ hfill \ end {array} [/ latex]

Чистая сила, действующая на объем жидкости ((Рисунок)), равна сумме сил на левой и правой сторонах:

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill {F} _ {\ text {net}} & = \ hfill & p \, dy \, dz- (p + dp) dy \, dz \ hfill \ \ & = \ hfill & p \, dy \, dz-pdy \, dz-dp \, dy \, dz \ hfill \\ & = \ hfill & \ text {-} dp \, dy \, dz \ hfill \ \ \ hfill ma & = \ hfill & \ text {-} dp \, dy \, dz. \ hfill \ end {array} [/ latex]

Рисунок 17.9 Звуковая волна движется через объем жидкости.Сила на каждом лице может быть найдена по давлению, умноженному на площадь.

Ускорение — это сила, деленная на массу, и масса равна плотности, умноженной на объем, [латекс] m = \ rho V = \ rho \, dx \, dy \, dz. [/ latex] У нас

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill ma & = \ hfill & \ text {-} dp \, dy \, dz \ hfill \\ \ hfill a & = \ hfill & — \ frac {dp \, dy \, dz} {m} = — \ frac {dp \, dy \, dz} {\ rho \, dx \, dy \, dz} = — \ frac {dp} {(\ rho \, dx)} \ hfill \\ \ hfill \ frac {dv} {dt} & = \ hfill & — \ frac {dp} {(\ rho \, dx)} \ hfill \\ \ hfill dv & = \ hfill & — \ frac {dp} {(\ rho \, dx)} dt = — \ frac {dp} {\ rho} \, \ frac {1} {v} \ hfill \\ \ hfill \ rho v \, dv & = \ hfill & \ text { -} дп.\ hfill \ end {array} [/ latex]

Из уравнения неразрывности [латекс] \ rho \, dv = \ text {-} vd \ rho [/ latex] получаем

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill \ rho vdv & = \ hfill & \ text {-} dp \ hfill \\ \ hfill (\ text {-} vd \ rho) v & = \ hfill & \ text {-} dp \ hfill \\ \ hfill v & = \ hfill & \ sqrt {\ frac {dp} {d \ rho}}. \ Hfill \ end {array} [/ latex]

Рассмотрим звуковую волну, движущуюся в воздухе. В процессе сжатия и расширения газа в системе не добавляется и не удаляется тепло.{\ gamma} = \ text {constant} \ text {.} [/ latex] В результате натурального логарифма обеих сторон получается [latex] \ text {ln} \, p- \ gamma \, \ text {ln} \, \ rho = \ text {constant} \ text {.} [/ latex] После дифференцирования по плотности уравнение принимает вид

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill \ text {ln} \, p- \ gamma \, \ text {ln} \, \ rho & = \ hfill & \ text {constant} \ hfill \\ \ hfill \ frac {d} {d \ rho} (\ text {ln} \, p- \ gamma \, \ text {ln} \, \ rho) & = \ hfill & \ frac {d} {d \ rho } (\ text {constant}) \ hfill \\ \ hfill \ frac {1} {p} \, \ frac {dp} {d \ rho} — \ frac {\ gamma} {\ rho} & = \ hfill & 0 \ hfill \\ \ hfill \ frac {dp} {d \ rho} & = \ hfill & \ frac {\ gamma p} {\ rho}.\ hfill \ end {array} [/ latex]

Если воздух можно считать идеальным газом, мы можем использовать закон идеального газа:

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill pV & = \ hfill & nRT = \ frac {m} {M} RT \ hfill \\ \ hfill p & = \ hfill & \ frac {m} {V} \ , \ frac {RT} {M} = \ rho \ frac {RT} {M}. \ hfill \ end {array} [/ latex]

Здесь M — молярная масса воздуха:

[латекс] \ frac {dp} {d \ rho} = \ frac {\ gamma p} {\ rho} = \ frac {\ gamma (\ rho \ frac {RT} {M})} {\ rho} = \ frac {\ gamma RT} {M}. [/ латекс]

Так как скорость звука равна [latex] v = \ sqrt {\ frac {dp} {d \ rho}} [/ latex], скорость равна

[латекс] v = \ sqrt {\ frac {\ gamma \, RT} {M}}.[/ латекс]

Обратите внимание, что скорость выше при более высоких температурах и медленнее для более тяжелых газов. Для воздуха [латекс] \ gamma = 1,4, [/ latex] [латекс] M = 0,02897 \ frac {\ text {kg}} {\ text {mol}}, [/ latex] и [латекс] R = 8,31 \ frac {\ text {J}} {\ text {mol} · \ text {K}}. [/ latex] Если температура [латекс] {T} _ {\ text {C}} = 20 \ text {°} \ text {C} (T = 293 \, \ text {K}), [/ latex ] скорость звука [latex] v = 343 \, \ text {m / s} \ text {.} [/ latex]

Уравнение скорости звука в воздухе [латекс] v = \ sqrt {\ frac {\ gamma RT} {M}} [/ latex] можно упростить, получив уравнение скорости звука в воздухе как функцию абсолютной температуры:

[латекс] \ begin {array} {cc} \ hfill v & = \ sqrt {\ frac {\ gamma RT} {M}} \ hfill \\ & = \ sqrt {\ frac {\ gamma RT} {M} ( \ frac {273 \, \ text {K}} {273 \, \ text {K}})} = \ sqrt {\ frac {(273 \, \ text {K}) \ gamma R} {M}} \ sqrt {\ frac {T} {273 \, \ text {K}}} \ hfill \\ & \ приблизительно 331 \ frac {\ text {m}} {\ text {s}} \ sqrt {\ frac {T} {273 \, \ text {K}}.} \ hfill \ end {array} [/ latex]

Одним из наиболее важных свойств звука является то, что его скорость почти не зависит от частоты. Эта независимость, безусловно, актуальна для звуков в слышимом диапазоне на открытом воздухе. Если бы эта независимость не была правдой, вы бы наверняка заметили ее, например, в музыке, которую играет оркестр на футбольном стадионе. Предположим, что высокочастотные звуки распространяются быстрее — чем дальше вы отошли от диапазона, тем сильнее будет отставание звука инструментов с низким тоном от звука с высоким тоном.Но музыка от всех инструментов поступает в каденсе независимо от расстояния, поэтому все частоты должны двигаться почти с одинаковой скоростью. Напомним, что

[латекс] v = f \ лямбда. [/ латекс]

В данной среде при фиксированных условиях v постоянно, поэтому существует связь между f и [latex] \ lambda; [/ latex] чем выше частота, тем меньше длина волны ((рисунок)).

Рисунок 17.10 Поскольку они движутся с одинаковой скоростью в данной среде, низкочастотные звуки должны иметь большую длину волны, чем высокочастотные звуки.Здесь низкочастотные звуки издаются большим динамиком, называемым вуфером, тогда как высокочастотные звуки излучаются маленьким динамиком, называемым твитером.

Пример

Расчет длин волн

Рассчитайте длины волн звуков в крайних пределах слышимого диапазона, 20 и 20 000 Гц, в [латексе] 30.0 \ text {° C} [/ latex] воздухе. (Предположим, что значения частоты указаны с точностью до двух значащих цифр.)

Стратегия

Чтобы найти длину волны по частоте, мы можем использовать [latex] v = f \ lambda.[/ латекс]

Решение
  1. Определить известных. Значение для v определяется как

    [латекс] v = (331 \, \ text {m / s}) \ sqrt {\ frac {T} {273 \, \ text {K}}}. [/ латекс]

  2. Преобразуйте температуру в градусы Кельвина, а затем введите температуру в уравнение.

    [латекс] v = (331 \, \ text {m / s}) \ sqrt {\ frac {303 \, \ text {K}} {273 \, \ text {K}}} = 348,7 \, \ text {м / с} \ text {.} [/ латекс]

  3. Решите взаимосвязь между скоростью и длиной волны для λ :

    [латекс] \ lambda = \ frac {v} {f}.[/ латекс]

  4. Введите скорость и минимальную частоту, чтобы получить максимальную длину волны:

    [латекс] {\ lambda} _ {\ text {max}} = \ text {} \ frac {348.7 \, \ text {m / s}} {20 \, \ text {Hz}} = 17 \, \ text {m} \ text {.} [/ latex]

  5. Введите скорость и максимальную частоту, чтобы получить минимальную длину волны:

    [латекс] {\ lambda} _ {\ text {min}} = \ frac {348.7 \, \ text {m / s}} {20 000 \, \ text {Hz}} = 0,017 \, \ text {m} = 1,7 \, \ text {cm} \ text {.} [/ Latex]

Значение

Поскольку произведение f на [latex] \ lambda [/ latex] равно константе, чем меньше f , тем больше должен быть [latex] \ lambda [/ latex], и наоборот.

Скорость звука может изменяться при переходе звука от одной среды к другой, но частота обычно остается той же. Это похоже на то, что частота волны на струне равна частоте силы, колеблющей струну. Если v изменяется, а f остается прежним, тогда длина волны [латекс] \ лямбда [/ латекс] должна измениться. То есть, поскольку [latex] v = f \ lambda [/ latex], чем выше скорость звука, тем больше длина его волны для данной частоты.

Проверьте свое понимание

Представьте, что вы наблюдаете, как взрываются два фейерверка. Вы слышите взрыв одного из них, как только видите его. Однако вы видите другой снаряд на несколько миллисекунд, прежде чем услышите взрыв. Объясните, почему это так.

Показать решение

Звук и свет движутся с определенной скоростью, а скорость звука меньше скорости света. Первый снаряд, наверное, совсем рядом, поэтому разница в скорости не заметна. Вторая оболочка находится дальше, поэтому свет достигает ваших глаз заметно раньше, чем звуковая волна достигает ваших ушей.

Хотя звуковые волны в жидкости являются продольными, звуковые волны в твердом теле распространяются как продольные, так и поперечные волны. Сейсмические волны, которые, по сути, представляют собой звуковые волны в земной коре, возникающие в результате землетрясений, являются интересным примером того, как скорость звука зависит от жесткости среды. Землетрясения производят как продольные, так и поперечные волны, и они распространяются с разной скоростью. Объемный модуль гранита больше, чем его модуль сдвига. По этой причине скорость продольных волн или волн давления (P-волны) при землетрясениях в граните значительно выше, чем скорость поперечных или поперечных волн (S-волны).Оба типа землетрясений медленнее распространяются в менее твердом материале, таком как отложения. P-волны имеют скорость от 4 до 7 км / с, а S-волны — от 2 до 5 км / с, причем обе они быстрее в более жестком материале. P-волна все больше опережает S-волну по мере прохождения через земную кору. Время между P- и S-волнами обычно используется для определения расстояния до их источника, эпицентра землетрясения. Поскольку поперечные волны не проходят через жидкое ядро, образуются две области тени ((рисунок)).

Рисунок 17.11 Землетрясения производят как продольные волны (P-волны), так и поперечные волны (S-волны), и они распространяются с разной скоростью. Обе волны распространяются с разной скоростью в разных регионах Земли, но в целом P-волны распространяются быстрее, чем S-волны. S-волны не могут поддерживаться жидким ядром, создавая теневые области.

По мере того, как звуковые волны удаляются от динамика или от эпицентра землетрясения, их мощность на единицу площади уменьшается.Вот почему звук очень громкий рядом с динамиком и становится менее громким по мере удаления от динамика. Это также объясняет, почему в эпицентре землетрясения может быть очень много повреждений, но только толчки ощущаются в областях, удаленных от эпицентра. Мощность на единицу площади известна как интенсивность, и в следующем разделе мы обсудим, как интенсивность зависит от расстояния от источника.

Скорость звука — обзор

2.4.1.1 Рассеяние звука в слабой случайно неоднородной среде [17]

Помимо скорости звука в морской воде, являющейся случайной величиной, ее плотность также является пространственно случайной функцией.Поскольку флуктуация скорости звука намного больше, чем флуктуация плотности, рассеянием звука, вызванным флуктуацией плотности, можно пренебречь.

Звуковое давление p удовлетворяет волновому уравнению:

(2.154) 1c2 · ∂2p∂t2 − ∇2p = 0

Трудно найти общее решение уравнения. (2.154). Если морскую воду можно рассматривать как слабо случайную неоднородную среду, мы можем использовать метод бесконечно малых возмущений, чтобы найти это.

Когда случайные колебания скорости звука Δ c намного меньше средней скорости звука c 0 , то есть c = c 0 + Δ c и Δ c << c 0 , Ур. (2.154) принимает вид

(2.155) ∇2p − 1c02 (1−2Δcc0) ∂2p∂t2 = 0

Соответственно

(2.156) p = p0 + p1p1≪p0

, где p 0 и p 1 — определенная и случайная части p соответственно.

Подставляя уравнение. (2.156) в уравнение. (2.155), получаем

∇2p0 + ∇2p1−1c02 (1−2Δcc0) (∂2p0∂t2 + ∂2p1∂t2) = 0

∇2p0−1c02∂2p0∂t2 = 0

3 p удовлетворяет следующему волновому уравнению:

Волна рассеяния одного порядка приближения p 1 , таким образом, удовлетворяет следующему волновому уравнению:

∇2p1−1c02∂2p1∂t2 = −2Δcc03∂2 (p0 + p1) ∂ t2

Фактором ∂2p1∂t2 в правой части этого выражения можно пренебречь в соответствии с предположением о бесконечно малом возмущении.Следовательно,

(2,157) ∇2p1−1c02∂2p1∂t2 = −2Δcc03∂2p0∂t2

Введите знак Q и пусть 4πQ = (2Δc / c03) (∂2p0 / ∂t2), и уравнение. (2.157) принимает вид

(2.158) ∇2p1−1c02∂2p1∂t2 = −4πQ

Это означает, что отдельные элементы неоднородной среды стали вторичными источниками рассеяния, генерирующими волны рассеяния p 1 под действием первичных волна p 0 , поэтому Q называется интенсивностью источника.При условии, что p 0 заменяется падающей плоской волной, бегущей вдоль оси x ,

(2,159) p0 = A0ej (ωt − kx) k = ω / c0

Получаем

(2,160) ∇2p1 + k2p1 = 2k2Δcc0A0ej (ωt − kx)

Это неоднородное волновое уравнение, и его решение равно

(2.161) p1 = −A04π∫V (2k2Δcc0e − jkξ) e − jkrrⅆV

Eq. (2.161) можно также записать как

(2.162) p1 = k2A02π∫Vμ (ξ, η, ζ, t) e − jk (ξ + r) rdV

. 1 в уравнениях.(2.161) и (2.162) выражаются объемными интегралами флуктуации скорости звука и отклонения показателя преломления соответственно. Пределы интеграла будут включать весь объем неоднородной среды, генерирующей волну рассеяния звука p 1 . Предположим, что неоднородность среды ограничена квадратом со сторонами L достаточно большими, как показано на рис. 2.45, где центр квадрата находится в исходной точке с координатой O , R на расстоянии от исходной точки O до точки наблюдения ( x , y , z ), n — направление падающей звуковой волны, n 1 — направление рассеивающей волны, θ — угол рассеяния, r ′ — векторный радиус точки рассеяния ( ξ , η , ζ ) и r — расстояние от точки рассеяния до точки наблюдения.Следовательно,

Рисунок 2.45. Диаграмма рассеяния, порожденная неоднородным квадратом.

R = x2 + y2 + z2

r = (x − ξ) 2+ (y − η) 2+ (z − ζ) 2

Когда L ≫ a и r L , имеем

| p1 | 2¯ = A02k4μ2¯V4π2R2∫VR ​​(ρ) e − jk (n − n1) • (r1′ − r2 ′) ⅆV

, где ( r 1 ′ — r 2 ′) — радиус вектора между двумя точками рассеяния.

Если мы знаем, что коэффициент пространственной корреляции R ( ρ ), будет получена интенсивность рассеянного звука | p1 | 2¯.

В случае R (ρ) = e − ρ / a имеем

(2.163) | p1 | 2¯ = 2A02k4a3μ2¯VπR2 (1 + 4k2a2sin2θ2) 2

Если R ( ρ ) = e ρ 2/ a 2 , мы получим

(2,164) | p1 | 2¯ = A02k4a3μ2¯V4πR2e − k2a2sin2θ2

Мы можем увидеть это, изучив уравнения. Согласно уравнениям (2.163) и (2.164), чем сильнее колебания температуры и чем выше рабочие частоты, тем интенсивнее будет рассеивающее звуковое поле.Причем, чем дальше расстояние между принимаемой точкой и рассеивающим объемом, тем слабее становится сигнал рассеяния. В целом рассеяние звука пятнами неоднородности имеет направленность. В случае микромасштабных пятен неоднородности, то есть ka ≪ 1, и, таким образом, k2a2sin (θ / 2) ≅0, | p1 | 2¯ не зависит от θ . Другими словами, рассеяние звука приблизительно изотропно. В случае сгустков неоднородности огромных масштабов (т.е. ка ≫ 1) рассеяние звука имеет резкую направленность.

Излучение, распространение и восприятие звука

Мягкие нотки музыки, гул двигателя, резкость отбойного молотка… Как производятся звуки и как они попадают в наши уши? Звук состоит из колебаний, которые распространяются в сжимаемых средах, особенно в жидкостях и твердых телах, с характеристиками, специфичными для каждой из них. В этой статье обсуждаются понятия частоты, длины волны и звуковой мощности. Мы даже пойдем немного дальше, определив концепции правильных режимов и резонанса, проиллюстрированных примерами свинга и музыки, производимой скрипкой.

1. Что такое звук? Что это?

Рис. 1. Акустические волны, излучаемые инструментами оркестра, достигают датчиков в ушах слушателя. [Источник: Pixabay] Звуки — это чередующиеся сжатие и расслабление, которые распространяются в воздухе или в любой другой сжимаемой среде от передатчика к приемнику; их также называют акустическими волнами . Часто передатчик представляет собой твердый материал, более или менее гибкий, механически возбуждаемый. Это может быть наковальня, вибрирующая от удара молотка, струна гитары, возбужденная пальцем музыканта, или мембрана громкоговорителя, приводимая в движение электромагнитом.Точно так же колебания давления в жидкостях, таких как воздух или вода, вызванные гребными винтами, струями из форсунок или турбулентностью, создаваемой движением транспортного средства, создают звуки, которые распространяются в этой среде.

Окружающая жидкость передает свою собственную вибрацию окружающей среде, заставляя ближайшие слои молекул следовать ее движениям вперед и назад. В свою очередь, они передают соседним слоям это попеременное сжатие и расслабление и так далее (см. Анимацию изображения обложки).Воздух, который, по-видимому, находится в состоянии покоя, но который мы хорошо знаем, что он состоит из молекул, находящихся в постоянном волнении и сжимаемый [1], очень чувствителен к этим сотрясениям, которые, в свою очередь, сжимают, а затем удаляют слои молекул. Вода, намного более плотная, чем воздух (примерно в 800 раз) и гораздо менее сжимаемая (примерно в 100000 раз), также состоит из молекул при перемешивании, но они отталкиваются друг от друга с помощью кулоновских сил [2], которые очень трудно преодолеть. Таким образом, жидкости, как и вода, могут нести звуки.

Рис. 2. Схематическое изображение человеческого уха, показывающее перепонку барабанной перепонки, на которой закреплены косточки, движения которых передаются в мозг через слуховые нервы. [Источник: DR] Эти колебания давления могут достигать приемника, который часто представляет собой гибкую мембрану, такую ​​как барабанная перепонка уха (рис. 1) или датчик микрофона. Этот рецептор, в свою очередь, вибрирует со слоями ближайших к нему молекул. В случае уха человека или животного (рис. 2) слуховые нервы передают полученную информацию в мозг, который используется для ее распознавания и интерпретации.Микрофоны, с другой стороны, преобразуют колебания своей диафрагмы в электрический сигнал для записи или усиления и ретрансляции звуковым динамиком.

2. Скорость, частота и длина волны

В таком газе, как воздух, распространение звука является результатом важного свойства: подвижности молекул со средней скоростью около 480 м / с при нормальных условиях (см. Статью Давление, температура, тепло). Но у этого возбуждения нет привилегированной направленности: оно рассеивает энергию тремора во всех направлениях.Однако скорость распространения звука в воздухе, называемая celerity , означает, что все молекулы, находящиеся в очень небольшом объеме (жидкая частица), подвергаются одинаковому упорядоченному и коллективному смещению. Это объясняет, почему скорость звука , хотя и связана со средней скоростью молекул, составляет лишь часть этой средней скорости, около 340 м / с.

Эта скорость звука очень мала по сравнению со скоростью света (300 000 км / с в вакууме и почти столько же в воздухе).Это объясняет, почему зритель футбольного матча, сидящий на трибунах на расстоянии около 170 м от центрального круга, слышит удар игрока только через полсекунды после того, как видит, как его ступня ударилась по мячу. С другой стороны, на относительно небольших расстояниях, таких как размеры концертного зала, звуковые волны могут точно передавать очень тонкую информацию, которая ценится любителями музыки. Известное упражнение: в штормовую погоду, зная, что молнии воспринимаются практически мгновенно, как мы можем оценить, как далеко только что разразился шторм?

Рисунок 3.Изменение во времени амплитуды амплитуды колебаний мембраны микрофона. Отметим их колебательный характер и наличие различных частот и амплитуд. [Источник: pixabay] Одним из основных свойств волн любого типа является их период T ; в случае звука T — это время между двумя последовательными сжатиями или отпусканиями в заданной точке. Вместо периода обычно и вполне эквивалентно использовать обратную ему, , частоту f = 1 / T , которая, следовательно, представляет количество колебаний в секунду.Частота измеряется в Герцах, отмеченных Гц (1 Гц = 1 с-1). При скорости звука c и его периоде T или его частоте f элементарно построить длину волны звуковой вибрации λ = cT = c / f , расстояние между двумя последовательными максимумами или минимумами. . Частота 1000 Гц, относительно хорошо центрированная в слышимом диапазоне, поэтому соответствует длине волны 34 см (см. Рисунок 3 и следующий параграф).

В нашей среде все постоянно движется и поэтому издает звуки.В нашем собственном теле циркулирует кровь, легкие набухают и сдуваются, пищеварительная система также оживляется. Но наша относительно мягкая плоть хорошо поглощает эти колебания давления; для этого врач должен использовать стетоскоп, чтобы слышать удары наших сердец или колебания скорости воздуха в наших бронхах. Кроме того, человеческие уши чувствительны только к относительно узкой полосе частот от 15 Гц до 15 000 Гц. Вот почему мы не воспринимаем свои внутренние шумы, кроме собственного голоса. Это позволяет нам сосредоточить наше внимание на шуме извне, часто более приятном и, прежде всего, более полезном благодаря всей информации, которую они позволяют нам уловить.Другие виды животных воспринимают звуки в очень разных частотных диапазонах. Слоны излучают и слышат инфразвук с частотой менее 10 Гц, который они используют для общения друг с другом. С другой стороны, летучие мыши излучают и слышат ультразвук с частотой более 30 000 Гц, чье эхо, отраженное окружающей средой, позволяет им читать их в полной темноте.

Вообще говоря, скорость звука практически не зависит от частоты. Однако он зависит от плотности среды и поэтому весьма чувствителен к колебаниям температуры и давления.Эта скорость тем больше, чем меньше плотность среды и ее сжимаемость. Так, в гелии, сжимаемость которого близка к воздуху, но плотность намного ниже, скорость звука почти в 3 раза больше, чем в воздухе.

3. Звуковая мощность

Для характеристики мощности звука обычно используют звуковое давление p , максимальную амплитуду локальных колебаний атмосферного давления. Обычно это колебание очень мало.Например, нормально говорящий человек производит акустическое давление около 0,01 паскаль (Па) на расстоянии одного метра, что в 10 миллионов раз меньше нормального атмосферного давления, близкого к 100000 Па.

Это звуковое давление на пропорционально максимальной амплитуде колебаний, показанной на рисунке 2; в действительности ощущение, воспринимаемое человеческим ухом, больше пропорционально логарифму [3] давления, чем самому давлению. Это означает, что звуковое давление в 10 раз выше ощущается как звук в два раза более интенсивным, а звуковое давление в 100 раз выше как звук в 4 раза интенсивнее.Мощность, переносимая звуковой волной, пропорциональна квадрату звукового давления, поэтому мощность звука была охарактеризована величиной 10 log 10 (p 2 / p 2 ref ) = 20 log 10 (p / p ref ) , названный децибелом . Децибел (дБ), или десятая часть бел, — это обычно используемая единица звуковой мощности, названная так в честь Грэма Белла (1847-1922), шотландского ученого, который изобрел телефон.Оно равно 20 log 10 ( p / p ref ), где p обозначает акустическое давление, а p ref — эталонное давление, произвольно установленное на 20 мкПа (20 × 10 -6 Паскаль, или 0,2 миллиардной атмосферного давления), что представляет собой порог слышимости у большинства людей. [4] и отметил дБ, где p ref — эталонное давление, произвольно установленное на уровне 20 мкПа (20 × 10-6 Паскалей, или 0,2 миллиардной атмосферного давления).Это эталонное значение соответствует порогу слышимости для большинства людей, то есть 0 дБ. Таким образом, увеличение числа децибел на 20 децибел представляет собой 10-кратное увеличение амплитуды звукового давления или 100-кратное увеличение звуковой мощности, также называемое интенсивностью звука .

Вот несколько порядков, которые придают децибелу практическое значение:

  • Тихая деревенская атмосфера: 40 дБ или p = 2 × 10-8 атмосферное давление.
  • Оживленная улица с трафиком: 80 дБ или p = 2 × 10-6 атмосферное давление.
  • Аэропорт с воздушными судами на взлете: 120 дБ или p = 2 × 10-4 атмосферное давление.
  • Правовой предел безопасности при коротком воздействии: 135 дБ или одна тысячная атмосферного давления.

Все знают, что нужно все больше повышать голос, чтобы позвонить тому, кто уезжает. По мере распространения звук, излучаемый любым источником, довольно быстро теряет свою интенсивность по двум причинам. Во-первых, поскольку его энергия распределяется по все большему полусферическому фронту по мере удаления волнового фронта от места излучения, его интенсивность уменьшается на из-за противоположной площади этого фронта, т.е.е. как , обратное квадрату расстояния до источника. Кроме того, эта начальная энергия, состоящая из сжатия и расширения газа, постепенно рассеивается в тепло за счет вязкости (см. Статью «Давление, температура и тепло»).

4. Простые колебания: маятник и качели

Рисунок 4. Простой маятник. Почти вся масса сосредоточена на нижнем конце конической формы, которая колеблется, перемещаясь по дуге окружности с центром в точке крепления наверху цепи.[Источник: pixabay] Начнем наше открытие колебательных явлений с простого маятника . Он имеет только одну степень свободы Это относится к каждому параметру или координате, используемым для характеристики положения объекта или его центра тяжести на его траектории. : положение его центра тяжести на дугообразной траектории (рисунок 4). Очень быстро после прекращения возбуждения любые неупорядоченные начальные возмущения прекращаются, и колебания этого маятника продолжаются с четко определенной частотой, называемой его собственной частотой , равной для небольших колебаний до (1 / 2π) (l / g) 1/2 , где l обозначает длину маятника, а g — силу тяжести.Тот факт, что эта собственная частота зависит от силы тяжести, отражает обмен между потенциальной энергией (максимум в высоких точках) и кинетической энергией (максимум в нижней точке). Это регулярное периодическое движение представляет собой собственный режим колебаний маятника .

Теперь предположим, что мы привносим в маятник дополнительную энергию, тщательно выбирая частоту этого входа. Пример: каждый раз, когда маятник проходит через свою нижнюю точку, он толкается, чтобы придать ему дополнительную скорость; эта энергия будет добавлена ​​к предыдущей энергии маятника и амплитуда его колебаний увеличится.Затем говорится, что частота этого нового возбуждения составляет в фазе с колебанием маятника, и что это приводит к , резонансу маятника. Этот резонанс приводит к большим амплитудам, так что при каждом колебании подводимая энергия в точности равна рассеиваемой энергии.

Рисунок 5. Поверните в самой нижней точке. Подача энергии или импульс достигается за счет выдвижения ног вперед и грудной клетки назад, что также снижает трение.[Источник: Fragonard, Les hasards heureux de l’escarpolette] С другой стороны, если в систему не подается энергия, амплитуда колебаний будет постепенно уменьшаться, поскольку энергия будет регулярно уменьшаться за счет трения.

Случай качелей Swing (рис. 5) демонстрирует другую форму резонанса. Немного потренировавшись, дети могут перейти в нижнюю точку и таким образом увеличить амплитуду колебаний. Следует также отметить, что они обеспечивают дополнительную энергию, уменьшая сопротивление воздуха, лежа как можно дальше по своей траектории, когда качели проходят в нижней точке.

5. Стационарные волны: вибрирующая струна и музыка

Ни маятник, ни качели не издают звуков (слышен только скрип их креплений). Помимо этого простого случая, необходимо предпринять новый шаг, чтобы проиллюстрировать, как колеблющееся тело издает звуки. Прототипом такой системы является веревка, натянутая между двумя фиксированными точками , подвергающаяся возбуждению, которая вибрирует и издает звуки. Это процесс, используемый для создания музыки со скрипками, гитарами, арфами и другими струнными инструментами.Эти механические системы очень сложны, потому что они имеют бесконечное число степеней свободы , — все возможные положения — и — столько разных режимов. Среди них мы выделяем основную моду , так что только одна половина длины волны присутствует между двумя фиксированными точками, и ее гармоники , частоты которых кратны основной частоте. Анимация на рисунке 6 иллюстрирует первые три режима, воображение позволяет угадать бесконечную последовательность не представленных гармоник.

Рис. 6. Колебания вибрирующей струны между двумя фиксированными точками: основная мода и две первые гармоники [Источник: Кристоф Данг Нгок Чан (cdang) (собственная работа) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/) fdl.html) или CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], через Wikimedia Commons] Одним из наиболее интересных свойств этой колебательной системы является ее способность образуют стоячие волны , как показано на анимации на фиг. 6. Это колебание примечательно тем, что оно выделяет последовательность узлов (точки, где амплитуда движения струны равна нулю), и животы (точки, где это максимум).Количество узлов и узлов зависит от расстояния между двумя фиксированными точками и натяжения веревки. Тот факт, что распространение по веревке исчезло, оправдывает название стоячей волны. С другой стороны, распространение именно этого возбуждения в окружающем воздухе продолжается до точки передачи звука, излучаемого струной, в ухо слушателя или микрофон. Длина ноты зависит от того, как долго сохраняется возбуждение, например, как долго смычок трется о струну скрипки.

Также возможно создание стоячих волн между фиксированной точкой и свободным концом. Основная мода тогда включает только четверть длины волны между этими двумя концами. Хотя камертон состоит из двух металлических ветвей вместо вибрирующей струны, , камертон очень хорошо иллюстрирует эту систему, до такой степени, что ее способность излучать довольно высокую степень чистоты «А» может стать эталоном для всего оркестр.

Колебание вибрирующей струны слышно, но не видно.С другой стороны, тот, что в дымовой трубе на видео ниже, показывает, что можно визуализировать периодические колебания давления в пропане, присутствующем в этом приборе. Поток газа через отверстия, распределенные вдоль трубы, и высота каждого маленького пламени пропорциональны этому давлению: ноль в узлах и максимум в брюшках.

Видео. Жаровая трубка Рубена . Громкоговоритель посылает акустические волны в длинную трубку, в которой установлены стоячие волны для диапазона частот, резонирующих с трубкой.С левого конца в трубку закачивается пропан; он выходит через ряд отверстий в верхнем генераторе, создавая продольное пламя. Локальная высота этого пламени, пропорциональная локальному давлению в трубке, выделяет животы и узлы внутри нее.

Рис. 7. Вид в разрезе звуковой коробки скрипки без прикрас. 1. 2. Таблица. 3. Передний шип. 4. Отверстие для пуговицы. 5. Душа. 6. Слух. 7. Соединение. 8. Уголок. 9. Задний шип. 10. Звуковая панель.
Источник: По английски: Неизвестная фотография.Улучшено и (немного) раскрашено Дэйком. Нумерация добавлена ​​SuperManu / French: Оригинальный фотограф неизвестен. Фотография была очищена и немного раскрашена Дейком. Цифры добавлены SuperManu. (L’Art du luthier (Огюст Толбек)) [Источник: GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses) /by-sa/3.0/), CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0), GFDL (http://www.gnu. org / copyleft / fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) или CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0) ], через Wikimedia Commons] Во всех музыкальных инструментах, особенно струнных, производство звука происходит за счет резонанса между возбуждением и набором определенных режимов, включая гармоники (рисунки 6 и видео). Именно ища этот резонанс, музыкант выбирает ноту, которую он хочет сделать услышанной. Чистота излучаемого звука достигается благодаря точному выбору возбужденных собственных мод.В общем, только вибрация струны практически не слышна. Вот почему в скрипках, виолончелях и гитарах струны соединены с и декой ; расположенный рядом со струнами, он сконструирован таким образом, чтобы образовывать звуковую коробку с другими частями (см. рисунок 7). В свою очередь, этот ящик имеет свои собственные режимы вибрации, которые могут резонировать с режимами вибрации струны. Благодаря своим значительным размерам, эта дека усиливает звуки и передает их в воздух, где они распространяются на слушателей.Наконец, именно область деки определяет диапазон [5] излучаемого звука. Она варьируется от примерно 500 см2 для скрипки, предназначенной для взрослого (длина AB на рисунке 7 составляет примерно от 35 до 36 см), до 1000 см2 для виолончели и 2000 см2 для контрабаса, инструментов, характерных для симфонических оркестров.

Скалистые обрывы, ограда старинного театра, шумовая преграда… Всем известно, что естественные или искусственные стены могут влиять на воспринимаемый слушателем сигнал. Это влияние связано как с их формой, более или менее благоприятной для резонансов, так и с состоянием их поверхности.Гладкие, прочные и эластичные стены хорошо отражают звук; С другой стороны, грубые стены или стены, покрытые мягкими и впитывающими материалами, плохо отражают его. Это касается явления echo , анализ которого приводит к важным приложениям, таким как проектирование концертных залов с высоким акустическим качеством или защита от шумового загрязнения.

6. Распространение звука в воде и твердых телах

Поскольку это происходит из-за их сжимаемости, звук распространяется во всех средах, особенно в таких жидкостях, как вода.В море это явление представляет значительный интерес, поскольку, поскольку свет не проникает на большие глубины, он обеспечивает одним из предпочтительных средств диагностики . Рыбаки используют звук или ультразвук для обнаружения косяков рыб, географы изучают подводные формы рельефа, а национальные военно-морские силы по всему миру идентифицируют корабли и подводных друзей или врагов в их окрестностях. Морские млекопитающие также общаются с помощью ультразвука. Диапазон частот, которые можно использовать в морской воде, составляет от 30 Гц до 1.5 МГц, что в 100 раз превышает предел слышимости человека, составляющий около 15000 Гц. Скорость звука в воде составляет от 1450 до 1550 м / с. Как показано на Рисунке 8, он изменяется в основном в зависимости от температуры и глубины, то есть от давления, но не очень чувствителен к изменениям солености (см. Статью Морская среда).

Рис. 8: Типичные изменения температуры T, солености S и скорости звука c в зависимости от глубины в Атлантическом океане; влияние изменений солености намного меньше, чем влияние температуры, особенно у поверхности, и давления, особенно на глубине.[Источник: http://lecalve.univ-tln.fr/oceano/fiches/fiche3F.htm] В море звуковые лучи отражаются от свободной поверхности, поэтому подводный шум не слышен снаружи и требует специального оборудования. в подобрать: сонары . Они также отражаются от дна и частично отражаются промежуточными границами раздела, такими как термоклин (см. Морская среда), или более или менее диффузными границами раздела, разделяющими воды разной плотности, особенно в устьях крупных рек.Даже при отсутствии надежных интерфейсов звуковые пути редко бывают прямыми. Как правило, они направляются в область, где скорость звука ниже, где они концентрируются. Затем эта область приобретает функцию волновода [6]. Это особенно верно для слоя между свободной поверхностью и глубиной, где скорость самая низкая (около 1000 м на Рисунке 8). Более глубокие слои образуют зоны «звуковой тени», которые можно исследовать, только погрузив передающую и приемную системы ниже этой конкретной глубины.

Рисунок 9. Дорожки акустических волн, излучаемых из A или B в принимающие уши OG и OD, расположенные соответственно слева и справа от человека или животного. Сдвиг фазы между воспринимаемыми звуками равен нулю, когда они исходят из A; они достигают доли длины волны, равной 2πd / λ, когда они исходят из B. Следовательно, для человека это значение близко к λ / 2 в воздухе и λ / 10 в воде. Для дельфина, издающего звуки с частотой 10000 Гц, d / λ порядка единицы.

Человеческое тело, в основном состоящее из воды, не отражает подводные звуковые волны.Из-за расстояния между ушами ( около 17 см) люди воспринимают два звука в воздухе, фазовый сдвиг которых позволяет определить их происхождение. Мы видели, что для звука с частотой, равной 1000 Гц, длина волны равна 34 см. Если передатчик расположен перед этим человеком (точка A на рисунке 9), на равном расстоянии от обоих ушей, они воспринимают этот звук одновременно, без какого-либо сдвига фазы. Но если передатчик расположен на линии уха (точка B на рисунке 9), звуки, воспринимаемые ушами, имеют временной сдвиг d / c, равный 1/2000 с, и значение d / λ , равное 17/34, или на половину длины волны [7].Этот значительный фазовый сдвиг позволяет мозгу ощущать звуковой рельеф , то есть знать, откуда исходит звук. Именно этот фазовый сдвиг позволяет дирижеру обнаруживать звук, издаваемый каждым инструментом в музыкальном ансамбле.

Напротив, в воде разница во времени между звуками, воспринимаемыми двумя ушами (d / c ), составляет около 1/10 000 с (когда передатчик расположен сбоку), и их максимальный фазовый сдвиг. Затем значение d уменьшается до одной десятой длины волны на частоте 1000 Гц и становится слишком низким, чтобы позволить такое обнаружение.Поэтому люди, погруженные в воду, не могут почувствовать звукоизоляцию. С другой стороны, морские млекопитающие, такие как дельфины, издают звуки от 10 до 100 раз выше, чем самая высокая частота, воспринимаемая человеческим ухом. Их длина волны ), от 1,5 до 15 см, в таком случае меньше расстояния между ушами (около 15 см). Затем фазовый сдвиг между этими звуками уменьшается до значительной части длины волны, даже если передатчик не находится на одной линии с ушами. Это позволяет им не только общаться друг с другом, но и располагаться по отношению друг к другу и по отношению к любым возможным препятствиям в темноте морского дна.

В твердых средах звук распространяется даже быстрее, чем в жидкостях. Это потому, что твердые тела даже менее сжимаемы, чем жидкости. Так, в упомянутой в начале статьи стали наковальни скорость составляет около 5000 м / с. Если его длина близка к 50 см, это означает, что вся наковальня почувствовала удар молота за одну десятитысячную долю секунды, в то время как звуковым волнам в соседнем воздухе требуется почти 2 миллисекунды, чтобы пройти такое же расстояние. Другими словами, приблизительно, это вся наковальня, а не только область, на которую воздействует молоток, издает звук, слышимый кузнецом.


Ссылки и примечания

Изображение на обложке. Акустические волны, излучаемые радиально колеблющейся сферой, распространяются во всех направлениях в форме попеременного сжатия и релаксации слоев газа, прилегающих друг к другу. Источник: Тьерри Дуньоль (собственная работа) [CC0], через Wikimedia Commons]

[1] Сжимаемость воздуха достаточно велика, чтобы эта текучая среда переносила звук, и достаточно мала, чтобы оправдать использование приближений несжимаемой жидкости для описания аэродинамики на скоростях, значительно меньших скорости звука.

[2] Отрицательные электрические заряды электронов, окружающих ядра атомов водорода и кислорода, которые образуют молекулу воды, подвергаются воздействию кулоновской силы, которая сильно отталкивает их друг от друга, когда расстояние до них становится очень маленьким. В свою очередь, эти электроны передают эту силу отталкивания атомам и молекулам.

[3] Логарифм — это математическая операция, которая заменяет умножение сложением: log (ab) = log (a) + log (b ).Умножьте звуковое давление на 10, единицей которого является десятичный логарифм, затем прибавьте единицу к его логарифму. В обычных обозначениях log10 обозначает десятичный логарифм, а log обозначает наперианский логарифм, основанием которого является иррациональное число e = 2.71828. .

[4] Имя в честь Грэма Белла (1847-1922), шотландского ученого и изобретателя телефона. Децибел (дБ) составляет одну десятую бел, используется очень редко.

[5] Диапазон звука характеризует его высоту, то есть его частоту, будь то звук, издаваемый инструментом или человеческим голосом. Диапазон скрипки составляет от 300 до 1400 Гц, у виолончели — от 70 до 750 Гц, а у контрабаса — от 60 до 350 Гц.

[6] Волновод — это физическая система, используемая для ограничения волн в определенной среде, по крайней мере, на определенном расстоянии. Он широко используется со световыми и электромагнитными волнами в целом, например, в оптических волокнах.В случае акустических волн, особенно в морской воде, их эффективность менее очевидна из-за более нечеткой природы интерфейсов, которые не пропускают разные длины волн одинаковым образом.

[7] С разницей ориентации излучателей A и B на 90 градусов на рисунке 9, мы можем, следовательно, связать фазовый сдвиг 360/20 = 18 градусов относительно оси человеческого тела для частоты 100 Гц. для которого d / λ = 1/20 . Отношение 18/90 = 1/5 характеризует чувствительность человека к звуковому рельефу в воздухе.


Экологическая энциклопедия окружающей среды Ассоциации энциклопедий окружающей среды и энергии (www.a3e.fr), по контракту связана с Университетом Гренобль-Альп и ИЯФ Гренобля и спонсируется Французской академией наук .

Для цитирования: МОРЕ Рене (2021 г.), Излучение, распространение и восприятие звука, Энциклопедия окружающей среды, [ISSN в сети 2555-0950] URL: https: // www.encyclopedie-environnement.org/en/physics/emission-propagation-and-perception-of-sound/.

Статьи в Энциклопедии окружающей среды доступны в соответствии с условиями лицензии Creative Commons BY-NC-SA, которая разрешает воспроизведение при условии: цитирования источника, не коммерческого использования их, использования идентичных исходных условий, воспроизведения в при каждом повторном использовании или распространении эта лицензия Creative Commons BY-NC-SA упоминается.

| ZOOM

Толкая конверт с Тиной Го, представленная Zoom
Присоединяйтесь к номинированной на Грэмми виолончелистке и певице Тине Гуо, чтобы обсудить, как она привносит свой уникальный голос на виолончели в блокбастеры, саундтреки к видеоиграм, метал-группы и многое другое.

Как оптимизировать компьютер с Windows 10 для создания музыки
Как оптимизировать настройки ПК с Windows 10 при использовании аудиоинтерфейса USB с DAW

Эли Менезес | Создатель
Мульти-инструменталист и продюсер Эли Менезес рассказывает в магазине о своем музыкальном творчестве и процессе записи, в том числе о своем любимом оборудовании и грядущих релизах.

Музыка и творчество с Джорданом Рудессом от Zoom
ZOOM LIVESTREAM

Драйвер LiveTrak L-12 v2.1 для M1 Mac
Выпущен новый аудиодрайвер V2.1 для LiveTrak L-12.

звук | Свойства, типы и факты

Звук , механическое возмущение из состояния равновесия, которое распространяется через упругую материальную среду. Также возможно чисто субъективное определение звука, как того, что воспринимается ухом, но такое определение не особо проясняет и чрезмерно ограничивает, поскольку полезно говорить о звуках, которые не могут быть услышаны человеческим ухом, например как те, которые производятся собачьим свистком или с помощью гидроакустического оборудования.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Изучение звука следует начинать со свойств звуковых волн.Существует два основных типа волн, поперечные и продольные, которые различаются по способу распространения волны. В поперечной волне, такой как волна, генерируемая в натянутом канате, когда один конец покачивается вперед и назад, движение, составляющее волну, перпендикулярно или поперечно направлению (вдоль веревки), в котором движется волна. Важное семейство поперечных волн генерируется электромагнитными источниками, такими как свет или радио, в которых электрические и магнитные поля, составляющие волну, колеблются перпендикулярно направлению распространения.

Изучите волновое движение звука, исходящего от точечного источника, с помощью подвешенной пружины.

Распространение вибрирующих звуковых волн аналогично действию вибрирующей пружины.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Звук распространяется через воздух или другие среды в виде продольной волны, в которой механическая вибрация, составляющая волну, происходит вдоль направления распространения волны. Продольная волна может быть создана в витой пружине путем сжатия нескольких витков вместе, чтобы сформировать сжатие, а затем их отпускания, позволяя сжатию перемещаться по длине пружины.Воздух можно рассматривать как состоящий из слоев, аналогичных таким змеевикам, со звуковой волной, распространяющейся как слои воздуха, «толкающие» и «тянущие» друг друга, во многом подобно сжатию, движущемуся вниз по пружине.

Таким образом, звуковая волна состоит из чередующихся сжатий и разрежений или областей высокого и низкого давления, движущихся с определенной скоростью. Другими словами, оно состоит из периодического (то есть колеблющегося или вибрирующего) изменения давления, происходящего вокруг равновесного давления, преобладающего в определенное время и в определенном месте.Равновесное давление и синусоидальные колебания, вызванные прохождением чистой звуковой волны (то есть волны одной частоты), представлены на рисунках 1A и 1B соответственно.

графические изображения звуковой волны

Рисунок 1: Графические изображения звуковой волны. (A) Воздух в состоянии равновесия при отсутствии звуковой волны; (B) сжатия и разрежения, составляющие звуковую волну; (C) поперечное изображение волны, показывающее амплитуду (A) и длину волны (λ).

Encyclopædia Britannica, Inc.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Обсуждение звуковых волн и их распространения можно начать с рассмотрения плоской волны одной частоты, проходящей через воздух. Плоская волна — это волна, которая распространяется в пространстве как плоскость, а не как сфера увеличивающегося радиуса. Таким образом, он не является идеальным представителем звука (см. Ниже Круглые и сферические волны). Одночастотную волну можно будет услышать как чистый звук, такой как звук, генерируемый легким ударом камертона.В качестве теоретической модели он помогает выяснить многие свойства звуковой волны.

Рисунок 1C — еще одно представление звуковой волны, показанной на рисунке 1B. Как показано на синусоидальной кривой, изменение давления в звуковой волне повторяется в пространстве на определенном расстоянии. Это расстояние известно как длина волны звука, обычно измеряется в метрах и обозначается λ. Поскольку волна распространяется по воздуху, одной полной длине волны требуется определенный период времени, чтобы пройти определенную точку в пространстве; этот период, представленный T , обычно измеряется в долях секунды.Кроме того, в течение каждого временного интервала в одну секунду определенное количество длин волн проходит точку в пространстве. Известная как частота звуковой волны, количество длин волн, проходящих в секунду, традиционно измеряется в герцах или килогерцах и выражается как f .

Знать о волнах и математическую взаимосвязь между частотой и периодом в волнах

Обзор взаимосвязи между частотой и периодом в волнах.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Между частотой волны и ее периодом существует обратная зависимость, так что

Определите разницу между частотой и амплитудой, изучая звуковые волны

Частота и амплитуда звуковых волн, зарегистрированные на осциллографе .

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи

Это означает, что звуковые волны с высокими частотами имеют короткие периоды, а звуковые волны с низкими частотами имеют длительные периоды.Например, звуковая волна с частотой 20 герц будет иметь период 0,05 секунды (, т.е. , 20 длин волн в секунду × 0,05 секунды / длина волны = 1), а звуковая волна с частотой 20 килогерц будет иметь период 0,00005. секунда (20000 длин волн в секунду × 0,00005 секунды / длина волны = 1). Между 20 герцами и 20 килогерцами лежит частотный диапазон слуха человека. Физическое свойство частоты физиологически воспринимается как высота звука, так что чем выше частота, тем выше воспринимаемая высота звука.Также существует связь между длиной звуковой волны, ее частотой или периодом и скоростью волны ( S ), так что

Математические значения

Равновесное значение давления, представленное равномерно разнесенные линии на рисунке 1A и осью графика на рисунке 1C равны атмосферному давлению, которое преобладало бы в отсутствие звуковой волны. При прохождении сжатий и разрежений, составляющих звуковую волну, будут возникать колебания выше и ниже атмосферного давления.Величина этого отклонения от равновесия известна как амплитуда звуковой волны; измеряется в паскалях или ньютонах на квадратный метр, и обозначается буквой A . Смещение или возмущение плоской звуковой волны можно математически описать с помощью общего уравнения движения волны, которое в упрощенной форме записывается как:

Это уравнение описывает синусоидальную волну, которая повторяется через расстояние λ, перемещающееся вправо (+ x ) со скоростью, задаваемой уравнением (2).

Амплитуда звуковой волны определяет ее интенсивность, которая, в свою очередь, воспринимается ухом как громкость. Акустическая интенсивность определяется как средняя скорость передачи энергии на единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны. Его связь с амплитудой может быть записана как где ρ — равновесная плотность воздуха (измеряется в килограммах на кубический метр), а S — скорость звука (в метрах в секунду). Интенсивность ( I ) измеряется в ваттах на квадратный метр, причем ватт является стандартной единицей мощности при электрическом или механическом использовании.

Значение атмосферного давления в «стандартных атмосферных условиях» обычно составляет около 10 5 паскалей или 10 5 ньютонов на квадратный метр. Минимальная амплитуда изменения давления, которую может ощутить человеческое ухо, составляет около 10 -5 паскаль, а амплитуда давления на пороге боли составляет около 10 паскалей, поэтому колебания давления в звуковых волнах очень малы по сравнению с давление атмосферы. В этих условиях звуковая волна распространяется линейно, то есть продолжает распространяться в воздухе с очень небольшими потерями, дисперсией или изменением формы.Однако когда амплитуда волны достигает около 100 паскалей (примерно одна тысячная давления атмосферы), в распространении волны развиваются значительные нелинейности.

Нелинейность возникает из-за специфического воздействия на давление воздуха, вызванного синусоидальным смещением молекул воздуха. Когда колебательное движение, составляющее волну, невелико, увеличение и уменьшение давления также незначительны и почти одинаковы. Но когда движение волны велико, каждое сжатие создает избыточное давление большей амплитуды, чем уменьшение давления, вызванное каждым разрежением.Это можно предсказать с помощью закона идеального газа, который гласит, что увеличение объема газа наполовину снижает его давление только на одну треть, а уменьшение его объема наполовину увеличивает давление в два раза. Результатом является чистое превышение давления — явление, которое имеет значение только для волн с амплитудой выше примерно 100 паскалей.

Лазерный звук: оптоакустическое преобразование из цифровых аудиопотоков

Для оценки предложенного прототипа лазерно-звуковой системы была принята параллельная экспериментальная и модельная процедура, которая показана на рис.2. Входной сигнал \ ({s} _ {\ mathrm {audio}} (n) \), где \ (n \) является индексом дискретного времени, обычно получается из типичного звука с импульсной кодовой модуляцией (PCM). файл и направляется в модулятор, где преобразуется в битовый поток ΣΔ. Выход модулятора \ ({s} _ {{\ Sigma \ Delta}} \ left (n \ right) \) используется для управления лазерным излучением и в качестве входных данных для вычислительной модели. В физической системе оптические импульсы фокусируются в воздухе, вызывая пробой и генерируя последовательности акустических импульсов, которые улавливаются и записываются микрофоном и системой сбора данных.Захваченные сигналы \ ({s} _ {\ mathrm {mic}} (n) \) проходят постобработку, чтобы уменьшить артефакты измерения и шум, в результате чего получается сигнал \ ({s} _ {\ mathrm {LIB} } \ влево (п \ вправо) \). Частотные спектры \ ({S} _ {\ mathrm {LIB}} (k) \) воспроизводимых потоков акустических импульсов получены здесь с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ), где \ (k \) — дискретное индекс частоты. Более того, одиночные генерируемые лазером акустические импульсы \ ({s} _ {\ mathrm {p}} (n) \) собираются и анализируются для создания модели сигнала \ ({s} _ {\ mathrm {p}} ^ { {\ prime}} (n) \) акустического N-импульса.{\ mathrm {R}} \ left (n \ right) \) используются для звуковой оценки воспроизводимых аудиосигналов. Важно отметить, что в физической системе, по аналогии с фильтром нижних частот, применяемым к представленным сигналам, фильтрация высоких частот происходит во время распространения звука в воздухе 37 , а также верхняя граница частоты слуховой системы человека. Поскольку человеческая слуховая система не воспринимает частоты выше 20 кГц, физическая лазерно-звуковая система с полосой интереса, простирающейся до 20 кГц, могла бы эффективно восстанавливать аудиосигнал без заметных внеполосных искажений.{{\ prime}} \ left (n \ right) \) от систем с произвольными техническими характеристиками, т.е. частотой следования лазеров и параметрами оптических импульсов. Таким образом, модель подходит для определения технических характеристик лазера и схемы модуляции при проектировании лазерно-звуковых систем. В модели воспроизводимый сигнал выражается в виде модулированного сигнала \ ({s} _ {{\ Sigma \ Delta}} (n) \) и N-импульсного сигнала \ ({s} _ {\ mathrm { р}} (п) \). По этой причине для разработки модели необходимо проанализировать частотно-временные характеристики модулятора и N-импульсных сигналов.

ΣΔ модулятор

Предполагая передискретизированный входной сигнал с импульсно-кодовой модуляцией (PCM) \ ({s} _ {\ mathrm {audio}} (n) \) с \ ({\ rm N} \) количеством отсчетов, преобразование PCM в ΣΔ с дискретным временем можно описать как преобразование \ ({\ mathrm {M}} _ {\ mathrm {SD}} \) из \ ({s} _ {\ mathrm {audio}} ( n) \) на выход модулятора \ ({s} _ {{\ Sigma \ Delta}} (n) \):

$$ {s} _ {\ Sigma \ Delta} (n) = {M} _ {\ Sigma \ Delta} \ left \ {{s} _ {audio} (n) \ right \} $$

(1)

В дискретной частотной области, полученной с помощью DFT, выходной сигнал \ ({S} _ {{\ Sigma \ Delta}} (k) \) модулятора ΣΔ относительно входа \ ({S} _ {\ mathrm {audio}} (k) \) в общем виде можно записать как:

$$ {S} _ {\ Sigma \ Delta} \ left (k \ right) = STF \ left (k \ right) \ cdot {S} _ {audio} \ left (k \ right) + NTF \ left (k \ right) \ cdot E \ left (k \ right) $$

(2)

где \ (k \) — индекс дискретной частоты, \ (\ mathrm {STF} \ left (k \ right) \) и \ (\ mathrm {NTF} \ left (k \ right) \) — шум и сигнал передаточные функции модулятора 30, соответственно, а \ (E (k) \) — шум квантования.{-j \ frac {2 \ pi k} {N}}) \ cdot E (k) $$

(3)

Спектральная величина NTF первого порядка может быть записана как:

$$ \ left | NTF \ left (k \ right) \ right | = 2 \ cdot \ left | \ mathit {sin} \ left (\ frac {\ pi} {N} k \ right) \ right | $$

(4)

Для внутриполосных частот \ (k \ ll N \) и уравнение. (4) можно приблизительно записать как:

$$ \ left | NTF \ left (k \ ll N \ right) \ right | \ simeq \ frac {2 \ pi} {N} k $$

(5)

где \ (N \) — показатель частоты дискретизации.{{\ prime}} \ left (k \ right) \ right | \ simeq \ frac {2 \ pi A {N} _ {p}} {N} k $$

(10)

Уравнение (10) показывает, что для внутриполосных частот генерируемые лазером акустические импульсы демонстрируют спектральный профиль верхних частот первого порядка. Этот характеристический профиль сохраняется для большей части диапазона параметров генерируемых лазерных импульсов 18,22,24 и, как представлено в следующем абзаце, он формирует частотную характеристику лазерной аудиосистемы.{2} $$

(16)

что соответствует высокочастотному профилю второго порядка. Как показано в следующем подразделе, уравнения. (14) — (16) наглядно демонстрируются смоделированными и измеренными сигналами.

Экспериментальная оценка системы-прототипа

В экспериментальной установке параметры и характеристики 1-битной ΣΔ-модуляции в значительной степени определялись спецификациями лазерной системы, которая была доступна для реализации прототипа преобразователя.Лазерная система обеспечивала максимальную частоту повторения оптических импульсов 20 кГц, однако для экспериментов, где была принята частота повторения \ ({f} _ {\ mathrm {laser}} = 4 \, \ mathrm {kHz} \), целевым материалом был воздух. Это связано с тем, что для частот выше 4 кГц оптическая энергия упала близко к порогу пробоя, и некоторые оптические импульсы не вызывали пробоя воздуха, что приводило к «пропущенным импульсам». Для таких низких частот повторения время от импульса к импульсу (\ ({t} _ {ptp} \ ge \) 250 мкс) достаточно велико для релаксации плазмы и охлаждения взаимодействующего объема.Время жизни плазмы, а также продолжительность термоупругого расширения и схлопывания зависят от параметров лазерного излучения, таких как длительность импульса, длина волны, энергия и условия фокусировки 10,11 . Для параметров лазера, идентичных параметрам, используемым в этой системе-прототипе, было замечено, что плазма релаксирует в течение нескольких десятков наносекунд, в то время как полный термоупругий процесс релаксирует в течение нескольких десятков микросекунд 22 . В результате каждый лазерный импульс из серии ΣΔ-импульсов фокусируется в нейтральном воздухе одинаковой температуры и плотности, что также проявляется в высокой повторяемости акустических импульсов.

Из-за ограничения доступной частоты повторения и для эффективной демонстрации функциональности системы на уровне проверки концепции был принят коэффициент передискретизации ΣΔ, равный \ (L = 2 \), вместе с формирование шума первого порядка. Следовательно, исходная частота дискретизации входных сигналов была установлена ​​на \ ({f} _ {\ mathrm {s}} = 2 \, \ mathrm {kHz} \) (\ ({f} _ {\ mathrm {laser} } / L \)) с учетом диапазона частот полезного сигнала до 1 кГц в соответствии с критерием Найквиста: \ ({f} _ {\ mathrm {audio}} \ in [20 \, \ mathrm {Hz}, 1 \ , \ mathrm {kHz}] \).Хотя такие ограничения ставят под угрозу частотный диапазон сигналов, результаты ясно иллюстрируют принципы, введенные в этой работе, и подходят для проверки вычислительной модели. С этой целью экспериментальные и расчетные результаты для одного входного синусоидального сигнала представлены и сравнены в следующих подразделах. Кроме того, вычислительная модель используется для имитации воспроизведения синусоидального сигнала с помощью идеального оптоакустического преобразователя, разработанного в соответствии со спецификациями высокопроизводительных коммерчески доступных лазерных систем, которые обеспечивают значительно более высокую частоту повторения.Смоделированная последовательность акустических импульсов восстанавливается во временной области посредством обработки сигналов, чтобы продемонстрировать возможность прямой демодуляции в воздухе. Наконец, следует отметить, что помимо результатов, представленных в следующих параграфах, тесты с типичной синусоидальной разверткой, речевыми и музыкальными сигналами подтвердили ожидаемые возможности воспроизведения звука в предлагаемой системе. {{\ prime}} (n) \), который оценивается вычислительной моделью (рис. .3b) и измеренный сигнал \ ({s} _ {\ mathrm {LI} {\ rm B}} (n) \), который генерируется системой-прототипом (рис. 3c). Наблюдая за рис. 3a – c видно, что все модулированные, смоделированные и измеренные сигналы представляют собой одну и ту же последовательность импульсов. Становится очевидным, что лазерно-аудиосистема способна воспроизводить последовательности ΣΔ-импульсов с высокой точностью, по существу заменяя прямоугольные ΣΔ-импульсы N-импульсами, генерируемыми лазером. Соответственно, также показано, что вычислительная модель точно представляет измеренный сигнал.{{\ prime}} (n) \) и ( c ) воспроизведены из лазерно-аудиосистемы \ ({s} _ {\ mathrm {LIB}} (n) \), ( d e ) частотные представления сигналов внутри диапазона \ ([20 \, \ mathrm {Hz}, 1 \, \ mathrm {kHz}] \), полученные с помощью DFT.

На рисунках 3d – f показаны соответствующие частотные спектры сигналов, полученные с помощью DFT в пределах внутриполосного частотного диапазона. В спектре \ ({S} _ {{\ Sigma \ Delta}} (k) \) идеального сигнала ΣΔ (рис. 3d), частота синусоидальной волны видна на 125 Гц, примерно на 35 дБ выше, чем шум минимальный уровень на соседних частотах, в то время как формирование характеристического шума модулятора можно наблюдать как наклон верхних частот первого порядка минимального уровня шума квантования.{{\ prime}} (k) \) N-импульса (см. уравнение (14)). Тот же спектральный профиль также проявляется в спектре \ ({S} _ {\ mathrm {LIB}} (k) \) измеренного сигнала, показанного на рис. 3f, но здесь минимальный уровень шума увеличивается примерно на 10 дБ из-за акустическому шуму, вносимому в эксперимент. Кроме того, в \ ({S} _ {\ mathrm {LIB}} (k) \) вторую гармонику частоты синусоидальной волны можно увидеть в \ ({S} _ {\ mathrm {LIB}} (k) \ ), что указывает на потенциальную небольшую нелинейность в цепочке воспроизведения.

Тем не менее, лазерно-звуковые системы способны генерировать многоуровневые потоки импульсов с увеличенным разрешением квантования, что эффективно приводит к улучшенному SQNR.Этот подход требует модуляции энергии лазерного импульса в реальном времени и избытка оптической мощности для достижения оптического пробоя значительно ниже максимальной мощности лазера. Хотя такие лазерные системы недоступны для данной работы, они коммерчески доступны и со временем становятся все более доступными. В следующем подразделе многоуровневая лазерно-звуковая система моделируется с использованием математической модели, демонстрируя оптоакустический преобразователь высокой точности с полной полосой пропускания.

Моделирование идеального оптоакустического преобразователя

В предыдущем подразделе было продемонстрировано, что вычислительная модель обеспечивает точные предсказания измеряемого сигнала, хотя и с обсуждаемыми ограничениями по сравнению с идеальными требованиями.Следовательно, теперь возможно использовать модель для моделирования характеристик идеального оптоакустического преобразователя, который способен воспроизводить непрерывный звук во всем слышимом частотном диапазоне с высокой точностью. Чтобы продемонстрировать функциональность такого идеального оптоакустического преобразователя, мы рассмотрим современный коммерчески доступный лазерный блок с \ ({f} _ {\ mathrm {laser}} = 160 \, \ mathrm {kHz} \) частота повторения импульсов и достаточная интенсивность импульсов, чтобы вызвать пробой в воздухе, см., например, 39,40 .Учитывая звуковой диапазон частот \ ({f} _ {\ mathrm {audio}} \ in [20 \, \ mathrm {Hz}, 20 \, \ mathrm {kHz}] \), начальная частота дискретизации входного сигнала теперь выбрано как \ ({f} _ {s} = 40 \, \ mathrm {kHz} \). В этих условиях частота повторения лазера допускает коэффициент передискретизации \ (L = \ frac {{f} _ {\ mathrm {laser}}} {{f} _ {\ mathrm {s}}} = 4 \ ), в то время как 5-битный ΣΔ-модулятор 6-го порядка с оптимизацией размещения полюсов используется для дальнейшего уменьшения SQNR в интересующей полосе 30 .{{N} _ {\ delta}} {a} _ {i} \ cdot \ delta \ left (n- {n} _ {i} \ right) $$

(17)

где \ ({a} _ {i} \ in [\ mathrm {0,1}] \) квантованная амплитуда дельта-функции \ ({i} _ {th} \).

На рисунке 4 показаны результаты моделирования воспроизведения синусоидальной волны 1 кГц от идеальной лазерно-звуковой системы. На рисунке 4a показан спектр \ ({S} _ {\ Sigma \ Delta}} (f) \) выхода модулятора DFT, где оптимизированное расположение полюсов можно увидеть на высоких частотах звукового спектра, в то время как шум имеет форму выше 20 кГц.{{\ prime}} \ left (n \ right) \) с фильтром нижних частот, частота среза которого равна \ ({f} _ {\ mathrm {filter}} = 20 \, \ mathrm {kHz} \ ) (см. также раздел Методы). Восстановленный сигнал имеет временной профиль идеальной синусоидальной волны, демонстрируя тот факт, что генерируемая лазером последовательность импульсов сохраняет информацию о входном сигнале в интересующей полосе и может быть восстановлена ​​простой фильтрацией нижних частот.

Следует отметить, что высокая частота повторения импульсов, принятая в этом моделировании, потенциально может создать трудности в реальной реализации системы с эквивалентными характеристиками.Здесь минимальное время между импульсами составляет \ ({t} _ {ptp} = 6.25 \) мкс, а время релаксации термоупругого явления 21,22 составляет порядка нескольких десятков микросекунд. Учитывая два последовательных лазерных импульса, условия воздуха в фокусном пятне в момент прихода второго импульса, такие как температура, давление и плотность частиц, будут отклоняться от равновесия 10,11 . Для еще более высоких частот следования лазера, порядка нескольких МГц, второй импульс будет сфокусирован в воздушной плазме, что приведет к другим условиям фокусировки и явлениям взаимодействия света и вещества.Двойной импульсный воздушный пробой изучался в нескольких работах 10,11,42 , из которых становится очевидным, что оптическое поглощение второго импульса значительно усиливается, что приводит к более сильному термоупругому явлению. В результате акустическое поведение плазменного источника звука с таким быстрым последовательным возбуждением будет отличаться от поведения, описанного здесь.

Share Post:

About Author

alexxlab

Recommended Posts

20 июня, 2021
Как сшить конверт для новорожденного своими руками фото: Выкройка конверта для новорожденного своими руками. Быстро и недорого сделайте удобный наряд для своего мал…
20 июня, 2021
Ложный круп у детей симптомы и первая помощь: Ложный круп — симптомы, лечение первая помощь
20 июня, 2021
Как правильно запеленать новорожденного: 404 Not Found 1 — дополнительная информация Mothercare
20 июня, 2021
Опыты с металлами для детей: Химические эксперименты Attivio Опыты с металлами
19 июня, 2021
22 размер сколько см по стельке: Таблица размеров обуви
19 июня, 2021
Из фетра diy: Декор из фетра своими руками: 10 мастер-классов
19 июня, 2021
Почему пульсирует живот во время беременности: Пульсация в животе — причины появления, при каких заболеваниях возникает, диагностика и способы лечения
19 июня, 2021
Индекс уф погода: МЕТЕОНОВА — УФ-Индекс солнечной активности в Казани по часам на двое суток — прогноз индекса ультрафиолетого излучения Солнца

No comment yet, add your voice below!

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *