Поширення звуку, звукова доріжка, звукова хвиля, тиск звуку, частоти звуку, звукові

Поширення звуку підпорядковується основним законом загальним для акустичних хвиль будь-якого діапазону, званих зазвичай звуковими хвилями. До основних законів поширення відносяться закони відображення і заломлення звуку на кордонах різних середовищ, а також дифракції звуку і розсіювання звуку при наявності перешкод і неоднорідностей в середовищі і нерівностей на кордонах розділу середовищ. На поширення звуку впливає поглинання звуку, тобто не оборотного переходу енергії звукової хвилі в інші види енергії, зокрема в тепло. Всі перераховані фактори впливають на дальність поширення звуку Важливим фактором є також спрямованість з лучения і швидкість поширення звуку, яка за висить від середовища і її специфічного стану.
Відомо, що світлові промені утворюють тіні непрозорих предметів, що знаходяться на їхньому шляху, звуки ж не утворюють таких тіней, коли розміри перешкод не дуже великі. Звукові хвилі як би обходять перешкоди. Тому на концерті ми добре чуємо все безісключенія, інструменти, незважаючи на те що багато з них ми не бачимо, тому що вони закриті іншими музи кантами.
Чим же пояснити, що звуку та світла, які мають віл нову природу, притаманні такі, здавалося б, прямо протилежні властивості?
Характер поширення звукових хвиль у перешкоди істотно залежить від співвідношення між раз заходами перешкоди і довжиною хвилі. Якщо розміри перешкоди малі в порівнянні з довжиною хвилі або співставні з нею, то хвилі обтікають цю перешкоду, не даючи тіні. Отже, хвилі, пройшовши через отвір, розміри якого малі в порівнянні з довжиною хвилі, поширюються або як би розтікаються в усі сторони. Якщо ж перешкода велика в порівнянні довжиною хвилі, то розтікання не відбувається і за перешкодою утворюється тінь. Чутні звуки мають дли ну хвилі в межах декількох десятків сантиметрів (один-два метри). Тому навколишні нас предмети, розміри яких не перевищують одного-двох метрів, не є перешкодою для звукових хвиль, так як він їх обтікають, не створюючи звуковий тіні. Довжина ж світлових хвиль вимірюється десятитисячними частками міліметра, тому-то за всіма предметами макросвіт утворюються тіні.
Як уже згадувалося, звукові хвилі можуть поширюватися в повітрі, газах, рідинах і тверді тіла. У безповітряному просторі звукові хвилі не виникають і відповідно не поширюються.
Швидкість поширення коливання від частки до частки залежить від середовища. Леонардо да Вінчі ще в XV столітті писав: "Якщо ти, будучи на море, опустиш в воду отвір труби, а інший кінець її прикладеш до вуха, то ти почуєш шелест кораблів, дуже віддалених від тебе".
До речі кажучи, про те, що звук в різному середовищі поширюється з різною швидкістю, було відомо людям з давніх-давен. Мисливці, пастухи, воїни, приклавшись вухом до землі, отримували, як би ми сказали зараз, інформацію про рух копитних тварин або кінноти.
Перші вимірювання швидкості поширення звуку в повітрі були проведені в XVII столітті Міланській академією наук. На одному з пагорбів встановили гармату, а на іншому розташувався спостережний пункт. У момент пострілу на спостережному пункті по спалаху засікли час. Коли почули звук, теж засікли час. Знаючи відстань між спостережним пунктом і гарматою і час проходження сигналу, легко вирахували швидкість поширення звуку. Вона виявилася рівною 330 метрам в секунду.
Швидкість поширення звуку у воді вперше була виміряна в 1827 році на Женевському озері. Два човни перебували одна від одної на відстані 13 847 метрів. На першому човні під днищем підвісили дзвін, а з другої опустили в воду найпростіший гідрофон-приймач. На першому човні одночасно з ударом в дзвін підпалили порох, на другий спостерігач в момент спалаху запустив секундомір і став чекати приходу звукового сигналу. З'ясувалося, що в воді звук поширюється в чотири з гаком рази швидше, ніж в повітрі, тобто зі швидкістю 1450 метрів в секунду.
Чим вище пружність середовища, тим більше швидкість: в каучуку -50, в повітрі - 340, у воді - 1500, а в стали 5800 метрів в секунду (цифри приблизні), якби ми, перебуваючи в Москві, могли крикнути так голосно, щоб звук долетів до Ленінграда, то нас почули б там тільки через півгодини, а якщо б звук на ж відстань поширювався в стали, то він був би прийнятий через дві хвилини. Цей приклад з числа гіпотіческіх. А ось цілком реальний. Людина, що сидить в концертному залі Московської консерваторії в послід ньому ряду, чує звуки музики на 0,02-0,03 секунд пізніше, ніж житель Далекого Сходу, слухає це ж концерт будинку біля радіоприймача. І все тому, що швидкість поширення радіохвиль в ефірі дорівнює 3 "тисячам кілометрів в секунду.
На швидкість поширення звуку впливають стану однієї і тієї ж середовища. Коли ми говоримо що в воді звук поширюється зі швидкістю 1500 метрів в секунду, це зовсім не означає, що в будь-якій воді | і при будь-яких умовах. З підвищенням температури і солоності, а також зі збільшенням глибини, а отже, і гідростатичного тиску швидкість звук зростає. Або візьмемо сталь. Тут теж швидкість звуку залежить як від температури, так і від якісного складу стали: чим більше в ній вуглецю, то їсть ніж вона твердіше, тим і швидше поширюється в не «" звукова хвиля.
Звукові хвилі, проникаючи з однієї середовища в іншу, відхиляються від свого первісного напрямку, тобто переломлюються. Кут заломлення може бути більше або менше кута падіння. Це залежить від того, з якого середовища в яку проникає звук. Якщо швидкість звуку в другому середовищі більше, ніж в першій, то кут заломлення буде більше кута падіння, і навпаки.
Зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, звукові хвилі відбиваються від нього по строго певним правилом - кут відбиття дорівнює куту падіння. Якщо акустичні опору двох середовищ значно відрізняються один від одного, велика частина енергії падаючої хвилі переходить в енергію відбитої хвилі, а менша частина енергії проникає через поверхню розділу. Чим більше різниця акустичних опорів двох середовищ, тим більша різниця енергій відбитої і преломленной хвиль. Так, наприклад, акустичне опорів води майже в п'ять тисяч разів більше акустичного зі спротиву повітря, тому звук практично з води в повітря, і навпаки, не проникає, а тільки відбивається у вигляді луни. Кому доводилося пірнати у воду, то добре знає, що під водою майже не чути різноголосе шуму, що панує на пляжі, але зате добре прослуховуються звуки від джерел, що знаходяться у воді!
Коли звук відбивається від декількох поверхонь знаходяться на різних відстанях, виникає багато кратне відлуння. Причому якщо час між окремими відбитками менше десятої частки секунди, замість окремих відлуння з'явиться безперервне тривале звучання, зване реверберацией. Явище реверберації можливо навіть в середовищі, яка на перший погляд є однорідною, - скажімо, в море, де на бульбашках повітря, твердих частинках, ряби на поверхні і т. Д. Може відбуватися розсіювання акустичних хвиль.
При поширенні звукових хвиль може виникати явище інтерференції (додавання) звуку. Воно виникає, якщо в пружною середовищі є два або кілька джерел акустичних хвиль, що випромінюють коливання однакової частоти або коливання, частоти яких відносяться як цілі числа. При інтерференції звуку відбувається посилення або ослаблення коливань. Якщо в деяку точку середовища прийдуть два коливання однакової частоти, амплітуди і фази, то відхилення частинок середовища в цій точці від положення рівноваги збільшаться в два рази. Якщо ж в деяку точку прийдуть два коливання однакової частоти, але протилежні по фазі, то коливання взаємно знищаться і відхилення частинок середовища в цій точці від положення рівноваги немає буде зовсім. І нарешті, якщо в деяку точку середовища прийдуть два коливання однакової частоти, зсунуті по фазі на довільну величину, то частинки середовища будуть відхилятися від положення рівноваги на деяку результуючу величину.
Звук поширюється у вигляді розходиться сферичної хвилі, яка заповнює все більший об'єм, так як коливання частинок, викликані джерелом звуку, передаються все більшої масі середовища. Зі збільшенням відстані коливання частинок середовища слабшають. Для сферичної хвилі енергія випромінювання витрачається на приведення в коливальний рух частинок середовища, розташованих на сферичної поверхні. Чим далі хвиля йде від джерела, тобто чим ширше стає середовище, тим більше частинок середовища вступає у взаємодію і тим менше енергії припадає на їх частку - хвиля загасає. Амплітуда коливань частинок середовища зменшується і відповідно зменшується звуковий тиск. Сферична хвильова поверхня збільшується Пропорційно квадрату радіусу, отже, інтенсивність сферичної хвилі зменшується обернено пропорційно квадрату відстані. Таким чином, основною причиною зменшення інтенсивності, і звукового тиску є розширення фронту хвилі.
Як же уникнутизагасання хвилі і збільшити дальність передачі звукового сигналу? Для цього необхід-1 мо звук сконцентрувати в заданому напрямку. Коли ми хочемо, щоб нас краще було чути, ми докладаємо долоні до рота або користуємося рупором. У цьому випадку звук буде послаблюватися менше, а звукові хвилі поширюватися далі. Ослаблення звуку пов'язано і з тим, що звукова хвиля поступово втрачає енергію через поглинання її середовищем. Ступінь поглинання знову-таки визначається властивостями середовища. У більш в'язкому середовищі - в ваті, каучуку і т. Д поглинання найбільшого. Однак воно багато в чому залежить і від частоти звуку. Чим вище частота, тим поглинання більше. Звук частотою 10 000 герц поглинається в 100 разів сильніше, ніж звук частотою 1000 герц.
Пояснити це можна таким прикладом. Гарматний постріл поблизу здається нам приголомшуючі різким, здалеку - більш м'яким, глухим. Справа в тому, що звук, від пострілу гармати містить в собі як низькі, так і високі частоти, а звуки високих частот поглинаються в повітрі сильніше, ніж звуки низьких частот. Перебуваючи далеко від стріляє гармати, ми чуємо звуки більш низьких частот, а звуки високих не доходять до нас. Ще більш наочний приклад, що підтверджує це явище, звучання удаляющегося оркестру. Спочатку пропадаю високі звуки флейт і кларнетів, потім середні - корнетів і альтів, і, нарешті, коли оркестр буде вже сов 'сем далеко, чути тільки великий барабан.
Великий вплив на дальність поширення звуку надає дифракція, тобто викривлення звукових променів. Чим різноманітніше середовище, тим більше викривляється звуковий промінь і відповідно тим менше дальність поширення звуку. Звукові поля, створювані ді фракцією вихідної хвилі на перешкодах, поміщені в середу, на неоднорідностях самого середовища, а також на не рівності і неоднородностях кордонів середовища, називаються розсіяними полями. І навпаки, розсіювання звуку - це виникнення додаткових звукових полів в результаті дифракції звуку на перешкодах, які перебувають в середовищі, на неоднорідностях середовища, а також на нерівні і неоднорідних межах середовища. Отже, дифракція звуку і розсіювання звуку - явища взаємопов'язані.
Оскільки вода є пружним середовищем, звуки в ній поширюються досить добре. Залежно від потужності джерела звуку дальність поширення звуку в море дорівнює десяткам або сотням кілометрів. Але бувають випадки, коли звук поширюється на відстань до декількох тисяч кілометрів по так званому підводному звуковому каналу, який виникає найчастіше в океані. Це область глибин, де швидкість звуку спочатку зменшується, а досягнувши мінімуму, починає зростати. Фізично це обумовлюється великою залежністю швидкості поширення звуку в морській воді від її температури, солоності і гідростатичного тиску.
З глибиною швидкість звуку зменшується, але лише до тих пір, поки знижується температура води. Досягнувши певного рівня, швидкість починає зростати через підвищення гідростатичного тиску. Верхні і нижні межі звукового каналу мають глибину з рівними швидкостями звуку. Шар води, в якому швидкість мінімальна, є центральною зоною звукового каналу, тобто його віссю. Наддалеке проходження звуку в каналі пояснюється тим, що звукові промені майже повністю відбиваються від верхньої і нижньої меж звукового каналу, не виходять за його межі, а концентруються і поширюються уздовж осі звукового каналу. "Щоб краще зрозуміти це, - каже академік Л. М. Бреховскіх, - згадайте, як веде себе втомлений подорожній. Він вважає за краще триматися тіньової, більш прохолодною боку, нести на своїх плечах якомога менше вантажу і рухатися з мінімальною швидкістю. Адже тільки при цьому він зможе пройти максимальну відстань. Звуковий промінь в морській воді подібний цьому подорожньому. Вийшовши з джерела, він іде вгору від осі звукового каналу. Чим вище, тим тепліше, і промінь загортає вниз, "в холодок", і поглиблюється до тих пір, поки не починає "відчувати" тяжкість повишающе ося гідростатичного Тиску ".
Концентруючись в каналі, звукові хвилі здатні поширюватися на наддалекі відстані з дуже незначним загасанням. Властивість зверхдалекого Поширення звуку в море знаходить практичне застосування на флоті і в авіації. Американські вчені зробили в Атлантичному океані експеримент, що підтверджує вплив середовища на дальність поширення звуку. На глибині 500 метрів були підірвані заряди тринітротолуолу масою півтора кілограма кожен. Через деякий час вибух був зафіксований на відстані від місця експерименту 4500 кілометрів. Такий вибух в повітрі чути всього на відстані чотирьох кілометрів, а в лісі - не більше 20СГ метрів. Рекорд поширення звуку був зафіксований американськими фахівцями, коли вибух приблизно 20 кілограмів тротилу, вироблений у Бермудських островів, був прослуханий біля берегів Австралії. А це ні багато ні мало - 22 тисячі кілометрів.
Наддалеке поширення звуку в підводному звуковому каналі американські фахівці використовували для створення рятувальної системи "Софар". З кораблів і літаків, що зазнають лиха, скидають не великі бомбочки масою від 0,5 до 2,5 кілограма, які вибухають на глибині залягання осі звукового каналу. Берегові гідроакустичні пости приймають звуковий сигнал і з високою точністю визначають місце вибуху, а отже, і місце катастрофи.

Кінологія в Сумие

Розкрутка і просування

Миючі засоби в широкому

асортименті для ручної професійної мийки серії Фаворит та клінінгу

Автохімія для профі