Heli levimine. Helivälja iseloomustavad parameetrid. Helivälja iseloomustavad parameetrid Helivälja iseloomustavad füüsikalised suurused
Keskkonnas. Mõiste "Z. P. " seda kasutatakse tavaliselt alade jaoks, mille mõõtmed on suurusjärgus või suuremad kui heli pikkus. lained. Energilisega. pool Z. lk. iseloomustab heli tihedus. energia (vibreeriva protsessi energia mahuühiku kohta); nendel juhtudel, kui see tekib heliväljas, iseloomustab seda heli intensiivsus.
Z. lk pilt. Üldjuhul sõltub mitte ainult akustiline. emitteri võimsus- ja suunamisomadused - heliallikas, aga ka meediumi ja liideste asukohast ja sv-piiridest lagunevad. elastsed keskkonnad, kui neid on. Piiranguteta homogeenses keskkonnas on ühe allika Z. p. rändlaine väli. Mikrofone, hüdrofone jms kasutatakse palgataseme mõõtmiseks; on soovitav, et nende mõõtmed oleksid väikesed võrreldes lainepikkuse ja välja iseloomulike mõõtmetega. Uuringus Z. n. Kasutatakse ka lagundamist. heliväljade visualiseerimise meetodid. Uuring Z. lk Lagunemine. kiirgureid toodetakse niisutatud kambrites.
Füüsiline entsüklopeediline sõnastik. - M.: Nõukogude entsüklopeedia. . 1983 .
HELIVäli
Vaadeldavat helihäiret iseloomustavate suuruste aegruumiliste jaotuste kogum. Tähtsaim neist: helirõhk p, vibratsiooniosake v, osakeste vibratsiooniline nihex , suhteline tiheduse muutus (nn akustiline) s \u003d dr / r (kus r - keskkond), adiabaatiline. temperatuuri muutus d T, kaasnev söötme kokkusurumine ja haruldus. Mõiste 3. n kasutuselevõtmisel peetakse keskkonda pidevaks ja aine molekulaarset struktuuri ei arvestata. 3. lk uuritakse kas meetodite abil geomeetriline akustika, või põhineb laineteoorial. rõhk rahuldab laine uratsiooni
Ja teadaolevatega R f-lam abil saate määrata 3. lk ülejäänud omadused: 
Kus alates - helikiirus, g \u003d c lk/c V - soojusvõimsuse suhe konstantsel temperatuuril. rõhk soojusvõimsusele konstantsel temperatuuril. maht ja - koefitsient. keskkonna soojuspaisumine. Harmoonilise jaoks. 3. lk. Laineline urioon muutub Helmholtzi ursiooniks: D R+k 2 R \u003d 0, kus k \u003dw / c - laine number sagedusele w ja avaldised v ja x on kujul:
Lisaks peab 3. lk vastama piirtingimustele, see tähendab nõuetele, mis on seatud väärtustele, mis iseloomustavad 3. lk., Füüsiline. piiride omadused - pinnad, mis piiravad keskkonda, pinnad, mis piiravad keskkonda pandud takistusi ja liidesed lagunevad. Kolmapäev Näiteks absoluutselt jäigal piiril vibreerivad komponendid. kiirus v n peab kaduma; helirõhk peaks vabal pinnal kaduma; piiril iseloomustatud akustiline takistus, p / v n peaks olema võrdne konkreetse akustikaga. piiri impedants; kahe kandja vahelises liideses suurused R ja v n pinna mõlemal küljel peavad olema paarikaupa võrdsed. Reaalsetes vedelikes ja gaasides on lisand. piiritingimus: puutuja vibreerimise kadumine. kiirus jäiga piiril või puutujakomponentide võrdsus kahe meediumi vahelises liideses. p \u003d p (x6 ct), kulgeb mööda telge x positiivses ("-" märk) ja negatiivses ("+" märk) suunas. Tasasel lainel p / v\u003d br alateskus r alates - laine takistus Kolmapäev. Pange see kohtadesse. helirõhu suund kõikub. liikuva laine kiirus langeb kokku laine levimissuunaga, kohati see eitatakse. rõhk - selle suuna vastas ja kohtades, kus rõhk kaob. kaob ka kiirus. Harmooniline. korter on kujul: lk=lk 0 cos (w t-kx +j) ,
Kus R 0 ja j 0 - vastavalt laine amplituud ja selle algus. punktis x \u003d 0. Helikiiruse hajumisega meediumites on kiirus harmooniline. lained alates\u003d w / k 2) võnkumine piiramisel keskkonnapiirkonnad ekst. puudumisel näiteks mõjutusi. 3. lk., Tekkimine suletud mahus antud alguses. tingimused. Sellist 3. lk. Seda saab kujutada seisvate lainete superpositsiooni kujul, mis on iseloomulik keskkonna teatud mahule. 3) 3. lk. antud keskkonnas. tingimused - väärtused R ja v teatud alguses. ajahetk (näiteks pärast plahvatust tekkiv 3. lk.) .4) 3. lk. võnkuvate kehade, vedeliku- või gaasijugade, varisevate mullide ja muu olemuse tekitatud kiirgus. või kunst. akustiline kiirgajad (vt. Heli kiirgus). Lihtsaim väljakuju kiirgus on järgmine. Monopool - sfääriliselt sümmeetriline lahknev laine; harmoonilise jaoks. kiirgus, sellel on järgmine vorm: p \u003d -irwQexp ( ikr) / 4p r, kus Q -
allika tootlikkus (näiteks pulseeriva keha mahu muutumise kiirus, lainepikkusega võrreldes väike), mis on paigutatud laine keskmesse, ja r - kaugus keskusest. Monopoolse kiirguse helirõhu amplituud varieerub vahemaaga 1 / r, a 
mitte-laine tsoonis ( kr<<1) v varieerub vahemaaga 1 / r 2 ja lainega ( kr\u003e\u003e 1) - kui 1 / r... Faasinihe j vahel R ja v väheneb monotoonselt 90 ° -lt laine keskel nullini lõpmatuseni; tg j \u003d 1 / kr... Dipoolkiirgus - sfääriline. vormile iseloomuliku "kaheksa" suunavusega laine:
Kus F - laine keskel olevale keskkonnale rakendatav jõud, q on nurk jõu suuna ja vaatluspunkti suuna vahel. Sama kiirguse tekitab raadiuskera a<
Parameetrite mõõtmine 3. lk. helivastuvõtjad: mikrofonid - õhu jaoks, hüdrofonid - vee jaoks. Peenstruktuuri uurimisel 3.lk .
peaksite kasutama vastuvõtjaid, mille mõõtmed on heli lainepikkusega võrreldes väikesed. Heliväljade visualiseerimine vaatluse teel võimalik valguse difraktsioon ultraheli abil, Toepleri meetod ( varju meetod), elektroonilis-optilise meetodi abil. teisendused jne. Kirja pandud: Bergman L .. Ultraheli ja selle rakendamine teaduses ja tehnikas, tõlk. koos sellega., 2. väljaanne, M .. 1957; R e in to ja S. N. N., loengute kursus heliteooria kohta, M., 1960; Isakovich M.A., kindral, M., 1973. M. A. Isakovitš.
Füüsiline entsüklopeedia. 5 köites. - M.: Nõukogude entsüklopeedia. Peatoimetaja A. M. Prohhorov. 1988 .
Vaadake, mis on "SOUND FIELD" teistes sõnastikes:
Ruumi piirkond, kus helilained levivad. Z.p. mõistet kasutatakse tavaliselt heliallikast kaugel asuvate alade puhul, mille mõõtmed on heli lainepikkusest (λ) oluliselt suuremad. Valem, mis kirjeldab ... Tehnika entsüklopeediaFizikos terminų žodynas
helivälja Entsüklopeedia "Lennundus"
helivälja - heliväli - ruumiala, kus helilained levivad. Mõistet Z. lk kasutatakse tavaliselt heliallikast kaugel asuvate alade jaoks, mille mõõtmed on oluliselt suuremad kui heli lainepikkus λ. Võrrand,…… Entsüklopeedia "Lennundus"
Ruumi pindala, kus helilained levivad, st tekivad selle ala täitva elastse keskkonna (tahke, vedel või gaasiline) osakeste akustilised vibratsioonid. Z. p. On täielikult kindlaks määratud, kas igaühe jaoks ... Suur Nõukogude entsüklopeedia
Ruumi pindala, kuhu heli levib. lained ... Loodusteadus. entsüklopeediline sõnastik
peegeldunud lainete heliväli (akustilise logimisega) - - Teemad nafta- ja gaasitööstus ET sekundaarne heliväli ... Tehnilise tõlkija juhend
Heli * välja all mõistetakse ruumi piiratud ala, milles hüdroakustiline sõnum levib. Heliväli võib eksisteerida igas elastses keskkonnas ja see on selle osakeste vibratsioon, mis tekib väliste häirivate tegurite mõjul. Selle protsessi eripära muudest söötme osakeste järjestatud liikumistest on see, et väikeste häirete korral ei ole lainete levimine seotud aine enda ülekandumisega. Teisisõnu, iga osake võnkub enne häirimist hõivatud asendi suhtes.
Ideaalset elastset keskkonda, milles helivälja levib, saab kujutada selle absoluutselt jäikade elementide kogumina, mis on omavahel ühendatud elastsete sidemetega (joonis 1.1). Selle keskkonna võnkuva osakese praegust olekut iseloomustab selle olek nihe U tasakaaluasendi suhtes, võnkekiirus vja sagedus kõhklused. Vibratsioonikiirus määratakse osakeste nihke esmakordse tuletise abil ja see on vaadeldava protsessi oluline omadus. Tavaliselt on mõlemad parameetrid aja harmoonilised funktsioonid.
Osake 1
(Joonis 1.1), väärtuse võrra nihutatud U tasakaaluasendist läbi elastsete sidemete mõjutab see ümbritsevaid osakesi, sundides neid ka liikuma. Selle tulemusel hakkab väljastpoolt sissetoodud häire kaalutletud keskkonnas levima. Kui osakeste nihutamise seadus muutub 1
on määratletud võrdsusega 
Kus U m Kas osakese vibratsiooni amplituud ja w - vibratsiooni sagedus, siis teiste liikumisseadus i - th osakesi võib esitada järgmiselt:
kus U mi - vibratsiooni amplituud i - oh osakesed, y i- nende võnkumiste faasinihe. Kaugusega keskkonna ergutusallikast (osakesed 1 ) vibratsiooni amplituudide väärtused U mi energia hajumine väheneb ja faasinihked y iergastuse leviku piiratud kiiruse tõttu - suurendada. Seega all helivälja saate mõista ka keskkonna vibreerivate osakeste koguarvu.
Kui valime heliväljas osakesed, millel on sama vibratsiooni faas, saame kõvera või pinna, mida nimetatakse laine front... Lainerinde liigub häirekiirusest pidevalt kindla kiirusega, mida nimetatakse lainefrondi levimise kiirus, laine levimiskiirusvõi lihtsalt helikiirus antud keskkonnas. Näidatud kiiruse vektor on vaadeldavas punktis risti lainefrondi pinnaga ja määrab suuna helikiirmida mööda laine levib. See kiirus sõltub oluliselt keskkonna omadustest ja praegusest olekust. Meres leviva helilaine korral sõltub helikiirus vee temperatuurist, selle tihedusest, soolsusest ja paljudest muudest teguritest. Niisiis, temperatuuri tõustes 1 ° C võrra, suureneb helikiirus umbes 3,6 m / s ja sügavuse suurenemisega 10 m võrra suureneb see umbes 0,2 m / s. Keskmiselt võib meretingimustes helikiirus varieeruda vahemikus 1440 - 1585 m / s. Kui kolmapäeval anisotroopne, s.t. millel on häire keskmest erinevates suundades erinevad omadused, siis on ka helilaine levimiskiirus erinev, sõltuvalt nendest omadustest.
Üldiselt määratakse helilaine leviku kiirus vedelikus või gaasis järgmise avaldise abil:
(1.2)
kus TO On keskkonna mahtmoodul, r 0 - segamatu keskkonna tihedus, selle staatiline tihedus. Mahumoodul on arvuliselt võrdne pingega, mis tekib keskkonnas selle ühiku suhtelise deformatsiooni ajal.
Elastset lainet nimetatakse pikisuunalinekui vaadeldavate osakeste võnked tekivad lainete leviku suunas. Laine nimetatakse põiki,kui osakesed vibreerivad lainete levimissuunaga risti asetsevates tasapindades.
Ristlained võivad tekkida ainult keskkonnas, millel on vormiline elastsus, s.t. võimeline vastu pidama nihke deformatsioonile. See omadus on ainult tahketel kehadel. Pikilained on seotud keskkonna mahulise deformatsiooniga, nii et nad saavad mõlemas levida tahked ainedning vedelas ja gaasilises keskkonnas. Erandid sellest reeglist on pealiskaudne lained, mis moodustuvad vedeliku vabal pinnal või erineva füüsikaliste omadustega segunematu keskkonna keskkondadel. Sellisel juhul täidavad vedelad osakesed samaaegselt piki- ja põikivibratsiooni, kirjeldades elliptilisi või keerukamaid trajektoore. Pinnalainete erilised omadused on seletatavad asjaoluga, et gravitatsioonil ja pindpinevusel on nende moodustamisel ja levimisel määrav roll.
Häiritud keskkonnas võnkumiste käigus tekivad tasakaaluseisundi suhtes suurenenud ja vähenenud rõhu ja tihedusega tsoonid. Rõhk 
kus on selle hetkeväärtus heliväljas ja keskmise staatiline rõhk ergastuse puudumisel, nimetatakse heli ja on arvuliselt võrdne jõuga, millega laine mõjub pindalaühikule, mis on risti selle levimissuunaga. Helirõhk on keskkonnaseisundi üks olulisemaid omadusi.
Keskkonna tiheduse muutuse hindamiseks kasutatakse suhtelist väärtust, nn pitser c, mille määrab järgmine võrdsus:
(1.3)
kus r 1 -- meediumi tiheduse hetkväärtus meid huvitavas punktis ja r 0 -selle staatiline tihedus.
Kõiki ülaltoodud parameetreid saab määrata, kui on teada mõni skalaarfunktsioon, nn vibratsioonikiiruse potentsiaal j.Vastavalt Helmholtzi teoreemile iseloomustab see potentsiaal täielikult vedelas ja gaasilises keskkonnas olevaid akustilisi laineid ning on seotud vibratsioonikiirusega v järgmise võrdsusega:
. (1.4)
Helistatakse pikisuunaline helilaine tasanekui selle potentsiaal j ja muud seotud helivälja iseloomustavad suurused sõltuvad ainult ajast ja ühest nende ristkülikukujulistest koordinaatidest, näiteks x(Joonis 1.2). Kui mainitud kogused sõltuvad ainult ajast ja vahemaast r mingist hetkest umbes ruumi nimetatakse laine keskpunkt, pikisuunalist helilaine nimetatakse sfääriline... Esimesel juhul on laine frond sirge või tasapind, teisel - kaar või sfäärilise pinna lõik.
Elastses keskkonnas võib heliväljades toimuvate protsesside kaalumisel kasutada superpositsiooni printsiipi. Niisiis, kui lainete süsteem, mille määravad potentsiaalid j 1 ... j n, siis on saadud laine potentsiaal võrdne näidatud potentsiaalide summaga:
(1.5)
Võimsates heliväljades toimuvate protsesside kaalumisel tuleks siiski arvestada mittelineaarsete efektide avaldumise võimalusega, mis võib muuta superpositsiooni põhimõtte kasutamise lubamatuks. Lisaks sellele võib keskkonna söövituse kõrge taseme korral keskkonna elastseid omadusi radikaalselt rikkuda. Niisiis, vedelas keskkonnas võivad tekkida õhuga täidetud purunemised, selle keemiline struktuur võib muutuda jne. Varem esitatud mudelis (joonis 1.1.) Võrdub see keskkonna osakeste vaheliste elastsete sidemete purustamisega. Sellisel juhul ei kandu vibratsiooni tekitamiseks kulutatud energia praktiliselt teistele kihtidele, mis muudab konkreetse praktilise probleemi lahendamise võimatuks. Kirjeldatud nähtust nimetatakse kavitatsioon.
Energia seisukohalt võib helivälja iseloomustada helienergia voogvõi helivõimsus Pmis määratakse helienergia hulga järgi Wkindla pinna läbimine ajaühikus:
(1.6)
Pindalaga seotud helivõimsus svaadeldav pind määrab intensiivsus helilaine:
(1.7) Viimases avaldises eeldatakse, et energia jaotub saidil ühtlaselt s.
Sageli kasutatakse helikeskkonna iseloomustamiseks seda mõistet heli energia tihedus, mis on määratletud kui helienergia kogus elastse keskkonna mahuühiku kohta.
Uurime helivälja üksikute parameetrite suhet.
1.3 Keskkonna järjepidevuse võrrand
Keskkonna järjepidevuse võrrand ühendab kiiruspotentsiaali ja selle tihendamise. Kui meediumis pole katkestusi, toimub massi jäävuse seadus, mille saab kirjutada järgmises vormis:
kus W 1 ja r 1Kas heliväljas oleva vedeliku maht ja tihedus on ja W 0 ja r 0 - samad parameetrid häirete puudumisel. See seadus ütleb, et pidevas lineaarses keskkonnas põhjustab mahu muutus sellise keskmise tiheduse muutuse, et nende saadus, mis vastab vaadeldava mahu massile, jääb alati konstantseks.
Keskkonna tihendamise arvessevõtmiseks lahutame võrdsuse (1.8) vasakust ja paremast küljest toote W 0 r 1... Selle tulemusena on meil:
(1.9)
Siin aktsepteeritakse seda 
See eeldus on võimalik tänu sellele, et ultraheli sagedusvahemikus on vedeliku mahu ja tiheduse kõikumised ebaolulised nende absoluutväärtuse ja koguse võrdsuse nimetaja (1,9) asendamise osas. r 1 peal r 0 praktiliselt ei mõjuta analüüsi tulemust.
Lase ρ 1 \u003d 1,02 g / cm3 ja ρ 0
\u003d 1,0 g / cm 3. Siis
a 
... Aktsepteeritud eelduste suhteline viga on 
.
Väljendagem vedeliku osakeste osaliste nihete osas keskkonna suhtelist mahu deformatsiooni, mida tähistab võrdsuse vasak pool (1.9), ja võtkem arvesse, et selle võrdsuse parem pool määrab keskkonna tihendamise. Siis on meil:
(1.10)
kus U x, U yja U z - keskkonna osakeste nihe mööda ristküliku koordinaatsüsteemi vastavaid telgi.
Eristame ajas viimast võrdsust:
Siin v x, v yja v z- vibratsioonikiiruse komponendid samadel telgedel. Võttes seda arvesse
(1.12)
(1.13) kus Ñ on Hamiltoni operaator, kes määrab ruumilise eristumise:
(1.14)
| Tähtis! |
Võnkliikumise võrrand
Võnkliikumise võrrand ühendab kiiruspotentsiaali ja helirõhku. Selle võrrandi tuletamiseks valime heliväljal põhitelje, mis võnkub mööda telge oh(Joonis 1.3.) Vastavalt Newtoni seadusele võite kirjutada:
(1.15)
kus F -eraldatud mahule telje suunas mõjuv jõud oh,
m- antud mahu mass, j - mahu liikumise kiirendus samal teljel . Kui tähistame valitud helitugevuse näole mõjuvaid survesid lk 1 ja lk 2ja aktsepteerige seda\u003e, siis jõud F saab määratleda järgmise võrdsusega:
(1.16)
kus 
Avaldise (1.16) asendamine võrdsusega (1.15) ja sellega arvestamine 
ja kiirendus 
ja läbides lõpmatu väikeste koguste piirini, leiame:
(1.17)
Seda arvesse võttes 
ja 
lõpuks saame:
. (1.18)
Viimane võrrand ei sisalda koordinaate ja kehtib seetõttu mis tahes kujuga lainel.
Keskkonna seisundi võrrand
Keskkonna olekuvõrrand ultrahelivälja suhtes, milles kõik protsessid kulgevad praktiliselt ilma temperatuuri muutmata, väljendab suhet keskkonna ja tiheduse vahel. Ideaalses vedelikus, milles pole viskoosseid hõõrdejõusid, on helirõhk rproportsionaalne söötme kõvadusega TO ja selle pitseerimine c: 
Kui meedium on tõeline, siis on selles viskoosseid hõõrdejõusid, mille suurus on proportsionaalne keskkonna viskoossuse ja keskkonna oleku muutumise kiirusega, eriti selle muutuse kiirusega. tihendamine. Seetõttu omandab avaldis, mis määrab viskoosses keskkonnas rõhu, komponendi, mis sõltub neist teguritest:
(1.19)
kus L on proportsionaalsuse koefitsient. Katsete tulemusena leiti selle koefitsiendi hinnang, mis võimaldas keskkonnaseisundi määrava lõpliku avaldise kirjutada kujul:
(1.20) kus h on keskkonna dünaamilise (Newtoni) viskoossuse koefitsient. Saadud võrrand kehtib mis tahes lainekuju korral.
Lainevõrrand
Lainevõrrand määrab kiiruse potentsiaali muutumise seaduse. Selle võrrandi tuletamiseks asendame meediumiseisendi avaldise (1.20) võrdsusega (1.18). Selle tulemusena saame:
(1.21)
Keskkonna tihendamise esitamiseks kiiruspotentsiaali järgi eristame avaldise (1.21) ajas:
(1.22)
Võttes arvesse meediumi järjepidevuse ja võrdsuse (1.2) tingimusest saadud sõltuvust (1.13), kirjutame soovitud lainevõrrandi lõplikul kujul üles:
(1.23)
Kui laine on tasapinnaline ja levib näiteks mööda telge oh, siis sõltub kiiruse potentsiaal ainult koordinaadist xja aeg. Sel juhul saab laine võrrand lihtsama kuju:
(1.24) Saadud võrrandite lahendamisel on võimalik leida kiiruspotentsiaali variatsiooniseadus ja sellest tulenevalt kõik helivälja iseloomustavad parameetrid.
Helivälja peamiste parameetrite analüüs
Määratleme kõigepealt tasapinnalist harmoonilist laine iseloomustavad parameetrid. Selleks leiame lahenduse võrrandile (1.24), mis on teise järgu lineaarne diferentsiaalvõrrand ja millel on seetõttu kaks juurt. Näidatud juured esindavad kahte protsessi j 1 (x, t)ja j 2 (x, t)määratledes vastassuunas liikuvad lained. Isotroopses keskkonnas on helivälja parameetrid kiirgusallikast võrdsetes punktides samad, mis võimaldab meil piirduda ainult ühe laine lahenduse leidmisega j 1levib telje positiivses suunas oh.
Kuna see konkreetne lahendus on praeguse koordinaadi ja aja funktsioon, otsime seda järgmisel kujul:
kus 
- laine sagedus, m Kas otsitav koefitsient määrab kiiruspotentsiaali sõltuvuse ruumikoordinaatidest, 
- laine number, 
... Vajalike tuletiste arvutamine j 1 ja asendades need võrrandiga (1.24), leiame:
(1.26) Viimase võrdsuse lahendamine seoses m ja võttes arvesse, et häire allikast kaugel lagunev laine vastab selle negatiivsele väärtusele, on meil:
(1.27)
Ultraheliväljas on avaldise sulgudes olev teine \u200b\u200btermin (1.27) palju väiksem kui ühtsus, mis võimaldab meil seda väljendit laiendada võimsuse seerias, piirdudes kahe terminiga:
(1.28)
Leitud väärtuse asendamine m võrdõiguslikkusse (1.25) ja märkuse sissetoomine
(1.29)
leida kiiruse potentsiaali lõplik avaldis j 1:
Privaatne lahendus potentsiaali jaoks j 2 võib leida sarnaselt käsitletava juhtumiga:
Kasutame saadud väljendeid helivälja peamiste parameetrite määramiseks.
Helirõhk positiivselt suunatud laine levikutsoonis määratakse järgmise võrdsusega:
(1.32)
kus 
.
Kui pöördume võrdsuse (1.4) poole ja arvestame sellega ultraheliväljas \u003e\u003e a, siis saab vibratsioonikiiruse avaldise kirjutada järgmises vormis:
kus 
Saadud avaldised näitavad, et helirõhu praeguste väärtuste ja vibratsioonikiiruse muutused toimuvad faasis, mille tagajärjel keskkonna tihendamiskohtades langeb vibratsioonikiiruse vektor leviku suunas kokku. lainefrondi kiirus ja tühjenemiskohtades on see vastupidine.
Leidkem helirõhu ja vibratsioonikiiruse suhe, mida nimetatakse spetsiifiline akustiline takistus:
(1.34)
Spetsiifiline akustiline takistus on meediumi oluline omadus, mis mõjutab paljusid selles toimuvate protsesside parameetreid.
Helilaine levik
Hüdroakustiliste seadmete loomisel on üks olulisemaid ülesandeid kiirgusparameetrite õige valik: saatva signaali kandesagedus, signaali moduleerimise meetod ja selle energiaomadused. Laine leviku ulatus, selle peegeldumise ja läbimise tunnused erinevate liideste kaudu erinevate meediumite vahel füüsikalised omadused, võimalus eraldada signaal kaasnevatest häiretest.
Nagu eespool märgitud, on hüdroakustilise signaali üks peamisi energiaomadusi selle intensiivsus. Selle parameetri määratleva avaldise leiate järgmistest kaalutlustest. Vaatleme teatud lainefrondi elementaarset lõiku pindalaga, mis võnkudes nihkub ajas esialgse positsiooni suhtes summa võrra 
Sellele nihkele astuvad jõud vastu 
sisemine suhtlus. Nende jõudude ületamiseks kulutatakse tööd. Vaadeldavate võnkumiste tagamiseks vajalik võimsus on määratletud kui ajaühikus kulutatud töö:
(1.35)
kus T - laine periood. Omakorda määrab intensiivsuse liikumisele kulutatud jõud üksik lainefrondi pindala ja on seega võrdne järgmisega:
(1.36)
Asendades saadud avaldisesse võrdused (1.32) ja (1.33), leiame:
Arvestades, et 0,5 
- signaali intensiivsus emitteri vahetus läheduses, siis määratakse intensiivsuse muutumise seadus allikast kaugusega järgmise võrdsusega:
(1.38)
Viimase valemi sai inglise füüsik ja matemaatik Stokes ning see kannab tema nime. See näitab, et kaugusel kiirgusallikast väheneb helilaine intensiivsus eksponentsiaalselt. Veelgi enam, nagu väljendist (1.29) järeldub, summutuse indeks a proportsionaalne kiiratava laine võnkesageduse ruuduga. See seab purske kandesageduste valimisele teatavad piirangud, eriti kaugseire jaoks.
Stokesi valemit kasutades pole aga alati võimalik helilainete sumbumise õiget hinnangut saada. Seega näitavad katsed, et helilained merekeskkonnas lagunevad palju kiiremini, kui see tuleneb ülaltoodud väljendist. See nähtus tuleneb tegeliku keskkonna omaduste erinevusest idealiseeritud keskkonnast, mida tavaliselt käsitletakse probleemide teoreetilises lahenduses, samuti asjaolust, et merekeskkond on mittehomogeenne vedelik, mis sisaldab elusorganisme, õhumulle ja muid lisandeid.
Praktikas kasutatakse helilaine intensiivsuse muutumisseaduse määramiseks tavaliselt erinevaid empiirilisi valemeid. Nii näiteks on selle sagedustel vahemikus 7,5–60 kHz koefitsiendi väärtus a detsibellides kilomeetri kohta (dB / km) saab hinnata järgmise suhte abil:
, (1.39)
ja intensiivsuse varieerumise seadus vibraatorist kaugustel, mis ei ületa 200 km, veaga kuni 10%, määratakse võrdsusega:
(1.40)
Sfäärilise laine korral intensiivsus
. (1.41)
Viimasest avaldusest järeldub, et laine on suures osas nõrgenenud tänu oma rinde laienemisele kauguse kasvades r.
Ultrahelilaine levib homogeenses isotroopses keskkonnas liikumise ajal sirgjooneliselt. Kui aga keskkond on mittehomogeenne, siis on helikiire trajektoor kõver ja teatud tingimustel võib signaali peegeldada vesikeskkonna vahekihtidest. Helistatakse helikiirte paindumise nähtust, mis on tingitud merekeskkonna ebaühtlusest heli murdumine... Heli murdumisel võib olla oluline mõju hüdroakustiliste mõõtmiste täpsusele, mistõttu tuleb enamikul juhtudel hinnata selle mõju astet.
Kui kiir levib põhja suunas, läbib see oma teel reeglina kolm tsooni: isotermiline (konstantse temperatuuriga) pinnatsoon, temperatuuri hüppe tsoon, mida iseloomustab terav negatiivne temperatuuri gradient, ja põhja isotermiline tsoon (joonis 1.4). Hüppevööndi paksus võib olla mitukümmend meetrit. Kui helilaine läbib šokikihti, täheldatakse tugevat murdumist ja heli intensiivsuse olulist vähenemist. Intensiivsuse vähenemine on tingitud kiirte lahknemisest, mis on tingitud teravast murdumisest hüppekihi ülemisel piiril, samuti nende peegeldumisest sellest kihist. Jaotatud kiiri äärmuslikud kiired moodustavad helivarju tsooni.
| Joonis 1.4. |
tekivad seisab Laine. Seisva laine eripära on see, et kõik selle punktid vibreerivad sama faasiga, moodustades läbi tühimike, mis on võrdsed veerandi vibratsiooni lainepikkusega, antinoodid, milles vibratsiooni amplituud on maksimaalne, ja sõlmed, milles vibratsioone pole üldse. Seisev laine energiat praktiliselt ei edasta.
Helilainete peegeldus ja murdumine
Kui laine tabab kahe keskkonna vahelist liidest, on selle liidese kuuluva keskkonna osakesed põnevil. Omakorda tekitavad piiriosakeste võnked laineprotsesse nii langeva laine keskkonnas kui ka külgnevas keskkonnas. Esimene laine nimetatakse kajastubja teine \u200b\u200bon murdunud... Nurgad 
ja (joonis 1.5) liidese normaalse ja kiirte suuna vahel nimetatakse nurki sügis, 
peegeldusedja murdumisedvastavalt. Descartesi seaduste kohaselt on võrdsusi:
(1.42)
Kui kiirte levimise teel on kandja vahel mitu liidest, siis on võrdsus tõene:
(1.43)
Kogust nimetatakse snelli pidev... Selle väärtus piki helikiirt ei muutu.
Energiasuhted intsidendis, peegeldunud ja murdunud kiirte korral määratakse koefitsientide abil Aja IN vastavalt peegeldus ja murdumine. Näidatud koefitsiendid määratakse järgmiste võrdsustega:
(1.44)
Võib näidata, et ühesuguste akustiliste takistustega keskkondades kandub helienergia täielikult ühest keskkonnast teise. Kui kandja akustiliste impedantside osas on suur erinevus, peegeldub praktiliselt kogu sissetulev energia kandja vahelisest liidesest.
Arvestatud seaduspärasused toimuvad siis, kui peegeldava pinna mõõtmed ületavad langeva kiirguse lainepikkust. Kui selle lainepikkus on suurem kui peegeldava pinna mõõtmetel, siis reeglina peegeldub laine takistuselt osaliselt (hajusalt) ja paindub osaliselt selle ümber. Nimetatakse takistuse ümber painduva laine nähtust heli difraktsioon... Difraktsioon toimub ka objektides, mille mõõtmed ületavad vibratsiooni lainepikkust, kuid sel juhul ilmneb nähtus ainult peegeldava pinna servades. Takistuse taha moodustub akustiline varjutsoon, milles puuduvad helivibratsioonid. Samal ajal muudab takistuse ees oleva helivälja pildi vahejuhtumi, peegeldunud ja hajutatud lainete koosmõju keerukaks. Helilaine võib peegelduda arvukatest merevees hajutatud objektidest, nagu õhumullid, plankton, hõljuvate tahkete osakeste osakesed jne. Sel juhul nimetatakse peegeldunud signaali signaaliks ümbritsema kaja... Kiirgusvastuvõtja tajub seda signaali edastamise lõpus võnkuva kajana. Alguses võib see kaja olla üsna kõrge ja seejärel kiiresti laguneda.
Reverb võib tekkida heli hajumise tõttu lamedate pindade poolt, millel on lainepikkusega võrreldes väikesed ebakorrapärasused. Kõige sagedamini on sellised pinnad mere põhi või pind. Seda kaja nimetatakse alt või pealiskaudnevastavalt.
... Hüdroakustilise kõla põhiprintsiibid
Peaaegu kõik transpordilaevastikus kasutatavad hüdroakustilised navigatsiooniseadmed töötavad veeruumi aktiivse sondeerimise režiimis. Seda režiimi rakendavate seadmete väljatöötamine nõuab:
§ kiirguse sondeerimise nõuete määramine lahendatava probleemi sisu põhjal;
§ antennide vastuvõtmise ja edastamise nõuete määratlemine;
§ sondeerimissignaali levimistingimuste analüüs ja vastuvõetud signaali olemuse hindamine;
§ nõuete väljatöötamine vastuvõetud signaali esmase teisendamise teostavatele süsteemi sisendüksustele;
§ vastuvõtutee koostise määramine, mis muudab esmase teabe vormiks, mis on vajalik selle kuvamiseks või edasiseks kasutamiseks teiste seadmete või süsteemide poolt;
§ teabe kuvamise ja salvestamise seadmete koostise määramine;
§ hüdroakustilise seadme väljundsignaali nõuete sõnastamine teiste sellega töötavate seadmete küljelt.
Nagu eespool mainitud, võib sondi kiirgus olla pidev või impulss. Pideval kiirgusel samadel signaali amplituudidel on suurim keskmine võimsus, mis võib osutuda otsustavaks eeliseks kiirgusallikast piisavalt kaugel asuvate alade uurimisel. Kiirgatava signaali suurem keskmine võimsus võimaldab mitte ainult vastuvõetud peegeldunud signaali taset tõsta, vaid sageli ka kavitatsiooni nähtust vältida. Kõige sagedamini kasutatakse seda tüüpi kiirgust Doppleri süsteemides laeva kiiruse mõõtmiseks.
Kui on vaja mõõta kaugusi peegeldavate objektideni, tuleb pidev kiirgus spetsiaalselt eelmoduleerida. Õige modulatsiooni valimine ja vastuvõetud signaali töötlemine võimaldab teil luua kõige täpsemaid mõõtesüsteeme. Siiski tuleb meeles pidada, et vaadeldaval juhul kaasneb vastuvõetud signaal tavaliselt üsna olulise häirega, mis tuleneb mahulisest kajast.
Impulsskiirgust iseloomustab impulsi kuju, selle kestus T ja (Joonis 1.6), sageduse või impulsi kordumise periood. Kõige sagedamini kasutatakse ristkülikukujulisi impulsse (joonis 1.6.a), mis on energeetiliselt küllastunud. Lähiminevikus kasutati eksponentsiaalset vormi laialdaselt (joonis 2.6, b), kuna seda oli tehniliselt lihtsam rakendada. Üksikute probleemide lahendamine võib vajada impulsside loomist nende ümbrike keerukama kujuga.
Impulsi kestus on väga oluline, kuna see määrab koos amplituudiga selles sisalduva võimsuse ja sellest tulenevalt ka maksimaalse tajumisulatuse. Lisaks sõltub vahemiku eraldusvõime impulsi kestusest, st. on minimaalne vahemiku erinevus, mida süsteem saab mõõta. Tulenevalt asjaolust, et impulss on üksiku teabe kandja, ei registreeri süsteem kõiki selle ruumilises ulatuses toimuvaid muutusi. Võttes arvesse, et impulss läbib kahekordse kauguse - helkurini ja tagasi, võrdub süsteemi eraldusvõime poole ruumilise impulsi pikkusest:
(1.45)
Praktikas jääb impulsi kestus kõige sagedamini vahemikku 10–5 alates kuni 10 -3 alates.
Impulsi kordumissagedus valitakse tavaliselt nii, et mis tahes tööpiirkonnas väljastatakse järgmine impulss alles pärast peegeldatud vastuvõtmist. Ehk siis periood t lk impulsside kordamine peab rahuldama ebavõrdsust: 
Kus 
- maksimaalne sensatsioonivahemik tööpiirkonnas, - keskmine helikiirus vees, tavaliselt võrdne 1500-ga prl... See lähenemisviis loob tingimused ühe antenni kasutamiseks vastuvõtva ja edastavana. Mõnel juhul saab impulsi kordamissageduse valida muude kaalutluste hulgast.
Proovimissignaali nõuete kujundamisel on väga oluline valida õige kiirguse kandesagedus. Sellest sõltub paljuski signaali summutamine, selle peegeldus meedia ja erinevate objektide vahelistest liidestest ning ka lainefronti trajektoor. Kandesageduse vähendamine nõuab reeglina antenniseadmete suuruse suurendamist, kuid aitab kaasa sensatsioonivahemiku suurenemisele.
Antennisüsteemi põhinõuete sõnastamiseks on vaja:
§ määrata antennide arv ja nende paigutus laeval;
§ valida kiirguse suuna parim tase;
§ valida elemendi tüüp, mis muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks ja vastupidi, samuti antenni tüüp;
§ määrake, kuidas antenne pardale paigaldada.
Kasutatavate antennide arv ja nende paigutus määratakse lahendatava probleemi olemuse, samuti süsteemi töökindluse suurendamiseks nende koondamise olemasolu või puudumise tõttu. Iga antenni saab laeva pardale iseseisvalt paigaldada või on kõik antennid ühendatud üheks antenniks, mis tavaliselt paigaldatakse klinketti. Selline plokk võib sisaldada kuni 20 või rohkem antenni, mis on antud juhul sobivamad vibraatorite kutsumiseks.
Vajaliku kiirgusjuhtivuse määra dikteerib ka lahendatava probleemi olemus.
Ferromagnetilisi ja piesokeraamilisi vibraatoreid kasutatakse elektrienergia muundajatena mehaanilisteks ja vastupidi, mille tööpõhimõtet käsitletakse allpool.
Antennide vastuvõtmise ja edastamise üldised omadused
Elektrienergia ferromagnetilised muundurid mehaaniliseks energiaks kasutavad magnetostriktsiooni mõju. Selle efekti olemus seisneb selles, et kui ferromagnetilisest materjalist valmistatud toote magnetiline olek muutub, toimub selle mõõtmetes mõningane muutus. Proov on deformeerunud ja see deformatsioon suureneb selle magnetiseerumise intensiivsusega. Kui võtame prooviks ribasüdamiku, varustame selle mähisega ja varustame vahelduvvooluga, siis südamiku pikkus muutub perioodiliselt. Selle magnetiseerimiseks kulutatud elektrienergia muundatakse mehaaniliste vibratsioonide energiaks, mis on võimeline põnevas heliväljas painduma elastses keskkonnas, kuhu on asetatud vaadeldav varda.
Samuti on vastupidine efekt. Kui südamik on valmistatud ferromagnetilisest materjalist, millel on teatav jääkmagnetatsioon, deformeeruge mõnevõrra, st. muuta oma sisemist pinget, siis muutub ka sellega seotud magnetvälja tugevus. Sel juhul muutub magnetvälja muutus
Zheliväli avaldub vibreerivate materiaalsete kehade kineetilise energia, helilainete kujul elastse struktuuriga keskkonnas (tahked ained, vedelikud ja gaasid). Vibratsioonide levimise protsessi elastses keskkonnas nimetatakse laine... Helilaine levimissuunda nimetatakse helikiirja pinda kõiki külgnevaid punkte ühendava keskkonna osakeste sama võnkefaasiga ühendav pind on laine front... Tahketes ainetes võib vibratsioon levida nii piki- kui ka ristisuunas. Ainult õhus pikilained.
Vaba helivälinimetatakse väljaks, kus domineerib otsene helilaine ja peegeldunud lained puuduvad või on tühised.
Difuusne heliväli- see on selline väli, mille igas punktis on helienergia tihedus sama ja mille kõikides suundades jaotuvad ajaühikus ühesugused energiavood.
Helilaineid iseloomustavad järgmised põhiparameetrid.
Lainepikkus - võrdne helikiiruse (340 m / s - õhus) ja helivibratsiooni sageduse suhtega. Seega võib lainepikkus õhus varieeruda 1,7 cm-st f \u003d 20 000 Hz) kuni 21 m ( f \u003d 16 Hz).
Helirõhk - määratletakse kui helivälja hetkerõhu erinevus antud punktis ja statistiline (atmosfäärirõhk). Helirõhku mõõdetakse paskalites (Pa), Pa \u003d N / m 2. Füüsikalised analoogid on elektriline pinge, vool.
Heli intensiivsus Kas keskmine helienergia hulk, mis ajaühikus läbib pinnaühikut, on risti laine levimissuunaga. Intensiivsust mõõdetakse W / m 2 ühikutes ja see esindab helivibratsiooni võimsuse aktiivset komponenti. Füüsiline vaste on elektrienergia.
Akustikas kuvatakse mõõtmistulemused tavaliselt suhteliste logaritmiliste ühikutena. Kuulmiskogemuse hindamiseks kasutatakse üksust nimega Bel (B). Kuna Bel on üsna suur ühik, võeti kasutusele väiksem väärtus - detsibell (dB), mis võrdus 0,1 B-ga.
Helirõhk, helitugevus väljendatakse suhtelises akustilises tasemes:
,
Akustiliste tasemete nullväärtused vastavad üldtunnustatud väärtustele 
ja W / m 2 harmoonilise helivibratsiooni korral sagedusega 1000 Hz. Esitatud väärtused vastavad ligikaudu miinimumväärtustele kuulmistunnetuse tekitamiseks (kuulmise absoluutne künnis).
Mikrofonide omaduste mõõtmise tingimused. Akustilistel mõõtmistel on mitmeid eripära. Seega tuleb elektroakustiliste seadmete mõningate omaduste mõõtmine läbi viia vabal väljal, s.t. kui pole peegeldunud laineid.
Tavalistes ruumides on see tingimus teostamatu ning õues on mõõtmisi teostada keeruline ja mitte alati võimalik. Esiteks on vabas õhus raske vältida peegeldusi sellistelt pindadelt nagu maapind. Teiseks sõltub mõõtmine antud juhul atmosfäärioludest (tuul jne) ja võib põhjustada suuri vigu, rääkimata mitmest muust ebamugavusest. Kolmandaks, vabas õhus on raske vältida kõrvaliste (tööstuslike jms) müra mõju.
Seetõttu kasutatakse vabal väljal mõõtmiseks spetsiaalseid heli summutavaid kambreid, milles peegeldunud laineid praktiliselt pole.
Mikrofoni omaduste mõõtmine ummistunud kambris... Mikrofoni tundlikkuse mõõtmiseks vabal väljal tuleks kõigepealt mõõta helirõhk testmikrofoni asetamise kohas ja seejärel asetada see sellesse kohta. Kuid kuna kambris praktiliselt ei esine häireid ja mikrofoni kaugus valjuhääldist võetakse võrdseks 1 - 1,5 m (või rohkem), kui radiaatori läbimõõt ei ületa 25 cm, saab mõõtemikrofoni asetada testitava mikrofoni lähedale. Mõõteseadistuse skeem on näidatud joonisel 4. Tundlikkus määratakse kogu nominaalsageduse vahemikus. Helirõhumõõturile (helitaseme mõõturile) vajaliku rõhu seadmine, mõõtke testitud mikrofoni poolt välja töötatud pinget ja määrake selle aksiaalne tundlikkus.
E OC = U M / P(mV / Pa)
Tundlikkus määratakse kas koormuseta pinge või nimikoormuse pinge järgi. Reeglina võetakse nimikoormuseks mikrofoni sisetakistuse moodul sagedusega 1000 Hz.
Joonis 4. Mikrofoni tundlikkuse mõõtmise funktsionaalne skeem:
1 - tonaalne või valge müra generaator; 2 - oktaavfilter (üks kolmandik oktaavi); 3 - võimendi; 4 - summutatud kamber; 5 - akustiline emitter; 6 - testmikrofon; 7 - mõõtemikrofon; 8 - millivoltmeeter; 9 - millivoltmeeter, gradueeritud paskalites või detsibellides (helitaseme mõõtur).
Tundlikkuse taseon määratletud kui detsibellides väljendatud tundlikkus väärtusega 1.
Standardne tundlikkuse tase (detsibellides) on defineeritud kui nimikoormuse impedantsi korral 1 Pa helirõhul tekkiva pinge ja võimsusele \u003d 1 mW vastava pinge suhe, mis arvutatakse valemiga:
kus on mikrofoni poolt arendatav pinge (V) nimikoormustakistuse (Ohm) juures helirõhul 1 Pa.
Sagedusreaktsioon Mikrofon on mikrofoni tundlikkuse sõltuvus sagedusest helirõhu konstantsetel väärtustel ja mikrofoni toitevoolul. Sagedusreaktsioon võetakse generaatori sageduse sujuva muutmisega. Saadud sageduskarakteristikut kasutatakse selle ebatasasuste määramiseks nominaalses ja töösageduse vahemikus.
Suunakarakteristik Mikrofon eemaldatakse sama skeemi järgi (joonis 4) ja sõltuvalt ülesandest kas mitmel sagedusel, kasutades toonigeneraatorit, või mürasignaali jaoks kolmandikus oktaavribades, või etteantud sagedusriba korral, kasutades kolmandiku oktaavfiltrite asemel sobivat ribalaiuse filtrit.
Suunamisomaduste mõõtmiseks on testmikrofon paigaldatud kettaga koos kettaga. Plaati pööratakse käsitsi või automaatselt, sünkroonselt salvestustabeliga. Tunnus võetakse ühes tasapinnas, mis läbib mikrofoni töötelge, kui see on pöörlemiskeha ümber oma telje. Mikrofoni muude vormide korral võetakse karakteristik töötelge läbivatele konkreetsetele lennukitele. Pöördenurka mõõdetakse töötelje ja suuna suunas heliallikani. Suunatunnus normaliseeritakse aksiaalse tundlikkuse suhtes.
Heliväli - ruumi ala, kus helilained levivad, see tähendab, et seda ala täidavad elastse keskkonna (tahke, vedel või gaasiline) osakeste akustilised vibratsioonid. Helivälja mõistet kasutatakse tavaliselt piirkondades, mis on heli lainepikkusest suuremad või sellest suuremad.
Helivälja energiapoolel iseloomustab seda helienergia tihedus (võnkeprotsessi energia mahuühiku kohta) ja heli intensiivsus.
Keha võnkuv pind on helienergia kiirgaja (allikas), mis loob akustilise välja.
Akustiline väli nimetatakse elastse keskkonna piirkonnaks, mis on akustiliste lainete ülekandevahend. Akustilist välja iseloomustavad:
· helirõhk lk zv, Pa;
· akustiline takistus z A, Pa * s / m.
Akustilise välja energiaomadused on:
· intensiivsus I, W / m 2;
· helivõimsus W,W on heliallikat ümbritseva pinna kaudu ajaühikus läbitava energia hulk.
Akustilise välja kujunemisel on oluline roll heli kiirgusele iseloomulik suunavus Ф , s.t. allika ümber tekkinud helirõhu nurkne ruumiline jaotus.
Kõik loetletud väärtused on omavahel seotud ja sõltuvad keskkonna omadustest, milles heli levib.
Kui akustiline väli pole pinnaga piiratud ja ulatub peaaegu lõpmatuseni, siis nimetatakse sellist välja vabaks akustiliseks väljaks.
Kinnises ruumis (näiteks siseruumides) sõltub helilainete levik lainete levimisteel paiknevate pindade geomeetriast ja akustilistest omadustest.
Helivälja teket ruumis seostatakse nähtustega järelkaja ja difusioon.
Kui ruumis hakkab toimima heliallikas, siis esimesel ajahetkel on meil ainult otsene heli. Kui laine jõuab heli peegeldava barjäärini, muutub välja muster peegeldunud lainete väljanägemise tõttu. Kui heliväljale asetatakse objekt, mille mõõtmed on helilaine pikkusega võrreldes väikesed, siis helivälja moonutusi praktiliselt ei täheldata. Efektiivseks peegelduseks on vajalik, et peegeldava takistuse mõõtmed oleksid helilainepikkusest suuremad või sellega võrdsed.
Helivälja, milles tekib suur hulk erineva suunaga peegeldunud laineid, mille tagajärjel on helienergia eritihedus kogu väljal sama, nimetatakse nn. hajuv väli.
Pärast helikiirguse allika peatumist väheneb helivälja akustiline intensiivsus lõpmatuks ajaks nulltasemele. Praktikas arvatakse, et heli summutatakse täielikult, kui selle intensiivsus langeb väljalülitamise hetkel olemasolevast tasemest 10 6 korda. Igal heliväljal võnkekeskkonna elemendina on oma helitugevuse omadus - järelkaja ("heli").
Heli- elastse keskkonna osakeste mehaaniliste vibratsioonide põhjustatud psühhofüsioloogiline tunne. Helivibratsioon vastab sagedusvahemikule vahemikus 20 ... 20 000 Hz. Võnkumine sagedusega alla 20 Hz nimetatakse infraheliks, ja üle 20 000 Hz - ultraheli... Infrahelikiirguse mõju inimesele põhjustab ebameeldivaid aistinguid. Looduses võivad merelainete, maapinna vibratsiooni ajal esineda infrahelikiirte vibratsioonid. Ultrahelivibratsiooni kasutatakse meditsiinilistel eesmärkidel meditsiinis ja raadioelektroonikaseadmetes, näiteks filtrites. Heli ergutamine põhjustab võnkeprotsessi, mis muudab rõhku elastses keskkonnas, milles vaheldumisi tihendus- ja harulduskihidlevivad heliallikast helilainete kujul. Vedelas ja gaasilises keskkonnas vibreerivad keskkonna osakesed tasakaaluasendi suhtes laine levimise suunas, s.t. lained on pikisuunalised. Ristlained levivad tahketes ainetes, kuna keskkonna osakesed vibreerivad lainete levikujoonega risti. Ruumi, kus helilained levivad, nimetatakse heliväljaks.... Eristatakse vaba helivälja, kui helilainet peegeldavate ümbritsevate pindade mõju on väike, ja hajutatud helivälja, kus igas punktis on helivõimsus pindalaühiku suhtes ühesugune igas suunas. Lainete levimine heliväljas toimub teatud kiirusel, mida nimetatakse helikiirus... Valem (1.1)
c \u003d 33l√Т / 273, kus Т on temperatuur Kelvini skaalal.
Arvutustes võetakse c \u003d 340 m / s, mis vastab ligikaudu temperatuurile 17 ° C normaalse atmosfäärirõhu korral. Pinda, mis ühendab välja kõrval asuvaid punkte sama võnkefaasiga (näiteks kontsentratsioonipunkte või haruldasust), nimetatakse laine front. Kõige tavalisemad helilained koos sfäärilineja lennuklaine frondid... Sfäärilise laine esikülg on kerakujuline ja moodustub heliallikast lühikese vahemaa tagant, kui selle mõõtmed on eraldatava laine pikkusega võrreldes väikesed. Tasapinnalise laine esikülg on helilaine (helikiire) levimissuunaga risti oleva tasapinna kuju. Lameda esiosaga lained moodustuvad heliallikast lainepikkusega võrreldes suurel kaugusel. Helivälja iseloomustab helirõhk, võnkekiirus, heli intensiivsus ja heli energia tihedus.
Helirõhk on rõhu p am hetkväärtuse erinevus keskkonnas, kui helilaine seda läbib, ja atmosfäärirõhk p samas punktis, s.t. p \u003d p as - p am. SI helirõhu ühik on njuuton ruutmeetri kohta: 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (pascal). Päris heliallikad loovad isegi kõige rohkem valjud helid helirõhk on kümneid tuhandeid kordi väiksem kui tavaline atmosfäärirõhk.
Võnkekiirus tähistab keskkonna osakeste võnkekiirust nende puhkeasendis. Võnkekiirust mõõdetakse meetrites sekundis. Seda kiirust ei tohiks segi ajada helikiirusega. Helikiirus on antud keskkonna jaoks püsiv väärtus, vibratsioonikiirus on muutuv. Kui keskkonna osakesed liiguvad laine levimise suunas, siis võnkekiirust peetakse positiivseks, osakeste vastupidine liikumine on negatiivne. Päris heliallikad põhjustavad isegi kõige tugevamate helide korral võnkekiirust mitu tuhat korda vähem kui helikiirus. Tasapinnalise helilaine korral on vibratsiooni kiiruse valem kuju (1.2)
V \u003d p / ρ · s, kus ρ on õhu tihedus, kg / m 3; s - helikiirus, m / s.
Toode ρ s antud atmosfääriolude korral on konstantne väärtus, seda nimetatakse akustiline takistus.
Heli intensiivsus - energiahulk, mis sekundis läbib helilaine levimissuunaga risti asuvat pindalaühikut. Heli intensiivsust mõõdetakse vattides ruutmeetri kohta (W / m 2).
Heli energia tihedus on helienergia kogus helivälja helitugevuse ühiku kohta: ε \u003d J / c.
4. Kontrollküsimused
Sõnastik
Kirjandus