Šírenie zvuku. Parametre, ktoré charakterizujú zvukové pole. Parametre charakterizujúce zvukové pole Fyzikálne veličiny charakterizujúce zvukové pole
V prostredí. Pojem „Z. P. " obvykle sa používa pre oblasti, ktorých rozmery sú rádovo väčšie alebo väčšie ako dĺžka zvuku. vlny. S energickým. strana Z. p. sa vyznačuje hustotou zvuku. energia (energia vibračného procesu na jednotku objemu); v prípadoch, keď sa vyskytuje vo zvukovom poli, vyznačuje sa intenzitou zvuku.
Obrázok Z. s. Všeobecne závisí nielen od akustiky. výkonové a smerové charakteristiky vysielača - zdroja zvuku, ale aj z polohy a sv-v hraniciach média a rozhrania elastické médiá, ak existujú. V neobmedzenom homogénnom médiu bola Z. s. Z jediného zdroja yavl. pole cestujúcej vlny. Na meranie výšky platu sa používajú mikrofóny, hydrofóny atď. je žiaduce mať ich rozmery malé v porovnaní s vlnovou dĺžkou a s charakteristickými rozmermi nehomogenity poľa. Pri štúdiu Z. n. Sa používajú aj dekomp. metódy vizualizácie zvukových polí. Štúdia Z. p. žiariče sa vyrábajú v tlmených komorách.
Fyzický encyklopedický slovník. - M.: Sovietska encyklopédia. . 1983 .
ZVUKOVÉ POLE
Sada časopriestorových distribúcií veličín charakterizujúcich uvažovanú zvukovú poruchu. Najdôležitejšie z nich: akustický tlak p, vibračná častica v, vibračný posun častícx , relatívna zmena hustoty (tzv. akustická) s \u003d dr / r (kde r - médiá), adiabatická. zmena teploty d T, sprievodná kompresia a zriedenie média. Pri zavedení konceptu 3. n. Životné prostredie sa považuje za nepretržité a molekulárna štruktúra látky sa neberie do úvahy. 3.p. Je študovaný buď metódami geometrická akustika, alebo na základe teórie vĺn. tlak vyhovuje vlnovej rovnici
A so známym R zvyšné charakteristiky 3.p. môžete určiť pomocou f-lam: 
Kde od - rýchlosť zvuku, c str/životopis - pomer tepelnej kapacity pri konštantnej hodnote. tlak na tepelnú kapacitu pri konštantnej hodnote. objem a - koeficient. tepelná rozťažnosť média. Pre harmonické. 3.v.vlna sa zmení na Helmholtzovu: D R+k 2 R \u003d 0, kde k \u003dw / c - číslo vlny pre frekvenciu w a výrazy pre v a x má tvar:
Okrem toho musí 3. s spĺňať okrajové podmienky, to znamená požiadavky, ktoré kladú na hodnoty charakterizujúce 3. s., Fyzikálny. vlastnosti hraníc - povrchy, ktoré obmedzujú prostredie, povrchy, ktoré obmedzujú prekážky umiestnené v prostredí, a rozhrania sa rozkladajú. Streda Napríklad na absolútne tuhej hranici komponenty vibrujú. rýchlosť v n musí zmiznúť; akustický tlak by mal na voľnej ploche zmiznúť; na hranici charakterizované akustická impedancia, p / v n by sa mala rovnať špecifickej akustike. hraničná impedancia; na rozhraní medzi dvoma médiami, veličinami R a v n na oboch stranách povrchu musia byť rovnaké vo dvojiciach. V skutočných kvapalinách a plynoch existuje prídavok. okrajová podmienka: zmiznutie dotyčnice vibruje. rýchlosť na tuhej hranici alebo rovnosť dotyčnicových zložiek na rozhraní medzi dvoma médiami. p \u003d p (x6 ct), prebiehajúci pozdĺž osi X v kladnom smere (znamienko „-“) a zápornom smere (znamienko „+“). V plochej vlne p / v\u003d br odkde r od - vlnová impedancia Streda. Dajte to na miesta. smer zvuku kolíše. rýchlosť v cestujúcej vlne sa zhoduje so smerom šírenia vlny, miestami je negovaná. tlak - opačne k tomuto smeru a na miestach, kde tlak mizne. rýchlosť tiež mizne. Harmonické. byt má formu: p=p 0 cos (š t-kx +j) ,
Kde R 0 a j 0 - respektíve amplitúda vlny a jej začiatok. v bode x \u003d 0. V médiách s rozptylom rýchlosti zvuku je rýchlosť harmonická. vlny od\u003d w / k závislé od frekvencie 2) oscilácia pri obmedzovaní oblasti životného prostredia pri absencii ext. vplyvy napr. 3. s., Vznikajúca v uzavretom objeme pri danom začiatku. podmienky. Takéto 3. s. Môže byť znázornené vo forme superpozície stojatých vĺn charakteristických pre daný objem média. 3) 3. s. Vzniká neobmedzene. prostredie pri danom začiatku. podmienky - hodnoty R a v v určitý začiatok. okamih v čase (napríklad 3. p. vznikajúci po výbuchu) .4) 3. p. žiarenie generované oscilujúcimi telesami, prúdmi kvapaliny alebo plynu, kolabujúcimi bublinami a inými povahami. alebo umenie. akustický žiariče (pozri. Emisia zvuku). Najjednoduchšie žiarenie vo forme poľa je nasledujúce. Monopole - sféricky symetrická rozbiehajúca sa vlna; pre harmonické. žiarenie, má formu: p \u003d -irwQexp ( ikr) / 4 s r, kde Q -
produktivita zdroja (napríklad rýchlosť zmeny objemu pulzujúceho telesa, malá v porovnaní s vlnovou dĺžkou) umiestneného v strede vlny a r - vzdialenosť od centra. Amplitúda akustického tlaku pre monopolné žiarenie sa mení so vzdialenosťou ako 1 / r, a 
vo vlnovej zóne ( kr<<1) v sa líši podľa vzdialenosti ako 1 / r 2 a vo vlne ( kr\u003e\u003e 1) - ako 1 / r... Fázový posun j medzi R a v monotónne klesá z 90 ° v strede vlny na nulu v nekonečne; tg j \u003d 1 / kr... Dipólové žiarenie - sférické. divergentná vlna s „ôsmou“ smerovosťou charakteristickou pre formu:
Kde F - sila pôsobiaca na médium v \u200b\u200bstrede vlny, q je uhol medzi smerom sily a smerom k pozorovaciemu bodu. Rovnaké žiarenie vytvára guľa s polomerom a<
Meranie parametrov 3. str. zvukové prijímače: mikrofóny - pre vzduch, hydrofóny - pre vodu. Pri štúdiu jemnej štruktúry 3.p .
mali by ste používať prijímače, ktorých rozmery sú malé v porovnaní s vlnovou dĺžkou zvuku. Vizualizácia zvukových polí možné pozorovaním difrakcia svetla ultrazvukom, Toeplerova metóda ( tieňová metóda), elektronicko-optickou metódou. premeny a pod. Lit.: Bergman L .. Ultrazvuk a jeho aplikácia vo vede a technike, trans. s tým, 2. vydanie, M .. 1957; Re e to a S. N. N., Kurz prednášok o teórii zvuku, M., 1960; Isakovich M.A., General, M., 1973. M. A. Isakovič.
Fyzická encyklopédia. V 5 zväzkoch. - M.: Sovietska encyklopédia. Hlavný redaktor A. M. Prochorov. 1988 .
Zistite, čo je „SOUND FIELD“ v iných slovníkoch:
Oblasť vesmíru, v ktorej sa šíria zvukové vlny. Koncepcia Z. p. Sa zvyčajne používa pre oblasti umiestnené ďaleko od zdroja zvuku, ktorých rozmery sú podstatne väčšie ako vlnová dĺžka (λ) zvuku. Rovnica popisujúca ... ... Encyklopédia technológiíFizikos terminų žodynas
zvukové pole Encyklopédia "Letectvo"
zvukové pole - zvukové pole - oblasť vesmíru, v ktorej sa šíria zvukové vlny. Pojem z.p. sa zvyčajne používa pre oblasti umiestnené ďaleko od zdroja zvuku, ktorých rozmery sú podstatne väčšie ako vlnová dĺžka λ zvuku. Rovnica,…… Encyklopédia "Letectvo"
Plocha priestoru, v ktorej sa šíria zvukové vlny, to znamená, že existujú akustické vibrácie častíc elastického média (pevného, \u200b\u200bkvapalného alebo plynného), ktoré túto oblasť vypĺňajú. Z. s. Je úplne rozhodnuté, či pre každú z nich ... ... Veľká sovietska encyklopédia
Plocha priestoru, do ktorej sa šíri zvuk. vlny ... Prírodná veda. encyklopedický slovník
zvukové pole odrazených vĺn (s akustickým záznamom) - - Témy ropný a plynárenský priemysel EN sekundárne zvukové pole ... Sprievodca technickým prekladateľom
Zvukové * pole sa chápe ako obmedzená oblasť priestoru, v ktorej sa šíri hydroakustická správa. Zvukové pole môže existovať v akomkoľvek elastickom prostredí a sú to vibrácie jeho častíc, ktoré vznikajú v dôsledku vplyvu vonkajších rušivých faktorov. Charakteristickým rysom tohto procesu od iného usporiadaného pohybu častíc média je, že pri malých odchýlkach nie je šírenie vĺn spojené s prenosom samotnej látky. Inými slovami, každá častica kmitá vo vzťahu k polohe, ktorú zaujala pred rušením.
Ideálne elastické médium, v ktorom sa šíri zvukové pole, je možné predstaviť ako súbor jeho absolútne tuhých prvkov, ktoré sú navzájom prepojené elastickými väzbami (obrázok 1.1). Aktuálny stav kmitajúcej častice tohto média je charakterizovaný svojim posunutie U vo vzťahu k rovnovážnej polohe, oscilačná rýchlosť va frekvencia váhanie. Vibračná rýchlosť je určená prvou deriváciou posunu častíc a je dôležitou charakteristikou uvažovaného procesu. Oba parametre sú zvyčajne harmonické funkcie času.
Častica 1
(Obr. 1.1), posunutý o hodnotu U zo svojej rovnovážnej polohy prostredníctvom elastických väzieb ovplyvňuje okolité častice a núti ich tiež k pohybu. Výsledkom je, že sa v uvažovanom prostredí začne šíriť porucha spôsobená zvonka. Ak sa zmení zákon posunu častíc 1
je definované rovnosťou 
Kde U m Je amplitúda vibrácií častice a w - frekvencia vibrácií, potom zákon pohybu ostatných i - th častice môžu byť reprezentované ako:
kde U mi - amplitúda vibrácií i - ach častice, y i- fázový posun týchto kmitov. So vzdialenosťou od zdroja excitácie média (častice 1 ) hodnoty amplitúd vibrácií U mi rozptýlenie energie sa zníži a fázové posuny y ikvôli obmedzenej rýchlosti šírenia excitácie - zvýšiť. Teda pod zvukové pole môžete tiež pochopiť celkovú vibráciu častíc média.
Ak vo zvukovom poli vyberieme častice, ktoré majú rovnakú fázu vibrácií, dostaneme krivku alebo povrch, ktorý sa nazýva vlnové čelo... Vlnové čelo sa neustále vzďaľuje od zdroja rušenia určitou rýchlosťou, ktorá sa nazýva rýchlosť šírenia čela vlny, rýchlosť šírenia vlnyalebo jednoducho rýchlosť zvuku v danom prostredí. Vektor indikovanej rýchlosti je kolmý na povrch frontu vlny v uvažovanom bode a určuje smer zvukový lúčpozdĺž ktorého sa vlna šíri. Táto rýchlosť významne závisí od vlastností prostredia a jeho súčasného stavu. V prípade zvukovej vlny šíriacej sa v mori závisí rýchlosť zvuku od teploty vody, jej hustoty, slanosti a množstva ďalších faktorov. Takže s nárastom teploty o 1 ° C sa rýchlosť zvuku zvyšuje asi o 3,6 m / s a \u200b\u200bso zväčšením hĺbky o 10 m sa zvyšuje asi o 0,2 m / s. V priemere sa za podmienok na mori môže rýchlosť zvuku pohybovať v rozmedzí 1440 - 1585 m / s. Keby streda anizotropný, t.j. ak majú rôzne vlastnosti v rôznych smeroch od stredu rušenia, potom sa bude líšiť aj rýchlosť šírenia zvukovej vlny, v závislosti od týchto vlastností.
Rýchlosť šírenia zvukovej vlny v kvapaline alebo plyne sa vo všeobecnosti určuje nasledujúcim výrazom:
(1.2)
kde TO Je objemový modul média, r 0 - hustota nenarušeného média, jeho statická hustota. Sypný modul sa číselne rovná napätiu, ktoré v médiu vzniká počas jeho jednotkovej relatívnej deformácie.
Elastická vlna sa nazýva pozdĺžneak sa vibrácie uvažovaných častíc vyskytujú v smere šírenia vĺn. Vlna sa volá priečny,ak častice vibrujú v rovinách kolmých na smer šírenia vĺn.
Priečne vlny môžu vzniknúť iba v médiu, ktoré má tvarovú pružnosť, t.j. schopný odolávať šmykovej deformácii. Túto vlastnosť majú iba pevné telá. Pozdĺžne vlny sú spojené s objemovou deformáciou média, takže sa môžu šíriť oboma v pevné látky, a v kvapalných a plynných médiách. Výnimky z tohto pravidla sú povrchný vlny tvorené na voľnom povrchu kvapaliny alebo na rozhraniach nemiešateľného média s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami. V tomto prípade kvapalné častice súčasne vykonávajú pozdĺžne a priečne vibrácie, ktoré popisujú eliptické alebo zložitejšie trajektórie. Špeciálne vlastnosti povrchových vĺn sú vysvetlené skutočnosťou, že pri ich vzniku a šírení hrá rozhodujúcu úlohu gravitácia a povrchové napätie.
V procese oscilácií v narušenom prostredí vznikajú zóny zvýšeného a zníženého tlaku a hustoty vo vzťahu k rovnovážnemu stavu. Tlak 
kde je jeho okamžitá hodnota vo zvukovom poli a je nazývaný statický tlak média v neprítomnosti excitácie zvuk a číselne sa rovná sile, s ktorou vlna pôsobí na jednotkovú plochu, nastavenú kolmo na smer jej šírenia. Akustický tlak je jednou z najdôležitejších charakteristík stavu životného prostredia.
Na posúdenie zmeny hustoty média sa používa relatívna hodnota, tzv pečať c, ktorá je určená nasledujúcou rovnosťou:
(1.3)
kde r 1 -- okamžitá hodnota hustoty média v bode, ktorý nás zaujíma, a - r 0 -jeho statická hustota.
Všetky vyššie uvedené parametre je možné určiť, ak je známa nejaká skalárna funkcia, tzv potenciál j vibračnej rýchlosti.V súlade s Helmholtzovou vetou tento potenciál plne charakterizuje akustické vlny v kvapalných a plynných médiách a je spojený s vibračnou rýchlosťou. v nasledujúcou rovnosťou:
. (1.4)
Pozdĺžna zvuková vlna sa nazýva plochýak jeho potenciál j a ďalšie súvisiace veličiny charakterizujúce zvukové pole závisia iba od času a jednej z ich karteziánskych súradníc, napríklad x(Obrázok 1.2). Ak uvedené množstvá závisia iba od času a vzdialenosti r od nejakého bodu o priestor tzv stred vlny, pozdĺžna zvuková vlna sa volá guľovitý... V prvom prípade bude čelná vlna vlnovka alebo rovina, v druhom - oblúk alebo časť sférického povrchu.
V elastických médiách možno pri zvažovaní procesov vo zvukových poliach použiť princíp superpozície. Takže, ak je to sústava vĺn, určená potenciálmi j 1 ... j n, potom sa potenciál výslednej vlny bude rovnať súčtu uvedených potenciálov:
(1.5)
Pri posudzovaní procesov vo výkonných zvukových poliach by sa však mala brať do úvahy možnosť prejavu nelineárnych účinkov, čo môže spôsobiť, že použitie princípu superpozície je neprípustné. Okrem toho pri vysokej úrovni narušenia média môžu byť radikálne narušené elastické vlastnosti média. Takže v kvapalnom prostredí môžu nastať praskliny naplnené vzduchom, môže sa zmeniť jeho chemická štruktúra atď. V skôr predstavenom modeli (obr. 1.1.) To bude ekvivalentné prerušeniu elastických väzieb medzi časticami média. V takom prípade sa energia vynaložená na vytváranie vibrácií prakticky neprenesie do iných vrstiev, čo znemožňuje vyriešiť konkrétny praktický problém. Popísaný jav sa nazýva kavitácia.
Z energetického hľadiska možno zvukové pole charakterizovať prúd zvukovej energiealebo akustický výkon Pktoré sa určujú podľa množstva zvukovej energie Žprechádzajúce daným povrchom za jednotku času:
(1.6)
Akustický výkon súvisiaci s oblasťou suvažovaný povrch určuje intenzita zvuková vlna:
(1.7) V poslednom výraze sa predpokladá, že energia je rovnomerne rozložená po mieste s.
Na charakterizáciu zvukového prostredia sa často používa koncept hustota zvukovej energie, ktorá je definovaná ako množstvo zvukovej energie na jednotku objemu elastického média.
Poďme preskúmať vzťah medzi jednotlivými parametrami zvukového poľa.
1.3 Rovnica spojitosti média
Rovnica kontinuity média spája rýchlostný potenciál a jeho zhutnenie. Ak v médiu chýbajú diskontinuity, uplatňuje sa zákon zachovania hmotnosti, ktorý je možné napísať nasledovne:
kde Ž 1 a r 1Je objem a hustota kvapaliny vo zvukovom poli a Z 0 a r 0 - rovnaké parametre bez rušenia. Tento zákon hovorí, že v spojitom lineárnom prostredí spôsobuje zmena objemu takú zmenu hustoty média, že ich súčin, zodpovedajúci hmotnosti uvažovaného objemu, zostáva vždy konštantný.
Aby sme zvážili zhutnenie média, odčítame od ľavej a pravej strany rovnosti (1.8) produkt Z 0 r 1... Vo výsledku budeme mať:
(1.9)
Je tu akceptované, že 
Tento predpoklad je možný z dôvodu skutočnosti, že v ultrazvukovom frekvenčnom rozsahu sú zmeny objemu a hustoty kvapaliny nepodstatné vo vzťahu k ich absolútnej hodnote a nahradeniu v menovateli rovnosti (1.9) množstva. r 1 na r 0 prakticky neovplyvní výsledok analýzy.
Poďme ρ 1 \u003d 1,02 g / cm3 a ρ 0
\u003d 1,0 g / cm3. Potom
a 
... Relatívna chyba prijatých predpokladov je 
.
Vyjadrime relatívnu objemovú deformáciu média predstavovanú ľavou stranou rovnosti (1.9) z hľadiska čiastočných posunov kvapalných častíc a vezmime do úvahy, že pravá strana tejto rovnosti určuje zhutnenie média. Potom budeme mať:
(1.10)
kde U x, U ya U z - posun častíc média pozdĺž zodpovedajúcich osí ortogonálneho súradnicového systému.
Poslednú rovnosť rozlišujeme v čase:
Tu v x, v ya v z- zložky vibračnej rýchlosti pozdĺž rovnakých osí. Zvažujem to
(1.12)
(1.13) kde Ñ je hamiltonovský operátor, ktorý určuje priestorovú diferenciáciu:
(1.14)
| Dôležité! |
Rovnica oscilačného pohybu
Rovnica oscilačného pohybu spája rýchlostný potenciál a akustický tlak. Na odvodenie tejto rovnice vyberieme vo zvukovom poli elementárny objem kmitajúci pozdĺž osi oh(Obr. 1.3.) V súlade s Newtonovým zákonom môžete napísať:
(1.15)
kde F -sila pôsobiaca na pridelený objem v smere osi oh,
m- hmotnosť daného objemu, j - zrýchlenie objemového pohybu pozdĺž tej istej osi . Ak označíme tlaky pôsobiace na tvár zvoleného objemu pomocou p 1 a p 2, a akceptujte to\u003e, potom silu F možno definovať nasledujúcou rovnosťou:
(1.16)
kde 
Nahradenie výrazu (1,16) rovnosťou (1,15) a zohľadnenie toho 
a zrýchlenie 
a tiež uskutočnenie prechodu k limitu na nekonečne malé množstvá nájdeme:
(1.17)
S prihliadnutím na to 
a 
konečne dostaneme:
. (1.18)
Posledná rovnica neobsahuje súradnice, a preto platí pre vlnu ľubovoľného tvaru.
Stavová rovnica prostredia
Stavová rovnica média vo vzťahu k ultrazvukovému poľu, v ktorej všetky procesy prebiehajú prakticky bez zmeny teploty, vyjadruje vzťah medzi tlakom a hustotou média. V ideálnej tekutine, v ktorej nie sú žiadne viskózne trecie sily, je akustický tlak rúmerné tvrdosti média TO a jeho zhutnenie c: 
Ak je však médium skutočné, potom sú v ňom viskózne trecie sily, ktorých veľkosť je úmerná viskozite média a rýchlosti zmeny stavu média, najmä rýchlosti zmeny jeho média zhutnenie. Preto výraz, ktorý určuje tlak vo viskóznom médiu, získa zložku, ktorá závisí od týchto faktorov:
(1.19)
kde L je koeficient proporcionality. Na základe experimentov bol nájdený odhad tohto koeficientu, ktorý umožňoval zápis výsledného výrazu, ktorý určuje stav prostredia, vo forme:
(1.20) kde h je koeficient dynamickej (newtonovskej) viskozity média. Výsledná rovnica platí pre akýkoľvek tvar vlny.
Vlnová rovnica
Vlnová rovnica určuje zákon zmeny v rýchlostnom potenciáli. Na odvodenie tejto rovnice dosadíme výraz (1.20) pre stav média do rovnosti (1.18). Vo výsledku dostaneme:
(1.21)
Aby sme predstavovali zhutnenie média z hľadiska rýchlostného potenciálu, rozlišujeme výraz (1.21) v čase:
(1.22)
Ak vezmeme do úvahy závislosť (1.13), získanú z podmienky spojitosti média a rovnosti (1.2), zapíšeme požadovanú vlnovú rovnicu do konečnej podoby:
(1.23)
Ak je vlna rovinná a šíri sa napríklad pozdĺž osi oh, potom bude rýchlostný potenciál závisieť iba od súradnice xa čas. V tomto prípade má vlnová rovnica jednoduchšiu formu:
(1.24) Riešením získaných rovníc je možné nájsť zákon variácie rýchlostného potenciálu a v dôsledku toho akýkoľvek parameter charakterizujúci zvukové pole.
Analýza hlavných parametrov zvukového poľa
Najskôr určme parametre charakterizujúce rovinnú harmonickú vlnu. Aby sme to dosiahli, nájdeme riešenie rovnice (1.24), ktorá je lineárnou diferenciálnou rovnicou druhého rádu a má teda dva korene. Uvedené korene predstavujú dva procesy j 1 (x, t)a j 2 (x, t)definovanie vĺn, ktoré sa pohybujú v opačných smeroch. V izotropnom prostredí sú parametre zvukového poľa v bodoch rovnako vzdialených od zdroja žiarenia rovnaké, čo nám umožňuje obmedziť sa na hľadanie iba jedného riešenia, napríklad pre vlnu. j 1sa šíri v kladnom smere osi oh.
Pretože uvedené konkrétne riešenie je funkciou aktuálnej súradnice a času, budeme ho hľadať v tejto podobe:
kde 
- frekvencia vĺn, m Je hľadaný koeficient, ktorý určuje závislosť potenciálu rýchlosti od priestorových súradníc, 
- číslo vlny, 
... Výpočet potrebných derivátov vzorca j 1 a ich dosadením do rovnice (1.24) nájdeme:
(1.26) Riešenie poslednej rovnosti s ohľadom na m a ak vezmeme do úvahy, že vlna, ktorá sa rozpadá so vzdialenosťou od zdroja rušenia, zodpovedá jeho zápornej hodnote, budeme mať:
(1.27)
V ultrazvukovom poli je druhý člen v zátvorkách výrazu (1.27) oveľa menší ako jednota, čo nám umožňuje rozšíriť tento výraz v mocninnej sérii a obmedziť sa na dva výrazy:
(1.28)
Nahradenie nájdenej hodnoty m do rovnosti (1,25) a zavedenie notácie
(1.29)
nájdite konečný výraz pre rýchlostný potenciál j 1:
Súkromné \u200b\u200briešenie pre potenciál j 2 možno nájsť podobne ako v posudzovanom prípade:
Pomocou získaných výrazov určíme hlavné parametre zvukového poľa.
Akustický tlak v zóne šírenia pozitívne smerovanej vlny je určený nasledujúcou rovnosťou:
(1.32)
kde 
.
Ak sa obrátime na rovnosť (1.4) a vezmeme do úvahy, že v ultrazvukovom poli \u003e\u003e a, potom výraz pre vibračnú rýchlosť možno napísať v tejto podobe:
kde 
Získané výrazy ukazujú, že zmeny aktuálnych hodnôt akustického tlaku a vibračnej rýchlosti prebiehajú vo fáze, v dôsledku čoho sa v miestach zhutňovania média vektor vibračnej rýchlosti zhoduje v smere s rýchlosťou šírenia čela vlny a v miestach výboja je proti nej.
Nájdeme pomer zvukového tlaku a vibračnej rýchlosti, ktorý sa nazýva špecifický akustický odpor:
(1.34)
Špecifický akustický odpor je dôležitou charakteristikou média, ktorá ovplyvňuje mnoho parametrov procesov, ktoré v ňom prebiehajú.
Šírenie zvukových vĺn
Pri vytváraní hydroakustických zariadení je jednou z najdôležitejších úloh správna voľba parametrov žiarenia: nosná frekvencia vysielaného signálu, spôsob modulácie signálu a jeho energetické charakteristiky. Rozsah šírenia vlny, vlastnosti jej odrazu a prechodu rôznymi rozhraniami medzi médiami s rôznymi fyzikálne vlastnosti, možnosť oddelenia signálu od sprievodného rušenia.
Ako bolo uvedené vyššie, jednou z hlavných energetických charakteristík hydroakustického signálu je jeho intenzita. Výraz, ktorý definuje tento parameter, možno nájsť z nasledujúcich úvah. Uvažujme o určitom elementárnom úseku čelnej strany vlny s oblasťou, ktorá sa pri kmitaní v čase posúva oproti počiatočnej polohe o množstvo 
Proti tomuto posunu budú stáť sily 
vnútorná interakcia. Na prekonanie týchto síl bude vynaložená práca. Výkon potrebný na zabezpečenie uvažovaných oscilácií je definovaný ako práca vynaložená na jednotku času:
(1.35)
kde T - vlnové obdobie. Intenzitu zase určuje sila vynaložená na pohyb slobodný plocha predného čela vlny, a preto sa bude rovnať:
(1.36)
Dosadením rovností (1.32) a (1.33) do výsledného výrazu nájdeme:
Ak vezmeme do úvahy, že 0,5 
- intenzita signálu v bezprostrednej blízkosti žiariča, potom bude zákon zmeny intenzity so vzdialenosťou od zdroja určený nasledujúcou rovnosťou:
(1.38)
Posledný vzorec získal anglický fyzik a matematik Stokes a nesie jeho meno. Ukazuje, že so vzdialenosťou od zdroja žiarenia intenzita zvukovej vlny exponenciálne klesá. Navyše, ako vyplýva z výrazu (1.29), index tlmenia a úmerné druhej mocnine frekvencie kmitania emitovanej vlny. To ukladá určité obmedzenia týkajúce sa výberu nosných frekvencií dávok, najmä pri snímaní na veľké vzdialenosti.
Avšak pomocou Stokesovho vzorca nie je vždy možné získať správny odhad útlmu zvukovej vlny. Pokusy teda ukazujú, že zvukové vlny v morskom prostredí sa rozpadajú oveľa rýchlejšie, ako to vyplýva z vyššie uvedeného výrazu. Tento jav je spôsobený rozdielom vo vlastnostiach skutočného prostredia od idealizovaného, \u200b\u200bobvykle uvažovaným pri teoretickom riešení problémov, ako aj skutočnosťou, že morské prostredie je nehomogénna kvapalina, ktorá zahŕňa živé organizmy, vzduchové bubliny a iné nečistoty.
V praxi sa na určenie zákona zmeny intenzity zvukovej vlny zvyčajne používajú rôzne empirické vzorce. Takže napríklad na jeho frekvenciách ležiacich v rozmedzí 7,5 - 60 kHz je hodnota koeficientu a v decibeloch na kilometer (dB / km) možno odhadnúť pomocou tohto vzťahu:
, (1.39)
a zákon zmeny intenzity vo vzdialenostiach od vibrátora nepresahujúcich 200 km s chybou do 10% je určený rovnosťou:
(1.40)
V prípade sférickej vlny intenzita
. (1.41)
Z posledného výrazu vyplýva, že vlna je do značnej miery oslabená v dôsledku rozširovania jej čela so zväčšujúcou sa vzdialenosťou r.
Ultrazvuková vlna sa počas svojho pohybu v homogénnom izotropnom prostredí šíri po priamke. Ak je však médium nehomogénne, potom je trajektória zvukového lúča zakrivená a za určitých podmienok môže byť signál odrazený od medzivrstvy vodného média. Fenomén ohýbania zvukových lúčov v dôsledku nehomogenity morského prostredia sa nazýva lom zvuku... Lom svetla môže mať významný vplyv na presnosť hydroakustických meraní, preto sa musí vo väčšine prípadov vyhodnotiť stupeň jeho vplyvu.
Keď sa lúč šíri smerom dnu, prechádza na svojej ceste spravidla tromi zónami: izotermická (s konštantnou teplotou) povrchová zóna, teplotná skoková zóna charakterizovaná ostrým negatívnym teplotným gradientom a spodná izotermická zóna ( Obrázok 1.4). Hrúbka skokovej zóny môže byť niekoľko desiatok metrov. Keď zvuková vlna prechádza vrstvou nárazu, pozoruje sa silný lom a výrazné zníženie intenzity zvuku. Pokles intenzity je spôsobený divergenciou lúčov v dôsledku ostrého lomu na hornej hranici vrstvy skoku, ako aj ich odrazom od tejto vrstvy. Krajné lúče rozdeleného lúča tvoria zónu zvukového tieňa.
| Obrázok 1.4. |
vzniknúť stojaci mávať. Charakteristikou stojatej vlny je, že všetky jej body vibrujú s rovnakou fázou a vytvárajú cez medzery rovné štvrtine vlnovej dĺžky vibrácií, antinódy, v ktorých je amplitúda vibrácií maximálna, a uzly, v ktorých nie sú žiadne vibrácie všetko. Stojatá vlna prakticky neprenáša energiu.
Odraz a lom zvukových vĺn
Keď vlna zasiahne rozhranie medzi dvoma médiami, častice média patriaceho k tomuto rozhraniu sú vzrušené. Oscilácie hraničných častíc zase vedú k vlnovým procesom tak v prostredí dopadajúcej vlny, ako aj v susednom prostredí. Prvá vlna je tzv odrážaa druhá je lámaný... Rohy 
a (Obrázok 1.5) medzi kolmicou na rozhranie a smerom lúčov sa nazývajú uhly spadnúť, 
odrazya lomy, resp. Podľa Descartových zákonov existujú rovnosti:
(1.42)
Ak na ceste šírenia lúča existuje niekoľko rozhraní medzi médiami, potom bude rovnosť pravdivá:
(1.43)
Množstvo sa volá snellova konštanta... Jeho hodnota sa pozdĺž zvukového lúča nemení.
Energetické pomery v dopadajúcom, odrazenom a lomenom lúči sa určujú pomocou koeficientov Aa IN odraz a lom, resp. Zobrazené koeficienty sú určené nasledujúcimi rovnosťami:
(1.44)
Je možné preukázať, že v prostrediach s rovnakými akustickými impedanciami sa zvuková energia úplne prenáša z jedného prostredia do druhého. Ak je veľký rozdiel v akustických impedanciách média, prakticky celá dopadajúca energia sa odráža od rozhrania medzi médiom.
Uvažované zákonitosti sa uskutočňujú, keď rozmery odrazovej plochy presahujú vlnovú dĺžku dopadajúceho žiarenia. Ak je jeho vlnová dĺžka väčšia ako rozmery odrazovej plochy, potom sa vlna spravidla čiastočne odráža od prekážky (rozptýlene) a čiastočne sa ohýba okolo nej. Fenomén ohýbania sa vlny okolo prekážky sa nazýva difrakcia zvuku... Difrakcia sa vyskytuje aj u objektov, ktoré sú väčšie ako vlnová dĺžka vibrácií, ale v takom prípade sa jav objaví iba na okrajoch odrazovej plochy. Za prekážkou sa vytvára zóna akustického tieňa, v ktorej nie sú žiadne zvukové vibrácie. Obraz zvukového poľa pred prekážkou sa zároveň komplikuje interakciou dopadajúcich, odrazených a rozptýlených vĺn. Zvuková vlna sa môže odrážať od mnohých objektov rozptýlených v morskej vode, ako sú vzduchové bubliny, planktón, častice plávajúcich pevných látok atď. V tomto prípade sa odrazený signál nazýva signál surround reverb... Prijímač žiarenia to vníma ako oscilujúcu ozvenu na konci prenosu signálu. Na začiatku môže byť táto ozvena pomerne vysoká a potom sa rýchlo rozpadne.
Reverb sa môže vyskytnúť v dôsledku rozptylu zvuku po plochých povrchoch, ktoré majú v porovnaní s vlnovou dĺžkou malé nepravidelnosti. Najčastejšie sú takými povrchmi dno alebo hladina mora. Tento dozvuk sa nazýva dole alebo povrchný, resp.
... Základné princípy hydroakustického zvuku
Takmer všetky hydroakustické navigačné zariadenia používané v dopravnej flotile pracujú v režime aktívneho snímania vodného priestoru. Vývoj zariadení implementujúcich tento režim vyžaduje:
§ stanovenie požiadaviek na sondovanie žiarenia na základe obsahu riešeného problému;
§ stanovenie požiadaviek na prijímaciu a vysielaciu anténu;
§ analýza podmienok šírenia sondovacieho signálu a hodnotenie povahy prijatého signálu;
§ vývoj požiadaviek na vstupné jednotky systému, ktoré vykonávajú primárnu transformáciu prijatého signálu;
§ určenie zloženia prijímacej cesty, ktorá transformuje primárne informácie do formy potrebnej na ich zobrazenie alebo ďalšie použitie inými zariadeniami alebo systémami;
§ stanovenie zloženia zariadení na zobrazovanie a zaznamenávanie informácií;
§ formulovanie požiadaviek na výstupný signál hydroakustického zariadenia zo strany ostatných zariadení, ktoré s ním pracujú.
Ako bolo uvedené vyššie, žiarenie sondy môže byť kontinuálne alebo pulzné. Kontinuálne žiarenie s rovnakými amplitúdami signálu má najvyšší priemerný výkon, čo sa môže ukázať ako rozhodujúca výhoda pri sondovaní oblastí, ktoré sú dostatočne vzdialené od zdroja žiarenia. Vyšší priemerný výkon emitovaného signálu umožňuje nielen zvýšiť úroveň prijatého odrazeného signálu, ale tiež často zabrániť fenoménu kavitácie. Najčastejšie sa tento typ žiarenia používa v dopplerovských systémoch na meranie rýchlosti lode.
Ak je potrebné merať vzdialenosti od odrážajúcich objektov, musí sa kontinuálne žiarenie špeciálne modulovať. Správna voľba modulácie a spracovania prijatého signálu umožňuje vytvárať najpresnejšie meracie systémy. Je však potrebné mať na pamäti, že v posudzovanom prípade je prijatý signál zvyčajne sprevádzaný pomerne výrazným rušením vyplývajúcim z volumetrického dozvuku.
Pulzné žiarenie je charakterizované tvarom pulzu, jeho trvaním T a (Obr. 1.6), perioda frekvencie alebo impulzu. Najčastejšie sa používajú obdĺžnikové impulzy (obr. 1.6.a), ktoré sú energeticky najviac nasýtené. V nedávnej minulosti bola exponenciálna forma široko používaná (obr. 2.6, b) kvôli tomu, že bolo technicky jednoduchšie ju implementovať. Riešenie jednotlivých problémov si môže vyžadovať vytváranie impulzov so zložitejším tvarom ich obálok.
Trvanie impulzu je veľmi dôležité, pretože spolu s jeho amplitúdou určuje výkon v ňom obsiahnutý a následne maximálny snímací rozsah. Okrem toho rozlíšenie rozsahu závisí od trvania impulzu, t.j. je minimálny rozdiel rozsahu, ktorý je možné merať systémom. Skutočne, vzhľadom na to, že impulz je nositeľom jednej informácie, všetky zmeny v rozsahu v rámci jeho priestorového rozsahu systém nezaznamená. Ak vezmeme do úvahy, že impulz prejde dvojnásobnú vzdialenosť - k reflektoru a späť, rozlíšenie systému sa bude rovnať polovici dĺžky priestorového impulzu:
(1.45)
V praxi sa trvanie impulzu najčastejšie pohybuje v rozmedzí od 10 do 5 od až 10 -3 od.
Rýchlosť opakovania impulzov sa zvyčajne volí tak, aby v akomkoľvek prevádzkovom rozsahu bol nasledujúci impulz vysielaný až po prijatí odrazeného. Inými slovami, obdobie t str opakovanie impulzu musí uspokojiť nerovnosť: 
Kde 
- maximálny snímací rozsah v pracovnom rozsahu, - priemerná rýchlosť zvuku vo vode, ktorá sa zvyčajne rovná 1500 pani... Tento prístup vytvára podmienky pre použitie jednej antény na príjem a vysielanie. V niektorých prípadoch je možné frekvenciu opakovania impulzov zvoliť z iných hľadísk.
Pri formovaní požiadaviek na sondážny signál je veľmi dôležité zvoliť správnu nosnú frekvenciu žiarenia. Útlm signálu, jeho odraz od rozhraní medzi médiami a rôznymi objektmi, ako aj trajektória vlnového frontu do veľkej miery závisia od neho. Zníženie nosnej frekvencie si spravidla vyžaduje zväčšenie veľkosti anténnych zariadení, prispieva však k zvýšeniu snímacieho rozsahu.
Pri formulovaní základných požiadaviek na anténny systém je potrebné:
§ určiť počet antén a ich rozmiestnenie na lodi;
§ zvoliť najlepší stupeň smernosti žiarenia;
§ zvoliť typ prvku, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu a naopak, ako aj typ antény;
§ určiť, ako nainštalovať antény na palubu.
Počet použitých antén a ich rozmiestnenie je určené povahou riešeného problému, ako aj prítomnosťou alebo neprítomnosťou ich redundancie, aby sa zvýšila spoľahlivosť systému. Každá anténa môže byť namontovaná nezávisle na palube lode, alebo sú všetky antény spojené do jednej anténnej jednotky, ktorá je zvyčajne inštalovaná do klinčeka. Takýto blok môže obsahovať až 20 alebo viac antén, ktoré sa v tomto prípade vhodnejšie nazývajú vibrátory.
Požadovaná miera smerovania žiarenia je diktovaná aj povahou riešeného problému.
Feromagnetické a piezokeramické vibrátory sa používajú ako prevádzače elektrickej energie na mechanickú a naopak, ktorých princíp je uvedený nižšie.
Všeobecné charakteristiky prijímacích a vysielacích antén
Feromagnetické prevádzače elektrickej energie na mechanickú využívajú účinok magnetostrikcie. Podstata tohto javu spočíva v tom, že pri zmene magnetického stavu výrobku vyrobeného z feromagnetického materiálu dôjde k zmenám v jeho rozmeroch. Vzorka je zdeformovaná a táto deformácia rastie so zvyšujúcou sa intenzitou jej magnetizácie. Ak zoberieme jadro tyče ako vzorku, zaistíme jej vinutie a dodáme mu striedavý prúd, potom sa dĺžka jadra bude pravidelne meniť. Elektrická energia vynaložená na jeho magnetizáciu sa premieňa na energiu mechanických vibrácií schopných budiť zvukové pole v elastickom prostredí, v ktorom je umiestnená uvažovaná tyč.
Existuje aj opačný efekt. Ak je jadro vyrobené z feromagnetického materiálu s určitou zvyškovou magnetizáciou, deformujte sa trochu, t.j. zmeniť jeho vnútorné napätie, potom sa zmení aj sila magnetického poľa s ním spojeného. V takom prípade dôjde k zmene magnetického poľa
Zzvukové pole sa prejavuje vo forme kinetickej energie telies vibrujúcich materiálov, zvukových vĺn v médiách s elastickou štruktúrou (pevné látky, kvapaliny a plyny). Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí sa nazýva mávať... Volá sa smer šírenia zvukovej vlny zvukový lúča povrch spájajúci všetky susedné body poľa s rovnakou fázou oscilácie častíc média je vlnové čelo... V tuhých látkach sa môžu vibrácie šíriť v pozdĺžnom aj priečnom smere. Iba vo vzduchu pozdĺžne vlny.
Zadarmo zvukové polesa nazýva pole, v ktorom dominuje priama zvuková vlna a odrazené vlny chýbajú alebo sú zanedbateľné.
Difúzne zvukové pole- je to také pole, v ktorom každom bode je hustota zvukovej energie rovnaká a vo všetkých smeroch sú rovnaké energetické toky distribuované v jednotke času.
Zvukové vlny sa vyznačujú nasledujúcimi základnými parametrami.
Vlnová dĺžka - rovná sa pomeru rýchlosti zvuku (340 m / s - vo vzduchu) k frekvencii zvukových vibrácií. Vlnová dĺžka vo vzduchu sa teda môže pohybovať od 1,7 cm (pre f \u003d 20 000 Hz) až do 21 m (pre f \u003d 16 Hz).
Akustický tlak - je definovaný ako rozdiel medzi okamžitým tlakom zvukového poľa v danom bode a štatistickým (atmosférickým) tlakom. Akustický tlak sa meria v pascaloch (Pa), Pa \u003d N / m2. Fyzickými analógmi sú elektrické napätie, prúd.
Intenzita zvuku - priemerné množstvo zvukovej energie prechádzajúcej za jednotku času jednotkou povrchu kolmo na smer šírenia vĺn. Intenzita sa meria v jednotkách W / m 2 a predstavuje aktívnu zložku sily zvukových vibrácií. Fyzickým náprotivkom je elektrická energia.
V akustike sa výsledky merania zvyčajne zobrazujú vo forme relatívnych logaritmických jednotiek. Na hodnotenie sluchovej skúsenosti sa používa jednotka s názvom Bel (B). Pretože Bel je pomerne veľká jednotka, bola zavedená menšia hodnota - decibel (dB) rovná 0,1 B.
Akustický tlak, intenzita zvuku sa vyjadruje v relatívnych akustických hladinách:
,
Nulové hodnoty akustických hladín zodpovedajú všeobecne akceptovaným hodnotám 
a W / m 2 pri harmonických zvukových vibráciách s frekvenciou 1 000 Hz. Uvedené hodnoty zodpovedajú približne minimálnym hodnotám na vyvolanie sluchového vnemu (absolútny prah sluchu).
Podmienky na meranie charakteristík mikrofónov. Akustické merania majú množstvo špecifických vlastností. Meranie niektorých charakteristík elektroakustického zariadenia sa teda musí vykonávať vo voľnom poli, t.j. keď nie sú odrazené vlny.
V bežných miestnostiach je tento stav nerealizovateľný a je ťažké a nie vždy možné vykonať merania na čerstvom vzduchu. Po prvé, na čerstvom vzduchu je ťažké vyhnúť sa odrazom od povrchov, ako je zem. Po druhé, meranie v tomto prípade závisí od atmosférických podmienok (vietor atď.) A môže viesť k veľkým chybám, nehovoriac o množstve ďalších nepríjemností. Po tretie, na čerstvom vzduchu je ťažké vyhnúť sa vplyvu cudzích (priemyselných) zvukov.
Preto sa na merania vo voľnom poli používajú špeciálne komory tlmené zvukom, v ktorých prakticky neexistujú odrazené vlny.
Meranie charakteristík mikrofónu v zaseknutej komore... Na meranie citlivosti mikrofónu vo voľnom poli je potrebné najskôr zmerať akustický tlak v mieste, kde bude testovací mikrofón umiestnený, a potom ho umiestniť do tohto bodu. Ale pretože v komore prakticky nedochádza k rušeniu a vzdialenosť mikrofónu od reproduktora sa rovná 1 - 1,5 m (alebo viac) s priemerom žiariča nepresahujúcim 25 cm, môže byť merací mikrofón umiestnený v blízkosti testovaný mikrofón. Schéma nastavenia merania je znázornená na obr. Citlivosť sa určuje v celom nominálnom frekvenčnom rozsahu. Nastavením požadovaného tlaku na zvukomere (zvukomer), zmerajte napätie vyvinuté testovaným mikrofónom a určte jeho osovú citlivosť.
E OC = U M / Str(mV / Pa)
Citlivosť je určená buď napätím naprázdno, alebo napätím pri menovitom zaťažení. Spravidla sa za menovitú záťaž považuje modul vnútorného odporu mikrofónu pri frekvencii 1 000 Hz.
Obr. Funkčný diagram merania citlivosti mikrofónu:
1 - generátor tonálneho alebo bieleho šumu; 2 - oktávový filter (jedna tretina oktávy); 3 - zosilňovač; 4 - tlmená komora; 5 - akustický žiarič; 6 - testovací mikrofón; 7 - merací mikrofón; 8 - milivoltmeter; 9 - milivoltmeter, odstupňovaný v pascaloch alebo decibeloch (zvukomer).
Úroveň citlivostije definované ako citlivosť vyjadrená v decibeloch vzhľadom na hodnotu rovnú 1.
Štandardná úroveň citlivosti (v decibeloch) je definovaný ako pomer napätia vyvinutého pri nominálnej impedancii záťaže pri akustickom tlaku 1 Pa k napätiu zodpovedajúcemu výkonu \u003d 1 mW a vypočítaný podľa vzorca:
kde je napätie (V) vyvinuté mikrofónom pri nominálnom zaťažení (Ohm) pri akustickom tlaku 1 Pa.
Frekvenčná odozva Mikrofón je závislosť citlivosti mikrofónu od frekvencie pri konštantných hodnotách akustického tlaku a napájacieho prúdu mikrofónu. Frekvenčná odozva sa získava plynulou zmenou frekvencie generátora. Získaná frekvenčná charakteristika sa použije na stanovenie jej nerovnomernosti v rozsahu nominálnej a prevádzkovej frekvencie.
Smerová charakteristika Mikrofón sa demontuje podľa rovnakej schémy (obr. 4) a v závislosti od úlohy buď na viacerých frekvenciách, s použitím generátora tónov, alebo pre šumový signál v tretinových oktávových pásmach alebo pre dané frekvenčné pásmo, pomocou vhodného pásmového filtra namiesto filtrov s jednou tretinou oktávy.
Na meranie charakteristík smernosti je testovací mikrofón pripevnený na rotačnom disku s číselníkom. Disk sa otáča ručne alebo automaticky, synchrónne s záznamovou tabuľkou. Charakteristika sa berie v jednej rovine prechádzajúcej pracovnou osou mikrofónu, ak ide o rotačné teleso okolo jeho osi. Pre iné formy mikrofónu sa charakteristika berie pre určené roviny prechádzajúce pracovnou osou. Uhol natočenia sa meria medzi pracovnou osou a smerom k zdroju zvuku. Charakteristika smernosti je normalizovaná vzhľadom na osovú citlivosť.
Zvukové pole - oblasť priestoru, v ktorej sa šíria zvukové vlny, to znamená, že existujú akustické vibrácie častíc elastického média (tuhého, kvapalného alebo plynného) vyplňujúceho túto oblasť. Pojem zvukové pole sa zvyčajne používa pre oblasti, ktoré sú rádovo alebo väčšie ako vlnová dĺžka zvuku.
Po energetickej stránke zvukového poľa sa vyznačuje hustotou zvukovej energie (energia oscilačného procesu na jednotku objemu) a intenzitou zvuku.
Vibrujúca plocha tela je žiarič (zdroj) zvukovej energie, ktorý vytvára akustické pole.
Akustické pole nazývaná oblasť elastického média, ktorá je prostriedkom na prenos akustických vĺn. Akustické pole sa vyznačuje:
· akustický tlak p zv, Pa;
· akustická impedancia z A, Pa * s / m.
Energetické charakteristiky akustického poľa sú:
· intenzita ja, W / m2;
· akustický výkon W,W je množstvo energie prechádzajúcej za jednotku času povrchom obklopujúcim zdroj zvuku.
Dôležitú úlohu pri formovaní akustického poľa zohráva smerovosť charakteristická pre emisiu zvuku Ф , t.j. uhlové priestorové rozloženie akustického tlaku generovaného okolo zdroja.
Všetky uvedené hodnoty spolu súvisia a závisia od vlastností prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.
Ak akustické pole nie je obmedzené povrchom a šíri sa takmer do nekonečna, potom sa také pole nazýva voľným akustickým poľom.
V obmedzenom priestore (napríklad v interiéroch) závisí šírenie zvukových vĺn od geometrie a akustických vlastností povrchov nachádzajúcich sa v dráhe šírenia vĺn.
Tvorba zvukového poľa v miestnosti je spojená s javmi dozvuk a difúzia.
Ak v miestnosti začne pôsobiť zdroj zvuku, potom máme v prvom okamihu iba zvuk priamy. Keď vlna dosiahne bariéru odrážajúcu zvuk, obrazec poľa sa zmení v dôsledku vzhľadu odrazených vĺn. Ak je do zvukového poľa umiestnený objekt, ktorého rozmery sú v porovnaní s dĺžkou zvukovej vlny malé, potom nie je pozorované prakticky žiadne skreslenie zvukového poľa. Pre efektívny odraz je potrebné, aby rozmery odrazovej prekážky boli väčšie alebo rovné dĺžke zvukovej vlny.
Zvukové pole, v ktorom vzniká veľké množstvo odrazených vĺn s rôznymi smermi, v dôsledku čoho je špecifická hustota zvukovej energie rovnaká v celom poli, sa nazýva difúzne pole.
Po zastavení zdroja zvukového žiarenia sa akustická intenzita zvukového poľa na nekonečný čas zníži na nulovú úroveň. V praxi sa verí, že zvuk je úplne utlmený, keď jeho intenzita poklesne 10 6-krát od úrovne, ktorá existuje v okamihu jeho vypnutia. Každé zvukové pole ako prvok oscilujúceho média má svoju vlastnú charakteristiku útlmu zvuku - dozvuk („zvuk“).
Zvuk- psychofyziologický vnem vyvolaný mechanickými vibráciami častíc elastického média. Zvukové vibrácie zodpovedajú frekvenčnému rozsahu v rozmedzí 20 ... 20 000 Hz. Kmitanie s frekvenciou menej ako 20 Hz sa nazýva infrazvuk, a viac ako 20 000 Hz - ultrazvukové... Dopad infrazvukových vibrácií na človeka spôsobuje nepríjemné pocity. V prírode môže dôjsť k infrazvukovým vibráciám počas morských vĺn, vibráciám zemského povrchu. Ultrazvukové vibrácie sa používajú na lekárske účely v medicíne a v rádiových elektronických zariadeniach, ako sú filtre. Budenie zvuku spôsobuje oscilačný proces, ktorý mení tlak v elastickom médiu, v ktorom sa strieda vrstvy kompresie a zriedeniašíriace sa zo zdroja zvuku vo forme zvukových vĺn. V kvapalných a plynných médiách častice média vibrujú vzhľadom na rovnovážnu polohu v smere šírenia vĺn, t.j. vlny sú pozdĺžne. Priečne vlny sa šíria v pevných látkach, pretože častice média vibrujú v smere kolmom na čiaru šírenia vlny. Priestor, v ktorom sa šíria zvukové vlny, sa nazýva zvukové pole.... Rozlišuje sa medzi voľným zvukovým poľom, keď je vplyv obklopujúcich povrchov odrážajúcich zvukové vlny, a rozptýleným zvukovým poľom, kde v každom bode je zvukový výkon na jednotku plochy rovnaký vo všetkých smeroch. Šírenie vĺn vo zvukovom poli nastáva pri určitej rýchlosti, ktorá sa nazýva rýchlosť zvuku... Vzorec (1.1)
c \u003d 33 l√Т / 273, kde Т je teplota na Kelvinovej stupnici.
Pri výpočtoch sa berie c \u003d 340 m / s, čo približne zodpovedá teplote 17 ° C pri normálnom atmosférickom tlaku. Plocha spájajúca susedné body poľa s rovnakou fázou kmitania (napríklad body koncentrácie alebo zriedenia) sa nazýva vlnové čelo. Najčastejšie zvukové vlny s guľovitýa fronty rovinných vĺn... Predná strana sférickej vlny má tvar gule a je vytvorená v krátkej vzdialenosti od zdroja zvuku, ak sú jej rozmery malé v porovnaní s dĺžkou emitovanej vlny. Predná strana rovinnej vlny má tvar roviny kolmej na smer šírenia zvukovej vlny (zvukový lúč). Vlny s plochou prednou časťou sa vytvárajú vo veľkých vzdialenostiach od zdroja zvuku v porovnaní s vlnovou dĺžkou. Zvukové pole sa vyznačuje akustický tlak, oscilačná rýchlosť, intenzita zvuku a hustota zvukovej energie.
Akustický tlak je rozdiel medzi okamžitou hodnotou tlaku p am v bode média, keď ním prechádza zvuková vlna, a atmosférickým tlakom p ako v rovnakom bode, t.j. p \u003d p as - p am. Jednotka SI akustického tlaku je newton na meter štvorcový: 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (pascal). Skutočné zdroje zvuku vytvárajú dokonca aj najviac hlasné zvuky zvukové tlaky sú desaťtisíckrát nižšie ako normálny atmosférický tlak.
Oscilačná rýchlosť predstavuje rýchlosť oscilácie častíc média okolo ich pokojovej polohy Oscilačná rýchlosť sa meria v metroch za sekundu. Táto rýchlosť by sa nemala zamieňať s rýchlosťou zvuku. Rýchlosť zvuku je konštantná hodnota pre dané prostredie, vibračná rýchlosť je premenlivá. Ak sa častice média pohybujú v smere šírenia vĺn, potom sa vibračná rýchlosť považuje za pozitívnu, s opačným pohybom častíc - negatívnym. Skutočné zdroje zvuku, aj pri najhlasnejších zvukoch, spôsobujú oscilačné rýchlosti niekoľkonásobne nižšie ako rýchlosť zvuku. Pre rovinnú zvukovú vlnu má vzorec vibračnej rýchlosti tvar (1.2)
V \u003d p / ρ · s, kde ρ je hustota vzduchu, kg / m 3; s - rýchlosť zvuku, m / s.
Produkt ρ s za daných atmosférických podmienok je konštantná hodnota, ktorá sa nazýva akustická impedancia.
Intenzita zvuku - množstvo energie prechádzajúcej za sekundu jednotkou oblasti kolmej na smer šírenia zvukovej vlny. Intenzita zvuku sa meria vo wattoch na meter štvorcový (W / m 2).
Hustota zvukovej energie je množstvo zvukovej energie na jednotku objemu zvukového poľa: ε \u003d J / c.
4. Kontrolné otázky
Glosár
Literatúra