Училищна енциклопедия. Закони за разпространение на звуковите вълни

Звукът се разбира като еластични вълни, разположени в обхвата на чуваемост на човешкото ухо, в диапазона на трептене от 16 Hzдо 20 kHz.Трептения с честота под 16 Hzнаречен инфразвук, над 20 kHz- ултразвук.

В сравнение с въздуха водата е по-плътна и по-малко свиваема. В тази връзка скоростта на звука във вода е четири и половина пъти по-голяма от тази във въздуха и е 1440 м/сек.Честота на звукови вибрации (гол)е свързано с дължината на вълната (ламбда) чрез връзката: ° С= ламбда-ну.Звукът се разпространява във вода без дисперсия. Скоростта на звука във водата варира в зависимост от два параметъра: плътност и температура. Промяната на температурата с 1° води до съответно изменение на скоростта на звука с 3,58 м за секунда. Ако наблюдавате скоростта на разпространение на звука от повърхността до дъното, се оказва, че първо, поради намаляване на температурата, тя бързо намалява, достигайки минимум на определена дълбочина, а след това, с дълбочина, започва бързо да се увеличава поради увеличаване на налягането на водата, което, както е известно, се увеличава с приблизително 1 банкомат за всеки 10 м дълбочини.

Започвайки от дълбочина приблизително 1200 м, където температурата на водата остава практически постоянна, скоростта на звука се променя поради промени в налягането. „На дълбочина около 1200 м (за Атлантическия океан), има минимална стойност за скоростта на звука; На по-голяма дълбочина, поради увеличаване на налягането, скоростта на звука отново се увеличава. Тъй като звуковите лъчи винаги се огъват към области на средата, където скоростта им е най-ниска, те се концентрират в слоя с минимална скорост на звука” (Красилников, 1954). Този слой, открит от съветските физици Л. Д. Розенберг и Л. М. Brekhovskikh, се нарича "подводен звуков канал". Звукът, влизащ в звуковия канал, може да премине на огромни разстояния без затихване. Тази характеристика трябва да се има предвид, когато се разглежда акустичната сигнализация на дълбоководни риби.

Звукопоглъщането във водата е 1000 пъти по-малко, отколкото във въздуха. Източник на звук във въздуха с мощност 100 kWвъв вода може да се чуе на разстояние до 15 км; във водата източникът на звук е 1 kWможе да се чуе на разстояние 30-40 км.Звуците с различни честоти се абсорбират по различен начин: високочестотните звуци се абсорбират най-силно, а нискочестотните - най-бързо. Ниското звукопоглъщане във водата направи възможно използването му за сонар и сигнализация. Водните пространства са изпълнени с голям брой различни звуци. Звуците на резервоарите на Световния океан, както показва американският хидроакустик Уенц (Wenz, 1962), възникват във връзка със следните фактори: приливи и отливи, течения, вятър, земетресения и цунами, промишлена човешка дейност и биологичен живот. Естеството на шума, създаван от различни фактори, се различава както в набора от звукови честоти, така и в тяхната интензивност. На фиг. Фигура 2 показва зависимостта на спектъра и нивото на налягане на звуците на Световния океан от факторите, които ги причиняват.

В различните части на Световния океан съставът на шума се определя от различни компоненти. Голямо влияниеВ същото време съставът на звуците се влияе от дъното и бреговете.

Така съставът и интензивността на шума в различните части на Световния океан са изключително разнообразни. Съществуват емпирични формули, показващи зависимостта на интензивността на морския шум от интензивността на факторите, които ги предизвикват. Въпреки това, в практически целиОкеанският шум обикновено се измерва емпирично.

Трябва да се отбележи, че сред звуците на Световния океан най-интензивни са промишлените звуци, създадени от човека: шумът на кораби, тралове и др. Според Шейн (1964) тяхната интензивност е 10-100 пъти по-висока от другите звуците на световния океан. Въпреки това, както се вижда от фиг. 2, техният спектрален състав е малко по-различен от спектралния състав на звуците, причинени от други фактори.

Когато се разпространяват във вода, звуковите вълни могат да се отразяват, пречупват, поглъщат, да изпитват дифракция и смущения.

Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни могат да се отразят от него, ако тяхната дължина на вълната е такава (ламбда)по-малки от размера на препятствието или го заобикалят (дифрактират) в случай, че дължината на вълната им е по-голяма от препятствието. В този случай можете да чуете какво се случва зад препятствието, без да виждате директно източника. При падане върху препятствие звуковите вълни в един случай могат да се отразят, в друг - да проникнат в него (погълнати от него). Количеството енергия на отразената вълна зависи от това колко се различават едно от друго т. нар. акустични съпротивления на средата “р1с1” и “р2с2”, на границата на които попадат звуковите вълни. Акустичното съпротивление на дадена среда означава произведението на плътността на дадена среда p и скоростта на разпространение на звука св него. как повече разликаакустично съпротивление на медиите, на повечето отенергията ще се отразява от интерфейса на двете медии и обратно. В случай например на звук, падащ от въздуха, rsот които 41 във водата, rsкоето е 150 000, се отразява по формулата:

Във връзка с това звукът прониква в твърдо тяло много по-добре от водата, отколкото от въздуха. От въздуха до водата звукът прониква добре през храсти или тръстики, стърчащи над водната повърхност.

Поради отразяването на звука от препятствията и неговия вълнов характер, може да възникне добавяне или изваждане на амплитудите на звуковото налягане с еднакви честоти, достигащи до дадена точка в пространството. Важна последица от това добавяне (интерференция) е образуването на стоящи вълни при отражение. Ако например вибрирате с камертон, приближавайки и отдалечавайки го от стената, можете да чуете увеличаване и намаляване на силата на звука поради появата на антиноди и възли в звуковото поле. Обикновено стоящи вълнисе образуват в затворени контейнери: в аквариуми, басейни и др., когато източникът се озвучава относително дълго време.

В реални условия на морето или друг естествен водоем, по време на разпространението на звука се наблюдават множество сложни явления, които възникват поради разнородността на водната среда. Разпространението на звука в естествените водни басейни е силно повлияно от дъното и интерфейсите (вода - въздух), температурата и солната хетерогенност, хидростатичното налягане, въздушните мехурчета и планктонните организми. Интерфейсът между водата и въздуха и дъното, както и хетерогенността на водата, водят до явленията на пречупване (кривина на звуковите лъчи) или реверберация (многократно отразяване на звуковите лъчи).

Водни мехурчета, планктон и други суспендирани вещества допринасят за поглъщането на звука във водата. Количествено определянеТези многобройни фактори все още не са разработени. Необходимо е да се вземат предвид при извършване на акустични експерименти.

Нека сега разгледаме явленията, които се случват във водата, когато в нея се излъчва звук.

Нека си представим източник на звук като пулсираща сфера в безкрайно пространство. Акустичната енергия, излъчвана от такъв източник, се отслабва обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от неговия център.

Енергията на получените звукови вълни може да се характеризира с три параметъра: скорост, налягане и изместване на вибриращи водни частици. Последните два параметъра са от особен интерес при разглеждането на слуховите способности на рибите, така че ще се спрем на тях по-подробно.

Според Harris и Berglijk (1962), разпространението на вълните на налягане и ефектите на изместване са представени по различен начин в близката (на разстояние по-малко от една дължина на звуковата вълна) и далечната (на разстояние повече от една дължина на звуковата вълна) акустика поле.

В далечното акустично поле налягането се отслабва обратно пропорционално на разстоянието от източника на звук. В този случай в далечното акустично поле амплитудите на изместване са правопропорционални на амплитудите на налягането и са свързани помежду си по формулата:

Където Р - акустично налягане в din/cm2;

д- количеството на изместване на частиците в см.

В близкото акустично поле връзката между амплитудите на налягането и изместването е различна:

Където Р-акустично налягане в din/cm2;

д - големината на изместването на водните частици в см;

f - честота на трептене в Hz;

rs- акустична устойчивост на вода, равна на 150 000 g/cm 2 сек 2;

ламбда- дължина на звуковата вълна в м; r - разстояние от центъра на пулсиращата сфера;

аз= SQR аз

Формулата показва, че амплитудата на изместването в близкото акустично поле зависи от дължината на вълната, звука и разстоянието от източника на звук.

При разстояния, по-къси от дължината на вълната на въпросния звук, амплитудата на изместване намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието:

Където А - радиус на пулсиращата сфера;

д- увеличаване на радиуса на сферата поради пулсация; r - разстояние от центъра на сферата.

Рибите, както ще бъде показано по-долу, имат два различни типа приемници. Някои от тях възприемат налягане, докато други възприемат изместването на водните частици. Следователно дадените уравнения имат голямо значениеза правилна оценка на реакциите на рибите към подводни звукови източници.

Във връзка с излъчването на звук, отбелязваме още две явления, свързани с излъчвателите: феноменът на резонанса и насочеността на излъчвателите.

Излъчването на звук от тялото се дължи на неговите вибрации. Всяко тяло има своя собствена честота на вибрация, която се определя от размера на тялото и неговите еластични свойства. Ако такова тяло се постави във вибрация, чиято честота съвпада с неговата собствена честота, възниква явлението значително увеличаване на амплитудата на вибрацията - резонанс. Използването на концепцията за резонанс дава възможност да се характеризират някои от акустичните свойства на рибните излъчватели и приемници. Излъчването на звук във водата може да бъде насочено или ненасочено. В първия случай звуковата енергия се разпространява предимно в определена посока. Графика, изразяваща пространственото разпределение на звуковата енергия на даден звуков източник, се нарича негова диаграма на посоката. Насочено излъчване се наблюдава, когато диаметърът на излъчвателя е значително по-голям от дължината на вълната на излъчвания звук.

В случай на ненасочено излъчване, звуковата енергия се отклонява равномерно във всички посоки. Това явление възниква, когато дължината на вълната на излъчвания звук надвишава диаметъра на излъчвателя ламбда>2А.Вторият случай е най-типичен за подводните нискочестотни излъчватели. Обикновено дължините на вълните на нискочестотните звуци варират значително повече размериизползвани подводни излъчватели. Същото явление е характерно и за рибните излъчватели. В тези случаи излъчвателите нямат насоченост. В тази глава само няколко общи физични свойствазвук в водна средавъв връзка с биоакустиката на рибите. Някои по-специфични въпроси на акустиката ще бъдат разгледани в съответните раздели на книгата.

В заключение ще разгледаме системите за измерване на звука, използвани от различни автори. Звукът може да бъде изразен чрез неговия интензитет, налягане или ниво на налягане.

Интензитетът на звука в абсолютни единици се измерва или чрез число ерг/сек-см 2, или W/cm2.В същото време 1 ерг/сек=10 -7вт.

Звуковото налягане се измерва в барове

Има връзка между интензитета на звука и звуковото налягане:

с помощта на които можете да конвертирате тези стойности една в друга.

Не по-рядко, особено когато се има предвид слуха на рибите, поради огромния диапазон от прагови стойности, звуковото налягане се изразява в относителни логаритмични единици децибели, db.Ако звуковото налягане на един звук Р, а другият P o, тогава те вярват, че първият звук е по-силен от втория с кdbи го изчислете по формулата:

Повечето изследователи приемат праговата стойност на човешкия слух, равна на 0,0002, като нулево отчитане на звуковото налягане P o барза честота 1000 Hz

Предимството на такава система е възможността за директно сравняване на слуха на хора и риби, недостатъкът е трудността при сравняване на резултатите, получени върху звука и слуха на рибите.

Действителните стойности на звуковото налягане, създадено от рибата, са четири до шест порядъка по-високи от приетото нулево ниво (0,0002 бар),и нивата на прага на слуха на различни риби са над и под конвенционалната нулева референтна стойност.

Ето защо, за удобство при сравняване на звуците и слуха на рибите, американските автори (Tavolga a. Wodinsky, 1963 г. и др.) Използват различна референтна система.

Нулевото референтно ниво се приема за звуково налягане от 1 бар,който е на 74 dbпо-висока от приетата досега.

По-долу е дадено приблизително съотношение на двете системи.

Действителните стойности според американска системаГрафите в текста са маркирани със звездичка.

На дълги разстояния звуковата енергия се разпространява само по меки лъчи, които не докосват океанското дъно по целия път. В този случай ограничението, наложено от средата върху обхвата на разпространение на звука, е неговото поглъщане в морска вода. Основният механизъм на поглъщане е свързан с релаксационни процеси, съпътстващи нарушаването от акустична вълна на термодинамичното равновесие между йони и молекули на соли, разтворени във вода. трябва да бъде отбелязано че главната роляпо абсорбция в широк диапазон от звукови честоти принадлежи на магнезиевата сярна сол MgSO4, въпреки че в процентно отношение съдържанието му в морската вода е много малко - почти 10 пъти по-малко от, например, каменната сол NaCl, която въпреки това не играе забележимо роля в поглъщането на звука.

Абсорбцията в морската вода, най-общо казано, е толкова по-голяма, колкото по-висока е честотата на звука. При честоти от 3-5 до поне 100 kHz, където доминира горният механизъм, поглъщането е пропорционално на честотата на степен около 3/2. При по-ниски честоти се активира нов механизъм на абсорбция (вероятно поради наличието на борни соли във водата), който става особено забележим в диапазона от стотици херца; тук нивото на абсорбция е аномално високо и намалява значително по-бавно с намаляване на честотата.

За да си представим по-ясно количествените характеристики на абсорбцията в морската вода, отбелязваме, че поради този ефект звукът с честота 100 Hz се отслабва 10 пъти на път от 10 хиляди км, а с честота 10 kHz - при разстояние от само 10 км (Фигура 2). По този начин само нискочестотни звукови вълни могат да се използват за подводна комуникация на дълги разстояния, откриване на подводни препятствия на големи разстояния и др.

Фигура 2 - Разстояния, при които звуци с различни честоти отслабват 10 пъти, когато се разпространяват в морска вода.

В областта на звуковите звуци за честотния диапазон 20-2000 Hz, обхватът на разпространение на звуци под вода среден интензитетдостига 15-20 км, а в ултразвуковата област - 3-5 км.

Въз основа на стойностите на затихване на звука, наблюдавани в лабораторни условия в малки обеми вода, може да се очакват значително по-големи диапазони. Въпреки това, в природни условияВ допълнение към затихването, причинено от свойствата на самата вода (т.нар. вискозно затихване), нейното разсейване и поглъщане от различни нехомогенности на средата също оказват влияние върху нея.

Пречупването на звука или изкривяването на пътя на звуковия лъч се причинява от хетерогенност в свойствата на водата, главно вертикално, поради три основни причини: промени в хидростатичното налягане с дълбочина, промени в солеността и промени в температурата поради неравномерни нагряване на водната маса от слънчевите лъчи. В резултат на комбинираното въздействие на тези причини скоростта на разпространение на звука, която е около 1450 м/сек за прясна вода и около 1500 м/сек за морска вода, се променя с дълбочината, а законът за изменение зависи от времето. година, време на деня, дълбочина на резервоара и редица други причини. Звуковите лъчи, излизащи от източника под определен ъгъл спрямо хоризонта, се огъват, а посоката на завоя зависи от разпределението на скоростта на звука в средата. През лятото, когато горните слоеве са по-топли от долните, лъчите се огъват надолу и се отразяват предимно от дъното, като губят значителна част от енергията си. Напротив, през зимата, когато долните слоеве на водата поддържат своята температура, докато горните слоеве се охлаждат, лъчите се огъват нагоре и претърпяват множество отражения от повърхността на водата, при което се губи много по-малко енергия. Следователно през зимата обхватът на разпространение на звука е по-голям, отколкото през лятото. Поради пречупване, т.нар мъртви зони, т.е. области, разположени близо до източника, в които няма чуваемост.

Наличието на пречупване обаче може да доведе до увеличаване на обхвата на разпространение на звука - феноменът на свръхдалечно разпространение на звуци под вода. На известна дълбочина под повърхността на водата има слой, в който звукът се разпространява с най-ниска скорост; Над тази дълбочина скоростта на звука се увеличава поради повишаване на температурата, а под тази дълбочина поради увеличаване на хидростатичното налягане с дълбочината. Този слой е вид подводен звуков канал. Лъч, който се е отклонил от оста на канала нагоре или надолу, поради пречупване, винаги се стреми да падне обратно в него. Ако поставите източника и приемника на звук в този слой, тогава дори звуци със средна интензивност (например експлозии на малки заряди от 1-2 kg) могат да бъдат записани на разстояния от стотици и хиляди километри. Значително увеличение на обхвата на разпространение на звука при наличие на подводен звуков канал може да се наблюдава, когато източникът на звук и приемникът не са непременно разположени близо до оста на канала, но, например, близо до повърхността. В този случай лъчите, пречупвайки се надолу, навлизат в дълбоководни слоеве, където се отклоняват нагоре и отново излизат на повърхността на разстояние няколко десетки километра от източника. След това моделът на разпространение на лъча се повтаря и в резултат се образува последователност от така наречените лъчи. вторични осветени зони, които обикновено се проследяват на разстояния от няколкостотин километра.

Разпространението на високочестотни звуци, по-специално ултразвуци, когато дължините на вълните са много малки, се влияе от малки нехомогенности, които обикновено се срещат в естествени водни тела: микроорганизми, газови мехурчета и др. Тези нехомогенности действат по два начина: те абсорбират и разпръскват енергията на звуковите вълни. В резултат на това с увеличаване на честотата на звуковите вибрации обхватът на тяхното разпространение намалява. Този ефект е особено забележим в повърхностния слой на водата, където има най-много нееднородности. Разсейването на звука от нехомогенности, както и неравни повърхности на водата и дъното, причинява явлението подводна реверберация, което придружава изпращането на звуков импулс: звуковите вълни, отразяващи се от набор от нехомогенности и сливайки се, пораждат удължаване на звуковия импулс, което продължава и след края му, подобно на реверберацията, наблюдавана в затворени пространства. Подводната реверберация е доста значителна намеса за редица практически приложения на хидроакустиката, по-специално за сонари.

Обхватът на разпространение на подводните звуци е ограничен и от т.нар. собствените шумове на морето, които имат двоен произход. Част от шума идва от удара на вълните върху повърхността на водата, от морския прибой, от шума на търкалящи се камъчета и др. Другата част е свързана с морската фауна; Това включва звуци, издавани от риби и други морски животни.

Ние възприемаме звуците на разстояние от техните източници. Обикновено звукът достига до нас по въздуха. Въздухът е еластична среда, която предава звука.

Обърни внимание!

Ако средата за предаване на звук се премахне между източника и приемника, звукът няма да се разпространи и следователно приемникът няма да го възприеме.

Пример:

Нека поставим будилник под звънеца на въздушната помпа (фиг. 1).

Докато има въздух в камбаната, звукът на камбаната може да се чуе ясно. Когато въздухът се изпомпва изпод камбаната, звукът постепенно отслабва и накрая става нечуваем. Без предавателна среда вибрациите на звънеца не могат да се разпространяват и звукът не достига до ухото ни. Да пуснем въздух под камбаната и да чуем отново звъна.

Обърни внимание!

Еластичните вещества провеждат звуци добре, като метали, дърво, течности и газове.

Нека поставим джобен часовник в единия край на дървена дъска и да се преместим в другия край. Като поставим ухото си до дъската, ще чуем часовника да тиктака (фиг. 2).

Завържете връв към метална лъжица. Поставете края на връвта до ухото си. Когато ударим лъжицата, ще чуем силен звук (фиг. 3). Още по-силен звук ще чуем, ако заменим струната с тел.

Обърни внимание!

Меките и порести тела са лош проводник на звука.

За да се предпази всяка стая от проникване на външни звуци, стените, подът и таванът са положени със слоеве от звукопоглъщащи материали. Като междинни слоеве се използват филц, пресован корк, порести камъни и различни синтетични материали (например полистиролова пяна), направени от разпенени полимери. Звукът в такива слоеве бързо избледнява.

Звукът се разпространява във всяка еластична среда - твърда, течна и газообразна, но не може да се разпространява в пространството, където няма вещество.

Трептенията на източника създават еластична вълна със звукова честота в неговата среда. Вълната, достигайки до ухото, засяга тъпанчето, карайки го да вибрира с честота, съответстваща на честотата на източника на звук. Вибрациите на тъпанчето се предават през осикуларната система до окончанията на слуховия нерв, дразнят ги и по този начин предизвикват усещане за звук (фиг. 4).

В газове и течности могат да съществуват само надлъжни еластични вълни. Следователно звукът се предава във въздуха надлъжни вълни, тоест редуващи се кондензации и разреждания на въздуха, идващ от източника на звук.

Звуковата вълна, както всяка друга механична вълна, не се разпространява в пространството моментално, а с определена скорост.

Гледайки стрелба, първо виждаме огън и дим, а след известно време чуваме звук от изстрел.

Знаем, че звукът се разпространява във въздуха. Ето защо можем да чуем. Никакви звуци не могат да съществуват във вакуум. Но ако звукът се предава през въздуха, поради взаимодействието на неговите частици, няма ли да се предава и от други вещества? Ще.

Разпространение и скорост на звука в различни среди

Звукът не се предава само по въздуха. Вероятно всеки знае, че ако допрете ухото си до стената, можете да чуете разговори в съседната стая. В този случай звукът се предава от стената. Звуците се разпространяват във вода и други медии. Освен това разпространението на звука в различни средиах това се случва по различни начини. Скоростта на звука варирав зависимост от веществото.

Любопитно е, че скоростта на разпространение на звука във вода е почти четири пъти по-висока от тази във въздуха. Тоест рибите чуват „по-бързо“ от нас. В металите и стъклото звукът се разпространява още по-бързо. Това е така, защото звукът е вибрация на среда и звуковите вълни се разпространяват по-бързо в по-добре проводими среди.

Плътността и проводимостта на водата е по-голяма от тази на въздуха, но по-малка от тази на метала. Съответно звукът се предава по различен начин. При преминаване от една среда в друга скоростта на звука се променя.

Дължината на звуковата вълна също се променя, когато преминава от една среда в друга. Само честотата му остава същата. Но точно затова можем да различим кой точно говори дори през стените.

Тъй като звукът е вибрации, всички закони и формули за вибрации и вълни са добре приложими към звуковите вибрации. При изчисляване на скоростта на звука във въздуха трябва също да се има предвид, че тази скорост зависи от температурата на въздуха. С повишаване на температурата скоростта на разпространение на звука се увеличава. При нормални условияскоростта на звука във въздуха е 340,344 m/s.

Звукови вълни

Звуковите вълни, както е известно от физиката, се разпространяват в еластични среди. Ето защо звуците се предават добре от земята. Като поставите ухото си на земята, можете да чуете звук от стъпки, тропот на копита и т.н.

Като дете вероятно всеки се е забавлявал да опре ухото си на релсите. Звукът от колелата на влака се предава по релсите на няколко километра. За да се създаде обратен звукопоглъщащ ефект, се използват меки и порести материали.

Например, за да се предпази стаята от външни звуци или, обратно, да се предотврати излизането на звуци от стаята навън, стаята се обработва и звукоизолира. Стените, подът и таванът са покрити със специални материали на основата на разпенени полимери. В такава тапицерия всички звуци изчезват много бързо.

Основните закони на разпространението на звука включват законите на неговото отражение и пречупване на границите на различни среди, както и дифракцията на звука и неговото разсейване при наличие на препятствия и нееднородности в средата и на границите между средите.

Диапазонът на разпространение на звука се влияе от коефициента на звукопоглъщане, тоест необратимия преход на енергията на звуковата вълна в други видове енергия, по-специално топлина. Важен факторе и посоката на излъчване и скоростта на разпространение на звука, която зависи от средата и нейното специфично състояние.

От източник на звук акустичните вълни се разпространяват във всички посоки. Ако звукова вълна премине през сравнително малък отвор, тогава тя се разпространява във всички посоки, а не се движи в насочен лъч. Например уличните звуци, проникващи през отворен прозорец в стаята, се чуват във всички точки, а не само срещу прозореца.

Характерът на разпространението на звуковите вълни в близост до препятствие зависи от връзката между размера на препятствието и дължината на вълната. Ако размерът на препятствието е малък в сравнение с дължината на вълната, тогава вълната тече около това препятствие, разпространявайки се във всички посоки.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалната си посока, тоест се пречупват. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в коя среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

При среща с препятствие по пътя си звуковите вълни се отразяват от него по строго определено правило - ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане - с това е свързано понятието ехо. Ако звукът се отразява от няколко повърхности на различни разстояния, възникват множество ехота.

Звукът се разпространява под формата на разсейваща се сферична вълна, която изпълва все по-голям обем. С увеличаване на разстоянието вибрациите на частиците на средата отслабват и звукът се разсейва. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме например да ни чуят, слагаме длани на устата си или използваме мегафон.

Дифракцията, тоест огъването на звуковите лъчи, има голямо влияние върху обхвата на разпространение на звука. Колкото по-хетерогенна е средата, толкова повече се изкривява звуковият лъч и съответно толкова по-къс е обхватът на разпространение на звука.

Разпространение на звука

Звуковите вълни могат да се разпространяват във въздух, газове, течности и твърди вещества. Вълни не възникват в безвъздушно пространство. Това е лесно да се провери от прост опит. Ако електрически звънец се постави под херметична капачка, от която въздухът е евакуиран, няма да чуем никакъв звук. Но щом капачката се напълни с въздух, се чува звук.

Скоростта на разпространение на осцилаторните движения от частица към частица зависи от средата. В древни времена воините слагаха уши на земята и по този начин откриваха кавалерията на врага много по-рано, отколкото се появи в полезрението. А известният учен Леонардо да Винчи пише през 15 век: „Ако вие, докато сте в морето, спуснете отвора на тръба във водата и доближите другия й край до ухото си, ще чуете много шума на корабите. далеч от теб."

Скоростта на звука във въздуха е измерена за първи път през 17 век от Миланската академия на науките. На един от хълмовете беше монтирано оръдие, а на другия - наблюдателен пункт. Времето се записва както в момента на изстрела (със светкавица), така и в момента на получаване на звука. Въз основа на разстоянието между точката на наблюдение и пистолета и времето на възникване на сигнала, скоростта на разпространение на звука вече не беше трудна за изчисляване. Оказа се, че е равна на 330 метра в секунда.

Скоростта на звука във водата е измерена за първи път през 1827 г. на Женевското езеро. Двете лодки са били разположени на 13 847 метра една от друга. На първия под дъното беше окачена камбана, а на втория във водата беше спуснат обикновен хидрофон (рог). На първата лодка барутът беше запален едновременно с удара на камбаната; на втората наблюдателят стартира хронометъра в момента на светкавицата и започна да чака звуковия сигнал от камбаната. Оказа се, че звукът се разпространява повече от 4 пъти по-бързо във водата, отколкото във въздуха, т.е. със скорост 1450 метра в секунда.

Скорост на звука

Колкото по-висока е еластичността на средата, толкова по-голяма е скоростта: в гумата 50, във въздуха 330, във водата 1450, а в стоманата - 5000 метра в секунда. Ако ние, които бяхме в Москва, можехме да викаме толкова силно, че звукът да достигне до Санкт Петербург, тогава щяхме да бъдем чути там само след половин час и ако звукът се разпространи на същото разстояние в стомана, тогава щеше да бъде приет след две минути.

Скоростта на разпространение на звука се влияе от състоянието на същата среда. Когато казваме, че звукът се разпространява във водата със скорост от 1450 метра в секунда, това не означава, че във всяка вода и при всякакви условия. С повишаване на температурата и солеността на водата, както и с увеличаване на дълбочината, а следователно и хидростатичното налягане, скоростта на звука се увеличава. Или да вземем стомана. И тук скоростта на звука зависи както от температурата, така и от качествения състав на стоманата: колкото повече въглерод съдържа, толкова по-твърда е и толкова по-бързо се разпространява звукът в нея.

Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни се отразяват от него строго определено правило: Ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане. Звуковите вълни, идващи от въздуха, ще бъдат почти напълно отразени нагоре от повърхността на водата, а звуковите вълни, идващи от източник, разположен във водата, ще се отразят надолу от нея.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалното си положение, т.е. пречупен. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в каква среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма от тази в първата, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

Във въздуха звуковите вълни се разпространяват под формата на разминаваща се сферична вълна, която запълва все по-голям обем, тъй като вибрациите на частиците, причинени от източници на звук, се предават на въздушната маса. С увеличаване на разстоянието обаче вибрациите на частиците отслабват. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме да ни чуят по-добре, поставяме длани на устата си или използваме мегафон. В този случай звукът ще бъде отслабен по-малко и звуковите вълни ще се разпространят по-далеч.

С увеличаване на дебелината на стената, звуковото местоположение при ниски средни честоти се увеличава, но „коварният“ резонанс на съвпадението, който причинява удушаване на звуковото местоположение, започва да се проявява при по-ниски честоти и обхваща по-широка област.