1.2.5. Акустические характеристики среды распространения.

Важнейшими характеристиками среды являются плотность , скорость звука или скорости продольных и поперечных волн, а также коэффициенты поглощения звука , если учитываются потери на распространение в реальной среде. Как правило, при рассмотрении волновых процессов, происходящих в ограниченных объёмах, плотность и скорость звука являются некоторыми константами. При рассмотрении глобальных процессов, происходящих, например, в земной атмосфере, в океане или земной коре, необходимо учитывать пространственную изменчивость акустических характеристик среды распространения.

Атмосферная акустика.

В земной атмосфере давление и плотность имеют существенную вертикальную изменчивость, упорядоченную силами гравитации, и связаны уравнением состояния, скорость звука также является сложной функцией высоты:

Для адиабатической атмосферы плотность и давление (атмосферное) изменяются по закону:

, ,

- адиабатическая и изотермическая скорости звука, - абсолютная температура, - газовая постоянная, однако, реальное состояние атмосферы не является строго адиабатическим. Неоднородность атмосферы по скорости звука приводит к рефракции звуковых лучей. В пределах гомосферы ( км.) состав атмосферы постоянен ( -азот, , -аргон), в гетеросфере состав меняется и преобладающими становятся гелий и водород.

Гидроакустика.

Неоднородность морской среды по скорости звука также весьма существенна, хотя её плотность меняется незначительно из-за малой сжимаемости воды. Существует множество эмпирических формул, описывающих изменчивость скорости звука в зависимости от температуры , давления и солёности , простейшая из них была предложена Вудом:

, где измеряется в , - в промиллях , - в атмосферах, скорость в .

- градиент скорости вблизи дна, в той же точке.

- уравнение состояния.

Сложная зависимость скорости звука от параметров , характеризуемая профилем вертикального распределения скорости , приводит к рефракции звуковых лучей, а в некоторых случаях к формированию подводного звукового канала (ПЗК) или приповерхностного звукового канала (ППЗК).

Геоакустика.

Наиболее сложным оказывается распределение скорости звука, продольной и поперечной составляющих, в земной коре, мощность которой составляет км. Как правило, с увеличением глубины плотность пород, слагающих земную кору, растёт, растут и скорости звука с градиентом .

Методами сейсмической томографии выявлена и акустическая структура Земли с характерным распределением скоростей с глубиной.

Оболочка А состоит из ОС - осадочного слоя, МС – метаморфического слоя, ПС – промежуточного слоя, ГС – гранитного слоя, БС –базальтового слоя. - граница Мохоровича , - техносфера.

Оболочка В - подкорковая зона (верхняя мантия), – зона Булленса (ВМСБ), слой Гутенберга км. (ВМСГ), пониженные .

Оболочка С - переходная зона аномального возрастания скоростей , средняя мантия (слой Голицына).

Оболочка - зона нормального возрастания скоростей за счёт давления, слой Вихерта (1896г.).

Оболочка - зона постоянных скоростей (пограничная зона).

Оболочка Е - внешнее жидкое ядро.

Оболочка - затвердевающий слой ядра.

Оболочка G - твёрдое ядро.

Лунный грунт

Наиболее экзотическими оказались акустические характеристики лунного грунта. Верхний слой мощностью образует зону малой скорости с параметрами: и высокой добротностью , тогда как нижележащие слои характеризуются постоянством параметров вплоть до глубины (мантия).

Максимальные и минимальные значения скорости звука приведены в таблице:

газы	жидкости	тв. тело
		лунный грунт		алмаз		луна
	фреон
	глицерин

Водолазы используют гелиевые смеси с высокой скоростью звука, что приводит к искажениям речи, т.к. спектр собственных частот органов речи повышается.