5. Распространение звуковых волн в среде. Волновое сопротивление.

Звук распространяется в любых средах, скорость его распространения не зависит от частоты колебаний, но зависит от упругости и плотности среды, а также от её температуры. В воздухе при t=0^oC . С ростом температуры скорость увеличивается. В твёрдых и жидких средах скорость звука больше. Для воды она равна 1500 м/с. Эта скорость соответствует примерно средней скорости в мягких тканях человека. Звуковая волна, встречая на своём пути тела, возбуждает в них колебания. При попадании на тело часть энергии отражается и преломляется (законы отражения и преломления звуковых волн аналогичны законам для света), часть энергии может поглотиться телом (поглощение может быть полным). Определённая часть энергии может выйти из тела. Таким образом, энергию волны можно разделить на отражённую, поглощённую, а также прошедшую через среду.

Как уже было сказано, интенсивность волны определяется звуковым амплитудным давлением и произведением , которое называется волновым сопротивлением. Волновое сопротивление – важнейшая характеристика среды, определяющая условие отражения и преломления волн на её границе. Допустим, что плоская волна падает нормально к границе раздела двух сред, интенсивность её в первой среде – I₁, интенсивность прошедшей волны во второй среде I₂. Отношение (1) называется коэффициентом проникновения звуковой волны. Это отношение () зависит от ряда факторов, в том числе и от частоты колебаний звуковой волны.

Приведём примеры усреднённых значений этого отношения для частоты 512 Гц: Окно открытое – 1; Стена кирпичная – 0,032; Войлок толщиной 2,5 см – 0,55.

Мягкие ткани обладают большим поглощением, поэтому их применяют в тех случаях, когда желательно уменьшить отражение звука от стен.

Рэлей показал, что коэффициент проникновения звука определяется формулой: , где (4)

- волновое сопротивление среды.

Наибольшее значение, которое может иметь коэффициент β, равно единице. Из (4) видно, что β=1, если . Итак, при равенстве волновых сопротивлений двух сред звуковая волна пройдёт (при нормальном падении) границу раздела без отражения. Если волновое сопротивление второй среды значительно превышает волновое сопротивление первой, то (так как ).

Примеры волнового сопротивление некоторых веществ при 20^оС:

Воздух – 440 кг^. м^-2с^-1; Бетон–4800000 кг^. м^-2с^-1; Вода–1440000 кг^. м^-2с^-1.

Для бетона .

Вывод: только очень малая часть звуковой энергии проходит из воздуха в бетон.

Такие расчёты могут быть использованы для оценки уровней интенсивности громких шумов и возможности звукоизоляции.

Устранение источников вредных звуков или ослабление их действия с помощью звукопоглощающих материалов находится под контролем санитарной службы, так как шум оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Нормально допустимый уровень интенсивности шума 40 – 50 дБ. Предельно допустимый уровень (для высоких частот) – 75 – 80 дБ и 90 – 100 дБ – для низкочастотных звуков.

Для измерения уровня интенсивности шума используют специальные приборы – шумомеры. В них звуковые колебания преобразуются в электрические. Шкала электроизмерительного прибора шумомера непосредственно проградуирована в децибелах.