6-1-воротников

Дифракция на большом препятствии

Дифракция на малом препятствии

Рефракция звука

Следствием преломления волны является рефракция, т.е. искривление звуковых лучей в неоднородной среде, в которой скорость звука зависит от координат, градиента температуры и пр.

С ростом высоты температура T обычно понижается и скорость звука уменьшается, поэтому лучи от источника звука, находящегося вблизи земной поверхности, загибаются кверху, что приводит к образованию «зоны молчания» (рис. 42, а).

с k T

а

в

Рис. 42. Рефракция звука, вызванная градиентом температуры (а), подводный звуковой канал (б), (в)

Возможны ситуации, когда из-за градиента температуры в атмосфере образуется слой температурной инверсии, приводящий к увеличению скорости звука с высотой. Тогда, первоначально отклонившаяся вверх звуковая волна снова отклонится к поверхности Земли и возникнет «звуковой канал» через который возможны прием и передача сверхдальних звуковых

сигналов (рис. 42, б, в).

Звуковые лучи всегда поворачивают к слою с меньшей скоростью звука, при этом рефракция выражена тем сильнее, чем больше градиент скорости звука.

Акустические свойства среды

Распространение звуковых волн определяется главным образом акустическими свойствами среды:

•упругостью (модулями объемной упругости K, Юнга E и сдвига G);

•плотностью ;

•характеристическим импедансом Z;

•затуханием (коэффициентом ).

Тип возникающей в среде волны зависит от характеристики среды (рис. 43).

Типы звуковых волн

Рис. 43. Схема распространения поперечных (а) и продольных (б) волн, схема формирования ПАВ (в)

Акустические характеристики среды

Наличие границ, а также неоднородностей в среде распространения волн приводит к появлению эха и реверберации, возникновению зависимости скорости звука от частоты (дисперсии скорости звука).

Некоторые характеристики сред приведены в табл. 2.

Затухание сигнала

Затухание звукового сигнала представляет собой уменьшение амплитуды u и, следовательно, интенсивности J звуковой волны по мере ее распространения (рис. 44, б):

При анализе затухания звуковых волн расходящееся от излучателя волновое поле рассматривают

в двух зонах: ближней (зоне Френеля) и дальней (зоне Фраунгофера).

Рассеяние и поглощение звука определяют потери энергии в среде. При поглощении звуковая энергия переходит в другие формы, в том числе, тепловую, а при рассеянии остается звуковой, но

теряет направленность в результате отражений от неоднородностей среды.

Коэффициент поглощения п — это величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в 2,718 раз. Поглощение звука в среде пропорционально квадрату

частоты, поэтому, затухание ультразвуковых волн существенно выше, чем звуковых.

Ослабление сигнала

В качестве интегральной оценки ослабления сигнала в звуковой локации используют представление о коэффициенте ослабления (рис. 45):

где Pпр, Pизл — соответственно мощности сигнала приемника и излучателя.

Коэффициент ослабления звука для различных материалов, приведен ниже:

Звукопоглощением называется отсутствие отражения акустических колебаний от преграды назад в воздушную среду.

Модель образования звуковой волны на границе сред

Число Маха

Число Маха M (рис. 46, а) представляет собой отношение скорости течения v в данной точке газового потока к местной скорости распространения звука c в движущейся среде (предложено Якобом Аккеретом в 1929 г. ): v

M c .

Рис. 46. Австрийский физик (а), преодоление самолетом звукового барьера (б)

При движении источника со скоростью меньшей звуковой возникает эффект Доплера.

Вгазовой среде при наличии звуковых полей большой интенсивности возникают акустические течения – «звуковой ветер». Акустические течения всегда имеют вихревой характер.

Вакустике используют понятие акустического числа Маха

Mа = v/c = /

- плотность среды.

Значение Mа = 1 ограничивает область применения линейных уравнений распространения звука.

В линейных средах упругая волна представляет собой продольную волну с чередующимися областями сжатия и разрежения среды (рис. 46, б).

Иллюстрация эффекта Доплера