Основы ФАп. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений по специальности
 Скачать 7.93 Mb.
|
|
О.Б. ПОПОВ, Ю.С. РЫСИН ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ Рекомендовано УМО по образованию в области судебного речеведения и судебной фоноскопической экспертизы в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальности судебная экспертиза МОСКВА Издательство 2008 БК 32.841. А 44 УДК 534 (03) Рецензенты: д.ю.н., профессор Россинская Е. Р., д.ю.н., д.ф.н., профессор Галяшина Е. И., д.т.н., профессор Волков А.А. О.Б. ПОПОВ, Ю.С. РЫСИН ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ Учебное пособие для студентов высших учебных заведений по специальности :… Москва. Издательство … 2008 ….стр. с ил. МОСКВА 2008 ПРЕДИСЛОВИЕ Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям: судебное речеведение , судебная фоноскопическая экспертиза, а также может быть полезно специалистам в области телерадиовещания и информационной безопасности. Главное назначение пособия – дать основные материалы из области физической и электроакустики. Пособие содержит основные теоретические материалы для подготовки студентов по дисциплине «Основы физической акустики». В пособие имеются примеры для решения практических задач и контрольные вопросы необходимые для самоподготовки студентов. Данное пособие может быть полезно также студентам, обучающимся по смежным специальностям и аспирантам. Авторы выражает большую благодарность за помощь, оказанную в подготовке учебного пособия заместителю заведующей кафедры судебных экспертиз МГЮА д.ю.н., проф. Галяшиной Е.И. зав. каф. РВ и ЭА МТУСИ проф. Венедиктову М.Д,: Принятые сокращения
ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ ГЛАВА 1. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 1.1. Определения. Основные понятия. Звук распространен в виде переменного возмущения упругой среды, т. е. в виде звуковых волн. Звуковыми колебаниями называют колебательные движения частиц среды под действием этого возмущения. Пространство, в котором происходит распространение этих волн, называют звуковым полем. Если источник возмущения известен, то пространство, в котором могут быть обнаружены звуковые колебания, создаваемые этим источником, называют звуковым полем данного источника звука. Звуковые колебания являются частным случаем механических колебаний [1, 2] Источник звука - различные колеблющиеся тела, например, туго натянутая струна или тонкая стальная пластина, зажатая с одной стороны. Как возникают колебательные движения? Достаточно оттянуть и отпустить струну музыкального инструмента или стальную пластину, зажатую одним концом в тисках, как они будут издавать звук. Колебания струны или металлической пластинки передаются окружающему воздуху. Когда пластинка отклонится, например, в правую сторону, она уплотняет (сжимает) слои воздуха, прилегающие к ней справа; при этом слой воздуха, прилегающий к пластине с левой стороны, разредится. При отклонении пластины в левую сторону она сжимает слои воздуха слева и разрежает слои воздуха, прилегающие к ней с правой стороны, и т.д. Сжатие и разрежение прилегающих к пластине слоев воздуха будет передаваться соседним слоям. Этот процесс будет периодически повторяться, постепенно ослабевая, до полного прекращения колебаний (рис. 1.1).  Рисунок 1.1. Распространение звуковых волн от колеблющейся пластинки. Таким образом, колебания струны или пластинки возбуждают колебания окружающего воздуха и, распространяясь, достигают уха человека, заставляя колебаться его барабанную перепонку, вызывая раздражение слухового нерва, воспринимаемое нами как звук. Форма звуковых колебаний зависит от свойств источника звука. Наиболее простыми колебаниями являются равномерные или гармонические колебания, которые можно представить в виде синусоиды (рис. 1.2). Такие колебания характеризуются частотой f, периодом Т и амплитудой А.  Рисунок 1.2. График простого (синусоидального) колебания Для колебаний с периодом Т длина звуковой волны, т. е. расстояние между соседними фронтами волны с одинаковой фазой колебаний между максимумами или минимумами колебания, λ = сТ, а частота колебаний f = 1/Т. Частотой колебаний называют количество полных колебаний в секунду. За единицу измерения частоты принят 1 герц (Гц). 1 герц соответствует одному полному (в одну и другую сторону) колебанию, происходящему за одну секунду. Частоты акустических колебаний в пределах 20 ... 20 000 Гц называют звуковыми (иногда вводят понятие гиперзвуковых колебаний со сверхвысокими частотами, точных границ для них нет), ниже 20 Гц — инфразвуковыми, а выше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Звуковые частоты делят на низкие, средние и высокие. Примерная граница между низкими и средними частотами составляет 200...500 Гц, между высокими и средними 2000 ... 5000 Гц. Если речь идет только об акустических процессах, то обычно прилагательное «звуковые» опускают. Амплитудой колебаний называют наибольшее отклонение колеблющегося тела от его первоначального (спокойного) положения. Чем больше амплитуда колебания, тем громче звук. Звуки человеческой речи представляют собой сложные звуковые колебания, состоящие из того или иного количества простых колебаний, различных по частоте и амплитуде. В каждом звуке речи имеется только ему свойственное сочетание колебаний различной частоты и амплитуды. Поэтому форма колебаний одного звука речи заметно отличается от формы другого, что видно на (рис. 1.3), на котором изображены графики колебаний при произношении звуков а, о и у.  Рисунок 1.3. График звуковых колебаний при произношении звуков а, о и у. Звуковые колебания в жидкой и газообразной среде являются продольными колебаниями, т. е. частицы среды колеблются вдоль линии распространения волны. В твердых средах, кроме продольных колебаний, имеют место и поперечные колебания и волны, т. е. такие, в которых частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном линии распространения волны. Направление распространения звуковых волн называют звуковым лучом, а поверхность, соединяющую все смежные точки поля с одинаковой фазой колебания частиц среды, называют фронтом волны. Фронт волны перпендикулярен звуковому лучу. В общем случае фронт волны имеет сложную форму, но в практических случаях ограничиваются рассмотрением трех видов фронта волны: плоской, сферической и цилиндрической. Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука. В разных средах и телах скорость звука различна [1, 2]. В газообразных средах скорость звука зависит от плотности среды ρ и статического атмосферного давления Рас:  Где γ— коэффициент адиабаты:  Сри Сv — теплоемкость среды при постоянном давлении и при постоянном объеме. Для газов это отношение составляет от 1,668 (для аргона) до 1,28 (для метана). Для воздуха оно равно 1,402 при 15°С и давлении 101 325 Па (760 мм рт. ст.). В жидких и твердых материалах скорость звука определяется плотностью материала р и модулем упругости Е для соответствующего вида деформации (продольные колебания, крутильные, изгибные и др.):  В (табл. 1.1) приведены значения скорости звука в некоторых газообразных и жидких средах. На (рис. 1.4) дана зависимость скорости звука и плотности воздуха от высоты над уровнем моря, а на (рис. 1.5) — зависимость ее от температуры воздуха. На высоте 10 км скорость звука составляет 90 % от скорости на уровне моря. При изменении температуры на 50° скорость звука изменяется на 10 %. Для температуры воздуха 15...20°С и давления 760 мм рт. ст. с = 340 ... 343 м/с. На (рис. 1.6) приведена зависимость длины волны λ = c / f от частоты колебаний f для частот колебаний 30...10000 Гц для температуры 20°С и атмосферного давления 760 мм рт. ст., т. е. для скорости звука, равной 343 м/с. В этом диапазоне длины волн находятся в пределах 11,4 см...34,3 см. Для частоты 1000 Гц длины звуковой волны в этих условиях равна 34,3 см. Пример. Найти длину волны на частоте 500 Гц при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. На (рис. 1.4) находим скорость звука при 0°С, она равна 330 м/с, следовательно, на частоте 500 Гц длина волны λ = 330/500 = 0,66 м = 66 см. Таблица1.1. Скорость звука и удельное акустическое сопротивление для газов и жидкостей:
 Рисунок 1.4. Зависимость скорости звука с, плотности воздуха р и удельного акустического сопротивления рс от высоты над уровнем моря для температуры 0°С (на земле)  Рисунок 1.5. Зависимость скорости звука в воздухе от температуры для нормального атмосферного давления 101 325 Па  Рисунок 1.6. Зависимость длины волны в воздухе от частоты при 20°С и нормальном атмосферном давлении 101 325 Па 1.2 Линейные характеристики звукового поля К линейным характеристикам звукового поля в жидкостях и газах относят звуковое давление, смещение частиц среды, скорость колебаний и акустическое сопротивление среды [1, 2]. Звуковым давлением в газах и жидкостях называют разность между мгновенным значением давления Ра.м в точке среды при прохождении через нее звуковой волны и статическим давлением в той же точке; т. е.  Звуковое давление — величина знакопеременная. В моменты сгущения (уплотнения) частиц среды она положительная, в моменты разрежения (расширения) среды — отрицательная. Эту величину оценивают по амплитуде или по эффективному значению. Для синусоидальных колебаний эффективное значение составляет 1/√2 = 0,701 амплитудного. Звуковое давление представляет собой силу, действующую на единицу поверхности: р = F/S В системе СИ его измеряют в ньютонах на квадратный метр (Н/м2). Эта единица называется паскалем и обозначается Па. В системах связи, вещания и в подобных системах имеют дело со звуковыми давлениями, не превышающими 100 Па, т. е. в 1000 раз меньшими атмосферного давления. Смещением называют отклонение частиц среды от ее статического положения под действием проходящей звуковой волны. Если отклонение происходит по направлению движения волны, то смещению приписывают положительный знак, а при противоположном направлении — отрицательный знак. Смещение измеряют в метрах (в системе СИ). Скоростью колебаний называют скорость движения частиц среды под действием проходящей звуковой волны: V=du/dt, где u — смещение частиц среды; t— время. При движении частицы среды в направлении распространения волны скорость колебаний считается положительной, а в обратном направлении — отрицательной. Заметим, что эту скорость нельзя путать со скоростью движения волны, которая постоянна для данных среды и условий распространения волн. Удельным акустическим сопротивлением называют отношение звукового давления P к скорости колебаний v:σ = p/v. Это справедливо для линейных условий, в частности, когда звуковое давление значительно меньше статического. Удельное акустическое сопротивление определяется свойствами среды или материала и условиями распространения волн. В табл. 1.1 и 1.2 приведены значения удельного сопротивления для ряда сред и условий, а на рис. 1.1 дана зависимость удельного сопротивления от высоты над уровнем моря. В общем случае удельное акустическое сопротивление — комплексная величина σ = ωa + iqa, где ωa и qa — активная и реактивная составляющие удельного акустического сопротивления. (Прилагательное «удельное» часто для краткости опускают.) Размерность удельного акустического сопротивления в системе СИ — Па с/м (кг/(м2 с)). Сдвиг фаз ψ между звуковым давлением и скоростью колебаний может быть определен из формулы tg ψ = qa/ωa. 1.3. Энергетические характеристики звукового поля К энергетическим характеристикам звукового поля относятся интенсивность звука и плотность энергии [1, 2]. Интенсивностью звука или силой звука называют количество энергии, проходящее в секунду через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны. Обозначают ее /. Единицей интенсивности звука является ватт на квадратный метр (Вт/м2).  Для периодических процессов гдe pиv — мгновенные значения звукового давления и скорости колебаний; Т — период колебаний. Для непериодических процессов.  Для синусоидальных колебаний интенсивность звука связана со звуковым давлением и скоростью колебаний соотношениями  Где PmиVm амплитуды звукового давления и скорости колебаний; Pa иVa — их эффективное значение; ψ- сдвиг фазмежду звуковым давлением и скоростью колебаний; σа – удельное акустическое сопротивление;ώа – активная составляющая удельного акустического сопротивления. В интервале звуковых частот наименьшая интенсивность звука, при которой возникает слуховое ощущение, называется пороговой. Эта величина зависит от частоты и имеет минимальное значение в области частот 1...3 кГц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности составляет I0= 10-12 Вт/м2 . Интенсивность звука в 10 Вт/м2 вызывает болевое ощущение в ушах человека и называется порогом болевого ощущения. Интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления и определяется по формуле:  , где р - звуковое давление, Па;- плотность среды, кг/м3; с - скорость распространения звука, м/с.1.4. Акустические уровни Так как, ухо человека воспринимает звуки в очень большом диапазоне интенсивностей от 10-12 до 10 Вт/м2 и реагирует на относительное изменение интенсивности, а не на абсолютное, то пользоваться для оценки интенсивности звука абсолютными значениями интенсивности звука или звукового давления неудобно. Поэтому принято измерять не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни N (при рассмотрение акустических шумов принято обозначать уровни шума через L) по отношений к пороговым значениям[1, 2] Iо= 10-12 Вт/м2 и ро = 2·10 -5Па. Уровень интенсивности звука можно определить в децибелах  Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то можно записать, также в дБ Np = 10lg (p/p0), где: р - величина звукового давления в точке измерения, Па; р0 = 2·10-5 Па - пороговая величина звукового давления. Наконец, можно оценивать мощность звука в ваттах. Тогда запишем NP = 10lg (P/P0), где P- звуковая мощность, Вт ; P0= 10-12 Вт - пороговое значение мощности звука. Диапазон уровней слышимых звуков составляет примерно 120 дБ. Изменения уровня звукового давления меньше 1 дБ практически на слух не воспринимаются. Наряду с объективными параметрами - уровнями интенсивности звука в акустике используются субъективные параметры - уровни громкости, являющиеся мерой слухового ощущения  где I1000 - интенсивность тона частоты 1000 Гц, равногромкого данному звуку. В отличие от уровня интенсивности звука уровни громкости отсчитываются от порога слышимости на данной рассматриваемой частоте, а не от порога слышимости на частоте 1000 Гц. По этой причине числовые значения уровней громкости, как правило, ниже числовых значений уровней интенсивности звука. Чтобы отличить эти два понятия, уровни громкости выражают не в децибелах, в иных величинах - фонах. В некоторых руководствах для выражения уровня громкости используются обозначения дБА. Этот символ обозначает, что уровни громкости измеряются шумомерами, в которых для имитации частотных свойств слуха используется фильтр типа А, который имитирует свойства слуха при тихих звуках с уровнем громкости L =40 фон. Его применяют при измерении звуков, в том числе шумов с уровнями громкости от 20 до 55 фон. Следует указать на некорректность использования фильтра типа А при измерении больших шумов. Фильтр типа В используют при уровнях громкости от 55 до 85 фон. При больших громкостях (L > 85 фон) необходимо применять фильтр типа С с практически горизонтальной амплитудно-частотной характеристикой. При оценке интенсивности шумов пользуются понятием предельного спектра (ПС). Уровни громкости акустических шумов сравнивают с нормами, выраженными номером предельного спектра. В этом понятии выражена интенсивность звука и спектральное распределение её мощности. Номер предельного спектра численно равен уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Предельные спектры даны в Санитарных нормах. Общий или корректированный уровень громкости шума измеряется по частотной характеристике шумомера типа А и обозначается LА, дБА. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного шума на рабочих местах уровень шума выражают в дБА. Для оценки непостоянного шума используется относительная доза шума (ГОСТ 12.1.003 - 83) или эквивалентный уровень громкости Lаэкв. Величина Lаэкв определяется (рассчитывается) на основании измерения уровней громкости в дБА в течение наиболее шумного получаса. Эквивалентный уровень громкости рассчитывается по формуле (ГОСТ 20444-75 Потоки) транспортные в населенных пунктах. (Метод определения шумовой характеристики):  где: Li - средний уровень громкости звука класса i в дБА, измеряемый шумомером; fi- время воздействия шума класса I в процентах от общего времени измерения. Пример. Интенсивность звука равна 2х10-4 Вт/м2. Найти уровень интенсивности:  1.5. Плоская волна Фронт плоской волны — плоскость, звуковые лучи идут параллельно друг другу. Энергия в плоской волне не расходится в стороны, интенсивность звука практически не зависит от расстояния, прошедшего волной, если пренебречь потерями на вязкость среды, молекулярное рассеяние, турбулентное затухание и дифракцию волн [1, 2]. Амплитуды звукового давления и скорости колебаний в этом случае также не зависят от расстояния, прошедшего волной. Интенсивность звука в плоской волне I = PmVm/2 = PaVa = (Pa)2/(ρc), где Paи Va — эффективные значения звукового давления и скорости колебаний. 1.6. Сферическая волна Фронт сферической волны представляет собой сферу, в центре которой находится источник колебаний, а звуковые лучи совпадают с радиусами сферы. Полная мощность звука, исходящая из источника звука и расходящаяся по всем направлениям, не изменяется по величине с удалением от источника звука. Если пренебречь потерями на вязкость среды и молекулярное рассеяние, т. е. Ра= const. Интенсивность звука с удалением от источника звука уменьшается по квадратичному закону Ir = I1/r2, где I1— интенсивность звука на расстоянии единицы длины от центра источника звука; r— расстояние фронта волны от этого центра. Звуковое давление для сферической волны с расстоянием уменьшается по гиперболическому закону Pr = P1/r, гдеP1 — звуковое давление на расстоянии единицы длины от центра источника звука. Интенсивность звука в сферической волне связана со звуковым давлением следующим соотношением: I=(Pm)2/(2ρc)=(Pa)2/(ρc), где Pa — эффективное значение звукового давления;Pm — амплитудное значение звукового давления [1, 2,3] . 1.7. Цилиндрическая волна Для цилиндрической волны фронт волны имеет круглую цилиндрическую форму, ось цилиндра совпадает с осью источника звука, а радиусы цилиндра — со звуковыми лучами (если источник звука имеет бесконечную длину). Интенсивность звука в цилиндрической волне с расстоянием от источника звука убывает по гиперболическому закону Ir = I1/r , а звуковое давление — по закону Pr = P1/√r. Цилиндрическая волна имеет место при озвучении пространства с помощью длинных прямолинейных цепочек громкоговорителей 1.8. Интерференция волн Интерференция звуковых волн возникает при одновременном распространении двух или нескольких волн, распространяющихся в разных направлениях. Наибольший интерес имеет случай, когда две звуковые волны с одинаковыми амплитудами распространяются в противоположных направлениях, т. е. образуется стоячая волна с пучностями и узлами. Расстояния между соседними узлами, как и расстояния между соседними пучностями, равны половине длины волны (рис. 1.7), а между пучностью и соседним узлом — четверти волны. В пучности давления амплитуда звукового давления равна удвоенной амплитуде бегущей волны, в узле амплитуда равна нулю. Пучности давления и пучности скорости колебаний не совпадают друг с другом, а находятся на расстоянии четверти длины волны (рис. 1.7, а и б). Точно так же в пучности скорости колебаний амплитуда ее получается удвоенной [1, 2 , 3]. В стоячих волнах поток энергии равен нулю, поэтому их характеризуют или плотностью энергии, или квадратом звукового давления. При неодинаковых амплитудах прямой и обратной волн стоячая волна образуется из обратной волны и части прямой, по амплитуде равной амплитуде обратной волны. Остальная часть прямой волны образует бегущую волну (рис. 1.8, в). Амплитуда ее по звуковому давлению Pбег = Рпр – Робр     Рисунок 1.7. Распределение амплитуд звукового давления и скорости колебаний при интерференции: а — для одинаковых амплитуд звукового давления; б — для скорости колебаний; в —для неодинаковых амплитуд звукового давления.    Рисунок 1.8. Распределение амплитуд звукового давления при отражении с различным сдвигом фаз: а — без сдвига фаз: б — со сдвигом фаз на 900; в — со сдвигом фаз на 1800 В пучности такой комбинации волны амплитуды обеих волн складываются Pmax= Рпр + Робр, в узле — вычитаются; Pmin= Рпр - Робр. Если известны значения амплитуд давлений в пучности и узле, то Робр/Рпр = (Pmax – Pmin)/ (Pmax – Pmin) = (1 - δ)/(1 + δ), а Pmin/Pmax = δ, где δ — коэффициент бегущей волны, этом случае поток энергии создается только бегущей волной. Плотность энергии состоит из двух составляющих — плотности бегущей волны и плотности стоячей волны: ε=εбег+εст 1.9. Отражение волн Если звуковая волна встречает на своем пути какое-либо препятствие или другую среду с иными параметрами, то происходит отражение звуковой волны. Законы отражения звуковых волн аналогичны законам отражения световых волн: угол падения φ1 равен углу отражения φ2 (рис. 1.9). Эффективность отражения характеризуют коэффициентом отражения. В акустике коэффициентом отражения называют отношение интенсивности отраженной звуковой волны Iотр к интенсивности падающей волны Iпад т. е. коэффициент отражения αотр = Iотр/Iотр  Рисунок 1.9. Иллюстрация отражения волн Эффективность отражения зависит от степени различия акустических сопротивлений обеих сред: если падающая волна имеет звуковое давление Рпад, то звуковое давление в отраженной волне, Ротр = Рпад(σпад-σотр)/(σпад+σотр) = Рпадβexp(iφ) где σотр и σпад — удельные акустические сопротивления среды отражающей и среды, в которой рассматриваются явления отражения; β— модуль коэффициента отражения по давлению; φ— сдвиг фаз в волнах давления при отражении. При отражении получается сдвиг фаз между звуковыми давлениями падающей и отраженной волн. Если сопротивления обеих сред активны, то сдвиг фаз равен или нулю: (когда сопротивление отражающей средь больше сопротивления первичной среды), или 180° (когда сопротивление отражающей средь меньше сопротивления первичной среды) Если одно или оба акустических сопротивления имеют реактивные составляющие,сдвиг фаз получается между 0 и 180°. Коэффициент отражения по интенсивности определяется по формуле [1, 2 , 3]:  1.10. Преломление звука Звуковая волна, падая на поверхность раздела двух сред, как и световая волна, частично проходит в другую среду. При этом происходит преломление волны, т. е. если волна падает на поверхность раздела под углом φ1, то в следующей среде направление движения волны (звукового луча) будет под углом φ2. Отношение угла падения к углу преломления.  Рисунок 1.10. Иллюстрация преломления волн определяется отношением скоростей распространения звуковых колебаний в этих средах: sinφ1/sinφ2 = c1/c2, где с1 и с2 — скорости звука в обеих средах [1, 2 , 3]. Если удельные акустические сопротивления обеих сред близки друг к другу, то почти вся энергия перейдет из одной среды в другую, а если при этом среды (или материалы из них) будут иметь разные скорости звука, то можно сделать акустические линзы из таких материалов. Если среда имеет переменные параметры (например, атмосферное давление и плотность), то происходит изгиб звуковых волн, например, для горизонтального распространения волны при постепенном увеличении скорости звука с высотой звуковой луч будет изгибаться вниз, при уменьшении — вверх. На изгиб звуковых волн сильно влияют ветер и потоки воздуха в различных направлениях (рис.1.11).  Рисунок. 1.11. Траектория звукового луча при распространении его вдоль земной поверхности, если скорость звука изменяется с высотой. 1.11. Дифракция волн Если размеры препятствия имеют величину меньше длины звуковой волны или волна падает близко к краю препятствия (по сравнению с длиной волны), то волна дифрагирует вокруг препятствия (рис. 1.12).  Рисунок 1.12. Иллюстрация дифракции звуковых волн 1.12. Затухание волн В реальных средах звуковые волны затухают вследствие вязкости среды и молекулярного затухания [1, 2 , 3]. На (рис. 1.13) приведены зависимости затухания звуковых волн из-за вязкости при распространении их в сухом воздухе (от частоты колебаний и температуры). Звуковые волны затухают при распространении вдоль поглощающей поверхности. При этом чем больше коэффициент поглощения этой поверхности, тем большее затухание она вносит в распространяющуюся волну. В зависимости от частоты затухание растет с увеличением длины волны (уменьшением частоты). Например, при распространении звуковой волны касательно к поглощающей поверхности (например, публики) происходит значительное затухание звука. Так, на частоте 800 Гц звуковое давление уменьшается по квадратичному закону вместо гиперболического. Точнее, на этой частоте звуковая волна испытывает дополнительное затухание на 21 дБ при десятикратном изменении расстояния (общее затухание получается равным 41 дБ). На частоте 250 Гц дополнительное затухание составляет 3 дБ, а на частоте 6400 Гц — 8 дБ. Особо следует сказать о законах распространения звука на большие расстояния (свыше 1 км). Оказалось, что кроме «классического» затухания, учитывающего влияние вязкости среды и молекулярного затухания, более существенную роль играет затухание из-за турбулентности воздуха. Это затухание определяется ветром и в немалой степени потоками воздуха в вертикальном направлении (из-за разности температур земли и воздуха, а также разности давлений по высоте). По одним данным это затухание определяется экспоненциальной функцией, а по другим — специальными экспериментальными кривыми.  Рисунок 1.13. Зависимость вязкого затухания плоской звуковой волны в сухом воздухе от частоты и температуры (указана на прямых) Контрольные вопросы к главе 1 1. Что такое звуковые колебания? 2. Что такое звуковая волна? 3. Что такое звуковое поле? 4. Какова скорость распространения звука в различных средах? 5. Каковы линейные характеристики звукового поля? 6. Каковы энергетические характеристики звукового поля? 7. Что такое интенсивность звука? 8. Как определяется уровень интенсивности звука? 9. Что такое эквивалентный уровень звука? 10.Как шум классифицируется по характеру спектра? 11.Как шум классифицируется по временным характеристикам? 12.Какие единицы измерения звука вы знаете? 13.Дайте определение интенсивности звука. 14.Чему равен порог слышимости по интенсивности? 15.Чему равен порог слышимости по звуковому давлению? 16.Как определяется эквивалентный уровень звука? 17.Что такое плоская волна? 18.Что такое сферическая волна? 19.Что такое цилиндрическая волна? 20.Что такое интерференция волн? 21.Что такое дифракция волн? 22 Что такое преломление волн? 23.Что такое отражение волн? 24.Что такое затухание волн? |