§ 27. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Звуковые колебания, воспринимаемые человеческим ухом, имеют частоты, лежащие в пределах от 20 до Гц; частоты, меньшие 20 Гц, называются инфразвуковыми, а большие — ультразвуковыми.

При распространении в воздухе гармонической звуковой волны избыточное давление или избыточная плотность изменяются по формулам:

(если только малы по сравнению с Избыточное давление иногда просто называют «звуковым давлением» (не смешивать с давлением звука на препятствия), а амплитудой звуковой волны.

Интенсивностью или силой звука называют количество энергии, проносимое звуковой волной в единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения; согласно формулам (5.15) и (5.13), интенсивность звука равна

Амплитуды смещения, скорости и ускорения частиц среды при их колебательном движении в звуковой волне, а также можно выразить через интенсивность звука; так как то

Интенсивность звука выражается также через так называемое эффективное звуковое давление

Произведение скорости звука в данной среде на плотность среды является важнейшей акустической характеристикой среды и

называется удельным акустическим сопротивлением. Эта величина входит во все важнейшие расчетные формулы акустики. Например, при перпендикулярном падении звука на границу двух сред коэффициент показывающий, какая часть звуковой энергии отражается от этой границы, равен

Для воздуха при нормальных условиях для воды поэтому коэффициент отражения звука на границе между водой и воздухом равен . В неоднородной среде, например в атмосфере, состоящей из множества слоев с различными удельными акустическими сопротивлениями, звук частично отражается от границ каждого слоя и поэтому быстро рассеивается в этой среде. В однородной атмосфере звук рассеивается меньше и поэтому слышен далеко. Для твердых тел удельные акустические сопротивления имеют более высокие значения [железо — кварц — ].

Согласно формуле (5.24), интенсивность звука при данной амплитуде обратно пропорциональна удельному акустическому сопротивлению среды, а квадрат амплитуды звуковой волны при данной интенсивности звука прямо пропорционален этому сопротивлению.

При переходе звука из одной среды в другую частота звука остается неизменной, но длина волны изменяется пропорционально скорости распространения:

Например, если из воздуха в воду проходит звуковая волна частоты Гц, то длина волны в воздухе а в воде