РАЗДЕЛ 1. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

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 обнаружен звуковые колебания, создаваемые этим источником, называют звуковым полем данного источника звука. Звуковые колебания являются частным случаем механических колебаний,

Звуковые колебания в жидкой и газообразной средах 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 колебания частиц среды, называют фронтом волны. Фроцт 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.

В газообразных средах скорость звука зависит от плотности среды и статического атмосферного давления

где у коэффициент адиабаты; теплоемкость среды при постоянном давлении и при постоянном объеме. Для тазов это отношение составляет от 1,668 (для аргона) до 1,28 (для метана). Для воздуха оно равно 1,402 при 15°С и давлении В жидких и твердых материалах скорость звука определяется плотностью материала и модулем, упругости для соответствующего вида деформации (продольные колебания, крутильные, изгибные и др.

В табл. 1.1 приведены значения скорости звука в некоторых газообразных и жидких средах, а в табл. 1.2 — в твердых средах и телах, в последних — для случая продольных колебаний в стержня. На рис. 1,1 дана зависимость скорости звука и плотности воздуха от высоты над уровнем моря, а на рис. 1.2 зависимость ее от температуры воздуха. На высоте скорость звука составляет от скорости на уровне моря рис. 1.1). При изменении температуры на 50° скорость звука изменяется на (см. рис. 1.2). Для температуры воздуха и давления

Таблица 1.1. (см. скан) Скорость звука и удельное акустическое сопротивление для газов и жидкостей

Для колебаний с периодом длина Звуковой волцц, т. е. расстояние между соседними фронтамц волны с одинаковой фазой

Таблица 1 (см. скан) Скорость звука и удельное акустическое сопротивление для твердых тел и материалов

колебаний, например, между максимумами или минимумами колебания, а частота колебаний Частоты акустических колебаний в пределах Гц называют звуковыми, ниже 20 Гц — инфра-звуковыми, а выше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Звуковые частоты делят на низкие, средние и высокие. Примерная граница между, низкими и средними частотами составляет Гц, между высокими и средними Гц. Если речь идет только об акустических процессах, то обычно прилагательное «звуковые» опускают.

На рис. 1.3 приведена зависимость длины волны от частоты колебаний для частот колебаний Гц для температуры 20°С и атмосферного давления т. е. для скорости звука, равной В этом диапазоне длины волн находятся в пределах 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

На рис. 1.2 находим скорость звука при она равна следовательно, на частоте 500 Гц длина волны см.

Рис. 1.1. Зависимость скорости звука с, плотности воздуха и удельного акустического сопротивления от высоты над уровнем моря для температуры 0° С (на земле)

Рис. 1.2. Зависимость скорости звука в воздухе от температуры для нормального атмосферного давления 101 325 Па

Рис. 1.3. Зависимость длины волны в воздухе от частоты при 20° С и нормальном атмосферном давлении 101 325 Па