Физическая сущность звука. Классификация звуковых волн. Параметры звукового поля

Страницы работы

Содержание работы

Физическая сущность звука

Действие гидроакустических приборов основано на явлении распространения звуковых волн в жидкости. В связи с этим теорию ГА можно определить как теорию распространения звуковых (акустических) волн в морской воде, как теорию излучения звуковых волн и как теорию приема звуковых волн.

В настоящее время существует несколько методов изучения этих явлений. Наиболее полное представление о распространении ГАВ даёт волновая гидроакустика, основанная на законах гидромеханики. При изучении гидроакустических приборов наиболее полное представление дает геометрическая ГА без больших математических выводов.

При изучении гидроакустических приборов мы будем использовать обе.

Устройства для создания ГАВ в морской воде называются гидроакустическими вибраторами – излучателями.

Устройства для приема ГАВ называются гидроакустическими антеннами.

Во всех современных эхолотах применяются только гидроакустические антенны.

ЭХОЛОТ измеряет глубину под килем судна. Принцип его работы основан на измерении времени прохождения звуковой волной расстояния от днища судна в направлении дна и обратно, и пересчета измеренного звукового интервала в значение глубины с дальнейшие регистрацией в электронном виде или в виде отметки на бумаге.

Волновая гидроакустика.

Звук, как физический процесс, представляет собой частный случай механических колебаний частиц упругойматериальнойили другой среды (морской воды).

В процессе колебаний колебательная система будет передавать часть своей энергии окружающим ее частицам морской воды. Последние можно представить как твердые элементы, которые связаны между собой упругими связями.

Частицы среды взаимосвязаны. В реальных условиях внутри среды действуют не только силы упругости, но и силы внутреннего трения, поэтому после исчезновения возмущающего воздействия эти колебательные движения быстро затухают.

Смещение частиц характеризуется величиной ξ (кси) или СМЕЩЕНИЕМ частиц.

Отклонение от своего положения равновесия

Если возмущающая сила носит периодический характер, то процесс распространения волн будет гармоническим.

Пространство, на котором проявляются акустические процессы называется звуковым полем.

Следует иметь ввиду, что для акустического поля, если отклонения частиц малы по сравнению со стационарными отклонениями, то можно применить метод СУПЕРПОЗИЦИИ (складываем 2 простых процесса и рассматриваем как один или наоборот).

К мощным звуковым полям принципы суперпозиции неприемлем, т.к. возникает взаимодействие звука излученного со звуком отраженным, при этом возникают различные нелинейные эффекты, искажающие звуковое поле. В этом случае применяется нелинейная акустика.

Классификация звуковых волн.

Звуковые волны различаются по виду, форме и частоте. В частности можно назвать 3 вида волн:

- продольные;

- поперечные;

- смешанные.

В жидкости, где невозможны деформации сдвига могут распространяться только продольные волны.

Форма звуковой волны определяется видом фронта звуковой волны.

ФРОНТОМ волны называют некоторую воображаемую поверхность, все точки которой колеблются в одинаковой фазе.

Линии, нормальные фронту волны, совпадающие с направлением ее распространения, называют ЗВУКОВЫМИ лучами.

Звуковые волны могут быть правильной и неправильной формы. К первым относятся сферические, цилиндрические и плоские волны.

В зависимости от частоты колебания акустические волны подразделяются на :

- инфразвуковые – менее 16 Гц;

- звуковые – 16 ÷ 20000 Гц;

- ультразвуковые – более 20 кГц.

Геометрическая акустика

При определенных условиях гидроакустика позволяет пренебречь волновой характеристикой звука, а вместо волны рассматривать перемещение её фронта или её элементарного участка вдоль её луча.

Основные положения этого метода разработал канадский ученый Гюйгенс применительно к распространению звука исходя из господствующей тогда корпускулярной теории Ньютона.

Геометрическая акустика хорошо согласуется с волновой теорией, если акустическая неоднородность не ощущается в пределах длины волны.

Параметры звукового поля

Распространение звука в морской воде представляет собой сложный процесс, сопровождающийся различными физическими явлениями:

1. Частицы жидкости не увлекаются звуковой волной; они лишь совершают колебательные движения относительно своего положения равновесия, передавая возмущения соседним частицам.

2. Скорость звука C не равна скорости U колебания частиц среды; она совпадает со скоростью передачи возмущения.

Скорость звука = скорости передачи возмущения.

Колебательная скорость – совсем другое.

3. При распределении возмущения в звуковом поле образуется правильно чередующийся ряд сгущений и разряжений жидкости. Этот процесс сопровождается изменением давления и плотности среды.

Звуковой процесс (ЗП) – это волновой процесс, поэтому можно ввести понятие звуковой волны и характеризовать звуковую волну некоторыми параметрами:

1. Одной из главных характеристик ЗП является звуковое давление, которое определяется формулой:

Р = Р1 – Р0

где Р1 – давление  при наличии источника звука;

Р0 – статическое давление при отсутствии ЗВ;

Р – избыточное давление.

2. Колебательная скорость:

где U – величина смещения частиц относительно положения равновесия.

Похожие материалы

Информация о работе