Ձայնային դաշտը և դրա բնութագրերը: Ձայնային դաշտը և դրա ֆիզիկական բնութագրերը

Ձայնային դաշտը հասկացվում է որպես տարածության այն սահմանափակ տարածք, որում տարածվում է հիդրոակուստիկ հաղորդագրություն: Ձայնային դաշտը կարող է գոյություն ունենալ ցանկացած առաձգական միջավայրում և ներկայացնում է իր մասնիկների թրթռումները, որոնք առաջանում են արտաքին անհանգստացնող գործոնների ազդեցությամբ: Միջավայրի մասնիկների ցանկացած այլ պատվիրված շարժումից այս գործընթացի տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ փոքր խանգարումներով ալիքների տարածումը կապված չէ հենց նյութի փոխանցման հետ: Այլ կերպ ասած, յուրաքանչյուր մասնիկ տատանվում է այն դիրքի համեմատ, որը զբաղեցնում էր մինչ խանգարումը:

Իդեալական առաձգական միջավայրը, որտեղ ձայնային դաշտը տարածվում է, կարող է ներկայացվել որպես առաձգական կապերով միմյանց հետ կապված բացարձակապես կոշտ տարրերի մի շարք (նկ. 2.2): Այս միջավայրի տատանվող մասնիկի ներկայիս վիճակը բնութագրվում է նրա տեղաշարժով U՝ հավասարակշռության դիրքի, տատանման արագության v և տատանումների հաճախականության նկատմամբ։ Տատանողական արագությունը որոշվում է մասնիկների տեղաշարժի առաջին անգամ ածանցյալով և հանդիսանում է դիտարկվող գործընթացի կարևոր բնութագիրը: Որպես կանոն, երկու պարամետրերն էլ ժամանակի ներդաշնակ ֆունկցիաներ են։

Մասնիկ 1 (Նկար 1.1)՝ իր հավասարակշռության դիրքից տեղաշարժված U քանակով,
առաձգական կապերի կտրումը ազդում է այն շրջապատող մասնիկների վրա, ինչը հանգեցնում է դրանց տեղաշարժի: Արդյունքում դրսից բերված անհանգստությունը սկսում է տարածվել մրցավազքի մեջ։
դիտված միջավայր. Եթե ​​1-ին մասնիկի տեղաշարժի փոփոխության օրենքը որոշվում է U U sint հավասարությամբ, որտեղ Um-ը մասնիկի տատանման ամպլիտուդն է, իսկ ՝ տատանման հաճախականությունը, ապա մյուս i-ի շարժման օրենքը. մասնիկները կարող են ներկայացվել հետևյալ կերպ.

Ui Umi sin(t i), (2.1)

որտեղ Umi-ն i-րդ մասնիկի թրթիռի ամպլիտուդն է, i-ն այս թրթռումների փուլային տեղաշարժն է: Քանի որ մենք հեռանում ենք միջավայրի գրգռման աղբյուրից (մասնիկ 1), Umi տատանումների ամպլիտուդների արժեքները կնվազեն էներգիայի ցրման պատճառով, իսկ փուլային տեղաշարժերը i կավելանան գրգռման տարածման սահմանափակ արագության պատճառով: Այսպիսով, ձայնային դաշտը կարելի է հասկանալ նաև որպես միջավայրի տատանվող մասնիկների մի շարք։

Եթե ​​ձայնային դաշտում ընտրում ենք մասնիկներ, որոնք ունեն նույն տատանման փուլը, ապա ստանում ենք կոր կամ մակերես, որը կոչվում է ալիքի ճակատ։ Ալիքի ճակատը որոշակի արագությամբ անընդհատ հեռանում է խանգարման աղբյուրից, որը կոչվում է ալիքի ճակատի տարածման արագություն, ալիքի տարածման արագություն կամ պարզապես ձայնի արագություն տվյալ միջավայրում։ Նշված արագության վեկտորը դիտարկվող կետում ուղղահայաց է ալիքի ճակատի մակերեսին և որոշում է ձայնային ճառագայթի ուղղությունը, որով տարածվում է ալիքը: Այս արագությունը զգալիորեն կախված է միջավայրի և դրա հատկություններից ներկա վիճակը. Ծովում ձայնային ալիքների տարածման դեպքում ձայնի արագությունը կախված է ջրի ջերմաստիճանից, խտությունից, աղիությունից և մի շարք այլ գործոններից։ Այսպիսով, ջերմաստիճանի 1 0C-ով բարձրացման դեպքում ձայնի արագությունը մեծանում է մոտավորապես 3,6 մ/վրկ-ով, իսկ խորության 10 մ-ով ավելանում է մոտավորապես 0,2 մ/վ: Միջին հաշվով, ծովային պայմաններում ձայնի արագությունը կարող է տատանվել 1440 – 1585 մ/վ-ի սահմաններում: Եթե ​​միջավայրը անիզոտրոպ է, այսինքն. ունենալով տարբեր հատկություններ անկարգության կենտրոնից տարբեր ուղղություններով, ապա ձայնային ալիքի տարածման արագությունը նույնպես տարբեր կլինի՝ կախված այս հատկություններից։

Ընդհանուր առմամբ, հեղուկի կամ գազի մեջ ձայնային ալիքի տարածման արագությունը որոշվում է հետևյալ արտահայտությամբ.

s  K, (2.2) 0

որտեղ K-ը միջավայրի ծավալային առաձգականության մոդուլն է, 0-ը՝ չխախտված միջավայրի խտությունը, նրա ստատիկ խտությունը։ Զանգվածային առաձգականության մոդուլը թվայինորեն հավասար է այն լարմանը, որն առաջանում է միջավայրում իր միավորի հարաբերական դեֆորմացման դեպքում:

Էլաստիկ ալիքը կոչվում է երկայնական, եթե խնդրո առարկա մասնիկների թրթռումները տեղի են ունենում ալիքի տարածման ուղղությամբ։ Ալիքը կոչվում է լայնակի, եթե մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց հարթություններում։

Լայնակի ալիքները կարող են առաջանալ միայն այն միջավայրում, որն ունի առաձգական ձև, այսինքն. կարող է դիմակայել կտրվածքի դեֆորմացիային: Այս հատկությունն ունեն միայն պինդ մարմինները: Երկայնական ալիքները կապված են միջավայրի ծավալային դեֆորմացիայի հետ, ուստի դրանք կարող են տարածվել ինչպես պինդ, այնպես էլ հեղուկ և գազային միջավայրերում։ Այս կանոնից բացառություն են կազմում մակերևութային ալիքները, որոնք ձևավորվում են հեղուկի ազատ մակերեսի վրա կամ տարբեր ֆիզիկական բնութագրերով չխառնվող միջավայրերի միջերեսների վրա: Այս դեպքում հեղուկ մասնիկները միաժամանակ կատարում են երկայնական և լայնակի տատանումներ՝ նկարագրելով էլիպսաձև կամ ավելի բարդ հետագծեր։ Մակերեւութային ալիքների հատուկ հատկությունները բացատրվում են նրանով, որ ձգողականության ուժերը և մակերևութային լարվածությունը որոշիչ դեր են խաղում դրանց ձևավորման և տարածման գործում։

Խանգարված միջավայրում տատանումների գործընթացում առաջանում են ավելացած և նվազող ճնշման և խտության գոտիներ՝ կապված հավասարակշռության վիճակի հետ։ Ճնշումը р р1 р0, որտեղ р1-ը նրա ակնթարթային արժեքն է ձայնային դաշտում, իսկ р0-ը՝ միջավայրի ստատիկ ճնշումը գրգռման բացակայության դեպքում, կոչվում է ձայնային ճնշում և թվայինորեն հավասար է այն ուժին, որով ալիքը գործում է միավոր տարածքի վրա, որը տեղադրված է դրա տարածման ուղղությամբ ուղղահայաց: Ձայնային ճնշումը շրջակա միջավայրի վիճակի ամենակարևոր բնութագրիչներից է:

Միջավայրի խտության փոփոխությունները գնահատելու համար օգտագործվում է հարաբերական արժեք, որը կոչվում է խտացում , որը որոշվում է հետևյալ հավասարությամբ.

1 0 , (2.3) 0

որտեղ 1-ը մեզ հետաքրքրող կետում միջավայրի խտության ակնթարթային արժեքն է, իսկ 0-ը՝ ստատիկ խտությունը:

Բոլոր վերը նշված պարամետրերը կարող են որոշվել, եթե հայտնի է որոշակի սկալյար ֆունկցիա, որը կոչվում է տատանողական արագության պոտենցիալ: Հելմհոլցի թեորեմի համաձայն՝ այս պոտենցիալը լիովին բնութագրում է ակուստիկ ալիքները հեղուկ և գազային միջավայրերում և կապված է v տատանողական արագության հետ հետևյալ հավասարությամբ.

v գրադ . (2.4)

Երկայնական ձայնային ալիքը կոչվում է հարթություն, եթե դրա պոտենցիալը և ձայնային դաշտը բնութագրող այլ մեծություններ կախված են միայն ժամանակից և դեկարտյան կոորդինատներից մեկից, օրինակ՝ x-ից (նկ. 2.3):

Եթե ​​նշված մեծությունները կախված են միայն ժամանակից և r հեռավորությունից տարածության ինչ-որ կետից, որը կոչվում է ալիքի կենտրոն, երկայնական ձայնային ալիքը կոչվում է գնդաձև։ Առաջին դեպքում ալիքի ճակատը կլինի

z Հարթ ալիք z Գնդաձև ալիք

Բրինձ. 2.3 Ալիքի ճակատ

գիծ կամ հարթություն, երկրորդում՝ գնդաձեւ մակերեսի աղեղ կամ հատված։

Էլաստիկ միջավայրում ձայնային դաշտերում գործընթացները դիտարկելիս կարող է օգտագործվել սուպերպոզիցիայի սկզբունքը։ Այսպիսով, եթե համակարգը բաշխված է շրջակա միջավայրում

ալիքներ, որոնք որոշվում են 1…n պոտենցիալներով, ապա պոտենցիալը հավասար կլինի նշված պոտենցիալների գումարին.

n i. 1

արդյունք ալիք

Այնուամենայնիվ, հզոր ձայնային դաշտերում գործընթացները դիտարկելիս պետք է հաշվի առնել ոչ գծային էֆեկտների հնարավորությունը, որը կարող է անընդունելի դարձնել սուպերպոզիցիոն սկզբունքի օգտագործումը: Ընդ որում, բարձր մակարդակներում

Շրջակա միջավայրը խաթարող ազդեցությունը կարող է արմատապես խաթարել շրջակա միջավայրի առաձգական հատկությունները: Այսպիսով, հեղուկ միջավայրում կարող են հայտնվել օդով լցված բացեր, կարող է փոխվել նրա քիմիական կառուցվածքը և այլն։ Ավելի վաղ ներկայացված մոդելում (նկ. 2.2) դա համարժեք կլինի միջավայրի մասնիկների միջև առաձգական կապերի խզմանը: Այս դեպքում թրթռումներ ստեղծելու վրա ծախսվող էներգիան գործնականում չի փոխանցվի այլ շերտեր, ինչը անհնարին կդարձնի այս կամ այն ​​գործնական խնդիրը լուծելը։ Նկարագրված երեւույթը կոչվում է կավիտացիա։1

Էներգետիկ տեսանկյունից ձայնային դաշտը կարող է բնութագրվել ձայնային էներգիայի կամ P ձայնային հզորության հոսքով, որը որոշվում է ձայնային էներգիայի քանակով W, որն անցնում է մակերևույթի միջով ուղղահայաց ալիքի տարածման ուղղությանը մեկ միավոր ժամանակում.

Р W . (2.6)

Ձայնի հզորությունը, որը կապված է դիտարկվող մակերեսի s տարածքի հետ, որոշում է ձայնային ալիքի ինտենսիվությունը.

I s st . (2.7)

Վերջին արտահայտության մեջ ենթադրվում է, որ էներգիան բաշխված է հավասարաչափ ս.

Ձայն- առաձգական միջավայրի մասնիկների մեխանիկական թրթռումներից առաջացած հոգեֆիզիոլոգիական սենսացիա: Ձայնային թրթռումները համապատասխանում են հաճախականությունների տիրույթին 20...20000 Հց միջակայքում: Հաճախականությամբ տատանումներ 20 Հց-ից պակաս հաճախականությունը կոչվում է ինֆրաձայնային, և ավելի քան 20000 Հց՝ ուլտրաձայնային. Անձի ինֆրաձայնային թրթիռների ենթարկվելը տհաճ սենսացիաներ է առաջացնում։ Բնության մեջ ինֆրաձայնային թրթռումները կարող են առաջանալ ծովային ալիքների և երկրի մակերեսի թրթռումների ժամանակ։ Ուլտրաձայնային թրթռումները օգտագործվում են բուժական նպատակներով բժշկության մեջ և էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են զտիչները: Ձայնի գրգռումը առաջացնում է տատանողական պրոցես, որը փոխում է ճնշումը առաձգական միջավայրում, որտեղ փոփոխվում է սեղմման և նոսրացման շերտերը, ձայնային աղբյուրից տարածվում է ձայնային ալիքների տեսքով։ Հեղուկ և գազային միջավայրերում միջավայրի մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ հավասարակշռության դիրքի համեմատ, այսինքն. ալիքները երկայնական են. Լայնակի ալիքները տարածվում են պինդ մարմիններում, քանի որ միջավայրի մասնիկները թրթռում են ալիքի տարածման գծին ուղղահայաց ուղղությամբ։ Այն տարածությունը, որտեղ ձայնային ալիքները տարածվում են, կոչվում է ձայնային դաշտ. Տարբերակվում է ազատ ձայնային դաշտը, երբ ձայնային ալիքներն արտացոլող մակերևույթների ազդեցությունը փոքր է, և ցրված ձայնային դաշտը, որտեղ յուրաքանչյուր կետում մեկ միավոր տարածքի ձայնի հզորությունը նույնն է բոլոր ուղղություններով: Ալիքների տարածումը ձայնային դաշտում տեղի է ունենում որոշակի արագությամբ, որը կոչվում է ձայնի արագություն. Բանաձև (1.1)

c = 33l√T/273, որտեղ T-ը ջերմաստիճանն է Քելվինի սանդղակի վրա:

Հաշվարկներում ենթադրվում է c = 340 մ/վ, որը մոտավորապես համապատասխանում է նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում 17°C ջերմաստիճանին։ Միևնույն տատանումների փուլով դաշտի հարակից կետերը միացնող մակերեսը (օրինակ՝ խտացման կամ նոսրացման կետերը) կոչվում է. ալիքի ճակատ.Ամենատարածված ձայնային ալիքներն են գնդաձեւԵվ հարթ ալիքային ճակատներ. Գնդաձև ալիքի ճակատը գնդակի տեսք ունի և ձևավորվում է ձայնի աղբյուրից փոքր հեռավորության վրա, եթե դրա չափերը փոքր են՝ համեմատած արտանետվող ալիքի երկարության հետ։ Հարթ ալիքի ճակատն ունի հարթության ձև, որը ուղղահայաց է ձայնային ալիքի տարածման ուղղությանը (ձայնային ճառագայթ): Հարթ ճակատով ալիքները ձևավորվում են ձայնի աղբյուրից ալիքի երկարության համեմատ մեծ հեռավորությունների վրա։ Ձայնային դաշտը բնութագրվում է ձայնային ճնշում, տատանողական արագություն, ձայնի ինտենսիվությունըԵվ ձայնային էներգիայի խտությունը.

Ձայնային ճնշումՇրջանակի ճնշման ակնթարթային արժեքի տարբերությունն է միջավայրի մի կետում, երբ դրա միջով ձայնային ալիք է անցնում և մթնոլորտային ճնշման ras-ի միջև նույն կետում, այսինքն. r = r ac - r am. Ձայնային ճնշման SI միավորը նյուտոն է մեկ քառակուսի մետրի համար. 1 Ն / մ 2 = 1 Պա (պասկալ):Իրական ձայնային աղբյուրները, նույնիսկ ամենաբարձր հնչյունների դեպքում, ստեղծում են ձայնային ճնշում տասնյակ հազարավոր անգամ ավելի քիչ, քան նորմալ մթնոլորտային ճնշումը:

Տատանողական արագություններկայացնում է միջավայրի մասնիկների տատանման արագությունը իրենց հանգիստ դիրքի շուրջ: Վիբրացիոն արագությունը չափվում է վայրկյանում մետրերով: Այս արագությունը չպետք է շփոթել ձայնի արագության հետ: Ձայնի արագությունը հաստատուն արժեք է տվյալ միջավայրի համար, թրթռման արագությունը փոփոխական է։ Եթե ​​միջավայրի մասնիկները շարժվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ, ապա տատանման արագությունը համարվում է դրական, իսկ երբ մասնիկները շարժվում են հակառակ ուղղությամբ՝ բացասական։ Իրական ձայնի աղբյուրները, նույնիսկ ամենաբարձր հնչյունների դեպքում, առաջացնում են թրթռման արագություն մի քանի հազար անգամ ավելի քիչ, քան ձայնի արագությունը: Հարթ ձայնային ալիքի համար թրթռման արագության բանաձևն ունի (1.2) ձևը.

V = p/ρ·s, որտեղ ρ-ն օդի խտությունն է, կգ/մ3; s - ձայնի արագություն, մ/վ:

ρ·с արտադրյալը տվյալ մթնոլորտային պայմանների համար հաստատուն արժեք է, կոչվում է ակուստիկ դիմադրություն.

Ձայնի ինտենսիվություն- ձայնային ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց միավոր տարածքով վայրկյանում անցնող էներգիայի քանակը. Ձայնի ինտենսիվությունը չափվում է վտ-ով մեկ քառակուսի մետրի համար (Վտ/մ2):

Ձայնային էներգիայի խտությունձայնային էներգիայի քանակն է, որը պարունակվում է ձայնային դաշտի միավորի ծավալում՝ ε = J/c:

4. Անվտանգության հարցեր

Բառարան

գրականություն

Ձայնային դաշտը տարածության այն շրջանն է, որտեղ ձայնային ալիքները տարածվում են, այսինքն՝ տեղի են ունենում առաձգական միջավայրի (պինդ, հեղուկ կամ գազային) մասնիկների ակուստիկ թրթռումներ, որոնք լրացնում են այս շրջանը։ Ձայնային դաշտ հասկացությունը սովորաբար օգտագործվում է այն տարածքների համար, որոնց չափերը ձայնային ալիքի երկարության կարգի կամ ավելի մեծ են:

Էներգետիկ կողմում ձայնային դաշտը բնութագրվում է ձայնային էներգիայի խտությամբ (տատանողական պրոցեսի էներգիան մեկ միավորի ծավալով) և ձայնի ինտենսիվությամբ։

Մարմնի մակերեսը, որը թրթռում է, ձայնային էներգիայի արտանետող (աղբյուր) է, որը ստեղծում է ակուստիկ դաշտ։

Ակուստիկ դաշտկոչվում է առաձգական միջավայրի շրջան, որը ակուստիկ ալիքների հաղորդման միջոց է։ Ակուստիկ դաշտը բնութագրվում է.

· ձայնային ճնշում էջ sv, Pa;

· ակուստիկ դիմադրություն z Ա, Պա*ս/մ.

Ակուստիկ դաշտի էներգետիկ բնութագրերն են.

· ինտենսիվություն I, Վտ/մ2;

· ձայնային հզորություն W, W-ն միավոր ժամանակում անցնող էներգիայի քանակն է ձայնի աղբյուրը շրջապատող մակերեսով:

Կարևոր դերխաղում է ակուստիկ դաշտ կազմելիս ձայնային արտանետման ուղղորդման հատկանիշ Ֆ, այսինքն. Աղբյուրի շուրջ առաջացած ձայնային ճնշման անկյունային տարածական բաշխումը:

Այս բոլոր մեծությունները փոխկապակցված են և կախված են այն միջավայրի հատկություններից, որոնցում տարածվում է ձայնը։

Եթե ​​ակուստիկ դաշտը չի սահմանափակվում մակերեսով և տարածվում է գրեթե մինչև անսահմանություն, ապա այդպիսի դաշտը կոչվում է ազատ ակուստիկ դաշտ։

Սահմանափակ տարածության մեջ (օրինակ՝ փակ տարածքում) ձայնային ալիքների տարածումը կախված է ալիքների ուղու վրա գտնվող մակերեսների երկրաչափությունից և ձայնային հատկություններից։

Սենյակում ձայնային դաշտի ձևավորման գործընթացը կապված է երևույթների հետ արձագանքԵվ դիֆուզիոն.

Եթե ​​սենյակում սկսում է աշխատել ձայնի աղբյուրը, ապա առաջին պահին մենք ունենք միայն ուղիղ ձայն: Երբ ալիքը հասնում է ձայնը արտացոլող պատնեշին, դաշտի օրինաչափությունը փոխվում է արտացոլված ալիքների տեսքի պատճառով։ Եթե ​​ձայնային դաշտում տեղադրվի այնպիսի առարկա, որի չափերը փոքր են ձայնային ալիքի երկարության համեմատ, ապա գործնականում ձայնային դաշտի աղավաղում չի նկատվում։ Արդյունավետ արտացոլման համար անհրաժեշտ է, որ արտացոլող պատնեշի չափերը լինեն ձայնային ալիքի երկարությունից մեծ կամ հավասար:

Ձայնային դաշտը, որտեղ այն տեղի է ունենում մեծ թվովՏարբեր ուղղություններով արտացոլված ալիքները, որոնց արդյունքում ձայնային էներգիայի հատուկ խտությունը նույնն է ամբողջ դաշտում, կոչվում է. ցրված դաշտ.

Այն բանից հետո, երբ աղբյուրը դադարում է ձայն արձակել, ձայնային դաշտի ակուստիկ ինտենսիվությունը անսահման ժամանակի ընթացքում նվազում է մինչև զրոյական մակարդակ: Գործնականում ձայնը համարվում է ամբողջությամբ թուլացած, երբ դրա ինտենսիվությունը իջնում ​​է մինչև 106 անգամ, քան այն, որ գոյություն ունի այն անջատման պահին: Ցանկացած ձայնային դաշտ, որպես թրթռացող միջավայրի տարր, ունի ձայնի թուլացման իր առանձնահատկությունը. արձագանք(«հետհնչյուն»):

ՁԱՅՆԱՅԻՆ ԴԱՇՏ- քննարկվող ձայնային խանգարումը բնութագրող մեծությունների տարածա-ժամանակային բաշխումների մի շարք: Դրանցից ամենակարեւորը՝ ձայնային ճնշում p, մասնիկների թրթռման արագություն v, մասնիկների թրթռումային տեղաշարժ x, խտության հարաբերական փոփոխություն (այսպես կոչված ակուստիկ սեղմում) s=dr/r (որտեղ r-ը միջավայրի խտությունն է), ադիաբատիկ։ ջերմաստիճանի փոփոխություն դ Տ, ուղեկցող սեղմում և միջավայրի հազվադեպացում։ 3. p. հասկացությունը ներմուծելիս միջավայրը համարվում է շարունակական և հաշվի չի առնվում նյութի մոլեկուլային կառուցվածքը։ 3. առարկաներն ուսումնասիրվում են կամ մեթոդներով երկրաչափական ակուստիկա, կամ հիմնված ալիքի տեսության վրա։ 3-րդ կետը բնութագրող մեծությունների բավականաչափ սահուն կախվածությամբ կոորդինատներից և ժամանակից (այսինքն՝ կետից կետ ճնշման ալիքների և արագության տատանումների բացակայության դեպքում), նշելով այդ մեծություններից մեկի տարածական-ժամանակային կախվածությունը (օրինակ. ձայնային ճնշում) ամբողջությամբ որոշում է բոլոր մյուսների տարածական կախվածությունը: Այս կախվածությունները որոշվում են 3. p. հավասարումներով, որոնք ձայնի արագության ցրման բացակայության դեպքում վերածվում են ալիքային հավասարման՝ այդ մեծությունները միմյանց հետ կապող մեծությունների և հավասարումների համար։ Օրինակ, ձայնային ճնշումը բավարարում է ալիքի հավասարումը

Եվ հաշվի առնելով հայտնի r f-lams-ով կարող եք որոշել 3-ի մնացած բնութագրերը.

Որտեղ Հետ- ձայնի արագություն, g= գ p/գ Վ- ջերմային հզորության հարաբերակցությունը փոստում: ճնշումը ջերմային հզորության նկատմամբ մշտական: ծավալը, ա - գործակից. միջավայրի ջերմային ընդլայնում. Ներդաշնակության համար 3. էջ ալիքի հավասարումը մտնում է Հելմհոլցի հավասարման մեջ՝ Դ r+կ 2 r= 0, որտեղ k= w /ք w հաճախականության ալիքի թիվն է, իսկ համարը՝ արտահայտությունները vև x-ն ընդունում է ձևը՝

Բացի այդ, 3. կետը պետք է բավարարի սահմանային պայմանները, այսինքն՝ պահանջները, որոնք դրվում են 3. ապրանքը բնութագրող քանակությունների վրա, ֆիզիկական։ սահմանների հատկություններ - մակերեսներ, որոնք սահմանափակում են շրջակա միջավայրը, մակերեսներ, որոնք սահմանափակում են շրջակա միջավայրում տեղադրված խոչընդոտները և տարրալուծման միջերեսները: միջին Օրինակ՝ բացարձակ կոշտ սահմանի վրա՝ տատանումների նորմալ բաղադրիչը։ արագություն vnպետք է գնա զրոյի; ազատ մակերեսի վրա ձայնային ճնշումը պետք է անհետանա. սահմանի վրա բնութագրվում է ակուստիկ դիմադրություն, p/v nպետք է հավասար լինի կոնկրետ ակուստիկին: սահմանային դիմադրություն; երկու մեծության միջավայրերի միջերեսում rԵվ vnմակերեսի երկու կողմերում պետք է հավասար լինեն զույգերով: Իրական հեղուկների և գազերի մեջ կա փոխլրացում։ սահմանային պայման՝ տատանումների շոշափող բաղադրիչի անհետացում։ արագություններ կոշտ սահմաններում կամ շոշափող բաղադրիչների հավասարությունը երկու միջավայրերի միջերեսում: Պինդ մարմիններում ներքին սթրեսները բնութագրվում են ոչ թե ճնշմամբ, այլ սթրեսային տենզորով, որն արտացոլում է միջավայրի առաձգականության առկայությունը ոչ միայն դրա ծավալի (ինչպես հեղուկների և գազերի), այլև ձևի փոփոխությունների նկատմամբ: Համապատասխանաբար և՛ 3. հավասարումը, և՛ սահմանային պայմանները ավելի են բարդանում։ Անիզոտրոպ միջավայրերի հավասարումները նույնիսկ ավելի բարդ են: Հավասարում 3. էջը և սահմանային պայմանները բնավ չեն որոշում ալիքների տեսակը. նույն միջավայրում իրավիճակները նույն սահմանային պայմաններում, 3. առարկաները կունենան տարբեր ձևեր. Ստորև մենք նկարագրում ենք 3. իրերի տարբեր տեսակներ, որոնք առաջանում են տարբեր տեսակների: իրավիճակներ. 1) Ազատ ալիքներ - 3. պ., որոնք կարող են գոյություն ունենալ ամբողջ անսահմանափակ: շրջակա միջավայրը արտաքինի բացակայության դեպքում ազդեցությունները, օրինակ՝ հարթ ալիքները p=p(x 6ct), վազելով առանցքի երկայնքով Xդրական («-» նշան) և բացասական («+» նշան) ուղղություններով: Ինքնաթիռի ալիքում p/v= բր Հետ, որտեղ ր Հետ - բնորոշ դիմադրությունմիջավայրը։ Տեղադրեք այն տեղերում: ձայնային ճնշման տատանումների ուղղությունը արագությունը ընթացող ալիքում համընկնում է ալիքի տարածման ուղղության հետ, տեղ-տեղ բացասական է։ ճնշումը հակառակ է այս ուղղությամբ, և այն վայրերում, որտեղ ճնշումը դառնում է զրոյի, այն տատանվում է: արագությունը նույնպես անհետանում է. Հարմոնիկ Ինքնաթիռի շրջող ալիքն ունի հետևյալ ձևը. էջ=էջ 0 cos(w տ-kx+ժ), որտեղ r 0 և j 0 - համապատասխանաբար, ալիքի ամպլիտուդը և դրա սկիզբը: փուլը կետում x=0. Ձայնի արագության ցրվածություն ունեցող լրատվամիջոցներում ներդաշնակ արագություն: ալիքներ Հետ= w/ կկախված է հաճախականությունից. 2) տատանումները սահմանափակ են շրջակա միջավայրի տարածքները արտաքինի բացակայության դեպքում ազդեցությունները, օրինակ 3. էջ, առաջացող փակ հատորով տրված սկզբներին։ պայմանները. Այդպիսի 3. կետերը կարող են ներկայացվել միջավայրի տվյալ ծավալին բնորոշ կանգնած ալիքների սուպերպոզիցիայով։ 3) 3. առաջացող իրերը անսահմանափակ. միջավայրը տվյալ սկզբնականում պայմաններ - արժեքներ rԵվ vինչ-որ սկզբում ժամանակի կետ (օրինակ՝ 3. պայթյունից հետո առաջացած իրեր)։ 4) 3. տատանվող մարմինների, հեղուկի կամ գազի շիթերի, փլուզվող պղպջակների և այլնի կողմից ստեղծված ճառագայթումը. կամ արվեստ. ակուստիկ արտանետիչներ (տես Ձայնի արտանետումԴաշտի ձևի առումով ամենապարզ ճառագայթումը հետևյալն է. Մոնոպոլի ճառագայթումը գնդաձև սիմետրիկ շեղվող ալիք է. ներդաշնակության համար ճառագայթման ձևն ունի. p = -i rwQexp ( իկր)/4p r, որտեղ Q-ը աղբյուրի արտադրողականությունն է (օրինակ՝ պուլսացիոն մարմնի ծավալի փոփոխության արագությունը՝ փոքր ալիքի երկարության համեմատ), տեղադրված ալիքի կենտրոնում, և r- հեռավորությունը կենտրոնից. Ձայնային ճնշման ամպլիտուդը մոնոպոլ ճառագայթման համար տատանվում է հեռավորության վրա 1/ r, Ա

ոչ ալիքային գոտում ( կր<<1) vտատանվում է 1/ r 2 և ալիքի մեջ ( կր>>1) - նման 1/ r. Փուլային տեղաշարժ j միջև rԵվ vմիապաղաղ նվազում է ալիքի կենտրոնում 90°-ից մինչև զրոյի անսահմանության ժամանակ; tan j=1/ կր. Դիպոլի ճառագայթում - գնդաձև: շեղվող ալիք՝ ձևի ուղղորդված ութ գործիչով.

Որտեղ Ֆալիքի կենտրոնում գտնվող միջավայրի վրա կիրառվող ուժն է, q-ն ուժի ուղղության և դեպի դիտակետ ուղղության միջև ընկած անկյունն է։ Նույն ճառագայթումը ստեղծվում է շառավղով գնդով ա<u=F/2 prw ա 3. Մխոցային ճառագայթում - 3. պ., ստեղծված տափակ մխոցի թարգմանական թրթռումներով։ Եթե ​​դրա չափերը >>l, ապա ճառագայթումը սահմանների տեսքով տարածվող քվազի հարթ ալիք է։ ճառագայթը հենվում է մխոցի վրա: Երբ այն հեռանում է մխոցից, դիֆրակցիան պղտորում է ճառագայթը, որը մխոցից մեծ հեռավորության վրա վերածվում է բազմաբնույթ շեղվող գնդաձև փնջի: ալիք. Երրորդ կողմի ճառագայթման բոլոր տեսակները արտանետիչից մեծ հեռավորության վրա (այսպես կոչված հեռավոր գոտում կամ Ֆրաունհոֆերի գոտում) ասիմպտոտիկ կերպով ընդունում են տարբերվող գնդաձև մասնիկների ձև: ալիքներ: r=Աժամկետ ( իր) Ռ(ք, ժ)/ r, Որտեղ Ա- հաստատուն, q և j-ն գնդաձև անկյուններ են: կոորդինատային համակարգեր, Ռ(ք, ժ) - ճառագայթման ուղղորդման հատկանիշ: Այսպիսով, դաշտը ասիմպտոտիկորեն նվազում է դիտարկման կետի հեռավորության վրա այն տարածքից, որտեղ գտնվում է ձայնի աղբյուրը: Հեռավոր գոտու սկիզբը սովորաբար համարվում է հեռավորությունը r=Դ 2 /լ, որտեղ Դ- ճառագայթային համակարգի լայնակի չափերը. Ի այսպես կոչված մոտակա գոտում (Fresnel zone) համար 3. p ճառագայթման ընդհանուր դեպքում չկա k-l. որոշակի կախվածություն r, եւ անգ. կախվածությունը փոխվում է փոխվելիս r- ուղղորդման բնութագիրը դեռ ձևավորված չէ: 5) 3. կենտրոնացման կետեր՝ կենտրոնացման սարքերի օջախների և կաուստիկաների մոտ գտնվող դաշտեր, որոնք բնութագրվում են ավելացմամբ. ձայնային ճնշման արժեքները, որոնք (օգտագործելով երկրաչափական ակուստիկ մոտարկումներ) անսահմանության են վերածվում կիզակետերում և կաուստիկայում (տես. Կենտրոնացող ձայն) 6) 3. շրջակա միջավայրում սահմանափակող մակերեսների և խոչընդոտների առկայության հետ կապված առարկաներ. Երբ հարթ ալիքները արտացոլվում և բեկվում են հարթության սահմաններում, առաջանում են նաև հարթ անդրադարձված և բեկված ալիքներ: IN ակուստիկ ալիքատարներլցված միատարր միջավայրով, հարթ ալիքների սուպերպոզիցիան ձևավորում է նորմալ ալիքներ: Երբ արտացոլված է, ներդաշնակ հարթ ալիքներ հարթության սահմաններից, կանգնած ալիքներ են ձևավորվում, և արդյունքում դաշտերը կարող են պարզվել, որ կանգնած են մի ուղղությամբ և շարժվում են մյուս ուղղությամբ: 7) 3. կետերը, որոնք խոնավացել են միջավայրի անկատարության պատճառով՝ մածուցիկության առկայություն, ջերմահաղորդականություն և այլն (տես. Ձայնի կլանումՃանապարհորդող ալիքների համար նման թուլացման ազդեցությունը բնութագրվում է գործակից exp a X, որտեղ a-ն ամպլիտուդի տարածական գործակիցն է: թուլացում, որը կապված է միջավայրի որակի Q գործակցի հետ` ա =k/2Ք.Ք կանգնած ալիքներհայտնվում է exp բազմապատկիչը (-d t >>

Դասախոսություն 6 ԱՂՄՈՒԿԻ ՊԱՇՏՊԱՆՈՒԹՅՈՒՆ

Մարդու հիմնական զգայարանների շարքում լսողությունը և տեսողությունը խաղում են ամենակարևոր դերը՝ դրանք թույլ են տալիս մարդուն տիրապետել ձայնային և տեսողական տեղեկատվական դաշտերին:

Նույնիսկ մարդ-մեքենա-միջավայր համակարգի հպանցիկ վերլուծությունը հիմք է տալիս շրջակա միջավայրի աղմուկի աղտոտվածության խնդիրը դիտարկելու որպես շրջակա միջավայրի հետ մարդու փոխգործակցության առաջնահերթ խնդիրներից մեկը, հատկապես տեղական մակարդակում (արտադրամաս, տեղամաս):

Աղմուկի երկարատև ազդեցությունը կարող է հանգեցնել լսողության կորստի, իսկ որոշ դեպքերում՝ խուլության: Աշխատավայրում աղմուկի աղտոտումը բացասաբար է անդրադառնում աշխատողների վրա. ուշադրությունը նվազում է, էներգիայի սպառումը նույնքանով ավելանում է. ֆիզիկական ակտիվություն, մտավոր ռեակցիաների արագությունը դանդաղում է և այլն։ Արդյունքում նվազում է աշխատանքի արտադրողականությունը և կատարվող աշխատանքի որակը։

Աղմուկի ճառագայթման և տարածման գործընթացի ֆիզիկական օրենքների իմացությունը թույլ կտա որոշումներ կայացնել՝ ուղղված մարդկանց վրա դրա բացասական ազդեցության նվազեցմանը:

Ձայն. Ձայնային դաշտի հիմնական բնութագրերը. Ձայնի տարածում

Հայեցակարգ ձայն , որպես կանոն, կապված է նորմալ լսողություն ունեցող մարդու լսողական սենսացիաների հետ։ Լսողական սենսացիաներն առաջանում են առաձգական միջավայրի թրթռումներից, որոնք մեխանիկական թրթռումներ են, որոնք տարածվում են գազային, հեղուկ կամ պինդ միջավայրում և ազդում մարդու լսողության օրգանների վրա։ Այս դեպքում շրջակա միջավայրի թրթռումները որպես ձայն ընկալվում են միայն որոշակի հաճախականության տիրույթում (16 Հց - 20 կՀց) և ձայնային ճնշման դեպքում, որը գերազանցում է մարդու լսողության շեմը:

Լսելիության տիրույթից ներքև և վերև ընկած միջավայրի թրթռումների հաճախականությունները կոչվում են համապատասխանաբար. ինֆրաձայնային Եվ ուլտրաձայնային . Դրանք կապված չեն մարդու լսողական սենսացիաների հետ և ընկալվում են որպես շրջակա միջավայրի ֆիզիկական ազդեցություն:

Առաձգական միջավայրի մասնիկների ձայնային թրթռումները բարդ բնույթ են կրում և կարող են ներկայացվել որպես ժամանակի ֆունկցիա a = a (t)(նկ. 1, Ա).

Բրինձ. 1. Օդի մասնիկների թրթռումներ.

Ամենապարզ գործընթացը նկարագրված է սինուսոիդով (նկ. 1, բ)

,

Որտեղ առավելագույնը- տատանումների ամպլիտուդություն;

w = 2 էջ զ - անկյունային հաճախականություն;

զ- տատանումների հաճախականությունը.

Ներդաշնակ թրթռումներ ամպլիտուդով առավելագույնըև հաճախականությունը զկոչվում են տոն:

Կախված թրթռումների գրգռման եղանակից՝ առանձնանում են.

Հարթ տատանվող մակերեսով ստեղծված հարթ ձայնային ալիք;

Գլանաձև ձայնային ալիք, որը ստեղծվել է մխոցի ճառագայթային տատանվող կողային մակերևույթից.

Գնդաձև ձայնային ալիք, որը ստեղծվում է թրթռման կետային աղբյուրից, ինչպիսին է պուլսացիոն գնդակը:

Ձայնային ալիքը բնութագրող հիմնական պարամետրերն են.

Ձայնային ճնշում էջ sv, Pa;

Ձայնի ինտենսիվություն Ի, Վտ/մ2։

Ձայնային ալիքի երկարություն լ, մ;

Ալիքի տարածման արագություն s, m/s;

Տատանումների հաճախականությունը զ, Հց.

Եթե ​​տատանումները գրգռված են շարունակական միջավայրում, ապա դրանք շեղվում են բոլոր ուղղություններով: Վառ օրինակ է ջրի վրա ալիքների թրթռումները։ Ֆիզիկական տեսանկյունից թրթռումների տարածումը բաղկացած է իմպուլսի փոխանցումից մի մոլեկուլից մյուսը։ Առաձգական միջմոլեկուլային կապերի շնորհիվ նրանցից յուրաքանչյուրի շարժումը կրկնում է նախորդի շարժումը։ Իմպուլսի փոխանցումը պահանջում է որոշակի ժամանակ, որի արդյունքում մոլեկուլների շարժումը դիտակետերում տեղի է ունենում ուշացումով թրթռումների գրգռման գոտում մոլեկուլների շարժման հետ կապված։ Այսպիսով, թրթռումները տարածվում են որոշակի արագությամբ: Ձայնային ալիքի արագություն Հետշրջակա միջավայրի ֆիզիկական հատկություն է:

Օդի մեջ ձայնային թրթռումները հանգեցնում են դրա սեղմման և հազվադեպացման: Սեղմման վայրերում օդի ճնշումը մեծանում է, իսկ հազվադեպ հանդիպող վայրերում՝ նվազում։ Խանգարված միջավայրում առկա ճնշման տարբերությունը էջՉորս պահին, և մթնոլորտային ճնշում էջբանկոմատ, զանգ ձայնային ճնշում (նկ. 2): Ակուստիկայի մեջ այս պարամետրը հիմնականն է, որի միջոցով որոշվում են բոլոր մյուսները:

էջ sv = էջՉորք - էջբանկոմատ

Բրինձ. 2. Ձայնային ճնշում

Այն միջավայրը, որտեղ ձայնը տարածվում է, ունի կոնկրետ ակուստիկ դիմադրությունԶ Ա, որը չափվում է Pa*s/m-ով (կամ կգ/(m 2 *s)-ով և հանդիսանում է ձայնային ճնշման հարաբերակցությունը. էջձայնը միջավայրի մասնիկների թրթռման արագությանը u:

զԱ = p ձայն / u =r*Հետ,

Որտեղ Հետ -ձայնի արագություն , մ; r - միջավայրի խտությունը, կգ/մ3:

Տարբեր միջավայրերի արժեքների համար ԶԱտարբեր են.

Ձայնային ալիքը էներգիայի կրող է իր շարժման ուղղությամբ։ Շարժման ուղղությանը 1 մ 2 մակերեսով հատվածով մեկ վայրկյանում ձայնային ալիքով փոխանցվող էներգիայի քանակը կոչվում է. ձայնի ինտենսիվությունը . Ձայնի ինտենսիվությունը որոշվում է ձայնային ճնշման հարաբերակցությամբ W/m2 միջինի ակուստիկ դիմադրության հարաբերակցությամբ.

Հզորությամբ ձայնային աղբյուրից գնդաձեւ ալիքի համար Վ, W ձայնի ինտենսիվությունը շառավղով ոլորտի մակերեսի վրա rհավասար է.

Ի= Վ / (4p r 2),

այսինքն՝ ինտենսիվություն գնդաձև ալիք նվազում է ձայնի աղբյուրից հեռավորության բարձրացման հետ: Դեպքում ինքնաթիռի ալիք ձայնի ինտենսիվությունը կախված չէ հեռավորությունից:

6.1.1 . Ակուստիկ դաշտը և դրա բնութագրերը

Մարմնի մակերեսը, որը թրթռում է, ձայնային էներգիայի արտանետող (աղբյուր) է, որը ստեղծում է ակուստիկ դաշտ։

Ակուստիկ դաշտկոչվում է առաձգական միջավայրի շրջան, որը ակուստիկ ալիքների հաղորդման միջոց է։ Ակուստիկ դաշտը բնութագրվում է.

- ձայնային ճնշում էջ sv, Pa;

- ակուստիկ դիմադրություն Զ Ա, Պա*ս/մ.

Ակուստիկ դաշտի էներգետիկ բնութագրերն են.

- ինտենսիվություն I, Վտ/մ2;

- ձայնային հզորություն W, W-ն միավոր ժամանակում անցնող էներգիայի քանակն է ձայնի աղբյուրը շրջապատող մակերեսով:

Ակուստիկ դաշտի ձևավորման գործում կարևոր դեր է խաղում ձայնային արտանետման ուղղորդման հատկանիշ Ֆ , այսինքն. Աղբյուրի շուրջ առաջացած ձայնային ճնշման անկյունային տարածական բաշխումը:

Այս բոլոր մեծությունները փոխկապակցված են և կախված են այն միջավայրի հատկություններից, որոնցում տարածվում է ձայնը։ Եթե ​​ակուստիկ դաշտը չի սահմանափակվում մակերեսով և տարածվում է գրեթե մինչև անսահմանություն, ապա այդպիսի դաշտը կոչվում է ազատ ակուստիկ դաշտ։ Սահմանափակ տարածության մեջ (օրինակ՝ փակ տարածքում) ձայնային ալիքների տարածումը կախված է ալիքների ուղու վրա գտնվող մակերեսների երկրաչափությունից և ձայնային հատկություններից։

Սենյակում ձայնային դաշտի ձևավորման գործընթացը կապված է երևույթների հետ արձագանքԵվ դիֆուզիոն.

Եթե ​​սենյակում սկսում է աշխատել ձայնի աղբյուրը, ապա առաջին պահին մենք ունենք միայն ուղիղ ձայն: Երբ ալիքը հասնում է ձայնը արտացոլող պատնեշին, դաշտի օրինաչափությունը փոխվում է արտացոլված ալիքների տեսքի պատճառով։ Եթե ​​ձայնային դաշտում տեղադրվի այնպիսի առարկա, որի չափերը փոքր են ձայնային ալիքի երկարության համեմատ, ապա գործնականում ձայնային դաշտի աղավաղում չի նկատվում։ Արդյունավետ արտացոլման համար անհրաժեշտ է, որ արտացոլող պատնեշի չափերը լինեն ձայնային ալիքի երկարությունից մեծ կամ հավասար:

Ձայնային դաշտը, որտեղ մեծ թվով արտացոլված ալիքներ են հայտնվում տարբեր ուղղություններով, ինչի արդյունքում ձայնային էներգիայի հատուկ խտությունը դաշտում նույնն է, կոչվում է. ցրված դաշտ.

Այն բանից հետո, երբ աղբյուրը դադարում է ձայն արձակել, ձայնային դաշտի ակուստիկ ինտենսիվությունը անսահման ժամանակի ընթացքում նվազում է մինչև զրոյական մակարդակ: Գործնականում ձայնը համարվում է ամբողջությամբ թուլացած, երբ դրա ինտենսիվությունը իջնում ​​է մինչև 106 անգամ, քան այն, որ գոյություն ունի այն անջատման պահին: Ցանկացած ձայնային դաշտ, որպես թրթռացող միջավայրի տարր, ունի ձայնի թուլացման իր առանձնահատկությունը. արձագանք(«հետհնչյուն»):