 |
|
Властивості звукових хвиль
Звук розповсюджується у виді змінного «обурення» пружного середовища, тобто у виді звукових хвиль. Звуковими коливаннями називають коливальні рухи частинок середовища під дією цього «обурення». Простір, у якому відбувається розповсюдження цих хвиль, називають звуковим полем. Якщо джерело «обурення» відомий,то простір, у якому можуть бути виявлені звукові коливання, що створюються цим джерелом, називають звуковим полем даного джерела звуку. Звукові коливання являються частковим випадком механічних коливань.
Звукові коливання у рідкому та газоподібному середовищах являються поздовжніми коливаннями, тобто частинки середовища коливаються вздовж лінії розповсюдження хвилі. У твердих середовищах, окрім поздовжніх коливань мають місце і поперечні коливання хвилі, тобто такі, у яких частинки середовища коливаються у напрямку, перпендикулярному лінії розповсюдження хвилі.
Напрям розповсюдження звукових хвиль називають звуковим променем, а поверхню, що з’єднує всі суміжні точки поля з однаковою фазою коливання частинок середовища, називають фронтом хвилі. Фронт хвилі перпендикулярний звуковому променю. У загальному випадку фронт хвилі має складну форму, але у практичному випадку обмежуються розглядом трьох видів фронту хвилі:
– плоскої; – сферичної; – циліндричної.
Звукові хвилі розповсюджуються із певною швидкістю, її називають швидкістю звуку. У різних середовищах і тілах швидкість звуку різниться.
У газоподібних середовищах швидкість звуку залежить від щільності середовища ρ і статичного атмосферного тиску 
:
де 
– коефіцієнт адіабати; 
, 
– теплоємність середовища при постійному тиску і при постійному об’ємі. Для газів це співвідношення складає від 
(для аргона) до 
(для метана). Для повітря воно рівне 
при 
і тиску 
( 
. У рідких і твердих матеріалах швидкість звуку визначається щільністю матеріалу ρ і модулем пружності 
для відповідного виду деформації (прокольні коливання, крутильні, вигин і т.і.):
У таблиці 1наведемо значення швидкості звуку у деяких газоподібних і рідких середовищах, у таблиці 2 – в твердих середовищах і тілах, в останніх для випадку поздовжніх коливань у стрижнях.
| Середовище | Температура,
| Щільність  , 
| Швидкість звуку  , 
| Питомий акустичний опір  , 
|
| Водяний пар | 100 | 0,58 | 405 | 230 |
| Повітря | 0 | 1,29 | 331 | 428 |
| Повітря | 20 | 1,20 | 343 | 413 |
| Гелій | 0 | 0,18 | 970 | 172 |
| Вода прісна | 15 | 999 | 1430 | 1430 |
Вода солона 
| 15 | 1027 | 1500 | 1550 |
| Таблиця 1. Швидкість звуку та питомий акустичний опір для газів та рідин |
| Матеріал | Щільність ,
| Швидкість звуку ,
| Питомий акустичний опір ,
| |||
у необмеженому середовищі, 
| Поздовжня у стрижні, 
| у необмеженому середовищі,
| Поздовжня у стрижні,
| |||
| Залізо | 7800 | 5850 | 5170 | 45,6 | 40,4 | |
| Дуб | 700 | 4170 | 1520 | 2,92 | 1,06 | |
| Сосна | 500 | 5030 | 1450 | 2,77 | 0,8 | |
| Лід | 916 | – | 3200 | – | 2,93 | |
| Пробка | 240 | – | 500 | – | 0,12 | |
| Каучук | 950 | – | 30 | – | 0,028 | |
| Мармур | 2600 | – | 3810 | – | 9,9 | |
| Граніт | 2700 | – | 3950 | – | 10,7 | |
| Стекло | 3250 | 5660 | 5300 | 18,5 | 17,3 | |
| Таблиця 2. Швидкість звуку і питомий акустичний опір для твердих тіл та матеріалів | ||||||
Для коливань з періодом 
довжина звукової хвилі, тобто відстань між сусідніми фронтами хвилі з однаковою фазою коливань, наприклад, між максимумами або мінімумами коливання, 
, а частота коливань 
.
Частоти акустичних коливань в межах 
Гц називають звуковими, вище 
Гц – ультразвуковими.
Звукові частоти поділяють на низькі, середні та високі.
Звукове поле