Звук — коливальний рух частинок середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі, рідині чи твердому тілі (фізичний зміст) або сприйняття звуку (біофізичний сенс). У вузькому значенні терміном звук визначають коливання, які сприймаються сенсорною системою тварин і людини. В цьому випадку маються на увазі збурення, що поширюються в повітрі. Органи слуху людини сприймають звуки у відносно вузькому частотному діапазоні. Слуховий апарат багатьох тварин сприймає звуки в значно ширшому інтервалі частот. В загальному випадку цим терміном визначається процес поширення збурень в різних за фізичними властивостями середовищах, в яких відновлювальною силою, що намагається повернути збурену частинку в положення рівноваги, є сила пружності. Хвильові збурення, що визначаються як звук, є об'єктивною реальністю і існують незалежно від сприйняття їх будь-якими живими істотами. Вивчення закономірностей генерації, поширення та сприйняття звуків в різних середовищах є приналежним до такої наукової дисципліни як акустика.
Звук | |
Досліджується в | акустика і фонологія |
---|---|
Протилежне | тиша |
Звук у Вікісховищі |
Більшість явищ у природі супроводжуються характерними звуками, які сприймаються та розпізнаються вухом людини і тварин і служать для орієнтування та спілкування. Специфіка сприйняття коливальних рухів частинок повітря слуховим апаратом людини зумовлює поділ звуків на приємні, гармонійні (звуки мови, музичні звуки, спів пташок, наприклад) та звуки зі специфічним спектральним наповненням, часто небажані та дратівні, які визначаються як шум.
Зміщення в просторі частинок середовища у звукових збуреннях характеризується такою величиною як амплітуда коливань. Для опису змін стану частинок середовища в часі використовується така характеристика як частота. Збурення, що сприймаються органами слуху людини та різних тварин це лише невелика частка збурень, що можуть існувати в навколишньому світі. Людське вухо може сприймати лише звуки в певних обмежених інтервалах частот та амплітуд. Для багатьох випадків практичного використання звуків велике значення мають звуки, в яких основна частина енергії зосереджена в області частот, що не сприймаються людським вухом. В зв'язку з цим окремо виділяють такі особливі типи збурень, як ультразвук та інфразвук.
У філософії, психології й екології засобів комунікації звук досліджується у зв'язку з його впливом на сприйняття й мислення (мова йде, наприклад, про акустичний простір як простір, створюваний впливом електронних засобів комунікації).
Поняття про звук
Термін звук використовується для характеристики процесів поширення збурень в матеріальних середовищах, що мають пружні властивості. Прикладом таких середовищ є гази, рідини, тверді пружні тіла. В таких середовищах на будь-яку частинку, зміщену з положення рівноваги, діє сила пружності, яка намагається повернути її в вихідне положення. Характер руху частинок середовища при цьому може бути різним. При коротких збуреннях (постріл, плеск в долоні та ін.) здійснюють короткочасні рухи, після яких частинки повертаються до початкового рівноважного стану. При дії довготривалих, змінних у часі, збурень частинки середовища здійснюють коливальні рухи поблизу положення рівноваги.
Звукові хвилі при певних умовах можуть бути прикладом коливального процесу. Усяке коливання пов'язане з порушенням рівноважного стану системи й виражається у відхиленні її характеристик від рівноважних значень. При поширенні звукових хвиль в середовищі зазнають змін такі характеристики як густина,тиск, швидкість руху частинок, механічні (нормальні та дотичні) напруження, температура. Зміна положення частинок характеризується вектором швидкості, який є функцією координат і часу. Силові фактори взаємодії між частинками акустичного середовища в випадку рідин та газів характеризуються зміною величини тиску. Для пружних тіл силова взаємодія між частинками описується тензором напружень.
Якщо зробити різкий стиск пружного середовища в одному місці, наприклад, за допомогою поршня, то в цьому місці збільшиться тиск. Завдяки пружним зв'язкам між атомами та молекулами тиск передається на сусідні частинки, які, у свою чергу, впливають на наступні, і область підвищеного тиску немов переміщується в пружному середовищі. За областю підвищеного тиску слідує область зниженого тиску, і, таким чином, утвориться чергування областей стиску й розрідження, що поширюються в середовищі у вигляді хвилі. Кожна частка пружного середовища в цьому випадку здійснює коливальні рухи.
У рідких і газоподібних середовищах акустичні хвилі мають поздовжній характер, тобто напрямок коливання частинок збігається (або протилежний) з напрямком поширення хвилі. У твердих тілах, крім поздовжніх деформацій, виникають також пружні деформації зсуву, що зумовлює можливість існування хвиль з рухом частинок в напрямках, перпендикулярних до напрямку поширення хвилі. Такі хвилі називають поперечними.
Класифікація звуків
Більшість звуків, які зустрічаються в природі складні, тобто є суперпозицією (сумою) хвиль різної частоти. Суперпозиція хвиль різної частоти надає чутному звуку забарвлення, яке називають тембром.
За частотними характеристиками акустичної хвилі розрізняють:
- простий тон — синусоїдні коливання ( послухати). Звукові коливання простого тону в достатньо хорошому наближенні випромінюють звукові генератори і камертон.
- складний тон
- гармонічний — визначеної звуковисотності, що складається з основного тону та обертонів. Звуки такого спектрального складу дають музичні інструменти. Тембр звуку, тобто співвідношення обертонів та основного тону надає кожному музичному інструменту своє характерне звучання.
- негармонічний — приблизно визначеної звуковисотності, що складається з основного тону та негармонічних обертонів ( послухати).
- шум
- білий шум — хаотичні коливання, спектральні складові розміщуються рівномірно по всьому діапазону ( послухати).
- кольоровий шум — хаотичні коливання, спектральні складові розміщуються нерівномірно по всьому діапазону, як правило з поступовим зменшенням інтенсивності від низьких до високих частот ( послухати).
Характеристики звуку
При описі звукових полів використовують такі фізичні характеристики, як частота, довжина хвилі, амплітуда, швидкість звуку, тиск та швидкість частинок середовища. У зв'язку з особливістю руху частинок середовища при поширенні звукових хвиль цю швидкість називають коливальною швидкістю. Коли мова йде про сприйняття звуків людиною використовують так звані фізіологічні характеристики звуку: тембр, гучність, висота тону. Звичайно середньостатистична людина чує коливання, передані по повітрю, у діапазоні частот від 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук нижче діапазону чутності людини називають інфразвуком; вище: до 1 ГГц, — ультразвуком, від 1 ГГц — гіперзвуком. Представники тваринного світу здатні сприймати звуки в значно ширшому діапазоні частот. Кажани для орієнтації та знаходження здобичі використовують звуки в діапазоні 20-120 кГц. Дельфіни, наприклад, використовують для орієнтації та полювання звуки з частотою понад 100 кГц Значно вищі 20 кГц частоти здатні сприймати і собаки.
Серед вловимих звуків варто особливо виділити фонетичні, мовні звуки й фонеми (з яких складається усне мовлення) і музичні звуки (з яких складається музика).
Розрізняють поздовжні й поперечні звукові хвилі залежно від співвідношення напрямку поширення хвилі й напрямки механічних коливань часток середовища поширення.
Фізичні параметри звуку
В багатьох практично важливих випадках для вивчення процесів генерації, поширення звукових хвиль та їх взаємодії з перешкодами використовується модель ідеальної стисливої рідини (газу) або ідеального пружного тіла. В цьому випадку процес поширення хвиль описується силовими характеристиками (тиск або тензор напружень) та кінематичними характеристиками (вектор коливальної швидкості частинок середовища. Коливальна швидкість виміряється в м/с або см/с. Зміна температури в процесі адіабатичної деформації частинок середовища може бути обчислена додатково. Для врахування втрат енергії при деформації середовища слід використовувати моделі, що враховують в'язкість. При поширенні гармонічних хвиль в'язкі втрати часто враховуються введенням комплексних хвильових чисел чи комплексних модулів пружності.
В енергетичному відношенні реальні коливальні системи характеризуються зміною енергії внаслідок часткової її витрати на роботу проти сил тертя й випромінювання в навколишній простір. У пружному середовищі коливання поступово загасають. Для характеристики згасних коливань використовуються коефіцієнт загасання (S), логарифмічний декремент (D) і добротність (Q).
Коефіцієнт загасання відбиває швидкість спадання амплітуди із часом. Якщо позначити час, протягом якого амплітуда зменшується в е разів, через , то:
- .
Зменшення амплітуди за один цикл характеризується логарифмічним декрементом. Логарифмічний декремент дорівнює відношенню періоду коливань до часу загасання :
Якщо на коливальну систему із втратами діяти періодичною силою, то виникають вимушені коливання, характер яких тією чи іншою мірою повторює зміни зовнішньої сили. Частота вимушених коливань не залежить від параметрів коливальної системи. Навпаки, амплітуда залежить від маси, механічного опору й гнучкості системи, якими визначаються її власні частоти. Таке явище, коли амплітуда коливальної швидкості досягає максимального значення, називається механічним резонансом. При цьому частота вимушених коливань збігається із частотою власних незатухаючих коливань механічної системи. Характерно, що максимальне відхилення частинок середовища від положення рівноваги досягається при дещо іншому значенні частоти зовнішньої сили. Різниця між цими характерними частотами визначається величиною демпфування в системі.
При частотах впливу, значно менших резонансної, зовнішня гармонійна сила врівноважується практично тільки силою пружності. При частотах порушення, близьких до резонансного, головну роль грають сили тертя. За умови, коли частота зовнішнього впливу значно більше резонансної, поводження коливальної системи залежить від сили інерції або маси.
Властивість середовища проводити акустичну енергію, у тому числі й ультразвукову, характеризується акустичним опором. Як характеристика середовища величина акустичного опору може бути визначена при аналізі поширення плоскої хвилі. В цьому випадку вводять для характеристики середовища поняття питомого акустичного опору. Його величина визначається відношенням ' амплітуди звукового тиску в середовищі до амплітуди коливальної швидкості його часток. Чисельно, питомий акустичний опір середовища (Z) дорівнює добутку густини () на швидкість (с) поширення звукових хвиль в ньому.
Питомий акустичний опір виміряється в паскаль-секунда на метр (Па•с/м) (система SI) або дин•с/см³ (СГС); 1 Па•с/м = 10−1 дин • с/см³.
Значення питомого акустичного опору середовища часто виражається в г/с•см², причому 1 г/с•см² = 1 дин•с/см³.
Звуковий або акустичний тиск у середовищі являє собою різницю між миттєвим значенням тиску в даній точці середовища при наявності звукових коливань і статичного тиску в тій же точці при їхній відсутності. Іншими словами, звуковий тиск є змінний тиск у середовищі, обумовлений акустичними коливаннями. Максимальне значення змінного акустичного тиску (амплітуда тиску) може бути розраховане через амплітуду коливання часток:
де Р — максимальний акустичний тиск (амплітуда тиску);
- ν — частота;
- с — швидкість поширення ультразвуку;
- — густина середовища;
- А — амплітуда коливання часток середовища.
На відстані в половину довжини хвилі амплітудне значення тиску з позитивного стає негативним, тобто різниця тисків у двох точках, що стоять одна від одної на відстані поширення хвилі, дорівнює 2Р.
Для вираження звукового тиску в одиницях SI використовують Паскаль (Па), що дорівнює тиску в один ньютон на метр квадратний (Н/м²). Звуковий тиск у системі СГС виміряється в дин/см²; 1 дин/см² = 10−1Па = 10−1Н/м². Поряд із зазначеними одиницями часто користуються несистемними одиницями тиску — атмосфера (атм) і технічна атмосфера (ат), при цьому 1 ат = 0,98× 10 6 дин/см² = 0,98× 10 5 Н/м?. Іноді застосовується одиниця, що називається баром або мікробаром (акустичним баром); 1 бар = 106 дин/см².
Тиск на частки середовища при поширенні хвилі, є результатом дії пружних й інерційних сил. Останні викликаються прискореннями, величина яких також росте протягом періоду від нуля до максимуму (амплітудне значення прискорення). Крім того, протягом періоду прискорення змінює свій знак.
Максимальні значення величин прискорення й тиску, що виникають у середовищі при проходженні в ній ультразвукових хвиль, для даної частки не збігаються в часі. У момент, коли перепад прискорення досягає свого максимуму, перепад тиску стає рівним нулю. Амплітудне значення прискорення (а) визначається виразом:
Якщо ультразвукові хвилі, що біжать, натрапляють на перешкоду, вона зазнає не тільки змінний тиск, але й постійний. Ділянки згущення й розрідження середовища, що виникають при проходженні ультразвукових хвиль, створюють додаткові зміни тиску в середовищі відносно навколишнього зовнішнього тиску. Такий додатковий зовнішній тиск називають тиском випромінювання (радіаційний тиск). Він слугує причиною того, що при переході ультразвукових хвиль через межу рідини з повітрям утворяться фонтанчики рідини й відбувається відрив окремих крапельок від поверхні. Цей механізм знайшов застосування в утворенні аерозолів лікарських речовин. Радіаційний тиск часто використовується при вимірі потужності ультразвукових коливань у спеціальних вимірниках — ультразвукових вагах.
Частота
Найпростішим типом звуку є звук, в якому тиск у кожній точці простору змінюється за синусоїдним законом, тобто здійснює гармонічні коливання з певною частотою. Частота — це кількість коливань певної точки середовища, в якому поширюються гармонічні звукової хвилі, в секунду. Одному циклу коливання в секунду відповідає величина 1 Гц (1/с). В загальному випадку довільних збурень зміна положення точки середовища в часі може характеризуватися набором дискретних значень частот, або неперервним інтервалом частот (скінченим чи нескінченним). В цьому випадку говорять про дискретний чи неперервний частотний спектр звуку.
Людина чує звук з частотами від 16 Гц до 20 кГц. Границі чутності визначені не строго і змінюються від людини до людини. Деякі тварини можуть чути звуки з частотою, нижчою від 16 Гц, інші — з частотою понад 20 кГц.
Діапазон від 16 Гц до 20 кГц називають чутним діапазоном. Звуки з частотами до 16 Гц називаються інфразвуком, понад 20000 Гц — ультразвуком. Звуки з частотою 109−1013 Гц називають гіперзвуком.
Людське вухо сприймає та розрізняє частоту звукових коливань як висоту звуку або тон.
Швидкість звуку
Швидкість звуку — швидкість поширення звукових хвиль у середовищі.
Як правило, в газах швидкість звуку менша, ніж в рідинах, а в рідинах швидкість звуку менша, ніж у твердих тілах, що пов'язано в основному зі зменшенням стисливості (зростанням об'ємного модуля пружності) речовин у цих фазових станах відповідно.
Швидкість звуку в повітрі за нормальних умов становить 340 м/с. Вона дещо зростає з підвищенням температури і зменшується при її пониженні. Швидкість звуку в повітрі практично не залежить від частоти, тому звук розповсюджується на великі відстані без спотворень. В газах швидкість звуку складає декілька сотень метрів на секунду. Найвищу швидкість мають хвилі в водні (близько 1200 м/с). Для рідин швидкість звуку знаходиться в інтервалі 1-2 км/с. В прісній воді швидкість звуку близька до 1500 м/с. В більшості твердих пружних тіл швидкість звуку (поздовжніх хвиль) знаходиться в інтервалі 5-6 км/с. Так, наприклад, швидкість поздовжніх хвиль в сталі дорівнює 5900 м/с, в алюмінії — 6400 м/с. Відповідно, значення швидкості зсувних хвиль в цих матеріалах становить 3200 м/с та 3100 м/с. Рекордне значення швидкості поздовжніх хвиль в твердому тілі характерне для алмазу і становить 18 км/с.
Швидкість звуку залежить від середовища, через яке проходять звукові хвилі і визначається його параметрами — модулями пружності. Швидкість звуку в газах залежить від температури, від маси молекули газу. Загалом вона дорівнює кореню квадратному похідної від модуля пружності середовища відносно густини. При великих інтенсивностях звуку вона залежить також від амплітуди.
Швидкість звуку в середовищі, що не опирається зсуву, обчислюється за формулою:
де — адіабатична стисливість середовища; — густина. В твердих пружних тілах можливе існування двох типів хвиль — поздовжніх і поперечних. Для визначення швидкості поширення поперечних хвиль слід використовувати формулу , де — модуль зсуву пружного середовища. Адіабатична стисливість ізотропного пружного середовища може бути виражена через величини модуля зсуву та числа Пуасона за формулою
- .
Довжина хвилі
Довжина гармонічної звукової хвилі визначається її частотою та швидкістю звуку:
- ,
де — довжина хвилі, — частота, — швидкість звуку.
Довжини звукових хвиль чутного діапазону лежать у межах від, приблизно, 2 см до, приблизно, 20 м.
Гучність звуку
Гучність звуку — суб'єктивне сприйняття сили звуку (абсолютна величина слухового відчуття). Гучність головним чином залежить від звукового тиску, амплітуди й частоти звукових коливань. Також на гучність звуку впливають його спектральний склад, локалізація в просторі, тембр, тривалість впливу звукових коливань, індивідуальна чутливість слухового аналізатора людини й інші фактори.
Гучність звуку визначається амплітудою коливань, однак гучність — суб'єктивна характеристика інтенсивності звуку, тоді як об'єктивною фізичною характеристикою є звуковий тиск.
Людське вухо сприймає гучність у приблизно логарифмічному масштабі за законом Вебера-Фехнера, тому гучність вимірюється в логарифмічних одиницях — децибелах, тоді як звуковий тиск вимірюється в паскалях. Логарифмічний масштаб сприйняття означає, що людина може почути новий звук на деякому звуковому тлі тільки тоді, коли його амплітуда перевищує амплітуду тла не на деяку певну абсолютну величину, а на певний множник, який залежить від частоти.
Аналогічно, у логарифмічному масштабі людське вухо розрізняє тони.
Характеристики руху частинок середовища
При поширенні звукових хвиль відбувається певний механічний рух частинок середовища. Для характеристики такого руху слід використовувати власні внутрішні масштаби процесу генерації та поширення хвиль. Оцінка цих масштабів є важливим для розуміння фізичних особливостей хвильових рухів. Як просторовий масштаб природно використати амплітуду зміщення від положення рівноваги частинок середовища. Якщо розглядати звуки чутного для людини діапазону, то ця величина може бути надзвичайно малою по відношенню до величин, з якими людина зустрічається в повсякденному житті. Якщо розглянути звуки в діапазоні частот 2-3 КГц де людське вухо має найвищу чутливість, то для найбільш інтенсивного звуку, при якому у людини уже виникає болісне відчуття в вухах, амплітуда зміщень частинок повітря становить лише 0.1 мм. Амплітуда швидкості частинок при цьому становить 1 м/сек. Під час голосної розмови на відстані 1 м від промовця амплітуда зміщень частинок середовища становить 2-3 сотні ангстремів, амплітуда швидкості механічного руху частинок менша ніж 1 м на годину. Нарешті, для найслабших звуків, що розпізнаються людиною, амплітуда зміщень становить 5•10−10 см, а амплітуда швидкості близько 2 м на рік.
Поширення звуку
У газах та рідинах звук поширюється як поздовжня хвиля, тобто як послідовність стиснень та розширень. У твердих тілах крім поздовжніх звукових хвиль можуть поширюватись також поперечні хвилі, в яких коливання відбуваються у напрямку перпендикулярному до напрямку поширення. Поздовжні та поперечні хвилі поширюються із різними швидкостями. В ізотропних середовищах швидкість поширення збурень не залежить від напрямку. В анізотропних середовищах, таких як кристали, спостерігається анізотропія швидкості, коли швидкість звуку змінюється в залежності від напрямку поширення.
Розповсюдження звуку є адіабатичним процесом, тобто коливання тиску й густини відбувається швидше, ніж встигає вирівнятися температура. Це означає, що локальна температура змінюється разом із густиною — при стискуванні відбувається нагрівання, при розширенні охолодження.
Звукова хвиля, зустрівши на своєму шляху перешкоду, дифрагує, тобто огинає перешкоду, якщо її розмір менший або порівняний із довжиною хвилі. Звукова хвиля також частково відбивається від перешкоди. Відбивання більше, якщо розмір перешкоди більший від довжини хвилі. Завдяки відбиттю звукової хвилі від перешкод виникає таке акустичне явище, як луна. Людське вухо не розрізняє дуже близькі за часом звуки, тому мінімальна відстань, з якої людина чує луну становить приблизно 16 м.
При поширенні звукових хвиль може спостерігатися зміна форми сигналу, що містить певний набір гармонічних складових. Таке явище носить назву дисперсія. Причиною виникнення дисперсії можуть бути спеціальні фізичні властивості середовища, в якому поширюється збурення (фізична дисперсія) або геометричні особливості області, в якій поширюється звук (геометрична дисперсія).
Вироблення звуку
Навколишній світ переповнений звуками. Вони породжуються різними джерелами і на основі різних механізмів перетворення кінетичної або електричної енергії джерела, на енергію звукових хвиль. У разі, коли звук генерується дзвоном, зображеним на початку статті, частина кінетичної енергії ударника витрачається для збудження коливань дзвону. При взаємодії його поверхні з повітрям, утворюються звукові хвилі. Такий механізм генерування звуку досить поширений. Саме він використовується в різного типу гучномовцях. Збудження коливань поверхні в них здійснюється або електромагнітним пристроєм, або пристроєм з використанням п'єзоефекту. В навколишньому світі дуже поширені звуки, що генеруються за рахунок переходу частини кінетичної енергії потоку в енергію звуку. Саме такий механізм працює при створенні звуків людиною, птахами, різними тваринами. Ним же зумовлено генерацію звуку стрімким потоком та вітром. На основі цього механізму виробляються звуки в духових музичних інструментах. В струнних та ударних інструментах звуки генеруються, по суті, так само як у дзвоні. Для створення когерентного звуку застосовуються так звані звукові або фононні лазери.
Реєстрація, запис та відтворення звуку
Детальніше звукозапис
При розв'язанні завдання реєстрації звуків використовують два типи сенсорів — вимірювач тиску чи вимірювач коливальної швидкості. Звичайний мікрофон та людське вухо є реєстраторами тиску. Практично лише такого типу реєстратори використовуються при аналізі звукових полів в газових середовищах. В гідроакустиці досить часто використовують реєстратори коливальної швидкості.
Звук реєструють за допомогою мікрофонів — приладів, що перетворюють звукові коливання у електричні. Зареєстровані звукові коливання можна передати на віддаль засобами телекомунікації — телефоном або радіо або записати на носії інформації. Переданий або записаний звук відтворюється за допомогою гучномовців, які перетворюють електричні коливання у звукові хвилі.
В сучасних умовах для реєстрації та обробки звукових сигналів широко використовуються комп'ютери. При цьому звуковий сигнал кодується цифровим кодом з допомогою спеціальних аналого-цифрових перетворювачів. При цьому формується цифровий звук. При створенні цифрових звукових файлів використовується велика кількість різних звукових форматів. Широко використовуються, наприклад, формати МР3, МР4. При використанні аналого-цифрових перетворювачів ставиться завдання збереження характеристик звуку в певному частотному діапазоні, у відповідності до якого вибирається частота дискретизації.
Ультразвукова діагностика
При поширенні звукових хвиль в неоднорідних середовищах спостерігаються такі явища, як відбиття хвиль, розсіювання хвиль та рефракція. Реєстрація та обробка даних про відбиті та розсіяні хвилі дає можливість виявити неоднорідності в середовищі та встановити його певні властивості. Оскільки геометричні розміри неоднорідностей, що можуть бути виявлені, суттєво залежать від довжини хвилі при практичному використанні такої можливості намагаються використовувати звуки високих частот (малих довжин хвиль). Можливості вивчення структурних особливостей середовища, в якому поширюється звук широко використовуються в процедурах ультразвукової діагностики в медицині та при неруйнівному контролі в техніці.
Ультразвук — пружні звукові коливання високої частоти. Людське вухо сприймає поширювані в середовищі пружні хвилі частотою приблизно до 16 Гц-20 ; коливання з більш високою частотою являють собою ультразвук (за межею чутності).
Поширення ультразвуку
Поширення ультразвуку — це процес переміщення в просторі й у часі збурень, що мають місце у звуковій хвилі.
Звукова хвиля поширюється в речовині, що перебуває в газоподібному, рідкому стані, у тому ж напрямку, у якому відбувається переміщення з частинок цієї речовини. Такі хвилі називають поздовжніми. В випадку твердого деформівного тіла існують, як поздовжні хвилі, так і хвилі поперечні, коли напрям поширення збурень і напрям руху частинок середовища є взаємно перпендикулярними. Характерним прикладом поперечних хвиль є хвилі в струні. При поширенні хвиль виникає деформацію середовища. Деформація полягає в тому, що відбувається послідовне розрідження й стиснення певних об'ємів середовища, причому відстань між двома сусідніми областями максимального стиснення або розрідження визначає довжину . Чим більше питомий акустичний опір середовища, тим більше ступінь стиснення й розрідження середовища при даній амплітуді коливань.
Частки середовища, що беруть участь у передачі енергії хвилі, коливаються біля положення своєї рівноваги. Швидкість, з якої частки коливаються біля середнього положення рівноваги називається коливальною швидкістю. Коливальна швидкість часток змінюється відповідно до рівняння:
- ,
де V — величина коливальної швидкості;
- U — амплітуда коливальної швидкості;
- ν — частота ультразвуку;
- t — час;
- — різниця фаз між коливальною швидкістю часток і змінним акустичним тиском.
Амплітуда коливальної швидкості характеризує максимальну швидкість, з якою частинки середовища рухаються в процесі коливань, і визначається інтенсивністю збурення.
Дифракція, інтерференція
При поширенні ультразвукових хвиль можливі явища дифракції, інтерференції й відбиття.
Дифракція (оминання хвилями перешкод) відбувається тоді, коли довжина ультразвукової хвилі порівнянна (або більше) з розмірами перешкоди, що перебуває на шляху. Якщо перешкода в порівнянні з довжиною акустичної хвилі велика, то явища дифракції немає.
При одночасному русі в середовищі декількох ультразвукових хвиль у кожній певній точці середовища відбувається суперпозиція (накладення) цих хвиль. Накладення хвиль однакової частоти один на одну називається інтерференцією. Якщо в процесі проходження через об'єкт ультразвукові хвилі перетинаються, то в певних точках середовища спостерігається посилення або ослаблення коливань. При цьому стан точки середовища, де відбувається взаємодія, залежить від співвідношення фаз ультразвукових коливань у даній точці. Якщо ультразвукові хвилі досягають певної ділянки середовища в однакових фазах (синфазно), то зміщення часток мають однакові знаки й інтерференція в таких умовах приводить до збільшення амплітуди коливань. Якщо ж хвилі приходять до точки середовища в протифазі, то зміщення часток буде різнонаправленим, що приводить до зменшення амплітуди коливань.
Поглинання звукових хвиль
Якщо середовище, у якому відбувається поширення звуку, має в'язкість і теплопровідність або в ньому є інші процеси внутрішнього тертя, то при поширенні хвилі відбувається поглинання звуку, тобто в міру віддалення від джерела амплітуда звукових коливань стає меншою, так само як й енергія, яку вони несуть. Переважна частина поглиненої енергії перетвориться в тепло, менша частина викликає в передавальній речовині необоротні структурні зміни. Поглинання є результатом тертя часток одна об іншу, у різних середовищах воно різне. Поглинання залежить також від частоти звукових коливань. Теоретично, поглинання пропорційно квадрату частоти.
Величину поглинання можна характеризувати коефіцієнтом поглинання, що показує, як змінюється інтенсивність ультразвуку в опроміненому середовищі. З ростом частоти він збільшується. Інтенсивність ультразвукових коливань у середовищі зменшується за експонентним законом. Цей процес обумовлений внутрішнім тертям, теплопровідністю поглинаючого середовища і його структурою. Його орієнтовно характеризує величина напівпоглинаючого шару, що показує на якій глибині інтенсивність коливань зменшується вдвічі (точніше в 2,718 рази або на 63 %). За Пальманом, при частоті, рівній 0,8 МГц, середні величини напівпоглинаючого шару для деяких тканин такі: жирова тканина — 6,8 см; м'язова — 3,6 см; жирова й м'язова тканини разом — 4,9 см. Зі збільшенням частоти ультразвуку величина напівпоглинаючого шару зменшується. Так при частоті, рівній 2,4 МГц, інтенсивність ультразвуку, що проходить через жирову й м'язову тканини, зменшується вдвічі на глибині 1,5 см.
Крім того, можливо аномальне поглинання енергії ультразвукових коливань у деяких діапазонах частот — це залежить від особливостей молекулярної будови даної тканини. Відомо, що 2/3 енергії звуку загасає на молекулярному рівні й 1/3 на рівні мікроскопічних тканинних структур.
Глибина проникнення ультразвукових хвиль
Під глибиною проникнення ультразвуку розуміють глибину, при якій інтенсивність зменшується на половину. Ця величина обернено пропорційна поглинанню: чим сильніше середовище поглинає ультразвук, тим менше відстань, на якому інтенсивність ультразвуку послабляється наполовину.
Розсіювання ультразвукових хвиль
Якщо в середовищі є неоднорідності, то відбувається розсіювання звуку, що може істотно змінити просту картину поширення ультразвуку й, в остаточному підсумку, також викликати загасання хвилі в первісному напрямку поширення.
Заломлення ультразвукових хвиль
Тому що акустичний опір м'яких тканин людини ненабагато відрізняється від опору води, можна припустити, що на межі розділу середовищ (епідерміс — дерма — фасція — м'яз) буде спостерігатися заломлення ультразвукових хвиль.
Відбиття ультразвукових хвиль
На явищі відбиття побудована ультразвукова діагностика. Відбиття відбувається в прикордонних областях шкіри й жиру, жиру й м'язів, м'язів та кісток. Якщо ультразвук при поширенні натрапляє на перешкоду, то відбувається відбиття, якщо перешкода мала, то ультразвук його як би обтікає. Неоднорідності організму не викликають значних відхилень, тому що в порівнянні з довжиною хвилі (2 мм) їхніми розмірами (0,1—0,2 мм) можна зневажити. Якщо ультразвук на своєму шляху натрапляє на органи, розміри яких більше довжини хвилі, то відбувається переломлення й відбиття ультразвуку. Найбільш сильне відбиття спостерігається на границях кістка — навколишні до неї тканини й тканини — повітря. У повітря мала густина і спостерігається практично повне відбиття ультразвуку. Відбиття ультразвукових хвиль спостерігається на границі м'яз — окістя — кістка, на поверхні порожнистих органів.
Біжучі та стоячі звукові хвилі
Якщо при поширенні звукових хвиль вони не зустрічають перешкод, то утворюється звукове поле, що формується системою біжучих хвиль у різних напрямках від джерела звуку. У результаті втрат енергії та розтікання її по все зростаючому об'єму амплітуда коливальних рухів часток середовища поступово зменшується. Якщо ж на шляху поширення звукових хвиль існують перешкоди, то можливі такі фізичні ефекти. Якщо перешкода є акустичним середовищем з відмінними фізичними властивостями частина звукової енергії проникає в об'єм перешкоди, а частина відбивається і розсіюється в навколишньому просторі. При зустрічі з перешкодами які можна моделювати як акустично жорсткі, акустично м'які, реалізується лише процес розсіювання хвиль. Накладення падаючих і відбитих звукових хвиль може приводити до виникнення стоячих хвиль. Стоячі хвилі не переносять енергію.
Інфразвук
Інфразву́к (від лат. infra — нижче, під) — пружні хвилі, аналогічні звуковим, але мають частоту нижче сприйманої людським вухом. За верхню межу частотного діапазону інфразвуку звичайно приймають 16-25 Гц. Нижня ж межа інфразвукового діапазону умовно визначена як 0.001 . Практичний інтерес можуть представляти коливання від десятих і навіть сотих доль герців, тобто з періодами в десяток секунд.
Природа виникнення інфразвукових коливань така ж, як й у чутного звуку, тому інфразвук підпорядковується тим же закономірностям, і для його опису використовується такий же математичний апарат, як і для звичайного чутного звуку (крім понять, пов'язаних з рівнем звуку). Інфразвук слабко поглинається середовищем, тому може поширюватися на значні відстані від джерела. Завдяки великій довжині хвилі (при частоті 1 Гц довжина хвилі в повітрі перевищує 300 м) явище дифракції не впливає суттєво на поширення інфразвуку.
Інфразвук, що утворюється в морі, називають однією з можливих причин знаходження суден, покинутих екіпажем
Досліди й демонстрації
Для демонстрації стоячих хвиль звуку служить Труба Рубенса.
Розходження у швидкостях поширення звуку наочно, коли вдихають замість повітря гелій, і говорять що-небудь, видихаючи ним, — голос стає вище. Якщо ж газ — гексафторид сірки SF6, то голос звучить нижче. Пов'язане це з тим, що гази приблизно однаково добре стисливі, тому в гелії, що має дуже низьку густину, у порівнянні з повітрям відбувається збільшення швидкості звуку, і зниження — у гексафторидні сірки з дуже високою для газів густиною, розміри ж ротового резонатора людини залишаються незмінними, у підсумку змінюється резонансна частота, тому що чим вища швидкість звуку, тим вища резонансна частота за інших незмінних умов.
Про швидкості звуку у воді можна візуально одержати уявлення в досліді (дифракції світла на ультразвуці у воді). У воді в порівнянні з повітрям, швидкість звуку вища, тому що навіть при істотно більше високій густині води (що повинно було б привести до падіння швидкості звуку), вода настільки погано стислива, що в підсумку в ній швидкість звуку виявляється все одно в кілька разів вищою.
Найнижчий звук у Всесвіті
Акустичні хвилі, згенеровані надмасивною чорною дірою в центрі скупчення галактик Персей в 250 млн світлових років від Землі, генерують звук на 57 октав нижче ноти «сі» середньої октави (це відповідає частоті 3,2*10−15Гц, або — одне коливання на 10 млн років), що розповсюджується через тонкий шар газу навколо чорної діри. Це явище було відкрито астрономами Кембриджського університету (Велика Британія) під керівництвом Ендрю Фабіана в рентгенівській обсерваторії Чандра. Цей звук зареєстрований у «Книзі рекордів Гінеса», як найнижчий звук у Всесвіті.
Див. також
- Хвиля
- Ударна хвиля
- Звуковий бар'єр
- Звукозапис
- Акустика
- Потужність джерела звуку
- Медична акустика
- Музична акустика
- Психоакустика
- Поріг чутності
- Гідроакустика
- Атака звуку
- Гучномовець
- Гранулярний синтез
- Ефект Доплера
- Другий звук
- Логарифмічний регулятор гучності
- Звук музичний
- Мовний звук
- Реверберація
- Дисперсія хвилі
- Дифракція
- Рефракція
- Акустичний резонанс
Примітки
- И. П. Голямина. Звук // Фізична енциклопедія. з джерела 1 травня 2013
- Возникновение звука. YouTube. GetAClass - Физика в опытах и экспериментах. 5 вересня 2014. оригіналу за 7 червня 2020. Процитовано 1 червня 2021.
- . Архів оригіналу за 12 січня 2013. Процитовано 15 березня 2013.
- С. В. Рязанцев В мире запахов и звуков. Занимательная оториноларингология. — Изд-во «Тера-Книжный клуб», 1997, 432 с.
- Гринченко В. Т., Мелешко В. В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. — К.: Наукова думка,1981. — 284 с.
- . Архів оригіналу за 27 лютого 2007. Процитовано 15 березня 2013.
- . Архів оригіналу за 27 лютого 2007. Процитовано 15 березня 2013.
- М. А. Исакович Общая акустика, Москва, Наука, 1973, 495 с.
- Вовк И. В., Гринченко В. Т. Звук, рожденный потоком (очерк об аэродинамической акустике, — К.: Наукова думка, 2010. — 222 с. — ISBN 978 966-00
- Jacob B. Khurgin. Phonon lasers gain a sound foundation // . — 2010. — P. 16.
- Мезенцев В. А. У тупиках мистики. М.: Московський робітник, 1987.
- Демонстрація зміни голосу з гексафторидом сірки на youtube.com
- [1] [ 16 липня 2011 у Wayback Machine.] Сайт обсерваторії Чандра
- Гинесс. Мировые рекорды 2005 — М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2004—287, [1] с.: ил. :
Література
Вікіцитати містять висловлювання на тему: Звук |
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Звук |
- В. Т. Грінченко, І. В. Вовк, В. Т. Маципура Основи акустики. — К: Наукова думка, 2007. — 640 с.
- Звук // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп. т.). — СПб., 1890—1907. (рос. дореф.)
- Радзишевський Олександр Юрійович. Основи аналогового й цифрового звуку. — М. : Вільямс, 2006. — С. 288. — .
- Клюкин И. И. Удивительный мир звука. — Л.: Судостроение, 1979. — 94 с.
Посилання
- Селезов І. Т. Енциклопедія сучасної України / ред. кол.: І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001–2023. — .
- Міхеєв О. М., Шиліна Ю. В. Звукове випромінювання [ 22 квітня 2016 у Wayback Machine.] // Енциклопедія сучасної України : у 30 т. / ред. кол. І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ, Координаційне бюро енциклопедії сучасної України НАН України. — К., 2003–2016. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Zvuk fonetika Zvuk kolivalnij ruh chastinok seredovisha sho poshiryuyetsya u viglyadi hvil u gazi ridini chi tverdomu tili fizichnij zmist abo sprijnyattya zvuku biofizichnij sens U vuzkomu znachenni terminom zvuk viznachayut kolivannya yaki sprijmayutsya sensornoyu sistemoyu tvarin i lyudini V comu vipadku mayutsya na uvazi zburennya sho poshiryuyutsya v povitri Organi sluhu lyudini sprijmayut zvuki u vidnosno vuzkomu chastotnomu diapazoni Sluhovij aparat bagatoh tvarin sprijmaye zvuki v znachno shirshomu intervali chastot V zagalnomu vipadku cim terminom viznachayetsya proces poshirennya zburen v riznih za fizichnimi vlastivostyami seredovishah v yakih vidnovlyuvalnoyu siloyu sho namagayetsya povernuti zburenu chastinku v polozhennya rivnovagi ye sila pruzhnosti Hvilovi zburennya sho viznachayutsya yak zvuk ye ob yektivnoyu realnistyu i isnuyut nezalezhno vid sprijnyattya yih bud yakimi zhivimi istotami Vivchennya zakonomirnostej generaciyi poshirennya ta sprijnyattya zvukiv v riznih seredovishah ye prinalezhnim do takoyi naukovoyi disciplini yak akustika Zvuk source source source source source source source source Doslidzhuyetsya vakustika i fonologiyaProtilezhnetisha Zvuk u Vikishovishi Bilshist yavish u prirodi suprovodzhuyutsya harakternimi zvukami yaki sprijmayutsya ta rozpiznayutsya vuhom lyudini i tvarin i sluzhat dlya oriyentuvannya ta spilkuvannya Specifika sprijnyattya kolivalnih ruhiv chastinok povitrya sluhovim aparatom lyudini zumovlyuye podil zvukiv na priyemni garmonijni zvuki movi muzichni zvuki spiv ptashok napriklad ta zvuki zi specifichnim spektralnim napovnennyam chasto nebazhani ta drativni yaki viznachayutsya yak shum Zmishennya v prostori chastinok seredovisha u zvukovih zburennyah harakterizuyetsya takoyu velichinoyu yak amplituda kolivan Dlya opisu zmin stanu chastinok seredovisha v chasi vikoristovuyetsya taka harakteristika yak chastota Zburennya sho sprijmayutsya organami sluhu lyudini ta riznih tvarin ce lishe nevelika chastka zburen sho mozhut isnuvati v navkolishnomu sviti Lyudske vuho mozhe sprijmati lishe zvuki v pevnih obmezhenih intervalah chastot ta amplitud Dlya bagatoh vipadkiv praktichnogo vikoristannya zvukiv velike znachennya mayut zvuki v yakih osnovna chastina energiyi zoseredzhena v oblasti chastot sho ne sprijmayutsya lyudskim vuhom V zv yazku z cim okremo vidilyayut taki osoblivi tipi zburen yak ultrazvuk ta infrazvuk U filosofiyi psihologiyi j ekologiyi zasobiv komunikaciyi zvuk doslidzhuyetsya u zv yazku z jogo vplivom na sprijnyattya j mislennya mova jde napriklad pro akustichnij prostir yak prostir stvoryuvanij vplivom elektronnih zasobiv komunikaciyi Dzvin odin iz najvidomishih pristroyiv dlya generaciyi intensivnih zvukivPonyattya pro zvukTermin zvuk vikoristovuyetsya dlya harakteristiki procesiv poshirennya zburen v materialnih seredovishah sho mayut pruzhni vlastivosti Prikladom takih seredovish ye gazi ridini tverdi pruzhni tila V takih seredovishah na bud yaku chastinku zmishenu z polozhennya rivnovagi diye sila pruzhnosti yaka namagayetsya povernuti yiyi v vihidne polozhennya Harakter ruhu chastinok seredovisha pri comu mozhe buti riznim Pri korotkih zburennyah postril plesk v doloni ta in zdijsnyuyut korotkochasni ruhi pislya yakih chastinki povertayutsya do pochatkovogo rivnovazhnogo stanu Pri diyi dovgotrivalih zminnih u chasi zburen chastinki seredovisha zdijsnyuyut kolivalni ruhi poblizu polozhennya rivnovagi Zvukovi hvili v povitri cherguvannya oblastej stisnennya j rozridzhennya Zvukovi hvili pri pevnih umovah mozhut buti prikladom kolivalnogo procesu Usyake kolivannya pov yazane z porushennyam rivnovazhnogo stanu sistemi j virazhayetsya u vidhilenni yiyi harakteristik vid rivnovazhnih znachen Pri poshirenni zvukovih hvil v seredovishi zaznayut zmin taki harakteristiki yak gustina tisk shvidkist ruhu chastinok mehanichni normalni ta dotichni napruzhennya temperatura Zmina polozhennya chastinok harakterizuyetsya vektorom shvidkosti yakij ye funkciyeyu koordinat i chasu Silovi faktori vzayemodiyi mizh chastinkami akustichnogo seredovisha v vipadku ridin ta gaziv harakterizuyutsya zminoyu velichini tisku Dlya pruzhnih til silova vzayemodiya mizh chastinkami opisuyetsya tenzorom napruzhen Yaksho zrobiti rizkij stisk pruzhnogo seredovisha v odnomu misci napriklad za dopomogoyu porshnya to v comu misci zbilshitsya tisk Zavdyaki pruzhnim zv yazkam mizh atomami ta molekulami tisk peredayetsya na susidni chastinki yaki u svoyu chergu vplivayut na nastupni i oblast pidvishenogo tisku nemov peremishuyetsya v pruzhnomu seredovishi Za oblastyu pidvishenogo tisku sliduye oblast znizhenogo tisku i takim chinom utvoritsya cherguvannya oblastej stisku j rozridzhennya sho poshiryuyutsya v seredovishi u viglyadi hvili Kozhna chastka pruzhnogo seredovisha v comu vipadku zdijsnyuye kolivalni ruhi U ridkih i gazopodibnih seredovishah akustichni hvili mayut pozdovzhnij harakter tobto napryamok kolivannya chastinok zbigayetsya abo protilezhnij z napryamkom poshirennya hvili U tverdih tilah krim pozdovzhnih deformacij vinikayut takozh pruzhni deformaciyi zsuvu sho zumovlyuye mozhlivist isnuvannya hvil z ruhom chastinok v napryamkah perpendikulyarnih do napryamku poshirennya hvili Taki hvili nazivayut poperechnimi Klasifikaciya zvukiv Bilshist zvukiv yaki zustrichayutsya v prirodi skladni tobto ye superpoziciyeyu sumoyu hvil riznoyi chastoti Superpoziciya hvil riznoyi chastoti nadaye chutnomu zvuku zabarvlennya yake nazivayut tembrom Za chastotnimi harakteristikami akustichnoyi hvili rozriznyayut prostij ton sinusoyidni kolivannya posluhati Zvukovi kolivannya prostogo tonu v dostatno horoshomu nablizhenni viprominyuyut zvukovi generatori i kamerton skladnij ton garmonichnij viznachenoyi zvukovisotnosti sho skladayetsya z osnovnogo tonu ta obertoniv Zvuki takogo spektralnogo skladu dayut muzichni instrumenti Tembr zvuku tobto spivvidnoshennya obertoniv ta osnovnogo tonu nadaye kozhnomu muzichnomu instrumentu svoye harakterne zvuchannya negarmonichnij priblizno viznachenoyi zvukovisotnosti sho skladayetsya z osnovnogo tonu ta negarmonichnih obertoniv posluhati shum bilij shum haotichni kolivannya spektralni skladovi rozmishuyutsya rivnomirno po vsomu diapazonu posluhati kolorovij shum haotichni kolivannya spektralni skladovi rozmishuyutsya nerivnomirno po vsomu diapazonu yak pravilo z postupovim zmenshennyam intensivnosti vid nizkih do visokih chastot posluhati Harakteristiki zvukuPri opisi zvukovih poliv vikoristovuyut taki fizichni harakteristiki yak chastota dovzhina hvili amplituda shvidkist zvuku tisk ta shvidkist chastinok seredovisha U zv yazku z osoblivistyu ruhu chastinok seredovisha pri poshirenni zvukovih hvil cyu shvidkist nazivayut kolivalnoyu shvidkistyu Koli mova jde pro sprijnyattya zvukiv lyudinoyu vikoristovuyut tak zvani fiziologichni harakteristiki zvuku tembr guchnist visota tonu Zvichajno serednostatistichna lyudina chuye kolivannya peredani po povitryu u diapazoni chastot vid 16 20 Gc do 15 20 kGc Zvuk nizhche diapazonu chutnosti lyudini nazivayut infrazvukom vishe do 1 GGc ultrazvukom vid 1 GGc giperzvukom Predstavniki tvarinnogo svitu zdatni sprijmati zvuki v znachno shirshomu diapazoni chastot Kazhani dlya oriyentaciyi ta znahodzhennya zdobichi vikoristovuyut zvuki v diapazoni 20 120 kGc Delfini napriklad vikoristovuyut dlya oriyentaciyi ta polyuvannya zvuki z chastotoyu ponad 100 kGc Znachno vishi 20 kGc chastoti zdatni sprijmati i sobaki Sered vlovimih zvukiv varto osoblivo vidiliti fonetichni movni zvuki j fonemi z yakih skladayetsya usne movlennya i muzichni zvuki z yakih skladayetsya muzika Rozriznyayut pozdovzhni j poperechni zvukovi hvili zalezhno vid spivvidnoshennya napryamku poshirennya hvili j napryamki mehanichnih kolivan chastok seredovisha poshirennya Fizichni parametri zvukuV bagatoh praktichno vazhlivih vipadkah dlya vivchennya procesiv generaciyi poshirennya zvukovih hvil ta yih vzayemodiyi z pereshkodami vikoristovuyetsya model idealnoyi stislivoyi ridini gazu abo idealnogo pruzhnogo tila V comu vipadku proces poshirennya hvil opisuyetsya silovimi harakteristikami tisk abo tenzor napruzhen ta kinematichnimi harakteristikami vektor kolivalnoyi shvidkosti chastinok seredovisha Kolivalna shvidkist vimiryayetsya v m s abo sm s Zmina temperaturi v procesi adiabatichnoyi deformaciyi chastinok seredovisha mozhe buti obchislena dodatkovo Dlya vrahuvannya vtrat energiyi pri deformaciyi seredovisha slid vikoristovuvati modeli sho vrahovuyut v yazkist Pri poshirenni garmonichnih hvil v yazki vtrati chasto vrahovuyutsya vvedennyam kompleksnih hvilovih chisel chi kompleksnih moduliv pruzhnosti V energetichnomu vidnoshenni realni kolivalni sistemi harakterizuyutsya zminoyu energiyi vnaslidok chastkovoyi yiyi vitrati na robotu proti sil tertya j viprominyuvannya v navkolishnij prostir U pruzhnomu seredovishi kolivannya postupovo zagasayut Dlya harakteristiki zgasnih kolivan vikoristovuyutsya koeficiyent zagasannya S logarifmichnij dekrement D i dobrotnist Q Koeficiyent zagasannya vidbivaye shvidkist spadannya amplitudi iz chasom Yaksho poznachiti chas protyagom yakogo amplituda zmenshuyetsya v e raziv cherez t displaystyle tau to S 1t displaystyle S frac 1 tau Zmenshennya amplitudi za odin cikl harakterizuyetsya logarifmichnim dekrementom Logarifmichnij dekrement dorivnyuye vidnoshennyu periodu kolivan do chasu zagasannya t displaystyle tau D Tt displaystyle D frac T tau Yaksho na kolivalnu sistemu iz vtratami diyati periodichnoyu siloyu to vinikayut vimusheni kolivannya harakter yakih tiyeyu chi inshoyu miroyu povtoryuye zmini zovnishnoyi sili Chastota vimushenih kolivan ne zalezhit vid parametriv kolivalnoyi sistemi Navpaki amplituda zalezhit vid masi mehanichnogo oporu j gnuchkosti sistemi yakimi viznachayutsya yiyi vlasni chastoti Take yavishe koli amplituda kolivalnoyi shvidkosti dosyagaye maksimalnogo znachennya nazivayetsya mehanichnim rezonansom Pri comu chastota vimushenih kolivan zbigayetsya iz chastotoyu vlasnih nezatuhayuchih kolivan mehanichnoyi sistemi Harakterno sho maksimalne vidhilennya chastinok seredovisha vid polozhennya rivnovagi dosyagayetsya pri desho inshomu znachenni chastoti zovnishnoyi sili Riznicya mizh cimi harakternimi chastotami viznachayetsya velichinoyu dempfuvannya v sistemi Pri chastotah vplivu znachno menshih rezonansnoyi zovnishnya garmonijna sila vrivnovazhuyetsya praktichno tilki siloyu pruzhnosti Pri chastotah porushennya blizkih do rezonansnogo golovnu rol grayut sili tertya Za umovi koli chastota zovnishnogo vplivu znachno bilshe rezonansnoyi povodzhennya kolivalnoyi sistemi zalezhit vid sili inerciyi abo masi Vlastivist seredovisha provoditi akustichnu energiyu u tomu chisli j ultrazvukovu harakterizuyetsya akustichnim oporom Yak harakteristika seredovisha velichina akustichnogo oporu mozhe buti viznachena pri analizi poshirennya ploskoyi hvili V comu vipadku vvodyat dlya harakteristiki seredovisha ponyattya pitomogo akustichnogo oporu Jogo velichina viznachayetsya vidnoshennyam amplitudi zvukovogo tisku v seredovishi do amplitudi kolivalnoyi shvidkosti jogo chastok Chiselno pitomij akustichnij opir seredovisha Z dorivnyuye dobutku gustini r displaystyle rho na shvidkist s poshirennya zvukovih hvil v nomu Z rc displaystyle Z rho c Pitomij akustichnij opir vimiryayetsya v paskal sekunda na metr Pa s m sistema SI abo din s sm SGS 1 Pa s m 10 1 din s sm Znachennya pitomogo akustichnogo oporu seredovisha chasto virazhayetsya v g s sm prichomu 1 g s sm 1 din s sm Zvukovij abo akustichnij tisk u seredovishi yavlyaye soboyu riznicyu mizh mittyevim znachennyam tisku v danij tochci seredovisha pri nayavnosti zvukovih kolivan i statichnogo tisku v tij zhe tochci pri yihnij vidsutnosti Inshimi slovami zvukovij tisk ye zminnij tisk u seredovishi obumovlenij akustichnimi kolivannyami Maksimalne znachennya zminnogo akustichnogo tisku amplituda tisku mozhe buti rozrahovane cherez amplitudu kolivannya chastok P 2pnrcA displaystyle P 2 pi nu rho cA de R maksimalnij akustichnij tisk amplituda tisku n chastota s shvidkist poshirennya ultrazvuku r displaystyle rho gustina seredovisha A amplituda kolivannya chastok seredovisha Na vidstani v polovinu dovzhini hvili l 2 displaystyle lambda 2 amplitudne znachennya tisku z pozitivnogo staye negativnim tobto riznicya tiskiv u dvoh tochkah sho stoyat odna vid odnoyi na l 2 displaystyle lambda 2 vidstani poshirennya hvili dorivnyuye 2R Dlya virazhennya zvukovogo tisku v odinicyah SI vikoristovuyut Paskal Pa sho dorivnyuye tisku v odin nyuton na metr kvadratnij N m Zvukovij tisk u sistemi SGS vimiryayetsya v din sm 1 din sm 10 1Pa 10 1N m Poryad iz zaznachenimi odinicyami chasto koristuyutsya nesistemnimi odinicyami tisku atmosfera atm i tehnichna atmosfera at pri comu 1 at 0 98 106 din sm 0 98 105 N m Inodi zastosovuyetsya odinicya sho nazivayetsya barom abo mikrobarom akustichnim barom 1 bar 106 din sm Tisk na chastki seredovisha pri poshirenni hvili ye rezultatom diyi pruzhnih j inercijnih sil Ostanni viklikayutsya priskorennyami velichina yakih takozh roste protyagom periodu vid nulya do maksimumu amplitudne znachennya priskorennya Krim togo protyagom periodu priskorennya zminyuye svij znak Maksimalni znachennya velichin priskorennya j tisku sho vinikayut u seredovishi pri prohodzhenni v nij ultrazvukovih hvil dlya danoyi chastki ne zbigayutsya v chasi U moment koli perepad priskorennya dosyagaye svogo maksimumu perepad tisku staye rivnim nulyu Amplitudne znachennya priskorennya a viznachayetsya virazom a 2pn 2A displaystyle a 2 pi nu 2A Yaksho ultrazvukovi hvili sho bizhat natraplyayut na pereshkodu vona zaznaye ne tilki zminnij tisk ale j postijnij Dilyanki zgushennya j rozridzhennya seredovisha sho vinikayut pri prohodzhenni ultrazvukovih hvil stvoryuyut dodatkovi zmini tisku v seredovishi vidnosno navkolishnogo zovnishnogo tisku Takij dodatkovij zovnishnij tisk nazivayut tiskom viprominyuvannya radiacijnij tisk Vin sluguye prichinoyu togo sho pri perehodi ultrazvukovih hvil cherez mezhu ridini z povitryam utvoryatsya fontanchiki ridini j vidbuvayetsya vidriv okremih krapelok vid poverhni Cej mehanizm znajshov zastosuvannya v utvorenni aerozoliv likarskih rechovin Radiacijnij tisk chasto vikoristovuyetsya pri vimiri potuzhnosti ultrazvukovih kolivan u specialnih vimirnikah ultrazvukovih vagah Chastota Najprostishim tipom zvuku ye zvuk v yakomu tisk u kozhnij tochci prostoru zminyuyetsya za sinusoyidnim zakonom tobto zdijsnyuye garmonichni kolivannya z pevnoyu chastotoyu Chastota ce kilkist kolivan pevnoyi tochki seredovisha v yakomu poshiryuyutsya garmonichni zvukovoyi hvili v sekundu Odnomu ciklu kolivannya v sekundu vidpovidaye velichina 1 Gc 1 s V zagalnomu vipadku dovilnih zburen zmina polozhennya tochki seredovisha v chasi mozhe harakterizuvatisya naborom diskretnih znachen chastot abo neperervnim intervalom chastot skinchenim chi neskinchennim V comu vipadku govoryat pro diskretnij chi neperervnij chastotnij spektr zvuku Lyudina chuye zvuk z chastotami vid 16 Gc do 20 kGc Granici chutnosti viznacheni ne strogo i zminyuyutsya vid lyudini do lyudini Deyaki tvarini mozhut chuti zvuki z chastotoyu nizhchoyu vid 16 Gc inshi z chastotoyu ponad 20 kGc Diapazon vid 16 Gc do 20 kGc nazivayut chutnim diapazonom Zvuki z chastotami do 16 Gc nazivayutsya infrazvukom ponad 20000 Gc ultrazvukom Zvuki z chastotoyu 109 1013 Gc nazivayut giperzvukom Lyudske vuho sprijmaye ta rozriznyaye chastotu zvukovih kolivan yak visotu zvuku abo ton Shvidkist zvuku Dokladnishe Shvidkist zvuku Shvidkist zvuku shvidkist poshirennya zvukovih hvil u seredovishi Yak pravilo v gazah shvidkist zvuku mensha nizh v ridinah a v ridinah shvidkist zvuku mensha nizh u tverdih tilah sho pov yazano v osnovnomu zi zmenshennyam stislivosti zrostannyam ob yemnogo modulya pruzhnosti rechovin u cih fazovih stanah vidpovidno Shvidkist zvuku v povitri za normalnih umov stanovit 340 m s Vona desho zrostaye z pidvishennyam temperaturi i zmenshuyetsya pri yiyi ponizhenni Shvidkist zvuku v povitri praktichno ne zalezhit vid chastoti tomu zvuk rozpovsyudzhuyetsya na veliki vidstani bez spotvoren V gazah shvidkist zvuku skladaye dekilka soten metriv na sekundu Najvishu shvidkist mayut hvili v vodni blizko 1200 m s Dlya ridin shvidkist zvuku znahoditsya v intervali 1 2 km s V prisnij vodi shvidkist zvuku blizka do 1500 m s V bilshosti tverdih pruzhnih til shvidkist zvuku pozdovzhnih hvil znahoditsya v intervali 5 6 km s Tak napriklad shvidkist pozdovzhnih hvil v stali dorivnyuye 5900 m s v alyuminiyi 6400 m s Vidpovidno znachennya shvidkosti zsuvnih hvil v cih materialah stanovit 3200 m s ta 3100 m s Rekordne znachennya shvidkosti pozdovzhnih hvil v tverdomu tili harakterne dlya almazu i stanovit 18 km s Shvidkist zvuku zalezhit vid seredovisha cherez yake prohodyat zvukovi hvili i viznachayetsya jogo parametrami modulyami pruzhnosti Shvidkist zvuku v gazah zalezhit vid temperaturi vid masi molekuli gazu Zagalom vona dorivnyuye korenyu kvadratnomu pohidnoyi vid modulya pruzhnosti seredovisha vidnosno gustini Pri velikih intensivnostyah zvuku vona zalezhit takozh vid amplitudi Shvidkist zvuku v seredovishi sho ne opirayetsya zsuvu obchislyuyetsya za formuloyu c 1br displaystyle c sqrt frac 1 beta rho de b displaystyle beta adiabatichna stislivist seredovisha r displaystyle rho gustina V tverdih pruzhnih tilah mozhlive isnuvannya dvoh tipiv hvil pozdovzhnih i poperechnih Dlya viznachennya shvidkosti poshirennya poperechnih hvil slid vikoristovuvati formulu c Gr displaystyle c sqrt frac G rho de G displaystyle G modul zsuvu pruzhnogo seredovisha Adiabatichna stislivist izotropnogo pruzhnogo seredovisha mozhe buti virazhena cherez velichini modulya zsuvu ta chisla Puasona m displaystyle m za formuloyu b m 22G m 1 displaystyle beta frac m 2 2G m 1 Dovzhina hvili Dovzhina garmonichnoyi zvukovoyi hvili viznachayetsya yiyi chastotoyu ta shvidkistyu zvuku l sn displaystyle lambda frac s nu de l displaystyle lambda dovzhina hvili n displaystyle nu chastota s displaystyle s shvidkist zvuku Dovzhini zvukovih hvil chutnogo diapazonu lezhat u mezhah vid priblizno 2 sm do priblizno 20 m Guchnist zvuku Dokladnishe Guchnist zvuku Guchnist zvuku sub yektivne sprijnyattya sili zvuku absolyutna velichina sluhovogo vidchuttya Guchnist golovnim chinom zalezhit vid zvukovogo tisku amplitudi j chastoti zvukovih kolivan Takozh na guchnist zvuku vplivayut jogo spektralnij sklad lokalizaciya v prostori tembr trivalist vplivu zvukovih kolivan individualna chutlivist sluhovogo analizatora lyudini j inshi faktori Guchnist zvuku viznachayetsya amplitudoyu kolivan odnak guchnist sub yektivna harakteristika intensivnosti zvuku todi yak ob yektivnoyu fizichnoyu harakteristikoyu ye zvukovij tisk Lyudske vuho sprijmaye guchnist u priblizno logarifmichnomu masshtabi za zakonom Vebera Fehnera tomu guchnist vimiryuyetsya v logarifmichnih odinicyah decibelah todi yak zvukovij tisk vimiryuyetsya v paskalyah Logarifmichnij masshtab sprijnyattya oznachaye sho lyudina mozhe pochuti novij zvuk na deyakomu zvukovomu tli tilki todi koli jogo amplituda perevishuye amplitudu tla ne na deyaku pevnu absolyutnu velichinu a na pevnij mnozhnik yakij zalezhit vid chastoti Analogichno u logarifmichnomu masshtabi lyudske vuho rozriznyaye toni Harakteristiki ruhu chastinok seredovisha Pri poshirenni zvukovih hvil vidbuvayetsya pevnij mehanichnij ruh chastinok seredovisha Dlya harakteristiki takogo ruhu slid vikoristovuvati vlasni vnutrishni masshtabi procesu generaciyi ta poshirennya hvil Ocinka cih masshtabiv ye vazhlivim dlya rozuminnya fizichnih osoblivostej hvilovih ruhiv Yak prostorovij masshtab prirodno vikoristati amplitudu zmishennya vid polozhennya rivnovagi chastinok seredovisha Yaksho rozglyadati zvuki chutnogo dlya lyudini diapazonu to cya velichina mozhe buti nadzvichajno maloyu po vidnoshennyu do velichin z yakimi lyudina zustrichayetsya v povsyakdennomu zhitti Yaksho rozglyanuti zvuki v diapazoni chastot 2 3 KGc de lyudske vuho maye najvishu chutlivist to dlya najbilsh intensivnogo zvuku pri yakomu u lyudini uzhe vinikaye bolisne vidchuttya v vuhah amplituda zmishen chastinok povitrya stanovit lishe 0 1 mm Amplituda shvidkosti chastinok pri comu stanovit 1 m sek Pid chas golosnoyi rozmovi na vidstani 1 m vid promovcya amplituda zmishen chastinok seredovisha stanovit 2 3 sotni angstremiv amplituda shvidkosti mehanichnogo ruhu chastinok mensha nizh 1 m na godinu Nareshti dlya najslabshih zvukiv sho rozpiznayutsya lyudinoyu amplituda zmishen stanovit 5 10 10 sm a amplituda shvidkosti blizko 2 m na rik Poshirennya zvukuU gazah ta ridinah zvuk poshiryuyetsya yak pozdovzhnya hvilya tobto yak poslidovnist stisnen ta rozshiren U tverdih tilah krim pozdovzhnih zvukovih hvil mozhut poshiryuvatis takozh poperechni hvili v yakih kolivannya vidbuvayutsya u napryamku perpendikulyarnomu do napryamku poshirennya Pozdovzhni ta poperechni hvili poshiryuyutsya iz riznimi shvidkostyami V izotropnih seredovishah shvidkist poshirennya zburen ne zalezhit vid napryamku V anizotropnih seredovishah takih yak kristali sposterigayetsya anizotropiya shvidkosti koli shvidkist zvuku zminyuyetsya v zalezhnosti vid napryamku poshirennya Rozpovsyudzhennya zvuku ye adiabatichnim procesom tobto kolivannya tisku j gustini vidbuvayetsya shvidshe nizh vstigaye virivnyatisya temperatura Ce oznachaye sho lokalna temperatura zminyuyetsya razom iz gustinoyu pri stiskuvanni vidbuvayetsya nagrivannya pri rozshirenni oholodzhennya Zvukova hvilya zustrivshi na svoyemu shlyahu pereshkodu difraguye tobto oginaye pereshkodu yaksho yiyi rozmir menshij abo porivnyanij iz dovzhinoyu hvili Zvukova hvilya takozh chastkovo vidbivayetsya vid pereshkodi Vidbivannya bilshe yaksho rozmir pereshkodi bilshij vid dovzhini hvili Zavdyaki vidbittyu zvukovoyi hvili vid pereshkod vinikaye take akustichne yavishe yak luna Lyudske vuho ne rozriznyaye duzhe blizki za chasom zvuki tomu minimalna vidstan z yakoyi lyudina chuye lunu stanovit priblizno 16 m Pri poshirenni zvukovih hvil mozhe sposterigatisya zmina formi signalu sho mistit pevnij nabir garmonichnih skladovih Take yavishe nosit nazvu dispersiya Prichinoyu viniknennya dispersiyi mozhut buti specialni fizichni vlastivosti seredovisha v yakomu poshiryuyetsya zburennya fizichna dispersiya abo geometrichni osoblivosti oblasti v yakij poshiryuyetsya zvuk geometrichna dispersiya Viroblennya zvukuNavkolishnij svit perepovnenij zvukami Voni porodzhuyutsya riznimi dzherelami i na osnovi riznih mehanizmiv peretvorennya kinetichnoyi abo elektrichnoyi energiyi dzherela na energiyu zvukovih hvil U razi koli zvuk generuyetsya dzvonom zobrazhenim na pochatku statti chastina kinetichnoyi energiyi udarnika vitrachayetsya dlya zbudzhennya kolivan dzvonu Pri vzayemodiyi jogo poverhni z povitryam utvoryuyutsya zvukovi hvili Takij mehanizm generuvannya zvuku dosit poshirenij Same vin vikoristovuyetsya v riznogo tipu guchnomovcyah Zbudzhennya kolivan poverhni v nih zdijsnyuyetsya abo elektromagnitnim pristroyem abo pristroyem z vikoristannyam p yezoefektu V navkolishnomu sviti duzhe poshireni zvuki sho generuyutsya za rahunok perehodu chastini kinetichnoyi energiyi potoku v energiyu zvuku Same takij mehanizm pracyuye pri stvorenni zvukiv lyudinoyu ptahami riznimi tvarinami Nim zhe zumovleno generaciyu zvuku strimkim potokom ta vitrom Na osnovi cogo mehanizmu viroblyayutsya zvuki v duhovih muzichnih instrumentah V strunnih ta udarnih instrumentah zvuki generuyutsya po suti tak samo yak u dzvoni Dlya stvorennya kogerentnogo zvuku zastosovuyutsya tak zvani zvukovi abo fononni lazeri Reyestraciya zapis ta vidtvorennya zvuku Detalnishe zvukozapis Pri rozv yazanni zavdannya reyestraciyi zvukiv vikoristovuyut dva tipi sensoriv vimiryuvach tisku chi vimiryuvach kolivalnoyi shvidkosti Zvichajnij mikrofon ta lyudske vuho ye reyestratorami tisku Praktichno lishe takogo tipu reyestratori vikoristovuyutsya pri analizi zvukovih poliv v gazovih seredovishah V gidroakustici dosit chasto vikoristovuyut reyestratori kolivalnoyi shvidkosti Lokalizaciya zvuku u primishenni Zvuk reyestruyut za dopomogoyu mikrofoniv priladiv sho peretvoryuyut zvukovi kolivannya u elektrichni Zareyestrovani zvukovi kolivannya mozhna peredati na viddal zasobami telekomunikaciyi telefonom abo radio abo zapisati na nosiyi informaciyi Peredanij abo zapisanij zvuk vidtvoryuyetsya za dopomogoyu guchnomovciv yaki peretvoryuyut elektrichni kolivannya u zvukovi hvili V suchasnih umovah dlya reyestraciyi ta obrobki zvukovih signaliv shiroko vikoristovuyutsya komp yuteri Pri comu zvukovij signal koduyetsya cifrovim kodom z dopomogoyu specialnih analogo cifrovih peretvoryuvachiv Pri comu formuyetsya cifrovij zvuk Pri stvorenni cifrovih zvukovih fajliv vikoristovuyetsya velika kilkist riznih zvukovih formativ Shiroko vikoristovuyutsya napriklad formati MR3 MR4 Pri vikoristanni analogo cifrovih peretvoryuvachiv stavitsya zavdannya zberezhennya harakteristik zvuku v pevnomu chastotnomu diapazoni u vidpovidnosti do yakogo vibirayetsya chastota diskretizaciyi Ultrazvukova diagnostikaPri poshirenni zvukovih hvil v neodnoridnih seredovishah sposterigayutsya taki yavisha yak vidbittya hvil rozsiyuvannya hvil ta refrakciya Reyestraciya ta obrobka danih pro vidbiti ta rozsiyani hvili daye mozhlivist viyaviti neodnoridnosti v seredovishi ta vstanoviti jogo pevni vlastivosti Oskilki geometrichni rozmiri neodnoridnostej sho mozhut buti viyavleni suttyevo zalezhat vid dovzhini hvili pri praktichnomu vikoristanni takoyi mozhlivosti namagayutsya vikoristovuvati zvuki visokih chastot malih dovzhin hvil Mozhlivosti vivchennya strukturnih osoblivostej seredovisha v yakomu poshiryuyetsya zvuk shiroko vikoristovuyutsya v procedurah ultrazvukovoyi diagnostiki v medicini ta pri nerujnivnomu kontroli v tehnici Dokladnishe Medichna akustika Dokladnishe Nerujnivnij kontrol Ultrazvuk pruzhni zvukovi kolivannya visokoyi chastoti Lyudske vuho sprijmaye poshiryuvani v seredovishi pruzhni hvili chastotoyu priblizno do 16 Gc 20 kolivannya z bilsh visokoyu chastotoyu yavlyayut soboyu ultrazvuk za mezheyu chutnosti Poshirennya ultrazvuku Poshirennya ultrazvuku ce proces peremishennya v prostori j u chasi zburen sho mayut misce u zvukovij hvili Zvukova hvilya poshiryuyetsya v rechovini sho perebuvaye v gazopodibnomu ridkomu stani u tomu zh napryamku u yakomu vidbuvayetsya peremishennya z chastinok ciyeyi rechovini Taki hvili nazivayut pozdovzhnimi V vipadku tverdogo deformivnogo tila isnuyut yak pozdovzhni hvili tak i hvili poperechni koli napryam poshirennya zburen i napryam ruhu chastinok seredovisha ye vzayemno perpendikulyarnimi Harakternim prikladom poperechnih hvil ye hvili v struni Pri poshirenni hvil vinikaye deformaciyu seredovisha Deformaciya polyagaye v tomu sho vidbuvayetsya poslidovne rozridzhennya j stisnennya pevnih ob yemiv seredovisha prichomu vidstan mizh dvoma susidnimi oblastyami maksimalnogo stisnennya abo rozridzhennya viznachaye dovzhinu Chim bilshe pitomij akustichnij opir seredovisha tim bilshe stupin stisnennya j rozridzhennya seredovisha pri danij amplitudi kolivan Chastki seredovisha sho berut uchast u peredachi energiyi hvili kolivayutsya bilya polozhennya svoyeyi rivnovagi Shvidkist z yakoyi chastki kolivayutsya bilya serednogo polozhennya rivnovagi nazivayetsya kolivalnoyu shvidkistyu Kolivalna shvidkist chastok zminyuyetsya vidpovidno do rivnyannya V Usin 2pnt ϕ displaystyle V U sin 2 pi nu t phi de V velichina kolivalnoyi shvidkosti U amplituda kolivalnoyi shvidkosti n chastota ultrazvuku t chas ϕ displaystyle phi riznicya faz mizh kolivalnoyu shvidkistyu chastok i zminnim akustichnim tiskom Amplituda kolivalnoyi shvidkosti harakterizuye maksimalnu shvidkist z yakoyu chastinki seredovisha ruhayutsya v procesi kolivan i viznachayetsya intensivnistyu zburennya Difrakciya interferenciya Pri poshirenni ultrazvukovih hvil mozhlivi yavisha difrakciyi interferenciyi j vidbittya Difrakciya ominannya hvilyami pereshkod vidbuvayetsya todi koli dovzhina ultrazvukovoyi hvili porivnyanna abo bilshe z rozmirami pereshkodi sho perebuvaye na shlyahu Yaksho pereshkoda v porivnyanni z dovzhinoyu akustichnoyi hvili velika to yavisha difrakciyi nemaye Pri odnochasnomu rusi v seredovishi dekilkoh ultrazvukovih hvil u kozhnij pevnij tochci seredovisha vidbuvayetsya superpoziciya nakladennya cih hvil Nakladennya hvil odnakovoyi chastoti odin na odnu nazivayetsya interferenciyeyu Yaksho v procesi prohodzhennya cherez ob yekt ultrazvukovi hvili peretinayutsya to v pevnih tochkah seredovisha sposterigayetsya posilennya abo oslablennya kolivan Pri comu stan tochki seredovisha de vidbuvayetsya vzayemodiya zalezhit vid spivvidnoshennya faz ultrazvukovih kolivan u danij tochci Yaksho ultrazvukovi hvili dosyagayut pevnoyi dilyanki seredovisha v odnakovih fazah sinfazno to zmishennya chastok mayut odnakovi znaki j interferenciya v takih umovah privodit do zbilshennya amplitudi kolivan Yaksho zh hvili prihodyat do tochki seredovisha v protifazi to zmishennya chastok bude riznonapravlenim sho privodit do zmenshennya amplitudi kolivan Poglinannya zvukovih hvil Yaksho seredovishe u yakomu vidbuvayetsya poshirennya zvuku maye v yazkist i teploprovidnist abo v nomu ye inshi procesi vnutrishnogo tertya to pri poshirenni hvili vidbuvayetsya poglinannya zvuku tobto v miru viddalennya vid dzherela amplituda zvukovih kolivan staye menshoyu tak samo yak j energiya yaku voni nesut Perevazhna chastina poglinenoyi energiyi peretvoritsya v teplo mensha chastina viklikaye v peredavalnij rechovini neoborotni strukturni zmini Poglinannya ye rezultatom tertya chastok odna ob inshu u riznih seredovishah vono rizne Poglinannya zalezhit takozh vid chastoti zvukovih kolivan Teoretichno poglinannya proporcijno kvadratu chastoti Velichinu poglinannya mozhna harakterizuvati koeficiyentom poglinannya sho pokazuye yak zminyuyetsya intensivnist ultrazvuku v oprominenomu seredovishi Z rostom chastoti vin zbilshuyetsya Intensivnist ultrazvukovih kolivan u seredovishi zmenshuyetsya za eksponentnim zakonom Cej proces obumovlenij vnutrishnim tertyam teploprovidnistyu poglinayuchogo seredovisha i jogo strukturoyu Jogo oriyentovno harakterizuye velichina napivpoglinayuchogo sharu sho pokazuye na yakij glibini intensivnist kolivan zmenshuyetsya vdvichi tochnishe v 2 718 razi abo na 63 Za Palmanom pri chastoti rivnij 0 8 MGc seredni velichini napivpoglinayuchogo sharu dlya deyakih tkanin taki zhirova tkanina 6 8 sm m yazova 3 6 sm zhirova j m yazova tkanini razom 4 9 sm Zi zbilshennyam chastoti ultrazvuku velichina napivpoglinayuchogo sharu zmenshuyetsya Tak pri chastoti rivnij 2 4 MGc intensivnist ultrazvuku sho prohodit cherez zhirovu j m yazovu tkanini zmenshuyetsya vdvichi na glibini 1 5 sm Krim togo mozhlivo anomalne poglinannya energiyi ultrazvukovih kolivan u deyakih diapazonah chastot ce zalezhit vid osoblivostej molekulyarnoyi budovi danoyi tkanini Vidomo sho 2 3 energiyi zvuku zagasaye na molekulyarnomu rivni j 1 3 na rivni mikroskopichnih tkaninnih struktur Glibina proniknennya ultrazvukovih hvil Pid glibinoyu proniknennya ultrazvuku rozumiyut glibinu pri yakij intensivnist zmenshuyetsya na polovinu Cya velichina oberneno proporcijna poglinannyu chim silnishe seredovishe poglinaye ultrazvuk tim menshe vidstan na yakomu intensivnist ultrazvuku poslablyayetsya napolovinu Rozsiyuvannya ultrazvukovih hvil Yaksho v seredovishi ye neodnoridnosti to vidbuvayetsya rozsiyuvannya zvuku sho mozhe istotno zminiti prostu kartinu poshirennya ultrazvuku j v ostatochnomu pidsumku takozh viklikati zagasannya hvili v pervisnomu napryamku poshirennya Zalomlennya ultrazvukovih hvil Tomu sho akustichnij opir m yakih tkanin lyudini nenabagato vidriznyayetsya vid oporu vodi mozhna pripustiti sho na mezhi rozdilu seredovish epidermis derma fasciya m yaz bude sposterigatisya zalomlennya ultrazvukovih hvil Vidbittya ultrazvukovih hvil Na yavishi vidbittya pobudovana ultrazvukova diagnostika Vidbittya vidbuvayetsya v prikordonnih oblastyah shkiri j zhiru zhiru j m yaziv m yaziv ta kistok Yaksho ultrazvuk pri poshirenni natraplyaye na pereshkodu to vidbuvayetsya vidbittya yaksho pereshkoda mala to ultrazvuk jogo yak bi obtikaye Neodnoridnosti organizmu ne viklikayut znachnih vidhilen tomu sho v porivnyanni z dovzhinoyu hvili 2 mm yihnimi rozmirami 0 1 0 2 mm mozhna znevazhiti Yaksho ultrazvuk na svoyemu shlyahu natraplyaye na organi rozmiri yakih bilshe dovzhini hvili to vidbuvayetsya perelomlennya j vidbittya ultrazvuku Najbilsh silne vidbittya sposterigayetsya na granicyah kistka navkolishni do neyi tkanini j tkanini povitrya U povitrya mala gustina i sposterigayetsya praktichno povne vidbittya ultrazvuku Vidbittya ultrazvukovih hvil sposterigayetsya na granici m yaz okistya kistka na poverhni porozhnistih organiv Bizhuchi ta stoyachi zvukovi hvili Yaksho pri poshirenni zvukovih hvil voni ne zustrichayut pereshkod to utvoryuyetsya zvukove pole sho formuyetsya sistemoyu bizhuchih hvil u riznih napryamkah vid dzherela zvuku U rezultati vtrat energiyi ta roztikannya yiyi po vse zrostayuchomu ob yemu amplituda kolivalnih ruhiv chastok seredovisha postupovo zmenshuyetsya Yaksho zh na shlyahu poshirennya zvukovih hvil isnuyut pereshkodi to mozhlivi taki fizichni efekti Yaksho pereshkoda ye akustichnim seredovishem z vidminnimi fizichnimi vlastivostyami chastina zvukovoyi energiyi pronikaye v ob yem pereshkodi a chastina vidbivayetsya i rozsiyuyetsya v navkolishnomu prostori Pri zustrichi z pereshkodami yaki mozhna modelyuvati yak akustichno zhorstki akustichno m yaki realizuyetsya lishe proces rozsiyuvannya hvil Nakladennya padayuchih i vidbitih zvukovih hvil mozhe privoditi do viniknennya stoyachih hvil Stoyachi hvili ne perenosyat energiyu InfrazvukDokladnishe Infrazvuk Infrazvu k vid lat infra nizhche pid pruzhni hvili analogichni zvukovim ale mayut chastotu nizhche sprijmanoyi lyudskim vuhom Za verhnyu mezhu chastotnogo diapazonu infrazvuku zvichajno prijmayut 16 25 Gc Nizhnya zh mezha infrazvukovogo diapazonu umovno viznachena yak 0 001 Praktichnij interes mozhut predstavlyati kolivannya vid desyatih i navit sotih dol gerciv tobto z periodami v desyatok sekund Priroda viniknennya infrazvukovih kolivan taka zh yak j u chutnogo zvuku tomu infrazvuk pidporyadkovuyetsya tim zhe zakonomirnostyam i dlya jogo opisu vikoristovuyetsya takij zhe matematichnij aparat yak i dlya zvichajnogo chutnogo zvuku krim ponyat pov yazanih z rivnem zvuku Infrazvuk slabko poglinayetsya seredovishem tomu mozhe poshiryuvatisya na znachni vidstani vid dzherela Zavdyaki velikij dovzhini hvili pri chastoti 1 Gc dovzhina hvili v povitri perevishuye 300 m yavishe difrakciyi ne vplivaye suttyevo na poshirennya infrazvuku Infrazvuk sho utvoryuyetsya v mori nazivayut odniyeyu z mozhlivih prichin znahodzhennya suden pokinutih ekipazhemDoslidi j demonstraciyiDlya demonstraciyi stoyachih hvil zvuku sluzhit Truba Rubensa Rozhodzhennya u shvidkostyah poshirennya zvuku naochno koli vdihayut zamist povitrya gelij i govoryat sho nebud vidihayuchi nim golos staye vishe Yaksho zh gaz geksaftorid sirki SF6 to golos zvuchit nizhche Pov yazane ce z tim sho gazi priblizno odnakovo dobre stislivi tomu v geliyi sho maye duzhe nizku gustinu u porivnyanni z povitryam vidbuvayetsya zbilshennya shvidkosti zvuku i znizhennya u geksaftoridni sirki z duzhe visokoyu dlya gaziv gustinoyu rozmiri zh rotovogo rezonatora lyudini zalishayutsya nezminnimi u pidsumku zminyuyetsya rezonansna chastota tomu sho chim visha shvidkist zvuku tim visha rezonansna chastota za inshih nezminnih umov Pro shvidkosti zvuku u vodi mozhna vizualno oderzhati uyavlennya v doslidi difrakciyi svitla na ultrazvuci u vodi U vodi v porivnyanni z povitryam shvidkist zvuku visha tomu sho navit pri istotno bilshe visokij gustini vodi sho povinno bulo b privesti do padinnya shvidkosti zvuku voda nastilki pogano stisliva sho v pidsumku v nij shvidkist zvuku viyavlyayetsya vse odno v kilka raziv vishoyu Najnizhchij zvuk u VsesvitiAkustichni hvili zgenerovani nadmasivnoyu chornoyu diroyu v centri skupchennya galaktik Persej v 250 mln svitlovih rokiv vid Zemli generuyut zvuk na 57 oktav nizhche noti si serednoyi oktavi ce vidpovidaye chastoti 3 2 10 15Gc abo odne kolivannya na 10 mln rokiv sho rozpovsyudzhuyetsya cherez tonkij shar gazu navkolo chornoyi diri Ce yavishe bulo vidkrito astronomami Kembridzhskogo universitetu Velika Britaniya pid kerivnictvom Endryu Fabiana v rentgenivskij observatoriyi Chandra Cej zvuk zareyestrovanij u Knizi rekordiv Ginesa yak najnizhchij zvuk u Vsesviti Div takozhHvilya Udarna hvilya Zvukovij bar yer Zvukozapis Akustika Potuzhnist dzherela zvuku Medichna akustika Muzichna akustika Psihoakustika Porig chutnosti Gidroakustika Ataka zvuku Guchnomovec Granulyarnij sintez Efekt Doplera Drugij zvuk Logarifmichnij regulyator guchnosti Zvuk muzichnij Movnij zvuk Reverberaciya Dispersiya hvili Difrakciya Refrakciya Akustichnij rezonansPrimitkiI P Golyamina Zvuk Fizichna enciklopediya z dzherela 1 travnya 2013 Vozniknovenie zvuka YouTube GetAClass Fizika v opytah i eksperimentah 5 veresnya 2014 originalu za 7 chervnya 2020 Procitovano 1 chervnya 2021 Arhiv originalu za 12 sichnya 2013 Procitovano 15 bereznya 2013 S V Ryazancev V mire zapahov i zvukov Zanimatelnaya otorinolaringologiya Izd vo Tera Knizhnyj klub 1997 432 s Grinchenko V T Meleshko V V Garmonicheskie kolebaniya i volny v uprugih telah K Naukova dumka 1981 284 s Arhiv originalu za 27 lyutogo 2007 Procitovano 15 bereznya 2013 Arhiv originalu za 27 lyutogo 2007 Procitovano 15 bereznya 2013 M A Isakovich Obshaya akustika Moskva Nauka 1973 495 s Vovk I V Grinchenko V T Zvuk rozhdennyj potokom ocherk ob aerodinamicheskoj akustike K Naukova dumka 2010 222 s ISBN 978 966 00 Jacob B Khurgin Phonon lasers gain a sound foundation 2010 P 16 Mezencev V A U tupikah mistiki M Moskovskij robitnik 1987 Demonstraciya zmini golosu z geksaftoridom sirki na youtube com 1 16 lipnya 2011 u Wayback Machine Sajt observatoriyi Chandra Giness Mirovye rekordy 2005 M OOO Izdatelstvo Astrel OOO Izdatelstvo AST 2004 287 1 s il ISBN 5 17 025360 5 ISBN 5 271 09951 2LiteraturaVikicitati mistyat vislovlyuvannya na temu ZvukVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu ZvukV T Grinchenko I V Vovk V T Macipura Osnovi akustiki K Naukova dumka 2007 640 s Zvuk Enciklopedicheskij slovar Brokgauza i Efrona v 86 t 82 t i 4 dop t SPb 1890 1907 ros doref Radzishevskij Oleksandr Yurijovich Osnovi analogovogo j cifrovogo zvuku M Vilyams 2006 S 288 ISBN 5 8459 1002 1 Klyukin I I Udivitelnyj mir zvuka L Sudostroenie 1979 94 s PosilannyaSelezov I T Enciklopediya suchasnoyi Ukrayini red kol I M Dzyuba ta in NAN Ukrayini NTSh K Institut enciklopedichnih doslidzhen NAN Ukrayini 2001 2023 ISBN 966 02 2074 X Miheyev O M Shilina Yu V Zvukove viprominyuvannya 22 kvitnya 2016 u Wayback Machine Enciklopediya suchasnoyi Ukrayini u 30 t red kol I M Dzyuba ta in NAN Ukrayini NTSh Koordinacijne byuro enciklopediyi suchasnoyi Ukrayini NAN Ukrayini K 2003 2016 ISBN 944 02 3354 X