W il campo sonoro si manifesta nella forma energia cinetica corpi materiali oscillanti, onde sonore in mezzi a struttura elastica (corpi solidi, liquidi e gas). Viene chiamato il processo di propagazione delle vibrazioni in un mezzo elastico onda. Viene chiamata la direzione di propagazione di un'onda sonora raggio sonoro, e la superficie che collega tutti i punti adiacenti del campo con la stessa fase di oscillazione delle particelle del mezzo è fronte d'onda. IN solidi le vibrazioni possono propagarsi sia in direzione longitudinale che trasversale. Diffuso solo nell'aria onde longitudinali.
campo sonoro libero chiamato un campo in cui predomina l'onda sonora diretta e le onde riflesse sono assenti o trascurabili.
campo sonoro diffuso- questo è un tale campo, in ogni punto del quale la densità dell'energia sonora è la stessa e in tutte le direzioni di cui si propagano gli stessi flussi di energia per un'unità di tempo.
Le onde sonore sono caratterizzate dai seguenti parametri di base.
Lunghezza d'onda- è uguale al rapporto tra la velocità del suono (340 m / s - in aria) e la frequenza delle vibrazioni sonore. Pertanto, la lunghezza d'onda nell'aria può variare da 1,7 cm (per F= 20000 Hz) fino a 21 m (per F= 16 Hz).
Pressione sonora- è definita come la differenza tra la pressione istantanea del campo sonoro in un dato punto e la pressione statica (atmosferica). La pressione sonora è misurata in Pascal (Pa), Pa = N/m 2 . Analoghi fisici: tensione elettrica, corrente.
Intensità del suono- la quantità media di energia sonora che passa per unità di tempo attraverso una superficie unitaria, perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. L'intensità è misurata in unità di W/m2 ed è la componente attiva della potenza delle vibrazioni sonore. L'analogo fisico è l'energia elettrica.
In acustica, i risultati delle misurazioni vengono solitamente visualizzati sotto forma di unità logaritmiche relative. Per valutare la sensazione uditiva, viene utilizzata un'unità chiamata Bel (B). Poiché Bel è un'unità abbastanza grande, è stato introdotto un valore inferiore - decibel (dB) pari a 0,1 B.
Pressione sonora, l'intensità sonora è espressa in livelli acustici relativi:
,
I valori zero dei livelli acustici corrispondono a quelli generalmente accettati 
e W / m 2 con una vibrazione sonora armonica con una frequenza di 1000 Hz. I valori dati corrispondono approssimativamente ai valori minimi che provocano sensazioni uditive ( soglia assoluta udibilità).
Condizioni per misurare le caratteristiche dei microfoni. Le misurazioni acustiche hanno una serie di caratteristiche specifiche. Pertanto, la misurazione di alcune caratteristiche delle apparecchiature elettroacustiche deve essere effettuata in campo libero, ad es. quando non ci sono onde riflesse.
Nelle stanze ordinarie questa condizione non è realizzabile ed è difficile e non sempre possibile effettuare misurazioni all'aperto. Innanzitutto, all'aperto è difficile evitare i riflessi da superfici come il terreno. In secondo luogo, le misurazioni in questo caso dipendono dalle condizioni atmosferiche (vento, ecc.) E possono portare a grandi errori, per non parlare di una serie di altri inconvenienti. In terzo luogo, all'aria aperta è difficile evitare l'influenza di rumori estranei (industriali, ecc.).
Pertanto, per le misurazioni in campo libero, vengono utilizzate apposite camere fonoassorbenti, nelle quali le onde riflesse sono praticamente assenti.
Misurare le caratteristiche di un microfono in una camera anecoica. Per misurare la sensibilità di un microfono in campo libero, si dovrebbe prima misurare la pressione sonora nel punto in cui verrà posizionato il microfono in prova, e poi posizionarlo in questo punto. Ma poiché non vi è praticamente alcuna interferenza nella camera e la distanza del microfono dall'altoparlante è pari a 1 - 1,5 m (o più) con un diametro del radiatore non superiore a 25 cm, il microfono di misurazione può essere posizionato vicino al microfono in prova. Lo schema del setup di misura è riportato in Fig.4. La sensibilità è determinata sull'intera gamma di frequenza nominale. Impostando la pressione richiesta sul misuratore di pressione sonora (misuratore di livello di rumore), viene misurata la tensione sviluppata dal microfono testato e viene determinata la sua sensibilità assiale.
E OC = U M /P( mV/Pa)
La sensibilità è determinata dalla tensione a circuito aperto o dalla tensione al carico nominale. Di norma, il modulo di resistenza interna del microfono a una frequenza di 1000 Hz viene considerato come carico nominale.
Fig.4. Schema funzionale per la misurazione della sensibilità del microfono:
1 - generatore di suoni o rumore bianco; 2 - filtro di ottava (un terzo di ottava); 3 - amplificatore; 4 - camera muta; 5 - emettitore acustico; 6 - microfono testato; 7 - microfono di misurazione; 8 - millivoltmetro; 9 - millivoltmetro graduato in pascal o decibel (fonometro).
Livello di sensibilitàè definita come la sensibilità, espressa in decibel, relativa al valore 1.
Sensibilità standard (in decibel) è definito come il rapporto tra la tensione sviluppata all'impedenza di carico nominale ad una pressione sonora di 1 Pa e la tensione corrispondente alla potenza = 1 mW ed è calcolata dalla formula:
dove è la tensione (V) sviluppata dal microfono alla resistenza di carico nominale (Ohm) ad una pressione sonora di 1 Pa.
risposta in frequenza microfono è chiamata la dipendenza della sensibilità del microfono dalla frequenza a valori costanti di pressione sonora e corrente di alimentazione del microfono. La risposta in frequenza viene rilevata modificando dolcemente la frequenza del generatore. In base alla risposta in frequenza ottenuta, la sua irregolarità è determinata nelle gamme di frequenza nominale e operativa.
Direttività il microfono viene rimosso secondo lo stesso schema (Fig. 4) e, a seconda dell'attività, a più frequenze, utilizzando un generatore di toni, o per un segnale di rumore in bande di un terzo di ottava o per una determinata banda di frequenza , utilizzando un filtro passa-banda appropriato invece di filtri di un terzo di ottava.
Per misurare le caratteristiche di direttività, il microfono in prova è montato su un disco rotante con un quadrante. Il disco viene ruotato manualmente o automaticamente, in sincronia con il tavolo di registrazione. La caratteristica è presa in un piano che passa attraverso l'asse di lavoro del microfono, se è un corpo di rivoluzione attorno al suo asse. Per altre forme di microfono, la caratteristica è presa per determinati piani passanti per l'asse di lavoro. L'angolo di rotazione viene misurato tra l'asse di lavoro e la direzione verso la sorgente sonora. La caratteristica di direttività è normalizzata rispetto alla sensibilità assiale.
Per campo sonoro* si intende quella limitata regione di spazio in cui si propaga il messaggio idroacustico. Il campo sonoro può esistere in qualsiasi mezzo elastico e rappresenta le vibrazioni delle sue particelle risultanti dall'influenza di fattori di disturbo esterni. Una caratteristica distintiva di questo processo da qualsiasi altro moto ordinato delle particelle del mezzo è che, con piccole perturbazioni, la propagazione delle onde non è associata al trasferimento della sostanza stessa. In altre parole, ogni particella oscilla rispetto alla posizione che occupava prima dell'impatto della perturbazione.
Un mezzo elastico ideale in cui si propaga un campo sonoro può essere rappresentato come un insieme dei suoi elementi assolutamente rigidi interconnessi da legami elastici (Fig. 1.1). Lo stato attuale di una particella oscillante di questo mezzo è caratterizzato dal suo offset U per quanto riguarda la posizione di equilibrio, velocità vibrazionale v E frequenza fluttuazioni. La velocità vibrazionale è determinata dalla prima derivata temporale dello spostamento delle particelle ed è una caratteristica importante del processo in esame. Di norma, entrambi i parametri sono funzioni armoniche del tempo.
Particella 1
(Fig. 1.1), spostato dell'importo U dalla sua posizione di equilibrio, attraverso legami elastici, colpisce le particelle che lo circondano, provocandone anche il movimento. Di conseguenza, la perturbazione introdotta dall'esterno inizia a propagarsi nel mezzo considerato. Se la legge dello spostamento delle particelle cambia 1
è definito dall'uguaglianza 
Dove Umè l'ampiezza di oscillazione delle particelle, e w- la frequenza delle oscillazioni, quindi la legge del moto degli altri io– le particelle possono essere rappresentate come:
Dove Tu mi– ampiezza di oscillazione io- oh particelle, si ioè lo sfasamento di queste oscillazioni. Come la distanza dalla fonte di eccitazione del mezzo (particelle 1 ) valori delle ampiezze di oscillazione Tu mi a causa della dissipazione di energia diminuirà e gli sfasamenti si io a causa della limitata velocità di propagazione dell'eccitazione - aumentare. Così, sotto campo sonoro si può anche comprendere la totalità delle particelle oscillanti del mezzo.
Se nel campo sonoro selezioniamo particelle che hanno la stessa fase di oscillazione, otteniamo una curva o superficie, che si chiama fronte d'onda. Il fronte d'onda si allontana costantemente dalla fonte di disturbo ad una certa velocità, che viene chiamata velocità di propagazione del fronte d'onda, velocità di propagazione dell'onda o semplicemente velocità del suono in questo ambiente. Il vettore velocità indicato è perpendicolare alla superficie del fronte d'onda nel punto considerato e ne determina la direzione raggio sonoro lungo il quale si propaga l'onda. Questa velocità dipende essenzialmente dalle proprietà del mezzo e dal suo stato attuale. Nel caso della propagazione di un'onda sonora nel mare, la velocità del suono dipende dalla temperatura dell'acqua, dalla sua densità, dalla salinità e da una serie di altri fattori. Quindi, con un aumento della temperatura di 1 0 C, la velocità del suono aumenta di circa 3,6 m/s, e con un aumento della profondità di 10 m, aumenta di circa 0,2 m/s. In media, in condizioni marine, la velocità del suono può variare tra 1440 - 1585 m/s. Se mercoledì anisotropo, cioè. avendo proprietà diverse in direzioni diverse dal centro del disturbo, allora anche la velocità di propagazione dell'onda sonora sarà diversa, a seconda di queste proprietà.
Nel caso generale, la velocità di propagazione di un'onda sonora in un liquido o gas è determinata dalla seguente espressione:
(1.2)
Dove Aè il modulo di elasticità volumetrica del mezzo, r0è la densità del mezzo imperturbato, la sua densità statica. Il modulo di elasticità apparente è numericamente uguale alla sollecitazione che si verifica nel mezzo durante la sua deformazione relativa unitaria.
L'onda elastica è chiamata longitudinale, se le oscillazioni delle particelle considerate avvengono nella direzione di propagazione dell'onda. L'onda è chiamata trasversale, se le particelle oscillano in piani perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda.
Le onde trasversali possono verificarsi solo in un mezzo che ha l'elasticità della forma, cioè in grado di resistere alla deformazione a taglio. Solo i solidi hanno questa proprietà. Le onde longitudinali sono associate alla deformazione volumetrica del mezzo, quindi possono propagarsi sia nei solidi che nei mezzi liquidi e gassosi. L'eccezione a questa regola sono superficiale onde che si formano sulla superficie libera di un liquido o sulle interfacce di mezzi immiscibili con caratteristiche fisiche differenti. In questo caso le particelle fluide compiono contemporaneamente vibrazioni longitudinali e trasversali, descrivendo traiettorie ellittiche o più complesse. Le proprietà speciali delle onde superficiali sono spiegate dal fatto che la gravità e la tensione superficiale giocano un ruolo decisivo nella loro formazione e propagazione.
Nel processo di oscillazione in un mezzo disturbato, sorgono zone di pressione e densità aumentate e diminuite rispetto allo stato di equilibrio. Pressione 
dove è il suo valore istantaneo nel campo sonoro, ed è la pressione statica del mezzo in assenza di eccitazione, si chiama suono e numericamente uguale alla forza con cui l'onda agisce su un'area unitaria, installata perpendicolarmente alla direzione della sua propagazione. La pressione sonora è una delle caratteristiche più importanti dello stato dell'ambiente.
Per valutare la variazione della densità del mezzo, viene utilizzato un valore relativo, chiamato sigillo c, che è determinata dalla seguente uguaglianza:
(1.3)
Dove r 1 - il valore istantaneo della densità del mezzo nel punto che ci interessa, e r 0 - sua densità statica.
Tutti i parametri di cui sopra possono essere determinati se è nota una funzione scalare, chiamata potenziale j della velocità vibrazionale. In accordo con il teorema di Helmholtz, questo potenziale caratterizza completamente le onde acustiche in mezzi liquidi e gassosi ed è correlato alla velocità vibrazionale v la seguente uguaglianza:
. (1.4)
Viene chiamata un'onda sonora longitudinale Piatto se il suo potenziale J e altre quantità correlate che caratterizzano il campo sonoro dipendono solo dal tempo e da una delle loro coordinate cartesiane, ad esempio, X(fig.1.2). Se le quantità menzionate dipendono solo dal tempo e dalla distanza R da un certo punto O spazio chiamato centro d'onda, si chiama onda sonora longitudinale sferico. Nel primo caso il fronte d'onda sarà una linea o un piano, nel secondo un arco o una sezione di una superficie sferica.
Nei mezzi elastici, quando si considerano i processi in campi sonori Puoi usare il principio di sovrapposizione. Quindi, se un sistema di onde si propaga nel mezzo, determinato dai potenziali j 1 … j n, quindi il potenziale dell'onda risultante sarà uguale alla somma dei potenziali indicati:
(1.5)
Tuttavia, quando si considerano processi in campi sonori potenti, si dovrebbe tener conto della possibilità di manifestazione di effetti non lineari, che possono rendere inammissibile l'uso del principio di sovrapposizione. Inoltre, a livelli alti Un ambiente inquietante può interrompere radicalmente le proprietà elastiche del mezzo. Quindi, in un mezzo liquido, possono apparire spazi vuoti pieni d'aria, cambiarla struttura chimica eccetera. Sul modello presentato in precedenza (Fig. 1.1.), ciò equivarrà a rompere i legami elastici tra le particelle del mezzo. In questo caso, l'energia spesa per creare oscillazioni non verrà praticamente trasferita ad altri strati, il che renderà impossibile risolvere l'uno o l'altro problema. compito pratico. Il fenomeno descritto è chiamato cavitazione.
Da un punto di vista energetico, il campo sonoro può essere caratterizzato flusso di energia sonora O potenza sonora p, che sono determinati dalla quantità di energia sonora W attraversando una data superficie per unità di tempo:
(1.6)
Potenza sonora relativa all'area S superficie considerata, determina intensità onda sonora:
(1.7) Nell'ultima espressione si assume che l'energia sia distribuita uniformemente sul sito S.
Spesso, per caratterizzare l'ambiente sonoro, viene utilizzato il concetto densità di energia sonora, che è definita come la quantità di energia sonora per unità di volume del mezzo elastico.
Indaghiamo la connessione tra i singoli parametri del campo sonoro.
1.3 Equazione di media continuità
L'equazione di continuità media collega il potenziale di velocità e la sua compattazione. Se non ci sono discontinuità nel mezzo, ha luogo la legge di conservazione della massa, che può essere scritta nella forma seguente:
Dove W 1 E r1 sono il volume e la densità del liquido nel campo sonoro, e W0 E r0 sono gli stessi parametri in assenza di perturbazione. Questa legge dice che in un mezzo lineare continuo, una variazione di volume provoca una tale variazione della densità del mezzo che il loro prodotto, corrispondente alla massa del volume considerato, rimane sempre costante.
Per introdurre la compattazione del mezzo in considerazione, sottraiamo dai membri sinistro e destro dell'uguaglianza (1.8) il prodotto W0r1. Di conseguenza avremo:
(1.9)
È accettato qui che 
Questa ipotesi è possibile per il fatto che nel campo delle frequenze ultrasoniche le variazioni di volume e densità del liquido sono insignificanti rispetto al loro valore assoluto e per la sostituzione nel denominatore di uguaglianza (1.9) della grandezza r1 SU r0 praticamente non influisce sul risultato dell'analisi.
Permettere ρ 1\u003d 1,02 g / cm 3 e ρ 0
= 1,0 g/cm3. Poi
UN 
. L'errore relativo delle ipotesi accettate è 
.
Esprimiamo la deformazione volumetrica relativa del mezzo, rappresentata dal lato sinistro dell'uguaglianza (1.9), in termini di spostamenti parziali di particelle fluide e teniamo conto che parte destra dell'uguaglianza indicata determina la compattazione del mezzo. Allora avremo:
(1.10)
Dove Ux, Uy E Uz- spostamento delle particelle del mezzo lungo i corrispondenti assi del sistema di coordinate ortogonali.
Differenziamo l'ultima uguaglianza rispetto al tempo:
Qui vx, vy E vz sono le componenti della velocità vibrazionale lungo gli stessi assi. Dato che
(1.12)
(1.13) dove Ñ è l'operatore di Hamilton che definisce la differenziazione spaziale:
(1.14)
| Importante! |
L'equazione del moto oscillatorio
L'equazione del moto oscillatorio mette in relazione il potenziale di velocità e la pressione sonora. Per derivare questa equazione, individuiamo nel campo sonoro un volume elementare oscillante lungo l'asse OH(Fig. 1.3.) In accordo con la legge di Newton, possiamo scrivere:
(1.15)
Dove F- forza che agisce sul volume selezionato nella direzione dell'asse OH,
Mè la massa di un dato volume, J– accelerazione del movimento del volume lungo lo stesso asse . Se indichiamo le pressioni che agiscono sulle facce del volume selezionato, attraverso pag 1 E pag 2, e accettalo > , quindi la forza F può essere definita dalla seguente equazione:
(1.16)
Dove 
Sostituendo l'espressione (1.16) in uguaglianza (1.15) e tenendo conto di ciò 
e accelerazione 
e anche passando al limite a quantità infinitesimali troviamo:
(1.17)
Tenendo conto di ciò 
E 
alla fine otteniamo:
. (1.18)
L'ultima equazione non contiene coordinate ed è quindi valida per un'onda di qualsiasi forma.
Equazione di stato del mezzo
L'equazione di stato del mezzo applicata al campo ultrasonico, in cui tutti i processi procedono praticamente senza variazioni di temperatura, esprime la relazione tra la pressione e la densità del mezzo. IN fluido ideale, in cui non ci sono forze di attrito viscoso, il valore della pressione sonora R proporzionale alla rigidità del mezzo A e il suo sigillo C: 
Tuttavia, se il mezzo è reale, allora ci sono forze di attrito viscose in esso, la cui entità è proporzionale alla viscosità del mezzo e alla velocità di variazione nello stato del mezzo, in particolare, la velocità di variazione nel suo compattazione. Pertanto, l'espressione che determina la pressione in un mezzo viscoso acquisterà una componente che dipende da questi fattori:
(1.19)
dove L è il coefficiente di proporzionalità. Come risultato degli esperimenti, è stata trovata una stima di questo coefficiente, che ha permesso di scrivere l'espressione finale che determina lo stato del mezzo come:
(1.20) dove h è il coefficiente di viscosità dinamica (newtoniana) del mezzo. L'equazione risultante è adatta a qualsiasi forma d'onda.
equazione delle onde
L'equazione delle onde determina la legge di variazione del potenziale di velocità. Per derivare questa equazione, sostituiamo l'espressione (1.20) per lo stato del mezzo nell'uguaglianza (1.18). Di conseguenza, otteniamo:
(1.21)
Per rappresentare la compattazione del mezzo in termini di potenziale di velocità, differenziamo l'espressione (1.21) rispetto al tempo:
(1.22)
Tenendo conto della dipendenza (1.13) ottenuta dalla condizione di continuità ed uguaglianza del mezzo (1.2), scriviamo l'equazione d'onda desiderata nella sua forma finale:
(1.23)
Se l'onda è piana e si propaga, ad esempio, lungo l'asse OH, allora il potenziale di velocità dipenderà solo dalla coordinata X E tempo. In questo caso, l'equazione delle onde assumerà una forma più semplice:
(1.24) Risolvendo le equazioni ottenute si trova la legge di variazione del potenziale di velocità e, di conseguenza, qualsiasi parametro caratterizzante il campo sonoro.
Analisi dei principali parametri del campo sonoro
Determiniamo dapprima i parametri che caratterizzano un'onda armonica piana. Per questo trovare una soluzione l'equazione (1.24), che è un'equazione differenziale lineare del secondo ordine e, quindi, ha due radici. Queste radici rappresentano due processi j 1 (x,t) E j 2 (x, t), definendo onde che si propagano in direzioni opposte. In un mezzo isotropo, i parametri del campo sonoro in punti equidistanti dalla sorgente di radiazione sono gli stessi, il che ci consente di limitarci a trovare una sola soluzione, ad esempio, per l'onda j1, propagandosi nella direzione positiva dell'asse OH.
Poiché la particolare soluzione specificata è una funzione della coordinata e del tempo correnti, la cercheremo nella seguente forma:
Dove 
- frequenza delle onde, Mè il coefficiente desiderato che determina la dipendenza del potenziale di velocità dalle coordinate spaziali, 
- numero d'onda, 
. Calcolo delle derivate necessarie di j1 e sostituendole nell'equazione (1.24), troviamo:
(1.26) Risolvere l'ultima uguaglianza rispetto a M e tenendo conto che il valore negativo dell'onda che decade con la distanza dalla sorgente di disturbo corrisponde al suo valore negativo, avremo:
(1.27)
In un campo ultrasonico, il secondo termine tra parentesi dell'espressione (1.27) è molto inferiore all'unità, il che ci consente di espandere questa espressione in una serie di potenze, limitandoci ai suoi due termini:
(1.28)
Sostituendo il valore trovato M in uguaglianza (1.25) e introducendo la notazione
(1.29)
trovare l'espressione finale per il potenziale di velocità j1:
Soluzione privata per potenziale j2 si può trovare analogamente al caso considerato:
Usiamo le espressioni ottenute per determinare i principali parametri del campo sonoro.
La pressione sonora nella zona di propagazione di un'onda diretta positivamente è determinata dalla seguente equazione:
(1.32)
Dove 
.
Se passiamo all'uguaglianza (1.4) e teniamo conto di quella nel campo degli ultrasuoni >> UN, allora l'espressione per la velocità vibrazionale può essere scritta nella seguente forma:
Dove 
Le espressioni ottenute mostrano che i cambiamenti nei valori correnti di pressione sonora e velocità vibrazionale avvengono in fase, per cui, nei punti in cui il mezzo è compattato, il vettore della velocità vibrazionale coincide in direzione con la velocità di propagazione di il fronte d'onda, e nei punti di rarefazione gli è opposto.
Troviamo il rapporto tra pressione sonora e velocità vibrazionale, che viene chiamato impedenza acustica specifica:
(1.34)
L'impedenza acustica specifica è una caratteristica importante del mezzo che influisce su molti parametri dei processi che si verificano in esso.
Propagazione delle onde sonore
Quando si creano dispositivi idroacustici, uno dei compiti più importanti è la scelta corretta dei parametri di radiazione: la frequenza portante del segnale burst, il metodo di modulazione del segnale e le sue caratteristiche energetiche. Ciò determina la gamma di propagazione dell'onda, le caratteristiche della sua riflessione e il passaggio attraverso varie interfacce tra i media con diversi Proprietà fisiche, la possibilità di separare il segnale dal rumore che lo accompagna.
Come notato sopra, una delle principali caratteristiche energetiche di un segnale idroacustico è la sua intensità. L'espressione che definisce questo parametro può essere trovata dalle seguenti considerazioni. Consideriamo una sezione elementare del fronte d'onda di area , che oscillando si sposta nel tempo rispetto alla posizione iniziale del valore 
Questo spostamento sarà contrastato dalle forze 
interazione interna. Il lavoro sarà speso per vincere queste forze.La potenza richiesta per fornire le oscillazioni in esame è definita come il lavoro speso per unità di tempo:
(1.35)
Dove Tè il periodo dell'onda. A sua volta, l'intensità è determinata dalla potenza spesa per muoversi separare aree del fronte d'onda e, quindi, sarà pari a:
(1.36)
Sostituendo le uguaglianze (1.32) e (1.33) nell'espressione risultante, troviamo:
Considerando che 0,5 
- intensità del segnale nelle immediate vicinanze dell'emettitore, quindi la legge di variazione dell'intensità con la distanza dalla sorgente sarà determinata dalla seguente uguaglianza:
(1.38)
L'ultima formula è stata ottenuta dal fisico e matematico inglese Stokes e porta il suo nome. Mostra che all'aumentare della distanza dalla sorgente di radiazione, l'intensità dell'onda sonora diminuisce in modo esponenziale. Inoltre, come segue dall'espressione (1.29), l'indice di smorzamento UNè proporzionale al quadrato della frequenza di oscillazione dell'onda emessa. Ciò impone alcune restrizioni sulla scelta delle frequenze portanti, in particolare per il suono a lungo raggio.
Tuttavia, utilizzando la formula di Stokes, non è sempre possibile ottenere una stima corretta del processo di smorzamento dell'onda sonora. Pertanto, gli esperimenti dimostrano che le onde sonore nell'ambiente marino decadono molto più velocemente di quanto segue dall'espressione di cui sopra. Questo fenomeno è dovuto alla differenza nelle proprietà dell'ambiente reale da quello idealizzato, solitamente considerato nella soluzione teorica dei problemi, nonché al fatto che l'ambiente marino è un liquido eterogeneo, inclusi organismi viventi, bolle d'aria e altri impurità.
In pratica, vengono solitamente utilizzate varie formule empiriche per determinare la legge del cambiamento nell'intensità di un'onda sonora. Quindi, ad esempio, alle sue frequenze comprese tra 7,5 e 60 kHz, il valore del coefficiente UN in decibel per chilometro (dB/km) può essere stimato utilizzando la seguente relazione:
, (1.39)
e la legge del cambiamento di intensità a distanze dal vibratore non superiori a 200 km, con un errore fino al 10%, è determinata dall'uguaglianza:
(1.40)
Nel caso di un'onda sferica, l'intensità
. (1.41)
Dall'ultima espressione risulta che l'onda si indebolisce in larga misura a causa dell'espansione del suo fronte con l'aumentare della distanza R.
Un'onda ultrasonica si propaga in linea retta durante il suo moto in un mezzo isotropo omogeneo. Tuttavia, se il mezzo è disomogeneo, la traiettoria del raggio sonoro è distorta e, in determinate condizioni, il segnale può essere riflesso anche dagli strati intermedi dell'ambiente acquatico. Viene chiamato il fenomeno della curvatura dei raggi sonori dovuto all'eterogeneità dell'ambiente marino rifrazione sonora. La rifrazione del suono può avere un effetto significativo sull'accuratezza delle misurazioni idroacustiche, quindi nella maggior parte dei casi è necessario valutare il grado della sua influenza.
Quando il raggio si propaga verso il basso, nel suo percorso, di norma, attraversa tre zone: una zona superficiale isoterma (a temperatura costante), una zona a salto di temperatura, caratterizzata da un forte gradiente di temperatura negativo, e una zona quasi zona isotermica inferiore (Fig. 1.4). Lo spessore della zona d'urto può essere di diverse decine di metri. Quando un'onda sonora passa attraverso lo strato d'urto, si osservano una forte rifrazione e una significativa diminuzione dell'intensità del suono. La diminuzione dell'intensità è dovuta alla divergenza dei raggi dovuta alla forte rifrazione al limite superiore dello strato d'urto, nonché alla loro riflessione da questo strato. I raggi estremi del raggio diviso formano una zona d'ombra sonora.
| Fig.1.4. |
presentarsi in piedi onda. Una caratteristica di un'onda stazionaria è che tutti i suoi punti oscillano con la stessa fase, formando a intervalli pari a un quarto della lunghezza d'onda delle oscillazioni, antinodi, in cui l'ampiezza delle oscillazioni è massima, e nodi in cui non ci sono oscillazioni a Tutto. Un'onda stazionaria praticamente non trasferisce energia.
Riflessione e rifrazione delle onde sonore
Quando un'onda è incidente sull'interfaccia tra due mezzi, le particelle del mezzo appartenenti a questa interfaccia vengono eccitate. A loro volta, le oscillazioni delle particelle di contorno danno origine a processi ondulatori sia nel mezzo dell'onda incidente sia nel mezzo ad essa adiacente. La prima ondata è chiamata riflessa, e il secondo è rifratto. angoli 
e (Fig. 1.5) tra la normale all'interfaccia e la direzione dei raggi sono chiamati angoli autunno, 
riflessi E rifrazione, rispettivamente. Secondo le leggi di Cartesio, le uguaglianze hanno luogo:
(1.42)
Se ci sono diverse interfacce lungo il percorso di propagazione del raggio, allora l'uguaglianza sarà vera:
(1.43)
Il valore è chiamato costante di Snell. Il suo valore non cambia lungo il raggio sonoro.
I rapporti di energia nei fasci incidente, riflesso e rifratto sono determinati utilizzando i coefficienti UN E IN rispettivamente riflessione e rifrazione. Questi coefficienti sono determinati dalle seguenti uguaglianze:
(1.44)
Si può dimostrare che in mezzi con la stessa impedenza acustica, l'energia sonora viene completamente trasferita da un mezzo all'altro. Se c'è una grande differenza nelle impedenze acustiche dei mezzi, quasi tutta l'energia incidente viene riflessa dall'interfaccia tra i mezzi.
I pattern considerati si realizzano se le dimensioni della superficie riflettente eccedono la lunghezza d'onda della radiazione incidente. Se la sua lunghezza d'onda più taglie superficie riflettente, quindi, di regola, l'onda viene parzialmente riflessa dall'ostacolo (diffusa) e parzialmente lo aggira. Viene chiamato il fenomeno dell'onda che si piega attorno a un ostacolo diffrazione sonora. La diffrazione si verifica anche in oggetti le cui dimensioni superano la lunghezza d'onda delle oscillazioni, tuttavia, in questo caso, il fenomeno si manifesta solo ai bordi della superficie riflettente. Dietro l'ostacolo si forma una zona d'ombra acustica, in cui non ci sono vibrazioni sonore. Allo stesso tempo, davanti all'ostacolo, il modello del campo sonoro diventa più complicato a causa dell'interazione delle onde incidenti, riflesse e diffrangenti. L'onda sonora può essere riflessa da numerosi oggetti sparsi all'interno acqua di mare come bolle d'aria, plancton, particelle di materia solida galleggiante, ecc. In questo caso, il segnale riflesso è chiamato segnale. riverbero surround. Viene percepito dal ricevitore di radiazioni come un'eco oscillante al momento dell'invio del segnale. All'inizio, questo eco può avere un livello abbastanza grande, quindi svanisce rapidamente.
Il riverbero può verificarsi a causa della diffusione del suono da parte di superfici piane che presentano piccole irregolarità rispetto alla lunghezza d'onda. Molto spesso, tali superfici sono il fondo o la superficie del mare. Questo riverbero è chiamato metter il fondo a O superficiale, rispettivamente.
. Principi di base del suono idroacustico
Quasi tutti i dispositivi di navigazione idroacustica utilizzati nella flotta di trasporto operano nella modalità di suono attivo dello spazio acquatico. Lo sviluppo di dispositivi che implementano questa modalità prevede la necessità di:
§ determinazione dei requisiti per il sondaggio della radiazione in base al contenuto del problema da risolvere;
§ determinazione dei requisiti per le antenne riceventi e trasmittenti;
§ analisi delle condizioni di propagazione del segnale di sondaggio e valutazione della natura del segnale ricevuto;
§ sviluppo dei requisiti per i blocchi di ingresso del sistema che effettuano la conversione primaria del segnale ricevuto;
§ determinare la composizione del percorso di ricezione che converte l'informazione primaria nella forma necessaria per la sua visualizzazione o ulteriore utilizzo da parte di altri dispositivi o sistemi;
§ determinazione della composizione dei dispositivi di visualizzazione e registrazione delle informazioni;
§ formulazione dei requisiti per il segnale di uscita del dispositivo idroacustico dal lato di altri dispositivi cooperanti con esso.
Come accennato in precedenza, la radiazione di sondaggio può essere continua o pulsata. La radiazione continua alle stesse ampiezze del segnale ha la potenza media più alta, il che può essere un vantaggio decisivo quando si sondano regioni sufficientemente distanti dalla sorgente di radiazione. La maggiore potenza media del segnale emesso non solo aumenta il livello del segnale riflesso ricevuto, ma spesso evita anche il fenomeno della cavitazione. Molto spesso, questo tipo di radiazione viene utilizzato nei sistemi Doppler per misurare la velocità di una nave.
Se è necessario misurare distanze da oggetti riflettenti, la radiazione continua deve essere preliminarmente modulata in modo speciale. La corretta scelta del metodo di modulazione e l'elaborazione del segnale ricevuto consente di creare i sistemi di misurazione più accurati. Si tenga però conto che nel caso in esame il segnale ricevuto è solitamente accompagnato da un rumore abbastanza significativo derivante dal riverbero volumetrico.
La radiazione pulsata è caratterizzata dalla forma dell'impulso, dalla sua durata T e(Fig. 1.6), frequenza o periodo di ripetizione dell'impulso. Molto spesso vengono utilizzati impulsi rettangolari (Fig. 1.6.a), che sono i più saturi di energia. Nel recente passato, la forma esponenziale (Fig. 2.6, b) è stata ampiamente utilizzata per il fatto che era più facile da implementare tecnicamente. La soluzione di singoli problemi può richiedere la creazione di impulsi con una forma più complessa dei loro inviluppi.
La durata dell'impulso è di grande importanza, in quanto, insieme alla sua ampiezza, determina la potenza in esso contenuta e, di conseguenza, il massimo raggio di tastatura. Inoltre, la risoluzione dell'intervallo dipende dalla durata dell'impulso, ad es. la minima differenza di portata che può essere misurata dal sistema. Infatti, poiché l'impulso è portatore di un'unica informazione, tutti i cambiamenti di portata all'interno della sua estensione spaziale non saranno registrati dal sistema. Dato che l'impulso percorre il doppio della distanza - verso il riflettore e ritorno, la risoluzione del sistema sarà pari alla metà della lunghezza spaziale dell'impulso:
(1.45)
In pratica, la durata dell'impulso è spesso compresa tra 10 e 5 Con fino a 10 -3 Con.
La frequenza di ripetizione dell'impulso viene solitamente scelta in modo tale che in qualsiasi intervallo operativo l'impulso successivo venga emesso solo dopo che è stato ricevuto quello riflesso. In altre parole, il periodo t pag la ripetizione dell'impulso deve soddisfare la disuguaglianza: 
Dove 
- la portata massima del suono nel campo operativo, - la velocità media del suono nell'acqua, solitamente considerata pari a 1500 SM. Questo approccio crea le condizioni per utilizzare un'antenna come antenna ricevente e trasmittente. In alcuni casi, la frequenza di ripetizione dell'impulso può essere scelta in base ad altre considerazioni.
Quando si formano i requisiti per il segnale di sondaggio, è molto importante selezionare correttamente la frequenza portante della radiazione. Determina in gran parte l'attenuazione del segnale, la sua riflessione dall'interfaccia tra media e vari oggetti, nonché la traiettoria del fronte d'onda. La riduzione della frequenza portante, di norma, richiede un aumento delle dimensioni dei dispositivi dell'antenna, ma contribuisce ad aumentare la portata del suono.
Formulando i requisiti di base per il sistema di antenne, è necessario:
§ determinare il numero di antenne e la loro disposizione sulla nave;
§ scegliere il miglior grado di direttività della radiazione;
§ scegliere il tipo di elemento che converte l'energia elettrica in energia meccanica e viceversa, nonché il tipo di antenna;
§ stabilire come installare le antenne a bordo della nave.
Il numero di antenne utilizzate e lo schema del loro posizionamento è determinato dalla natura del problema da risolvere, nonché dalla presenza o assenza della loro ridondanza per aumentare l'affidabilità del sistema. Ogni antenna può essere montata a bordo della nave indipendentemente oppure tutte le antenne sono combinate in un'unica unità antenna, che di solito è installata nel tintinnio. Tale blocco può contenere fino a 20 o più antenne, che in questo caso sarebbe più appropriato chiamare vibratori.
Il grado richiesto di direttività della radiazione è dettato anche dalla natura del problema da risolvere.
I vibratori ferromagnetici e piezoceramici sono utilizzati come convertitori di energia elettrica in energia meccanica e viceversa, il cui principio di funzionamento è discusso di seguito.
caratteristiche generali antenne trasmittenti e riceventi
I convertitori ferromagnetici di energia elettrica in energia meccanica sfruttano l'effetto della magnetostrizione. L'essenza di questo effetto è che quando lo stato magnetico di un prodotto fatto di materiale ferromagnetico cambia, si verifica un cambiamento nelle sue dimensioni. Il campione è deformato e questa deformazione aumenta con l'aumentare dell'intensità della sua magnetizzazione. Se prendiamo come campione un'anima di asta, dotatela di un avvolgimento e alimentatela corrente alternata, quindi la lunghezza del nucleo cambierà periodicamente. L'energia elettrica spesa per la sua magnetizzazione viene convertita nell'energia delle vibrazioni meccaniche, che è in grado di eccitare un campo sonoro in un mezzo elastico in cui è posta l'asta considerata.
C'è anche un effetto opposto. Se il nucleo di un materiale ferromagnetico con una certa magnetizzazione residua è leggermente deformato, cioè cambia la sua tensione interna, allora anche la tensione cambierà campo magnetico ad esso associato. In questo caso, il cambiamento nel campo magnetico sarà
Per camposonoro si intende quella limitata area di spazio in cui si propaga un messaggio idroacustico. Il campo sonoro può esistere in qualsiasi mezzo elastico e rappresenta le vibrazioni delle sue particelle risultanti dall'influenza di fattori di disturbo esterni. Una caratteristica distintiva di questo processo da qualsiasi altro moto ordinato delle particelle del mezzo è che, con piccole perturbazioni, la propagazione delle onde non è associata al trasferimento della sostanza stessa. In altre parole, ogni particella oscilla rispetto alla posizione che occupava prima dell'impatto della perturbazione.
Un mezzo elastico ideale in cui si propaga un campo sonoro può essere rappresentato come un insieme dei suoi elementi assolutamente rigidi interconnessi da legami elastici (Fig. 2.2). Lo stato attuale di una particella oscillante di questo mezzo è caratterizzato dal suo spostamento U rispetto alla posizione di equilibrio, dalla velocità oscillatoria v e dalla frequenza di oscillazione. La velocità vibrazionale è determinata dalla prima derivata temporale dello spostamento delle particelle ed è una caratteristica importante del processo in esame. Di norma, entrambi i parametri sono funzioni armoniche del tempo.
Particella 1 (Fig. 1.1), spostata di U dalla sua posizione di equilibrio,
Il taglio dei legami elastici ha un effetto sulle particelle che lo circondano, provocandone anche il movimento. Di conseguenza, la perturbazione introdotta dall'esterno comincia a diffondersi nelle gare.
ambiente visto. Se la legge del cambiamento di spostamento delle particelle 1 è determinata dall'uguaglianza U U sint, dove Um è l'ampiezza di oscillazione della particella, e è la frequenza di oscillazione, allora può essere rappresentata la legge del moto di altre particelle i-esime COME:
Ui Umi sin(t i), (2.1)
dove Umi è l'ampiezza di oscillazione della particella i-esima, i è lo sfasamento di queste oscillazioni. All'aumentare della distanza dalla sorgente di eccitazione del mezzo (particella 1), i valori delle ampiezze di oscillazione Umi diminuiranno a causa della dissipazione di energia, e gli sfasamenti i, a causa della limitata velocità di propagazione dell'eccitazione, aumenteranno. Pertanto, un campo sonoro può anche essere inteso come un insieme di particelle oscillanti del mezzo.
Se nel campo sonoro selezioniamo particelle che hanno la stessa fase di oscillazione, otteniamo una curva o superficie, che si chiama fronte d'onda. Il fronte d'onda si allontana costantemente dalla fonte di disturbo ad una certa velocità, che è chiamata velocità di propagazione del fronte d'onda, velocità di propagazione dell'onda o semplicemente velocità del suono in un dato mezzo. Il vettore velocità indicato è perpendicolare alla superficie del fronte d'onda nel punto considerato e determina la direzione del fascio sonoro lungo il quale si propaga l'onda. Questa velocità dipende essenzialmente dalle proprietà del mezzo e dal suo stato attuale. Nel caso della propagazione di un'onda sonora nel mare, la velocità del suono dipende dalla temperatura dell'acqua, dalla sua densità, dalla salinità e da una serie di altri fattori. Quindi, con un aumento della temperatura di 1 0C, la velocità del suono aumenta di circa 3,6 m/s, e con un aumento della profondità di 10 m, aumenta di circa 0,2 m/s. In media, in condizioni marine, la velocità del suono può variare tra 1440 e 1585 m / s. Se il mezzo è anisotropo, cioè avendo proprietà diverse in direzioni diverse dal centro del disturbo, allora anche la velocità di propagazione dell'onda sonora sarà diversa, a seconda di queste proprietà.
Nel caso generale, la velocità di propagazione di un'onda sonora in un liquido o gas è determinata dalla seguente espressione:
c = K, (2.2) 0
dove K è il modulo volumetrico di elasticità del mezzo, 0 è la densità del mezzo imperturbabile, la sua densità statica. Il modulo di elasticità apparente è numericamente uguale alla sollecitazione che si verifica nel mezzo durante la sua deformazione relativa unitaria.
Un'onda elastica si dice longitudinale se le oscillazioni delle particelle considerate avvengono nella direzione di propagazione dell'onda. Un'onda si dice trasversale se le particelle oscillano su piani perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda.
Le onde trasversali possono verificarsi solo in un mezzo che ha l'elasticità della forma, cioè in grado di resistere alla deformazione a taglio. Solo i solidi hanno questa proprietà. Le onde longitudinali sono associate alla deformazione volumetrica del mezzo, quindi possono propagarsi sia nei solidi che nei mezzi liquidi e gassosi. Fanno eccezione a questa regola le onde superficiali generate sulla superficie libera di un liquido o sulle interfacce di separazione di mezzi immiscibili con caratteristiche fisiche diverse. In questo caso le particelle fluide compiono contemporaneamente oscillazioni longitudinali e trasversali, descrivendo traiettorie ellittiche o più complesse. Le proprietà speciali delle onde superficiali sono spiegate dal fatto che la gravità e la tensione superficiale giocano un ruolo decisivo nella loro formazione e propagazione.
Nel processo di oscillazione in un mezzo disturbato, sorgono zone di pressione e densità aumentate e diminuite rispetto allo stato di equilibrio. La pressione p r1 r0, dove p1 è il suo valore istantaneo nel campo sonoro, e p0 è la pressione statica del mezzo in assenza di eccitazione, si chiama pressione sonora ed è numericamente uguale alla forza con cui il l'onda agisce su un'unica area installata perpendicolarmente alla direzione della sua diffusione. La pressione sonora è una delle caratteristiche più importanti dello stato dell'ambiente.
Per valutare la variazione della densità del mezzo si utilizza un valore relativo, chiamato compattazione , che è determinato dalla seguente uguaglianza:
1 0 , (2.3) 0
dove 1 è il valore istantaneo della densità del mezzo nel punto di nostro interesse, e 0 è la sua densità statica.
Tutti i parametri di cui sopra possono essere determinati se è nota una funzione scalare , chiamata potenziale di velocità vibrazionale. In accordo con il teorema di Helmholtz, questo potenziale caratterizza completamente le onde acustiche in mezzi liquidi e gassosi ed è correlato alla velocità vibrazionale v dalla seguente uguaglianza:
v grad . (2.4)
Un'onda sonora longitudinale si dice piatta se il suo potenziale e le altre grandezze ad essa associate che caratterizzano il campo sonoro dipendono solo dal tempo e da una loro coordinata cartesiana, ad esempio x (Fig. 2.3).
Se le suddette quantità dipendono solo dal tempo e dalla distanza r da un punto dello spazio, detto centro dell'onda, l'onda sonora longitudinale si dice sferica. Nel primo caso, sarà il fronte d'onda
z Onda piana z Onda sferica
Riso. 2.3 Fronte d'onda
linea o piano, nel secondo - un arco o una sezione di una superficie sferica.
Nei mezzi elastici, quando si considerano i processi nei campi sonori, si può usare il principio di sovrapposizione. Quindi, se il sistema è distribuito nell'ambiente
onde determinate dai potenziali 1…n, allora il potenziale sarà uguale alla somma dei potenziali indicati:
n i. 1
onda risultante
Tuttavia, quando si considerano processi in campi sonori potenti, si dovrebbe tener conto della possibilità di manifestazione di effetti non lineari, che possono rendere inammissibile l'uso del principio di sovrapposizione. Inoltre, ad alti livelli
perturbando l'ambiente, le proprietà elastiche del mezzo possono essere radicalmente violate. Pertanto, in un mezzo liquido possono apparire spazi vuoti pieni d'aria, la sua struttura chimica può cambiare e così via. Sul modello presentato in precedenza (Fig. 2.2), ciò equivarrà a rompere i legami elastici tra le particelle del mezzo. In questo caso, l'energia spesa per creare oscillazioni non verrà praticamente trasferita ad altri strati, il che renderà impossibile risolvere l'uno o l'altro problema pratico. Il fenomeno descritto è chiamato cavitazione.1
Dal punto di vista energetico, il campo sonoro può essere caratterizzato dal flusso di energia sonora o potenza sonora P, che sono determinate dalla quantità di energia sonora W che attraversa la superficie perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda per unità di tempo:
PW . (2.6)
La potenza sonora, rapportata all'area s della superficie considerata, determina l'intensità dell'onda sonora:
Isst. (2.7)
Nell'ultima espressione si assume che l'energia sia distribuita uniformemente sull'area s.
Nell'ambiente. Il concetto "Z. P." solitamente utilizzato per aree le cui dimensioni sono dell'ordine o superiori alla lunghezza del suono. onde. Con energico lati Z. p. è caratterizzato da una densità di suono. energia (energia del processo oscillatorio per unità di volume); in quei casi in cui si verifica in Z. p., è caratterizzato dall'intensità del suono.
L'immagine di Z. p. nel caso generale dipende non solo dall'acustica. potenza e caratteristiche della direttività dell'emettitore - la sorgente sonora, ma anche sulla posizione e St. entro i confini del mezzo e le interfacce decompongono. mezzi elastici, se tali superfici sono disponibili. In un ambiente omogeneo illimitato Z. p. una singola fonte yavl. campo d'onda mobile. Microfoni, idrofoni e altri vengono utilizzati per misurare Z. è auspicabile che le loro dimensioni siano piccole rispetto alla lunghezza d'onda e alle dimensioni caratteristiche delle disomogeneità di campo. Nello studio di Z. p. ha anche usato decomp. metodi di visualizzazione del campo sonoro. Lo studio di Z. p. decomp. gli emettitori sono prodotti in camere anecoiche.
Fisico Dizionario enciclopedico. - M.: Enciclopedia sovietica. . 1983 .
CAMPO SONORO
L'insieme delle distribuzioni spazio-temporali delle grandezze che caratterizzano il disturbo sonoro considerato. Il più importante di loro: la pressione sonora p, particella oscillatoria v, spostamento oscillatorio delle particelle X , variazione relativa densità (cosiddetto acustico.) s=dr/r (dove r - medio), adiabatico. cambiamento di temperatura d T, che accompagna compressione e rarefazione del mezzo. Quando si introduce il concetto di 3. p., il mezzo è considerato continuo e la struttura molecolare della sostanza non viene presa in considerazione. 3. gli articoli sono studiati con metodi acustica geometrica, o basato sulla teoria delle onde. la pressione soddisfa l'equazione delle onde
E con il noto R puoi determinare le restanti caratteristiche di 3. p. da f-lams: 
Dove Con - velocità del suono, g= cp/CV- il rapporto della capacità termica al palo. pressione per la capacità termica a DC. volume e - coefficiente. dilatazione termica del mezzo. Per armonica. 3. p. l'equazione delle onde entra nell'equazione di Helmholtz: D R+K 2 R= 0, dove k= w /C- numero d'onda per la frequenza w, e le espressioni per v e x assumono la forma:
Inoltre, 3. p. deve soddisfare le condizioni al contorno, cioè i requisiti imposti alle quantità che caratterizzano 3. p., fisiche. proprietà dei confini: superfici che limitano l'ambiente, superfici che limitano gli ostacoli posti nell'ambiente e decomposizione delle interfacce. media Ad esempio, su un confine assolutamente rigido della componente oscillante. velocità v n deve svanire; sulla superficie libera la pressione sonora deve annullarsi; sul confine caratterizzato impedenza acustica, p/v n dovrebbe essere uguale all'acustica specifica. impedenza al contorno; all'interfaccia tra due media, le quantità R E v n su entrambi i lati della superficie dovrebbero essere uguali a coppie. In liquidi e gas reali, c'è un'aggiunta. condizione al contorno: evanescenza della tangente vibrante. velocità a un confine rigido o l'uguaglianza delle componenti tangenti all'interfaccia tra due mezzi. p=p(x6 ct), che corre lungo l'asse X in direzione positiva (segno "-") e negativa (segno "+"). in un'onda piana p/v= fr Con, dove r Con - resistenza all'onda ambiente. Metti in posti. la direzione della pressione sonora oscilla. la velocità in un'onda viaggiante coincide con la direzione di propagazione dell'onda, in alcuni punti è negativa. la pressione è opposta a questa direzione e nei punti in cui la pressione si azzera oscilla. anche la velocità va a zero. armonico piatto sembra: P=P 0 cos(w T-kx+ J) ,
Dove R 0 e j 0 - rispettivamente, l'ampiezza dell'onda e il suo inizio. al punto x=0. Nei media con una dispersione della velocità del suono, la velocità è armonica. onde Con=con/ K dipende dalla frequenza.2) Oscillazioni nel limitato. aree dell'ambiente in assenza di esterni. influenze, ad es. 3. p., che sorge in un volume chiuso per data iniziale. condizioni. Tale 3. p può essere rappresentato come una sovrapposizione di onde stazionarie caratteristiche di un dato volume del mezzo 3) 3. p. ambiente per data iniziale. condizioni - valori R E v in alcuni primi punto nel tempo (es. 3. p., che sorge dopo un'esplosione) 4) 3. p. o le arti. acustico emettitori (cfr emissione sonora). Le radiazioni più semplici in termini di forma del campo sono le seguenti. monopolo - onda divergente sfericamente simmetrica; per armonica. radiazione, ha la forma: p = -i rwQexp ( ikr)/4p R, dove q -
la produttività della sorgente (ad esempio, il tasso di variazione del volume di un corpo pulsante, piccolo rispetto alla lunghezza d'onda) posto al centro dell'onda, e R- distanza dal centro. L'ampiezza della pressione sonora durante la radiazione monopolare varia con la distanza come 1/ R, UN 
nella zona non d'onda ( kr<<1) v varia con la distanza come 1/ R 2 , mentre nell'onda ( kr>>1) - come 1/ R. Sfasamento j tra R E v diminuisce monotonicamente da 90° al centro dell'onda a zero all'infinito; ggj=1/ kr. Radiazione dipolo - sferica. onda divergente con caratteristica direzionale "otto" della forma:
Dove F- la forza applicata al mezzo al centro dell'onda, q è l'angolo tra la direzione della forza e la direzione del punto di osservazione. La stessa radiazione è prodotta da una sfera di raggio UN<
Misura dei parametri 3. p. ricevitori sonori: microfoni - per aria idrofoni - per l'acqua. Nello studio della struttura fine 3. p .
dovrebbero essere utilizzati ricevitori di dimensioni ridotte rispetto alla lunghezza d'onda del suono. Visualizzazione dei campi sonori possibile attraverso l'osservazione. diffrazione della luce mediante ultrasuoni, Il metodo di Toepler ( metodo dell'ombra) metodo di elettrone-ottico. trasformazioni, ecc. Illuminato.: Bergman L. Ultrasound e la sua applicazione nella scienza e nella tecnologia, trans. dal tedesco, 2a ed., Mosca 1957; Rzhevkin e S. N., Corso di lezioni sulla teoria del suono, M., 1960; Isakovich M.A., Generale, M., 1973. MA Isakovich.
Enciclopedia fisica. In 5 volumi. - M.: Enciclopedia sovietica. Caporedattore A. M. Prokhorov. 1988 .
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E con il noto R puoi determinare le restanti caratteristiche di 3. p. da f-lams: 
Dove Con- velocità del suono, g= cp/CV- il rapporto della capacità termica al palo. pressione per la capacità termica a DC. volume e - coefficiente. dilatazione termica del mezzo. Per armonica. 3. p. l'equazione delle onde entra nell'equazione di Helmholtz: D R+K 2 R= 0, dove k= w /Cè il numero d'onda per la frequenza w, e le espressioni per v e x assumono la forma:
Inoltre, 3. p. deve soddisfare le condizioni al contorno, cioè i requisiti imposti alle quantità che caratterizzano 3. p., fisiche. proprietà dei confini: superfici che limitano l'ambiente, superfici che limitano gli ostacoli posti nell'ambiente e decomposizione delle interfacce. media Ad esempio, su un confine assolutamente rigido, la componente normale oscilla. velocità v n deve svanire; sulla superficie libera la pressione sonora deve annullarsi; sul confine caratterizzato impedenza acustica, p/v n dovrebbe essere uguale all'acustica specifica. impedenza al contorno; all'interfaccia tra due media, le quantità R E v n su entrambi i lati della superficie dovrebbero essere uguali a coppie. In liquidi e gas reali, c'è un'aggiunta. condizione al contorno: annullamento della componente tangente dell'oscillazione. velocità a un confine rigido o l'uguaglianza delle componenti tangenti all'interfaccia tra due mezzi. Nei solidi, interno le sollecitazioni sono caratterizzate non dalla pressione, ma dal tensore delle sollecitazioni, che riflette la presenza di elasticità del mezzo in relazione a un cambiamento non solo nel suo volume (come nei liquidi e nei gas), ma anche nella sua forma. Di conseguenza, sia le equazioni di 3° p. che le condizioni al contorno diventano più complicate. Le equazioni per i mezzi anisotropi sono ancora più complesse. Ur-tion 3. p. e le condizioni al contorno non determinano affatto da sole il tipo di onde: in decomp. situazioni nello stesso ambiente con le stesse condizioni al contorno, 3. p., avranno una forma diversa. Di seguito sono descritti diversi tipi di 3. p., che sorgono in decomp. situazioni. 1) Onde libere - 3. p., che possono esistere nell'intero infinito. ambiente in assenza di esterno. influenze, ad esempio onde piane p=p(x 6ct) che corre lungo l'asse X in direzione positiva (segno "-") e negativa (segno "+"). in un'onda piana p/v= fr Con, dove r Con - resistenza all'onda ambiente. Metti in posti. la direzione della pressione sonora oscilla. la velocità in un'onda viaggiante coincide con la direzione di propagazione dell'onda, in alcuni punti è negativa. la pressione è opposta a questa direzione e nei punti in cui la pressione si azzera oscilla. anche la velocità va a zero. armonico un'onda piana che viaggia ha la forma: P=P 0 cos(w T-kx+ j), dove R 0 e j 0 - rispettivamente, l'ampiezza dell'onda e il suo inizio. fase al punto x=0. Nei media con una dispersione della velocità del suono, la velocità è armonica. onde Con=con/ K dipendente dalla frequenza. 2) Fluttuazioni limitate. aree dell'ambiente in assenza di esterni. influenze, ad es. 3. p., che sorge in un volume chiuso per data iniziale. condizioni. Tali formazioni tridimensionali possono essere rappresentate come una sovrapposizione di onde stazionarie caratteristiche di un dato volume del mezzo. 3) 3. p., derivante da illimitato. ambiente per data iniziale. condizioni - valori R E v in alcuni primi punto nel tempo (ad esempio, 3. p., che sorge dopo l'esplosione). 4) 3. p.radiazione creata da corpi oscillanti, getti di liquidi o gas, bolle che collassano e altre nature. o le arti. acustico emettitori (cfr radiazione sonora Le radiazioni più semplici in termini di forma del campo sono le seguenti. La radiazione monopolare è un'onda divergente a simmetria sferica; per armonica. radiazione, ha la forma: p = -i rwQexp ( ikr)/4p R, dove Q è l'andamento della sorgente (ad esempio, la velocità di variazione del volume di un corpo pulsante, piccolo rispetto alla lunghezza d'onda) posta al centro dell'onda, e R- distanza dal centro. L'ampiezza della pressione sonora durante la radiazione monopolare varia con la distanza come 1/ R, UN 
nella zona non d'onda ( kr<<1) v varia con la distanza come 1/ R 2 , mentre nell'onda ( kr>>1) - come 1/ R. Sfasamento j tra R E v diminuisce monotonicamente da 90° al centro dell'onda a zero all'infinito; ggj=1/ kr. Radiazione dipolo - sferica. onda divergente con caratteristica direzionale "otto" della forma:
Dove Fè la forza applicata al mezzo al centro dell'onda, q è l'angolo tra la direzione della forza e la direzione del punto di osservazione. La stessa radiazione è prodotta da una sfera di raggio UN<
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