Акустические явления

Здесь в научно-популярной форме описаны разнообразные акустические явления, происходящие в разных средах. Рассмотрены области применения современной акустики и возможности их дальнейшего расширения.

Во всех упругих средах и телах могут возникать механические (акустические) колебания. Они сопровождаются интереснейшими физическими и иногда физиологическими явлениями. Области применения акустических колебаний непрерывно расширяются. Это - эхолотирование и поиск подводных объектов, контроль толщины и качества стальных листов и ультразвуковая очистка, резка и сварка, и еще многое, многое другое. Часто, впрочем, - когда идет речь об уменьшении шума и вибрации, - борьба с акустическими колебаниями имеет не меньшее значение, чем их полезное применение.

В этом разделе сайта вы узнаете о парадоксах действий с акустическими логарифмическими единицами и о своеобразных явлениях на границах акустических сред; о том, является ли резонатор усилителем или поглотителем звука; о неожиданных "бытовых" последствиях дифракции и интерференции звука.

Как развиваются ультразвуковая дефектоскопия металлов и ультразвуковая технология обработки, гидроакустическое эхолотирование и телеметрия, борьба с обрастанием судов акустическими методами? Зачем нужна акванавту "гелиевая речь" и каковы ее особенности? Как сделать колебания видимыми, что сулит цветомузыка человеку, нужна ли борьба с "отходами цивилизации" - интенсивными шумами? Какова роль акустики в освоении Мирового океана? Что общего между утренним пением мемнонского колосса и колебаниями трубок паровых котлов, не повинен ли инфразвук в появлении "летучих голландцев"?

Физическая и техническая акустика, звуки в воздухе

"Мир, в котором мы живем, удивительно склонен к колебаниям. Колеблются даже атомы, из которых мы состоим".
Р. Бишоп

"Атмосфера является почти универсальной средой, в которой протекают звуковые явления!"
Рэлей

Мы живем на дне воздушного океана и окружены звуками - механическими колебаниями, распространяющимися в любой упругой среде. Воздушная среда нам нужна не только как средство существования, средство защиты от губительных космических излучений, но и как звукопровод, позволяющий людям вести речевую связь, воспринимать сигналы опасности, информацию о местонахождении и перемещениях живых и неживых объектов, следить за изменением их состояния, за многими природными явлениями. Неудивительно поэтому, что человечество с давних времен стремилось среди прочих свойств атмосферы познать ее акустические свойства. Доступными каждому средствами, путем наблюдения разницы во времени между появлением молнии и звуком грома оценили, что скорость распространения звука в воздухе относительно невелика.

Акустические свойства атмосферы

Первое по времени возникновения направление подземной акустики - подслушивание кого-либо или чего либо, представляющего опасность, - было, есть и, надо полагать, останется на службе человека на вечные времена, разумеется, постоянно развиваясь и совершенствуясь. Но уже властно заявила о себе другая область геофонии, связанная с изучением структуры коры Земли и земной мантии. Простейшая схема исследований здесь такова - pppa.ru. В какой либо точке производится взрыв углубленного в землю заряда, в других же точках, достаточно удаленных от первой, принимают звуковые сигналы - как пришедшие непосредственно от источника звука, так и отраженные от слоев различных пород. Геоэхозондирование, звуковая геолокация получили за последние десятилетия широкое распространение для поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений, картирования при поисках каменного угля, железной руды и россыпных месторождений. Применение звуковой геолокации и сейсморазведки позволяет получить комплексную картину месторождений полезных ископаемых, существенно уменьшает объем дорогостоящих работ - бурения шурфов, которое ранее делалось почти вслепую, а теперь - целенаправленно.

Звуки в земле - подземная акустика
Звуки в воде - гидроакустика

В акустических проблемах в космосе уже сегодня нет недостатка. Первую страницу космической акустики можно считать открытой. Но пытливый ум исследователей углубляется в совсем уже не изведанные просторы мироздания.

Звуки в космосе

Говоря об удивительном в мире звука, нельзя обойти вниманием своеобразные, кажущиеся на первый взгляд парадоксальными явления на границах сред с сильно разнящимися акустическими сопротивлениями.

Звуковая энергия
Резонанс и резонатор

Влияние "закона массы" на звукоизоляцию по-разному проявляется в конструкциях различной площади. Значительную роль играют характер заделки звукоизолирующей стенки по контуру и вид элементов, связывающих между собой стенки в двухстенной конструкции.

Изоляция звука
Подслушивание через замочную скважину

Для достижения большого звукопоглощения должны быть выполнены некоторые условия, в частности, обеспечена достаточная толщина звукопоглотителя (тем большая, чем ниже частота звука), отсутствие заметного скачка акустического сопротивления на границе среда - поглотитель.

Физическая сущность процесса звукопоглощения

Известно, что вибрация может исправно работать на человека. Различные грохоты, трамбовки, пневматические инструменты, сепараторы, уплотнители бетона - во всех этих устройствах используется колебательное движение. Но вот сам человек сталкивается с теми механизмами, которые он породил. И что же? Вибрационная болезнь стоит на одном из первых мест в длинном списке видов производственного травматизма. Вибрация - это и шумоизлучение, и бороться с ней - необходимо.

Как задержать вибрацию и удары
Вибропоглощение и виброгасители

До сих пор шла речь о колебаниях, вызванных преимущественно периодическими силовыми воздействиями. Имеется, однако, весьма обширный класс колебаний, источником которых может служить какой-либо постоянный фактор: поток жидкости или газа, гидростатическое давление, постоянная сила натяжения, гравитации, трения, электродвижущая сила и т.п. Такие колебательные движения носят название автоколебаний. В обыденной жизни мы, возможно, сами того не замечая, встречаемся с автоколебаниями чаще, чем с колебаниями, вызванными периодическими силами.

Автоколебания
Ультразвук и его применение

Видный американский акустик Ф. Морз в предисловии к своей монографии "Колебания и звук" пишет: "Ни в какой другой области физики основные измерения не представляются столь трудновыполнимыми, как в акустике, тогда как теория относительно проста". Оставим это утверждение на совести его автора, тем более что оно относится к 1936 году, когда акустическими измерениями занимались в различных странах лишь немногие ученые - pppa.ru. В 1937 году вышла первая в мире книга по акустическим измерениям (автор Л. Л. Мясников) В ней описаны методы измерений звукового давления, акустического сопротивления, даны основы частотного анализа звука по представлениям того времени. В наши дни область акустических измерений расширилась необычайно, появились новые аспекты, такие, как измерения звукоизоляции, звукопоглощения, виброизоляции, вибропоглощения, гидроакустические измерения, измерения акустических констант материалов и веществ, корреляционные измерения и т п. Монографии по отдельным видам акустических измерений сейчас не редкость.

Акустические измерения
Перекрестные колебательные эффекты, квантовая акустика

Физиологическая и биологическая акустика

Поразительный все-таки инструмент - человеческое ухо, оно стоит того, чтобы продолжить о нем разговор. Почему децибелы сродни логарифмическому исчислению? В первую очередь потому, что они отражают мудрую особенность слухового (и не только слухового) восприятия живых существ: прирост ощущения пропорционален логарифму раздражения. Человечество не случайно приняло "на вооружение" в науке и технике логарифмические масштабы: зачастую упрощается графическое изображение колебательных процессов.

Своеобразие децибельного исчисления
Область слухового восприятия человека
Какой из органов чувств более информативен

Раздражают человека производственные шумы, различные бытовые шумы, но, пожалуй, шумовое лидерство в наше время принадлежит транспорту - pppa.ru. Проведенное медицинское обследование личного состава судов показало, что среди персонала машинных команд 70% страдают теми или иными нарушениями нервной, сердечно-сосудистой и иных систем. У палубных команд процент травматизма был гораздо меньше. Конечно, не последнюю роль в травматизме играют такие факторы, как вредные испарения, высокая температура, но субъективные жалобы на шум и вибрацию стояли на первом месте.

Мир звука: удивительный и угрожающий

Сейчас человечество располагает по крайней мере несколькими "эшелонами" шумо- и виброзащитных средств. Авангард противошумовой борьбы - воздействие на источник колебаний, уменьшение возмущающих сил, возникающих при работе механизмов, машин, устройств.

Меры защиты от шума и вибрации
Воздействие инфразвуковых колебаний на человека
Воздействие ультразвука
Гелиевая речь
Музыка - колыбель акустики

А теперь, когда мы поговорили о звуках, издаваемых либо воспринимаемых человеком, травмирующих его или дающих ему успокоение и наслаждение, впору поговорить о звуках "малых сих" - окружающего нас животного мира, и среди них прежде всего о звуках, издаваемых существами, обитающими в водоемах планеты.

Эхолокация в природе

Наше короткое повествование о мире звуков подошло к концу. Быть может, не у каждого из вас оно пробудит в полной мере чувство восхищения перед всем, что достойно удивления в этом мире. Но, несомненно, никто не откажет акустике в многообразии ее проявлений и широких возможностях применения. А это уже служит залогом дальнейшего развития интереса к данной области науки и техники.