De grundläggande lagarna för ljudutbredning inkluderar lagarna för dess reflektion och brytning vid gränserna för olika medier, såväl som ljudets diffraktion och dess spridning i närvaro av hinder och inhomogeniteter i mediet och vid gränssnitten mellan medier.

Ljudspridningsavståndet påverkas av ljudabsorptionsfaktorn, det vill säga den irreversibla överföringen av ljudvågsenergi till andra typer av energi, i synnerhet till värme. En viktig faktorär också strålningsriktningen och ljudets utbredningshastighet, vilket beror på mediet och dess specifika tillstånd.

Akustiska vågor utbreder sig från en ljudkälla i alla riktningar. Om en ljudvåg passerar genom ett relativt litet hål, så fortplantar den sig i alla riktningar och går inte i en riktad stråle. Till exempel hörs gatuljud som tränger in genom ett öppet fönster in i ett rum i alla dess punkter och inte bara mot fönstret.

Naturen för ljudvågornas utbredning vid ett hinder beror på förhållandet mellan hindrets dimensioner och våglängden. Om hindrets dimensioner är små jämfört med våglängden, flyter vågen runt detta hinder och fortplantar sig i alla riktningar.

Ljudvågor, som penetrerar från ett medium till ett annat, avviker från sin ursprungliga riktning, det vill säga de bryts. Brytningsvinkeln kan vara större eller mindre än infallsvinkeln. Det beror på vilket medium ljudet kommer ifrån. Om ljudhastigheten i det andra mediet är större, kommer brytningsvinkeln att vara större än infallsvinkeln och vice versa.

När du stöter på ett hinder på vägen reflekteras ljudvågor från det enligt en strikt definierad regel - reflektionsvinkeln lika med vinkeln fallande - begreppet eko hänger samman med detta. Om ljudet reflekteras från flera ytor som finns på olika avstånd, uppstår flera ekon.

Ljud färdas i form av en divergerande sfärisk våg som fyller allt större volym. När avståndet ökar försvagas oscillationerna av mediets partiklar och ljudet försvinner. Det är känt att för att öka överföringsavståndet måste ljud koncentreras i en given riktning. När vi till exempel vill bli hörda lägger vi händerna för munnen eller använder ett munstycke.

Diffraktion, det vill säga böjning av ljudstrålar, har ett stort inflytande på ljudutbredningsområdet. Ju mer heterogent mediet är, desto mer böjs ljudstrålen och följaktligen desto kortare ljudutbredningssträcka.

ljudutbredning

Ljudvågor kan färdas genom luft, gaser, vätskor och fasta ämnen. Vågor bildas inte i luftlöst utrymme. Detta kan lätt ses från ett enkelt experiment. Om en elektrisk klocka placeras under ett lufttätt lock från vilket luften evakueras hör vi inget ljud. Men så fort locket är fyllt med luft uppstår ljud.

Utbredningshastigheten för oscillerande rörelser från partikel till partikel beror på mediet. I forna tider lade krigare öronen mot marken och upptäckte därmed fiendens kavalleri mycket tidigare än det syntes i sikte. Och berömd vetenskapsmannen Leonardo da Vinci skrev på 1400-talet: "Om du, när du är till sjöss, sänker ner hålet på röret i vattnet och sätter den andra änden mot örat, kommer du att höra bruset från fartyg mycket långt från dig."

Ljudhastigheten i luften mättes först på 1600-talet av Milanos vetenskapsakademi. En kanon installerades på en av kullarna och en observationspost var placerad på den andra. Tiden registrerades både vid tagningsögonblicket (med blixt) och vid ögonblicket för ljudmottagning. Från avståndet mellan observationsplatsen och pistolen och tidpunkten för signalens ursprung var ljudets utbredningshastighet inte längre svår att beräkna. Det visade sig vara lika med 330 meter per sekund.

I vatten mättes ljudets utbredningshastighet först 1827 vid Genèvesjön. Två båtar var från varandra på ett avstånd av 13847 meter. På den första hängdes en klocka under botten och på den andra sänktes en enkel hydrofon (horn) ner i vattnet. På den första båten, samtidigt som klockan slogs, sattes krut i brand, på den andra observatören startade han i ögonblicket av blixten stoppuret och började vänta på att ljudsignalen från klockan skulle komma fram. . Det visade sig att ljud färdas i vatten på 4 s. ännu en gång snabbare än i luften, dvs. med en hastighet av 1450 meter per sekund.

Ljudspridningshastighet

Ju högre elasticitet mediet är, desto högre hastighet: i gummi50, i luft330, i vatten1450 och i stål - 5000 meter per sekund. Om vi, som var i Moskva, kunde skrika så högt att ljudet skulle nå Petersburg, så skulle vi höras där först om en halvtimme, och om ljudet fortplantade sig över samma sträcka i stål, skulle det tas emot på två minuter .

Ljudutbredningshastigheten påverkas av samma mediums tillstånd. När vi säger att ljud färdas i vatten med en hastighet av 1450 meter per sekund, betyder det inte alls det i något vatten och under några förhållanden. Med en ökning av temperaturen och salthalten i vattnet, såväl som med en ökning av djupet, och följaktligen, hydrostatiskt tryck ljudets hastighet ökar. Eller ta stål. Även här beror ljudhastigheten både på temperaturen och på stålets kvalitativa sammansättning: ju mer kol det innehåller, desto hårdare är det, desto snabbare rör sig ljudet i det.

Stöter på ett hinder på vägen, ljudvågor reflekteras från det i en strikt viss regel: Reflexionsvinkeln är lika med infallsvinkeln. Ljudvågor som kommer från luften reflekteras nästan helt uppåt från vattenytan, och ljudvågor som kommer från en källa i vattnet reflekteras nedåt från den.

Ljudvågor, som penetrerar från ett medium till ett annat, avviker från sin ursprungliga position, d.v.s. bryts. Brytningsvinkeln kan vara större eller mindre än infallsvinkeln. Det beror på vilket medium ljudet tränger in från. Om ljudhastigheten i det andra mediet är större än i det första, kommer brytningsvinkeln att vara större än infallsvinkeln och vice versa.

I luft utbreder sig ljudvågor i form av en divergerande sfärisk våg, som fyller en allt större volym, eftersom partikelvibrationerna som orsakas av ljudkällor överförs till luftmassan. Men när avståndet ökar försvagas partiklarnas svängningar. Det är känt att för att öka överföringsavståndet måste ljudet koncentreras i en given riktning. När vi vill höras bättre lägger vi handflatorna mot munnen eller använder ett horn. I det här fallet kommer ljudet att dämpas mindre, och ljudvågorna kommer att fortplanta sig ytterligare.

När väggtjockleken ökar, ökar ekolodet vid låga mellanfrekvenser, men den "lömska" resonansen av tillfälligheter, som orsakar kvävning av ekolodet, börjar manifestera sig, mer låga frekvenser och täcker ett större område.

Hydroakustik (från grekiska. hydro- vatten, akustikocker- auditiv) - vetenskapen om fenomen som uppstår i vattenmiljön och som är förknippade med utbredning, emission och mottagning av akustiska vågor. Det inkluderar utveckling och skapande av hydroakustiska anordningar avsedda för användning i vattenmiljön.

Utvecklingens historia

Hydroakustikär en vetenskap som utvecklas snabbt för närvarande, och som utan tvekan har en stor framtid. Dess utseende föregicks lång tid utveckling av teoretisk och tillämpad akustik. Vi hittar den första informationen om manifestationen av mänskligt intresse för spridningen av ljud i vatten i anteckningarna från den berömda renässansforskaren Leonardo da Vinci:

De första mätningarna av avstånd med hjälp av ljud gjordes av den ryske forskaren akademiker Ya. D. Zakharov. 30 juni 1804 flög han till luftballong för vetenskapliga ändamål, och i denna flygning använde han reflektionen av ljud från jordens yta för att bestämma flyghöjden. Medan han var i bollens korg, ropade han högt in i det nedåtgående hornet. Efter 10 sekunder kom ett tydligt hörbart eko. Av detta drog Zakharov slutsatsen att bollens höjd över marken var ungefär 5 x 334 = 1670 m. Denna metod utgjorde grunden för radio och ekolod.

Tillsammans med utvecklingen av teoretiska frågor i Ryssland genomfördes praktiska studier av fenomenen ljudutbredning i havet. Amiral S. O. Makarov 1881 - 1882 föreslagit att använda en enhet som kallas en fluktometer för att överföra information om hastigheten på strömmen under vattnet. Detta markerade början på utvecklingen ny industri vetenskap och teknik - hydroakustisk telemetri.

Schema för den hydrofoniska stationen i Östersjöverket, modell 1907: 1 - vattenpump; 2 - rörledning; 3 - tryckregulator; 4 - elektromagnetisk hydraulisk slutare (telegrafventil); 5 - telegrafnyckel; 6 - hydraulisk membransändare; 7 - ombord på fartyget; 8 - tank med vatten; 9 - förseglad mikrofon

På 1890-talet På Baltic Shipyard, på initiativ av kapten 2nd Rank M.N. Beklemishev, började arbetet med utvecklingen av hydroakustiska kommunikationsenheter. De första testerna av en hydroakustisk sändare för ljudkommunikation under vattnet genomfördes i sent XIX i. i experimentpoolen i Galernaya-hamnen i St. Petersburg. Vibrationerna som den avgav hördes väl under 7 miles på Nevskys flytande fyr. Som ett resultat av forskning 1905. skapade den första hydroakustiska kommunikationsanordningen, där en speciell undervattenssiren styrd av en telegrafnyckel spelade rollen som en sändare, och en kolmikrofon, fixerad från insidan på fartygets skrov, fungerade som en signalmottagare. Signalerna spelades in av Morseapparaten och med gehör. Senare ersattes sirenen av en sändare av membrantyp. Effektiviteten hos enheten, som kallas en hydrofonisk station, har ökat avsevärt. sjöprövningar ny stationägde rum i mars 1908. på Svarta havet, där räckvidden för tillförlitlig signalmottagning översteg 10 km.

De första seriella stationerna för sund undervattenskommunikation designade av Baltiska varvet 1909-1910. installerad på ubåtar "Karp", "Sandkrypare", "Sterlet", « Makrill"och" Abborre» . Vid installation av stationer på ubåtar, för att minska störningar, var mottagaren placerad i en speciell kåpa bogserad akterut på en kabel-kabel. Britterna kom till ett liknande beslut först under första världskriget. Sedan glömdes denna idé, och först i slutet av 1950-talet användes den igen i olika länder när man skapar bullerbeständiga ekolodsfartygsstationer.

Drivkraften för utvecklingen av hydroakustik var första världskriget. Under kriget led ententeländerna stora förluster i handels- och flottan på grund av tyska ubåtars agerande. Det fanns ett behov av att hitta medel för att bekämpa dem. De hittades snart. En ubåt i en nedsänkt position kan höras från det ljud som genereras propellrar och arbetsmekanismer. En enhet som upptäcker bullriga föremål och bestämmer deras plats kallades en bullerriktningssökare. Den franske fysikern P. Langevin föreslog 1915 att man skulle använda en känslig mottagare gjord av Rochelle-salt för den första stationen för att hitta bullerriktningen.

Grunderna för hydroakustik

Funktioner för utbredningen av akustiska vågor i vatten

Komponenter av en ekoförekomsthändelse.

Start av omfattande och grundforskning om utbredningen av akustiska vågor i vatten sattes under andra världskriget, vilket dikterades av behovet av att lösa praktiska uppgifter flottor och särskilt ubåtar. Experimentellt och teoretiskt arbete fortsatte under efterkrigsåren och sammanfattades i ett antal monografier. Som ett resultat av dessa arbeten identifierades och förfinades vissa egenskaper hos utbredningen av akustiska vågor i vatten: absorption, dämpning, reflektion och brytning.

Absorption av akustisk vågenergi i havsvatten orsakas av två processer: mediets inre friktion och dissociationen av salter som är lösta i det. Den första processen omvandlar energin från en akustisk våg till termisk energi, och den andra processen, som omvandlas till kemisk energi, tar molekyler ur jämvikt och de sönderfaller till joner. Denna typ av absorption ökar kraftigt med en ökning av frekvensen av den akustiska vibrationen. Närvaron av suspenderade partiklar, mikroorganismer och temperaturavvikelser i vattnet leder också till att den akustiska vågen i vattnet dämpas. Som regel är dessa förluster små, och de ingår i den totala absorptionen, men ibland, som till exempel vid spridning från ett fartygs spår, kan dessa förluster vara upp till 90%. Närvaron av temperaturavvikelser leder till det faktum att den akustiska vågen kommer in i den akustiska skuggans zoner, där den kan genomgå flera reflektioner.

Närvaron av vatten-luft och vatten-botten-gränssnitt leder till reflektion av en akustisk våg från dem, och om i det första fallet den akustiska vågen reflekteras helt, så beror i det andra fallet reflektionskoefficienten på bottenmaterialet: det reflekterar dåligt den leriga botten, väl sandig och stenig. På grunda djup, på grund av den upprepade reflektionen av en akustisk våg mellan botten och ytan, uppstår en undervattensljudkanal, i vilken den akustiska vågen kan fortplanta sig över långa avstånd. Att ändra värdet på ljudets hastighet på olika djup leder till krökningen av ljudet "strålarna" - brytning.

Brytning av ljud (krökning av ljudstrålens väg)

Ljudbrytning i vatten: a - på sommaren; b - på vintern; till vänster - ändra hastighet med djupet. Ljudutbredningshastigheten varierar med djupet, och förändringarna beror på tid på året och dygnet, reservoarens djup och en rad andra orsaker. Ljudstrålar som kommer ut från en källa i en viss vinkel mot horisonten böjs, och böjens riktning beror på fördelningen av ljudhastigheter i mediet: på sommaren, när de övre lagren är varmare än de nedre, böjs strålarna nedåt och reflekteras mestadels från botten, samtidigt som de förlorar en betydande del av sin energi; på vintern, när de nedre skikten av vatten håller sin temperatur, medan de övre skikten svalnar, böjs strålarna uppåt och reflekteras upprepade gånger från vattenytan, med mycket mindre energi som går förlorad. Därför är ljudutbredningsavståndet på vintern större än på sommaren. Den vertikala ljudhastighetsfördelningen (VSDS) och hastighetsgradienten har en avgörande inverkan på ljudets utbredning i marina miljön. Fördelningen av ljudets hastighet i olika regioner i världshavet är olika och varierar med tiden. Det finns flera typiska fall VRSZ:

Spridning och absorption av ljud genom inhomogeniteter i mediet.

Utbredning av ljud i undervattensljud. kanal: a - förändring av ljudets hastighet med djup; b - strålbanan i ljudkanalen. Utbredningen av högfrekventa ljud, när våglängderna är mycket små, påverkas av små inhomogeniteter, som vanligtvis finns i naturliga reservoarer: gasbubblor, mikroorganismer etc. Dessa inhomogeniteter verkar på två sätt: de absorberar och sprider ljudvågornas energi. . Som ett resultat, med en ökning av frekvensen av ljudvibrationer, reduceras räckvidden för deras utbredning. Denna effekt är särskilt uttalad i Ytskikt vatten, där de mest inhomogeniteter. Spridning av ljud av heterogeniteter, såväl som oregelbundenheter i vattenytan och botten, orsakar fenomenet undervattensefterklang som åtföljer sändningen av en ljudpuls: ljudvågor, som reflekteras från en kombination av heterogeniteter och sammansmältning, ger en åtstramning av ljudpulsen, som fortsätter efter dess slut. Gränserna för utbredningsområdet för undervattensljud begränsas också av havets egna ljud, som har ett dubbelt ursprung: en del av ljuden uppstår från vågornas påverkan på vattenytan, från havets surf, från ljudet från rullande småsten, etc.; den andra delen är associerad med marin fauna (ljud som produceras av hydrobionter: fiskar och andra marina djur). Biohydroakustik hanterar denna mycket allvarliga aspekt.

Avstånd för utbredning av ljudvågor

Utbredningsområdet för ljudvågor är en komplex funktion av strålningsfrekvensen, som är unikt relaterad till den akustiska signalens våglängd. Som bekant dämpas högfrekventa akustiska signaler snabbt på grund av stark absorption av vattenmiljön. Lågfrekventa signaler, tvärtom, kan spridas i vattenmiljön över långa avstånd. Så en akustisk signal med en frekvens på 50 Hz kan fortplanta sig i havet över avstånd på tusentals kilometer, medan en signal med en frekvens på 100 kHz, typisk för sidavsöknings ekolod, har ett utbredningsområde på endast 1-2 km. Ungefärliga intervall av moderna ekolod med olika frekvenser för den akustiska signalen (våglängd) anges i tabellen:

Användningsområden.

Hydroakustik fick brett praktisk användning eftersom det inte har skapats ännu. effektivt systemöverföring elektromagnetiska vågor under vatten på något avsevärt avstånd, och ljud är därför det enda möjliga medel anslutningar under vattnet. För dessa ändamål används ljudfrekvenser från 300 till 10 000 Hz och ultraljud från 10 000 Hz och däröver. Elektrodynamiska och piezoelektriska sändare och hydrofoner används som sändare och mottagare i ljudområdet, och piezoelektriska och magnetostriktiva används i ultraljudsområdet.

De viktigaste tillämpningarna för hydroakustik är:

• Att lösa militära problem;
• Sjöfart;
• Ljud undervattenskommunikation;
• Fiskletande spaning;
• Oceanologisk forskning;
• Verksamhetsområden för utveckling av rikedomen på havens botten;
• Användning av akustik i poolen (hemma eller i ett träningscenter för synkronsim)
• Träning av marina djur.

Anteckningar

Litteratur och informationskällor

LITTERATUR:

• V.V. Shuleikin Havets fysik. - Moskva: "Nauka", 1968. - 1090 s.
• I.A. rumänska Grunderna för hydroakustik. - Moskva: "Skepsbyggnad", 1979. - 105 s.
• Yu.A. Koryakin Hydroakustiska system. - St. Petersburg: "S:t Petersburgs vetenskap och Rysslands sjömakt", 2002. - 416 s.

>>Fysik: Ljud i olika miljöer

Ljudförökning kräver ett elastiskt medium. Ljudvågor kan inte fortplanta sig i ett vakuum eftersom det inte finns något att vibrera där. Detta kan verifieras genom ett enkelt experiment. Om vi ​​placerar en elektrisk klocka under en glasklocka, när luften pumpas ut under klockan, kommer vi att upptäcka att ljudet från klockan blir svagare och svagare tills det helt slutar.

ljud i gaser. Det är känt att vi under ett åskväder först ser en blixt och först efter en stund hör åska (bild 52). Denna fördröjning uppstår på grund av att ljudets hastighet i luft är mycket mindre än ljusets hastighet från blixten.

Ljudhastigheten i luften mättes första gången 1636 av den franske vetenskapsmannen M. Mersenne. Vid en temperatur på 20 °C är det lika med 343 m/s, d.v.s. 1235 km/h. Observera att det är till detta värde som hastigheten för en kula som avfyras från en Kalashnikov-kulspruta (PK) minskar på ett avstånd av 800 m. Kulans mynningshastighet är 825 m/s, vilket är mycket högre än ljudets hastighet i luft. Därför behöver en person som hör ljudet av ett skott eller visselpipan från en kula inte oroa sig: denna kula har redan passerat honom. Kulan överskrider ljudet från skottet och når sitt offer innan ljudet kommer.

Ljudhastigheten beror på mediets temperatur: med en ökning av lufttemperaturen ökar den och med en minskning minskar den. Vid 0 °C är ljudhastigheten i luft 331 m/s.

Ljud färdas i olika gaser med olika hastighet. Ju större massa gasmolekyler är, desto lägre är ljudhastigheten i den. Så vid en temperatur på 0 ° C är ljudhastigheten i väte 1284 m/s, i helium - 965 m/s och i syre - 316 m/s.

Ljud i vätskor. Ljudhastigheten i vätskor är i allmänhet högre än ljudets hastighet i gaser. Ljudhastigheten i vatten mättes första gången 1826 av J. Colladon och J. Sturm. De utförde sina experiment på Genèvesjön i Schweiz (bild 53). På en båt satte de eld på krut och slog samtidigt en klocka nedsänkt i vattnet. Ljudet av denna klocka, med hjälp av ett speciellt horn, också sänkt i vattnet, fångades på en annan båt, som låg på ett avstånd av 14 km från den första. Ljudhastigheten i vatten bestämdes från tidsintervallet mellan ljusblixten och ljudsignalens ankomst. Vid en temperatur på 8 °C visade det sig vara cirka 1440 m/s.

Vid gränsen mellan två olika medier reflekteras en del av ljudvågen, och en del färdas vidare. När ljud passerar från luft till vatten reflekteras 99,9 % av ljudenergin tillbaka, men trycket i ljudvågen som gått ut i vattnet är nästan 2 gånger större. Fiskens hörselapparat reagerar just på detta. Därför är till exempel skrik och ljud ovanför vattenytan den rätta vägen skrämma iväg marint liv. Dessa skrik kommer inte att döva en person som är under vatten: när den är nedsänkt i vatten kommer luftpluggar att stanna kvar i hans öron, vilket kommer att rädda honom från ljudöverbelastning.

När ljud passerar från vatten till luft reflekteras 99,9 % av energin igen. Men om ljudtrycket ökade under övergången från luft till vatten, nu tvärtom, minskar det kraftigt. Det är till exempel av denna anledning som ljudet som uppstår under vatten när en sten slår mot en annan inte når en person i luften.

Detta ljudbeteende på gränsen mellan vatten och luft gav våra förfäder anledning att överväga undervattensvärlden"tystnadens värld". Därav uttrycket: "Han är stum som en fisk." Men till och med Leonardo da Vinci föreslog att du skulle lyssna på undervattensljud genom att lägga örat mot en åra som sänktes ner i vattnet. Med denna metod kan du se att fisken faktiskt är ganska pratglad.

Ljud i fasta ämnen. Ljudhastigheten i fasta ämnen är högre än i vätskor och gaser. Om du lägger örat mot skenan kommer du att höra två ljud efter att ha träffat den andra änden av skenan. En av dem kommer att nå ditt öra längs skenan, den andra - genom luften.

Jorden har bra ljudledningsförmåga. Därför placerades förr i tiden under en belägring "hörare" i fästningens murar, som genom ljudet som jorden överförde kunde avgöra om fienden grävde till murarna eller inte. Genom att lägga örat mot marken såg de också hur fiendens kavalleri närmade sig.

Fasta kroppar leder ljud bra. På grund av detta kan människor som har tappat hörseln ibland dansa till musik som når deras hörselnerver inte genom luften och yttre örat, utan genom golvet och benen.

1. Varför, under ett åskväder, ser vi först blixtar och först sedan hör åska? 2. Vad bestämmer ljudets hastighet i gaser? 3. Varför hör en person som står på stranden av en flod inte ljuden som uppstår under vatten? 4. Varför var de "hörare" som i forna tider följde fiendens jordarbeten ofta blinda?

Experimentell uppgift . Sätt på ena änden av brädan (eller en lång trälinjal) armbandsur, fäst örat i dess andra ände. Vad hör du? Förklara fenomenet.

S.V. Gromov, N.A. Fosterlandet, fysik årskurs 8

Inskickad av läsare från webbplatser

Fysik planering, fysik lektionsplaner, skolprogram, läroböcker och böcker om fysik årskurs 8, kurser och inlämningsuppgifter i fysik för årskurs 8

Lektionens innehåll lektionssammanfattning stödram lektionspresentation accelerativa metoder interaktiva tekniker Öva uppgifter och övningar självgranskning workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från elever Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder grafik, tabeller, scheman humor, anekdoter, skämt, serieliknelser, talesätt, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar chips för nyfikna cheat sheets läroböcker grundläggande och ytterligare ordlista med termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i lärobokens element av innovation i lektionen och ersätta föråldrad kunskap med nya Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan i ett år riktlinjer diskussionsprogram Integrerade lektioner

Ljud är en av komponenterna i vårt liv, och en person hör det överallt. För att överväga detta fenomen mer i detalj måste vi först förstå själva konceptet. För att göra detta måste du vända dig till uppslagsverket, där det står skrivet att "ljud är elastiska vågor, förökar sig i någon elastiskt medium och skapa mekaniska vibrationer i den. Talar mer enkelt språkär de hörbara vibrationerna i ett medium. Ljudets huvudsakliga egenskaper beror på vad det är. Först och främst är fortplantningshastigheten, till exempel i vatten, annorlunda än ett annat medium.

Alla ljudanaloger har vissa egenskaper ( fysiska egenskaper) och kvaliteter (reflektionen av dessa tecken i mänskliga förnimmelser). Till exempel varaktighet-varaktighet, frekvens-tonhöjd, komposition-klang och så vidare.

Ljudhastigheten i vatten är mycket högre än till exempel i luft. Därför sprids den snabbare och är mycket längre hörbar. Detta beror på den höga molekylära tätheten vattenmiljö. Det är 800 gånger tätare än luft och stål. Av detta följer att ljudets utbredning till stor del beror på mediet. Låt oss titta på specifika siffror. Så, ljudhastigheten i vatten är 1430 m/s, i luft - 331,5 m/s.

Lågfrekvent ljud, som ljudet som en fartygsmotor gör, hörs alltid lite innan fartyget kommer in i synfältet. Dess hastighet beror på flera saker. Om vattnets temperatur stiger, så stiger naturligtvis ljudhastigheten i vattnet. Detsamma händer med en ökning av vattnets salthalt och tryck, som ökar med ökande djup i vattenrummet. Ett sådant fenomen som termiska kilar kan ha en speciell roll för hastighet. Det är ställena där man träffas olika temperaturer lager av vatten.

Även på sådana ställen är det annorlunda (på grund av skillnaden i temperaturregim). Och när ljudvågor passerar genom sådana lager med olika densitet, förlorar de mest dess styrka. Inför en termoklin reflekteras ljudvågen delvis, och ibland helt, (reflexionsgraden beror på vinkeln i vilken ljudet faller), varefter en skuggzon bildas på andra sidan denna plats. Med tanke på exemplet när ljudkälla ligger i vattenutrymmet ovanför termoklinen, så ännu lägre blir det inte bara svårt, utan nästan omöjligt att höra något alls.

Som publiceras ovanför ytan, hörs aldrig i själva vattnet. Och vice versa händer under vattenskiktet: det låter inte ovanför det. ljus volym ett exempel är moderna dykare. Deras hörsel är kraftigt nedsatt på grund av det faktum att vatten påverkar och den höga ljudhastigheten i vattnet minskar kvaliteten på att bestämma riktningen från vilken det rör sig. Detta dämpar den stereofoniska förmågan att uppfatta ljud.

Under ett lager vatten kommer de in i det mänskliga örat mest av allt genom benen i huvudets kranium, och inte, som i atmosfären, genom trumhinnorna. Resultatet av denna process är dess uppfattning samtidigt av båda öronen. Den mänskliga hjärnan kan för närvarande inte särskilja var signalerna kommer ifrån och i vilken intensitet. Resultatet är uppkomsten av medvetande om att ljudet så att säga rullar från alla sidor samtidigt, även om så är långt ifrån fallet.

Utöver ovanstående har ljudvågor i vattenrummet sådana egenskaper som absorption, divergens och spridning. Den första är när ljudstyrkan i saltvatten gradvis försvinner på grund av friktionen i vattenmiljön och salterna i den. Divergens manifesteras i avlägsnandet av ljud från dess källa. Det verkar lösas upp i rymden som ljus, och som ett resultat sjunker dess intensitet avsevärt. Och fluktuationer försvinner helt på grund av spridning på alla typer av hinder, inhomogeniteter i mediet.

Över långa avstånd fortplantas ljudenergin endast längs milda strålar, som inte vidrör havsbotten hela vägen. I det här fallet är den begränsning som miljön lägger på ljudutbredningsområdet dess absorption i havsvatten. Huvudmekanismen för absorption är förknippad med avslappningsprocesser som åtföljer kränkningen av den termodynamiska jämvikten mellan joner och molekyler av salter lösta i vatten av en akustisk våg. Det ska noteras att huvudrollen i absorption i ett brett spektrum av ljudfrekvenser tillhör magnesiumsulfidsaltet MgSO4, även om procentsats dess innehåll i havsvatten är ganska lågt - nästan 10 gånger mindre än till exempel stensalt NaCl, som ändå inte spelar någon märkbar roll för ljudabsorptionen.

Absorptionen i havsvatten är generellt sett större ju högre frekvens ljudet har. Vid frekvenser från 3-5 till minst 100 kHz, där ovanstående mekanism dominerar, är absorptionen proportionell mot frekvensen till effekten av cirka 3/2. Vid lägre frekvenser aktiveras en ny absorptionsmekanism (möjligen på grund av närvaron av borsalter i vatten), vilket blir särskilt märkbart i intervallet hundratals hertz; här är absorptionsnivån onormalt hög och minskar mycket långsammare med avtagande frekvens.

För att tydligare föreställa sig de kvantitativa egenskaperna för absorption i havsvatten, noterar vi att på grund av denna effekt dämpas ljud med en frekvens på 100 Hz med en faktor 10 på en väg på 10 tusen km och med en frekvens på 10 kHz - på ett avstånd av endast 10 km (fig. 2). Således kan endast lågfrekventa ljudvågor användas för långväga undervattenskommunikationer, för långdistansdetektering av undervattenshinder och liknande.

Figur 2 - Avstånd där ljud av olika frekvenser dämpas 10 gånger när de utbreder sig i havsvatten.

I området för hörbara ljud för frekvensområdet 20-2000 Hz når utbredningsområdet under vatten av medelintensiva ljud 15-20 km, och i området för ultraljud - 3-5 km.

Baserat på värdena för ljuddämpning som observerats i laboratorieförhållanden i små volymer vatten, skulle man förvänta sig mycket större intervall. Men under naturliga förhållanden, förutom dämpning på grund av vattnets egenskaper (den så kallade viskösa dämpningen), påverkar dess spridning och absorption av olika inhomogeniteter i mediet också.

Ljudbrytningen, eller krökningen av ljudstrålens väg, orsakas av heterogeniteten i vattnets egenskaper, främst längs vertikalen, på grund av tre huvudorsaker: förändringar i hydrostatiskt tryck med djupet, förändringar i salthalt och temperaturförändringar på grund av ojämn uppvärmning av vattenmassan av solens strålar. Som ett resultat av den kombinerade verkan av dessa orsaker förändras ljudets utbredningshastighet, som är cirka 1450 m/s för sötvatten och cirka 1500 m/s för havsvatten, med djupet och förändringens lag beror på årstid. , tid på dygnet, reservoarens djup och ett antal andra orsaker. Ljudstrålar som kommer ut från en källa i en viss vinkel mot horisonten böjs, och böjens riktning beror på fördelningen av ljudhastigheter i mediet. På sommaren, när de övre lagren är varmare än de nedre, böjs strålarna ner och reflekteras mestadels från botten och förlorar en betydande del av sin energi. Tvärtom, på vintern, när de nedre skikten av vattnet håller sin temperatur, medan de övre skikten svalnar, böjs strålarna uppåt och genomgår flera reflektioner från vattenytan, under vilka mycket mindre energi går förlorad. Därför är ljudutbredningsavståndet på vintern större än på sommaren. På grund av brytning, sk. döda zoner, dvs områden belägna nära källan där det inte finns någon hörbarhet.

Närvaron av brytning kan dock leda till en ökning av ljudutbredningsområdet - fenomenet ultralång utbredning av ljud under vatten. På något djup under vattenytan finns ett lager i vilket ljud utbreder sig med lägsta hastighet; över detta djup ökar ljudhastigheten på grund av en ökning av temperaturen, och under detta, på grund av en ökning av det hydrostatiska trycket med djupet. Detta lager är en slags undervattensljudkanal. En stråle som avviker från kanalens axel uppåt eller nedåt, på grund av brytning, tenderar alltid att komma tillbaka in i den. Om en ljudkälla och mottagare placeras i detta lager, kan till och med ljud av medelhög intensitet (till exempel explosioner av små laddningar på 1-2 kg) spelas in på avstånd av hundratals och tusentals kilometer. En betydande ökning av ljudutbredningsområdet i närvaro av en undervattensljudkanal kan observeras när ljudkällan och mottagaren inte nödvändigtvis är belägna nära kanalaxeln, utan till exempel nära ytan. I det här fallet kommer strålarna, som bryts nedåt, in i de djupa lagren, där de avviker uppåt och kommer ut igen till ytan på ett avstånd av flera tiotals kilometer från källan. Vidare upprepas mönstret för utbredning av strålar, och som ett resultat, en sekvens av sk. sekundärt belysta zoner, som vanligtvis spåras till avstånd på flera hundra km.

Utbredningen av högfrekventa ljud, i synnerhet ultraljud, när våglängderna är mycket små, påverkas av små inhomogeniteter som vanligtvis finns i naturliga reservoarer: mikroorganismer, gasbubblor, etc. Dessa inhomogeniteter verkar på två sätt: de absorberar och sprider ljudvågornas energi. Som ett resultat, med en ökning av frekvensen av ljudvibrationer, reduceras räckvidden för deras utbredning. Denna effekt är särskilt märkbar i ytskiktet av vatten, där det finns de flesta inhomogeniteter. Spridning av ljud genom inhomogeniteter, såväl som av oregelbundenheter i vattenytan och botten, orsakar fenomenet undervattensefterklang som åtföljer sändningen av en ljudimpuls: ljudvågor, som reflekteras från en kombination av inhomogeniteter och sammansmältning, ger en fördröjning av ljudimpulsen, som fortsätter efter dess slut, liknande efterklang som observeras i slutna utrymmen. Undervattensefterklang är en ganska betydande störning för ett antal praktiska tillämpningar av hydroakustik, särskilt för ekolod.

Gränserna för utbredningsområdet för undervattensljud begränsas också av den sk. egna ljud från havet, som har ett dubbelt ursprung. En del av bullret uppstår från vågornas påverkan på vattenytan, från bränningen, från bruset från rullande småsten, etc. Den andra delen är relaterad till den marina faunan; detta inkluderar ljud som produceras av fiskar och andra marina djur.