การแพร่กระจายเสียงและการได้ยินในน้ำ ความเร็วของเสียงในน้ำ การแพร่กระจายของเสียงในน้ำ

เรารู้ว่าเสียงเดินทางผ่านอากาศ นั่นคือเหตุผลที่เราได้ยิน ไม่มีเสียงใดอยู่ในสุญญากาศ แต่หากเสียงถูกส่งผ่านอากาศเนื่องจากปฏิกิริยาของอนุภาค เสียงนั้นจะไม่ถูกส่งผ่านสารอื่นใช่หรือไม่? จะ.

การแพร่กระจายและความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ

เสียงไม่ได้ถูกส่งผ่านทางอากาศเท่านั้น ทุกคนคงรู้ดีว่าถ้าคุณแนบหูแนบผนัง คุณจะได้ยินการสนทนาในห้องถัดไป ใน ในกรณีนี้เสียงถูกส่งผ่านผนัง เสียงเดินทางในน้ำและสื่ออื่นๆ นอกจากนี้ การแพร่กระจายของเสียงยังเกิดขึ้นแตกต่างกันไปในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสาร

เป็นที่น่าแปลกใจว่าความเร็วของเสียงในน้ำนั้นสูงกว่าอากาศเกือบสี่เท่า นั่นคือปลาได้ยิน "เร็วกว่า" กว่าที่เราทำ ในโลหะและแก้ว เสียงเดินทางได้เร็วยิ่งขึ้น เนื่องจากเสียงเป็นการสั่นสะเทือนของตัวกลาง และคลื่นเสียงเดินทางเร็วกว่าในตัวกลางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่ดีกว่า

ความหนาแน่นและการนำไฟฟ้าของน้ำมากกว่าอากาศ แต่น้อยกว่าโลหะ ดังนั้นเสียงจึงถูกส่งออกไปแตกต่างกัน เมื่อเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนไป

ความยาว คลื่นเสียงยังเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการย้ายจากสภาพแวดล้อมหนึ่งไปอีกสภาพแวดล้อมหนึ่ง มีเพียงความถี่เท่านั้นที่ยังคงเหมือนเดิม แต่นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงแยกแยะได้ว่าใครกำลังพูดอยู่แม้จะผ่านกำแพงก็ตาม

เนื่องจากเสียงคือการสั่นสะเทือน กฎและสูตรทั้งหมดสำหรับการสั่นสะเทือนและคลื่นจึงสามารถนำไปใช้กับการสั่นสะเทือนของเสียงได้เป็นอย่างดี เมื่อคำนวณความเร็วของเสียงในอากาศควรคำนึงด้วยว่าความเร็วนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของการแพร่กระจายของเสียงจะเพิ่มขึ้น ที่ สภาวะปกติความเร็วเสียงในอากาศคือ 340,344 m/s

คลื่นเสียง

คลื่นเสียง ดังที่ทราบกันดีในวิชาฟิสิกส์ แพร่กระจายในสื่อยืดหยุ่น นี่คือสาเหตุที่เสียงถูกส่งผ่านโลกได้ดี เมื่อวางหูลงกับพื้น คุณจะได้ยินเสียงฝีเท้า เสียงกีบที่ส่งเสียงกระทบกัน และอื่นๆ จากระยะไกล

เมื่อเป็นเด็ก ทุกคนคงสนุกกับการแนบหูแนบไปกับรางรถไฟ เสียงล้อรถไฟถ่ายทอดไปตามรางเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร เพื่อสร้าง ผลย้อนกลับการดูดซับเสียงใช้วัสดุที่อ่อนนุ่มและมีรูพรุน

ตัวอย่างเช่น เพื่อปกป้องห้องจากเสียงภายนอก หรือในทางกลับกัน เพื่อป้องกันไม่ให้เสียงเล็ดลอดออกจากห้องออกไปด้านนอก ห้องจึงได้รับการบำบัดและกันเสียง ผนัง พื้น และเพดานปูด้วยวัสดุพิเศษที่ทำจากโฟมโพลีเมอร์ ในเบาะดังกล่าวเสียงทั้งหมดก็หายไปอย่างรวดเร็ว

ไฮโดรอะคูสติก (จากภาษากรีก ไฮดอร์- น้ำ, อะคูสติก- การได้ยิน) - ศาสตร์ของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางน้ำและเกี่ยวข้องกับการขยายพันธุ์การปล่อยและการรับคลื่นเสียง รวมถึงการพัฒนาและการสร้างอุปกรณ์เสียงสะท้อนพลังน้ำสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา

ไฮโดรอะคูสติกเป็นวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีอนาคตที่ดีอย่างไม่ต้องสงสัย การปรากฏตัวของมันนำหน้าด้วยเส้นทางการพัฒนาอะคูสติกทางทฤษฎีและประยุกต์อันยาวนาน เราพบข้อมูลแรกเกี่ยวกับความสนใจของมนุษย์ในการแพร่กระจายของเสียงในน้ำในบันทึกของนักวิทยาศาสตร์ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาชื่อดัง Leonardo da Vinci:

การวัดระยะทางผ่านเสียงครั้งแรกทำโดยนักวิจัยชาวรัสเซีย Ya. Zakharov เมื่อวันที่ 30 มิถุนายน พ.ศ. 2347 พระองค์ทรงบินต่อไป บอลลูนลมร้อนเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ และในการบินครั้งนี้เขาใช้การสะท้อนของเสียงจากพื้นผิวโลกเพื่อกำหนดระดับความสูงของการบิน ขณะอยู่ในตะกร้าลูกบอลเขาตะโกนดังใส่ลำโพงชี้ลง หลังจากผ่านไป 10 วินาที เสียงสะท้อนที่ได้ยินชัดเจนก็ดังขึ้น จากนี้ Zakharov สรุปว่าความสูงของลูกบอลเหนือพื้นดินอยู่ที่ประมาณ 5 x 334 = 1,670 ม. วิธีการนี้เป็นพื้นฐานของวิทยุและโซนาร์

นอกเหนือจากการพัฒนาประเด็นทางทฤษฎีแล้ว ยังมีการศึกษาเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับปรากฏการณ์การแพร่กระจายของเสียงในทะเลในรัสเซีย พลเรือเอก S. O. Makarov ในปี 1881 - 1882 เสนอให้ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าฟลักโตมิเตอร์เพื่อส่งข้อมูลเกี่ยวกับความเร็วของกระแสน้ำใต้น้ำ นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสาขาใหม่ - การวัดทางไกลด้วยพลังน้ำ

แผนผังของสถานีไฮโดรโฟนิกของโรงงานบอลติกรุ่น 1907: 1 - ปั๊มน้ำ; 2 - ไปป์ไลน์; 3 - เครื่องปรับความดัน; 4 - วาล์วไฮดรอลิกไฟฟ้า (วาล์วโทรเลข); 5 - ปุ่มโทรเลข; 6 - ตัวปล่อยเมมเบรนไฮดรอลิก; 7 - ด้านข้างของเรือ; 8 - ถังเก็บน้ำ; 9 - ไมโครโฟนปิดผนึก

ในช่วงทศวรรษที่ 1890 ที่อู่ต่อเรือบอลติกตามความคิดริเริ่มของกัปตันอันดับ 2 M.N. Beklemishev งานเริ่มต้นในการพัฒนาอุปกรณ์สื่อสารพลังน้ำ การทดสอบตัวปล่อยเสียงใต้น้ำสำหรับการสื่อสารใต้น้ำครั้งแรกดำเนินการเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ในสระทดลองที่ท่าเรือ Galernaya ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก การสั่นสะเทือนที่ปล่อยออกมาสามารถได้ยินได้อย่างชัดเจนห่างออกไป 7 ไมล์บนประภาคารลอยน้ำ Nevsky โดยผลการวิจัยในปี พ.ศ. 2448 สร้างอุปกรณ์สื่อสารพลังน้ำเครื่องแรกซึ่งมีไซเรนใต้น้ำพิเศษเล่นบทบาทของอุปกรณ์ส่งสัญญาณซึ่งควบคุมด้วยปุ่มโทรเลขและตัวรับสัญญาณคือไมโครโฟนคาร์บอนที่ติดอยู่จากด้านในสู่ตัวเรือ สัญญาณถูกบันทึกโดยอุปกรณ์มอร์สและหู ต่อมาไซเรนถูกแทนที่ด้วยตัวส่งสัญญาณชนิดเมมเบรน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เรียกว่าสถานีไฮโดรโฟนิกเพิ่มขึ้นอย่างมาก การทดลองทางทะเลของสถานีใหม่เกิดขึ้นในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2451 บนทะเลดำซึ่งมีระยะการรับสัญญาณที่เชื่อถือได้เกิน 10 กม.

สถานีสื่อสารเสียงใต้น้ำแบบอนุกรมแห่งแรกที่ออกแบบโดยอู่ต่อเรือบอลติกในปี 1909-1910 ที่ติดตั้งบนเรือดำน้ำ "ปลาคาร์ป", “กู๊ดเจียน”, "สเตอเลท", « ปลาแมคเคอเรล" และ " คอน- เมื่อติดตั้งสถานีบนเรือดำน้ำ เพื่อลดการรบกวน เครื่องรับจึงอยู่ในแฟริ่งพิเศษ โดยถูกลากไปด้านหลังท้ายเรือด้วยเชือกเคเบิล อังกฤษตัดสินใจเช่นนี้เฉพาะในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเท่านั้น จากนั้นแนวคิดนี้ก็ถูกลืมไปและเมื่อถึงปลายทศวรรษ 1950 เท่านั้นที่เริ่มนำมาใช้อีกครั้ง ประเทศต่างๆเมื่อสร้างสถานีเรือโซนาร์ที่ทนเสียงรบกวน

แรงผลักดันในการพัฒนาระบบเสียงไฮโดรอะคูสติกคือสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในช่วงสงคราม ประเทศภาคีได้รับความสูญเสียอย่างหนักในกองเรือการค้าและกองทหารของตนอันเนื่องมาจากการกระทำของเรือดำน้ำเยอรมัน มีความจำเป็นต้องค้นหาวิธีการต่อสู้กับพวกเขา ในไม่ช้าพวกเขาก็พบ เรือดำน้ำในตำแหน่งที่จมอยู่ใต้น้ำสามารถได้ยินเสียงที่เกิดจากใบพัดและกลไกการทำงาน อุปกรณ์ที่ตรวจจับวัตถุที่มีเสียงดังและระบุตำแหน่งของวัตถุนั้นเรียกว่าเครื่องค้นหาทิศทางเสียง นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส P. Langevin ในปี 1915 เสนอให้ใช้เครื่องรับที่มีความไวซึ่งทำจากเกลือ Rochelle สำหรับสถานีค้นหาทิศทางเสียงรบกวนแห่งแรก

พื้นฐานของไฮโดรอะคูสติก

ลักษณะการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำ

ส่วนประกอบของเหตุการณ์สะท้อน

เริ่มต้นอย่างครอบคลุมและ การวิจัยขั้นพื้นฐานการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำเริ่มขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งถูกกำหนดโดยความจำเป็นในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติของกองทัพเรือและประการแรกคือเรือดำน้ำ งานทดลองและทฤษฎียังคงดำเนินต่อไป ปีหลังสงครามและสรุปเป็นเอกสารหลายฉบับ จากผลงานเหล่านี้ ได้มีการระบุและชี้แจงคุณลักษณะบางประการของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำ ได้แก่ การดูดซับ การลดทอน การสะท้อน และการหักเหของแสง

การดูดซับพลังงานคลื่นเสียงเข้า น้ำทะเลเกิดจากสองกระบวนการ: การเสียดสีภายในของตัวกลางและการแยกตัวของเกลือที่ละลายในตัวกลาง กระบวนการแรกแปลงพลังงานของคลื่นเสียงเป็นความร้อน และกระบวนการที่สองเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี ขจัดโมเลกุลออกจากสถานะสมดุล และสลายตัวเป็นไอออน การดูดซับประเภทนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความถี่ของการสั่นสะเทือนทางเสียงที่เพิ่มขึ้น การมีอยู่ของอนุภาคแขวนลอย จุลินทรีย์ และความผิดปกติของอุณหภูมิในน้ำยังนำไปสู่การลดทอนของคลื่นเสียงในน้ำอีกด้วย ตามกฎแล้ว การสูญเสียเหล่านี้มีขนาดเล็กและรวมอยู่ในการดูดซับทั้งหมด แต่บางครั้ง ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่กระจัดกระจายจากการตื่นของเรือ การสูญเสียเหล่านี้อาจสูงถึง 90% การปรากฏตัวของอุณหภูมิที่ผิดปกติส่งผลให้คลื่นเสียงตกลงไปในบริเวณเงาเสียง ซึ่งสามารถสะท้อนได้หลายครั้ง

การปรากฏตัวของส่วนต่อประสานระหว่างน้ำ - อากาศและน้ำ - ก้นนำไปสู่การสะท้อนของคลื่นเสียงจากพวกมันและหากในกรณีแรกคลื่นเสียงสะท้อนทั้งหมดจากนั้นในกรณีที่สองค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะขึ้นอยู่กับวัสดุด้านล่าง: พื้นโคลนสะท้อนได้ไม่ดี พื้นทรายและหินสะท้อนได้ดี ที่ระดับความลึกตื้น เนื่องจากการสะท้อนหลายครั้งของคลื่นเสียงระหว่างด้านล่างและพื้นผิว ช่องเสียงใต้น้ำจะปรากฏขึ้น ซึ่งคลื่นเสียงสามารถแพร่กระจายไปยัง ระยะทางไกล- การเปลี่ยนความเร็วของเสียงที่ระดับความลึกต่าง ๆ ทำให้เกิดการโค้งงอของ "รังสี" ของเสียง - การหักเหของแสง

การหักเหของเสียง (ความโค้งของเส้นทางลำแสงเสียง)

การหักเหของเสียงในน้ำ: a - ในฤดูร้อน; b - ในฤดูหนาว; ด้านซ้ายคือการเปลี่ยนแปลงความเร็วและความลึก ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงเปลี่ยนแปลงไปตามความลึก และการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและวัน ความลึกของอ่างเก็บน้ำ และเหตุผลอื่นๆ อีกหลายประการ รังสีเสียงที่โผล่ออกมาจากแหล่งกำเนิดที่มุมหนึ่งถึงขอบฟ้าจะโค้งงอ และทิศทางของการโค้งงอนั้นขึ้นอยู่กับการกระจายของความเร็วเสียงในตัวกลาง: ในฤดูร้อน เมื่อชั้นบนอุ่นกว่าชั้นล่าง รังสีจะโค้งงอลง และส่วนใหญ่จะสะท้อนจากด้านล่าง ทำให้สูญเสียพลังงานไปมาก ในฤดูหนาว เมื่อชั้นล่างของน้ำรักษาอุณหภูมิไว้ ในขณะที่ชั้นบนเย็นลง รังสีจะโค้งงอขึ้นและสะท้อนซ้ำๆ จากผิวน้ำ ในขณะที่สูญเสียพลังงานน้อยลงอย่างมาก ดังนั้นในฤดูหนาวช่วงของการแพร่กระจายของเสียงจึงมากกว่าในฤดูร้อน การกระจายความเร็วเสียงในแนวตั้ง (VSD) และการไล่ระดับความเร็วมีอิทธิพลชี้ขาดต่อการแพร่กระจายของเสียงใน สภาพแวดล้อมทางทะเล- การกระจายความเร็วเสียงในพื้นที่ต่างๆ ของมหาสมุทรโลกจะแตกต่างกันและเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา มีหลายกรณีทั่วไปของ VRSD:

การกระจายตัวและการดูดซับเสียงโดยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลาง

การแพร่กระจายของเสียงในเสียงใต้น้ำ ช่อง: a - เปลี่ยนความเร็วของเสียงด้วยความลึก; b - เส้นทางรังสีในช่องเสียง สำหรับการแพร่กระจายของเสียง ความถี่สูงเมื่อความยาวคลื่นมีขนาดเล็กมาก ความไม่สอดคล้องกันเล็กน้อยที่มักพบในแหล่งน้ำตามธรรมชาติจะได้รับอิทธิพล: ฟองก๊าซ จุลินทรีย์ ฯลฯ ความไม่สอดคล้องกันเหล่านี้กระทำในสองวิธี: พวกมันดูดซับและกระจายพลังงานของคลื่นเสียง ผลก็คือ เมื่อความถี่ของการสั่นสะเทือนของเสียงเพิ่มขึ้น ช่วงของการแพร่กระจายของเสียงก็จะลดลง ผลกระทบนี้จะสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในชั้นผิวน้ำซึ่งมีความไม่สอดคล้องกันมากที่สุด การกระจายตัวของเสียงโดยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันตลอดจนพื้นผิวน้ำและด้านล่างที่ไม่เรียบทำให้เกิดปรากฏการณ์เสียงสะท้อนใต้น้ำซึ่งมาพร้อมกับการส่งพัลส์เสียง: คลื่นเสียงที่สะท้อนจากชุดของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและการรวมกันทำให้เกิด การยืดตัวของพัลส์เสียงซึ่งดำเนินต่อไปหลังจากสิ้นสุด ขีดจำกัดของช่วงการแพร่กระจายของเสียงใต้น้ำยังถูกจำกัดด้วยเสียงธรรมชาติของทะเลซึ่งมีแหล่งกำเนิดสองทาง: เสียงบางส่วนเกิดจากการกระทบของคลื่นบนผิวน้ำ จาก ท่องทะเล,จากเสียงกรวดกลิ้ง ฯลฯ ; อีกส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับสัตว์ทะเล (เสียงที่เกิดจากไฮโดรไบโอออนต์: ปลาและสัตว์ทะเลอื่น ๆ ) Biohydroacoustics เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ร้ายแรงนี้

ช่วงการแพร่กระจายคลื่นเสียง

ช่วงการแพร่กระจายของคลื่นเสียงเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนของความถี่การแผ่รังสี ซึ่งสัมพันธ์กับความยาวคลื่นของสัญญาณเสียงโดยเฉพาะ ดังที่ทราบกันดีว่าสัญญาณเสียงความถี่สูงจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการดูดซับที่แข็งแกร่งจากสภาพแวดล้อมทางน้ำ ในทางกลับกัน สัญญาณความถี่ต่ำสามารถแพร่กระจายในระยะทางไกลในสภาพแวดล้อมทางน้ำได้ ดังนั้น สัญญาณเสียงที่มีความถี่ 50 เฮิรตซ์สามารถแพร่กระจายในมหาสมุทรได้ในระยะทางหลายพันกิโลเมตร ในขณะที่สัญญาณที่มีความถี่ 100 เฮิรตซ์ โดยทั่วไปสำหรับโซนาร์สแกนด้านข้างมีช่วงการแพร่กระจายเพียง 1-2 กม. . ช่วงการทำงานโดยประมาณของโซนาร์สมัยใหม่ที่มีความถี่สัญญาณเสียง (ความยาวคลื่น) ต่างกันแสดงไว้ในตาราง:

พื้นที่ใช้งาน

Hydroacoustics ได้รับการแพร่หลาย การประยุกต์ใช้จริงเนื่องจากยังไม่ได้สร้าง ระบบที่มีประสิทธิภาพการโอน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใต้น้ำในระยะที่ไกลพอสมควร และเสียงจึงเป็นเพียงสิ่งเดียว วิธีที่เป็นไปได้การเชื่อมต่อใต้น้ำ เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้พวกเขาใช้ ความถี่เสียงตั้งแต่ 300 ถึง 10,000 Hz และอัลตราซาวนด์ตั้งแต่ 10,000 Hz ขึ้นไป ตัวปล่อยและไฮโดรโฟนแบบอิเล็กโทรไดนามิกและแบบเพียโซอิเล็กทริกถูกใช้เป็นตัวปล่อยและตัวรับในโดเมนเสียง และใช้แบบเพียโซอิเล็กทริกและสนามแม่เหล็กในโดเมนอัลตราโซนิก

การใช้งานที่สำคัญที่สุดของไฮโดรอะคูสติก:

• เพื่อแก้ไขปัญหาทางการทหาร
• การเดินเรือทางทะเล
• การสื่อสารด้วยเสียง
• การสำรวจการตกปลา
• การวิจัยทางสมุทรศาสตร์
• ขอบเขตกิจกรรมเพื่อการพัฒนาทรัพยากรบริเวณก้นมหาสมุทรโลก
• การใช้เสียงในสระน้ำ (ที่บ้านหรือในศูนย์ฝึกว่ายน้ำแบบซิงโครไนซ์)
• ฝึกสัตว์ทะเล

หมายเหตุ

วรรณกรรมและแหล่งข้อมูล

วรรณกรรม:

• วี.วี. ชูไลคิน ฟิสิกส์ของทะเล- - มอสโก: "วิทยาศาสตร์", 2511 - 1,090 หน้า
• ไอเอ โรมาเนีย พื้นฐานของไฮโดรอะคูสติก- - มอสโก: "การต่อเรือ", 2522 - 105 น.
• ยอ. โครยาคิน ระบบไฮโดรอะคูสติก- - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "วิทยาศาสตร์แห่งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและพลังทางทะเลของรัสเซีย", 2545 - 416 หน้า

>>ฟิสิกส์ : เสียงในสื่อต่างๆ

เพื่อให้เสียงแพร่กระจายได้ จำเป็นต้องใช้ตัวกลางที่ยืดหยุ่น ในสุญญากาศ คลื่นเสียงไม่สามารถแพร่กระจายได้ เนื่องจากไม่มีอะไรสั่นสะเทือน สิ่งนี้สามารถตรวจสอบได้ด้วยประสบการณ์ที่เรียบง่าย ถ้าเราวางกระดิ่งไฟฟ้าไว้ใต้กระดิ่งแก้ว แล้วพออากาศถูกสูบออกมาจากใต้กระดิ่ง เราก็จะพบว่าเสียงจากกระดิ่งนั้นอ่อนลงเรื่อยๆ จนหยุดสนิท

เสียงในก๊าซ- เป็นที่ทราบกันว่าในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองเราจะเห็นฟ้าแลบแวบแรกและหลังจากนั้นไม่นานเราก็ได้ยินเสียงฟ้าร้องดังกึกก้อง (รูปที่ 52) ความล่าช้านี้เกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วของเสียงในอากาศน้อยกว่าความเร็วแสงที่มาจากฟ้าผ่ามาก

ความเร็วของเสียงในอากาศวัดครั้งแรกในปี 1636 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส M. Mersenne ที่อุณหภูมิ 20 °C จะเท่ากับ 343 m/s กล่าวคือ 1235 กม./ชม. โปรดทราบว่าตามค่านี้ความเร็วของกระสุนที่ยิงจากปืนกล Kalashnikov (PK) จะลดลงที่ระยะ 800 ม. ความเร็วเริ่มต้นของกระสุนคือ 825 m/s ซึ่งเกินกว่าความเร็วเสียงในอากาศอย่างมาก ดังนั้นผู้ที่ได้ยินเสียงปืนหรือเสียงนกหวีดของกระสุนก็ไม่ต้องกังวล เพราะกระสุนนี้ผ่านเขาไปแล้ว กระสุนพุ่งเร็วกว่าเสียงกระสุนนัดและไปถึงเหยื่อก่อนที่เสียงนั้นจะมาถึง

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลาง: เมื่ออุณหภูมิอากาศเพิ่มขึ้นก็จะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิอากาศลดลงก็จะลดลง ที่ 0 °C ความเร็วเสียงในอากาศคือ 331 m/s

เสียงเดินทางด้วยความเร็วต่างกันในก๊าซต่างกัน ยิ่งมวลของโมเลกุลก๊าซมาก ความเร็วของเสียงในนั้นก็จะยิ่งลดลง ดังนั้น ที่อุณหภูมิ 0 °C ความเร็วของเสียงในไฮโดรเจนคือ 1284 เมตรต่อวินาที ในฮีเลียมคือ 965 เมตรต่อวินาที และในออกซิเจนคือ 316 เมตรต่อวินาที

เสียงในของเหลว- ความเร็วของเสียงในของเหลวมักจะมากกว่าความเร็วของเสียงในก๊าซ ความเร็วของเสียงในน้ำถูกวัดครั้งแรกในปี พ.ศ. 2369 โดย J. Colladon และ J. Sturm พวกเขาทำการทดลองที่ทะเลสาบเจนีวาในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ (รูปที่ 53) บนเรือลำหนึ่งพวกเขาจุดไฟเผาดินปืนและในเวลาเดียวกันก็ตีระฆังลงไปในน้ำ เสียงระฆังนี้ใช้แตรพิเศษจุ่มลงไปในน้ำก็ถูกจับบนเรืออีกลำซึ่งอยู่ห่างจากเรือลำแรก 14 กม. ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาระหว่างแสงแฟลชและการมาถึงของสัญญาณเสียง ความเร็วของเสียงในน้ำจะถูกกำหนด ที่อุณหภูมิ 8 °C ความเร็วจะอยู่ที่ประมาณ 1,440 m/s

ที่ขอบเขตระหว่างสื่อสองชนิด ส่วนหนึ่งของคลื่นเสียงจะสะท้อน และส่วนหนึ่งเดินทางไกลออกไป เมื่อเสียงผ่านจากอากาศลงสู่น้ำ พลังงานเสียง 99.9% จะถูกสะท้อนกลับ แต่ความดันในคลื่นเสียงที่ส่งลงน้ำนั้นมากกว่าเกือบ 2 เท่า เครื่องช่วยฟังปลาตอบสนองต่อสิ่งนี้อย่างแม่นยำ ดังนั้นยกตัวอย่างเสียงกรีดร้องและเสียงเหนือผิวน้ำ เป็นต้น วิธีที่ถูกต้องทำให้สัตว์ทะเลหวาดกลัว คนที่พบว่าตัวเองอยู่ใต้น้ำจะไม่หูหนวกด้วยเสียงกรีดร้องเหล่านี้: เมื่อแช่อยู่ในน้ำ "ปลั๊ก" อากาศจะยังคงอยู่ในหูของเขาซึ่งจะช่วยเขาจากเสียงที่มากเกินไป

เมื่อเสียงผ่านจากน้ำสู่อากาศ พลังงาน 99.9% จะสะท้อนอีกครั้ง แต่ถ้าในระหว่างการเปลี่ยนจากอากาศสู่น้ำความดันเสียงเพิ่มขึ้น แต่ในทางกลับกันก็ลดลงอย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้เอง เสียงที่เกิดขึ้นใต้น้ำเมื่อหินก้อนหนึ่งกระทบอีกหินหนึ่งไม่สามารถไปถึงคนในอากาศได้

พฤติกรรมของเสียงบริเวณขอบเขตระหว่างน้ำและอากาศทำให้บรรพบุรุษของเราเชื่อได้ โลกใต้น้ำ"โลกแห่งความเงียบงัน" จึงมีสำนวนว่า “ใบ้เหมือนปลา” อย่างไรก็ตาม เลโอนาร์โด ดาวินชี ยังแนะนำให้ฟังเสียงใต้น้ำโดยแนบหูของคุณไว้กับไม้พายที่หย่อนลงไปในน้ำ เมื่อใช้วิธีนี้ คุณจะแน่ใจได้ว่าปลาพูดได้จริงๆ

เสียงที่เป็นของแข็ง- ความเร็วของเสียงในของแข็งมากกว่าในของเหลวและก๊าซ หากคุณเอาหูแนบกับราง คุณจะได้ยินเสียงสองเสียงหลังจากกระแทกปลายอีกด้านของราง หนึ่งในนั้นจะเข้าถึงหูคุณโดยทางรถไฟ ส่วนอีกอันจะเข้าถึงหูของคุณทางอากาศ

โลกมีการนำเสียงที่ดี ดังนั้นในสมัยก่อนในระหว่างการปิดล้อม "ผู้ฟัง" จึงถูกวางไว้ในกำแพงป้อมปราการซึ่งด้วยเสียงที่ส่งมาจากพื้นดินสามารถระบุได้ว่าศัตรูกำลังขุดเข้าไปในกำแพงหรือไม่ พวกเขายังจับตาดูการเข้าใกล้ของทหารม้าศัตรูด้วยโดยเอาหูแนบพื้น

ของแข็งนำเสียงได้ดี ด้วยเหตุนี้ บางครั้งผู้ที่สูญเสียการได้ยินจึงสามารถเต้นไปกับเสียงเพลงที่เข้าถึงพวกเขาได้ ประสาทหูไม่ใช่ทางอากาศและหูชั้นนอก แต่ผ่านพื้นและกระดูก

1. ทำไมในช่วงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง เราจึงเห็นฟ้าแลบก่อนแล้วจึงได้ยินฟ้าร้องเท่านั้น? 2. ความเร็วของเสียงในก๊าซขึ้นอยู่กับอะไร? 3. ทำไมคนที่ยืนอยู่ริมฝั่งแม่น้ำจึงไม่ได้ยินเสียงที่เกิดขึ้นใต้น้ำ? 4. เหตุใด “ผู้ฟัง” ซึ่งในสมัยโบราณคอยติดตามงานขุดค้นของศัตรูจึงมักทำให้คนตาบอด?

งานทดลอง - วางกระดาน (หรือไม้บรรทัดไม้ยาว) ไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง นาฬิกาข้อมือให้เงี่ยหูฟังอีกข้างหนึ่ง คุณได้ยินอะไร? อธิบายปรากฏการณ์.

เอส.วี. Gromov, N.A. Rodina ฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8

ส่งโดยผู้อ่านจากเว็บไซต์อินเทอร์เน็ต

การวางแผนฟิสิกส์ แผนการบันทึกบทเรียนฟิสิกส์ หลักสูตรของโรงเรียน, หนังสือเรียนและหนังสือเกี่ยวกับฟิสิกส์สำหรับเกรด 8, หลักสูตรและการมอบหมายวิชาฟิสิกส์สำหรับเกรด 8

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป การฝึกอบรม กรณีศึกษา ภารกิจ การบ้าน การอภิปราย คำถาม คำถามวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนอัปเดตชิ้นส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน แทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบ แผนปฏิทินเป็นเวลาหนึ่งปี คำแนะนำด้านระเบียบวิธีโปรแกรมการอภิปราย บทเรียนบูรณาการ

กฎพื้นฐานของการแพร่กระจายของเสียง ได้แก่ กฎการสะท้อนและการหักเหของแสงที่ขอบเขตของสื่อต่างๆ รวมถึงการเลี้ยวเบนของเสียงและการกระเจิงของเสียงเมื่อมีอุปสรรคและความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในตัวกลางและที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อ

ช่วงของการแพร่กระจายของเสียงได้รับอิทธิพลจากปัจจัยการดูดซับเสียง กล่าวคือ การเปลี่ยนผ่านของพลังงานคลื่นเสียงไปเป็นพลังงานประเภทอื่นที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยเฉพาะความร้อน ปัจจัยสำคัญก็คือทิศทางของการแผ่รังสีและความเร็วของการแพร่กระจายของเสียงซึ่งขึ้นอยู่กับตัวกลางและสถานะเฉพาะของมัน

จากแหล่งกำเนิดเสียง คลื่นเสียงจะแพร่กระจายไปทุกทิศทาง หากคลื่นเสียงผ่านรูที่ค่อนข้างเล็ก คลื่นเสียงจะกระจายไปทุกทิศทาง และไม่เคลื่อนที่เป็นลำแสงที่มีทิศทางโดยตรง ตัวอย่างเช่น เสียงถนนที่ดังทะลุผ่านหน้าต่างที่เปิดเข้ามาในห้องจะได้ยินทุกจุด ไม่ใช่แค่ตรงข้ามหน้าต่างเท่านั้น

ธรรมชาติของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงใกล้กับสิ่งกีดขวางนั้นขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของสิ่งกีดขวางและความยาวคลื่น หากขนาดของสิ่งกีดขวางมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น คลื่นจะไหลไปรอบๆ สิ่งกีดขวางนี้และกระจายออกไปทุกทิศทาง

คลื่นเสียงที่เจาะจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่งเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมนั่นคือพวกมันจะหักเห มุมการหักเหอาจมากกว่าหรือน้อยกว่ามุมตกกระทบ ขึ้นอยู่กับว่าเสียงแทรกซึมเข้าไปในสื่อใด หากความเร็วของเสียงในตัวกลางที่สองมากกว่า มุมการหักเหของแสงก็จะมากกว่ามุมตกกระทบ และในทางกลับกัน

เมื่อพบสิ่งกีดขวางระหว่างทาง คลื่นเสียงจะถูกสะท้อนตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด - มุมของการสะท้อน เท่ากับมุมการล้ม - แนวคิดของเสียงสะท้อนเชื่อมโยงกับสิ่งนี้ หากเสียงสะท้อนจากพื้นผิวหลายแห่งในระยะห่างที่ต่างกัน จะเกิดเสียงสะท้อนหลายครั้ง

เสียงเดินทางในรูปของคลื่นทรงกลมที่แยกออกไปซึ่งเติมเต็มปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลางจะลดลง และเสียงก็หายไป เป็นที่ทราบกันดีว่าในการเพิ่มช่วงการส่งสัญญาณนั้นเสียงจะต้องเข้มข้นไปในทิศทางที่กำหนด เช่น เมื่อเราต้องการให้คนอื่นได้ยิน เราก็เอามือปิดปากหรือใช้โทรโข่ง

การเลี้ยวเบน กล่าวคือ การโค้งงอของรังสีเสียง มีอิทธิพลอย่างมากต่อช่วงการแพร่กระจายของเสียง ยิ่งสื่อมีความแตกต่างกันมากเท่าใด ลำแสงเสียงก็จะโค้งงอมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ ช่วงการแพร่กระจายของเสียงก็จะสั้นลงด้วย

การแพร่กระจายเสียง

คลื่นเสียงสามารถเดินทางในอากาศ ก๊าซ ของเหลว และของแข็งได้ คลื่นจะไม่เกิดขึ้นในอวกาศที่ไม่มีอากาศ นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบจากประสบการณ์ที่เรียบง่าย หากวางกระดิ่งไฟฟ้าไว้ใต้ฝาครอบสุญญากาศซึ่งมีการถ่ายอากาศออก เราจะไม่ได้ยินเสียงใดๆ แต่ทันทีที่อากาศเต็มฝาก็มีเสียงเกิดขึ้น

ความเร็วของการแพร่กระจายของการเคลื่อนที่แบบสั่นจากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคขึ้นอยู่กับตัวกลาง ในสมัยโบราณ นักรบเอาหูแนบพื้นจึงตรวจพบทหารม้าของศัตรูได้เร็วกว่าที่ปรากฏให้เห็นมาก และนักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง เลโอนาร์โด ดา วินชี เขียนไว้ในศตวรรษที่ 15 ว่า “ถ้าคุณอยู่ในทะเล ลดรูท่อลงไปในน้ำแล้วเอาปลายอีกด้านแนบหู คุณจะได้ยินเสียงเรือดังมาก ห่างไกลจากคุณ”

ความเร็วของเสียงในอากาศวัดครั้งแรกในศตวรรษที่ 17 โดย Milan Academy of Sciences มีการติดตั้งปืนใหญ่บนเนินเขาแห่งหนึ่งและมีเสาสังเกตการณ์อยู่ที่อีกด้านหนึ่ง เวลาจะถูกบันทึกทั้งในขณะที่ถ่ายภาพ (โดยแฟลช) และในขณะที่ได้รับเสียง ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างจุดสังเกตและปืนและเวลากำเนิดของสัญญาณ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงนั้นคำนวณได้ไม่ยากอีกต่อไป มันกลายเป็นว่าเท่ากับ 330 เมตรต่อวินาที

ความเร็วของเสียงในน้ำถูกวัดครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 บนทะเลสาบเจนีวา เรือทั้งสองลำอยู่ห่างจากกัน 13,847 เมตร ในตอนแรกระฆังถูกแขวนไว้ใต้ก้นและในวินาทีนั้นไฮโดรโฟนธรรมดา (เขา) ก็ถูกหย่อนลงไปในน้ำ บนเรือลำแรก ดินปืนถูกจุดไฟพร้อมกับการตีระฆัง ส่วนเรือลำที่สอง ผู้สังเกตการณ์เริ่มจับเวลาทันทีที่เกิดแสงวาบ และเริ่มรอให้สัญญาณเสียงจากระฆังมาถึง ปรากฎว่าเสียงเดินทางในน้ำได้เร็วกว่าอากาศมากกว่า 4 เท่าเช่น ด้วยความเร็ว 1,450 เมตรต่อวินาที

ความเร็วของเสียง

ยิ่งตัวกลางมีความยืดหยุ่นสูง ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้น: ในยาง 50 ในอากาศ 330 ในน้ำ 1450 และในเหล็ก - 5,000 เมตรต่อวินาที ถ้าเราซึ่งอยู่ในมอสโกวสามารถตะโกนดังจนเสียงไปถึงเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กได้ เราก็จะได้ยินที่นั่นหลังจากผ่านไปครึ่งชั่วโมงเท่านั้น และถ้าเสียงนั้นแพร่กระจายไปในระยะทางเดียวกันด้วยเหล็ก เราก็จะได้ยินเสียงนั้น ภายในสองนาที

ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงได้รับอิทธิพลจากสถานะของตัวกลางเดียวกัน เมื่อเราบอกว่าเสียงเดินทางในน้ำด้วยความเร็ว 1,450 เมตรต่อวินาที นี่ไม่ได้หมายความว่าในน้ำและภายใต้สภาวะใดๆ เมื่ออุณหภูมิและความเค็มของน้ำเพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับความลึกที่เพิ่มขึ้น และความดันอุทกสถิต ความเร็วของเสียงก็เพิ่มขึ้น หรือเอาเหล็ก. ในกรณีนี้ ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิและองค์ประกอบเชิงคุณภาพของเหล็ก ยิ่งมีคาร์บอนมากเท่าไรก็ยิ่งแข็งขึ้น และเสียงเดินทางในเหล็กเร็วขึ้นเท่านั้น

เมื่อพวกเขาพบสิ่งกีดขวางระหว่างทาง คลื่นเสียงจะถูกสะท้อนตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ คลื่นเสียงที่มาจากอากาศจะสะท้อนขึ้นจากผิวน้ำเกือบทั้งหมด และคลื่นเสียงที่มาจากแหล่งกำเนิดที่อยู่ในน้ำจะสะท้อนลงมาด้านล่าง

คลื่นเสียงที่เจาะจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวหนึ่งเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งเดิมนั่นคือ หักเห มุมการหักเหอาจมากกว่าหรือน้อยกว่ามุมตกกระทบ ขึ้นอยู่กับว่าเสียงแทรกซึมเข้าไปในสื่อใด ถ้าความเร็วของเสียงในตัวกลางที่สองมากกว่าในตัวกลางตัวแรก มุมของการหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบและในทางกลับกัน

ในอากาศ คลื่นเสียงแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นทรงกลมที่แยกออกไป ซึ่งเติมเต็มปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากการสั่นของอนุภาคที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงถูกส่งไปยังมวลอากาศ อย่างไรก็ตาม เมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนของอนุภาคก็จะลดลง เป็นที่ทราบกันดีว่าในการเพิ่มช่วงการส่งสัญญาณนั้นเสียงจะต้องเข้มข้นไปในทิศทางที่กำหนด เมื่อเราต้องการให้คนอื่นได้ยินดีขึ้น เราก็เอามือปิดปากหรือใช้โทรโข่ง ในกรณีนี้ เสียงจะถูกลดทอนน้อยลง และคลื่นเสียงจะเดินทางต่อไป

เมื่อความหนาของผนังเพิ่มขึ้น ตำแหน่งของเสียงที่ความถี่กลางต่ำจะเพิ่มขึ้น แต่เสียงสะท้อนโดยบังเอิญที่ "ร้ายกาจ" ซึ่งทำให้เกิดการบีบรัดของตำแหน่งเสียง เริ่มปรากฏให้เห็นที่ความถี่ต่ำและครอบคลุมพื้นที่ที่กว้างขึ้น

หากคลื่นเสียงไม่พบสิ่งกีดขวางในเส้นทาง คลื่นเสียงจะกระจายอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง แต่ไม่ใช่ว่าอุปสรรคทุกอย่างจะกลายเป็นอุปสรรคสำหรับเธอ

เมื่อพบสิ่งกีดขวางในเส้นทาง เสียงอาจโค้งงอ สะท้อน หักเห หรือดูดซับได้

การเลี้ยวเบนของเสียง

เราสามารถพูดคุยกับบุคคลที่ยืนอยู่หัวมุมอาคาร หลังต้นไม้ หรือหลังรั้ว แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นเขาก็ตาม เราได้ยินเพราะเสียงสามารถโค้งงอรอบๆ วัตถุเหล่านี้และทะลุเข้าไปในพื้นที่ด้านหลังได้

เรียกว่าความสามารถของคลื่นในการโค้งงอสิ่งกีดขวาง การเลี้ยวเบน .

การเลี้ยวเบนเกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นเสียงเกินขนาดของสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงความถี่ต่ำจะค่อนข้างยาว ตัวอย่างเช่น ที่ความถี่ 100 Hz จะเท่ากับ 3.37 ม. เมื่อความถี่ลดลง ความยาวก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้นคลื่นเสียงจึงโค้งงอไปรอบ ๆ วัตถุที่เทียบเคียงกับมันได้อย่างง่ายดาย ต้นไม้ในสวนสาธารณะไม่รบกวนการได้ยินของเราเลย เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของลำต้นมีขนาดเล็กกว่าความยาวของคลื่นเสียงมาก

ด้วยการเลี้ยวเบน คลื่นเสียงจึงทะลุผ่านรอยแตกและรูในสิ่งกีดขวางและแพร่กระจายไปด้านหลัง

ลองวางจอแบนที่มีรูในเส้นทางของคลื่นเสียง

ในกรณีที่มีความยาวคลื่นเสียง ƛ ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางรูมาก ดี หรือค่าเหล่านี้มีค่าใกล้เคียงกันโดยประมาณแล้วหลังรูเสียงจะไปถึงทุกจุดในบริเวณที่อยู่ด้านหลังจอ (บริเวณเงาเสียง) ด้านหน้าของคลื่นขาออกจะมีลักษณะเป็นซีกโลก

ถ้า ƛ เพียงเล็กน้อย น้อยกว่าเส้นผ่านศูนย์กลาง slot จากนั้นส่วนหลักของคลื่นจะแพร่กระจายเป็นแนวตรง และส่วนเล็กๆ จะแยกออกไปทางด้านข้างเล็กน้อย และในกรณีที่เมื่อใด ƛ น้อยกว่ามาก ดี คลื่นทั้งหมดจะเคลื่อนไปในทิศทางไปข้างหน้า

เสียงสะท้อน

หากคลื่นเสียงกระทบกับส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองก็เป็นไปได้ ตัวเลือกที่แตกต่างกันมันแพร่กระจายออกไปอีก เสียงสามารถสะท้อนจากอินเทอร์เฟซ สามารถเคลื่อนไปยังสื่ออื่นได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนทิศทาง หรือสามารถหักเหได้ นั่นคือ เคลื่อนที่ เปลี่ยนทิศทาง

สมมติว่ามีสิ่งกีดขวางปรากฏขึ้นในเส้นทางของคลื่นเสียงซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นมาก เช่น หน้าผาสูงชัน- เสียงจะมีพฤติกรรมอย่างไร? เนื่องจากไม่สามารถข้ามสิ่งกีดขวางนี้ได้ จึงจะสะท้อนออกมาได้ เบื้องหลังอุปสรรคคือ. โซนเงาเสียง .

เสียงที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางเรียกว่า เสียงสะท้อน .

ธรรมชาติของการสะท้อนของคลื่นเสียงอาจแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับรูปร่างของพื้นผิวสะท้อนแสง

การสะท้อนกลับ เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงทิศทางของคลื่นเสียงที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อสองชนิดที่แตกต่างกัน เมื่อสะท้อนกลับ คลื่นจะกลับสู่ตัวกลางที่มันมา

หากพื้นผิวเรียบ เสียงจะสะท้อนออกมาในลักษณะเดียวกับรังสีที่สะท้อนในกระจก

รังสีเสียงที่สะท้อนจากพื้นผิวเว้าจะถูกโฟกัสที่จุดหนึ่ง

พื้นผิวนูนจะกระจายเสียง

ผลของการกระจายตัวจะได้รับจากเสานูน เครือเถาขนาดใหญ่ โคมไฟระย้า ฯลฯ

เสียงจะไม่ส่งผ่านจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง แต่จะสะท้อนออกมาหากความหนาแน่นของสื่อแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นเสียงที่ปรากฎในน้ำจึงไม่ถ่ายโอนไปในอากาศ สะท้อนจากอินเทอร์เฟซ มันยังคงอยู่ในน้ำ คนที่ยืนอยู่ริมฝั่งแม่น้ำจะไม่ได้ยินเสียงนี้ สิ่งนี้อธิบายได้จากความแตกต่างอย่างมากในความต้านทานของคลื่นของน้ำและอากาศ ในด้านอะคูสติก ความต้านทานของคลื่นจะเท่ากับผลคูณของความหนาแน่นของตัวกลางและความเร็วของเสียงในตัวกลาง เนื่องจากความต้านทานคลื่นของก๊าซมีค่าน้อยกว่าความต้านทานคลื่นของของเหลวและของแข็งอย่างมาก เมื่อคลื่นเสียงกระทบกับขอบเขตของอากาศและน้ำ คลื่นดังกล่าวจะสะท้อนกลับด้วย

ปลาในน้ำไม่ได้ยินเสียงที่ปรากฏเหนือผิวน้ำ แต่สามารถแยกแยะเสียงได้อย่างชัดเจน ซึ่งแหล่งกำเนิดคือเสียงที่สั่นสะเทือนอยู่ในน้ำ

การหักเหของเสียง

การเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายเสียงเรียกว่า การหักเหของแสง - ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง และความเร็วของการแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมเหล่านี้แตกต่างออกไป

อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมสะท้อนเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในสื่อ

ที่ไหน ฉัน – มุมตกกระทบ

ร – มุมสะท้อน

ข้อ 1 – ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในตัวกลางที่หนึ่ง

ข้อ 2 – ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในตัวกลางที่สอง

n – ดัชนีการหักเหของแสง

การหักเหของเสียงเรียกว่า การหักเหของแสง .

หากคลื่นเสียงไม่ตกตั้งฉากกับพื้นผิว แต่ทำมุมอื่นที่ไม่ใช่ 90° คลื่นที่หักเหจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางของคลื่นที่ตกกระทบ

การหักเหของเสียงสามารถสังเกตได้ไม่เพียงแต่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อเท่านั้น คลื่นเสียงสามารถเปลี่ยนทิศทางในตัวกลางที่ต่างกันได้ เช่น บรรยากาศ มหาสมุทร

ในชั้นบรรยากาศ การหักเหของแสงเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ ความเร็ว และทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศ และในมหาสมุทรมันปรากฏขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติของน้ำที่แตกต่างกัน - แรงดันอุทกสถิตที่แตกต่างกันที่ระดับความลึกต่างกัน อุณหภูมิที่แตกต่างกันและความเค็มที่แตกต่างกัน

การดูดซับเสียง

เมื่อคลื่นเสียงกระทบกับพื้นผิว พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับ และสามารถกำหนดปริมาณพลังงานที่ตัวกลางสามารถดูดซับได้โดยการรู้ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง ค่าสัมประสิทธิ์นี้แสดงปริมาณพลังงานของการสั่นสะเทือนของเสียงที่ถูกดูดซับโดยสิ่งกีดขวาง 1 ตารางเมตร มีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1

หน่วยวัดการดูดซับเสียงเรียกว่า ซาบิน - ได้ชื่อมาจากนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Wallace Clement Sabin ผู้ก่อตั้งระบบเสียงทางสถาปัตยกรรม 1 ซาบินคือพลังงานที่ถูกดูดซับโดยพื้นผิว 1 m 2 ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับคือ 1 นั่นคือพื้นผิวดังกล่าวจะต้องดูดซับพลังงานของคลื่นเสียงทั้งหมดอย่างสมบูรณ์

เสียงก้อง

วอลเลซ ซาบิน

คุณสมบัติของวัสดุในการดูดซับเสียงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถาปัตยกรรม ในขณะที่ศึกษาอะคูสติกของ Lecture Hall ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Fogg Museum Wallace Clement Sabin ได้ข้อสรุปว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของห้องโถง สภาพเสียงประเภทและพื้นที่ของวัสดุดูดซับเสียงและ เวลาก้องกังวาน .

เสียงก้อง เรียกกระบวนการสะท้อนคลื่นเสียงจากสิ่งกีดขวางและการลดทอนลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปหลังจากปิดแหล่งกำเนิดเสียง ในพื้นที่ปิด เสียงสามารถสะท้อนจากผนังและวัตถุซ้ำๆ ได้ เป็นผลให้เกิดสัญญาณเสียงสะท้อนต่างๆ ขึ้นมา ซึ่งแต่ละสัญญาณจะฟังดูแยกกัน เอฟเฟกต์นี้เรียกว่า ผลก้องกังวาน .

ที่สุด ลักษณะสำคัญสถานที่คือ เวลาก้องกังวาน ซึ่งซาบินเข้ามาคำนวณแล้ว

ที่ไหน วี – ปริมาตรของห้อง

ก – การดูดซับเสียงทั่วไป

ที่ไหน ฉัน – ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงของวัสดุ

ส ฉัน - พื้นที่ของแต่ละพื้นผิว

หากระยะเวลาของเสียงสะท้อนนาน เสียงดูเหมือนจะ “เดิน” ไปรอบๆ ห้องโถง พวกมันทับซ้อนกัน กลบแหล่งกำเนิดเสียงหลัก และห้องโถงก็ดังขึ้น ด้วยระยะเวลาสะท้อนสั้น ผนังดูดซับเสียงได้อย่างรวดเร็วและทำให้เสียงทื่อ ดังนั้นแต่ละห้องจะต้องมีการคำนวณที่แน่นอนของตัวเอง

จากการคำนวณของเขา Sabin ได้จัดเรียงวัสดุดูดซับเสียงในลักษณะที่ "เอฟเฟกต์เสียงสะท้อน" ลดลง และ Boston Symphony Hall ซึ่งสร้างขึ้นซึ่งเขาเป็นที่ปรึกษาด้านเสียงยังคงถือว่าเป็นหนึ่งในห้องโถงที่ดีที่สุดในโลก