Распространение звуковых волн в воздушной среде. скорость звука, число м

Природа грома

Мы все хорошо знаем, что на открытом воздухе звук кажется нам не таким, как в закрытом помещении. И наш голос в разных местах звучит различно. Все эти явления зависят от особенностей отражения звука в разных местах.

Самым лучшим способом для доказательства отражения звука может служить эхо. Мы можем довольно простым способом определить скорость звука, стоит только нам произвести звук на некотором расстоянии от отражающей его поверхности и заметить, как быстро мы услышим эхо.

Лучшим примером отражения звука, производящего эхо, являются раскаты грома, случающиеся во время грозы:

• Гром — это сотрясение воздуха, образующее звук
• Он происходят благодаря тому, что молния проходит от облака к облаку или от облака к земле.
• Если нет эха, то мы слышим просто единичный удар грома, соответствующий одной мгновенной причине, производящей его
• Когда же мы слышим раскаты грома, мы просто слышим эхо одного и того же удара, отражающегося много раз от облаков к земле

Молния

Какие материалы хорошо проводят звук

Какой материал проводит звук? Для передачи звука важны свойства материала. Так, легкие материалы лучше передают звуковые колебания, нежели тяжелые предметы с высокой плотностью.

Менее эластичные и упругие материалы, как бумага и пенопласт, не столько передают звук, сколько его поглощают. Материалы, которые хорошо пропускают звуковые волны, включают твердые вещества (алмаз, к примеру) и металлы, как алюминий.

Через алюминий звук летит со скоростью 6320 метров/секунда – это одна из самых высоких скоростей распространения звука.

Почему этот металл хорошо и даже отлично проводит звук? Алюминий не отличается особой плотностью, а потому имеет малый вес в данном объеме. Он очень эластичный материал и легко меняет свою форму (ручку у алюминиевой ложки может руками согнуть даже ребенок).

Формула для скорости звука в разных свойствах имеет ключевое значение для понимания того, почему определенные свойства переносят звук лучше. Скорость звуковой волны равна квадратному корню упругости, деленной на плотность объекта. Иными словами, чем менее плотный материал, тем быстрее распространяется звук, и чем он более эластичен, тем быстрее распространяется звук. Поэтому материал будет вести звук медленнее, если он не очень упругий и очень плотный.

Вслед за алюминием звук хорошо проводит медь – ее скорость составляет 4600 метров/секунда. Быстрое распространение звука обеспечивается за счет эластичности меди и способности легко вибрировать. Но плотность меди намного выше, чем у алюминия, а потому она хуже, чем алюминий проводит звук.

Проверить хорошую проводимость металлами можно, проведя опыт. К пианино (роялю) надо прикрепить один конец металлической проволоки, второй ее конец провести в помещение, в которое не может пройти звук от пианино и соединить его с каким-то другим музыкальным инструментом, к примеру, со скрипкой или гитарой. Потом начать играть на пианино – его звук будет слышен в том помещении и будет казаться, что он исходит от скрипки (гитары).

беруши из пористого материала

Лучшими проводниками звука являются упругие материалы, а худшими проводниками звука пористые материалы (беруши изготавливаются из пористого материала). Упругие материалы это большинство металлов, древесина, газ и жидкость. Пористые материалы: поролон, войлок, минеральная вата и др.

При ремонте квартир, особенно в плане ее звукоизоляции, надо точно знать, какие материалы хорошо проводят звук, дабы не ухудшить себе и соседям жизнь.

Шумы

В повседневной жизни человека присутствуют постоянные шумы. Измеряется уровень шума в децибелах. Движение автомобилей, ветер, шелест листвы, переплетение голосов людей и другие звуковые шумы являются нашими спутниками ежедневно. Но к таким шумам слуховой анализатор человека имеет возможность привыкать. Однако существуют и такие явления, с которыми даже приспособительные способности человеческого уха не могут справиться. Например, шум, превышающий 120 дБ, способен вызвать ощущение боли. Самое громкое животное – синий кит. Когда он издает звуки, его можно услышать на расстоянии более 800 километров.

Характеристики излучателя ультразвука

К основным характеристикам излучателей ультразвука относятся их частотный спектр, излучаемая мощность звука, направленность излучения. В случае моночастотного излучения основными характеристиками являются рабочая частота излучателя ультразвука и его частотная полоса, границы которой определяются падением излучаемой мощности в два раза по сравнению с её значением на частоте максимального излучения. Для резонансных электроакустических преобразователей рабочей частотой является собственная частота f преобразователя, а ширина полосы Δf определяется его добротностью Q.

,

Излучатели ультразвука (электроакустические преобразователи) характеризуются чувствительностью, электроакустическим коэффициентом полезного действия и собственным электрическим импедансом.

Чувствительность излучателя ультразвука — отношение звукового давления в максимуме характеристики направленности на определённом расстоянии от излучателя (чаще всего на расстоянии 1 м) к электрическому напряжению на нём или к протекающему в нём току. Эта характеристика применяется к излучателям ультразвука, используемым в системах звуковой сигнализации, в гидролокации и в других подобных устройствах. Для излучателей технологического назначения, применяемых, например, при ультразвуковых очистке, коагуляции, воздействии на химические процессы, основной характеристикой является мощность. Наряду с общей излучаемой мощностью, оцениваемой в Вт, излучатели ультразвука характеризуют удельной мощностью, т. е. средней мощностью, приходящейся на единицу площади излучающей поверхности, или усреднённой интенсивностью излучения в ближнем поле, оцениваемой в Вт/м2.

Эффективность электроакустических преобразователей, излучающих акустическую энергию в озвучиваемую среду, характеризуют величиной их электроакустического коэффициента полезного действия, представляющего собой отношение излучаемой акустической мощности к затрачиваемой электрической. В акустоэлектронике для оценки эффективности излучателей ультразвука используют так называемый коэффициент электрических потерь, равный отношению (в дБ) электрической мощности к акустической. Эффективность ультразвуковых инструментов, используемых при ультразвуковой сварке, механической обработке и тому подобное, характеризуют так называемым коэффициентом эффективности, представляющим собой отношение квадрата амплитуды колебательного смещения на рабочем конце концентратора к электрической мощности, потребляемой преобразователем. Иногда для характеристики преобразования энергии в излучателях ультразвука используют эффективный коэффициент электромеханической связи.

Ограничение скорости звука

Чтобы оценить ограничение скорости звука, группа исследователей из Лондонского университета Королевы Марии, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений в Троицке обнаружила, что ограничение скорости звука зависит от двух фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры (фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия) и отношения масс протона и электрона (одна из важных физических констант, известна с большой точностью — 1836,152672.).

Авторы исследования надеются, что полученные результаты будут иметь дальнейшее научное применение.

Исследователи предположили, что темп звука уменьшается с увеличением массы атома. Проверив это предположение на широком спектре разнообразных материалов, ученые пришли к выводу о том, что звук должен передаваться быстрее всего через твердый атомарный водород, который может существовать только при очень высоком давлении, например, в ядрах газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн (давление на самых больших планетах Солнечной системы превышает один миллион атмосфер). Находясь в твердом состоянии атомарный водород представляет собой металл со сверхпроводниковыми свойствами. После проведения сложных квантово-механических расчетов исследователи определили что в твердом атомарном водороде скорость звука ближе всего к теоретическому пределу.

Издание Science Alert приводит слова одного из авторов исследования физика Константин Траченко (Kostya Trachenko) из Лондонского университета Королевы Марии:

Ну что ж, будем ждать!

Рефракция звука

В неоднородной среде звуковые колебания могут менять направление в сторону слоя, где скорость меньше. Такое свойство получило название рефракции. Она может наблюдаться в атмосфере, толще земли, в водах Мирового океана.

Температурная

Рефракция в атмосфере зависит от температуры воздуха и наличия ветра.

На высоте 10–15 км от поверхности земли температура воздуха очень низкая, так же мала и скорость звука. Сигналы от земного источника в верхних слоях атмосферы загибаются вверх и перестают слышаться на земле. Образуется зона молчания.

В ночное время иногда возникает температурная инверсия, при которой на высоте более 20 км от земли нагреваются слои атмосферы. Происходит обратное явление: звук поворачивает вниз, многократно отражается от поверхности земли или воды. Формируется зона аномальной слышимости, по площади превосходящая зону молчания.

Рефракция в атмосфере зависит от ветра.

Под водой

Рефракция в толще воды обусловлена:

• ее соленостью;
• температурой;
• давлением.

По горизонтали рефракционная способность слабее, чем по вертикали, и проявляется на очень больших расстояниях, а также в зонах соприкосновения холодных и теплых течений, вокруг айсбергов.

Как распространяются световые и звуковые волны?

Итак, верхний предел скорости звука, согласно новым расчетам, составляет 36 километров в секунду, что примерно в два раза превышает скорость передачи звука через алмаз. Звук и свет путешествуют как волны, но ведут себя немного по-разному. Так, скорость звука определяется упругостью и плотностью среды, в газах и жидкостях она меньше, в твердых телах — больше. А вот в вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться.

Видимый свет – это разновидность электромагнитного излучения, названного так главным образом потому, что световые волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. Эти поля генерируют самоподдерживающуюся электромагнитную волну, которая может перемещаться в вакууме – и ее основная скорость составляет около трехсот тысяч километров в секунду. А вот путешествие через среду, такую как вода или атмосфера, замедляет ее.

Представьте себе механическую волну, которая вызвана вибрацией в среде. Когда волна проходит через среду, молекулы этой среды сталкиваются друг с другом, передавая энергию по ходу движения. Следовательно, чем жестче среда и чем сложнее ее сжать – тем быстрее распространяется звук. В жестком надежном материале, как алмаз, звук может путешествовать еще быстрее.

В жидкостях, в том числе в воде, звук мчится в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе.

Авторы нового исследования отмечают, что сейсмологи, например, используют звуковые волны, вызванные землетрясениями глубоко в недрах земли, чтобы понять характер сейсмических событий и внутреннее строение земли. Они также представляют интерес для материаловедов, потому что определяют упругие свойства материалов, их способность противостоять нагрузкам. Все вышеперечисленное означает, что существует определенная проблема с тем, чтобы установить ограничение скорости звука во Вселенной. Так как же исследователям это удалось?

Скорость звука

Этот показатель звуковой волны находится в прямой зависимости от характера среды, в которой она распространяется. Значимую роль здесь играют и влажность, и температура воздуха. В средних погодных условиях скорость звука составляет приблизительно 340 метров в секунду. В физике существует такое понятие, как сверхзвуковая скорость, которая всегда по значению больше, чем скорость звука. С такой скоростью распространяются звуковые волны при движении самолета. Самолет движется со сверхзвуковой скоростью и даже обгоняет звуковые волны, создаваемые им. Вследствие давления, постепенно увеличивающегося позади самолета, образуется ударная звуковая волна. Интересна и мало кому известна единица измерения такой скорости. Называется она Мах. 1 Мах равен скорости звука. Если волна движется со скоростью 2 Маха, значит, она распространяется в два раза быстрее, чем скорость звука.

Звуковые волны в музыке

Почему музыкальные инструменты издают те или иные звуки? Гитарные переборы, наигрыши пианино, низкие тона барабанов и труб, очаровывающий тонкий голосок флейты. Все эти и многие другие звуки возникают по причине колебаний воздуха или, другими словами, из-за появления звуковых волн. Но почему звучание музыкальных инструментов настолько разнообразное? Оказывается, это зависит от некоторых факторов. Первое – это форма инструмента, второе – материал, из которого он изготовлен.

Рассмотрим это на примере струнных инструментов. Они становятся источником звука, когда на струны воздействуют касанием. Вследствие этого они начинают производить колебания и посылать в окружающую среду разные звуки. Низкий звук какого-либо струнного инструмента обусловлен большей толщиной и длиной струны, а также слабостью ее натяжения. И наоборот, чем сильнее натянута струна, чем она тоньше и короче, тем более высокий звук получается в результате игры.

Не все частоты одинаково громкие

При этом матушка-природа наделила нас с вами достаточно избирательным слухом

Психоакустические исследования показывают, что лучше всего человек слышит самое для себя важное — человеческую речь. Эти звуки располагаются в диапазоне частот в районе 3000 Гц

Где-то в этом районе и находится максимальная чувствительность наших с вами ушей.

На других частотах она уменьшается, изменяясь в виде плавных кривых. Эти кривые показывают, с какой громкостью человек воспринимает звуковые колебания равной амплитуды. Эти данные важны не только для расчета акустических систем, но и для правильного понимания природы восприятия звука.

Они были получены статистическим способом, когда в субъективном оценивании громкости звучания на разных частотах принимало участие большое количество людей. В честь авторов этой научной разработки линии равной громкости называются кривыми Флетчера-Мэнсона.

Чем обусловлено звучание разных музыкальных инструментов

Принципы извлечения звуков одинаковы для всех инструментов, но получаемые мелодии разные.

Звучание инструмента обусловлено наличием:

• колеблющихся элементов (струн или воздушных столбов);
• механизма воздействия на них (пальцев музыканта, смычка скрипки и др.);
• резонатора для связи с окружающим воздухом.

Большинство музыкальных инструментов не позволяет получить звук одной частоты: дополнительно возникают обертоны и гармоники. Если в генерируемых сигналах гармоники отсутствуют, мелодии не образуются. В этом случае устройства (например, барабаны, литавры) используют для подчеркивания ритма.

Струнные инструменты

Пальцы гитариста или смычок скрипача приводят в движение струны. Звуковые волны от их колебаний передают энергию на корпус инструмента. Последний тоже начинает колебаться, а человеческое ухо воспринимает музыкальный сигнал.

Смычок скрипача создает движение струн.

На его качество влияют:

1. Материал, из которого сделан корпус инструмента. Так, домры изготавливают из белого клена, акустические гитары – из ливанского кедра, электрогитары – из пластика или оргстекла.
2. Форма и конфигурация инструмента. Это характеристики, которые изобретались и совершенствовались веками. Они не поддаются объяснению акустической наукой.
3. Длина и диаметр струн. Звук тем выше, чем тоньше струна.

Клавишные

У рояля и пианино механизм звучания одинаковый: на раму натянуты струны, вокруг них располагаются резонирующий корпус, клавиши и педали. При нажатии клавиш деревянные молоточки ударяют по струнам. Их вибрация создает звук.

Для каждой ноты настроена своя струна.

Тембр тона получается насыщенным и однородным по следующим причинам:

1. Из-за массивной деки диапазон формант очень широк.
2. Большинство гармоник возникает на низших частотах.
3. Удар молоточком в строго обозначенную точку струны подавляет диссонирующие с основной частотой гармоники.

При нажатии клавиш молоточки ударяют по струнам.

Духовые инструменты

Способы извлечения звука:

1. Колебания воздуха в трубе цилиндрической формы с острым краем резонатора.
2. Колебания гибкой поверхности язычка.

В первом случае поток воздуха выходит из щели и разбивается острым клинообразным препятствием. По разные стороны клина образуются вихри – «краевые тоны». Они возбуждают воздушные столбы во флейте, органе. При этом основная частота образуемых гармоник находится в обратной зависимости от длины трубы.

Во втором гибкий язычок (трость) колеблется в воздушном потоке. Когда воздух проходит через щель, трость втягивается в нее и перекрывает отверстие. При отсутствии потока она возвращается обратно и процесс повторяется. Так устроены кларнет, саксофон, гобой.

Ударные

Удар по телу барабана, ксилофона, треугольника возбуждает звуковые колебания.

Отличия ударных инструментов от клавишных:

1. Колеблющееся тело не ведет к образованию гармонических обертонов.
2. Тело инструмента звучит без дополнительного резонатора.

Вместо мембраны иногда используют стержень из твердого материала, как в ксилофоне, камертоне, металлическом треугольнике.

Кожаная мембрана в барабане округлой или овальной формы – двумерный аналог струны, но отличается от нее собственным набором частот без гармонического компонента. Гармоники все-таки можно получить, если в радиальном направлении изменить толщину мембраны. Так сделана табла – классический индийский инструмент.

Какие бывают диапазоны для наушников?

В технических характеристиках дорогостоящих наушников указывается частота в диапазоне, шире стандартного, в пределах слышимости среднестатистического человека: от 20 Гц до 20 кГц. С возрастом чувствительность слухового аппарата ослабевает, ухо воспринимает не все звуковые частоты. Обычно снижается верхняя планка. Это связано с физиологическими особенностями. У городских жителей, находящихся в замусоренном шумами звуковом пространстве, средний диапазон в пределах 15–17 кГц.

В действительности частотный показатель – формальная характеристика, не имеющая отношение к качеству звучания, воспроизводимого динамиками

Важно, с какой громкостью звучат звуки в пределах заданных частот. Ни один производитель не добился того, чтобы наушники воспроизводили весь спектр звуков с одинаковой громкостью

Но чем шире диапазон, тем меньше колебание амплитудно-частотных характеристик в нижней части. Звуки низкой частоты будут звучать качественнее.

Действие микрофона

Оно основано на преобразовании энергии звуковой волны в электрическую. В прямой зависимости при этом находятся сила тока и характер звука. Внутри любого микрофона расположена тонкая пластина, выполненная из металла. При воздействии звуком она начинает совершать колебательные движения. Спираль, с которой соединена пластинка, также вибрирует, в результате чего возникает электрический ток. Почему он появляется? Это связано с тем, что в микрофоне также встроены магниты. При колебаниях спирали между его полюсами и образуется электрический ток, который идет по спирали и далее — на звуковую колонку (громкоговоритель) или к технике для записи на информационный носитель (на кассету, диск, компьютер). Кстати, аналогичное строение имеет микрофон в телефоне. Но как действуют микрофоны на стационарном и мобильном телефоне? Начальная фаза одинакова для них – звук человеческого голоса передает свои колебания на пластинку микрофона, далее все по описанному выше сценарию: спираль, которая при движении замыкает два полюса, создается ток. А что дальше? Со стационарным телефоном все более-менее понятно – как и в микрофоне, звук, преобразованный в электрический ток, бежит по проводам. А как же обстоит дело с сотовым телефоном или, например, с рацией? В этих случаях звук превращается в энергию радиоволн и попадает на спутник. Вот и все.

Примеры [ править ]

Свет править

Полный спектр электромагнитного излучения с выделенной видимой частью

Видимый свет — это электромагнитная волна , состоящая из колеблющихся электрических и магнитных полей, перемещающихся в пространстве. Частота волны определяет ее цвет:4 × 10 14 Гц — красный свет,8 × 10 14  Гц — это фиолетовый свет, а между ними (в диапазоне 4-8 × 10 14  Гц ) — это все остальные цвета видимого спектра . Электромагнитная волна может иметь частоту меньше4 × 10 14  Гц , но он будет невидим для человеческого глаза; такие волны называются инфракрасным (ИК) излучением. На еще более низкой частоте волна называется микроволной , а на еще более низких частотах — радиоволной . Точно так же электромагнитная волна может иметь частоту выше, чем8 × 10 14  Гц , но он будет незаметен для человеческого глаза; такие волны называются ультрафиолетовым (УФ) излучением. Даже более высокочастотные волны называются рентгеновскими лучами , а более высокие — гамма-лучами .

Все эти волны, от радиоволн самой низкой частоты до гамма-лучей самой высокой частоты, в основном одинаковы, и все они называются электромагнитным излучением . Все они движутся через вакуум с одинаковой скоростью (скоростью света), давая им длины волн, обратно пропорциональные их частотам.

c = f λ {\displaystyle \displaystyle c=f\lambda }

где c — скорость света ( c в вакууме или меньше в других средах), f — частота, а λ — длина волны.

В диспергирующих средах , таких как стекло, скорость в некоторой степени зависит от частоты, поэтому длина волны не совсем обратно пропорциональна частоте.

Звук править

Звуковая волна спектр, с Ориентировочно некоторыми приложениями

Звук распространяется как механические колебательные волны давления и смещения в воздухе или других веществах. В целом частотные составляющие звука определяют его «цвет», его тембр . Когда говорят о частоте (в единственном числе) звука, это означает свойство, которое больше всего определяет высоту тона .

Частоты, которые может слышать ухо, ограничены определенным диапазоном частот . Диапазон слышимых частот для людей обычно составляет примерно от 20 Гц до 20 000 Гц (20 кГц), хотя верхний предел частоты обычно уменьшается с возрастом. У других видов другой диапазон слуха. Например, некоторые породы собак могут воспринимать вибрации до 60 000 Гц.

Во многих средах, таких как воздух, скорость звука приблизительно не зависит от частоты, поэтому длина звуковых волн (расстояние между повторениями) приблизительно обратно пропорционально частоте.

Линия текущая править

В Европе , Африке , Австралии , южной части Южной Америки , большей части Азии и России частота переменного тока в бытовых электрических розетках составляет 50 Гц (близка к тону G), тогда как в Северной Америке и северной части Южной Америки частота переменного тока в бытовых электрических розетках составляет 60 Гц (между тонами B ♭ и B, то есть на незначительную треть выше европейской частоты). Частота гула на аудиозаписи может показать, где была сделана запись, в странах, использующих европейскую или американскую частоту сети.

Свойства музыкального звука

Чем отличается музыкальный звук от любого другого? Это звук с одинаковыми и равномерно повторяющимися (т.е. периодическими) волновыми колебаниями. Звук с непериодическими, т.е. неодинаковыми и неравномерно повторяющимися колебаниями, не относят к музыкальному. Это шум, свист, вой, шелест, грохот, писк и многие другие звуки.

Другими словами, музыкальный звук обладает всеми теми же свойствами, что и любой другой, т.е. имеет высоту, громкость, тембр, но, только определенное сочетание этих свойств позволяет отнести звук к музыкальному. Что еще, кроме периодичности, имеет значение для музыкального звука?

Во-первых, музыкальным считается не весь слышимый диапазон, о чем мы будем подробнее говорить дальше. Во-вторых, для музыкального звука важна его длительность. Та или иная длительность звука на определенной высоте позволяет сделать акцент в музыке или, наоборот, оставить звучание плавным. Короткий звук в конце позволяет поставить логическую точку в музыкальном произведении, а длительный – оставить ощущение недосказанности у слушателей.

Собственно длительность звука зависит от продолжительности волновых колебаний. Чем дольше идут волновые колебания, тем дольше слышится звук. Чтобы понять взаимосвязь длительности музыкального звука и его остальных характеристик, стоит остановиться на таком аспекте как источник музыкального звука.

Почему одни звуки красивые, а другие нет?

Здесь почему-то тянет взять серый том Фейнмановских лекций и освежить воспоминания о рядах Фурье — но будем проще: любое колебание можно разложить на несколько колебаний с меньшей длиной волн. Эти меньшие волны — и есть гармоники, и сколько их укладывается в длине основной волны — две, три и т.д. — определяет их четность или нечетность. Как оказалось, нечетные гармоники воспринимаются нашим слухом дискомфортно. Причем вроде все играет правильно, но дискомфорт остается.

Более явный неприятный звук — диссонанс, две частоты, работающие одновременно и вызывающие редкие биения. Если хотите еще наглядней, то нажмите близлежащие черную и белую клавиши на пианино.

Есть и противоположность диссонанса — консонанс. Это сама благозвучность, например, — такой интервал, как октава (удвоение частоты), квинта или кварта. Кроме того, комфортности звучания мешают маскирующие его шумы различной природы, искажения и призвуки.

Ясно, что шум — то, что мешает в принципе. Звуковой мусор. Впрочем, есть и белый шум, этакий эталон шума, в котором присутствуют равномерно все частоты (точнее — спектральные составляющие). Если вы хотите уйти от источника белого шума, то по ходу удаления он будет розоветь. Это происходит потому, что воздух сильнее ослабляет верхние частоты слышимого спектра. Когда их меньше, тогда говорят о розовом шуме.

Чем громче шум по отношению к полезному звуку, тем больше этот звук маскируется шумом. Падает комфортность, а затем — и разборчивость звучания. Это же относится и к нечетным гармоникам, и к нелинейным искажениям, о которых мы еще поговорим более подробно. Все эти явления взаимосвязаны и, самое главное, — все они мешают нам слушать.

Скорость в протяженных твердых средах

В твердых средах большого объема, где влиянием границ можно пренебречь, возможны упругие волны двух типов: продольные и поперечные.

Деформация в продольной волне — это плоская деформация, т.е. одномерное сжатие (или разрежение) в направлении распространения волны. Деформация, соответствующая поперечной волне, — это сдвиговое смещение, перпендикулярное направлению распространения волны.

Скорость продольных волн в твердых материалах дается выражением

где C_L — модуль упругости для простой плоской деформации. Он связан с модулем объемной деформации В (определение которого дается ниже) и модулем сдвига m материала соотношением C_L = B + 4/3m. В таблице приводятся значения скоростей продольных волн для различных твердых материалов.

Скорость волн сдвига в протяженных твердых средах та же, что и скорость волн кручения в стержне из того же материала. Поэтому она дается выражением . Ее значения для обычных твердых материалов даны в таблице приведенной выше.

Спектр звукового импульса

Звуковую волну можно разложить на отдельные гармонические колебания. Их совокупность образует спектр.

Спектральный состав тонов представляют на плоскости координат: на оси абсцисс откладывают частоту, а на оси ординат – амплитуду, соответствующую интенсивности гармоники. На основании полученного графика определяют тип спектра.

Спектр звукового импульса раскладывает волну на колебания.

Линейным спектром обладают:

• чистые тоны;
• сигналы, имеющие периодическую форму;
• звуковые эффекты, полученные при сложении периодических волн.

К линейному спектру близки музыкальные сигналы.

Сплошной спектр характерен для шумов и затухающих звуков.

Комбинированный звуковой спектр имеют:

• технические устройства, в которых вращение двигателя накладывает на сплошной спектр дополнительные частотные компоненты;
• клавишные инструменты, когда удары молоточков в них приобретают шумовую окраску;
• человеческая речь с обилием гласных звуков, близких к музыкальным.

Эхолокация

Отражение звука используется в различных практических целях. Например, эхолокация. Она основана на том, что с помощью ультразвуковых волн можно определить расстояние до объекта, от которого эти волны отражаются. Расчеты осуществляются при измерении времени, за которое ульразвук доберется до места и вернется обратно. Способностью к эхолокации обладают многие животные. Например, летучие мыши, дельфины используют ее для поиска пищи. Другое применение эхолокация нашла в медицине. При исследованиях с помощью ультразвука образуется картинка внутренних органов человека. В основе такого метода находится то, что ультразвук, попадая в отличную от воздуха среду, возвращается обратно, формируя таким образом изображение.