กฎพื้นฐานของการแพร่กระจายเสียงรวมถึงกฎของการสะท้อนและการหักเหของเสียงที่ขอบเขตของสื่อต่าง ๆ เช่นเดียวกับการเลี้ยวเบนของเสียงและการกระเจิงของเสียงในที่ที่มีอุปสรรคและความไม่เท่ากันในตัวกลางและที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อ

ระยะการแพร่กระจายเสียงได้รับอิทธิพลจากปัจจัยการดูดกลืนเสียง กล่าวคือ การถ่ายโอนพลังงานคลื่นเสียงไปเป็นพลังงานประเภทอื่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นความร้อน ปัจจัยสำคัญก็คือทิศทางของการแผ่รังสีและความเร็วของการแพร่กระจายเสียงซึ่งขึ้นอยู่กับตัวกลางและสถานะเฉพาะของมัน

คลื่นเสียงแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดเสียงในทุกทิศทาง หากคลื่นเสียงผ่านรูขนาดค่อนข้างเล็ก คลื่นเสียงจะกระจายไปทุกทิศทางและไม่ไปในลำแสงที่กำหนด ตัวอย่างเช่น เสียงถนนที่เล็ดลอดผ่านหน้าต่างที่เปิดเข้ามาในห้องนั้นจะได้ยินทุกจุด ไม่ใช่แค่กับหน้าต่างเท่านั้น

ธรรมชาติของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงที่สิ่งกีดขวางนั้นขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างขนาดของสิ่งกีดขวางกับความยาวคลื่น หากขนาดของสิ่งกีดขวางมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น คลื่นจะไหลไปรอบๆ สิ่งกีดขวางนี้ และแพร่กระจายไปในทุกทิศทาง

คลื่นเสียงที่แทรกซึมจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมนั่นคือพวกมันหักเห มุมหักเหสามารถมากหรือน้อยกว่ามุมตกกระทบ ขึ้นอยู่กับตัวกลางของเสียง ถ้าความเร็วของเสียงในตัวกลางที่สองมากกว่า มุมหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ และในทางกลับกัน

เมื่อพบกับสิ่งกีดขวางระหว่างทางคลื่นเสียงจะถูกสะท้อนตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด - มุมของการสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ - แนวคิดของเสียงสะท้อนมีความเกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ หากเสียงสะท้อนจากพื้นผิวต่างๆ ในระยะที่ต่างกัน จะเกิดเสียงสะท้อนหลายครั้ง

เสียงแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นทรงกลมที่แยกออกไปซึ่งเติมปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น การสั่นของอนุภาคของตัวกลางจะอ่อนลง และเสียงจะกระจายไป เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในการเพิ่มระยะการส่งสัญญาณ เสียงจะต้องมีความเข้มข้นในทิศทางที่กำหนด เมื่อเราต้องการ เช่น ให้ได้ยิน เราเอามือปิดปากหรือใช้กระบอกเสียง

การเลี้ยวเบน กล่าวคือ การโก่งตัวของรังสีเสียง มีอิทธิพลอย่างมากต่อช่วงของการแพร่กระจายเสียง ยิ่งสื่อต่างกันมากเท่าใด ลำแสงเสียงก็จะยิ่งโค้งงอมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ ระยะการแพร่กระจายเสียงก็จะยิ่งสั้นลง

การขยายพันธุ์เสียง

คลื่นเสียงสามารถแพร่กระจายในอากาศ ก๊าซ ของเหลวและของแข็ง คลื่นไม่ก่อตัวในที่ที่ไม่มีอากาศ สามารถเห็นได้ง่ายจากการทดลองง่ายๆ หากวางกระดิ่งไฟฟ้าไว้ใต้ฝาปิดสุญญากาศเพื่อไล่อากาศออก เราจะไม่ได้ยินเสียงใดๆ แต่ทันทีที่ฝาปิดเต็มไปด้วยอากาศเสียงก็เกิดขึ้น

ความเร็วของการแพร่กระจายของการเคลื่อนที่แบบสั่นจากอนุภาคไปยังอนุภาคนั้นขึ้นอยู่กับตัวกลาง ในสมัยโบราณ นักรบเอาหูแตะพื้นและค้นพบกองทหารม้าของศัตรูเร็วกว่าที่ปรากฏในสายตา และนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Leonardo da Vinci เขียนไว้ในศตวรรษที่ 15 ว่า “ถ้าคุณอยู่ในทะเล ลดรูของท่อลงไปในน้ำ แล้วเอาปลายอีกข้างมาแนบหู คุณจะได้ยินเสียงเรือที่อยู่ไกลออกไป คุณ."

ความเร็วของเสียงในอากาศถูกวัดครั้งแรกในศตวรรษที่ 17 โดย Milan Academy of Sciences มีการติดตั้งปืนใหญ่บนเนินเขาแห่งหนึ่ง และเสาสังเกตการณ์ตั้งอยู่อีกด้านหนึ่ง เวลาถูกบันทึกทั้งในขณะที่ถ่ายภาพ (โดยใช้แฟลช) และในขณะที่รับสัญญาณเสียง จากระยะห่างระหว่างเสาสังเกตการณ์กับปืนกับเวลาแหล่งกำเนิดสัญญาณ ความเร็วในการกระจายเสียงจึงคำนวณได้ไม่ยากอีกต่อไป ปรากฎว่ามีค่าเท่ากับ 330 เมตรต่อวินาที

ในน้ำ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงถูกวัดครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 ที่ทะเลสาบเจนีวา เรือสองลำอยู่ห่างจากกันเป็นระยะทาง 13847 เมตร ในครั้งแรก ระฆังถูกแขวนไว้ใต้ก้น และในครั้งที่สอง ไฮโดรโฟนธรรมดา (แตร) ถูกหย่อนลงไปในน้ำ บนเรือลำแรกพร้อมๆ กับที่กริ่งถูกตี ดินปืนถูกจุดไฟ ผู้สังเกตการณ์คนที่สอง ในช่วงเวลาแห่งแสงแฟลช เขาเริ่มนาฬิกาจับเวลาและเริ่มรอสัญญาณเสียงจากกระดิ่งมาถึง . ปรากฎว่าเสียงเดินทางในน้ำเร็วกว่าในอากาศมากกว่า 4 เท่า กล่าวคือ ด้วยความเร็ว 1,450 เมตรต่อวินาที

ความเร็วในการถ่ายทอดเสียง

ยิ่งความยืดหยุ่นของตัวกลางสูงขึ้น ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้น: ในยาง50, ในอากาศ330, ในน้ำ1450, และในเหล็ก - 5000 เมตรต่อวินาที หากเราซึ่งอยู่ในมอสโกสามารถตะโกนดังจนเสียงไปถึงปีเตอร์สเบิร์ก จากนั้นเราจะได้ยินที่นั่นเพียงครึ่งชั่วโมงเท่านั้น และหากเสียงแพร่กระจายไปในระยะทางเดียวกันในเหล็กก็จะได้รับภายในสองนาที .

ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงได้รับอิทธิพลจากสถานะของสื่อเดียวกัน เมื่อเรากล่าวว่าเสียงเดินทางในน้ำด้วยความเร็ว 1450 เมตรต่อวินาที ไม่ได้หมายความว่าเสียงเดินทางในน้ำใดๆ และภายใต้สภาวะใดๆ ด้วยอุณหภูมิและความเค็มของน้ำที่เพิ่มขึ้นตลอดจนความลึกที่เพิ่มขึ้นและด้วยเหตุนี้แรงดันอุทกสถิตทำให้ความเร็วของเสียงเพิ่มขึ้น หรือเอาเหล็ก ที่นี่เช่นกัน ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิและองค์ประกอบเชิงคุณภาพของเหล็ก ยิ่งมีคาร์บอนมากเท่าไร เสียงก็ยิ่งเดินทางเร็วขึ้นเท่านั้น

เมื่อเจอสิ่งกีดขวางระหว่างทาง คลื่นเสียงจะถูกสะท้อนออกมาตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ คลื่นเสียงที่มาจากอากาศจะสะท้อนขึ้นจากผิวน้ำเกือบทั้งหมด และคลื่นเสียงที่มาจากแหล่งกำเนิดในน้ำจะสะท้อนลงมาด้านล่าง

คลื่นเสียงที่แทรกซึมจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง เบี่ยงเบนจากตำแหน่งเดิม กล่าวคือ ถูกหักเห มุมหักเหสามารถมากหรือน้อยกว่ามุมตกกระทบ ขึ้นอยู่กับสื่อที่เสียงแทรกซึม หากความเร็วของเสียงในตัวกลางที่สองมากกว่าในตัวกลางแรก มุมการหักเหของแสงจะมากกว่ามุมตกกระทบและในทางกลับกัน

ในอากาศ คลื่นเสียงแพร่กระจายไปในรูปของคลื่นทรงกลมแบบแยกตัว ซึ่งจะเติมปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากการสั่นสะเทือนของอนุภาคที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงจะถูกส่งไปยังมวลอากาศ อย่างไรก็ตาม เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น การสั่นของอนุภาคก็จะอ่อนลง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในการเพิ่มระยะการส่งสัญญาณเสียงจะต้องเน้นไปในทิศทางที่กำหนด เมื่อเราต้องการให้คนได้ยินดีขึ้น เราเอามือแตะปากหรือใช้เขา ในกรณีนี้ เสียงจะถูกลดทอนลง และคลื่นเสียงจะแพร่กระจายต่อไป

เมื่อความหนาของผนังเพิ่มขึ้น โซนาร์ที่ความถี่กลางต่ำจะเพิ่มขึ้น แต่เสียงสะท้อน "ร้ายกาจ" โดยบังเอิญ ซึ่งทำให้หายใจไม่ออกโซนาร์ เริ่มปรากฏขึ้นที่ความถี่ต่ำและจับพื้นที่ที่กว้างขึ้น

การขยายพันธุ์ของเสียงในน้ำ

ตกปลาหอก

การขยายพันธุ์ของเสียงในน้ำ .

เสียงเดินทางในน้ำเร็วกว่าอากาศห้าเท่า ความเร็วเฉลี่ยอยู่ที่ 1400 - 1500 m / s (ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในอากาศ 340 m / s) ดูเหมือนว่าการได้ยินในน้ำจะดีขึ้นด้วย ในความเป็นจริงนี้อยู่ไกลจากกรณี ท้ายที่สุด ความแรงของเสียงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของการแพร่กระจาย แต่ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของเสียงและความสามารถในการรับรู้ของอวัยวะการได้ยิน ในคอเคลียของหูชั้นในเป็นอวัยวะของ Corti ซึ่งประกอบด้วยเซลล์การได้ยิน คลื่นเสียงสั่นสะเทือนที่แก้วหู กระดูกหู และเยื่อหุ้มอวัยวะของคอร์ติ จากเซลล์ขนของหลัง รับรู้เสียงสั่นสะเทือน ประสาทกระตุ้นไปที่ศูนย์การได้ยิน ซึ่งอยู่ในกลีบขมับของสมอง

คลื่นเสียงสามารถเข้าสู่หูชั้นในของบุคคลได้สองวิธี: โดยการนำอากาศผ่านช่องหูภายนอก, แก้วหูและกระดูกหูของหูชั้นกลางและผ่านการนำกระดูก - การสั่นสะเทือนของกระดูกของกะโหลกศีรษะ บนพื้นผิวการนำอากาศมีอิทธิพลเหนือและใต้น้ำการนำกระดูก สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากประสบการณ์ง่ายๆ เอาฝ่ามือปิดหูทั้งสองข้าง บนพื้นผิว การได้ยินจะลดลงอย่างรวดเร็ว แต่ไม่ได้สังเกตใต้น้ำ

ดังนั้นเสียงใต้น้ำจึงถูกรับรู้โดยการนำกระดูกเป็นหลัก ทฤษฎีนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความต้านทานเสียงของน้ำเข้าใกล้ความต้านทานเสียงของเนื้อเยื่อมนุษย์ ดังนั้นการสูญเสียพลังงานระหว่างการเปลี่ยนคลื่นเสียงจากน้ำไปยังกระดูกของศีรษะมนุษย์จึงน้อยกว่าในอากาศ การนำอากาศใต้น้ำเกือบจะหายไปเนื่องจากช่องหูภายนอกเต็มไปด้วยน้ำและชั้นอากาศเล็ก ๆ ใกล้กับแก้วหูส่งเสียงสั่นสะเทือนอย่างอ่อน

การทดลองพบว่าการนำกระดูกต่ำกว่าการนำอากาศ 40% ดังนั้นการได้ยินใต้น้ำโดยทั่วไปจึงด้อยลง ช่วงของการได้ยินพร้อมการนำเสียงของกระดูกนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแรงเท่าของโทนมากนัก: ยิ่งโทนเสียงสูงเท่าไหร่ ก็ยิ่งได้ยินเสียงไกลขึ้นเท่านั้น

โลกใต้น้ำสำหรับบุคคลคือโลกแห่งความเงียบที่ไม่มีเสียงรบกวนจากภายนอก ดังนั้นสัญญาณเสียงที่ง่ายที่สุดจึงสามารถรับรู้ใต้น้ำได้ในระยะทางที่ไกลพอสมควร บุคคลได้ยินเสียงระเบิดบนกระป๋องโลหะแช่ในน้ำในระยะ 150-200 ม. เสียงสั่นที่ 100 ม. กระดิ่งที่ 60 ม.

เสียงที่เกิดขึ้นใต้น้ำมักจะไม่ได้ยินบนพื้นผิว เช่นเดียวกับที่ไม่ได้ยินเสียงจากภายนอกใต้น้ำ หากต้องการรับรู้เสียงใต้น้ำ คุณต้องดำน้ำอย่างน้อยบางส่วน หากคุณลงไปในน้ำจนถึงหัวเข่า คุณจะเริ่มรับรู้ถึงเสียงที่ไม่เคยได้ยินมาก่อน ในขณะที่คุณดำน้ำ ระดับเสียงจะเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะได้ยินได้ดีเมื่อจุ่มศีรษะ

เพื่อให้สัญญาณเสียงจากพื้นผิว จำเป็นต้องลดแหล่งกำเนิดเสียงลงในน้ำอย่างน้อยครึ่งหนึ่ง และความแรงของเสียงจะเปลี่ยนไป การวางแนวใต้น้ำด้วยหูเป็นเรื่องยากมาก ในอากาศ เสียงมาถึงหูข้างหนึ่งเร็วกว่าอีกข้างหนึ่ง 0.00003 วินาที สิ่งนี้ช่วยให้คุณกำหนดตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียงโดยมีข้อผิดพลาดเพียง 1-3 ° ใต้น้ำ หูทั้งสองข้างจะรับรู้เสียงพร้อมกัน ดังนั้นจึงไม่มีการรับรู้ทิศทางที่ชัดเจน ข้อผิดพลาดในการวางแนวคือ 180°

ในการทดลองชุดพิเศษ เฉพาะนักประดาน้ำแต่ละคนหลังจากเร่ร่อนมานานและ การค้นหาไปยังตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียงซึ่งอยู่ห่างจากพวกเขา 100-150 ม. สังเกตว่าการฝึกอบรมอย่างเป็นระบบเป็นเวลานานทำให้สามารถพัฒนาความสามารถในการนำทางด้วยเสียงใต้น้ำได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ทันทีที่การฝึกหยุด ผลลัพธ์ของการฝึกจะเป็นโมฆะ

3281 ถู

305 ถู

ชุดชุดชั้นในเก็บอุณหภูมิ (จัมเปอร์และเลกกิ้ง) ผลิตจากวัสดุคุณภาพสูง จั๊มเปอร์แขนยาว. เลกกิ้งมีปลายแขน แต่งแถบยางยืดที่เอวกว้าง 2.5 ซม. ส่วนประกอบ: polyviscose - 50%, โพลีเอสเตอร์ - 50%

1950 ถู

ชุดชั้นในกันความร้อน Norfin Thermo Line
ด้านล่าง "ระบายอากาศ" ชุดชั้นในระบายความร้อนบางแยกสำหรับกิจกรรมสูง สวมใส่บนร่างกายที่เปลือยเปล่า สามารถใช้สวมใส่ได้ทุกวันในสภาพอากาศเย็น
ลักษณะเฉพาะ:
ขอบเอวยางยืด.
ข้อมือยางยืดที่แขนและกางเกง

1216 ถู

เสียงเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นคลื่นยืดหยุ่นที่อยู่ในขอบเขตของการได้ยินของหูมนุษย์ในช่วงของการสั่นจาก 16 Hzมากถึง 20 กิโลเฮิรตซ์การสั่นที่มีความถี่ต่ำกว่า 16 Hzเรียกว่าอินฟราซาวน์กว่า 20 kHz-อัลตราซาวนด์

น้ำมีความหนาแน่นและอัดตัวได้น้อยกว่าอากาศ ในเรื่องนี้ความเร็วของเสียงในน้ำนั้นมากกว่าในอากาศสี่เท่าครึ่งและเท่ากับ 1440 เมตร/วินาทีความถี่การสั่นสะเทือนของเสียง (เปลือย)สัมพันธ์กับความยาวคลื่น (แลมบ์ดา) โดยความสัมพันธ์: ค= แลมบ์ดานูเสียงแพร่กระจายในน้ำโดยไม่กระจาย ความเร็วของเสียงในน้ำจะแตกต่างกันไปตามพารามิเตอร์ 2 ตัว ได้แก่ ความหนาแน่นและอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 1° ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในความเร็วของเสียง 3.58 ม ต่อวินาที. หากเราตามความเร็วของการแพร่กระจายเสียงจากพื้นผิวไปยังด้านล่าง ปรากฎว่าในตอนแรกเนื่องจากอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วจึงลดลงถึงต่ำสุดที่ระดับความลึกบางอย่างและจากนั้นด้วยความลึกก็เริ่ม เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงดันน้ำที่เพิ่มขึ้นซึ่งเป็นที่รู้จักกันเพิ่มขึ้นประมาณ1 ATM สำหรับทุกๆ 10 ม ความลึก

เริ่มต้นจากความลึกประมาณ 1200 ม, เมื่ออุณหภูมิของน้ำคงที่ในทางปฏิบัติ การเปลี่ยนแปลงของความเร็วของเสียงเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน “ที่ระดับความลึกประมาณ 1200 ม (สำหรับมหาสมุทรแอตแลนติก) มีค่าต่ำสุดสำหรับความเร็วของเสียง ที่ความลึกมากขึ้นเนื่องจากความดันที่เพิ่มขึ้นความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง เนื่องจากรังสีเสียงมักจะโค้งเข้าหาพื้นที่ของตัวกลางที่มีความเร็วต่ำที่สุด พวกมันจึงรวมตัวอยู่ในชั้นด้วยความเร็วเสียงต่ำสุด” (Krasilnikov, 1954) ชั้นนี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์โซเวียต L.D. Rozenberg และ L.M. Brekhovskikh เรียกว่า "ช่องเสียงใต้น้ำ" เสียงที่เข้าสู่ช่องสัญญาณเสียงสามารถแพร่กระจายในระยะทางไกลโดยไม่มีการลดทอน คุณลักษณะนี้ต้องคำนึงถึงเมื่อพิจารณาถึงสัญญาณเสียงของปลาทะเลน้ำลึก

การดูดซับเสียงในน้ำน้อยกว่าอากาศ 1,000 เท่า แหล่งกำเนิดเสียงในอากาศด้วยกำลัง 100 กิโลวัตต์ในน้ำสามารถได้ยินได้ไกลถึง15 กม.; แหล่งกำเนิดเสียงในน้ำ 1 กิโลวัตต์ได้ยินในระยะ 30-40 กม.เสียงที่มีความถี่ต่างกันจะถูกดูดกลืนต่างกัน: เสียงความถี่สูงจะถูกดูดซับอย่างแรงที่สุดและเสียงความถี่ต่ำจะถูกดูดซับน้อยที่สุด การดูดซับเสียงในน้ำต่ำทำให้สามารถใช้โซนาร์และส่งสัญญาณได้ พื้นที่น้ำเต็มไปด้วยเสียงที่แตกต่างกันจำนวนมาก เสียงของแหล่งน้ำในมหาสมุทรโลกดังที่แสดงโดย Wenz นักบำบัดด้วยพลังน้ำชาวอเมริกัน (Wenz, 1962) เกิดขึ้นจากปัจจัยต่อไปนี้: กระแสน้ำ กระแสน้ำ ลม แผ่นดินไหวและสึนามิ กิจกรรมของมนุษย์ในอุตสาหกรรม และชีวิตทางชีววิทยา ธรรมชาติของเสียงที่เกิดจากปัจจัยต่างๆ แตกต่างกันไปทั้งในชุดของความถี่เสียงและความเข้ม ในรูป รูปที่ 2 แสดงการพึ่งพาสเปกตรัมและระดับความดันของเสียงของมหาสมุทรโลกกับปัจจัยที่ก่อให้เกิด

ในส่วนต่างๆ ของมหาสมุทรโลก องค์ประกอบของเสียงจะถูกกำหนดโดยส่วนประกอบต่างๆ ในกรณีนี้ ด้านล่างและชายฝั่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อองค์ประกอบของเสียง

ดังนั้นองค์ประกอบและความเข้มของเสียงในส่วนต่างๆ ของมหาสมุทรโลกจึงมีความหลากหลายอย่างมาก มีสูตรเชิงประจักษ์ที่แสดงการพึ่งพาความเข้มของเสียงทะเลกับความรุนแรงของปัจจัยที่ก่อให้เกิดเสียงดังกล่าว อย่างไรก็ตาม เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ เสียงรบกวนจากมหาสมุทรมักจะถูกวัดโดยสังเกตจากประสบการณ์

ควรสังเกตว่าท่ามกลางเสียงของมหาสมุทรโลก เสียงอุตสาหกรรมที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นรุนแรงที่สุด: เสียงของเรือ, เสียงลากอวน ฯลฯ ตามที่ Shane (1964) ได้กล่าวไว้ เสียงเหล่านี้มีความเข้มข้นมากกว่าเสียงอื่นๆ 10-100 เท่า ของมหาสมุทรโลก อย่างไรก็ตาม ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 2 องค์ประกอบของสเปกตรัมค่อนข้างแตกต่างจากองค์ประกอบสเปกตรัมของเสียงที่เกิดจากปัจจัยอื่น

เมื่อแพร่กระจายในน้ำ คลื่นเสียงสามารถสะท้อน หักเห ดูดซับ เลี้ยวเบน และแทรกแซงได้

เมื่อเจอสิ่งกีดขวางระหว่างทาง คลื่นเสียงสามารถสะท้อนออกมาได้ในกรณีที่ความยาวคลื่นของพวกมัน (แลมบ์ดา)น้อยกว่าขนาดของสิ่งกีดขวางหรือหมุน (diffract) ไปในกรณีที่ความยาวคลื่นของพวกมันมากกว่าสิ่งกีดขวาง ในกรณีนี้ เราสามารถได้ยินสิ่งที่เกิดขึ้นเบื้องหลังสิ่งกีดขวางโดยไม่เห็นแหล่งที่มาโดยตรง เมื่อตกลงบนสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงในกรณีหนึ่งสามารถสะท้อนได้ ในอีกกรณีหนึ่งพวกเขาสามารถเจาะเข้าไปได้ (ถูกดูดซับโดยมัน) ค่าของพลังงานของคลื่นสะท้อนขึ้นอยู่กับความแรงของอิมพีแดนซ์อะคูสติกที่เรียกว่าสื่อ "p1c1" และ "p2c2" แตกต่างกันมากเพียงใดบนอินเทอร์เฟซของคลื่นเสียงที่ตกลงมา ภายใต้ความต้านทานเสียงของตัวกลางหมายถึงผลคูณของความหนาแน่นของตัวกลางที่กำหนด p และความเร็วของการแพร่กระจายเสียง กับในตัวเธอ ยิ่งมีความแตกต่างในอิมพีแดนซ์อะคูสติกของสื่อมากเท่าใด พลังงานส่วนใหญ่ก็จะสะท้อนออกมาจากการแยกตัวกลางทั้งสอง และในทางกลับกัน ในกรณีเช่น เสียงที่ตกลงมาจากอากาศ rsซึ่ง 41 ลงไปในน้ำ rsซึ่งเท่ากับ 150,000 สะท้อนออกมาตามสูตรดังนี้

ในการเชื่อมต่อกับข้างต้น เสียงแทรกซึมเข้าไปในร่างกายที่เป็นของแข็งจากน้ำได้ดีกว่าจากอากาศ จากอากาศสู่น้ำ เสียงแทรกซึมได้ดีผ่านพุ่มไม้หรือต้นอ้อที่ยื่นออกมาเหนือผิวน้ำ

ในการเชื่อมต่อกับการสะท้อนของเสียงจากสิ่งกีดขวางและธรรมชาติของคลื่น การเพิ่มหรือการลบแอมพลิจูดของแรงดันเสียงในความถี่เดียวกันที่มาถึงจุดที่กำหนดในอวกาศสามารถเกิดขึ้นได้ ผลที่ตามมาที่สำคัญของการเพิ่มดังกล่าว (การรบกวน) คือการก่อตัวของคลื่นนิ่งเมื่อสะท้อน ตัวอย่างเช่น หากส้อมเสียงถูกทำให้สั่นโดยนำมันเข้ามาใกล้และห่างจากผนังมากขึ้น เราจะได้ยินการเพิ่มและลดระดับเสียงอันเนื่องมาจากลักษณะของแอนติโนดและโหนดในสนามเสียง โดยปกติ คลื่นนิ่งจะเกิดขึ้นในภาชนะปิด: ในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ สระน้ำ ฯลฯ โดยมีแหล่งกำเนิดเสียงเป็นเวลานาน

ในสภาพที่แท้จริงของทะเลหรืออ่างเก็บน้ำธรรมชาติอื่น ๆ ในระหว่างการขยายพันธุ์ของเสียงจะสังเกตเห็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนมากมายที่เกิดขึ้นจากความแตกต่างของสภาพแวดล้อมทางน้ำ อิทธิพลอย่างใหญ่หลวงต่อการขยายพันธุ์ของเสียงในแหล่งกักเก็บธรรมชาตินั้นกระทำโดยด้านล่างและส่วนต่อประสาน (น้ำ - อากาศ) อุณหภูมิและความแตกต่างของเกลือ ความดันอุทกสถิต ฟองอากาศ และสิ่งมีชีวิตแพลงตอน ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับอากาศและด้านล่าง รวมถึงความแตกต่างของน้ำ นำไปสู่ปรากฏการณ์การหักเหของแสง (ความโค้งของรังสีเสียง) หรือการสะท้อนกลับ (การสะท้อนหลายครั้งของรังสีเสียง)

ฟองน้ำ แพลงก์ตอน และสารแขวนลอยอื่นๆ มีส่วนในการดูดซับเสียงในน้ำ การหาปริมาณของปัจจัยต่าง ๆ เหล่านี้ยังไม่ได้รับการพัฒนา จำเป็นต้องคำนึงถึงเมื่อตั้งค่าการทดลองทางเสียง

ให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในน้ำเมื่อมีการเปล่งเสียงออกมา

ลองนึกภาพแหล่งกำเนิดเสียงเป็นทรงกลมที่เต้นเป็นจังหวะในพื้นที่ที่ไม่มีที่สิ้นสุด พลังงานเสียงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดดังกล่าวจะถูกลดทอนแบบผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากจุดศูนย์กลาง

พลังงานของคลื่นเสียงที่เกิดขึ้นนั้นสามารถจำแนกได้ด้วยพารามิเตอร์สามตัว: ความเร็ว ความดัน และการกระจัดของอนุภาคน้ำที่สั่น พารามิเตอร์สองตัวสุดท้ายเป็นที่สนใจเป็นพิเศษเมื่อพิจารณาถึงความสามารถในการได้ยินของปลา ดังนั้นเราจะพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติม

Harris และ Bergeldzhik (Harris a. Berglijk, 1962) กล่าวโดย Harris และ Berglijk ในปี 1962 การแพร่กระจายของคลื่นความดันและผลกระทบของการกระจัดถูกนำเสนอต่างกันในระยะใกล้ (ที่ระยะความยาวคลื่นน้อยกว่าหนึ่งช่วงของเสียง) และระยะไกล (ที่ระยะความยาวคลื่นมากกว่าหนึ่งช่วงคลื่นของ เสียง) สนามอะคูสติก

ในสนามเสียงไกล ความดันลดทอนผกผันกับระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง ในกรณีนี้ ในสนามเสียงไกล แอมพลิจูดของดิสเพลสเมนต์จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแอมพลิจูดของแรงดันและเชื่อมต่อกันด้วยสูตร:

ที่ไหน R - แรงดันเสียงใน ไดน์/ซม. 2 ;

d- ค่าการกระจัดของอนุภาคใน ซม.

ในสนามเสียงใกล้ การพึ่งพาอาศัยกันระหว่างแรงดันและแอมพลิจูดการกระจัดจะแตกต่างกัน:

ที่ไหน R- แรงดันเสียงใน ไดน์/ซม. 2 ;

d - การกระจัดของอนุภาคน้ำใน ซม.;

ฉ - ความถี่การสั่นใน เฮิร์ตซ์;

rs- ค่าความต้านทานเสียงของน้ำเท่ากับ 150,000 g/cm2 วินาที 2 ;

แลมบ์ดาคือความยาวคลื่นของเสียงใน ม; r - ระยะห่างจากศูนย์กลางของทรงกลมที่เต้นเป็นจังหวะ

ผม= SQR ผม

จากสูตรจะเห็นได้ว่าแอมพลิจูดการกระจัดในสนามเสียงใกล้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น เสียง และระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง

ที่ระยะทางน้อยกว่าความยาวคลื่นของเสียงที่เป็นปัญหา แอมพลิจูดการกระจัดจะลดลงผกผันกับกำลังสองของระยะทาง:

ที่ไหน แต่ คือรัศมีของทรงกลมที่เต้นเป็นจังหวะ

ดี- เพิ่มรัศมีของทรงกลมเนื่องจากการเต้นเป็นจังหวะ r คือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม

ปลาดังที่แสดงด้านล่างมีเครื่องรับสองประเภท บางคนรับรู้แรงกดดันในขณะที่คนอื่นรับรู้การกระจัดของอนุภาคน้ำ สมการข้างต้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประเมินการตอบสนองของปลาต่อแหล่งกำเนิดเสียงใต้น้ำอย่างถูกต้อง

ในการเชื่อมต่อกับการปล่อยเสียง เราสังเกตปรากฏการณ์อีกสองประการที่เกี่ยวข้องกับตัวปล่อย: ปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องและทิศทางของตัวปล่อย

การปล่อยเสียงโดยร่างกายเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือน แต่ละร่างมีความถี่การสั่นของตัวเอง ซึ่งพิจารณาจากขนาดของร่างกายและคุณสมบัติยืดหยุ่นของมัน หากร่างกายดังกล่าวถูกสั่นคลอนความถี่ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ของมันเองปรากฏการณ์ของการเพิ่มขึ้นอย่างมากในแอมพลิจูดของการสั่นเกิดขึ้น - การสั่นพ้อง การใช้แนวคิดเรื่องการสั่นพ้องทำให้สามารถกำหนดคุณสมบัติทางเสียงบางอย่างของตัวปล่อยและตัวรับปลาได้ การแผ่รังสีเสียงลงสู่น้ำอาจเป็นแบบทิศทางหรือแบบไม่มีทิศทางก็ได้ ในกรณีแรก พลังงานเสียงแพร่กระจายไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเป็นหลัก กราฟแสดงการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานเสียงของแหล่งกำเนิดเสียงที่กำหนดเรียกว่าไดอะแกรมไดเรกทีฟ ทิศทางของการแผ่รังสีจะสังเกตได้ในกรณีที่เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวปล่อยมีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นของเสียงที่ปล่อยออกมา

ในกรณีของการแผ่รังสีรอบทิศทาง พลังงานเสียงจะแปรผันอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นของเสียงที่ปล่อยออกมาเกินเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวปล่อย แลมบ์ดา>2A.กรณีที่สองเป็นเรื่องปกติมากที่สุดสำหรับหม้อน้ำใต้น้ำความถี่ต่ำ โดยปกติ ความยาวคลื่นของเสียงความถี่ต่ำจะใหญ่กว่าขนาดของตัวปล่อยใต้น้ำที่ใช้มาก ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับตัวปล่อยปลา ในกรณีเหล่านี้ ไม่มีรูปแบบการแผ่รังสีของตัวปล่อย ในบทนี้ ได้มีการกล่าวถึงคุณสมบัติทางกายภาพทั่วไปบางประการของเสียงในสภาพแวดล้อมทางน้ำที่เกี่ยวข้องกับชีวอะคูสติกของปลา คำถามเกี่ยวกับอะคูสติกที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นจะได้รับการพิจารณาในส่วนที่เกี่ยวข้องของหนังสือ

โดยสรุป ให้เราพิจารณาระบบการวัดเสียงที่ใช้โดยผู้เขียนหลายคน เสียงสามารถแสดงออกได้ด้วยความเข้ม ความกดดัน หรือระดับความกดดัน

ความเข้มของเสียงในหน่วยสัมบูรณ์วัดด้วยตัวเลข erg / วินาที-cm 2, หรือ กว้าง/ซม.2ในเวลาเดียวกัน 1 เอิร์ก/วินาที=10 -7อ.

วัดความดันเสียงใน บาร์

มีความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มและความกดดันของเสียง:

ซึ่งสามารถใช้ในการแปลงค่าเหล่านี้จากที่หนึ่งไปอีก

ไม่บ่อยนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาการได้ยินของปลา เนื่องจากค่าธรณีประตูที่หลากหลาย ความดันเสียงจึงแสดงเป็นหน่วยเดซิเบลลอการิทึมสัมพัทธ์ ฐานข้อมูลถ้าความดันเสียงหนึ่งเสียง Rและอีกตัว R o ก็ถือว่าเสียงแรกดังกว่าเสียงที่สองโดย kdbและคำนวณตามสูตร:

ในกรณีนี้นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้ค่าเกณฑ์ของการได้ยินของมนุษย์เท่ากับ 0.0002 เป็นศูนย์การอ่านของความดันเสียง P o บาร์สำหรับความถี่ 1000 เฮิร์ตซ์

ข้อดีของระบบดังกล่าวคือความเป็นไปได้ของการเปรียบเทียบโดยตรงของการได้ยินของมนุษย์กับปลา ข้อเสียคือความยากในการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากเสียงและการได้ยินของปลา

ค่าที่แท้จริงของความดันเสียงที่สร้างขึ้นโดยปลาคือสี่ถึงหกคำสั่งของขนาดที่สูงกว่าระดับศูนย์ที่ยอมรับ (0.0002 บาร์),และระดับธรณีประตูของการได้ยินของปลาต่างๆ อยู่ทั้งด้านบนและด้านล่างของการนับศูนย์ตามเงื่อนไข

ดังนั้น เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบเสียงและการได้ยินของปลา นักเขียนชาวอเมริกัน (Tavolga และ Wodinsky, 1963 เป็นต้น) ให้ใช้กรอบอ้างอิงที่แตกต่างกัน

ความดันเสียง 1 บาร์,ซึ่งก็คือ 74 dbสูงกว่าที่เคยรับไว้

ด้านล่างนี้เป็นอัตราส่วนโดยประมาณของทั้งสองระบบ

ค่าจริงในระบบอ้างอิงของอเมริกาจะมีเครื่องหมายดอกจันในข้อความ

พลังเสียง (จากภาษากรีก. ไฮโดร- น้ำ, acusticococcus- การได้ยิน) - ศาสตร์แห่งปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางน้ำและเกี่ยวข้องกับการขยายพันธุ์ การปล่อย และการรับคลื่นเสียง รวมถึงการพัฒนาและการสร้างอุปกรณ์พลังน้ำสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา

พลังเสียง- ศาสตร์ที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วในปัจจุบันและมีอนาคตที่ดีอย่างไม่ต้องสงสัย การปรากฏตัวของมันถูกนำหน้าด้วยเส้นทางยาวของการพัฒนาอะคูสติกเชิงทฤษฎีและประยุกต์ เราพบข้อมูลแรกเกี่ยวกับการสำแดงความสนใจของมนุษย์ในการขยายพันธุ์ของเสียงในน้ำในบันทึกของนักวิทยาศาสตร์ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาที่มีชื่อเสียง Leonardo da Vinci:

การวัดระยะทางครั้งแรกโดยใช้เสียงทำโดยนักวิชาการชาวรัสเซีย Ya. D. Zakharov เมื่อวันที่ 30 มิถุนายน ค.ศ. 1804 เขาขึ้นบอลลูนเพื่อจุดประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ และในเที่ยวบินนี้ เขาได้ใช้การสะท้อนของเสียงจากพื้นผิวโลกเพื่อกำหนดระดับความสูงของเที่ยวบิน ขณะอยู่ในตะกร้าบอล เขาตะโกนเสียงดังใส่เขาลงไป หลังจากผ่านไป 10 วินาที เสียงก้องที่ได้ยินชัดเจนก็ดังขึ้น จากสิ่งนี้ Zakharov สรุปว่าความสูงของลูกบอลเหนือพื้นดินอยู่ที่ประมาณ 5 x 334 = 1670 ม. วิธีการนี้เป็นพื้นฐานของวิทยุและโซนาร์

นอกเหนือจากการพัฒนาประเด็นทางทฤษฎีในรัสเซียแล้ว ยังมีการศึกษาภาคปฏิบัติเกี่ยวกับปรากฏการณ์การแพร่กระจายของเสียงในทะเลอีกด้วย พลเรือเอก S.O. Makarov ในปี 1881 - 1882 เสนอให้ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า fluctometer เพื่อส่งข้อมูลความเร็วของกระแสน้ำที่อยู่ใต้น้ำ นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใหม่ - telemetry hydroacoustic

แบบแผนของสถานีไฮโดรโฟนิกของโรงงานบอลติกรุ่น 2450: 1 - ปั๊มน้ำ; 2 - ไปป์ไลน์; 3 - เครื่องปรับความดัน; 4 - ชัตเตอร์ไฮดรอลิกแม่เหล็กไฟฟ้า (วาล์วโทรเลข); 5 - คีย์โทรเลข; 6 - ตัวปล่อยเมมเบรนไฮดรอลิก 7 - กระดานของเรือ; 8 - ถังน้ำ; 9 - ไมโครโฟนที่ปิดสนิท

ในยุค 1890 ที่อู่ต่อเรือบอลติกตามความคิดริเริ่มของกัปตันอันดับ 2 M.N. Beklemishev งานเริ่มพัฒนาอุปกรณ์สื่อสารพลังน้ำ การทดสอบครั้งแรกของเครื่องส่งสัญญาณ hydroacoustic สำหรับการสื่อสารใต้น้ำได้ดำเนินการเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ในสระทดลองในท่าเรือ Galernaya ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แรงสั่นสะเทือนที่ปล่อยออกมานั้นได้ยินเป็นอย่างดีเป็นระยะทาง 7 ไมล์บนประภาคารลอยน้ำเนฟสกี จากผลการวิจัยในปี พ.ศ. 2448 สร้างอุปกรณ์สื่อสารแบบ Hydroacoustic เครื่องแรกซึ่งมีไซเรนใต้น้ำพิเศษที่ควบคุมโดยปุ่มโทรเลขเล่นบทบาทของเครื่องส่งสัญญาณและไมโครโฟนคาร์บอนซึ่งติดตั้งจากด้านในของตัวเรือทำหน้าที่เป็นเครื่องรับสัญญาณ สัญญาณถูกบันทึกโดยเครื่องมอร์สและทางหู ต่อมา ไซเรนถูกแทนที่ด้วยอีซีแอลชนิดเมมเบรน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่เรียกว่าสถานีไฮโดรโฟนิกเพิ่มขึ้นอย่างมาก การทดลองทางทะเลของสถานีใหม่เกิดขึ้นในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2451 ในทะเลดำซึ่งช่วงการรับสัญญาณที่เชื่อถือได้เกิน 10 กม.

สถานีอนุกรมแห่งแรกสำหรับการสื่อสารใต้น้ำเสียงที่ออกแบบโดยอู่ต่อเรือบอลติกในปี 1909-1910 ติดตั้งบนเรือดำน้ำ "ปลาคาร์พ", "กุดเจน", "สเตอเล็ต", « ปลาแมคเคอเรล" และ " Perch» . เมื่อติดตั้งสถานีบนเรือดำน้ำ เพื่อลดสัญญาณรบกวน ตัวรับสัญญาณถูกติดตั้งไว้ที่ท้ายเรือแบบพิเศษที่ลากด้วยสายเคเบิล ชาวอังกฤษตัดสินใจคล้ายคลึงกันเฉพาะในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเท่านั้น จากนั้นแนวคิดนี้ก็ถูกลืมไป และในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เท่านั้นจึงถูกนำมาใช้อีกครั้งในประเทศต่างๆ ในการสร้างสถานีเรือโซนาร์ที่ป้องกันเสียงรบกวน

แรงผลักดันในการพัฒนาระบบไฮโดรอะคูสติกคือสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ระหว่างสงคราม กลุ่มประเทศ Entente ประสบความสูญเสียอย่างหนักในพ่อค้าและกองทัพเรือเนื่องจากการกระทำของเรือดำน้ำเยอรมัน มีความจำเป็นต้องหาวิธีที่จะต่อสู้กับพวกเขา พวกเขาถูกพบในไม่ช้า เรือดำน้ำในตำแหน่งที่จมอยู่ใต้น้ำสามารถได้ยินโดยเสียงที่เกิดจากใบพัดและกลไกการทำงาน อุปกรณ์ที่ตรวจจับวัตถุที่มีเสียงดังและระบุตำแหน่งของวัตถุนั้นเรียกว่าเครื่องค้นหาทิศทางเสียงรบกวน นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส P. Langevin ในปี 1915 แนะนำให้ใช้เครื่องรับที่ละเอียดอ่อนที่ทำจากเกลือ Rochelle สำหรับสถานีค้นหาทิศทางเสียงแรก

พื้นฐานของ hydroacoustics

คุณสมบัติของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำ

ส่วนประกอบของเหตุการณ์ที่เกิดเสียงสะท้อน

จุดเริ่มต้นของการวิจัยที่ครอบคลุมและเป็นพื้นฐานเกี่ยวกับการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำถูกวางไว้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งถูกกำหนดโดยความจำเป็นในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติของกองทัพเรือและประการแรกคือเรือดำน้ำ งานทดลองและทฤษฎีดำเนินต่อไปในปีหลังสงครามและสรุปเป็นเอกสารหลายฉบับ จากผลงานเหล่านี้ คุณลักษณะบางอย่างของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในน้ำได้รับการระบุและปรับปรุง: การดูดซับ การลดทอน การสะท้อนและการหักเหของแสง

การดูดซับพลังงานคลื่นเสียงในน้ำทะเลเกิดจากสองกระบวนการ: แรงเสียดทานภายในของตัวกลางและการแยกตัวของเกลือที่ละลายในน้ำทะเล กระบวนการแรกแปลงพลังงานของคลื่นเสียงเป็นพลังงานความร้อน และกระบวนการที่สองซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี นำโมเลกุลออกจากสมดุลและสลายตัวเป็นไอออน การดูดซับประเภทนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่ของการสั่นสะเทือนทางเสียงเพิ่มขึ้น การปรากฏตัวของอนุภาคแขวนลอย จุลินทรีย์ และความผิดปกติของอุณหภูมิในน้ำยังนำไปสู่การลดทอนของคลื่นเสียงในน้ำ ตามกฎแล้วการสูญเสียเหล่านี้มีขนาดเล็กและรวมอยู่ในการดูดซับทั้งหมดอย่างไรก็ตามบางครั้งเช่นในกรณีที่กระเจิงจากการตื่นของเรือความสูญเสียเหล่านี้อาจสูงถึง 90% ความผิดปกติของอุณหภูมินำไปสู่ความจริงที่ว่าคลื่นเสียงเข้าสู่โซนของเงาเสียงซึ่งสามารถรับการสะท้อนหลายครั้ง

การปรากฏตัวของส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับอากาศและน้ำจะนำไปสู่การสะท้อนของคลื่นเสียงจากพวกมันและหากในกรณีแรกคลื่นเสียงสะท้อนอย่างสมบูรณ์ในกรณีที่สองค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนจะขึ้นอยู่กับวัสดุด้านล่าง: สะท้อนพื้นโคลนได้ไม่ดี ดี - ทรายและหิน . ที่ระดับความลึกตื้น เนื่องจากการสะท้อนซ้ำของคลื่นเสียงระหว่างด้านล่างกับพื้นผิว ช่องเสียงใต้น้ำจึงเกิดขึ้น ซึ่งคลื่นเสียงสามารถแพร่กระจายในระยะทางไกลได้ การเปลี่ยนค่าความเร็วของเสียงที่ระดับความลึกต่างกันจะนำไปสู่ความโค้งของเสียง "รังสี" - การหักเหของแสง

การหักเหของเสียง (ความโค้งของเส้นทางของลำแสงเสียง)

การหักเหของเสียงในน้ำ: a - ในฤดูร้อน; ข - ในฤดูหนาว; ทางด้านซ้าย - เปลี่ยนความเร็วด้วยความลึก ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงแตกต่างกันไปตามความลึก และการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีและวัน ความลึกของอ่างเก็บน้ำ และสาเหตุอื่นๆ อีกหลายประการ รังสีเสียงที่เปล่งออกมาจากแหล่งกำเนิดในมุมหนึ่งถึงขอบฟ้าจะโค้งงอ และทิศทางของการโค้งงอขึ้นอยู่กับการกระจายของความเร็วเสียงในตัวกลาง: ในฤดูร้อนเมื่อชั้นบนอุ่นกว่าชั้นล่างรังสีจะโค้งงอ ลงและสะท้อนจากด้านล่างเป็นส่วนใหญ่ในขณะที่สูญเสียพลังงานส่วนสำคัญ ; ในฤดูหนาว เมื่อน้ำชั้นล่างรักษาอุณหภูมิ ขณะที่ชั้นบนเย็นลง รังสีจะโค้งงอขึ้นด้านบนและสะท้อนจากผิวน้ำซ้ำแล้วซ้ำเล่า โดยสูญเสียพลังงานน้อยกว่ามาก ดังนั้นในฤดูหนาว ระยะการแพร่กระจายเสียงจึงมากกว่าในฤดูร้อน การกระจายความเร็วเสียงแนวตั้ง (VSDS) และการไล่ระดับความเร็วมีอิทธิพลอย่างเด็ดขาดต่อการแพร่กระจายของเสียงในสภาพแวดล้อมทางทะเล การกระจายความเร็วของเสียงในภูมิภาคต่าง ๆ ของมหาสมุทรโลกนั้นแตกต่างกันและแตกต่างกันไปตามเวลา มีหลายกรณีทั่วไปของ VRSZ:

การกระเจิงและการดูดซับเสียงโดยความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลาง

การขยายพันธุ์ของเสียงใต้น้ำ ช่อง: a - เปลี่ยนความเร็วของเสียงด้วยความลึก; b - เส้นทางของรังสีในช่องเสียง การแพร่กระจายของเสียงความถี่สูง เมื่อความยาวคลื่นมีขนาดเล็กมาก จะได้รับอิทธิพลจากความไม่เท่าเทียมกันเล็กๆ น้อยๆ ซึ่งมักพบในแหล่งกักเก็บตามธรรมชาติ ได้แก่ ฟองแก๊ส จุลินทรีย์ ฯลฯ ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันเหล่านี้ทำหน้าที่ในสองวิธี: ดูดซับและกระจายพลังงานของคลื่นเสียง . เป็นผลให้ความถี่ของการสั่นสะเทือนของเสียงเพิ่มขึ้นช่วงของการแพร่กระจายจะลดลง ผลกระทบนี้สังเกตได้ชัดเจนโดยเฉพาะในชั้นผิวน้ำซึ่งมีความไม่เป็นเนื้อเดียวกันมากที่สุด การกระเจิงของเสียงโดยความแตกต่างเช่นเดียวกับความผิดปกติในพื้นผิวของน้ำและด้านล่างทำให้เกิดปรากฏการณ์ของเสียงก้องใต้น้ำซึ่งมาพร้อมกับการส่งพัลส์เสียง: คลื่นเสียงที่สะท้อนจากการรวมกันของความแตกต่างและการรวมกันให้ เสียงพัลส์แน่นขึ้นซึ่งจะดำเนินต่อไปหลังจากสิ้นสุด ขอบเขตการแพร่กระจายของเสียงใต้น้ำยังถูกจำกัดด้วยเสียงของทะเลซึ่งมีแหล่งกำเนิดคู่: เสียงบางส่วนเกิดขึ้นจากการกระทบของคลื่นบนผิวน้ำ จากคลื่นทะเล จากคลื่น เสียงของก้อนกรวดกลิ้ง ฯลฯ ; อีกส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับสัตว์ทะเล (เสียงที่เกิดจากไฮโดรบิออน: ปลาและสัตว์ทะเลอื่นๆ) Biohydroacoustics เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ร้ายแรงมากนี้

ระยะการแพร่กระจายของคลื่นเสียง

ช่วงการแพร่กระจายของคลื่นเสียงเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนของความถี่การแผ่รังสี ซึ่งสัมพันธ์กันอย่างเฉพาะเจาะจงกับความยาวคลื่นของสัญญาณอะคูสติก ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสัญญาณเสียงความถี่สูงจะถูกลดทอนลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการดูดซับที่รุนแรงโดยสภาพแวดล้อมทางน้ำ ในทางกลับกัน สัญญาณความถี่ต่ำสามารถแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมทางน้ำได้ในระยะทางไกล ดังนั้นสัญญาณอะคูสติกที่มีความถี่ 50 Hz จึงสามารถแพร่กระจายในมหาสมุทรเป็นระยะทางหลายพันกิโลเมตร ในขณะที่สัญญาณที่มีความถี่ 100 kHz โดยทั่วไปสำหรับโซนาร์สแกนด้านข้างจะมีช่วงการแพร่กระจายเพียง 1-2 กม. ช่วงโดยประมาณของโซนาร์สมัยใหม่ที่มีความถี่เสียงต่างกัน (ความยาวคลื่น) แสดงไว้ในตาราง:

พื้นที่ใช้งาน.

Hydroacoustics ได้รับการนำไปใช้ในทางปฏิบัติอย่างกว้างขวาง เนื่องจากยังไม่มีการสร้างระบบที่มีประสิทธิภาพสำหรับการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใต้น้ำที่ระยะห่างที่สำคัญใดๆ ดังนั้นเสียงจึงเป็นวิธีเดียวที่เป็นไปได้ในการสื่อสารใต้น้ำ เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ จะใช้ความถี่เสียงตั้งแต่ 300 ถึง 10,000 Hz และอัลตราซาวนด์ตั้งแต่ 10,000 Hz ขึ้นไป อิมิตเตอร์และไฮโดรโฟนอิเล็กโทรไดนามิกส์และเพียโซอิเล็กทริกถูกใช้เป็นตัวปล่อยและตัวรับในพื้นที่เสียง และใช้ตัวส่งกำลังแบบเพียโซอิเล็กทริกและแมกเนโทสทริกซ์ในพื้นที่อัลตราโซนิก

การใช้งานที่สำคัญที่สุดของ hydroacoustics คือ:

• เพื่อแก้ปัญหาทางการทหาร
• การนำทางทางทะเล
• การสื่อสารใต้น้ำด้วยเสียง
• การลาดตระเวนค้นหาปลา
• การวิจัยทางทะเล
• พื้นที่กิจกรรมเพื่อการพัฒนาความมั่งคั่งของก้นมหาสมุทร
• การใช้เสียงในสระ (ที่บ้านหรือในศูนย์ฝึกว่ายน้ำแบบซิงโครไนซ์)
• การฝึกสัตว์น้ำ.

หมายเหตุ

วรรณกรรมและแหล่งข้อมูล

วรรณกรรม:

• วี.วี. ชูไลกิน ฟิสิกส์ของทะเล. - มอสโก: "Nauka", 2511 - 1090 น.
• ไอ.เอ. ภาษาโรมาเนีย พื้นฐานของ hydroacoustics. - มอสโก: "การต่อเรือ" 2522 - 105 หน้า
• ยูเอ Koryakin ระบบ Hydroacoustic. - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "วิทยาศาสตร์ของเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและกองทัพเรือรัสเซีย", 2002. - 416 น.

เสียงเดินทางผ่านคลื่นเสียง คลื่นเหล่านี้ไม่เพียงส่งผ่านก๊าซและของเหลวเท่านั้น แต่ยังผ่านผ่านของแข็งด้วย การกระทำของคลื่นใด ๆ ส่วนใหญ่อยู่ในการถ่ายโอนพลังงาน ในกรณีของเสียง การขนส่งจะอยู่ในรูปของการเคลื่อนไหวแบบนาทีที่ระดับโมเลกุล

ในก๊าซและของเหลว คลื่นเสียงจะเปลี่ยนโมเลกุลไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ นั่นคือ ไปในทิศทางของความยาวคลื่น ในของแข็ง เสียงสั่นสะเทือนของโมเลกุลสามารถเกิดขึ้นได้ในทิศทางตั้งฉากกับคลื่น

คลื่นเสียงแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดในทุกทิศทาง ดังแสดงในรูปทางขวา ซึ่งแสดงกระดิ่งโลหะที่ชนกับลิ้นของมันเป็นระยะ การชนกันของกลไกเหล่านี้ทำให้ระฆังสั่นสะเทือน พลังงานของการสั่นสะเทือนส่งไปยังโมเลกุลของอากาศโดยรอบ และพวกมันถูกผลักออกจากกระดิ่ง เป็นผลให้ความดันเพิ่มขึ้นในชั้นอากาศที่อยู่ติดกับระฆังซึ่งจะกระจายเป็นคลื่นในทุกทิศทางจากแหล่งกำเนิด

ความเร็วของเสียงไม่ขึ้นกับระดับเสียงหรือโทนเสียง ทุกเสียงจากวิทยุในห้อง ไม่ว่าจะดังหรือเบา สูงหรือต่ำ เข้าถึงผู้ฟังพร้อมกัน

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับชนิดของสื่อที่ส่งเสียงและอุณหภูมิ ในก๊าซ คลื่นเสียงเดินทางช้าเพราะโครงสร้างโมเลกุลที่หายากของพวกมันแทบจะไม่สามารถต้านแรงอัดได้ ในของเหลว ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้น และในของแข็งจะเร็วขึ้น ดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่างเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)

เส้นทางคลื่น

คลื่นเสียงแพร่กระจายในอากาศในลักษณะเดียวกับที่แสดงในแผนภาพทางด้านขวา คลื่นหน้าเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดในระยะหนึ่งจากกันและกัน ซึ่งกำหนดโดยความถี่ของการสั่นของระฆัง ความถี่ของคลื่นเสียงถูกกำหนดโดยการนับจำนวนหน้าคลื่นที่ผ่านจุดที่กำหนดต่อหน่วยเวลา

หน้าคลื่นเสียงเคลื่อนออกจากกระดิ่งสั่น

ในอากาศที่มีความร้อนสม่ำเสมอ เสียงเดินทางด้วยความเร็วคงที่

หน้าที่สองตามหลังอันแรกเป็นระยะทางเท่ากับความยาวคลื่น

ความเข้มเสียงสูงสุดใกล้แหล่งกำเนิด

การแสดงกราฟิกของคลื่นที่มองไม่เห็น

เสียงของความลึก

ลำแสงโซนาร์ซึ่งประกอบด้วยคลื่นเสียงสามารถผ่านน้ำทะเลได้อย่างง่ายดาย หลักการทำงานของโซนาร์ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าคลื่นเสียงกระเด็นออกจากพื้นมหาสมุทร อุปกรณ์นี้มักจะใช้เพื่อกำหนดคุณสมบัติของการบรรเทาใต้น้ำ

ของแข็งยืดหยุ่น

เสียงแพร่กระจายในจานไม้ โมเลกุลของของแข็งส่วนใหญ่ถูกผูกไว้กับโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ยืดหยุ่น ซึ่งถูกบีบอัดได้ไม่ดีและในขณะเดียวกันก็เร่งการเคลื่อนผ่านของคลื่นเสียง