Лекция-4

Акустический эффект Доплера заключается в изменении частоты и

звука при относительном движении со скоростью U приёмника и источника:

где - скорость звука в среде, (-) - при сближении, (+) - при удалении; о и о

- частота и длина волны звука при U=0. Эффект используют в эхолокации для определения скорости объектов.

Замечание: при распространении волны переноса вещества не происходит,

переносится только энергия!

45

4.8. Звук и его восприятие

Звук - это продольные волны с частотой =16 20000 Гц в упругой среде.

Скорость звука зависит от упругости и плотности среды. В газах =0,2 1,2

км/с, в жидкостях =1,2 2,0 км/с, в твёрдых телах = 2 5 км/с. Причём ~

T (например, в воздухе при 0оС = 332 м/с, при 18оС = 342 м/с).

Восприятие и идентификация звука: в ушной "улитке" - спиралеобразной костяной трубке (выполняющей роль резонатора), находится мембрана, содержащая 20000 волокон ("ресничек"-волосков), резонирующих на определённую частоту, равную собственной частоте o данного волоска. Амплитуды колебаний волосков несут информацию об интенсивности гармоник звуковой волны, а состав "отозвавшихся" на звуковую волну волосков - о её

гармоническом спектре, что позволяет идентифицировать (узнавать) звуки.

Направление прихода звука животные (и человек) в основном определяют по разности фаз звуковых колебаний, достигающих ушей не одновременно, а с некоторым разбросом во времени, пропорциональным углу прихода пло-

ской звуковой волны (бинауральный эффект).

Характеристики звука:

Закон Вебера-Фехнера: громкость звука (L) пропорциональна логарифму отношения интенсивности I звуковой волны к пороговой интенсивности Iо = 10-12 Вт/м2 (на =3000 Гц): L = lg IIo [Белл] = 10 lg IIo [дБ] .

46

Характерные уровни громкости: шёпот - 10 дБ; речь - 60 дБ; шум самолё-

та - 120 дБ. Чувствительность уха зависит от частоты и максимальна в диапазоне: =1000 3000 Гц, где Iо 10-12 Вт/м2. При L=120 дБ, что соответст-

вует I=1 Вт/м2, достигается болевой порог, когда человек не только испыты-

вает боль в ушах, но и не в состоянии сравнить громкости звуковых волн.

47

4.9. Инфра- и ультразвук

1.Инфразвук ( = 0,1 16 Гц):

1)источники - колеблющиеся тела, детали машин, морские волны;

2)свойства:быстро затухает в воздухе, слабо в воде;

3)воздействие: а) вредное - вибрационная болезнь (при работе с отбойным молотком), вызывает ощущение страха (одна из гипотез о Бермудском треугольнике); б) полезное - массаж.

2.Ультразвук ( >20000 Гц):

1)источники: а) некоторые животные (дельфины, летучие мыши); б) производственные шумы; в) пьезоэлектрические излучатели (см. лекцию №10), преобразующие высокочастотные колебания электрического напряжения в механическую волну; г) ультразвуковые свистки и сирены;

2)особенности: а) ~1 мкм (при 106 Гц); б) высокая плотность мощности (до 10 100 Вт/м2); в) малая угловая расходимость; г) хорошо отражается от неоднородностей; д) катализирует реакции окисления и полимеризации. Более того, ультразвук, полученный с помощью пьезоэлектрических преобразователей, обладает свойством когерентности (постоянство разности фаз двух волн в данной точке пространства), что позволяет рассматривать его как механический аналог лазерного излучения и использовать для получения объёмных УЗ-изображений объектов (УЗ - голография).

3)применения: а) дефектоскопия; б) гидролокация – метод определение расстояния S до объекта в непрозрачной среде путём измерения времени t

распространения волны от излучателя до объекта и обратно: S= ( t)2 ); в) в медицине (диагностика, хирургия, терапия); г) в сельском хозяйстве (для стерилизации молока, для отпугивания насекомых и животных).

48