Сферическая волна
Сферическую волну можно описать как движение волн от пульсирующей сферы (рис. 1.2). Источник, возбуждающий сферическую волну, условно считается точечным. В данном случае звуковые лучи расходятся во все стороны в направлениях, параллельных радиусам. По этой причине у сферической волны энергия звука, приходящаяся на единицу площади, по мере удаления от источника уменьшается. Изменение интенсивности обратно пропорционально расстоянию, а убывание звукового давления обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
Волновые характеристики реальных излучателей звука
Реальные источники звука излучают волны разных типов. В так называемой «ближней зоне» звуковые волны не успевают перемешиваться между собой. Поэтому характер звучания в непосредственной близости, например, от музыкального инструмента в значительной мере зависит от выбора точки прослушивания. С ростом расстояния от источника звука данный эффект смягчается и сходит на нет.
На практике чаше всего встречается диаграмма направленности излучения источника звука, которая по своей форме близка к полусфере. Полезно помнить, что в этом случае уровень звукового давления уменьшается на 6 дБ с каждым удвоением расстояния от источника.
Влияние среды распространения на характер волн
Характер распространения звуковых волн зависит также и от среды распространения. Такие экзотические задачи, как запись голосов дельфинов в воде, мы в этой книге рассматривать не будем. Остановимся на обычном воздухе.
Скорость распространения звуковых волн в атмосфере при обычных температуре и давлении близка к значению Сзв = 340 м/с. На основе скорости звука Сзв и его частоты f можно определить длину волны λ, то есть расстояние в метрах или долях метра между соседними максимумами или минимумами амплитуды звука:
, где Т — период волны.
На один абзац окунемся в другие среды. Скорость звука в воде в 4,5 раза выше, чем в воздухе. Еще быстрее звук движется по твердым телам. По стальным конструкциям звуковая волна распространяется в 60 раз быстрее, чем в воде. Это соответствует увеличению длины волны по сравнению с воздухом более чем в 270 раз.