قوانين انتشار الموجات الصوتية. كيف ينتقل الصوت في الفضاء

على مسافات طويلة ، تنتشر الطاقة الصوتية فقط على طول الأشعة اللطيفة ، التي لا تلمس قاع المحيط على طول الطريق. في هذه الحالة ، فإن القيد الذي يفرضه الوسيط على مدى انتشار الصوت هو امتصاصه في مياه البحر. ترتبط الآلية الرئيسية للامتصاص بعمليات الاسترخاء التي تصاحب انتهاك التوازن الديناميكي الحراري بين الأيونات وجزيئات الأملاح الذائبة في الماء بواسطة موجة صوتية. وتجدر الإشارة إلى أن الدور الرئيسي في الامتصاص في نطاق واسع من الترددات الصوتية ينتمي إلى ملح كبريتيد المغنيسيوم MgSO4 ، على الرغم من أن نسبته في مياه البحر صغيرة جدًا - تقريبًا 10 أضعاف ، على سبيل المثال ، ملح الصخور كلوريد الصوديوم ، والتي مع ذلك لا يلعب أي دور مهم في امتصاص الصوت.

بشكل عام ، يكون الامتصاص في مياه البحر أكبر كلما زاد تردد الصوت. عند الترددات من 3-5 إلى 100 كيلو هرتز على الأقل ، حيث تهيمن الآلية المذكورة أعلاه ، يكون الامتصاص متناسبًا مع التردد إلى قوة تبلغ حوالي 3/2. عند الترددات المنخفضة ، يتم تنشيط آلية امتصاص جديدة (ربما بسبب وجود أملاح البورون في الماء) ، والتي تصبح ملحوظة بشكل خاص في نطاق مئات هرتز ؛ هنا ، يكون مستوى الامتصاص مرتفعًا بشكل غير طبيعي وينخفض ​​بشكل أبطأ بكثير مع تناقص التردد.

لتخيل الخصائص الكمية للامتصاص في مياه البحر بشكل أكثر وضوحًا ، نلاحظ أنه بسبب هذا التأثير ، يتم تخفيف الصوت بتردد 100 هرتز بمعامل 10 على مسار 10 آلاف كم ، وبتردد 10 كيلو هرتز - على مسافة 10 كم فقط (الشكل 2). وبالتالي ، يمكن استخدام الموجات الصوتية منخفضة التردد فقط للاتصالات بعيدة المدى تحت الماء ، للكشف بعيد المدى عن العوائق تحت الماء ، وما شابه ذلك.

الشكل 2 - المسافات التي تضعف فيها الأصوات ذات الترددات المختلفة 10 مرات عند الانتشار في مياه البحر.

في منطقة الأصوات المسموعة لمدى التردد 20-2000 هرتز ، يصل مدى الانتشار تحت الماء للأصوات ذات الكثافة المتوسطة إلى 15-20 كم ، وفي منطقة الموجات فوق الصوتية - 3-5 كم.

بناءً على قيم التوهين الصوتي التي لوحظت في الظروف المختبرية في أحجام صغيرة من الماء ، يتوقع المرء نطاقات أكبر بكثير. ومع ذلك ، في ظل الظروف الطبيعية ، بالإضافة إلى التخميد بسبب خصائص الماء نفسه (ما يسمى بالتخميد اللزج) ، يؤثر أيضًا نثره وامتصاصه من خلال عدم تجانس الوسط.

إن انكسار الصوت ، أو انحناء مسار الحزمة الصوتية ، ناتج عن عدم تجانس خواص الماء ، خاصة على طول الخط الرأسي ، ويرجع ذلك إلى ثلاثة أسباب رئيسية: التغيرات في الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق ، والتغيرات في الملوحة ، و التغيرات في درجة الحرارة بسبب التسخين غير المتكافئ لكتلة الماء بواسطة أشعة الشمس. نتيجة للعمل المشترك لهذه الأسباب ، فإن سرعة انتشار الصوت ، والتي تبلغ حوالي 1450 م / ث للمياه العذبة وحوالي 1500 م / ث لمياه البحر ، تتغير مع العمق ، ويعتمد قانون التغيير على الموسم والوقت من اليوم وعمق الخزان وعدد من الأسباب الأخرى. تنحني الأشعة الصوتية التي تترك المصدر بزاوية معينة في الأفق ، ويعتمد اتجاه المنعطف على توزيع سرعات الصوت في الوسط. في الصيف ، عندما تكون الطبقات العليا أكثر دفئًا من الطبقات السفلية ، تنحني الأشعة إلى أسفل وتنعكس في الغالب من القاع ، وتفقد جزءًا كبيرًا من طاقتها. على العكس من ذلك ، في فصل الشتاء ، عندما تحافظ الطبقات السفلية من الماء على درجة حرارتها ، بينما تبرد الطبقات العليا ، تنحني الأشعة لأعلى وتخضع لانعكاسات متعددة من سطح الماء ، يتم خلالها فقدان طاقة أقل بكثير. لذلك ، في الشتاء ، تكون مسافة انتشار الصوت أكبر منها في الصيف. بسبب الانكسار ، ما يسمى. المناطق الميتة ، أي المناطق القريبة من المصدر التي لا يوجد فيها سماع.

ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي وجود الانكسار إلى زيادة نطاق انتشار الصوت - ظاهرة الانتشار الطويل جدًا للأصوات تحت الماء. على عمق ما تحت سطح الماء توجد طبقة ينتشر فيها الصوت بأدنى سرعة ؛ وفوق هذا العمق تزداد سرعة الصوت نتيجة ارتفاع درجة الحرارة وتحت هذا العمق نتيجة زيادة الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق. هذه الطبقة هي نوع من قنوات الصوت تحت الماء. الشعاع الذي ينحرف عن محور القناة لأعلى أو لأسفل ، بسبب الانكسار ، يميل دائمًا إلى العودة إليه. إذا تم وضع مصدر صوت وجهاز استقبال في هذه الطبقة ، فيمكن تسجيل حتى الأصوات ذات الشدة المتوسطة (على سبيل المثال ، انفجارات الشحنات الصغيرة من 1-2 كجم) على مسافات تصل إلى مئات وآلاف الكيلومترات. يمكن ملاحظة زيادة كبيرة في نطاق انتشار الصوت في وجود قناة صوتية تحت الماء عندما لا يكون مصدر الصوت والمستقبل بالقرب من محور القناة بالضرورة ، ولكن بالقرب من السطح ، على سبيل المثال. في هذه الحالة ، تدخل الأشعة ، التي تنكسر لأسفل ، الطبقات العميقة ، حيث تنحرف لأعلى وتخرج مرة أخرى إلى السطح على مسافة عشرات الكيلومترات من المصدر. علاوة على ذلك ، يتكرر نمط انتشار الأشعة ، ونتيجة لذلك ، فإن سلسلة من ما يسمى. مناطق مضيئة ثانوية ، والتي عادة ما تُعزى إلى مسافات تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات.

يتأثر انتشار الأصوات عالية التردد ، ولا سيما الموجات فوق الصوتية ، عندما تكون الأطوال الموجية صغيرة جدًا ، بعدم التجانس الصغير الذي يوجد عادةً في الخزانات الطبيعية: الكائنات الحية الدقيقة ، فقاعات الغاز ، إلخ. تعمل هذه اللاتجانسات بطريقتين: تمتص وتشتت طاقة الموجات الصوتية. نتيجة لذلك ، مع زيادة وتيرة اهتزازات الصوت ، ينخفض ​​نطاق انتشارها. هذا التأثير ملحوظ بشكل خاص في الطبقة السطحية من الماء ، حيث يوجد معظم عدم التجانس. يتسبب تشتت الصوت عن طريق عدم التجانس ، وكذلك عن طريق عدم انتظام سطح الماء والقاع ، في ظاهرة الصدى تحت الماء الذي يصاحب إرسال نبضة صوتية: الموجات الصوتية ، المنعكسة من مزيج من عدم التجانس والاندماج ، تعطي إحكامًا نبض الصوت ، الذي يستمر بعد نهايته ، على غرار الصدى الملحوظ في الأماكن المغلقة. يعد الصدى تحت الماء تداخلاً هامًا إلى حد ما لعدد من التطبيقات العملية للصوتيات المائية ، ولا سيما السونار.

حدود نطاق انتشار الأصوات تحت الماء محدودة أيضًا بما يسمى. ضوضاء البحر ، والتي لها أصل مزدوج. ينشأ جزء من الضوضاء من تأثير الأمواج على سطح الماء ، من الأمواج ، من ضجيج الحصى المتداول ، إلخ. الجزء الآخر يتعلق بالحيوانات البحرية. وهذا يشمل الأصوات التي تنتجها الأسماك والحيوانات البحرية الأخرى.

انتشار الصوت في الماء

الصيد

انتشار الصوت في الماء .

ينتقل الصوت في الماء أسرع بخمس مرات منه في الهواء. متوسط ​​السرعة 1400 - 1500 م / ث (سرعة انتشار الصوت في الهواء 340 م / ث). يبدو أن السمع في الماء آخذ في التحسن أيضًا. في الواقع ، هذا بعيد كل البعد عن القضية. بعد كل شيء ، لا تعتمد قوة الصوت على سرعة الانتشار ، ولكن على اتساع اهتزازات الصوت والقدرة على الإدراك للأعضاء السمعية. يوجد في قوقعة الأذن الداخلية عضو كورتي ، والذي يتكون من خلايا سمعية. تهتز الموجات الصوتية طبلة الأذن والعظميات السمعية وغشاء عضو كورتي. من خلايا الشعر الأخيرة ، التي تدرك الاهتزازات الصوتية ، تنتقل الإثارة العصبية إلى المركز السمعي ، الموجود في الفص الصدغي للدماغ.

يمكن أن تدخل الموجة الصوتية إلى الأذن الداخلية للشخص بطريقتين: عن طريق توصيل الهواء عبر القناة السمعية الخارجية وطبلة الأذن والعظام السمعية في الأذن الوسطى ، ومن خلال التوصيل العظمي - اهتزاز عظام الجمجمة. على السطح ، يسود التوصيل الهوائي ، وتحت الماء ، التوصيل العظمي. هذا ما تؤكده تجربة بسيطة. قم بتغطية كلتا الأذنين براحة يديك. على السطح ، سوف تتدهور السمع بشكل حاد ، لكن هذا لا يُلاحظ تحت الماء.

لذلك ، يُنظر إلى الأصوات تحت الماء بشكل أساسي عن طريق التوصيل العظمي. من الناحية النظرية ، يفسر ذلك حقيقة أن المقاومة الصوتية للماء تقترب من المقاومة الصوتية للأنسجة البشرية. لذلك ، فإن فقدان الطاقة أثناء انتقال الموجات الصوتية من الماء إلى عظام رأس الإنسان يكون أقل منه في الهواء. يكاد يختفي توصيل الهواء تحت الماء ، حيث تمتلئ القناة السمعية الخارجية بالماء ، وتنقل طبقة صغيرة من الهواء بالقرب من طبلة الأذن اهتزازات الصوت بشكل ضعيف.

أثبتت التجارب أن التوصيل العظمي أقل بنسبة 40٪ من التوصيل الهوائي. لذلك ، فإن السمع تحت الماء يتدهور بشكل عام. نطاق السمع مع التوصيل العظمي للصوت لا يعتمد على القوة بقدر ما يعتمد على النغمة: فكلما زادت النغمة ، زاد سماع الصوت.

العالم تحت الماء بالنسبة للإنسان هو عالم من الصمت ، حيث لا توجد ضوضاء غريبة. لذلك ، يمكن رؤية أبسط الإشارات الصوتية تحت الماء على مسافات كبيرة. يسمع شخص ضربة على عبوة معدنية مغمورة في الماء على مسافة 150-200 متر ، صوت حشرجة الموت على ارتفاع 100 متر ، جرس على ارتفاع 60 مترًا.

عادة ما تكون الأصوات الصادرة تحت الماء غير مسموعة على السطح ، تمامًا كما لا تسمع الأصوات من الخارج تحت الماء. لإدراك الأصوات تحت الماء ، يجب أن تغوص جزئيًا على الأقل. إذا دخلت الماء حتى ركبتيك ، تبدأ بإدراك صوت لم يسمع من قبل. أثناء الغوص ، يزداد الصوت. يكون مسموعًا جيدًا بشكل خاص عند غمر الرأس.

لإعطاء إشارات صوتية من السطح ، من الضروري خفض مصدر الصوت في الماء إلى النصف على الأقل ، وسوف تتغير قوة الصوت. التوجيه تحت الماء بالأذن صعب للغاية. في الهواء ، يصل الصوت إلى أذن واحدة قبل 0.00003 ثانية من الأذن الأخرى. يتيح لك ذلك تحديد موقع مصدر الصوت بخطأ يبلغ 1-3 درجة فقط. تحت الماء ، تدرك كلتا الأذنين الصوت في وقت واحد ، وبالتالي لا يوجد إدراك اتجاهي واضح. خطأ الاتجاه 180 درجة.

في تجربة معدة خصيصًا ، فقط الغواصين الخفيفين الفرديين بعد التجوال الطويل و. ذهبت عمليات البحث إلى موقع مصدر الصوت الذي كان يبعد عنهم بمسافة 100-150 مترًا ، وقد لوحظ أن التدريب المنتظم لفترة طويلة يجعل من الممكن تطوير القدرة على التنقل بدقة تامة عن طريق الصوت تحت الماء. ومع ذلك ، بمجرد توقف التدريب ، يتم إلغاء نتائجه.

3281 فرك

305 فرك

طقم ملابس داخلية حراري (كنزة وليقنز) مصنوع من مواد عالية الجودة. كنزة بأكمام طويلة. طماق بأساور ، شريط مطاطي مزخرف بعرض 2.5 سم عند الخصر التركيب: بولي فيسكوز - 50٪ ، بوليستر - 50٪.

1950 فرك

ملابس داخلية حرارية Norfin Thermo Line.
ملابس داخلية حرارية سفلية "قابلة للتنفس" ومنفصلة للنشاط العالي. تلبس على الجسد العاري. يمكن استخدامه للارتداء اليومي في الطقس البارد.
الخصائص:
حزام مطاط.
اساور مرنة على الاكمام والسراويل.

1216 فرك

نحن نعلم أن الصوت ينتقل عبر الهواء. لهذا السبب يمكننا أن نسمع. لا يمكن أن يوجد صوت في الفراغ. ولكن إذا كان الصوت ينتقل عبر الهواء بسبب تفاعل جزيئاته ، أفلا ينتقل بواسطة مواد أخرى؟ سوف يكون.

انتشار وسرعة الصوت في الوسائط المختلفة

لا ينتقل الصوت فقط عن طريق الهواء. ربما يعلم الجميع أنه إذا وضعت أذنك على الحائط ، يمكنك سماع المحادثات في الغرفة المجاورة. في هذه الحالة ، ينتقل الصوت عن طريق الحائط. تنتشر الأصوات في الماء وفي الوسائط الأخرى. علاوة على ذلك ، يحدث انتشار الصوت في بيئات مختلفة بطرق مختلفة. سرعة الصوت تختلفحسب المادة.

من الغريب أن سرعة انتشار الصوت في الماء أعلى بأربع مرات تقريبًا من سرعة الهواء. وهذا يعني أن الأسماك تسمع "أسرع" مما نسمع. في المعادن والزجاج ، ينتقل الصوت بشكل أسرع. هذا لأن الصوت هو اهتزاز للوسط ، وتنتقل الموجات الصوتية بشكل أسرع في الوسائط ذات التوصيل الأفضل.

كثافة المياه وموصليةها أكبر من كثافة الهواء ، ولكنها أقل من كثافة المعدن. وفقًا لذلك ، ينتقل الصوت بشكل مختلف. عند الانتقال من وسيط إلى آخر ، تتغير سرعة الصوت.

يتغير طول الموجة الصوتية أيضًا عندما تنتقل من وسيط إلى آخر. فقط تردده يبقى كما هو. ولكن هذا هو السبب في أنه يمكننا التمييز على وجه التحديد من يتحدث حتى من خلال الجدران.

نظرًا لأن الصوت عبارة عن اهتزازات ، فإن جميع قوانين وصيغ الاهتزازات والموجات قابلة للتطبيق جيدًا على اهتزازات الصوت. عند حساب سرعة الصوت في الهواء ، يجب أيضًا مراعاة حقيقة أن هذه السرعة تعتمد على درجة حرارة الهواء. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد سرعة انتشار الصوت. في الظروف العادية ، تبلغ سرعة الصوت في الهواء 340.344 م / ث.

موجات صوتية

تنتشر الموجات الصوتية ، كما هو معروف من الفيزياء ، في الوسائط المرنة. هذا هو السبب في أن الأصوات تنتقل بشكل جيد عن طريق الأرض. عندما تضع أذنك على الأرض ، يمكنك أن تسمع من بعيد صوت خطوات ، قعقعة الحوافر ، وما إلى ذلك.

في مرحلة الطفولة ، يجب أن يكون الجميع قد استمتعوا بوضع آذانهم على القضبان. ينتقل صوت عجلات القطار على طول القضبان لعدة كيلومترات. لإنشاء تأثير عكسي لامتصاص الصوت ، يتم استخدام مواد ناعمة ومسامية.

على سبيل المثال ، من أجل حماية الغرفة من الأصوات الدخيلة ، أو على العكس من ذلك ، من أجل منع الأصوات من الهروب من الغرفة إلى الخارج ، يتم معالجة الغرفة وعازل للصوت. تم تنجيد الجدران والأرضيات والسقف بمواد خاصة تعتمد على البوليمرات الرغوية. في مثل هذا التنجيد ، تهدأ كل الأصوات بسرعة كبيرة.

يُفهم الصوت على أنه موجات مرنة تقع ضمن حدود سماع الأذن البشرية ، في نطاق التذبذبات من 16 هرتزما يصل إلى 20 كيلو هرتز.التذبذبات بتردد أقل من 16 هرتزتسمى بالموجات فوق الصوتية ، فوق 20 كيلو هرتز-التراساوند.

الماء أكثر كثافة وأقل انضغاطًا من الهواء. في هذا الصدد ، فإن سرعة الصوت في الماء أكبر أربع مرات ونصف من سرعة الهواء ، وهي 1440 م / ثانية.تردد اهتزاز الصوت (ناقص)يرتبط بالطول الموجي (لامدا) بالعلاقة: ج= لامدا نو.ينتشر الصوت في الماء دون تشتت. تختلف سرعة الصوت في الماء حسب معاملين: الكثافة ودرجة الحرارة. التغيير في درجة الحرارة بمقدار 1 درجة يستلزم تغييرًا مناظرًا في سرعة الصوت بمقدار 3.58 م في الثانية. إذا اتبعنا سرعة انتشار الصوت من السطح إلى الأسفل ، فقد اتضح أنه في البداية ، بسبب انخفاض درجة الحرارة ، ينخفض ​​بسرعة ، ويصل إلى الحد الأدنى عند عمق معين ، ثم يبدأ في العمق. زيادة سريعة بسبب زيادة ضغط الماء ، والذي ، كما هو معروف ، يزيد بمقدار 1 تقريبًا ماكينة الصراف الآلي لكل 10 م أعماق.

يبدأ من عمق 1200 تقريبًا م, حيث تظل درجة حرارة الماء ثابتة عمليًا ، فإن التغيير في سرعة الصوت يرجع إلى التغير في الضغط. "على عمق 1200 تقريبًا م (بالنسبة للمحيط الأطلسي) ، هناك حد أدنى لقيمة سرعة الصوت ؛ في الأعماق الكبيرة ، بسبب زيادة الضغط ، تزداد سرعة الصوت مرة أخرى. نظرًا لأن الأشعة الصوتية تنحني دائمًا نحو مناطق الوسط حيث تكون سرعتها هي الأدنى ، فإنها تتركز في الطبقة ذات السرعة الدنيا للصوت "(كراسيلنيكوف ، 1954). تم اكتشاف هذه الطبقة من قبل الفيزيائيين السوفييت L.D. Rozenberg و L.M. Brekhovskikh ، تسمى "قناة الصوت تحت الماء". يمكن أن ينتشر الصوت الداخل إلى قناة الصوت عبر مسافات طويلة دون توهين. يجب مراعاة هذه الميزة عند التفكير في الإشارات الصوتية لأسماك أعماق البحار.

امتصاص الصوت في الماء أقل 1000 مرة من الهواء. مصدر صوت في الهواء بقوة 100 كيلوواطفي الماء على مسافة تصل إلى 15 كم; مصدر الصوت في الماء 1 كيلوواطسمعت على مسافة 30-40 كم.يتم امتصاص الأصوات ذات الترددات المختلفة بشكل مختلف: يتم امتصاص الأصوات عالية التردد بشدة والأصوات منخفضة التردد هي الأقل امتصاصًا. جعل امتصاص الصوت المنخفض في الماء من الممكن استخدامه في السونار والإشارات. تمتلئ المساحات المائية بعدد كبير من الأصوات المختلفة. تنشأ أصوات المسطحات المائية في المحيط العالمي ، كما أوضح عالم الصوت المائي الأمريكي Wenz (Wenz ، 1962) ، فيما يتعلق بالعوامل التالية: المد والجزر والتيارات والرياح والزلازل وأمواج تسونامي والنشاط البشري الصناعي والحياة البيولوجية. تختلف طبيعة الضوضاء الناتجة عن عوامل مختلفة في كل من مجموعة ترددات الصوت وشدتها. على التين. يوضح الشكل 2 اعتماد الطيف ومستوى ضغط أصوات المحيطات العالمية على العوامل التي تسببها.

في أجزاء مختلفة من المحيط العالمي ، يتم تحديد تكوين الضوضاء بواسطة مكونات مختلفة. في هذه الحالة ، يكون للقاع والشواطئ تأثير كبير على تكوين الأصوات.

وبالتالي ، فإن تكوين وكثافة الضوضاء في أجزاء مختلفة من المحيط العالمي متنوعة للغاية. هناك صيغ تجريبية توضح اعتماد شدة ضوضاء البحر على شدة العوامل التي تسببها. ومع ذلك ، لأغراض عملية ، عادة ما يتم قياس ضوضاء المحيطات بشكل تجريبي.

وتجدر الإشارة إلى أنه من بين أصوات المحيطات العالمية ، فإن الأصوات الصناعية التي يصدرها الإنسان هي الأكثر شدة: ضوضاء السفن ، وشباك الجر ، وما إلى ذلك ، وفقًا لشين (1964) ، فهي أكثر شدة بمقدار 10-100 مرة من الأصوات الأخرى. المحيطات العالمية. ومع ذلك ، كما يتضح من الشكل. في الشكل 2 ، يختلف تكوينها الطيفي إلى حد ما عن التركيب الطيفي للأصوات التي تسببها عوامل أخرى.

عند الانتشار في الماء ، يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية ، وتنكسر ، وتمتص ، وتنحرف ، وتتداخل.

تواجه عقبة في طريقها ، يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية منه في حالة عندما يكون طولها الموجي (لامدا)أقل من حجم العائق ، أو الالتفاف حوله (انحرافه) في الحالة التي يكون فيها الطول الموجي أكبر من العائق. في هذه الحالة ، يمكن للمرء أن يسمع ما يحدث خلف العائق دون رؤية المصدر مباشرة. عند الوقوع على عقبة ، يمكن أن تنعكس الموجات الصوتية في حالة واحدة ، وفي حالة أخرى يمكن أن تخترقها (تمتصها). تعتمد قيمة طاقة الموجة المنعكسة على مدى قوة ما يسمى بالممانعات الصوتية للوسائط "p1c1" و "p2c2" عن بعضها البعض ، على السطح البيني الذي تسقط فيه الموجات الصوتية. تحت المقاومة الصوتية للوسيط يقصد به ناتج كثافة الوسيط المعين p وسرعة انتشار الصوت معفيها. كلما زاد الاختلاف في المعاوقة الصوتية للوسائط ، سينعكس الجزء الأكبر من الطاقة من فصل الوسيطتين ، والعكس صحيح. في حالة سقوط الصوت من الهواء على سبيل المثال ، روبيةالتي 41 ، في الماء ، روبيةوهو 150000 ينعكس حسب الصيغة:

فيما يتعلق بما سبق ، يخترق الصوت في الجسم الصلب من الماء بشكل أفضل بكثير من الهواء. من الهواء إلى الماء ، يخترق الصوت البئر من خلال الشجيرات أو القصب البارز فوق سطح الماء.

فيما يتعلق بانعكاس الصوت من العوائق وطبيعته الموجية ، يمكن أن تحدث إضافة أو طرح سعات ضغوط الصوت لنفس الترددات التي وصلت إلى نقطة معينة في الفضاء. إحدى النتائج المهمة لهذه الإضافة (التداخل) هي تكوين موجات واقفة عند الانعكاس. على سبيل المثال ، إذا تم إدخال شوكة رنانة في التذبذب ، مما جعلها أقرب وأبعد من الجدار ، يمكن للمرء أن يسمع الزيادة والنقصان في حجم الصوت بسبب ظهور العقد العكسية والعقد في مجال الصوت. عادة ، تتشكل الموجات الواقفة في حاويات مغلقة: في أحواض السمك ، وحمامات السباحة ، وما إلى ذلك ، مع صوت المصدر لفترة طويلة نسبيًا.

في الظروف الحقيقية للبحر أو المستودعات الطبيعية الأخرى ، أثناء انتشار الصوت ، لوحظ العديد من الظواهر المعقدة التي تنشأ فيما يتعلق بعدم تجانس البيئة المائية. يؤثر القاع والواجهات (الماء - الهواء) بشكل كبير على انتشار الصوت في الخزانات الطبيعية ، وعدم تجانس درجة الحرارة والملح ، والضغط الهيدروستاتيكي ، وفقاعات الهواء ، والكائنات العوالق. تؤدي الواجهة بين الماء والهواء والقاع ، وكذلك عدم تجانس الماء ، إلى ظاهرة الانكسار (انحناء الأشعة الصوتية) ، أو الصدى (انعكاس متعدد للأشعة الصوتية).

تساهم فقاعات الماء والعوالق وغيرها من المواد المعلقة في امتصاص الصوت في الماء. لم يتم بعد تطوير القياس الكمي لهذه العوامل العديدة. من الضروري أخذها في الاعتبار عند إجراء التجارب الصوتية.

دعونا ننظر الآن إلى الظواهر التي تحدث في الماء عندما ينبعث فيه الصوت.

تخيل أن مصدر الصوت هو كرة نابضة في مساحة لا نهائية. يتم تخفيف الطاقة الصوتية المنبعثة من مثل هذا المصدر بشكل عكسي مع مربع المسافة من مركزه.

يمكن وصف طاقة الموجات الصوتية الناتجة بثلاث معاملات: السرعة والضغط والإزاحة لجسيمات الماء المتذبذبة. تعتبر المعلمتان الأخيرتان ذات أهمية خاصة عند النظر في القدرات السمعية للأسماك ، لذلك سوف نتناولها بمزيد من التفصيل.

وفقًا لهاريس وبيرجيلدجيك (Harris a. Berglijk ، 1962) ، يتم عرض تأثير موجة الضغط وتأثيرات الإزاحة بشكل مختلف في القريب (على مسافة أقل من طول موجي واحد من الصوت) وبعيد (على مسافة أكثر من طول موجي واحد من الصوت) المجال الصوتي.

في المجال الصوتي البعيد ، يضعف الضغط عكسياً مع المسافة من مصدر الصوت. في هذه الحالة ، في المجال الصوتي البعيد ، تتناسب اتساع الإزاحة بشكل مباشر مع اتساع الضغط ومترابطة بواسطة الصيغة:

أين ص - الضغط الصوتي في داين / سم 2 ؛

د- قيمة إزاحة الجسيمات في سم.

في المجال الصوتي القريب ، يختلف الاعتماد بين سعات الضغط والإزاحة:

أين صالضغط الصوتي في داين / سم 2 ؛

د - إزاحة جزيئات الماء في سم؛

F - تردد التذبذب في هرتز ؛

روبية- المقاومة الصوتية للماء تساوي 150000 ز / سم 2 ثانية 2 ؛

لامداهو الطول الموجي للصوت في م; ص - المسافة من مركز الكرة النابضة ؛

أنا= SQR أنا

يمكن أن نرى من الصيغة أن سعة الإزاحة في المجال الصوتي القريب تعتمد على الطول الموجي والصوت والمسافة من مصدر الصوت.

في المسافات الأصغر من الطول الموجي للصوت المعني ، يتناقص اتساع الإزاحة عكسيًا مع مربع المسافة:

أين لكن هو نصف قطر الكرة النابضة ؛

د- زيادة في نصف قطر الكرة بسبب النبض ؛ ص هي المسافة من مركز الكرة.

الأسماك ، كما هو موضح أدناه ، لها نوعان مختلفان من أجهزة الاستقبال. يدرك البعض الضغط ، بينما يرى البعض الآخر إزاحة جزيئات الماء. لذلك فإن المعادلات المذكورة أعلاه لها أهمية كبيرة للتقييم الصحيح لاستجابات الأسماك لمصادر الصوت تحت الماء.

فيما يتعلق بانبعاث الصوت ، نلاحظ ظاهرتين إضافيتين مرتبطتين بالبواعث: ظاهرة الرنين والاتجاهية للبواعث.

يحدث انبعاث الصوت من الجسم بالتزامن مع اهتزازاته. كل جسم له تردد التذبذب الخاص به ، والذي يحدده حجم الجسم وخصائصه المرنة. إذا تم إحضار مثل هذا الجسم في حالة تذبذب ، يتزامن تواترها مع ترددها ، فإن ظاهرة الزيادة الكبيرة في سعة التذبذب تحدث - الرنين. إن استخدام مفهوم الرنين يجعل من الممكن توصيف بعض الخصائص الصوتية لبواعث ومستقبلات الأسماك. يمكن أن يكون الإشعاع الصوتي في الماء اتجاهيًا أو غير اتجاهي. في الحالة الأولى ، تنتشر الطاقة الصوتية في الغالب في اتجاه معين. يسمى الرسم البياني الذي يعبر عن التوزيع المكاني للطاقة الصوتية لمصدر صوت معين مخطط الاتجاه. يتم ملاحظة اتجاهية الإشعاع في الحالة التي يكون فيها قطر الباعث أكبر بكثير من الطول الموجي للصوت المنبعث.

في حالة الإشعاع متعدد الاتجاهات ، تتباعد الطاقة الصوتية بشكل موحد في جميع الاتجاهات. تحدث هذه الظاهرة عندما يتجاوز الطول الموجي للصوت المنبعث قطر الباعث لامدا> 2 أ.الحالة الثانية هي الأكثر شيوعًا لمشعات تحت الماء منخفضة التردد. عادةً ما تكون الأطوال الموجية للأصوات منخفضة التردد أكبر بكثير من أبعاد بواعث تحت الماء المستخدمة. نفس الظاهرة نموذجية بالنسبة لانبعاثات الأسماك. في هذه الحالات ، تكون أنماط الإشعاع للبواعث غائبة. في هذا الفصل ، تمت ملاحظة بعض الخصائص الفيزيائية العامة للصوت في البيئة المائية فقط فيما يتعلق بالصوتيات الحيوية للأسماك. سيتم النظر في بعض الأسئلة الأكثر تحديدًا عن الصوتيات في الأقسام ذات الصلة من الكتاب.

في الختام ، دعونا ننظر في أنظمة قياس الصوت المستخدمة من قبل العديد من المؤلفين. يمكن التعبير عن الصوت من خلال شدته أو ضغطه أو مستوى ضغطه.

يتم قياس شدة الصوت في الوحدات المطلقة إما برقم إرغ / ثانية سم 2, أو ث / سم 2.في نفس الوقت 1 erg / ثانية = 10-7الثلاثاء.

يقاس ضغط الصوت بـ الحانات.

هناك علاقة بين شدة الصوت وضغطه:

والتي يمكن استخدامها لتحويل هذه القيم من واحدة إلى أخرى.

في كثير من الأحيان ، لا سيما عند التفكير في سماع الأسماك ، نظرًا للنطاق الهائل لقيم العتبة ، يتم التعبير عن ضغط الصوت بوحدات ديسيبل لوغاريتمية نسبية ، ديسيبل.إذا كان ضغط الصوت من صوت واحد ص، والآخر R o ، ثم يعتبرون أن الصوت الأول أعلى من صوت الثاني كديسيبلواحسبها حسب المعادلة:

في هذه الحالة ، يأخذ معظم الباحثين القيمة الحدية للسمع البشري التي تساوي 0.0002 على أنها القراءة الصفرية لضغط الصوت P o شريطللتردد 1000 هرتز.

ميزة مثل هذا النظام هي إمكانية المقارنة المباشرة بين سمع البشر والأسماك ، والعيب هو صعوبة مقارنة النتائج التي يتم الحصول عليها من خلال صوت وسمع الأسماك.

القيم الفعلية لضغط الصوت الناتج عن الأسماك أعلى بأربع إلى ست مرات من مستوى الصفر المقبول (0.0002 شريط)،ومستويات عتبة السمع للأسماك المختلفة تقع فوق وتحت العد الصفري الشرطي.

لذلك ، لتسهيل مقارنة أصوات الأسماك وسمعها ، يستخدم المؤلفون الأمريكيون (Tavolga and Wodinsky ، 1963 ، إلخ) إطارًا مرجعيًا مختلفًا.

ضغط الصوت 1 شريط،وهو 74 ديسيبلأعلى من المقبول سابقا.

يوجد أدناه نسبة تقريبية لكلا النظامين.

يتم تمييز القيم الفعلية في النظام المرجعي الأمريكي بعلامة النجمة في النص.

الصوت هو أحد مكونات حياتنا ، ويسمعه الإنسان في كل مكان. من أجل النظر في هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل ، نحتاج أولاً إلى فهم المفهوم نفسه. للقيام بذلك ، تحتاج إلى الرجوع إلى الموسوعة ، حيث تمت كتابة أن "الصوت عبارة عن موجات مرنة تنتشر في أي وسط مرن وتحدث اهتزازات ميكانيكية فيه." بعبارات أبسط ، هذه اهتزازات مسموعة في أي وسط. تعتمد الخصائص الرئيسية للصوت على ماهيته. بادئ ذي بدء ، تختلف سرعة التكاثر ، على سبيل المثال ، في الماء عن وسط آخر.

أي صوت تناظري له خصائص وخصائص معينة (سمات فيزيائية) وصفات (انعكاس لهذه السمات في أحاسيس الإنسان). على سبيل المثال ، المدة - المدة ، التردد - الملعب ، التكوين - الجرس ، وما إلى ذلك.

سرعة الصوت في الماء أعلى بكثير من سرعة الهواء على سبيل المثال. لذلك ، ينتشر بشكل أسرع ويصبح مسموعًا إلى أبعد من ذلك بكثير. يحدث هذا بسبب الكثافة الجزيئية العالية للوسط المائي. إنه أكثر كثافة 800 مرة من الهواء والصلب. ويترتب على ذلك أن انتشار الصوت يعتمد إلى حد كبير على الوسط. لنلق نظرة على أرقام محددة. لذا ، فإن سرعة الصوت في الماء هي 1430 م / ث ، في الهواء - 331.5 م / ث.

يُسمع دائمًا الصوت منخفض التردد ، مثل الضوضاء التي يصدرها محرك السفينة ، قليلاً قبل أن تدخل السفينة مجال الرؤية. سرعته تعتمد على عدة أشياء. إذا ارتفعت درجة حرارة الماء ، فمن الطبيعي أن ترتفع سرعة الصوت في الماء. يحدث الشيء نفسه مع زيادة ملوحة المياه وضغطها ، والتي تزداد مع زيادة عمق مساحة الماء. يمكن أن يكون لظاهرة مثل الأوتاد الحرارية دور خاص في السرعة. هذه هي الأماكن التي تلتقي فيها طبقات المياه بدرجات حرارة مختلفة.

أيضًا في مثل هذه الأماكن يختلف (بسبب الاختلاف في ظروف درجة الحرارة). وعندما تمر الموجات الصوتية عبر هذه الطبقات ذات الكثافة المختلفة ، فإنها تفقد معظم قوتها. في مواجهة خط حراري ، تنعكس الموجة الصوتية جزئيًا ، وأحيانًا بالكامل (تعتمد درجة الانعكاس على الزاوية التي يسقط فيها الصوت) ، وبعد ذلك ، على الجانب الآخر من هذا المكان ، يتم تشكيل منطقة الظل. إذا أخذنا في الاعتبار مثالًا عندما يوجد مصدر صوت في الفضاء المائي فوق الخط الحراري ، فسيكون من المستحيل تقريبًا سماع شيء أقل.

التي يتم نشرها فوق السطح ، لم يتم سماعها أبدًا في الماء نفسه. والعكس صحيح عندما يكون تحت طبقة الماء: لا يبدو فوقها. مثال صارخ على ذلك هو الغواصين المعاصرين. ينخفض ​​سمعهم بشكل كبير بسبب حقيقة أن الماء يؤثر وأن السرعة العالية للصوت في الماء تقلل من جودة تحديد الاتجاه الذي يتحرك منه. هذا يضعف القدرة المجسمة على إدراك الصوت.

تحت طبقة من الماء ، يدخلون الأذن البشرية في الغالب من خلال عظام جمجمة الرأس ، وليس ، كما هو الحال في الغلاف الجوي ، من خلال طبلة الأذن. نتيجة هذه العملية هي إدراكها في وقت واحد من كلا الأذنين. الدماغ البشري غير قادر في هذا الوقت على تمييز الأماكن التي تأتي منها الإشارات ، وبأي شدة. والنتيجة هي ظهور الوعي بأن الصوت ، كما كان ، يتدحرج من جميع الجوانب في نفس الوقت ، على الرغم من أن هذا أبعد ما يكون عن الواقع.

بالإضافة إلى ما سبق ، تتمتع الموجات الصوتية في الفضاء المائي بصفات مثل الامتصاص والتباعد والتشتت. الأول عندما تختفي قوة الصوت في المياه المالحة تدريجياً بسبب احتكاك البيئة المائية والأملاح الموجودة فيها. يتجلى الاختلاف في إزالة الصوت من مصدره. يبدو أنه يذوب في الفضاء مثل الضوء ، ونتيجة لذلك ، تنخفض شدته بشكل كبير. وتختفي التقلبات تمامًا بسبب التشتت على جميع أنواع العوائق ، وعدم تجانس الوسط.