Аннотация: Показано, что звуком является распространение в среде возмущённых состояний тепловых скоростей структурных элементов среды На основе этой концепции показано новое явление самозатухания звука.
Классические проблемы линейной акустики и теории волн.
УДК534.21
О звуковой волне и самозатухании звука
Сенин Юрий Петрович, С.Петербург, Россия
E - mail: giurgi@Yandex.ru
Показано, что звуком является распространение в среде возмущённых состояний тепловых скоростей структурных элементов среды
На основе этой концепции показано новое явление самозатухания звука.
Ключевые слова: длина волны, звукопроводная среда, скорость звука.
О звуковой волне
Пусть плоская поверхность (в дальнейшем осциллятор) совершает гармонические колебания вдоль прямой, нормальной к этой поверхности. Осциллятор находится в воздушной среде. Параметры движений осциллятора: A - амплитуда колебаний; T - период колебаний; f - частота колебаний.
Находясь в воздушной среде, осциллятор взаимодействует со структурными элементами среды, совершающими тепловые движения. Движение осциллятора модулирует скорости тепловых движений структурных элементов среды по величине и направлению.
Движение осциллятора в среде создает в ней неравновесные состояния структурных элементов среды. Такими неравновесными состояниями являются отклонения скорости передачи импульса между структурными элементами среды. Эти отклонения формируются в среде как волна и переносятся средой в направлении от осциллятора во вне.
В одной полуволне скорости передачи импульса между структурными элементами среды меньше средней скорости, равной скорости звука в этой среде, а в другой - больше скорости звука. Направление передачи импульса в волне одинаковое в обеих полуволнах.
Следовательно, звуковой волной нужно считать, создаваемые источником звука в звуконосной среде, неравновесные состояния скорости передачи импульса между структурными элементами среды. Эти неравновесные состояния транслируются средой средствами самой среды.
Создание неравновесных состояний в среде происходит с соблюдением закона симметрии относительно равновесного состояния среды и закона сохранения состояний.
Волны в среде создаются осциллятором, поэтому параметры осциллятора (амплитуда, период и частота) передаются волне. Длина волны зависит от тепловой скорости структурных элементов среды.
О самозатухании звука
Звуковая волна с момента возникновения и до исчезновения движется в среде как целое. Но, в каждой полуволне скорости передачи импульса разные (см. выше), поэтому с момента возникновения волны начнётся движение неравновесных состояний к середине волны, при условии, что первой идёт полуволна со скоростью меньше скорости звука, а второй - больше скорости звука. Область неравновесных состояний будет уменьшаться сразу с двух сторон, следовательно, волна будет укорачивиться.
В средней области волны будет происходить выравнивание возмущённых состояний (вследствие тепловых взаимодействий структурных элементов) до равновесного состояния. Через определённое время волна неравновесных состояний исчезнет. За это время волна пройдет в среде расстояние, определяемое длиной волны, временем демодуляции и скоростью звука.
Определим это расстояние.
Имеем:
L = C*t
Где: L ќ- Расстояние, проходимое волной от появления до полного гашения
C - Скорость звука
t - Время демодуляции
Скорость демодуляции найдем из соотношения:
t / T = l/4A
Где:
T - Период колебаний осциллятора
l - Длина волны
A - Амплитуда колебаний осциллятора
Имеем:
L = C*l*T/4A
Из формулы видно, что расстояние, пройденное волной до полного гашения, прямо пропорционально скорости звука, длине волны, периоду колебаний осциллятора и обратно пропорционально четырём амплитудам волны.
Таким образом, звуковая волна есть модулированное осциллятором состояние движения структурных элементов звукопроводной среды.
Показано, что затухание звуковой волны есть параметр самой волны.
Можно утверждать, что любая продольная волна адекватна звуковой волне.