Formules pour calculer la vitesse du son. En savoir plus sur la vitesse

VITESSE DU SON- vitesse de propagation d'une onde élastique dans le milieu. Déterminé par l'élasticité et la densité du milieu. Pour courir sans changer de forme avec la vitesse Avec dans le sens de l'axe X, pression sonore r peut être représenté sous la forme p = p(x - - ct), Où t- temps. Pour une harmonie plane, des ondes dans un milieu sans dispersion et SZ. exprimé en termes de fréquence w et k Floy c = w/k. Avec rapidité Avec la phase harmonique se propage. des vagues, donc Avec appelé également la phase S. z. Dans les milieux dans lesquels la forme d'une onde arbitraire change au cours de la propagation, harmonique. les ondes conservent néanmoins leur forme, mais la vitesse de phase s'avère différente pour différentes fréquences, c'est-à-dire dispersion sonore.Dans ces cas, le concept est également utilisé vitesse de groupe. Aux grandes amplitudes, des effets non linéaires apparaissent (voir. Acoustique non linéaire), entraînant une modification de toutes les ondes, y compris harmoniques : la vitesse de propagation de chaque point du profil d'onde dépend de la pression en ce point, augmentant avec l'augmentation de la pression, ce qui conduit à une distorsion de la forme de l'onde.

Vitesse du son dans les gaz et liquides. Dans les gaz et les liquides, le son se propage sous forme d’ondes volumétriques de compression-décharge. Si le processus de propagation se produit de manière adiabatique (ce qui est généralement le cas), c'est-à-dire que le changement de température dans l'onde sonore n'a pas le temps de se stabiliser même après 1 / 2 , période la chaleur des zones chauffées (comprimées) n'a pas le temps de se déplacer vers les zones froides (raréfiées), alors S. z. égal à , Où R. est la pression dans la substance, est sa densité et l'indice s montre que la dérivée est prise à entropie constante. Ce S. z. appelé adiabatique. Expression pour S. z. peut également être écrit sous l’une des formes suivantes :

Où À enfer - adiabatique. module de compression globale de la matière, - adiabatique. compressibilité, - isotherme compressibilité, = - le rapport des capacités thermiques à pression et volume constants.

Dans les solides délimités, en plus des ondes longitudinales et transversales, il existe d'autres types d'ondes. Ainsi, le long de la surface libre d'un corps solide ou le long de sa limite avec un autre milieu, ils se propagent ondes acoustiques de surface, dont la vitesse est inférieure à la vitesse des ondes corporelles caractéristiques d'un matériau donné. Pour plaques, tiges et autres matériaux acoustiques solides. les guides d'ondes sont caractéristiques vagues normales Dont la vitesse est déterminée non seulement par les propriétés de la substance, mais également par la géométrie du corps. Ainsi, par exemple, S. z. pour une onde longitudinale dans une tige avec un st dont les dimensions transversales sont bien inférieures à la longueur d'onde du son, différente du S. z. dans un environnement sans restriction avec moi(Tableau 3) :

Méthodes de mesure de S.z. peut être divisé en résonnant, interférométrique, pulsé et optique (voir. Diffraction de la lumière par ultrasons).Naib. La précision des mesures est obtenue à l'aide de méthodes de phase d'impulsion. Optique les méthodes permettent de mesurer S. z. à des fréquences hypersoniques (jusqu'à 10 11 -10 12 Hz). Abdos de précision. mesures S. z. sur le meilleur équipement env. 10 -3%, alors que la précision est relative. mesures de l'ordre de 10 -5% (par exemple, lors de l'étude de la dépendance Avec en température ou magnétique champs ou la concentration d'impuretés ou de défauts).

Mesures de S. z. sont utilisés pour définir des pluriels. propriétés de la matière, telles que le rapport des capacités calorifiques des gaz, la compressibilité des gaz et des liquides, les modules élastiques des solides, la température de Debye, etc. (voir. Acoustique moléculaire). Détermination de petits changements dans S. z. est sensible. méthode de fixation des impuretés dans les gaz et les liquides. Dans les solides, la mesure de S. z. et sa dépendance à l'égard de différents facteurs (température, champs magnétiques, etc.) permet d'étudier la structure de la matière : la structure de bande des semi-conducteurs, la structure de la surface de Fermi dans les métaux, etc.

Lit. : Landau L. D., L i f sh i c E. M., Théorie de l'élasticité, 4e éd., M., 1987 ; eux, Hydrodynamics, 4e éd., M., 1988 ; Bergman L., et son application en science et technologie, trans. de l'allemand, 2e éd., M., 1957 ; Mikhailov I. G., Soloviev V. A., Syrnikov Yu., Fondements de l'acoustique moléculaire, M., 1964 ; Tableaux de calcul de la vitesse du son dans l'eau de mer, L., 1965 ; Acoustique physique, éd. W. Mason, trad. de l'anglais, vol. 1, partie A, M., 1966, ch. 4 ; t. 4, partie B, M., 1970, ch. 7 ; Kolesnikov A.E., Mesures ultrasoniques, 2e éd., M., 1982 ; T r u e l l R., El b a u m Ch., Chi k B., Méthodes ultrasoniques en physique du solide, trans. de l'anglais, M., 1972 ; Cristaux acoustiques, éd. M.P. Shaskolskaya, M., 1982 ; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Introduction à l'acoustique physique, M., 1984. A. L. Polyakova.

But du travail: Détermination de la longueur d'onde stationnaire et de la vitesse du son dans l'air.

Appareils et accessoires : résonateur avec téléphone et microphone, générateur de sons, oscilloscope, règle de mesure.

Introduction théorique

Le son est une onde élastique se propageant dans les gaz, les liquides et les solides et perçue par l'oreille des humains et des animaux. L'oreille humaine est capable de percevoir des sons avec des fréquences allant de 16 Hz à 20 kHz. Les sons dont les fréquences sont inférieures à 16 Hz sont appelés infrasons et ceux au-dessus de 20 kHz sont appelés ultrasons. La science du son s'appelle l'acoustique.

Si une source d'oscillation est placée dans un milieu élastique, alors les particules en contact avec elle seront retirées de la position d'équilibre et commenceront à osciller. Les vibrations de ces particules sont transmises par des forces élastiques aux particules voisines du milieu, et d'elles à d'autres, plus éloignées de la source des vibrations. Après un certain temps, le processus oscillatoire couvrira tout le milieu. La propagation des vibrations dans un milieu élastique s'appelle une onde ou un processus de vague.

Il existe des ondes longitudinales (les particules oscillent dans la direction de propagation des ondes) et des ondes transversales (les particules oscillent perpendiculairement à cette direction). Les ondes longitudinales alternent condensations et raréfactions. De telles ondes se propagent dans des milieux dans lesquels des forces élastiques apparaissent lors de déformations en compression et en traction, mais ne subissent pas de contrainte de cisaillement (c'est-à-dire dans les solides, les liquides et les gaz). Un exemple d’ondes longitudinales sont les ondes sonores. Les ondes transversales se propagent dans des milieux dans lesquels des forces élastiques sont générées par déformation par cisaillement (c'est-à-dire dans les solides ou dans certains cas particuliers, comme les ondes à une interface liquide-gaz). La vitesse de propagation des ondes longitudinales et transversales dépend des propriétés élastiques du milieu. Ainsi, à 20 ºC, la vitesse du son dans l’air est de 343 m/s, dans l’eau – 1 480 m/s, dans l’acier – environ 6 000 m/s.

La vitesse du son dans les gaz peut théoriquement être calculée à l'aide de la formule :

où  est l'indice adiabatique (le rapport de la capacité thermique à pression constante sur la capacité thermique à volume constant), R.– constante molaire des gaz, T– température thermodynamique, M– masse molaire du gaz. Ainsi, la vitesse du son dans les gaz s'avère être du même ordre que la vitesse moyenne de mouvement thermique des molécules.

Équation d'une onde progressive se propageant le long d'une coordonnée x, a la forme :

 = UN cos( t – kx), (2)

où  est le déplacement des particules du milieu depuis la position d'équilibre ; UN– l'amplitude des vagues ;  – fréquence d'oscillation cyclique ; t- temps; k– le numéro d'onde,
( – longueur d'onde).

Une onde stationnaire est un état oscillatoire spécial d'un milieu qui se produit lorsque deux ondes progressives opposées (par exemple, directes et réfléchies) de même amplitude et fréquence se superposent. Une onde stationnaire est un cas particulier d’interférence d’ondes.

Considérons l'addition de deux ondes contra-propagatives de même amplitude et fréquence. Une onde directe est décrite par l'équation

 1 = UN cos( t – kx), (3)

dans l'équation de l'onde réfléchie la coordonnée x signe inverse :

 2 = UN cos( t + kx). (4)

Ajoutons les équations (3) et (4) :

 =  1 +  2 = UN cos( t – kx) + UN cos( t + kx)

et, en utilisant la formule de la somme des cosinus de deux angles, on obtient l'équation des ondes stationnaires :

 = 2 UN parce que x cos t. (5)

L'expression avant cos t, représente l'amplitude de l'onde stationnaire :

UN Art. V. =  2 UN parce que x . (6)

L'amplitude des vibrations des particules moyennes dans une onde stationnaire dépend des coordonnées des particules x et varie donc d'un point à l'autre. L'amplitude d'une onde stationnaire est maximale (ces lieux géométriques sont appelés ventres) à condition

parce que x=  1,

x =   n, (7)

où sont les coordonnées des ventres ?

x pn =  . (8)

L'amplitude d'une onde stationnaire prend des valeurs nulles (ces points sont appelés nœuds) sous la condition

parce que x = 0,

x=  (2 n + 1), (9)

d'où viennent les coordonnées des nœuds ?

x nœud = 
. (10)

Dans les formules (7) – (10) n= 0, 1, 2, 3… . La distance entre les nœuds adjacents ou les ventres adjacents est de /2, et les nœuds et ventres adjacents sont décalés de /4. Les points situés aux nœuds n'oscillent pas.

La distance entre deux nœuds ou ventres adjacents est appelée longueur d’onde stationnaire. Par conséquent, la longueur de l’onde stationnaire est égale à la moitié de la longueur de l’onde progressive :

 st = . (11)

Construisons un graphique d'une onde stationnaire. À l'aide de l'équation (5), nous calculons les déplacements  pour des instants de temps fixes t = 0, T/8, T/4, 3T/8, T/2. Dans chacune des équations résultantes  = f(x) remplacer les coordonnées x= 0, /4, /2, 3/4, , 5/4… . Les résultats du calcul sont donnés ci-dessous.

Les dépendances résultantes  = f(x) sont représentés sur la Fig. 1 et représentent une sorte de « photographies instantanées » d’une onde stationnaire.

Une onde stationnaire présente les caractéristiques suivantes :

l'amplitude des vibrations des particules est différente selon les endroits du milieu ;

dans une section du milieu d'un nœud à un autre, toutes les particules oscillent dans une phase lorsqu'elles traversent un nœud, la phase d'oscillation change en sens inverse ;

contrairement à une onde progressive, elle ne transfère pas d’énergie.

L'observateur a utilisé une montre pour noter le temps écoulé entre l'apparition du flash et le moment où le son a été entendu. Le temps nécessaire à la lumière pour parcourir cette distance a été négligé. Afin d'éliminer autant que possible l'influence du vent, il y avait un canon et un observateur de chaque côté, et chaque canon tirait à peu près au même moment.

La valeur moyenne de deux mesures de temps a été prise et basée sur celle-ci. Il s'est avéré qu'elle était approximativement égale à 340 ms -1. Le gros inconvénient de cette méthode de mesure était que le pistolet n’était pas toujours à portée de main !

De nombreux candidats décrivent une méthode similaire. Un élève se tient d'un côté du terrain de football avec un pistolet de départ et l'autre de l'autre côté avec un chronomètre. La distance entre eux est soigneusement mesurée avec un ruban à mesurer. L'élève démarre le chronomètre lorsqu'il voit de la fumée sortir du canon et l'arrête lorsqu'il entend le bruit. Il en va de même lorsqu'ils changent de place pour compenser les effets du vent. Ensuite, le temps moyen est déterminé.

Étant donné que le son se propage à 340 ms -1 , un chronomètre ne sera probablement pas assez précis. Il est préférable d'opérer en centisecondes ou en millisecondes.

Mesurer la vitesse du son à l'aide de l'écho

Lorsqu'un son court et aigu, tel qu'un claquement, est produit, l'impulsion de l'onde peut être réfléchie par un obstacle important, tel qu'un mur, et entendue par un observateur. Cette impulsion réfléchie s’appelle un écho. Imaginons qu'une personne se tienne à une distance de 50 m du mur et applaudisse. Lorsque l'écho se fait entendre, le son a parcouru 100 m. Mesurer cet intervalle avec un chronomètre ne sera pas très précis. Cependant, si une deuxième personne tient un chronomètre et que la première personne applaudit, alors la durée d'un grand nombre d'écho peut être obtenue avec une précision raisonnable.

Supposons que la distance à laquelle la personne qui applaudit se trouve devant le mur soit de 50 m et que l'intervalle de temps entre le premier et le cent unième applaudissement soit de 30 s, alors :

vitesse du son= distance parcourue / temps d'un clap = 100m : 30 / 100 s = 333 ms -1

Mesurer la vitesse du son à l'aide d'un oscilloscope

Une manière plus sophistiquée de mesurer directement la vitesse du son consiste à utiliser un oscilloscope. Le haut-parleur émet des impulsions à intervalles réguliers et elles sont enregistrées par un oscilloscope à rayon cathodique (voir figure). Lorsqu'une impulsion est reçue par le microphone, elle sera également enregistrée par l'oscilloscope. Si les caractéristiques temporelles de l'oscilloscope sont connues, l'intervalle de temps entre deux impulsions peut être trouvé.

La distance entre le haut-parleur et le microphone est mesurée. La vitesse du son peut être trouvée à l'aide de la formule vitesse = distance / temps.

Vitesse du son dans divers médias

La vitesse du son est plus élevée dans les solides que dans les liquides et plus élevée dans les liquides que dans les gaz. Des expériences passées sur le lac Léman ont montré que la vitesse du son dans l'eau est nettement plus élevée que dans l'air. En eau douce, la vitesse du son est de 1410 ms -1, en eau de mer - 1540 ms -1. Dans le fer, la vitesse du son est d'environ 5000 ms -1.

En envoyant des signaux sonores et en notant l'intervalle de temps avant l'arrivée du signal réfléchi (écho), il est possible de déterminer la profondeur de la mer et l'emplacement des bancs de poissons. Pendant la guerre, des sondeurs à haute fréquence étaient utilisés pour détecter les mines. Les chauves-souris en vol utilisent une forme spéciale d’écho pour détecter les obstacles. La chauve-souris émet un son à haute fréquence qui rebondit sur un objet sur son passage. La souris entend l'écho, localise l'objet et l'évite.

La vitesse du son dans l'air dépend des conditions atmosphériques. La vitesse du son est proportionnelle à la racine carrée de la pression divisée par la densité. Les changements de pression n'affectent pas la vitesse du son dans l'air. En effet, une augmentation de la pression entraîne une augmentation correspondante de la densité et le rapport pression/densité reste constant.

La vitesse du son dans l’air (comme dans n’importe quel gaz) est affectée par les changements de température. Les lois relatives aux gaz indiquent que le rapport pression/densité est proportionnel à . Ainsi, la vitesse du son est proportionnelle à √T. Il est plus facile de franchir le mur du son à haute altitude car la température y est plus basse.

La vitesse du son est affectée par les changements d'humidité. La densité de la vapeur d'eau est inférieure à la densité de l'air sec à la même pression. La nuit, lorsque l’humidité augmente, le son se propage plus rapidement. Les sons sont entendus plus clairement par une nuit calme et brumeuse.

Cela est dû en partie à l'augmentation de l'humidité et en partie au fait que dans ces conditions, il se produit généralement une inversion de température dans laquelle les sons sont réfractés de telle manière qu'ils ne se dissipent pas.

Le son est compris comme des ondes élastiques situées dans la plage d'audibilité de l'oreille humaine, dans la plage d'oscillation de 16 Hz jusqu'à 20 kHz. Oscillations avec une fréquence inférieure à 16 Hz appelé infrason, plus de 20 kHz-ultrason.

Comparée à l’air, l’eau a une plus grande densité et moins de compressibilité. À cet égard, la vitesse du son dans l'eau est quatre fois et demie supérieure à celle dans l'air et est de 1440 m/sec. Fréquence de vibration sonore (nu) est liée à la longueur d'onde (lambda) par la relation : c= lambda-nu. Le son se propage dans l'eau sans dispersion. La vitesse du son dans l'eau varie en fonction de deux paramètres : la densité et la température. Un changement de température de 1° entraîne un changement correspondant de la vitesse du son de 3,58. m par seconde. Si vous surveillez la vitesse de propagation du son de la surface au fond, il s'avère que d'abord, en raison d'une diminution de la température, elle diminue rapidement, atteignant un minimum à une certaine profondeur, puis, avec la profondeur, commence à augmenter rapidement. en raison d'une augmentation de la pression de l'eau qui, comme on le sait, augmente d'environ 1 ATM pour chaque 10 m profondeurs.

À partir d'une profondeur d'environ 1 200 m, là où la température de l’eau reste pratiquement constante, la vitesse du son change en raison des changements de pression. "À une profondeur d'environ 1 200 m (pour l'Atlantique), il existe une valeur minimale pour la vitesse du son ; À de plus grandes profondeurs, en raison d'une augmentation de la pression, la vitesse du son augmente à nouveau. Puisque les rayons sonores se dirigent toujours vers les zones du milieu où leur vitesse est la plus faible, ils sont concentrés dans la couche ayant la vitesse minimale du son » (Krasilnikov, 1954). Cette couche, découverte par les physiciens soviétiques L.D Rosenberg et L.M. Brekhovskikh, est appelé le « canal sonore sous-marin ». Le son entrant dans le canal sonore peut parcourir de grandes distances sans atténuation. Cette caractéristique doit être gardée à l’esprit lors de l’examen de la signalisation acoustique des poissons des grands fonds.

L'absorption acoustique dans l'eau est 1 000 fois inférieure à celle de l'air. Une source sonore dans l'air d'une puissance de 100 kW dans l'eau peut être entendu à une distance allant jusqu'à 15 kilomètres; dans l'eau, la source du son est 1 kW peut être entendu à une distance de 30 à 40 km. Les sons de différentes fréquences sont absorbés différemment : les sons à haute fréquence sont absorbés le plus fortement et les sons à basse fréquence sont absorbés le plus rapidement. La faible absorption acoustique dans l'eau a permis de l'utiliser pour le sonar et la signalisation. Les espaces aquatiques sont remplis d'un grand nombre de sons différents. Les bruits des masses d'eau de l'océan mondial, comme le montre l'hydroacousticien américain Wenz (Wenz, 1962), surviennent en relation avec les facteurs suivants : flux et reflux, courants, vent, tremblements de terre et tsunamis, activité industrielle humaine et vie biologique. . La nature du bruit créé par divers facteurs diffère à la fois par l'ensemble des fréquences sonores et par leur intensité. Sur la fig. La figure 2 montre la dépendance du spectre et du niveau de pression des sons de l'océan mondial sur les facteurs qui les provoquent.

Dans différentes parties de l’océan mondial, la composition du bruit est déterminée par différents composants. Le fond et les rives ont une grande influence sur la composition des sons.

Ainsi, la composition et l'intensité du bruit dans différentes parties de l'océan mondial sont extrêmement diverses. Il existe des formules empiriques montrant la dépendance de l'intensité du bruit marin sur l'intensité des facteurs qui les provoquent. Toutefois, pour des raisons pratiques, le bruit océanique est généralement mesuré de manière empirique.

Il est à noter que parmi les sons de l'océan mondial, les plus intenses sont les sons industriels créés par l'homme : le bruit des navires, des chaluts, etc. Selon Shane (1964), leur intensité est 10 à 100 fois supérieure à celle des autres les sons de l'océan mondial. Cependant, comme on peut le voir sur la Fig. 2, leur composition spectrale est quelque peu différente de la composition spectrale des sons provoquée par d'autres facteurs.

Lorsqu'elles se propagent dans l'eau, les ondes sonores peuvent être réfléchies, réfractées, absorbées, subir une diffraction et des interférences.

Lorsqu'ils rencontrent un obstacle sur leur chemin, les ondes sonores peuvent en être réfléchies si leur longueur d'onde est (lambda) plus petites que la taille de l'obstacle, ou le contourner (diffracter) dans le cas où leur longueur d'onde est supérieure à l'obstacle. Dans ce cas, vous pouvez entendre ce qui se passe derrière l’obstacle sans voir directement la source. En tombant sur un obstacle, les ondes sonores peuvent dans un cas être réfléchies, dans un autre, y pénétrer (absorbées par celui-ci). La quantité d'énergie de l'onde réfléchie dépend de la différence entre les résistances dites acoustiques des milieux « р1с1 » et « р2с2 », à l'interface desquelles tombent les ondes sonores. La résistance acoustique d'un milieu désigne le produit de la densité d'un milieu donné p et de la vitesse de propagation du son. Avec dedans. Plus la différence de résistance acoustique des supports est grande, plus l’énergie réfléchie par l’interface entre les deux supports est importante, et vice versa. Dans le cas, par exemple, d'un son tombant de l'air, rs dont 41, à l'eau, rs qui est de 150 000, il se reflète selon la formule :

À cet égard, le son pénètre beaucoup mieux dans un corps solide à partir de l'eau qu'à partir de l'air. De l’air à l’eau, le son pénètre bien à travers les buissons ou les roseaux dépassant de la surface de l’eau.

En raison de la réflexion du son sur les obstacles et de sa nature ondulatoire, l'addition ou la soustraction des amplitudes de pressions acoustiques de fréquences identiques arrivant à un point donné de l'espace peut se produire. Une conséquence importante de cet ajout (interférence) est la formation d’ondes stationnaires lors de la réflexion. Si, par exemple, vous faites vibrer un diapason en le rapprochant et en l'éloignant du mur, vous pouvez entendre une augmentation et une diminution du volume du son en raison de l'apparition de ventres et de nœuds dans le champ sonore. Généralement, les ondes stationnaires se forment dans des récipients fermés : dans les aquariums, les piscines, etc., lorsque la source est sondée pendant une durée relativement longue.

Dans les conditions réelles de la mer ou d'autres plans d'eau naturels, lors de la propagation du son, on observe de nombreux phénomènes complexes dus à l'hétérogénéité du milieu aquatique. La propagation du son dans les réservoirs naturels est fortement influencée par le fond et les interfaces (eau - air), l'hétérogénéité de la température et du sel, la pression hydrostatique, les bulles d'air et les organismes planctoniques. L'interface entre l'eau et l'air et le fond, ainsi que l'hétérogénéité de l'eau, conduisent à des phénomènes de réfraction (courbure des rayons sonores) ou de réverbération (réflexion multiple des rayons sonores).

Les bulles d'eau, le plancton et autres matières en suspension contribuent à l'absorption du son dans l'eau. Une évaluation quantitative de ces nombreux facteurs n’a pas encore été développée. Il est nécessaire d’en tenir compte lors de la réalisation d’expériences acoustiques.

Considérons maintenant les phénomènes qui se produisent dans l'eau lorsqu'un son y est émis.

Imaginons une source sonore comme une sphère palpitante dans un espace infini. L'énergie acoustique émise par une telle source est atténuée de manière inversement proportionnelle au carré de la distance à son centre.

L'énergie des ondes sonores résultantes peut être caractérisée par trois paramètres : la vitesse, la pression et le déplacement des particules d'eau vibrantes. Les deux derniers paramètres sont particulièrement intéressants lorsqu'on considère les capacités auditives des poissons, nous y reviendrons donc plus en détail.

Selon Harris et Berglijk (1962), la propagation des ondes de pression et les effets de déplacement sont représentés différemment dans l'acoustique proche (à une distance de moins d'une longueur d'onde du son) et lointaine (à une distance de plus d'une longueur d'onde du son). champ.

Dans le champ acoustique lointain, la pression est atténuée de manière inversement proportionnelle à la distance à la source sonore. Dans ce cas, dans le champ acoustique lointain, les amplitudes de déplacement sont directement proportionnelles aux amplitudes de pression et sont liées entre elles par la formule :

Où R. - pression acoustique dans din/cm2 ;

d- la quantité de déplacement des particules dans cm.

Dans le champ acoustique proche, la relation entre les amplitudes de pression et de déplacement est différente :

Où R.-pression acoustique dans din/cm2 ;

d - l'ampleur du déplacement des particules d'eau dans cm;

f - fréquence d'oscillation en Hz ;

rs- résistance acoustique de l'eau égale à 150 000 g/cm2 seconde 2 ;

lambda- longueur d'onde sonore en m; r - distance du centre de la sphère pulsante ;

je= SQR je

La formule montre que l'amplitude du déplacement dans le champ acoustique proche dépend de la longueur d'onde, du son et de la distance à la source sonore.

À des distances plus courtes que la longueur d'onde du son en question, l'amplitude du déplacement diminue en proportion inverse du carré de la distance :

Où UN - rayon de la sphère pulsante ;

D- augmenter le rayon de la sphère grâce à la pulsation ; r - distance du centre de la sphère.

Les Poissons, comme nous le verrons ci-dessous, ont deux types différents de récepteurs. Certains d’entre eux perçoivent la pression, tandis que d’autres perçoivent le déplacement des particules d’eau. Les équations ci-dessus sont donc d'une grande importance pour l'évaluation correcte des réponses des poissons aux sources sonores sous-marines.

A propos de l'émission sonore, on note deux autres phénomènes associés aux émetteurs : le phénomène de résonance et de directivité des émetteurs.

L'émission de sons par un corps est due à ses vibrations. Chaque corps a sa propre fréquence de vibration, déterminée par la taille du corps et ses propriétés élastiques. Si un tel corps est mis en vibration dont la fréquence coïncide avec sa propre fréquence, il se produit un phénomène d'augmentation significative de l'amplitude de la vibration - la résonance. L'utilisation de la notion de résonance permet de caractériser certaines propriétés acoustiques des poissons émetteurs et récepteurs. L’émission sonore dans l’eau peut être directionnelle ou non directionnelle. Dans le premier cas, l’énergie sonore se propage principalement dans une certaine direction. Un graphique exprimant la répartition spatiale de l'énergie sonore d'une source sonore donnée est appelé son diagramme directionnel. Un rayonnement directionnel est observé lorsque le diamètre de l'émetteur est nettement supérieur à la longueur d'onde du son émis.

Dans le cas d’un rayonnement non directionnel, l’énergie sonore diverge uniformément dans toutes les directions. Ce phénomène se produit lorsque la longueur d'onde du son émis dépasse le diamètre de l'émetteur. lambda>2A. Le deuxième cas est le plus typique pour les émetteurs sous-marins basse fréquence. En règle générale, les longueurs d’onde des sons basse fréquence sont nettement supérieures à la taille des émetteurs sous-marins utilisés. Le même phénomène est typique pour les poissons émetteurs. Dans ces cas, les émetteurs n’ont pas de modèle directionnel. Dans ce chapitre, seules quelques propriétés physiques générales du son en milieu aquatique ont été relevées en lien avec la bioacoustique des poissons. Certaines questions plus spécifiques de l'acoustique seront abordées dans les sections appropriées du livre.

En conclusion, nous considérerons les systèmes de mesure du son utilisés par différents auteurs. Le son peut être exprimé par son intensité, sa pression ou son niveau de pression.

L'intensité sonore en unités absolues est mesurée soit par un nombre erg/sec-cm 2, ou W/cm2. En même temps 1 erg/sec=10 -7 Mar.

La pression acoustique est mesurée en barres

Il existe une relation entre l’intensité sonore et la pression acoustique :

à l'aide duquel vous pouvez convertir ces valeurs les unes dans les autres.

Non moins souvent, surtout lorsqu'il s'agit de l'audition des poissons, en raison de la vaste gamme de valeurs seuils, la pression acoustique est exprimée en unités logarithmiques relatives de décibels, db. Si la pression acoustique d'un son R., et l'autre P o, alors ils croient que le premier son est plus fort que le second par kbase de données et calculez-le à l'aide de la formule :

La plupart des chercheurs prennent la valeur seuil de l'audition humaine égale à 0,0002 comme valeur zéro de la pression acoustique P o bar pour la fréquence 1000 Hz.

L'avantage d'un tel système est la possibilité de comparer directement l'audition des humains et des poissons, l'inconvénient est la difficulté de comparer les résultats obtenus sur le son et l'audition des poissons.

Les valeurs réelles de la pression acoustique créée par les poissons sont quatre à six ordres de grandeur supérieures au niveau zéro accepté (0,0002 bar), et les niveaux de seuil d'audition de divers poissons se situent à la fois au-dessus et au-dessous de la référence zéro conventionnelle.

Ainsi, pour faciliter la comparaison des sons et de l'audition des poissons, les auteurs américains (Tavolga a. Wodinsky, 1963, etc.) utilisent un système de référence différent.

Le niveau de référence zéro est considéré comme une pression acoustique de 1 bar, qui est à 74 base de données plus élevé que ce qui était accepté auparavant.

Vous trouverez ci-dessous un rapport approximatif des deux systèmes.

Les valeurs réelles selon le système de référence américain sont marquées d'un astérisque dans le texte.

Aujourd'hui, de nombreux nouveaux colons, lorsqu'ils meublent un appartement, sont obligés d'effectuer des travaux supplémentaires, notamment l'insonorisation de leur maison, car... Les matériaux standards utilisés permettent de ne masquer que partiellement ce qui se passe chez soi, et de ne pas s'intéresser à la communication de ses voisins contre son gré.

Dans les solides, elle est affectée au moins par la densité et l’élasticité de la substance résistant à la vague. Ainsi, lors de l'équipement des locaux, la couche adjacente au mur porteur est insonorisée avec des « chevauchements » en haut et en bas. Il permet de réduire les décibels parfois de plus de 10 fois. Ensuite, des nattes de basalte sont posées et des plaques de plâtre sont placées dessus, qui reflètent le son vers l'extérieur de l'appartement. Lorsqu’une onde sonore « monte » vers une telle structure, elle est atténuée dans les couches isolantes, qui sont poreuses et molles. Si le son est fort, les matériaux qui l’absorbent peuvent même s’échauffer.

Les substances élastiques, telles que l’eau, le bois et les métaux, se transmettent bien, nous entendons donc le beau « chant » des instruments de musique. Et certains peuples du passé déterminaient l'approche, par exemple, des cavaliers, en mettant leur oreille au sol, qui est également assez élastique.

La vitesse du son en km dépend des caractéristiques du milieu dans lequel il se propage. En particulier, le processus peut être affecté par sa pression, sa composition chimique, sa température, son élasticité, sa densité et d'autres paramètres. Par exemple, dans une tôle d'acier, une onde sonore se propage à une vitesse de 5 100 mètres par seconde, dans le verre - environ 5 000 m/s, dans le bois et le granit - environ 4 000 m/s. Pour convertir la vitesse en kilomètres par heure, vous devez multiplier les chiffres par 3 600 (secondes par heure) et diviser par 1 000 (mètres par kilomètre).

La vitesse du son en km dans un milieu aquatique est différente pour des substances de salinités différentes. Pour de l'eau douce à une température de 10 degrés Celsius, elle est d'environ 1 450 m/s, et à une température de 20 degrés Celsius et à la même pression, elle est déjà d'environ 1 490 m/s.

Un environnement salé se caractérise par une vitesse de vibrations sonores évidemment plus élevée.

La propagation du son dans l'air dépend également de la température. Avec une valeur de 20 pour ce paramètre, les ondes sonores se propagent à une vitesse d'environ 340 m/s, soit environ 1200 km/h. Et à zéro degré, la vitesse ralentit jusqu'à 332 m/s. En revenant à nos isolants d'appartement, nous pouvons apprendre que dans un matériau comme le liège, souvent utilisé pour réduire les niveaux de bruit extérieur, la vitesse du son en km n'est que de 1 800 km/h (500 mètres par seconde). C'est dix fois inférieur à cette caractéristique dans les pièces en acier.

Une onde sonore est une vibration longitudinale du milieu dans lequel elle se propage. Lorsque, par exemple, la mélodie d'un morceau de musique traverse un obstacle, son niveau de volume diminue, car change en même temps, la fréquence reste la même, grâce à laquelle nous entendons la voix d’une femme comme celle d’une femme et celle d’un homme comme celle d’un homme. L'endroit le plus intéressant est celui où la vitesse du son en km est proche de zéro. Il s’agit d’un vide dans lequel les ondes de ce type ne se propagent quasiment pas. Pour démontrer comment cela fonctionne, les physiciens placent un réveil qui sonne sous un capot d'où l'air est pompé. Plus l’air est raréfié, plus la cloche est audible.