Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi. Lebih lanjut tentang kecepatan

KECEPATAN SUARA- kecepatan rambat gelombang elastis dalam medium. Ditentukan oleh elastisitas dan kepadatan medium. Untuk berlari tanpa berubah bentuk dengan kecepatan Dengan dalam arah sumbu X, tekanan suara R dapat direpresentasikan dalam bentuk p = p(x - - ct), Di mana T- waktu. Untuk keselarasan bidang, gelombang dalam medium tanpa dispersi dan SZ. dinyatakan dalam frekuensi w dan k melayang c = w/k. Dengan kecepatan Dengan fase harmonik merambat. gelombang, jadi Dengan ditelepon juga fase S.z. Dalam media di mana bentuk gelombang sembarang berubah selama rambat, harmonik. gelombang tetap mempertahankan bentuknya, tetapi kecepatan fasenya berbeda untuk frekuensi yang berbeda, mis. dispersi suara.Dalam kasus ini konsep tersebut juga digunakan kecepatan kelompok. Pada amplitudo besar, efek nonlinier muncul (lihat. Akustik nonlinier), menyebabkan perubahan pada gelombang apa pun, termasuk gelombang harmonik: kecepatan rambat setiap titik profil gelombang bergantung pada tekanan pada titik ini, meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan, yang menyebabkan distorsi bentuk gelombang.

Kecepatan suara dalam gas dan cairan. Dalam gas dan cairan, bunyi merambat dalam bentuk gelombang pelepasan kompresi volumetrik. Jika proses propagasi terjadi secara adiabatik (yang biasanya terjadi), yaitu perubahan suhu gelombang suara tidak mempunyai waktu untuk mendatar bahkan setelahnya. 1 / 2 , periode panas dari daerah yang dipanaskan (dikompresi) tidak sempat berpindah ke daerah yang dingin (dijernihkan), maka S. z. sama dengan , Di mana R adalah tekanan dalam zat, massa jenisnya, dan indeksnya S menunjukkan bahwa turunannya diambil pada entropi konstan. S.z ini. ditelepon adiabatik. Ekspresi untuk S.z. juga dapat ditulis dalam salah satu bentuk berikut:

Di mana KE neraka - adiabatik. modulus kompresi materi secara menyeluruh, - adiabatik. kompresibilitas, - isotermal kompresibilitas, = - rasio kapasitas panas pada tekanan dan volume konstan.

Pada benda padat terikat, selain gelombang longitudinal dan transversal, terdapat jenis gelombang lainnya. Jadi, sepanjang permukaan bebas benda padat atau sepanjang batasnya dengan medium lain, mereka merambat gelombang akustik permukaan, yang kecepatannya lebih kecil dari kecepatan karakteristik gelombang tubuh suatu material tertentu. Untuk pelat, batang dan material akustik padat lainnya. pandu gelombang adalah karakteristiknya gelombang biasa Kecepatannya ditentukan tidak hanya oleh sifat-sifat zat, tetapi juga oleh geometri benda. Jadi, misalnya, S.z. untuk gelombang longitudinal pada batang dengan st, yang dimensi transversalnya jauh lebih kecil dari panjang gelombang bunyi, berbeda dengan S. z. dalam lingkungan yang tidak dibatasi dengan aku(Tabel 3):

Metode untuk mengukur S.z. dapat dibagi menjadi resonansi, interferometri, berdenyut dan optik (lihat. Difraksi cahaya dengan USG).Naib. Akurasi pengukuran dicapai dengan menggunakan metode fase pulsa. Optik metode memungkinkan untuk mengukur S. z. pada frekuensi hipersonik (hingga 10 11 -10 12 Hz). Akurasi abs. pengukuran S.z. pada peralatan terbaik kira-kira. 10 -3%, sedangkan akurasinya relatif. pengukuran sekitar 10 -5% (misalnya, saat mempelajari ketergantungan Dengan pada suhu atau magnet bidang atau konsentrasi pengotor atau cacat).

Pengukuran S.z. digunakan untuk mendefinisikan bentuk jamak. sifat-sifat materi, seperti rasio kapasitas panas gas, kompresibilitas gas dan cairan, modulus elastisitas padatan, suhu Debye, dll. (lihat. Akustik molekuler). Penentuan perubahan kecil pada S. z. sensitif. metode memperbaiki kotoran dalam gas dan cairan. Dalam benda padat, pengukuran S. z. dan ketergantungannya pada hal yang berbeda faktor (suhu, medan magnet, dll.) memungkinkan Anda mempelajari struktur materi: struktur pita semikonduktor, struktur permukaan Fermi dalam logam, dll.

menyala.: Landau L.D., L i f sh i c E.M., Teori Elastisitas, edisi ke-4, M., 1987; mereka, Hidrodinamika, edisi ke-4, M., 1988; Bergman L., dan penerapannya dalam ilmu pengetahuan dan teknologi, trans. dari Jerman, edisi ke-2, M., 1957; Mikhailov I.G., Solovyov V.A., Syrnikov P., Dasar-dasar akustik molekuler, M., 1964; Tabel penghitungan cepat rambat bunyi di air laut, L., 1965; Akustik fisik, ed. W.Mason, terjemahan. dari bahasa Inggris, jilid 1, bagian A, M., 1966, bab. 4; t.4, bagian B, M., 1970, bab. 7; Kolesnikov A.E., Pengukuran ultrasonik, edisi ke-2, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Metode ultrasonik dalam fisika benda padat, trans. dari bahasa Inggris, M., 1972; Kristal akustik, ed. MP Shaskolskaya, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Pengantar akustik fisik, M., 1984. A.L.Polyakova.

Tujuan pekerjaan: Penentuan panjang gelombang berdiri dan cepat rambat bunyi di udara.

Perangkat dan aksesori: resonator dengan telepon dan mikrofon, generator suara, osiloskop, penggaris pengukur.

Pengenalan teoritis

Suara adalah gelombang elastis yang merambat dalam gas, cairan dan padatan dan dirasakan oleh telinga manusia dan hewan. Telinga manusia mampu menangkap suara dengan frekuensi 16 Hz hingga 20 kHz. Bunyi dengan frekuensi di bawah 16 Hz disebut infrasonik, dan di atas 20 kHz disebut ultrasonografi. Ilmu tentang bunyi disebut akustik.

Jika sumber osilasi ditempatkan pada medium elastis, maka partikel yang bersentuhan dengannya akan keluar dari posisi setimbang dan mulai berosilasi. Getaran partikel-partikel ini ditransmisikan oleh gaya elastis ke partikel medium yang berdekatan, dan dari partikel tersebut ke partikel lain yang lebih jauh dari sumber getaran. Setelah beberapa waktu, proses osilasi akan mencakup seluruh media. Perambatan getaran pada medium elastis disebut gelombang atau proses gelombang.

Ada gelombang longitudinal (partikel berosilasi sepanjang arah rambat gelombang) dan gelombang transversal (partikel berosilasi tegak lurus arah rambat gelombang). Gelombang longitudinal merupakan gelombang kondensasi dan penghalusan yang bergantian. Gelombang tersebut merambat di media di mana gaya elastis timbul selama deformasi tekan dan tarik, tetapi tidak memiliki tegangan geser (yaitu pada benda padat, cair, dan gas). Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Gelombang transversal merambat dalam media di mana gaya elastis dihasilkan oleh deformasi geser (yaitu, pada benda padat atau dalam beberapa kasus khusus, seperti gelombang pada antarmuka cair-gas). Kecepatan rambat gelombang longitudinal dan gelombang transversal bergantung pada sifat elastis medium. Jadi, pada 20 ºС cepat rambat bunyi di udara adalah 343 m/s, di air – 1480 m/s, di baja – sekitar 6000 m/s.

Kecepatan suara dalam gas secara teoritis dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

dimana  adalah indeks adiabatik (perbandingan kapasitas panas pada tekanan konstan dengan kapasitas panas pada volume konstan), R– konstanta gas molar, T– suhu termodinamika, M– massa molar gas. Jadi, kecepatan suara dalam gas ternyata sama dengan kecepatan rata-rata gerak termal molekul.

Persamaan gelombang merambat yang merambat sepanjang suatu koordinat X, memiliki bentuk:

 = A karena( T – kx), (2)

dimana  adalah perpindahan partikel medium dari posisi setimbang; A– amplitudo gelombang;  – frekuensi osilasi siklik; T- waktu; k– bilangan gelombang,
( – panjang gelombang).

Gelombang berdiri adalah keadaan osilasi khusus suatu medium yang terjadi ketika dua gelombang berjalan yang berlawanan (misalnya, langsung dan dipantulkan) dengan amplitudo dan frekuensi yang sama ditumpangkan. Gelombang berdiri adalah kasus khusus dari interferensi gelombang.

Mari kita perhatikan penjumlahan dua gelombang berlawanan dengan amplitudo dan frekuensi yang sama. Gelombang langsung dijelaskan oleh persamaan

 1 = A karena( T – kx), (3)

dalam persamaan gelombang yang dipantulkan koordinatnya X tanda terbalik:

 2 = A karena( T + kx). (4)

Mari kita tambahkan persamaan (3) dan (4):

 =  1 +  2 = A karena( T – kx) + A karena( T + kx)

dan, dengan menggunakan rumus jumlah kosinus dua sudut, kita memperoleh persamaan gelombang berdiri:

 = 2 A karena X karena T. (5)

Ekspresi sebelum cos T, mewakili amplitudo gelombang berdiri:

A Seni. V. =  2 A karena X . (6)

Amplitudo osilasi partikel medium dalam gelombang berdiri bergantung pada koordinat partikel X dan karena itu bervariasi dari satu titik ke titik lainnya. Amplitudo gelombang berdiri maksimum (tempat geometris seperti itu disebut antinode) asalkan

karena X=  1,

X =   N, (7)

dimana koordinat antinodenya?

X pn =  . (8)

Amplitudo gelombang berdiri mengambil nilai nol (titik-titik tersebut disebut node) dalam kondisi tersebut

karena X = 0,

X=  (2 N + 1), (9)

dari mana koordinat nodenya?

X simpul = 
. (10)

Dalam rumus (7) – (10) N= 0, 1, 2, 3… . Jarak antara node yang berdekatan atau antinode yang berdekatan adalah /2, dan node serta antinode yang berdekatan digeser sebesar /4. Titik-titik yang terletak pada titik-titik tidak berosilasi.

Jarak antara dua node atau antinode yang berdekatan disebut panjang gelombang berdiri. Oleh karena itu, panjang gelombang berdiri sama dengan setengah panjang gelombang berjalan:

 st = . (11)

Mari kita buat grafik gelombang berdiri. Dengan menggunakan persamaan (5), kita menghitung perpindahan  untuk momen waktu tertentu T = 0, T/8, T/4, 3T/8, T/2. Dalam setiap persamaan yang dihasilkan  = F(X) substitusikan koordinatnya X= 0, /4, /2, 3/4, , 5/4… . Hasil perhitungannya diberikan di bawah ini.

Ketergantungan yang dihasilkan  = F(X) ditunjukkan pada Gambar. 1 dan mewakili semacam “foto instan” dari gelombang berdiri.

Gelombang berdiri mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:

amplitudo getaran partikel berbeda di berbagai tempat dalam medium;

dalam suatu bagian medium dari satu titik ke titik lainnya, semua partikel berosilasi dalam satu fase; ketika melewati suatu titik, fase osilasi berubah ke arah sebaliknya;

tidak seperti gelombang berjalan, gelombang ini tidak mentransfer energi.

Pengamat dengan menggunakan jam tangan mencatat waktu yang berlalu antara munculnya kilatan cahaya dan saat terdengarnya suara. Waktu yang diperlukan cahaya untuk menempuh jarak tersebut diabaikan. Untuk menghilangkan pengaruh angin sebanyak mungkin, terdapat meriam dan pengamat di setiap sisi, dan masing-masing meriam ditembakkan pada waktu yang kira-kira bersamaan.

Nilai rata-rata dari dua pengukuran waktu diambil, dan berdasarkan itu. Ternyata kira-kira sama dengan 340 ms -1. Kerugian besar dari metode pengukuran ini adalah senjatanya tidak selalu tersedia!

Banyak peserta ujian menggambarkan metode serupa. Seorang siswa berdiri di satu sisi lapangan sepak bola dengan pistol start, dan siswa lainnya berdiri di sisi lain dengan stopwatch. Jarak antara keduanya diukur dengan cermat menggunakan pita pengukur. Siswa menyalakan stopwatch ketika dia melihat asap keluar dari tong dan menghentikannya ketika dia mendengar suara. Hal yang sama dilakukan ketika mereka berpindah tempat untuk mengimbangi pengaruh angin. Kemudian waktu rata-rata ditentukan.

Karena suara merambat pada kecepatan 340 ms -1 , stopwatch kemungkinan besar tidak cukup akurat. Lebih baik beroperasi dalam centidetik atau milidetik.

Mengukur kecepatan suara menggunakan gema

Ketika bunyi pendek dan tajam, seperti tepukan, dihasilkan, impuls gelombang dapat dipantulkan oleh penghalang besar, seperti dinding, dan didengar oleh pengamat. Impuls yang dipantulkan ini disebut gema. Bayangkan seseorang berdiri pada jarak 50 m dari dinding dan bertepuk tangan. Saat gema terdengar, bunyi telah menempuh jarak 100 m. Mengukur interval ini dengan stopwatch tidak akan terlalu akurat. Namun, jika orang kedua memegang stopwatch dan orang pertama bertepuk tangan, maka waktu untuk bunyi gema dalam jumlah besar dapat diperoleh dengan akurasi yang wajar.

Misalkan jarak orang yang bertepuk tangan di depan tembok adalah 50 m, dan selang waktu antara tepukan pertama dan seratus satu adalah 30 s, maka:

kecepatan suara= jarak tempuh / waktu sekali tepuk = 100m : 30 / 100 s = 333 ms -1

Mengukur cepat rambat bunyi dengan menggunakan osiloskop

Cara yang lebih rumit untuk mengukur kecepatan suara secara langsung adalah dengan menggunakan osiloskop. Loudspeaker memancarkan pulsa secara berkala, dan direkam oleh osiloskop sinar katoda (lihat gambar). Ketika pulsa diterima oleh mikrofon, maka pulsa tersebut juga akan direkam oleh osiloskop. Jika karakteristik waktu osiloskop diketahui, maka interval waktu antara dua pulsa dapat ditemukan.

Jarak antara loudspeaker dan mikrofon diukur. Cepat rambat bunyi dapat dicari dengan menggunakan rumus kecepatan = jarak/waktu.

Kecepatan suara di berbagai media

Cepat rambat bunyi pada zat padat lebih tinggi dibandingkan zat cair dan lebih tinggi pada zat cair dibandingkan gas. Eksperimen sebelumnya di Danau Jenewa menunjukkan bahwa kecepatan suara di air jauh lebih tinggi daripada di udara. Di air tawar cepat rambat bunyi 1410 ms -1, di air laut - 1540 ms -1. Pada besi, kecepatan bunyi kira-kira 5000 ms -1.

Dengan mengirimkan sinyal suara dan mencatat selang waktu sebelum datangnya sinyal pantulan (gema), kedalaman laut dan lokasi gerombolan ikan dapat diketahui. Selama perang, alat pengeras suara frekuensi tinggi digunakan untuk mendeteksi ranjau. Kelelawar yang sedang terbang menggunakan bentuk gema khusus untuk mendeteksi rintangan. Kelelawar mengeluarkan suara berfrekuensi tinggi yang memantul pada benda yang dilaluinya. Tikus mendengar gema, menemukan lokasi objek, dan menghindarinya.

Kecepatan bunyi di udara bergantung pada kondisi atmosfer. Cepat rambat bunyi sebanding dengan akar kuadrat tekanan dibagi massa jenis. Perubahan tekanan tidak mempengaruhi cepat rambat bunyi di udara. Hal ini karena peningkatan tekanan menyebabkan peningkatan kepadatan dan rasio tekanan terhadap kepadatan tetap konstan.

Kecepatan suara di udara (seperti halnya gas apa pun) dipengaruhi oleh perubahan suhu. Hukum gas menunjukkan bahwa rasio tekanan terhadap massa jenis sebanding dengan . Jadi, cepat rambat bunyi sebanding dengan √T. Lebih mudah untuk menembus penghalang suara di ketinggian karena suhu di sana lebih rendah.

Kecepatan bunyi dipengaruhi oleh perubahan kelembapan. Massa jenis uap air lebih kecil dibandingkan massa jenis udara kering pada tekanan yang sama. Pada malam hari, saat kelembapan meningkat, suara merambat lebih cepat. Suara terdengar lebih jelas pada malam yang tenang dan berkabut.

Hal ini sebagian disebabkan oleh meningkatnya kelembapan, dan sebagian lagi karena dalam kondisi seperti ini biasanya terjadi pembalikan suhu, yang mana suara dibiaskan sedemikian rupa sehingga tidak menghilang.

Bunyi dipahami sebagai gelombang elastis yang terletak dalam jangkauan pendengaran telinga manusia, dalam rentang osilasi dari 16 Hz hingga 20 kHz. Osilasi dengan frekuensi di bawah 16 Hz disebut infrasonik, lebih dari 20 kHz-USG.

Dibandingkan dengan udara, air memiliki kepadatan lebih besar dan kompresibilitas lebih kecil. Dalam hal ini, kecepatan suara di air empat setengah kali lebih besar daripada di udara, yaitu 1440 m/detik. Frekuensi getaran suara (telanjang) berhubungan dengan panjang gelombang (lambda) dengan hubungan: C= lambda-nu. Bunyi merambat di air tanpa dispersi. Kecepatan suara di dalam air bervariasi tergantung pada dua parameter: kepadatan dan suhu. Perubahan suhu sebesar 1° menyebabkan perubahan kecepatan suara sebesar 3,58 M per detik. Jika kita mengamati kecepatan rambat bunyi dari permukaan ke bawah, ternyata pada mulanya karena penurunan suhu, ia menurun dengan cepat, mencapai minimum pada kedalaman tertentu, dan kemudian, seiring dengan kedalaman, ia mulai meningkat dengan cepat. karena peningkatan tekanan air, yang diketahui meningkat sekitar 1 ATM untuk setiap 10 M kedalaman.

Dimulai pada kedalaman kurang lebih 1200 M, dimana suhu air praktis tetap konstan, kecepatan suara berubah karena perubahan tekanan. “Pada kedalaman sekitar 1200 M (untuk Atlantik), ada nilai minimum untuk kecepatan suara; Pada kedalaman yang lebih dalam, karena peningkatan tekanan, kecepatan suara meningkat lagi. Karena sinar bunyi selalu membelok ke arah daerah medium yang kecepatannya paling rendah, maka sinar tersebut terkonsentrasi pada lapisan yang kecepatan bunyinya minimum” (Krasilnikov, 1954). Lapisan ini, ditemukan oleh fisikawan Soviet L.D. Rosenberg dan L.M. Brekhovskikh, disebut “saluran suara bawah air”. Suara yang masuk ke saluran suara dapat merambat dalam jarak yang sangat jauh tanpa redaman. Fitur ini harus diingat ketika mempertimbangkan sinyal akustik ikan laut dalam.

Penyerapan bunyi di air 1000 kali lebih kecil dibandingkan di udara. Sumber suara di udara dengan kekuatan 100 kW di dalam air dapat terdengar pada jarak hingga 15 km; di dalam air sumber bunyinya adalah 1 kW dapat didengar pada jarak 30-40 km. Suara dengan frekuensi berbeda diserap secara berbeda: suara berfrekuensi tinggi diserap paling kuat dan suara berfrekuensi rendah diserap paling cepat. Penyerapan suara yang rendah dalam air memungkinkannya digunakan untuk sonar dan sinyal. Ruang air dipenuhi dengan banyak suara berbeda. Suara reservoir Samudra Dunia, seperti yang ditunjukkan oleh ahli hidroakustik Amerika Wenz (Wenz, 1962), muncul karena faktor-faktor berikut: pasang surut, arus, angin, gempa bumi dan tsunami, aktivitas industri manusia dan kehidupan biologis. Sifat kebisingan yang ditimbulkan oleh berbagai faktor berbeda dalam rangkaian frekuensi suara dan intensitasnya. Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan ketergantungan spektrum dan tingkat tekanan suara Samudra Dunia terhadap faktor penyebabnya.

Di berbagai belahan lautan, komposisi kebisingan ditentukan oleh komponen yang berbeda. Dasar dan pantai mempunyai pengaruh yang besar terhadap komposisi suara.

Dengan demikian, komposisi dan intensitas kebisingan di berbagai belahan dunia sangatlah beragam. Terdapat rumus empiris yang menunjukkan ketergantungan intensitas kebisingan laut terhadap intensitas faktor penyebabnya. Namun, untuk tujuan praktis, kebisingan laut biasanya diukur secara empiris.

Perlu dicatat bahwa di antara suara-suara Samudra Dunia, yang paling intens adalah suara industri yang diciptakan oleh manusia: suara kapal, pukat, dll. Menurut Shane (1964), intensitasnya 10-100 kali lebih tinggi daripada suara lainnya. suara Samudra Dunia. Namun, seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 2, komposisi spektralnya agak berbeda dengan komposisi spektral suara yang disebabkan oleh faktor lain.

Ketika merambat di dalam air, gelombang bunyi dapat dipantulkan, dibiaskan, diserap, mengalami difraksi dan interferensi.

Ketika menemui hambatan dalam perjalanannya, gelombang suara dapat dipantulkan jika panjang gelombangnya sama (lambda) lebih kecil dari ukuran penghalang, atau mengitari (mendifraksi) jika panjang gelombangnya lebih besar dari penghalang. Dalam hal ini, Anda dapat mendengar apa yang terjadi di balik penghalang tersebut tanpa melihat sumbernya secara langsung. Ketika jatuh pada suatu rintangan, gelombang suara dalam satu kasus dapat dipantulkan, dalam kasus lain - menembus ke dalamnya (diserap olehnya). Jumlah energi gelombang yang dipantulkan bergantung pada seberapa besar perbedaan yang disebut resistansi akustik media “р1с1” dan “р2с2”, pada antarmuka tempat jatuhnya gelombang suara. Resistansi akustik suatu medium berarti hasil kali massa jenis medium tertentu p dan kecepatan rambat bunyi Dengan di dalamnya. Semakin besar perbedaan resistansi akustik suatu media maka semakin besar pula energi yang dipantulkan dari antarmuka kedua media tersebut, begitu pula sebaliknya. Misalnya saja bunyi yang jatuh dari udara, rs di antaranya 41, ke dalam air, rs yaitu 150.000, dicerminkan menurut rumus:

Sehubungan dengan ini, suara menembus benda padat jauh lebih baik dari air daripada dari udara. Dari udara ke air, suara menembus dengan baik melalui semak atau alang-alang yang menonjol di atas permukaan air.

Karena pantulan bunyi dari rintangan dan sifat gelombangnya, dapat terjadi penambahan atau pengurangan amplitudo tekanan bunyi dengan frekuensi yang sama yang tiba pada suatu titik tertentu dalam ruang. Akibat penting dari penambahan (interferensi) ini adalah terbentuknya gelombang berdiri pada saat pemantulan. Jika, misalnya, Anda menggetarkan garpu tala, mendekatkannya dan menjauhkannya dari dinding, Anda dapat mendengar peningkatan dan penurunan volume suara karena munculnya antinode dan node di bidang suara. Biasanya, gelombang berdiri terbentuk dalam wadah tertutup: di akuarium, kolam renang, dll, bila sumbernya dibunyikan dalam waktu yang relatif lama.

Dalam kondisi nyata di laut atau perairan alami lainnya, selama perambatan suara, banyak fenomena kompleks yang diamati yang timbul karena heterogenitas lingkungan perairan. Perambatan bunyi di perairan alami sangat dipengaruhi oleh dasar dan antarmuka (air – udara), heterogenitas suhu dan garam, tekanan hidrostatis, gelembung udara, dan organisme planktonik. Pertemuan antara air dan udara dengan dasar, serta heterogenitas air, menimbulkan fenomena pembiasan (kelengkungan sinar bunyi) atau gaung (pantulan ganda sinar bunyi).

Gelembung air, plankton, dan materi tersuspensi lainnya berkontribusi terhadap penyerapan suara di dalam air. Penilaian kuantitatif terhadap berbagai faktor ini belum dikembangkan. Penting untuk memperhitungkannya saat melakukan eksperimen akustik.

Sekarang mari kita perhatikan fenomena yang terjadi di air ketika suara dipancarkan di dalamnya.

Mari kita bayangkan sumber suara sebagai bola yang berdenyut di ruang tanpa batas. Energi akustik yang dipancarkan oleh sumber tersebut dilemahkan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari pusatnya.

Energi gelombang suara yang dihasilkan dapat dicirikan oleh tiga parameter: kecepatan, tekanan dan perpindahan partikel air yang bergetar. Dua parameter terakhir menjadi perhatian khusus ketika mempertimbangkan kemampuan pendengaran ikan, jadi kami akan membahasnya lebih detail.

Menurut Harris dan Berglijk (1962), perambatan gelombang tekanan dan efek perpindahan direpresentasikan secara berbeda pada akustik dekat (pada jarak kurang dari satu panjang gelombang suara) dan jauh (pada jarak lebih dari satu panjang gelombang suara). bidang.

Pada medan akustik jauh, tekanan dilemahkan berbanding terbalik dengan jarak dari sumber bunyi. Dalam hal ini, pada medan akustik jauh, amplitudo perpindahan berbanding lurus dengan amplitudo tekanan dan dihubungkan satu sama lain dengan rumus:

Di mana R - tekanan akustik masuk din/cm2;

D- jumlah perpindahan partikel masuk cm.

Dalam medan akustik dekat, hubungan antara amplitudo tekanan dan perpindahan berbeda:

Di mana R-tekanan akustik masuk din/cm2;

D - besarnya perpindahan partikel air ke dalam cm;

F - frekuensi osilasi masuk Hz;

rs- ketahanan akustik air sama dengan 150.000 gram/cm 2 detik 2;

lambda- panjang gelombang bunyi masuk M; R - jarak dari pusat bola yang berdenyut;

Saya= persegi Saya

Rumusnya menunjukkan bahwa amplitudo perpindahan pada medan akustik dekat bergantung pada panjang gelombang, bunyi dan jarak dari sumber bunyi.

Pada jarak yang lebih pendek dari panjang gelombang bunyi yang bersangkutan, amplitudo perpindahan berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak:

Di mana A - radius bola yang berdenyut;

D- peningkatan jari-jari bola karena denyut; R - jarak dari pusat bola.

Pisces, seperti yang akan ditunjukkan di bawah, memiliki dua jenis penerima yang berbeda. Beberapa dari mereka merasakan tekanan, sementara yang lain merasakan perpindahan partikel air. Oleh karena itu, persamaan di atas sangat penting untuk penilaian respons ikan yang benar terhadap sumber suara bawah air.

Sehubungan dengan emisi suara, kami mencatat dua fenomena lagi yang terkait dengan pemancar: fenomena resonansi dan pengarahan pemancar.

Emisi bunyi oleh suatu benda terjadi karena getarannya. Setiap benda memiliki frekuensi getarannya masing-masing, ditentukan oleh ukuran benda dan sifat elastisnya. Jika benda seperti itu bergetar, yang frekuensinya bertepatan dengan frekuensinya sendiri, fenomena peningkatan amplitudo getaran yang signifikan terjadi - resonansi. Penggunaan konsep resonansi memungkinkan untuk mengkarakterisasi beberapa sifat akustik pemancar dan penerima ikan. Emisi bunyi ke dalam air dapat bersifat terarah maupun tidak terarah. Dalam kasus pertama, energi suara sebagian besar merambat ke arah tertentu. Grafik yang menyatakan distribusi spasial energi bunyi dari sumber bunyi tertentu disebut diagram arahnya. Radiasi terarah diamati ketika diameter emitor jauh lebih besar daripada panjang gelombang suara yang dipancarkan.

Dalam kasus radiasi non-arah, energi suara menyebar secara merata ke segala arah. Fenomena ini terjadi ketika panjang gelombang suara yang dipancarkan melebihi diameter emitor lambda>2A. Kasus kedua paling umum untuk pemancar frekuensi rendah bawah air. Biasanya, panjang gelombang suara frekuensi rendah jauh lebih besar daripada ukuran pemancar bawah air yang digunakan. Fenomena yang sama juga terjadi pada ikan penghasil emisi. Dalam kasus ini, penghasil emisi tidak memiliki pola arah. Dalam bab ini, hanya beberapa sifat fisik umum suara di lingkungan perairan yang berkaitan dengan bioakustik ikan yang dicatat. Beberapa isu akustik yang lebih spesifik akan dibahas di bagian yang sesuai dalam buku ini.

Sebagai kesimpulan, kami akan mempertimbangkan sistem pengukuran suara yang digunakan oleh berbagai penulis. Bunyi dapat dinyatakan berdasarkan intensitas, tekanan, atau tingkat tekanannya.

Intensitas bunyi dalam satuan absolut diukur baik dengan angka erg/detik-cm 2, atau L/cm2. Pada saat yang sama 1 erg/detik=10 -7 Selasa.

Tekanan suara diukur dalam bar

Ada hubungan antara intensitas suara dan tekanan suara:

yang dengannya Anda dapat mengubah nilai-nilai ini satu sama lain.

Tidak jarang, terutama ketika mempertimbangkan pendengaran ikan, karena kisaran nilai ambang batas yang sangat besar, tekanan suara dinyatakan dalam satuan desibel logaritmik relatif, db. Jika tekanan bunyi satu bunyi R, dan P o lainnya, maka mereka percaya bahwa bunyi pertama lebih keras daripada bunyi kedua kdb dan menghitungnya menggunakan rumus:

Kebanyakan peneliti mengambil nilai ambang batas pendengaran manusia sebesar 0,0002 sebagai pembacaan nol tekanan suara P o batang untuk frekuensi 1000 Hz.

Kelebihan sistem seperti ini adalah dapat membandingkan pendengaran manusia dan ikan secara langsung, sedangkan kelemahannya adalah sulitnya membandingkan hasil yang diperoleh pada suara dan pendengaran ikan.

Nilai sebenarnya dari tekanan suara yang dihasilkan oleh ikan adalah empat hingga enam kali lipat lebih tinggi dari tingkat nol yang diterima (0,0002 batang), dan tingkat ambang pendengaran berbagai ikan berada di atas dan di bawah referensi nol konvensional.

Oleh karena itu, untuk kenyamanan membandingkan suara dan pendengaran ikan, penulis Amerika (Tavolga a. Wodinsky, 1963, dll.) menggunakan sistem referensi yang berbeda.

Tingkat referensi nol dianggap sebagai tekanan suara 1 batang, yaitu di 74 db lebih tinggi dari yang diterima sebelumnya.

Di bawah ini adalah perkiraan rasio kedua sistem.

Nilai sebenarnya menurut sistem referensi Amerika ditandai dengan tanda bintang pada teks.

Saat ini, banyak pemukim baru, ketika mendekorasi apartemen, terpaksa melakukan pekerjaan tambahan, termasuk membuat rumahnya kedap suara, karena... Bahan standar yang digunakan memungkinkan untuk menyembunyikan sebagian apa yang terjadi di rumah Anda sendiri, dan tidak tertarik pada komunikasi tetangga Anda yang bertentangan dengan keinginan Anda.

Pada benda padat, hal ini dipengaruhi paling tidak oleh massa jenis dan elastisitas zat yang menahan gelombang. Oleh karena itu, ketika melengkapi ruangan, lapisan yang berdekatan dengan dinding penahan beban dibuat kedap suara dengan “tumpang tindih” di bagian atas dan bawah. Ini memungkinkan Anda untuk mengurangi desibel terkadang lebih dari 10 kali lipat. Kemudian tikar basal diletakkan, dan lembaran eternit ditempatkan di atasnya, yang memantulkan suara ke luar dari apartemen. Ketika gelombang suara “terbang” ke struktur seperti itu, gelombang tersebut dilemahkan di lapisan isolator, yang berpori dan lunak. Jika suaranya kuat, bahan yang menyerapnya malah bisa memanas.

Zat elastis, seperti air, kayu, dan logam, dapat ditransmisikan dengan baik, sehingga kita mendengar “nyanyian” alat musik yang indah. Dan beberapa orang di masa lalu menentukan pendekatan, misalnya penunggang kuda, dengan menempelkan telinganya ke tanah, yang juga cukup elastis.

Cepat rambat bunyi dalam km bergantung pada karakteristik medium tempat rambatnya. Secara khusus, proses tersebut dapat dipengaruhi oleh tekanan, komposisi kimia, suhu, elastisitas, kepadatan dan parameter lainnya. Misalnya, pada lembaran baja, gelombang suara merambat dengan kecepatan 5.100 meter per detik, pada kaca - sekitar 5.000 m/s, pada kayu dan granit - sekitar 4000 m/s. Untuk mengubah kecepatan menjadi kilometer per jam, Anda perlu mengalikan angkanya dengan 3600 (detik per jam) dan membaginya dengan 1000 (meter per kilometer).

Kecepatan suara dalam km di lingkungan perairan berbeda untuk zat dengan salinitas berbeda. Untuk air tawar pada suhu 10 derajat Celcius kecepatannya sekitar 1450 m/s, dan pada suhu 20 derajat Celcius dan tekanan yang sama sudah sekitar 1490 m/s.

Lingkungan asin ditandai dengan kecepatan getaran suara yang lebih tinggi.

Perambatan bunyi di udara juga bergantung pada suhu. Dengan nilai 20 untuk parameter ini, gelombang suara merambat dengan kecepatan sekitar 340 m/s, yaitu sekitar 1200 km/jam. Dan pada nol derajat kecepatannya melambat menjadi 332 m/s. Kembali ke isolator apartemen kita, kita dapat mengetahui bahwa pada bahan seperti gabus, yang sering digunakan untuk meredam tingkat kebisingan eksternal, kecepatan suara dalam km hanya 1800 km/jam (500 meter per detik). Ini sepuluh kali lebih rendah dari karakteristik bagian baja.

Gelombang suara adalah getaran longitudinal dari medium tempat ia merambat. Ketika, misalnya, melodi suatu musik melewati suatu rintangan, tingkat volumenya menurun, karena Pada saat yang sama, frekuensinya tetap sama, sehingga kita mendengar suara perempuan sebagai suara perempuan, dan suara laki-laki sebagai suara laki-laki. Tempat yang paling menarik adalah dimana kecepatan suara dalam km mendekati nol. Ini adalah ruang hampa di mana gelombang jenis ini hampir tidak merambat. Untuk mendemonstrasikan cara kerjanya, fisikawan menempatkan jam alarm yang berdering di bawah penutup tempat udara dipompa keluar. Semakin tipis udaranya, semakin pelan bunyi belnya.