Особенности поведения звуковых волн и работы средств шумоподавления.

Из курса физики известно, что в зависимости от объектов, с которыми он взаимодействует, звук может вести себя и как волны, и как частицы (фононы).

В первом случае длина волны много больше, чем размер препятствия; при этом характерны интерференция звуковых волн, огибание ими препятствий и распространение на большие расстояния (много больше длины волны).

Во втором случае размер объекта много меньше длины волны; при этом звуковая волна ведет себя как частица.

Для диапазона слышимости человеческого уха имеем длины волн, приведенные в таблице 3:

Таблица 3

f, Гц	2	5	20	100	...	1000	10000
λ, м	150	60	15	3	…	0,3	0,03

Принято, что где 300 м/сек – скорость звука в воздухе.

Несложный анализ показывает, что в своей жизнедеятельности человек имеет дело с объектами, при взаимодействии с которыми звук может вести себя и как волны, и как частицы. Поэтому точный расчет распространения звука в реальных условиях чрезвычайно сложен; в расчетах приходится использовать эмпирические формулы. Кроме того, несложно отметить следующие общие закономерности:

- низкочастотные звуковые колебания (и тем более инфразвук) обладают ярко выраженными волновыми свойствами; они плохо поглощаются преградами и распространяются на большие расстояния. Эта особенность оказалась особенно неприятной в современном индустриальном обществе: обитатели мегаполисов живут и работают в едином инфразвуковом пространстве, причем уровни излучения уже представляют заметную опасность для здоровья и жизни;

- высокочастотные звуковые колебания чаще ведут себя как частицы; эта особенность важна как при распространении звука, так и при разработке мер по его ослаблению.

При изучении особенностей распространения фононов полезно вспомнить некоторые закономерности, связанные с соударением частиц (рис. 3.3; рассмотрено упругое центральное соударение шаров).

При взаимодействии звуковой волны с войлоком, пенополиэтиленом и т.п. средние удельные массы воздуха, в котором распространяется звук, и преграды примерно равны. При этом по закону сохранения количества движения фонон потеряет свою энергию, передав ее ворсинкам и т.п. Упругая деформация ворсинок превратится в тепло; войлок, пенополиэтилен и т. п. «хорошо поглощают звук».

При падении звуковой волны или фононов на массивную преграду закон сохранения импульса запрещает заметную передачу энергии преграде; звук отражается, почти полностью сохраняя свою энергию. Это обстоятельство:

- помогает созданию концертных залов и больших учебных аудиторий; в них звуковая волна суммируется 10 – 30 раз;

 

 

- создает повышенное шумовое загрязнение в современных мегаполисах: например, проспекты, состоящие из высоких зданий, многократно усиливают шум транспорта;

- служит основой проектирования кожухов и т. п., «герметизирующих» шумы в источнике.