РАССЕЯНИЕ ЗВУКА

РАССЕЯНИЕ ЗВУКА
РАССЕЯНИЕ ЗВУКА

       
возникновение дополнит. звуковых полей в результате дифракции звука на препятствиях, помещённых в среду, на неоднородностях среды, а также на неровных и неоднородных границах сред, Р. з. имеет место, если препятствия отличаются от среды либо сжимаемостью, либо плотностью, либо тем и другим. При Р. з. результирующее звуковое поле можно представить в виде суммы первичной звуковой волны (существовавшей в отсутствии препятствий) и рассеянной (вторичной) волны, возникшей в результате вз-ствия первичной волны с препятствиями. При наличии многих препятствий волны, рассечённые каждым из них, рассеиваются повторно и многократно др. препятствиями.
Рассеивающую способность препятствия характеризуют сечением рассеяния s — отношением мощности рассеянных волн к плотности потока энергии в первичной волне. Для препятствий, сравнимых с длиной волны или больших её, s по порядку величины равно площади S поперечного сечения тела перпендикулярно направлению падения первичной волны. Для малых препятствий величина а мала по сравнению с S и отношение s/S=(ka)4, где k — волновое число звука, а — линейный размер тела. Особый случай — Р. з. на газовом пузырьке в жидкости при его резонансных пульсационных колебаниях: <<в этом случае s->S.
Р. з. на случайных неоднородностях среды вызывает расплывание звукового пучка, что приводит к затуханию звука по мере его распространения. На высоких частотах Р. з. на кристаллитах в поликрист. телах позволяет обнаруживать области крупнозернистости, создающие мешающий фон (т. н. структурный шум) при УЗ дефектоскопии. В гидроакустике существенно Р. з. на неоднородностях водной среды, на рыбах, планктоне и др. биол. объектах в водной толще, а также на неровной поверхности волнующегося моря и на неровном и неоднородном дне (объёмная, поверхностная и донная реверберация). Морская реверберация может маскировать акустич. сигнал, отражающийся от обнаруживаемого объекта при гидролокации.
При падении плоской волны на плоскую периодически неровную или периодически неоднородную поверхность, помимо зеркально отражённой волны, образуются рассеянные плоские волны, бегущие в дискретных направлениях, определяемых углом падения первичной волны, её длиной К и периодом неровности или неоднородности А. Если L

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

РАССЕЯНИЕ ЗВУКА

- рассеяние звуковых волн на пространственно-временных флуктуациях плотности и упругости разл. сред (напр., на поверхности океана, на неровном и неоднородном его дне, на пересечённой местности, на искусств. периодич. структурах и неоднородных поглощающих поверхностях, применяемых для улучшения акустич. свойств больших помещений, на дискретных неоднородностях - воздушных пузырьках в жидкости, твёрдых взвешенных частицах в жидкости или газе, на рыбах и макропланктоне в океане,

каплях дождя в воздухе, точечных дефектах в кристаллах и др.). Поскольку при Р. з. часть акустич. энергии уходит по направлениям, отличным от направления распространения звука, интенсивность первичной волны уменьшается. Если при распространении в данном направлении звук рассеивается многократно, то наблюдается экспоненц. ослабление его интенсивности с расстоянием.

Рассеивающую способность неоднородностей характеризуют поперечным сечением рассеяния ss, равным отношению акустич. мощности Ws рассеянной в единицу телесного угла, к интенсивности падающей волны 4027-90.jpg Значение ss существенно зависит от частоты и угла падения звуковой волны, размеров неоднородностей и их акустич. характеристик. Если длина волны звука мала по сравнению с линейным размером рассеивающего тела, то сечение рассеяния ss по порядку величины равно площади поперечного сечения тела, перпендикулярного направлению падения первичной волны. Для малых препятствий ss ~ (ka)4 (закон Рэлея), где k - волновое число звука, a - линейный размер тела. Весьма эфф. рассеива-телями являются "резонансные" пузырьки газа в жидкости, частота собственных радиальных колебаний к-рых совпадает с частотой звуковой волны. При этом ss во много раз превышает геом. сечение пузырьков. Так, напр., полное значение ss (соответствующее рассеянию в телесный угол 4p) для воздушного пузырька в воде при атм. давлении на резонансе, т. е. при ka = 0,014, равно 4p/k2 и, следовательно, превышает геом. сечение пузырьков pa2 в 4/()2 ! 20000 раз. Из-за вязкости и теплопроводности реальное значение ss может существенно уменьшаться. Однако даже в случае относительно больших различий в размерах пузырьков резонансное рассеяние играет доминирующую роль (как, напр., при Р. з. в приповерхностном пузырьковом слое в океане). Аналогично Р. з. глубоководными оке-анич. звукорассеивающими слоями обусловлено в осн. резонансными колебаниями плавательных пузырей небольших рыб.

Р. з. в кристаллах происходит на примесях, точечных дефектах, дислокациях, плоскостях двойникования и т. п. Если на длине звуковой волны имеется большое число точечных дефектов и примесей, то осн. роль начинает играть рассеяние на флуктуациях их числа. В поликристаллах большой вклад в Р. з. дают границы зёрен.

Наиб. значение в гидроакустике имеет Р. з. на поверхности океана, на объёмных неоднородностях водной толщи, на неровностях донного рельефа и неоднородностях подводного грунта. В результате Р. з. возникает поверхностная, объёмная и донная реверберация, к-рая является одной из осн. помех при работе разл. гидроакустич. приборов и устройств. Характер Р. з. на случайных неровных поверхностях, таких, как поверхность океана, зависит от величины параметра Рэлея P = 2khcosq0, где h- среднеквадратичное значение высоты неровностей, q0 - угол падения первичной волны. При P4027-91.jpg1 Р. з. является резонансным или избирательным - значение ss определяется всего лишь одной гармоникой из сплошного пространственного спектра неровностей, волновой вектор к-рой q удовлетворяет условию Брэгга: 4027-92.jpg- -4027-93.jpg, где 4027-94.jpg- горизонтальные компоненты волновых векторов падающей и рассеянной волн соответственно. Если, кроме того, горизонтальный масштаб (радиус корреляции) неровностей r0 мал по сравнению с длиной волны звука (kr04027-95.jpg1), то частотная зависимость ss следует закону Рэлея, а зависимость ss от угла рассеяния q (индикатриса рассеяния) - закону ss~ cos2q. При крупномасштабных неровностях (kr04027-96.jpg 1) частотные и угл. характеристики ss существенно зависят от вида пространственного спектра неровностей. Так, при гауссовом спектре индикатриса рассеяния имеет резкий максимум в направлении зеркального отражения с угл. шириной Dq ~ 1/kr0. В случае спектра, характерного для развитого ветрового волнения, индикатриса рассеяния имеет два максимума разл. величины, смещённых в разные стороны относительно зеркального направления, а в направлении зеркального отражения у неё наблюдается глубокий провал.

При Р. з. на крупных плавных неровностях ( Р4027-97.jpg1) поперечное сечение рассеяния ss пропорц. плотности вероятности наклонов неровностей и не зависит от частоты звука; индикатриса рассеяния при этом имеет максимум в зеркальном направлении с угл. шириной, пропорциональной среднеквадратичному значению наклонов неровностей. При Р. з. на неровных поверхностях со сложным спектром неоднородностей рассеянное поле в направлениях, близких к направлению зеркального отражения, определяется в основном крупномасштабными компонентами неровностей, а поле в обратном (локационном) направлении обусловлено гл. обр. мелкомасштабными неровностями.

Р. з. на слабых флуктуациях показателя преломления в атмосфере пли океане во многом аналогично Р. з. на малых случайных неровностях. Оно также имеет резонансный характер; длина волны "резонансной" гармоники L = l/sin(q/2), где l - длина волны звука, q - угол между волновыми векторами падающей и рассеянной волн. По мере уменьшения q рассеяние определяется неоднородностями всё больших масштабов. При рассеянии в обратном направлении L = l/2.

Временная изменчивость рассеивателей приводит к расширению частотного спектра рассеянного поля. Типичным примером может служить Р. з. на взволнованной морской поверхности и внутр. волнах в атмосфере и океане. Ряд особенностей имеет Р. з. на дне океана. В мелководных районах Р. з. обусловлено гл. обр. флуктуациями показателя преломления и плотности в толще подводных осадков. В широком диапазоне частот (1-100 кГц) ss для рассеяния в обратном направлении не зависит от частоты звука, его угл. зависимость близка к закону Ломмеля - Зеелигера ss ~ cosq. В глубоком океане осн. вклад в Р. з. дают неровности донного рельефа.

Анализ разл. характеристик рассеянного звукового поля позволяет определять разл. характеристики самих рассеивателей. Так, напр., по обратному рассеянию звука на турбулентных неоднородностях в атмосфере находят пространственный спектр пульсаций показателя преломления. Наличие Р. з. на неоднородностях и дефектах в твёрдых телах лежит в основе ультразвуковой дефектоскопии.

При Р. з. на случайных поверхностных или объёмных неоднородностях образуется т. н. пятнистая интерференц. структура (спекл-структура; см. Спекл-интер-ферометрия). На основе её анализа разработаны ( эфф. дистанц. методы определения разл. параметров природных неровностей и неоднородностей, развиты акустич. методы разведки полезных ископаемых, в частности железомарганцевых конкреций на дне океана, созданы навигац. приборы - корреляц. лаги для измерения абс. скорости движения судна относительно дна океана, а также устройства для определения с высокой точностью смещения судна относительно фиксир. точки.

При Р. з. на периодически неровных или периодически неоднородных поверхностях рассеянное поле состоит из суперпозиции плоских волн (дифракц. спектров разл. порядка), распространяющихся в дискретных направлениях, определяемых условием Брэгга. Если период неровностей (неоднородностей) меньше половины длины звуковой волны, то амплитуды всех рассеянных волн (помимо зеркально отражённой волны) экспоненциально убывают при удалении от поверхности и рассеянное поле сосредоточено вблизи поверхности (ближнее поле).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Гидродинами-на, 4 изд., М., 1988; Исакович М. А., Общая акустина, М., 1973; Чернов Л. А., Волны в случайно-неоднородных средах, М., 1975; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978; Исимару А., Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, пер. с англ., т. 1-2, М., 1981; Бреховсвих Л. М., Лысанов Ю. П., Теоретические основы акустики океана, Л., 1982. Ю. П. Лысанов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Игры ⚽ Поможем сделать НИР

Полезное


Смотреть что такое "РАССЕЯНИЕ ЗВУКА" в других словарях:

  • рассеяние звука — akustinė sklaida statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. acoustic scatter; sound scatter vok. Schallzerstreuung, f rus. акустическое рассеяние, n; рассеяние звука, n pranc. diffusion acoustique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • РАССЕЯНИЕ ВОЛН НА СЛУЧАЙНОЙ ПОВЕРХНОСТИ — рассеяние волн на статистически неровной границе раздела двух сред. Р. в. на с. п. оказывает существ. влияние на характер распространения радиоволн в естеств. условиях: рассеяние на неровностях рельефа земной поверхности, взволнованной… …   Физическая энциклопедия

  • РАССЕЯНИЕ ВОЛН — возмущения волновых полей, вызываемые неоднородностями среды и помещёнными в эту среду рассеивающими объектами. Допустимо различать три осн. вида рассеяния. 1. Р. в. на одиночных объектах в однородной среде. Это могут быть одиночные частицы… …   Физическая энциклопедия

  • РАССЕЯНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА — в кристаллич. твёрдых телах процесс взаимодействия электрона проводимости (дырки) с нарушениями идеальной периодичности кристалла, сопровождающийся переходом электрона из состояния с импульсом p в состояние с импульсом Рассеяние наз. упругим,… …   Физическая энциклопедия

  • Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна — Рассеянием Мандельштама Бриллюэна, названного в честь Мандельштама Леонида Исааковича и Леона Бриллюэна, называют рассеяние оптического излучения конденсированными средами (твердыми телами и жидкостями) в результате его взаимодействия с… …   Википедия

  • РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН — образование вторичного излучения, источниками к рого являются неоднородности вещества, возбуждаемые полем первичной волны. Степень когерентности излучения таких вторичных источников определяется корреляц. связями поля не однородностей среды.… …   Физическая энциклопедия

  • РАССЕЯНИЕ — (1) звука возникновение дополнительных звуковых полей в результате (см.) звука на препятствиях, неоднородностях среды млн. неровных и неоднородных границах раздела сред. Явление Р. наблюдается по всем направлениям, отличным от направления… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Рассеяние Мандельштама — Рассеянием Мандельштама Бриллюэна, названного в честь Мандельштама Леонида Исааковича и Леона Бриллюэна, называют рассеяние оптического излучения конденсированными средами (твердыми телами и жидкостями) в результате его взаимодействия с… …   Википедия

  • рассеяние — 2.1.24 рассеяние: Беспорядочное переотражение звука, обусловленное зернистой структурой материала и (или) наличием малых отражателей на пути пучка. Источник: ГОСТ Р ИСО 5577 2009: Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ЗАТУХАНИЕ ЗВУКА — уменьшение амплитуды и, следовательно, интенсивности звук. волны по мере её распространения. З. з. обусловлено неск. причинами: 1) т. н. расхождением волны, связанным с тем, что на больших расстояниях от источника поток излучаемой звук. энергии… …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»