70
акустич. шумов. Часто на сплошной спектр шума накладываются отдельные дискретные составляющие. Линейчатый спектр в виде совокупности отдельных гармония, составляющих с кратными частотами присущ музыкальным 3.; осн. частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гар-монич. составляющих ≈ тембр звука, В сиектре 3. речи имеются форманты ≈ устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие онредел. фо-нетич. элементам.
Оиергетич. характеристикой звуковых волн является интенсивность звука. Она определяется амплитудой звуко&ого давления или колебательной скорости частиц, волновым сопротивлением среды, а также формой волны. Субъективная характеристика, отвечающая интенсивности,≈ громкость звука зависит от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1 ≈ 5 кГц. В этой области порог слышимости (см. Пороги слуха] составляет по интенсивности 10"~12 Вт/м2, а по звуковому давлению ~10~5 Па. Верх, граница воспринимаемой человеческим ухом интенсивности 3.≈ т. н. б о л е в о и порог ≈ слабо зависит от частоты и составляет прибл. 1 Вт/м2.
Источниками 3. могут быть любые явления, вызывающие возмущение упругой среды, т. е. местное отклонение давления или механич. напряжения от равновесного значения или локальные смещения частиц от положения равновесия. В создаваемых искусственно излучателях 3. для этой цели используются колебания тв╦рдых тел (напр., струны и деки музыкальных инструментов, диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, пьезоэлектрнч. пластины) или ограниченных объ╦мов воздушной или водной среды (органные трубы, свистки); колебания могут возбуждаться ударом (струны рояллт колокола), поддерживаться за сч╦т пост, потока газа (свистки), создаваться пут╦м преобразования колебаний электрич. тока в механические (электроакустические преобразователи}. В природе 3. возбуждается при обтекании тв╦рдых тел потоком воздуха за сч╦т образования и отрыва вихрей, напр, при обдувании ветром углов адалин, гребней морских волн и т. п. 3. низких и. инфразвуковых частот возникает при взрывах, обвалах. Источниками 3. являются применяемые в совр. технике механизмы и оборудование, к-рые создают значит, шумовое загрязнение окружающей среды. Особый вид источников 3,≈ голосовой аппарат человека н животных,
При╦мники звука служат для восприятия звуковой анергии и преобразования е╦ в другие формы. К при╦мникам 3. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для при╦ма 3, применяются гл, обр. электроакустич, преобразователи ≈ микрофоны в воздухе, гидрофоны в водет геофоны в земной коре. Наряду с подобными при╦мниками, воспроизводящими временную структуру звукового сигнала, существуют приборы, воспринимающие усредн╦нные по времени характеристики волны (напр., Рэлея диск. Радиометр акустический).
Распространение звуковых волн в среде характеризуется их скоростью (см. Скорость звука]. В газообразных, и жидких средах распространяются только продольные волны, скорость к-рых определяется сжимаемостью среды и е╦ плотностью. В тв╦рдых телах помимо продольных могут распространяться поперечные волны и поверхностные акустические волны; скорость волн в тв╦рдых телах определяется комбинацией их констант упругости и плотнос^ю; в кристаллах имеет место анизотропия скорости 3., т. е. зависимость е╦ от направления распространения волны относительно кристаллографич. осей. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, обусловленная как физ, процессами в веществе, так и волноводным характером распространения и ограниченных объ╦мах.
При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение 3. подчиняется законам отражения и преломления лучей и может рассматриваться с позиций геометрической акустики. По мере распространения волны происходит постепенное затухание звука, т. е. умсиьщение его интенсивности и амплитуды с расстоянием, к-рое обусловливается как законами волнового распространения в среде, так и необратимым переходом звуковой энергии в др. форму (гл. обр. в теплоту).
При распространении звуковых волн большой амплитуды происходит постепенное искажение синусоидальной формы гармонии, волны и приближение е& к ударной; наблюдается и ряд других нелинейных эффектов в звуковом поле, напр.: дополнит, нелинейное поглощение звука, нелинейное взаимодействие акустич. волн в тв╦рдых телах (см. Нелинейная акустика), акустич, кавитация. В мощных звуковых полях возникают явления необратимых изменений в веществе, на к-рых основываются процессы УЗ-техно-логии.
Лит.: С т р е т г Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер, С англ., 2 изд., т. 1≈2, М., 1955; Исакович М. Д., Об-щля анустина, Мг, 1973; С к у ч и и Б., Основы анустикч, пер-с англ., т. 1≈2, М., 1976. И. П, Гилямина^
ЗВУК в сверхтекучем гелии (4Не) ≈ гидродинамич. полны, распространяющиеся в сверхтекучем гелии (Не II). Согласно Ландау теории сверхтекучести (двухкомлонентной модели Не Н), гидродинамика сверхтекучей жидкости, в отличие от обычной гидродинамики, характеризуется двумя скоростями движения vs и vn, являющимися соответственно скоростями сверхтекучей и нормальной компонент жидкого Не П. Появление дополнит, гидродинамич. переменной (v$) приводит к увеличению числа степеней свободы системы и возможности возникновения новых, по сравнению с классич, гидродлнамич. системами, типов 3. (звуковых мод). Тины возможных звуковых волн и скорости их распространения зависят также от геом. параметров гелиевой системы и кол-ва примеси 3Не.
В объ╦ме сверхтекучего 4Не могут распространяться волны двух типов ≈ первый звук (ПЗ) и второй звук (ВЗ). Волны первого типа аналогичны гидродинамич. звуку в обычной жидкости и представляют собой в осн. распространяющиеся колебания плотности р и давления р. Специфич. особенностью Не II является существование т. н. ВЗ ≈ тепловых волн: распространяющихся колебаний темп-ры Т и энтропии S (в обычных средах температурные колебания затухают на расстоянии порядка длины волны). Поскольку коэф. теплового расширения (др/дТ)└ гелия аномально
мал, колебания плотности (давления) и теми-ры (энтропии) оказываются практически независимыми. При этом скорость ПЗ ui зада╦тся обычным соотношением:
u\=(dpjd$}s, а скорость ВЗ: ui ≈ $sTS^jCpn. где р5, р└≈соответственно плотности сверхтекучей и нормальной компонент, С ≈ тепло╦мкость. При низких темп-рахт не слишком близких к темп-ро Т ^ исчезновения сверхтекучести гелия, норм, компонента представляет собой газ квазичастиц (элементарных возбуждений системы), а ВЗ ≈ звуковые волны в газе квазичастпц. В чистом 4Не это звуковые волны в системе ротонов и фоноиов.
При понижении темп-ры времена свободного пробега т квазичастиц в Не II возрастают. При этом гидродинамич. ПЗ переходит в высокочастот-н ы и ПЗ ≈ слабозатухающие волны плотности на частотах &)>1/т.
На поверхности сверхтекучего гелия может распространяться поверхностный ВЗ ≈ звуковые колебания в системе поверхностных возбуждений. Для чистого Не II это звук в системе рипплонов (квазича-
