ВОЗРОСЛА??

По видимомy, отзвук (эхо) существует всегда, но не всегдаa отчетливо выражен.

Аристотель. О душе

Говоря об удивительном в

мире звука, нельзя обойти вниманием своеобразные, кажущиеся на первый взгляд парадоксальными яв­ления на границах сред с сильно разнящимися аку­стическими сопротивлениями.

Хотя мы не хотели бы докучать читателю форму­лами, но без нескольких простейших определений основных акустических величин все же не обойтись. Когда волна продольная, то есть направление коле­баний частиц среды совпадает с направлением рас­пространения волны, то переменное (звуковое) дав­ление в ней р связано с колебательной скоростью ча­стиц v выражением

P = Zv,

где коэффициент пропорциональности Z представляет собой акустическое сопротивление среды, равное произведению плотности среды на скорость распро­странения звука в ней (не путать со значительно меньшей по величине V!). Электроакустики склонны именовать приведенное выражение «акустическим законом Ома», хотя оно появилось раньше работ Ома. «Удобнее запоминать», — утверждают они. Мо­жет быть, это и справедливо для современного об­щества, в которое электротехника внедрилась весьма широко.

Вооруженные этими двумя начальными буквами акустической азбуки, приступим к интересующему

Вторая формула относится к определению интен­сивности или, что то же, силы звука, представляю­щей собой поток звуковой энергии через единицу пло­щади фронта волны в единицу времени:

нас вопросу '^го- явлениях на границах разнородных

сред.

Пусть звук произвольной частоты падает по нор­мали из среды с малым акустическим сопротивлением '.(например, воздушной) на границу среды с большим акустическим сопротивлением (вода, кирпичная клад­ка и т. п.). Одним из интересных, хотя, быть может, еще и не поражающих нас феноменов, является то, что в эту вторую среду передается переменное (зву­ковое) давление, почти вдвое превышающее звуковое давление в первой среде.

Несложный физико-математический вывод под­твердил бы это. Но, быть может, читателя убедит совсем уж простая демонстрация (имеющая, согла-. симся, скорее мнемонический, чем физический харак­тер). Демонстратор, которым может быть всякий лек­тор, обходится самыми что ни на есть элементарными средствами (их можно было бы назвать подручными, если бы вместо рук здесь не фигурировали ноги). Че­ловек, на время перевоплотившийся в звуковую волну '(почему бы и не вообразить такое?), быстро прибли­жается в комнате к капитальной стене. У нее он мгновенно поворачивается кругом, изображая теперь уже отраженную волну. Но чтобы не удариться о стену какой-либо чувствительной частью тела, он упи­рается в нее подошвой ноги. Ясно, что материал стены испытывает при этом довольно значительный импульс давления, которое распространяется с опре­деленной скоростью от места возмущения.

Акустическое сопротивление воды приблизительно в 3600 раз больше акустического сопротивления воз­духа. И здесь следует ожидать увеличения звукового давления по сравнению с давлением в воздушной сре­де. М. А. Исакович в своем курсе акустики указывает на температурные и иные явления, препятствующие удвоению давления во второй среде. То или иное уве­личение звукового давления все же наблюдается экс­периментально.

Но раз возросло давление, то увеличилась и гром­кость звука, ибо слуховые аппараты большинства живых существ реагируют именно на величину зву­кового давления, а, например, не звуковой энергии. Таким образом, дан ответ на одну из частей заго-

'ловка главы, хотя можно признать, пожалуй, что ни-.Чего особенно удивительного мы пока еще не узрели.

Это удивительное усматривается из сопоставления полученного результата с величиной звуковой энер­гии, прошедшей во вторую среду. Вторая из приве­денных выше формул сразу дает нужный ответ. Пусть звуковое давление увеличится даже в 2 раза, тогда числитель в выражении интенсивности звука возра­стет в 4 раза. Но ввиду того что знаменатель одно­временно уменьшится в тысячи раз, звуковая энергия во второй среде будет ничтожной. Так, в воду из воз­духа проходит лишь малая доля процента энергии падающей волны, а, например, в скалу, в бетонный массив — и того меньше. Звуковая энергия, таким об-., разом, почти полностью отражается от границы раз­дела среды с большим акустическим сопротивлением.

Может возникнуть вопрос, почему ныряльщиков не оглушают крики с берега? Их спасают от звуковой перегрузки изолирующие звук воздушные пробки, всегда остающиеся в слуховом проходе погруженного в воду человека. Да и рыбы, не имеющие подобных звукоизоляторов, воспринимают отчетливо лишь зву­ки- в пределах достаточно узкого .конуса. При угле падения более 13° происходит полное отражение звука от поверхности воды.

Рассмотрим еще, хотя бы для контраста, что де­лается на границе рассматриваемой среды с другим параметром колебательного процесса — колебатель­ной скоростью частиц. На это даст ответ средняя часть второй формулы. Поскольку в среду передалась ничтожная часть звуковой энергии, а акустическое сопротивление среды весьма велико, это может быть лишь при ничтожной колебательной скорости, значе­ние которой в правой части формулы входит множи­телем в выражение акустического сопротивления.

И здесь можно провести аналогию с мечущимся па комнате лектором. При всем желании он не в со­стоянии раскачать ногой кирпичную стену, то" есть колебательная скорость во второй среде близка к нулю.

У любознательного читателя мог бы возникнуть еще вопрос: а что будет наблюдаться при обратном переходе звука — из среды с весьма большим

2 И, И. Клюкик

ЗВУКОВАЯ ЭНЕРГИЯ

На границе среды с большим акустическим сопротивлением зву­ковое давление почти удваивается (хотя в нее переходит лишь ничтожная часть звуковой энергии). Кричать над поверхностью воды — верный способ распугать рыб, слуховой ^аппарат которых, как и у большинства живых существ, реагирует иа величину звукового давления.

акустическим сопротивлением в среду с малым аку­стическим сопротивлением? Можно показать, что и в этом случае перейдет лишь ничтожная часть звуковой энергии, но здесь уже колебательная скорость во вто­рой среде будет близка к удвоенному значению, а звуковое давление в ней близко к нулю. Вот почему до нас не доносится в воздухе звук от удара одного

камня о другой (хотя ныряльщик, проделывающий •но, сам слышит довольно интенсивный шум, несмот­ря даже на изолирующие воздушные пробки в ушах),

А что же наш демонстратор, может ли он пред­ложить для этого случая какую-либо «мнемониче­скую модель»? Если он прикрепит вертикально к нож­кам стола лист плотной бумаги (которая в данном случае будет изображать первую среду — с большим пкустическим сопротивлением) и его нога, -по-преж­нему представляющая звуковую волну, прорвет этот лист, то ясно, что скорость ноги в момент прорыва возрастет, но-'поскольку за листом нога встречает воз­душную среду, не оказывающую никакого сопротив­ления, то нет и условий для возникновения давления в этой среде.

Вот какие метаморфозы звуковой волны возмож­ны на границах разнородных сред.

КОГДА