ध्वनि क्षेत्र की विशेषता वाले पैरामीटर। ध्वनि क्षेत्र की विशेषता वाले पैरामीटर ध्वनि क्षेत्र की मुख्य विशेषताएं। ध्वनि प्रसार
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ट्विटरवह स्थान जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है, ध्वनि क्षेत्र कहलाता है। ध्वनि क्षेत्र की विशेषताओं को रैखिक और ऊर्जा में विभाजित किया गया है।
रैखिक ध्वनि क्षेत्र विशेषताएँ:
1. ध्वनि दबाव;
2. मध्यम कणों का मिश्रण;
3. माध्यम के कणों के दोलनों की गति;
4. पर्यावरण का ध्वनिक प्रतिरोध;
ध्वनि क्षेत्र की ऊर्जा विशेषताएँ:
1. ध्वनि की शक्ति (तीव्रता)।
1. ध्वनि दबाव वह अतिरिक्त दबाव है जो तब होता है जब ध्वनि किसी माध्यम से गुजरती है। यह माध्यम में स्थिर दबाव के लिए एक अतिरिक्त दबाव है, उदाहरण के लिए, हवा के वायुमंडलीय दबाव के लिए। प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है आरऔर इकाइयों में मापा जाता है:
पी \u003d [ एन / एम 2 ] \u003d [ पा ]।
2. माध्यम के कणों का विस्थापन संतुलन की स्थिति से माध्यम के सशर्त कणों के विचलन के बराबर मान है। प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है ली, मीटर (सेमी, मिमी, किमी), एल = [एम] में मापा जाता है।
3. माध्यम के कणों के दोलन की गति ध्वनि तरंग की क्रिया के तहत संतुलन की स्थिति के सापेक्ष माध्यम के कणों के विस्थापन की गति है। प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है तुमऔर ऑफसेट अनुपात के रूप में गणना की जाती है लीउन दिनों टी, जिसके लिए यह पारी हुई। सूत्र के अनुसार गणना:
माप की इकाई [m/s], ऑफ-सिस्टम इकाइयों में cm/s, mm/s, µm/s।
4. ध्वनिक प्रतिरोध - वह प्रतिरोध जो एक माध्यम से गुजरने वाली ध्वनिक तरंग को प्रदान करता है। गणना के लिए सूत्र:
माप की इकाई: [ Pa·s/m ]।
व्यवहार में, ध्वनिक प्रतिबाधा निर्धारित करने के लिए एक अन्य सूत्र का उपयोग किया जाता है:
जेड = पी * वी। Z-ध्वनिक प्रतिबाधा,
p माध्यम का घनत्व है, v माध्यम में ध्वनि तरंग की गति है।
दवा और फार्मेसी में ऊर्जा विशेषताओं में से केवल एक का उपयोग किया जाता है - ध्वनि की ताकत या तीव्रता।
ध्वनि की शक्ति (तीव्रता) ध्वनि ऊर्जा की मात्रा के बराबर मान है इसमय की प्रति इकाई गुजर रहा है टीइकाई क्षेत्र के माध्यम से एस. प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है मैं. गणना के लिए सूत्र: मैं = ई / (एस टी)माप की इकाइयाँ: [J/s·m 2 ]। चूँकि एक जूल प्रति सेकंड 1 वाट के बराबर होता है,
मैं = [जे / एस एम 2 ] = [ डब्ल्यू / एम 2]।
ध्वनि की मनोवैज्ञानिक विशेषताएं।
साइकोफिजिक्स वस्तुनिष्ठ भौतिक प्रभावों और इस मामले में उत्पन्न होने वाली व्यक्तिपरक संवेदनाओं के बीच संबंध का विज्ञान है।
मनोभौतिकी के दृष्टिकोण से, ध्वनि एक सनसनी है जो श्रवण विश्लेषक में तब होती है जब यांत्रिक कंपन उस पर कार्य करते हैं।
मनोभौतिक ध्वनि में विभाजित है:
स्वर सरल हैं;
स्वर जटिल हैं;
सरल स्वरएक निश्चित आवृत्ति के साइनसोइडल हार्मोनिक यांत्रिक दोलन के अनुरूप ध्वनि है। एक साधारण स्वर ग्राफ एक साइनसॉइड है (देखें 3. वेवफॉर्म)।
जटिल स्वर- यह एक ध्वनि है जिसमें साधारण स्वरों की एक अलग (एकाधिक) संख्या होती है। जटिल स्वर ग्राफ एक आवधिक गैर-साइनसॉइडल वक्र है (देखें 3. तरंग)।
शोर -यह एक जटिल ध्वनि है, जिसमें बड़ी संख्या में सरल और जटिल स्वर होते हैं, जिनकी संख्या और तीव्रता लगातार बदल रही है। कम-तीव्रता वाले शोर (बारिश का शोर) तंत्रिका तंत्र को शांत करते हैं, उच्च-तीव्रता वाले शोर (एक शक्तिशाली इलेक्ट्रिक मोटर का संचालन, शहरी परिवहन का संचालन) तंत्रिका तंत्र को थका देते हैं। ध्वनि नियंत्रण चिकित्सा ध्वनिकी के कार्यों में से एक है।
ध्वनि की मनोवैज्ञानिक विशेषताएं:
आवाज़ का उतार - चढ़ाव
ध्वनि आवाज़
ध्वनि समय
आवाज़ का उतार - चढ़ावश्रव्य ध्वनि की आवृत्ति का एक व्यक्तिपरक माप है। आवृत्ति जितनी अधिक, पिच उतनी अधिक।
ध्वनि आवाज़ -यह एक विशेषता है जो ध्वनि की आवृत्ति और शक्ति पर निर्भर करती है। यदि ध्वनि की शक्ति नहीं बदलती है, तो आवृत्ति में 16 से - 1000 हर्ट्ज तक की वृद्धि के साथ, मात्रा बढ़ जाती है। 1000 से 3000 हर्ट्ज की आवृत्ति पर, यह स्थिर रहता है, आवृत्ति में और वृद्धि के साथ, मात्रा कम हो जाती है और 16,000 हर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों पर ध्वनि अश्रव्य हो जाती है।
लाउडनेस (लाउडनेस लेवल) को "फ़ोन" नामक इकाई का उपयोग करके मापा जाता है। बैकग्राउंड में लाउडनेस को विशेष टेबल और ग्राफ का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, जिन्हें "आइसोकॉस्टिक कर्व्स" कहा जाता है।
ध्वनि समय- यह कथित ध्वनि की सबसे जटिल मनोभौतिकीय विशेषता है। टिम्ब्रे एक जटिल ध्वनि में शामिल सरल स्वरों की संख्या और तीव्रता पर निर्भर करता है। एक साधारण स्वर में कोई समय नहीं होता है। ध्वनि के समय को मापने के लिए कोई इकाई नहीं है।
ध्वनि माप की लघुगणक इकाइयाँ।
प्रयोगों में यह स्थापित किया गया है कि ध्वनि की ताकत और आवृत्ति में बड़े बदलाव जोर और पिच में मामूली बदलाव के अनुरूप होते हैं। गणितीय रूप से, यह इस तथ्य से मेल खाता है कि ऊंचाई और जोर की संवेदना में वृद्धि लॉगरिदमिक कानूनों के अनुसार होती है। इस संबंध में, ध्वनि माप के लिए लॉगरिदमिक इकाइयों का उपयोग किया जाने लगा। सबसे आम इकाइयाँ "बेल" और "डेसीबल" हैं।
बेल दो सजातीय मात्राओं के अनुपात के दशमलव लघुगणक के बराबर एक लघुगणकीय इकाई है। यदि ये मात्राएँ दो अलग-अलग ध्वनि शक्ति I 2 और I 1 हैं, तो बेलों की संख्या की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:
एन बी \u003d एलजी (मैं 2 / मैं 1)
यदि I 2 से I 1 का अनुपात 10 है, तो N B \u003d 1 सफेद, यदि यह अनुपात 100 है, तो 2 सफेद, 1000 - 3 सफेद। अन्य अनुपातों के लिए, बेलों की संख्या की गणना लघुगणक की तालिकाओं से या एक माइक्रोकैलकुलेटर का उपयोग करके की जा सकती है।
डेसिबल एक लघुगणकीय इकाई है जो बेला के दसवें हिस्से के बराबर होती है।
डीबी के रूप में संदर्भित। सूत्र द्वारा परिकलित: N dB \u003d 10 lg (I 2 /I 1)।
डेसिबल अभ्यास के लिए एक अधिक सुविधाजनक इकाई है और इसलिए इसका उपयोग गणनाओं में अधिक बार किया जाता है।
ऑक्टेव चिकित्सा ध्वनिकी की एक लघुगणकीय इकाई है, जिसका उपयोग आवृत्ति अंतराल को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।
एक सप्तक आवृत्तियों का एक अंतराल (बैंड) होता है जिसमें उच्च आवृत्ति और निम्न आवृत्ति का अनुपात दो के बराबर होता है।
मात्रात्मक रूप से, सप्तक में आवृत्ति अंतराल दो आवृत्तियों के अनुपात के द्विआधारी लघुगणक के बराबर है:
एन ओसीटी =लॉग 2 (एफ 2 / एफ 1)। यहाँ N आवृत्ति रेंज में सप्तक की संख्या है;
f 2 , f 1 - आवृत्ति अंतराल (चरम आवृत्तियों) की सीमाएँ।
आवृत्ति अनुपात दो होने पर एक सप्तक प्राप्त होता है: f 2 /f 1 =2।
चिकित्सा ध्वनिकी में, मानक सप्तक आवृत्ति सीमाओं का उपयोग किया जाता है।
प्रत्येक अंतराल के भीतर, औसत गोल सप्तक आवृत्तियाँ दी जाती हैं।
आवृत्ति सीमाएं 18 - 45 हर्ट्ज औसत सप्तक आवृत्ति के अनुरूप हैं - 31.5 हर्ट्ज;
45-90 हर्ट्ज की आवृत्ति सीमाएं 63 हर्ट्ज की औसत सप्तक आवृत्ति के अनुरूप हैं;
सीमाएं 90-180 हर्ट्ज - 125 हर्ट्ज।
श्रवण तीक्ष्णता को मापते समय औसत सप्तक आवृत्तियों का क्रम आवृत्तियाँ होंगी: 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 हर्ट्ज।
बेला, डेसीबल और ऑक्टेव के अलावा ध्वनि-विज्ञानलघुगणक इकाई "दशक" का उपयोग किया जाता है। दशकों में आवृत्ति अंतराल दो चरम आवृत्तियों के अनुपात के दशमलव लघुगणक के बराबर है:
एन दिसंबर \u003d लॉग (एफ 2 / एफ 1)।
यहाँ N dec - आवृत्ति अंतराल में दशकों की संख्या;
f 2 , f 1 - आवृत्ति अंतराल की सीमाएँ।
एक दशक प्राप्त होता है जब अंतराल के चरम आवृत्तियों का अनुपात दस के बराबर होता है: एफ 2 / एफ 1 = 10।
पैमाने के संदर्भ में, एक दशक बेला के बराबर है, लेकिन इसका उपयोग केवल ध्वनिकी में किया जाता है, और केवल आवृत्तियों के अनुपात को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।
ध्वनि की मानवीय धारणा के लिए शर्तें।
पर्यावरण में। अवधारणा "जेड। पी।" आमतौर पर उन क्षेत्रों के लिए उपयोग किया जाता है जिनके आयाम ध्वनि की लंबाई के क्रम या उससे अधिक के होते हैं। लहर की। ऊर्जावान के साथ पक्ष Z. p. ध्वनि के घनत्व की विशेषता है। ऊर्जा (प्रति इकाई आयतन दोलन प्रक्रिया की ऊर्जा); उन मामलों में जब जेड पी में होता है, यह ध्वनि की तीव्रता की विशेषता है।
सामान्य मामले में जेड पी की तस्वीर न केवल ध्वनिक पर निर्भर करती है। शक्ति और उत्सर्जक की प्रत्यक्षता की विशेषताएं - ध्वनि स्रोत, लेकिन स्थिति और सेंट पर भी माध्यम की सीमाओं के भीतर और इंटरफेस डीकंप। लोचदार मीडिया, यदि ऐसी सतहें उपलब्ध हैं। असीमित सजातीय वातावरण में Z. p. एक एकल स्रोत yavl। यात्रा तरंग क्षेत्र। Z को मापने के लिए माइक्रोफ़ोन, हाइड्रोफ़ोन और अन्य का उपयोग किया जाता है। तरंग दैर्ध्य की तुलना में और क्षेत्र की विषमताओं के विशिष्ट आयामों के साथ उनके आयामों का छोटा होना वांछनीय है। जेड पी के अध्ययन में भी डीकंप का इस्तेमाल किया। ध्वनि क्षेत्र विज़ुअलाइज़ेशन के तरीके। जेड पी डीकंप का अध्ययन। एनीकोइक कक्षों में उत्सर्जक उत्पन्न होते हैं।
भौतिक विश्वकोश शब्दकोश। - एम .: सोवियत विश्वकोश. . 1983 .
ध्वनि क्षेत्र
विचाराधीन ध्वनि अशांति की विशेषता वाले मात्राओं के अनुपात-लौकिक वितरण का सेट। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण: ध्वनि दबाव पी, ऑसीलेटरी कण वी, कणों का ऑसीलेटरी विस्थापनएक्स , घनत्व में सापेक्ष परिवर्तन (तथाकथित ध्वनिक) s=dr/r (जहाँ r माध्यम है), रुद्धोष्म। तापमान परिवर्तन डी टी,माध्यम के सम्पीडन और विरलन के साथ। 3. पी। की अवधारणा को पेश करते समय, माध्यम को निरंतर माना जाता है और पदार्थ की आणविक संरचना को ध्यान में नहीं रखा जाता है। 3. मदों का अध्ययन या तो विधियों द्वारा किया जाता है ज्यामितीय ध्वनिकी,या तरंगों के सिद्धांत पर आधारित है। दबाव तरंग समीकरण को संतुष्ट करता है
और ज्ञात के साथ आरआप f-lams द्वारा 3. p. की शेष विशेषताओं को निर्धारित कर सकते हैं:
कहाँ पे साथ -ध्वनि की गति, g= सीपी/सीवी- पोस्ट पर गर्मी क्षमता का अनुपात। डीसी पर ताप क्षमता का दबाव। मात्रा, और - गुणांक। माध्यम का थर्मल विस्तार। हारमोनिका के लिए। 3. पी. तरंग समीकरण हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण में जाता है: डी आर+क 2 आर= 0, जहां कश्मीर =वू /सी-आवृत्ति w के लिए तरंग संख्या, और के लिए व्यंजक वीऔर एक्स फॉर्म लें:
इसके अलावा, 3. पी। को सीमा की शर्तों को पूरा करना चाहिए, अर्थात, आवश्यकताएं जो 3 पी।, भौतिक की विशेषता वाली मात्राओं पर लगाई जाती हैं। सीमाओं के गुण - पर्यावरण को सीमित करने वाली सतहें, पर्यावरण में रखी गई बाधाओं को सीमित करने वाली सतहें, और इंटरफेस डीकंप। औसत उदाहरण के लिए, दोलन करने वाले घटक की बिल्कुल कठोर सीमा पर। स्पीड वी नहींगायब हो जाना चाहिए; मुक्त सतह पर, ध्वनि दबाव गायब हो जाना चाहिए; सीमा पर विशेषता ध्वनिक प्रतिबाधा, पी/वी एनविशिष्ट ध्वनिक के बराबर होना चाहिए। सीमा प्रतिबाधा; दो मीडिया के बीच इंटरफेस पर, मात्रा आरतथा वी नहींसतह के दोनों किनारों पर जोड़े में बराबर होना चाहिए। वास्तविक द्रवों और गैसों में एक जोड़ होता है। सीमा की स्थिति: स्पर्शरेखा कंपन का लुप्त होना। एक कठोर सीमा पर वेग या दो मीडिया के बीच इंटरफेस पर स्पर्शरेखा घटकों की समानता। पी = पी (x6 सीटी),अक्ष के साथ चल रहा है एक्ससकारात्मक ("-" चिह्न) और नकारात्मक ("+" चिह्न) दिशाओं में। विमान की लहर में पी/वी= बीआर साथ, जहां रे साथ - तरंग प्रतिरोधवातावरण। जगहों पर लगाएं। ध्वनि दबाव दिशा दोलन। एक यात्रा तरंग में गति तरंग प्रसार की दिशा के साथ मेल खाती है, स्थानों में यह नकारात्मक है। दबाव इस दिशा के विपरीत है, और उन जगहों पर जहां दबाव शून्य हो जाता है, इसमें उतार-चढ़ाव होता है। गति भी शून्य हो जाती है। लयबद्ध फ्लैट जैसा दिखता है: पी=पी 0 cos(w टी-केएक्स+जे) ,
कहाँ पे आर 0 और ज 0 - क्रमशः, तरंग का आयाम और इसकी शुरुआत। बिंदु पर एक्स = 0।मीडिया में ध्वनि की गति के फैलाव के साथ, गति हार्मोनिक होती है। लहर की साथ= डब्ल्यू / कआवृत्ति पर निर्भर करता है। 2) सीमित में दोलन। बाहरी की अनुपस्थिति में पर्यावरण के क्षेत्र। प्रभाव, उदा। 3. पी।, दिए गए प्रारंभिक के लिए एक बंद मात्रा में उत्पन्न होने वाला। शर्तेँ। इस तरह के 3. बिंदुओं को माध्यम के दिए गए आयतन की विशेषता वाली तरंगों के सुपरपोजिशन के रूप में दर्शाया जा सकता है। दिए गए प्रारंभिक के लिए पर्यावरण। शर्तें - मान आरतथा वीकुछ जल्दी में समय में बिंदु (उदाहरण के लिए, 3. पी।, एक विस्फोट के बाद उत्पन्न)। 4) 3. पी। या कला। ध्वनिक उत्सर्जक (देखें ध्वनि उत्सर्जन)।क्षेत्र के रूप में सबसे सरल विकिरण निम्नलिखित हैं। मोनोपोल - गोलाकार रूप से सममित विचलन तरंग; हारमोनिका के लिए। विकिरण, इसका रूप है: पी = -आईआरडब्ल्यूक्यूएक्सपी ( ikr) / 4p आर, जहां क्यू -
स्रोत की उत्पादकता (उदाहरण के लिए, एक स्पंदित शरीर की मात्रा में परिवर्तन की दर, तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटा) तरंग के केंद्र में रखा जाता है, और आर- केंद्र से दूरी। मोनोपोल विकिरण के दौरान ध्वनि दबाव का आयाम दूरी के साथ बदलता रहता है 1/ आर, ए 
गैर-लहर क्षेत्र में ( कृ<<1) वी 1/ के रूप में दूरी के साथ बदलता रहता है आर 2 , लहर में रहते हुए ( कृ>>1) - 1/ के रूप में आर. चरण शिफ्ट जे बीच आरतथा वीतरंग केंद्र पर 90° से नीरस रूप से घट कर अनंत पर शून्य हो जाता है; टीजीजे = 1/ कृ. द्विध्रुवीय विकिरण - गोलाकार। प्रपत्र की "आठ" दिशात्मक विशेषता के साथ भिन्न तरंग:
कहाँ पे एफ-तरंग के केंद्र में माध्यम पर लगाया गया बल, q बल की दिशा और प्रेक्षण बिंदु की दिशा के बीच का कोण है। वही विकिरण त्रिज्या के एक गोले द्वारा उत्पन्न होता है ए<
मापदंडों का मापन 3. पी। ध्वनि रिसीवर: माइक्रोफोन -हवा के लिए हाइड्रोफ़ोन -पानी के लिए। सूक्ष्म संरचना के अध्ययन में 3. p .
रिसीवर का उपयोग किया जाना चाहिए, जिसके आयाम ध्वनि की तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटे होते हैं। ध्वनि क्षेत्रों का विज़ुअलाइज़ेशनअवलोकन के माध्यम से संभव है। अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रकाश का विवर्तन,टोप्लर की विधि ( छाया विधि)इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल विधि। परिवर्तन, आदि लिट.:बर्गमैन एल। अल्ट्रासाउंड और विज्ञान और प्रौद्योगिकी में इसका अनुप्रयोग, ट्रांस। जर्मन से, दूसरा संस्करण।, मास्को। 1957; Rzhevkin और S. N., ध्वनि के सिद्धांत पर व्याख्यान का पाठ्यक्रम, M., 1960; इसाकोविच एमए, जनरल, एम।, 1973। एम ए इसाकोविच।
भौतिक विश्वकोश। 5 खंडों में। - एम .: सोवियत विश्वकोश. प्रधान संपादक ए.एम. प्रोखोरोव. 1988 .
देखें कि "ध्वनि क्षेत्र" अन्य शब्दकोशों में क्या है:
अंतरिक्ष का वह क्षेत्र जिसमें ध्वनि तरंगें फैलती हैं। ध्वनि स्थान की अवधारणा आमतौर पर ध्वनि के स्रोत से दूर स्थित क्षेत्रों के लिए उपयोग की जाती है, जिसके आयाम ध्वनि के तरंग दैर्ध्य (λ) से बहुत बड़े होते हैं। वर्णन करने वाला एक समीकरण ... ... प्रौद्योगिकी का विश्वकोशफ़िज़िकोस टर्मिन, लॉडिनास
ध्वनि क्षेत्र विश्वकोश "विमानन"
ध्वनि क्षेत्र- ध्वनि क्षेत्र - अंतरिक्ष का वह क्षेत्र जिसमें ध्वनि तरंगें फैलती हैं। ध्वनि स्थान की अवधारणा आमतौर पर ध्वनि के स्रोत से दूर स्थित क्षेत्रों के लिए उपयोग की जाती है, जिसके आयाम ध्वनि के तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़े होते हैं। समीकरण,… … विश्वकोश "विमानन"
अंतरिक्ष का एक क्षेत्र जिसमें ध्वनि तरंगें फैलती हैं, अर्थात, इस क्षेत्र को भरने वाले एक लोचदार माध्यम (ठोस, तरल या गैसीय) के कणों के ध्वनिक कंपन होते हैं। Z.p. पूरी तरह से परिभाषित है यदि इसमें से प्रत्येक के लिए ... ... महान सोवियत विश्वकोश
अंतरिक्ष का एक क्षेत्र जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है। लहर की... प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश
परावर्तित तरंगों का ध्वनि क्षेत्र (ध्वनिक लॉगिंग)- - विषय तेल और गैस उद्योग एन माध्यमिक ध्वनि क्षेत्र ... तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक
ध्वनि * क्षेत्र का अर्थ अंतरिक्ष के उस सीमित क्षेत्र से समझा जाता है जिसमें जल-ध्वनिक संदेश प्रसारित होता है। ध्वनि क्षेत्र किसी भी लोचदार माध्यम में मौजूद हो सकता है और बाहरी परेशान करने वाले कारकों के प्रभाव के परिणामस्वरूप इसके कणों के कंपन का प्रतिनिधित्व करता है। माध्यम के कणों की किसी भी अन्य क्रमबद्ध गति से इस प्रक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि, छोटे गड़बड़ी के साथ, तरंगों का प्रसार पदार्थ के हस्तांतरण से जुड़ा नहीं होता है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक कण उस स्थिति के सापेक्ष दोलन करता है जिस पर वह विक्षोभ के प्रभाव से पहले व्याप्त था।
एक आदर्श लोचदार माध्यम जिसमें एक ध्वनि क्षेत्र फैलता है, को इसके बिल्कुल कठोर तत्वों के एक सेट के रूप में लोचदार बंधों (चित्र। 1.1) द्वारा दर्शाया जा सकता है। इस माध्यम के एक दोलनशील कण की वर्तमान स्थिति इसकी विशेषता है ऑफसेट यूसंतुलन की स्थिति के संबंध में, कंपन गति वीतथा आवृत्तिउतार-चढ़ाव। कंपन वेग कण विस्थापन के पहली बार व्युत्पन्न द्वारा निर्धारित किया जाता है और विचाराधीन प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। एक नियम के रूप में, दोनों पैरामीटर समय के हार्मोनिक कार्य हैं।
कण 1
(चित्र। 1.1), राशि द्वारा स्थानांतरित यूअपने संतुलन की स्थिति से, लोचदार बंधों के माध्यम से, यह अपने आसपास के कणों को प्रभावित करता है, जिससे वे भी हिलते हैं। नतीजतन, बाहर से शुरू की गई गड़बड़ी विचाराधीन माध्यम में फैलनी शुरू हो जाती है। यदि कण विस्थापन का नियम बदल जाता है 1
समानता द्वारा परिभाषित किया गया है 
कहाँ पे उमकण दोलन आयाम है, और वू- दोलनों की आवृत्ति, फिर दूसरों की गति का नियम मैं- वें कणों को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
कहाँ पे यू मि- दोलन आयाम मैं- ओह कण, यीइन दोलनों का चरण परिवर्तन है। माध्यम (कणों) के उत्तेजना के स्रोत से दूरी के रूप में 1 ) दोलन आयाम के मान यू मिऊर्जा अपव्यय के कारण कम हो जाएगा, और चरण बदलाव यीउत्तेजना के प्रसार की सीमित गति के कारण - वृद्धि करना। इस प्रकार, के अंतर्गत ध्वनि क्षेत्रकोई भी माध्यम के दोलन कणों की समग्रता को समझ सकता है।
यदि ध्वनि क्षेत्र में हम ऐसे कणों का चयन करते हैं जिनका दोलन चरण समान होता है, तो हमें एक वक्र या सतह प्राप्त होती है, जिसे कहा जाता है वेव फ्रंट. तरंगाग्र एक निश्चित गति से विक्षोभ स्रोत से लगातार दूर जा रहा है, जिसे कहा जाता है तरंग सामने प्रसार वेग, तरंग प्रसार वेगया केवल ध्वनि की गतिइस माहौल में। संकेतित वेग वेक्टर माना बिंदु पर तरंग मोर्चे की सतह के लंबवत है और दिशा निर्धारित करता है ध्वनि पुंजजिसके साथ लहर फैलती है। यह गति अनिवार्य रूप से माध्यम के गुणों और उसकी वर्तमान स्थिति पर निर्भर करती है। समुद्र में ध्वनि तरंग के प्रसार के मामले में, ध्वनि की गति पानी के तापमान, उसके घनत्व, लवणता और कई अन्य कारकों पर निर्भर करती है। तो, तापमान में 1 0 C की वृद्धि के साथ, ध्वनि की गति लगभग 3.6 m/s बढ़ जाती है, और गहराई में 10 m की वृद्धि के साथ, यह लगभग 0.2 m/s बढ़ जाती है। औसतन, समुद्री परिस्थितियों में ध्वनि की गति 1440 - 1585 मीटर/सेकेंड के बीच भिन्न हो सकती है। अगर बुधवार एनिस्ट्रोपिक, अर्थात। विक्षोभ के केंद्र से अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग गुण होने पर, इन गुणों के आधार पर ध्वनि तरंग की प्रसार गति भी भिन्न होगी।
सामान्य स्थिति में, किसी तरल या गैस में ध्वनि तरंग के प्रसार की गति निम्नलिखित अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:
(1.2)
कहाँ पे प्रतिमाध्यम की मात्रा लोच का मापांक है, r0अप्रभावित माध्यम का घनत्व है, इसका स्थैतिक घनत्व है। थोक लोच का मापांक संख्यात्मक रूप से उस तनाव के बराबर होता है जो माध्यम में इसकी इकाई सापेक्ष विरूपण के दौरान होता है।
प्रत्यास्थ तरंग कहलाती है अनुदैर्ध्य, यदि माना कणों के दोलन तरंग प्रसार की दिशा में होते हैं। लहर कहा जाता है अनुप्रस्थ,यदि कण तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत विमानों में दोलन करते हैं।
अनुप्रस्थ तरंगें केवल उसी माध्यम में हो सकती हैं जिसमें रूप की लोच हो, अर्थात। कतरनी विरूपण का विरोध करने में सक्षम। केवल ठोस में ही यह गुण होता है। अनुदैर्ध्य तरंगें माध्यम के वॉल्यूमेट्रिक विरूपण से जुड़ी होती हैं, इसलिए वे ठोस और तरल और गैसीय मीडिया दोनों में फैल सकती हैं। इस नियम के अपवाद हैं सतहीएक तरल की मुक्त सतह पर या विभिन्न भौतिक विशेषताओं के साथ अमिश्रणीय मीडिया के इंटरफेस पर बनने वाली तरंगें। इस मामले में, द्रव कण एक साथ अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ कंपन करते हैं, अण्डाकार या अधिक जटिल प्रक्षेपवक्र का वर्णन करते हैं। सतही तरंगों के विशेष गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि गुरुत्वाकर्षण और सतह तनाव उनके गठन और प्रसार में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।
अशांत माध्यम में दोलनों की प्रक्रिया में, संतुलन अवस्था के संबंध में बढ़े और घटे दबाव और घनत्व के क्षेत्र उत्पन्न होते हैं। दबाव 
ध्वनि क्षेत्र में इसका तात्क्षणिक मान कहाँ होता है और उत्तेजना के अभाव में माध्यम का स्थिर दाब कहलाता है ध्वनिऔर संख्यात्मक रूप से उस बल के बराबर जिसके साथ तरंग एक इकाई क्षेत्र पर कार्य करती है, इसके प्रसार की दिशा में लंबवत स्थापित होती है। ध्वनि दबाव पर्यावरण की स्थिति की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक है।
माध्यम के घनत्व में परिवर्तन का आकलन करने के लिए, एक सापेक्ष मूल्य का उपयोग किया जाता है, जिसे कहा जाता है सी सील, जो निम्नलिखित समानता द्वारा निर्धारित किया जाता है:
(1.3)
कहाँ पे आर 1 -हमारे लिए रुचि के बिंदु पर माध्यम के घनत्व का तात्कालिक मूल्य, और आर 0 -इसका स्थैतिक घनत्व।
उपरोक्त सभी मापदंडों को निर्धारित किया जा सकता है यदि कुछ स्केलर फ़ंक्शन ज्ञात हैं, जिन्हें कहा जाता है कंपन वेग का संभावित j।हेल्महोल्ट्ज़ प्रमेय के अनुसार, यह क्षमता पूरी तरह से तरल और गैसीय मीडिया में ध्वनिक तरंगों की विशेषता है और कंपन वेग से संबंधित है। वीनिम्नलिखित समानता:
. (1.4)
अनुदैर्ध्य ध्वनि तरंग कहलाती है समतलयदि इसकी क्षमता जेऔर ध्वनि क्षेत्र को चिह्नित करने वाली अन्य संबंधित मात्राएं केवल समय और उनके कार्टेशियन निर्देशांक में से एक पर निर्भर करती हैं, उदाहरण के लिए, एक्स(अंजीर.1.2)। यदि उल्लिखित मात्राएँ केवल समय और दूरी पर निर्भर करती हैं आरकिसी बिंदु से हेअंतरिक्ष कहा जाता है लहर केंद्र,अनुदैर्ध्य ध्वनि तरंग कहलाती है गोलाकार. पहले मामले में, तरंग मोर्चा एक रेखा या विमान होगा, दूसरे में, एक चाप या गोलाकार सतह का एक खंड।
लोचदार मीडिया में, ध्वनि क्षेत्रों में प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, कोई सुपरपोजिशन के सिद्धांत का उपयोग कर सकता है। इसलिए, यदि तरंगों की एक प्रणाली माध्यम में फैलती है, जो क्षमता द्वारा निर्धारित होती है जे 1 …जे एन, तो परिणामी तरंग का विभव संकेतित विभवों के योग के बराबर होगा:
(1.5)
हालांकि, शक्तिशाली ध्वनि क्षेत्रों में प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, किसी को गैर-रेखीय प्रभावों के प्रकट होने की संभावना को ध्यान में रखना चाहिए, जो सुपरपोजिशन सिद्धांत के उपयोग को अस्वीकार्य बना सकता है। इसके अलावा, पर्यावरण में अशांति के उच्च स्तर पर, माध्यम के लोचदार गुणों का मौलिक रूप से उल्लंघन किया जा सकता है। इस प्रकार, हवा से भरे अंतराल एक तरल माध्यम में प्रकट हो सकते हैं, इसकी रासायनिक संरचना बदल सकती है, और इसी तरह। पहले प्रस्तुत मॉडल पर (चित्र 1.1.), यह माध्यम के कणों के बीच लोचदार बंधनों को तोड़ने के बराबर होगा। इस मामले में, दोलन बनाने पर खर्च की गई ऊर्जा व्यावहारिक रूप से अन्य परतों में स्थानांतरित नहीं की जाएगी, जिससे एक या दूसरी व्यावहारिक समस्या को हल करना असंभव हो जाएगा। वर्णित घटना को कहा जाता है गुहिकायन.
एक ऊर्जावान दृष्टिकोण से, ध्वनि क्षेत्र की विशेषता हो सकती है ध्वनि ऊर्जा प्रवाहया ध्वनि शक्ति पी, जो ध्वनि ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होते हैं वूप्रति इकाई समय किसी दी गई सतह से गुजरना:
(1.6)
क्षेत्र के सापेक्ष ध्वनि शक्ति एसमाना सतह, निर्धारित करता है तीव्रताध्वनि की तरंग:
(1.7) अंतिम अभिव्यक्ति में, यह माना जाता है कि ऊर्जा साइट पर समान रूप से वितरित की जाती है एस.
अक्सर, ध्वनि वातावरण को चिह्नित करने के लिए, अवधारणा का उपयोग किया जाता है ध्वनि ऊर्जा घनत्व, जिसे लोचदार माध्यम की प्रति इकाई मात्रा में ध्वनि ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है।
हम ध्वनि क्षेत्र के अलग-अलग मापदंडों के बीच संबंध की जांच करते हैं।
1.3 मध्यम निरंतरता का समीकरण
मध्यम निरंतरता समीकरण वेग क्षमता और उसके संघनन को जोड़ता है। यदि माध्यम में कोई असंततता नहीं है, तो जन संरक्षण कानून होता है, जिसे निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:
कहाँ पे डब्ल्यू 1तथा आर 1ध्वनि क्षेत्र में तरल का आयतन और घनत्व है, और W0तथा r0गड़बड़ी की अनुपस्थिति में समान पैरामीटर हैं। यह नियम कहता है कि एक सतत रैखिक माध्यम में, आयतन में परिवर्तन के कारण माध्यम के घनत्व में ऐसा परिवर्तन होता है कि विचाराधीन आयतन के द्रव्यमान के अनुरूप उनका उत्पाद हमेशा स्थिर रहता है।
माध्यम के संघनन को ध्यान में रखने के लिए, हम समानता के बाएँ और दाएँ पक्षों से घटाते हैं (1.8) उत्पाद डब्ल्यू 0 आर 1. परिणामस्वरूप, हमारे पास होगा:
(1.9)
यहाँ यह स्वीकार किया जाता है कि 
यह धारणा इस तथ्य के कारण संभव है कि अल्ट्रासोनिक आवृत्ति रेंज में तरल की मात्रा और घनत्व में भिन्नता उनके निरपेक्ष मूल्य और मात्रा के समानता (1.9) के हर में प्रतिस्थापन के संबंध में महत्वहीन है। आर 1पर r0व्यावहारिक रूप से विश्लेषण के परिणाम को प्रभावित नहीं करता है।
होने देना 1\u003d 1.02 ग्राम / सेमी 3, और ρ 0
= 1.0 ग्राम/सेमी3. फिर
ए 
. स्वीकृत मान्यताओं की सापेक्ष त्रुटि है 
.
आइए हम द्रव कणों के आंशिक विस्थापन के संदर्भ में समानता के बाईं ओर (1.9) द्वारा दर्शाए गए माध्यम के सापेक्ष वॉल्यूमेट्रिक विरूपण को व्यक्त करें और इस बात को ध्यान में रखें कि इस समीकरण का दाहिना पक्ष माध्यम के संघनन को निर्धारित करता है। तब हमारे पास होगा:
(1.10)
कहाँ पे यू एक्स, यू वाईतथा उज- ऑर्थोगोनल समन्वय प्रणाली के संबंधित अक्षों के साथ माध्यम के कणों का विस्थापन।
आइए हम समय के संबंध में अंतिम समानता में अंतर करें:
यहाँ वी एक्स, वी वाईतथा vzएक ही कुल्हाड़ियों के साथ कंपन वेग के घटक हैं। मान लीजिये
(1.12)
(1.13) जहां हैमिल्टन ऑपरेटर है जो स्थानिक भेदभाव को परिभाषित करता है:
(1.14)
| जरूरी! |
दोलन गति का समीकरण
दोलन गति का समीकरण वेग क्षमता और ध्वनि दबाव से संबंधित है। इस समीकरण को प्राप्त करने के लिए, हम ध्वनि क्षेत्र में एक प्राथमिक आयतन को अक्ष के साथ दोलन करते हैं ओह(चित्र 1.3.) न्यूटन के नियम के अनुसार, हम लिख सकते हैं:
(1.15)
कहाँ पे एफ-अक्ष की दिशा में चयनित आयतन पर कार्य करने वाला बल ओह,
एमकिसी दिए गए आयतन का द्रव्यमान है, जे- एक ही अक्ष के साथ आयतन गति का त्वरण . यदि हम चयनित आयतन के फलकों पर अभिनय करने वाले दबावों को के माध्यम से निरूपित करते हैं पी 1तथा पी 2, और स्वीकार करें कि > , फिर बल एफनिम्नलिखित समीकरण द्वारा परिभाषित किया जा सकता है:
(1.16)
कहाँ पे 
अभिव्यक्ति (1.16) को समानता (1.15) में प्रतिस्थापित करना और इसे ध्यान में रखते हुए 
और त्वरण 
और अतिसूक्ष्म मात्राओं की सीमा तक जाने पर, हम पाते हैं:
(1.17)
इसे ध्यान में रखते हुए 
तथा 
अंत में हमें मिलता है:
. (1.18)
अंतिम समीकरण में निर्देशांक नहीं होते हैं और इसलिए यह किसी भी आकार की लहर के लिए मान्य है।
माध्यम की स्थिति का समीकरण
अल्ट्रासोनिक क्षेत्र पर लागू माध्यम की स्थिति का समीकरण, जिसमें सभी प्रक्रियाएं तापमान परिवर्तन के बिना व्यावहारिक रूप से आगे बढ़ती हैं, माध्यम के दबाव और घनत्व के बीच संबंध को व्यक्त करती हैं। एक आदर्श द्रव में जिसमें कोई चिपचिपा घर्षण बल नहीं होता है, ध्वनि दबाव आरमाध्यम की कठोरता के समानुपाती प्रतिऔर इसकी मुहर सी: 
हालाँकि, यदि माध्यम वास्तविक है, तो इसमें चिपचिपा घर्षण बल होते हैं, जिसका परिमाण माध्यम की चिपचिपाहट और माध्यम की स्थिति में परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है, विशेष रूप से, इसके परिवर्तन की दर में संघनन इसलिए, एक चिपचिपा माध्यम में दबाव निर्धारित करने वाला व्यंजक एक घटक प्राप्त करेगा जो इन कारकों पर निर्भर करता है:
(1.19)
जहां एल आनुपातिकता का गुणांक है। प्रयोगों के परिणामस्वरूप, इस गुणांक का एक अनुमान पाया गया, जिसने अंतिम अभिव्यक्ति की अनुमति दी जो कि माध्यम की स्थिति को इस प्रकार लिखा जाना निर्धारित करता है:
(1.20) जहां h माध्यम की गत्यात्मक (न्यूटोनियन) श्यानता का गुणांक है। परिणामी समीकरण किसी भी तरंग के लिए उपयुक्त है।
तरंग समीकरण
तरंग समीकरण वेग क्षमता के परिवर्तन के नियम को निर्धारित करता है। इस समीकरण को प्राप्त करने के लिए, हम माध्यम की स्थिति के लिए अभिव्यक्ति (1.20) को समानता (1.18) में प्रतिस्थापित करते हैं। परिणामस्वरूप, हमें मिलता है:
(1.21)
वेग क्षमता के संदर्भ में माध्यम के संघनन का प्रतिनिधित्व करने के लिए, हम समय के संबंध में अभिव्यक्ति (1.21) में अंतर करते हैं:
(1.22)
मध्यम निरंतरता और समानता (1.2) की स्थिति से प्राप्त निर्भरता (1.13) को ध्यान में रखते हुए, हम वांछित तरंग समीकरण को इसके अंतिम रूप में लिखते हैं:
(1.23)
यदि तरंग समतल है और प्रसार करती है, उदाहरण के लिए, अक्ष के अनुदिश ओह, तो वेग विभव केवल निर्देशांक पर निर्भर करेगा एक्सऔर समय। इस मामले में, तरंग समीकरण एक सरल रूप लेगा:
(1.24) प्राप्त समीकरणों को हल करते हुए, कोई भी वेग क्षमता के परिवर्तन का नियम पा सकता है और इसके परिणामस्वरूप, ध्वनि क्षेत्र की विशेषता वाला कोई भी पैरामीटर।
ध्वनि क्षेत्र के मुख्य मापदंडों का विश्लेषण
आइए पहले हम समतल हार्मोनिक तरंग की विशेषता वाले मापदंडों को निर्धारित करें। ऐसा करने के लिए, हम समीकरण (1.24) का हल ढूंढते हैं, जो एक दूसरे क्रम का रैखिक अवकल समीकरण है और इसलिए, इसके दो मूल हैं। ये जड़ें दो प्रक्रियाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं जे 1 (एक्स, टी)तथा जे 2 (एक्स, टी), विपरीत दिशाओं में फैलने वाली तरंगों को परिभाषित करना। एक आइसोट्रोपिक माध्यम में, विकिरण स्रोत से समान दूरी पर ध्वनि क्षेत्र के पैरामीटर समान होते हैं, जो हमें केवल एक समाधान खोजने के लिए खुद को सीमित करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, तरंग के लिए j1, अक्ष की सकारात्मक दिशा में प्रसार ओह.
चूंकि निर्दिष्ट विशेष समाधान वर्तमान समन्वय और समय का एक कार्य है, हम इसे निम्नलिखित रूप में देखेंगे:
कहाँ पे 
- तरंग आवृत्ति, एमवांछित गुणांक है जो स्थानिक निर्देशांक पर वेग क्षमता की निर्भरता को निर्धारित करता है, 
- तरंग संख्या, 
. के आवश्यक डेरिवेटिव की गणना j1और उन्हें समीकरण (1.24) में प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं:
(1.26) के संबंध में अंतिम समानता को हल करना एमऔर इस बात को ध्यान में रखते हुए कि विक्षोभ के स्रोत से दूरी के साथ क्षय होने वाली तरंग का ऋणात्मक मान इसके ऋणात्मक मान से मेल खाता है, हमारे पास होगा:
(1.27)
एक अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में, अभिव्यक्ति के कोष्ठक (1.27) में दूसरा शब्द एकता से बहुत कम है, जो हमें इस अभिव्यक्ति को एक शक्ति श्रृंखला में विस्तारित करने की अनुमति देता है, खुद को इसके दो शब्दों तक सीमित रखता है:
(1.28)
पाए गए मान को प्रतिस्थापित करना एमसमानता (1.25) में और संकेतन का परिचय
(1.29)
वेग विभव के लिए अंतिम व्यंजक ज्ञात कीजिए j1:
क्षमता के लिए निजी समाधान j2विचाराधीन मामले के समान पाया जा सकता है:
आइए ध्वनि क्षेत्र के मुख्य मापदंडों को निर्धारित करने के लिए प्राप्त अभिव्यक्तियों का उपयोग करें।
सकारात्मक रूप से निर्देशित तरंग के प्रसार क्षेत्र में ध्वनि दबाव निम्नलिखित समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है:
(1.32)
कहाँ पे 
.
यदि हम समानता (1.4) की ओर मुड़ते हैं और ध्यान में रखते हैं कि अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में >> ए, तो कंपन वेग के लिए व्यंजक निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है:
कहाँ पे 
प्राप्त अभिव्यक्तियों से पता चलता है कि ध्वनि दबाव और कंपन वेग के वर्तमान मूल्यों में परिवर्तन चरण में होता है, जिसके परिणामस्वरूप, उन जगहों पर जहां माध्यम संकुचित होता है, कंपन वेग का वेक्टर प्रसार की गति के साथ दिशा में मेल खाता है लहर के सामने, और दुर्लभ स्थानों में, यह इसके विपरीत है।
आइए ध्वनि दबाव और कंपन वेग का अनुपात ज्ञात करें, जिसे कहा जाता है विशिष्ट ध्वनिक प्रतिबाधा:
(1.34)
विशिष्ट ध्वनिक प्रतिबाधा माध्यम की एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो इसमें होने वाली प्रक्रियाओं के कई मापदंडों को प्रभावित करती है।
ध्वनि तरंगों का प्रसार
हाइड्रोकार्बन उपकरण बनाते समय, सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक विकिरण मापदंडों का सही विकल्प है: बर्स्ट सिग्नल की वाहक आवृत्ति, सिग्नल मॉड्यूलेशन की विधि और इसकी ऊर्जा विशेषताएं। यह तरंग के प्रसार रेंज, इसके प्रतिबिंब की विशेषताओं और विभिन्न भौतिक गुणों वाले मीडिया के बीच विभिन्न इंटरफेस के माध्यम से पारित होने, इसके साथ आने वाले शोर से सिग्नल को अलग करने की संभावना को प्रभावित करता है।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक हाइड्रोकॉस्टिक सिग्नल की मुख्य ऊर्जा विशेषताओं में से एक इसकी तीव्रता है। इस पैरामीटर को परिभाषित करने वाला व्यंजक निम्नलिखित विचारों से पाया जा सकता है। आइए हम क्षेत्र के साथ तरंग मोर्चे के कुछ प्राथमिक खंड पर विचार करें, जो कि दोलन करते समय, समय के साथ प्रारंभिक स्थिति के सापेक्ष मान के अनुसार बदल जाता है 
इस विस्थापन का मुकाबला बलों द्वारा किया जाएगा 
आंतरिक बातचीत। इन ताकतों पर काबू पाने के लिए काम किया जाएगा। विचाराधीन दोलनों को प्रदान करने के लिए आवश्यक शक्ति को प्रति इकाई समय में खर्च किए गए कार्य के रूप में परिभाषित किया गया है:
(1.35)
कहाँ पे टीलहर की अवधि है। बदले में, तीव्रता का निर्धारण गति पर खर्च की गई शक्ति से होता है एकवेव फ्रंट के क्षेत्र और, इसलिए, इसके बराबर होंगे:
(1.36)
परिणामी व्यंजक में समानता (1.32) और (1.33) को प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं:
यह देखते हुए कि 0.5 
- उत्सर्जक के तत्काल आसपास के क्षेत्र में संकेत की तीव्रता, फिर स्रोत से दूरी के साथ तीव्रता परिवर्तन का नियम निम्नलिखित समानता द्वारा निर्धारित किया जाएगा:
(1.38)
अंतिम सूत्र अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ स्टोक्स द्वारा प्राप्त किया गया था और उनका नाम है। यह दर्शाता है कि जैसे-जैसे विकिरण स्रोत से दूरी बढ़ती है, ध्वनि तरंग की तीव्रता तेजी से घटती जाती है। इसके अलावा, व्यंजक (1.29) के अनुसार, अवमंदन सूचकांक एउत्सर्जित तरंग की दोलन आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होता है। यह वाहक आवृत्तियों की पसंद पर विशेष रूप से लंबी दूरी की ध्वनि के लिए कुछ प्रतिबंध लगाता है।
हालांकि, स्टोक्स सूत्र का उपयोग करते हुए, ध्वनि तरंग अवमंदन प्रक्रिया का सही अनुमान प्राप्त करना हमेशा संभव नहीं होता है। इस प्रकार, प्रयोगों से पता चलता है कि समुद्री वातावरण में ध्वनि तरंगें उपरोक्त अभिव्यक्ति की तुलना में बहुत तेजी से क्षय होती हैं। यह घटना आदर्श पर्यावरण से वास्तविक पर्यावरण के गुणों में अंतर के कारण है, जिसे आमतौर पर समस्याओं के सैद्धांतिक समाधान में माना जाता है, साथ ही इस तथ्य के कारण कि समुद्री वातावरण एक विषम तरल है, जिसमें जीवित जीव, हवाई बुलबुले और अन्य शामिल हैं। अशुद्धियाँ।
व्यवहार में, ध्वनि तरंग की तीव्रता में परिवर्तन के नियम को निर्धारित करने के लिए आमतौर पर विभिन्न अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग किया जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, इसकी आवृत्तियों पर 7.5 - 60 kHz की सीमा में स्थित है, गुणांक का मान एडेसिबल प्रति किलोमीटर (dB/km) में निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है:
, (1.39)
और थरथानेवाला से 200 किमी से अधिक की दूरी पर तीव्रता परिवर्तन का नियम, 10% तक की त्रुटि के साथ, समानता द्वारा निर्धारित किया जाता है:
(1.40)
गोलाकार तरंग के मामले में, तीव्रता
. (1.41)
अंतिम अभिव्यक्ति से यह पता चलता है कि बढ़ती दूरी के साथ इसके सामने के विस्तार के कारण लहर काफी हद तक कमजोर हो जाती है आर.
एक अल्ट्रासोनिक तरंग एक सजातीय आइसोट्रोपिक माध्यम में अपनी गति के दौरान एक सीधी रेखा में फैलती है। हालांकि, यदि माध्यम अमानवीय है, तो ध्वनि बीम का प्रक्षेपवक्र मुड़ा हुआ है, और कुछ शर्तों के तहत, संकेत जलीय पर्यावरण की मध्यवर्ती परतों से भी परिलक्षित हो सकता है। समुद्री पर्यावरण की विषमता के कारण ध्वनि किरणों की वक्रता की घटना कहलाती है ध्वनि अपवर्तन. ध्वनि अपवर्तन का हाइड्रोकार्बन माप की सटीकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है, इसलिए ज्यादातर मामलों में इसके प्रभाव की डिग्री का आकलन किया जाना चाहिए।
जब बीम नीचे की ओर फैलता है, तो रास्ते में, यह तीन क्षेत्रों से होकर गुजरता है: एक इज़ोटेर्मल (स्थिर तापमान वाला) सतह क्षेत्र, एक तापमान कूद क्षेत्र, जो एक तेज नकारात्मक तापमान प्रवणता की विशेषता है, और एक निकट- निचला इज़ोटेर्मल ज़ोन (चित्र। 1.4)। शॉक ज़ोन की मोटाई कई दसियों मीटर हो सकती है। जब एक ध्वनि तरंग सदमे की परत से गुजरती है, तो मजबूत अपवर्तन और ध्वनि की तीव्रता में उल्लेखनीय कमी देखी जाती है। तीव्रता में कमी शॉक लेयर की ऊपरी सीमा पर तेज अपवर्तन के कारण किरणों के विचलन के साथ-साथ इस परत से उनके प्रतिबिंब के कारण होती है। स्प्लिट बीम की चरम किरणें ध्वनि छाया क्षेत्र बनाती हैं।
| चित्र.1.4. |
उठता खड़ा हैलहर। एक खड़ी लहर की एक विशेषता यह है कि इसके सभी बिंदु एक ही चरण के साथ दोलन करते हैं, दोलन तरंग दैर्ध्य के एक चौथाई के बराबर अंतराल पर बनते हैं, एंटीनोड्स, जिसमें दोलन आयाम अधिकतम होता है, और नोड्स जिसमें कोई दोलन नहीं होता है। एक खड़ी लहर व्यावहारिक रूप से ऊर्जा स्थानांतरित नहीं करती है।
ध्वनि तरंगों का परावर्तन और अपवर्तन
जब दो मीडिया के बीच इंटरफेस पर एक लहर की घटना होती है, तो इस इंटरफेस से संबंधित माध्यम के कण उत्तेजित होते हैं। बदले में, सीमा कणों के दोलन, आपतित तरंग के माध्यम और उससे सटे माध्यम दोनों में तरंग प्रक्रियाओं को जन्म देते हैं। पहली लहर को कहा जाता है प्रतिबिंबित, और दूसरा है अपवर्तित. कोने 
और (चित्र 1.5) अभिलंब से अंतरापृष्ठ और किरणों की दिशा के बीच के कोण कहलाते हैं गिरना, 
कुछ विचारतथा अपवर्तन, क्रमश। डेसकार्टेस के नियमों के अनुसार समानताएँ होती हैं:
(1.42)
यदि बीम प्रसार के मार्ग में कई इंटरफेस हैं, तो समानता सत्य होगी:
(1.43)
मान कहा जाता है स्नेल का स्थिरांक. इसका मान ध्वनि किरण के साथ नहीं बदलता है।
घटना में ऊर्जा अनुपात, परावर्तित और अपवर्तित बीम गुणांक का उपयोग करके निर्धारित किए जाते हैं एतथा वीक्रमशः परावर्तन और अपवर्तन। ये गुणांक निम्नलिखित समानता द्वारा निर्धारित किए जाते हैं:
(1.44)
यह दिखाया जा सकता है कि एक ही ध्वनिक प्रतिबाधा वाले मीडिया में, ध्वनि ऊर्जा पूरी तरह से एक माध्यम से दूसरे माध्यम में स्थानांतरित हो जाती है। यदि मीडिया की ध्वनिक बाधाओं में बड़ा अंतर है, तो लगभग सभी घटना ऊर्जा मीडिया के बीच इंटरफेस से परिलक्षित होती है।
यदि परावर्तक सतह के आयाम आपतित विकिरण की तरंगदैर्घ्य से अधिक हो जाते हैं तो विचार किए गए पैटर्न होते हैं। यदि इसकी तरंग दैर्ध्य परावर्तक सतह के आयामों से अधिक है, तो, एक नियम के रूप में, लहर आंशिक रूप से बाधा (बिखरी हुई) से परावर्तित होती है, और आंशिक रूप से इसके चारों ओर जाती है। किसी बाधा के चारों ओर तरंग के मुड़ने की घटना कहलाती है ध्वनि विवर्तन. विवर्तन उन वस्तुओं में भी होता है जिनके आयाम दोलनों की तरंग दैर्ध्य से अधिक होते हैं, हालांकि, इस मामले में, घटना केवल परावर्तक सतह के किनारों पर ही प्रकट होती है। बाधा के पीछे एक ध्वनिक छाया क्षेत्र बनता है, जिसमें ध्वनि कंपन नहीं होते हैं। उसी समय, बाधा के सामने, घटना, परावर्तित और विवर्तन तरंगों की परस्पर क्रिया के कारण ध्वनि क्षेत्र का पैटर्न अधिक जटिल हो जाता है। ध्वनि तरंग समुद्र के पानी में बिखरी हुई कई वस्तुओं से परावर्तित हो सकती है, जैसे हवा के बुलबुले, प्लवक, ठोस तैरते पदार्थों के कण आदि। इस मामले में, परावर्तित संकेत को संकेत कहा जाता है। सराउंड रीवरब. यह विकिरण रिसीवर द्वारा सिग्नल भेजे जाने के समय एक दोलनशील प्रतिध्वनि के रूप में माना जाता है। शुरुआत में, इस प्रतिध्वनि का स्तर काफी बड़ा हो सकता है, और फिर जल्दी से फीका पड़ जाता है।
तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटी अनियमितताओं वाली सपाट सतहों द्वारा ध्वनि के प्रकीर्णन के कारण पुनर्संयोजन हो सकता है। अक्सर, ऐसी सतहें समुद्र के नीचे या सतह होती हैं। इस प्रतिध्वनि को कहा जाता है नीचेया सतही, क्रमश।
. हाइड्रोकॉस्टिक साउंडिंग के मूल सिद्धांत
परिवहन बेड़े में उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी जलविद्युत नेविगेशन उपकरण जल स्थान की सक्रिय ध्वनि के मोड में काम करते हैं। इस मोड को लागू करने वाले उपकरणों का विकास निम्न की आवश्यकता प्रदान करता है:
हल की जा रही समस्या की सामग्री के आधार पर विकिरण की जांच के लिए आवश्यकताओं का निर्धारण;
एंटेना प्राप्त करने और संचारित करने के लिए आवश्यकताओं का निर्धारण;
जांच संकेत के प्रसार की स्थिति का विश्लेषण और प्राप्त संकेत की प्रकृति का आकलन;
सिस्टम के इनपुट ब्लॉकों के लिए आवश्यकताओं का विकास जो प्राप्त सिग्नल का प्राथमिक रूपांतरण करते हैं;
प्राप्त करने वाले पथ की संरचना का निर्धारण करना जो प्राथमिक जानकारी को उसके प्रदर्शन या अन्य उपकरणों या प्रणालियों द्वारा आगे उपयोग के लिए आवश्यक रूप में परिवर्तित करता है;
जानकारी प्रदर्शित करने और रिकॉर्ड करने के लिए उपकरणों की संरचना का निर्धारण;
इसके साथ सहयोग करने वाले अन्य उपकरणों की ओर से हाइड्रोकॉस्टिक डिवाइस के आउटपुट सिग्नल के लिए आवश्यकताओं का निर्माण।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, जांच विकिरण निरंतर या स्पंदित हो सकता है। एक ही सिग्नल एम्पलीट्यूड पर निरंतर विकिरण में उच्चतम औसत शक्ति होती है, जो उन क्षेत्रों की जांच करते समय एक निर्णायक लाभ हो सकता है जो विकिरण स्रोत से पर्याप्त रूप से दूर हैं। उत्सर्जित संकेत की उच्च औसत शक्ति न केवल प्राप्त परावर्तित संकेत के स्तर को बढ़ाती है, बल्कि अक्सर गुहिकायन की घटना से भी बचाती है। जहाज की गति को मापने के लिए अक्सर इस प्रकार के विकिरण का उपयोग डॉपलर सिस्टम में किया जाता है।
यदि परावर्तित वस्तुओं से दूरियों को मापना आवश्यक है, तो निरंतर विकिरण को एक विशेष तरीके से प्रारंभिक रूप से संशोधित किया जाना चाहिए। मॉडुलन विधि का उचित विकल्प और प्राप्त सिग्नल का प्रसंस्करण आपको सबसे सटीक माप प्रणाली बनाने की अनुमति देता है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि विचाराधीन मामले में, प्राप्त संकेत आमतौर पर वॉल्यूमेट्रिक रिवरबरेशन के परिणामस्वरूप काफी महत्वपूर्ण शोर के साथ होता है।
स्पंदित विकिरण को नाड़ी के आकार, इसकी अवधि की विशेषता है टी और(चित्र। 1.6), आवृत्ति या नाड़ी पुनरावृत्ति अवधि। अक्सर, आयताकार दालों का उपयोग किया जाता है (चित्र 1.6.ए), जो सबसे अधिक ऊर्जा-संतृप्त होते हैं। हाल के दिनों में, घातीय रूप (चित्र 2.6, बी) का व्यापक रूप से इस तथ्य के कारण उपयोग किया गया था कि तकनीकी रूप से इसे लागू करना आसान था। व्यक्तिगत समस्याओं के समाधान के लिए उनके लिफाफे के अधिक जटिल आकार के साथ आवेगों के निर्माण की आवश्यकता हो सकती है।
नाड़ी की अवधि का बहुत महत्व है, क्योंकि, इसके आयाम के साथ, यह इसमें निहित शक्ति को निर्धारित करता है, और, परिणामस्वरूप, अधिकतम जांच सीमा। इसके अलावा, रेंज रिज़ॉल्यूशन पल्स अवधि पर निर्भर करता है, अर्थात। न्यूनतम सीमा अंतर जिसे सिस्टम द्वारा मापा जा सकता है। दरअसल, इस तथ्य के कारण कि आवेग एकल सूचना का वाहक है, इसकी स्थानिक सीमा के भीतर सभी सीमा परिवर्तन सिस्टम द्वारा पंजीकृत नहीं होंगे। यह देखते हुए कि पल्स दो बार दूरी की यात्रा करता है - परावर्तक और पीछे, सिस्टम का संकल्प पल्स की आधा स्थानिक लंबाई के बराबर होगा:
(1.45)
व्यवहार में, नाड़ी की अवधि अक्सर 10 -5 . की सीमा में होती है साथ 10 -3 . तक साथ.
पल्स पुनरावृत्ति दर को आमतौर पर चुना जाता है ताकि किसी भी ऑपरेटिंग रेंज में अगली पल्स केवल परावर्तित प्राप्त होने के बाद ही उत्सर्जित हो। दूसरे शब्दों में, अवधि टी पीनाड़ी दोहराव को असमानता को पूरा करना चाहिए: 
कहाँ पे 
- ऑपरेटिंग रेंज में अधिकतम साउंडिंग रेंज, - पानी में ध्वनि की औसत गति, आमतौर पर 1500 . के बराबर ली जाती है एमएस. यह दृष्टिकोण एक एंटीना को प्राप्त करने और प्रसारित करने वाले एंटीना के रूप में उपयोग करने के लिए स्थितियां बनाता है। कुछ मामलों में, नाड़ी पुनरावृत्ति दर को अन्य विचारों से चुना जा सकता है।
प्रोबिंग सिग्नल के लिए आवश्यकताओं को बनाते समय, विकिरण की वाहक आवृत्ति का सही ढंग से चयन करना बहुत महत्वपूर्ण है। यह काफी हद तक सिग्नल के क्षीणन, मीडिया और विभिन्न वस्तुओं के बीच इंटरफेस से इसके प्रतिबिंब के साथ-साथ तरंग मोर्चे के प्रक्षेपवक्र को निर्धारित करता है। वाहक आवृत्ति को कम करने के लिए, एक नियम के रूप में, एंटीना उपकरणों के आकार में वृद्धि की आवश्यकता होती है, लेकिन ध्वनि सीमा में वृद्धि में योगदान देता है।
एंटीना प्रणाली के लिए बुनियादी आवश्यकताओं को तैयार करना, यह आवश्यक है:
जहाज पर एंटेना और उनके लेआउट की संख्या निर्धारित करें;
§ विकिरण प्रत्यक्षता की सर्वोत्तम डिग्री चुनें;
उस तत्व का प्रकार चुनें जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है और इसके विपरीत, साथ ही एंटीना का प्रकार;
जहाज पर एंटेना स्थापित करने का तरीका निर्धारित करें।
उपयोग किए गए एंटेना की संख्या और उनके प्लेसमेंट की योजना को हल की जा रही समस्या की प्रकृति के साथ-साथ सिस्टम की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए उनकी अतिरेक की उपस्थिति या अनुपस्थिति द्वारा निर्धारित किया जाता है। प्रत्येक एंटीना को जहाज पर स्वतंत्र रूप से लगाया जा सकता है या सभी एंटेना को एक एंटीना इकाई में जोड़ा जाता है, जो आमतौर पर क्लिंक में स्थापित होता है। इस तरह के ब्लॉक में 20 या अधिक एंटेना हो सकते हैं, जो इस मामले में वाइब्रेटर को कॉल करने के लिए अधिक उपयुक्त होंगे।
विकिरण प्रत्यक्षता की आवश्यक डिग्री भी हल की जा रही समस्या की प्रकृति से तय होती है।
फेरोमैग्नेटिक और पीज़ोसेरेमिक वाइब्रेटर का उपयोग विद्युत ऊर्जा के यांत्रिक ऊर्जा में कन्वर्टर्स के रूप में किया जाता है और इसके विपरीत, जिसके संचालन के सिद्धांत पर नीचे चर्चा की गई है।
एंटेना को प्रसारित करने और प्राप्त करने की सामान्य विशेषताएं
यांत्रिक ऊर्जा में विद्युत ऊर्जा के फेरोमैग्नेटिक कन्वर्टर्स मैग्नेटोस्ट्रिक्शन के प्रभाव का उपयोग करते हैं। इस आशय का सार यह है कि जब लौहचुम्बकीय पदार्थ से बने उत्पाद की चुंबकीय अवस्था में परिवर्तन होता है, तो उसके आयामों में कुछ परिवर्तन होता है। नमूना विकृत है, और यह विरूपण इसके चुंबकीयकरण की बढ़ती तीव्रता के साथ बढ़ता है। यदि हम एक रॉड कोर को एक नमूने के रूप में लेते हैं, इसे एक घुमावदार प्रदान करते हैं और इसे प्रत्यावर्ती धारा के साथ शक्ति प्रदान करते हैं, तो कोर की लंबाई समय-समय पर बदल जाएगी। इसके चुंबकीयकरण पर खर्च की गई विद्युत ऊर्जा यांत्रिक कंपन की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो एक लोचदार माध्यम में ध्वनि क्षेत्र को उत्तेजित करने में सक्षम है जिसमें माना रॉड रखा गया है।
इसका विपरीत प्रभाव भी होता है। यदि कुछ अवशिष्ट चुम्बकत्व वाले लौहचुम्बकीय पदार्थ का क्रोड थोड़ा विकृत है, अर्थात। इसके आंतरिक वोल्टेज को बदल दें, तो इससे जुड़े चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता भी बदल जाएगी। इस स्थिति में, चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होगा
ध्वनि- एक लोचदार माध्यम के यांत्रिक कंपन के कारण किसी व्यक्ति की श्रवण संवेदनाएं, आवृत्ति रेंज (16 हर्ट्ज - 20 किलोहर्ट्ज़) में और मानव श्रवण सीमा से अधिक ध्वनि दबाव में माना जाता है।
श्रव्यता की सीमा के नीचे और ऊपर स्थित माध्यम के कंपन की आवृत्तियों को क्रमशः कहा जाता है इन्फ्रासोनिक तथा अल्ट्रासोनिक .
1. ध्वनि क्षेत्र की मुख्य विशेषताएं। ध्वनि प्रसार
ए. ध्वनि तरंग पैरामीटर
एक लोचदार माध्यम के कणों के ध्वनि कंपन में एक जटिल चरित्र होता है और इसे समय के कार्य के रूप में दर्शाया जा सकता है ए = ए (टी)(चित्र 3.1, ए).
चित्र 3.1. वायु कणों का कंपन।
सबसे सरल प्रक्रिया को एक साइनसॉइड (चित्र। 3.1) द्वारा वर्णित किया गया है। बी)
,
कहाँ पे एमैक्स- दोलन आयाम; वू = 2 पीएफ- कोणीय आवृत्ति; एफ- दोलन आवृत्ति।
आयाम के साथ हार्मोनिक दोलन एमैक्सऔर आवृत्ति एफबुलाया सुर.
जटिल उतार-चढ़ाव समय अवधि T . पर एक प्रभावी मूल्य की विशेषता है
.
एक साइनसोइडल प्रक्रिया के लिए, संबंध
किसी अन्य आकृति के वक्रों के लिए, प्रभावी मान का अधिकतम मान से अनुपात 0 से 1 तक होता है।
दोलनों के उत्तेजना की विधि के आधार पर, निम्न हैं:
विमान ध्वनि तरंग , एक सपाट दोलन सतह द्वारा निर्मित;
बेलनाकार ध्वनि की तरंग,सिलेंडर की रेडियलली ऑसिलेटिंग साइड सतह द्वारा बनाया गया;
गोलाकार ध्वनि तरंग , स्पंदित गेंद प्रकार के दोलनों के एक बिंदु स्रोत द्वारा उत्पन्न।
ध्वनि तरंग की विशेषता वाले मुख्य पैरामीटर हैं:
ध्वनि का दबाव पीजेडवी, पा;
ध्वनि तीव्रतामैं, डब्ल्यू / एम 2।
ध्वनि तरंगदैर्घ्यएल, एम;
तरंग गति साथ, एमएस;
दोलन आवृत्ति एफ, हर्ट्ज।
भौतिक दृष्टि से, स्पंदनों के प्रसार में एक अणु से दूसरे अणु में संवेग का स्थानांतरण होता है। लोचदार अंतर-आणविक बंधों के कारण, उनमें से प्रत्येक की गति पिछले वाले की गति को दोहराती है। गति हस्तांतरण के लिए एक निश्चित समय की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अवलोकन के बिंदुओं पर अणुओं की गति कंपन के क्षेत्र में अणुओं की गति के संबंध में देरी से होती है। इस प्रकार, कंपन एक निश्चित गति से फैलते हैं। ध्वनि तरंग गति साथपर्यावरण की एक भौतिक संपत्ति है।
वेवलेंथ l एक आवर्त T में ध्वनि तरंग द्वारा तय किए गए पथ की लंबाई के बराबर है:
कहाँ पे साथ -ध्वनि की गति , टी = 1/एफ.
हवा में ध्वनि कंपन के कारण यह संकुचित और विरल हो जाता है। संपीड़न के क्षेत्रों में, वायु दाब बढ़ जाता है, और विरलन के क्षेत्रों में यह घट जाता है। अशांत माध्यम में विद्यमान दाब के बीच का अंतर पी cf इस समय, और वायुमंडलीय दबाव पीएटीएम कहा जाता है ध्वनि का दबाव(अंजीर.3.3)। ध्वनिकी में, यह पैरामीटर मुख्य है जिसके माध्यम से अन्य सभी निर्धारित किए जाते हैं।
पीएसवी = पीबुध - पीएटीएम (3.1)
चित्र 3.3। ध्वनि का दबाव
वह माध्यम जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है विशिष्ट ध्वनिक प्रतिबाधाजेड ए, जिसे पा * एस / एम (या किलो / (एम 2 * एस) में मापा जाता है और ध्वनि दबाव का अनुपात होता है पीमाध्यम के कणों के कंपन वेग के लिए ध्वनि तुम
जेडए=पीएसवी /यू=आर*साथ, (3.2)
कहाँ पे साथ -ध्वनि की गति , एम; आर - मध्यम घनत्व, किग्रा/एम 3।
विभिन्न मीडिया मूल्यों के लिएजेडए विभिन्न।
ध्वनि तरंग अपनी गति की दिशा में ऊर्जा का वाहक है। गति की दिशा के लंबवत 1 मीटर 2 के एक खंड के माध्यम से एक सेकंड में ध्वनि तरंग द्वारा की गई ऊर्जा की मात्रा को कहा जाता है ध्वनि तीव्रता. ध्वनि की तीव्रता ध्वनि दबाव के अनुपात से पर्यावरण के ध्वनिक प्रतिबाधा डब्ल्यू / एम 2 के अनुपात से निर्धारित होती है:
शक्ति के साथ ध्वनि स्रोत से गोलाकार तरंग के लिए वू, त्रिज्या के एक गोले की सतह पर W ध्वनि की तीव्रता आरके बराबर है
मैं= वू / (4पीआर 2),
वह तीव्रता है गोलाकार तरंगध्वनि स्रोत से बढ़ती दूरी के साथ घटती जाती है। कब समतल लहरध्वनि की तीव्रता दूरी पर निर्भर नहीं करती है।
वी. ध्वनिक क्षेत्र और इसकी विशेषताएं
शरीर की सतह जो दोलन करती है वह ध्वनि ऊर्जा का एक उत्सर्जक (स्रोत) है, जो एक ध्वनिक क्षेत्र बनाता है।
ध्वनिक क्षेत्रलोचदार माध्यम का क्षेत्र कहा जाता है, जो ध्वनिक तरंगों के संचरण का एक साधन है। ध्वनिक क्षेत्र की विशेषता है:
ध्वनि का दबाव पीजेडवी, पा;
ध्वनिक प्रतिबाधा जेड ए, पा * एस / एम।
ध्वनिक क्षेत्र की ऊर्जा विशेषताएँ हैं:
तीव्रता मैं, डब्ल्यू / एम 2;
ध्वनि शक्ति वू, डब्ल्यू ध्वनि स्रोत के आसपास की सतह के माध्यम से प्रति यूनिट समय में गुजरने वाली ऊर्जा की मात्रा है।
ध्वनिक क्षेत्र के निर्माण में एक महत्वपूर्ण भूमिका किसके द्वारा निभाई जाती है विशेषताध्वनि उत्सर्जन की दिशात्मकता एफ, अर्थात। स्रोत के चारों ओर उत्पन्न ध्वनि दबाव का कोणीय स्थानिक वितरण।
ऊपर के सभी मात्राएँ आपस में जुड़ी हुई हैंऔर उस माध्यम के गुणों पर निर्भर करते हैं जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है।
यदि ध्वनिक क्षेत्र सतह द्वारा सीमित नहीं है और लगभग अनंत तक फैला हुआ है, तो ऐसे क्षेत्र को कहा जाता है मुक्त ध्वनिक क्षेत्र।
सीमित स्थानों में (उदाहरण के लिए, घर के अंदर) ध्वनि तरंगों का प्रसार सतहों की ज्यामिति और ध्वनिक गुणों पर निर्भर करता हैतरंग प्रसार के मार्ग में स्थित है।
एक कमरे में ध्वनि क्षेत्र बनाने की प्रक्रिया परिघटनाओं से जुड़ी है गूंजतथा प्रसार.
यदि कोई ध्वनि स्रोत कमरे में कार्य करना शुरू कर देता है, तो समय के पहले क्षण में हमारे पास केवल प्रत्यक्ष ध्वनि होती है। जब कोई तरंग ध्वनि-परावर्तक अवरोध तक पहुँचती है, तो परावर्तित तरंगों के प्रकट होने के कारण क्षेत्र का पैटर्न बदल जाता है। यदि कोई वस्तु जिसका आयाम ध्वनि तरंग की लंबाई की तुलना में छोटा है, को ध्वनि क्षेत्र में रखा जाता है, तो व्यावहारिक रूप से ध्वनि क्षेत्र की कोई विकृति नहीं देखी जाती है। प्रभावी परावर्तन के लिए यह आवश्यक है कि परावर्तक अवरोध के आयाम ध्वनि तरंग की लंबाई से अधिक या उसके बराबर हों।
एक ध्वनि क्षेत्र जिसमें विभिन्न दिशाओं के साथ बड़ी संख्या में परावर्तित तरंगें होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप ध्वनि ऊर्जा का विशिष्ट घनत्व पूरे क्षेत्र में समान होता है, कहलाता है फैलाना क्षेत्र .
ध्वनि उत्सर्जन का स्रोत बंद होने के बाद, ध्वनि क्षेत्र की ध्वनिक तीव्रता अनंत समय में शून्य स्तर तक घट जाती है। व्यवहार में, यह माना जाता है कि ध्वनि पूरी तरह से क्षीण हो जाती है जब इसकी तीव्रता उस स्तर से 10 6 गुना कम हो जाती है जो उस समय मौजूद होती है जब इसे बंद कर दिया जाता है। दोलन माध्यम के तत्व के रूप में किसी भी ध्वनि क्षेत्र की ध्वनि क्षीणन की अपनी विशेषता होती है - प्रतिध्वनि("बाद-ध्वनि")।
साथ. ध्वनिक स्तर
एक व्यक्ति ध्वनि को एक विस्तृत श्रृंखला में मानता है ध्वनि का दबाव पीएसवी ( तीव्रता मैं).
मानक श्रवण दहलीजआवृत्ति के साथ एक हार्मोनिक दोलन द्वारा बनाए गए ध्वनि दबाव (तीव्रता) के प्रभावी मूल्य को कॉल करें एफ= 1000 हर्ट्ज, औसत श्रवण संवेदनशीलता वाले व्यक्ति के लिए मुश्किल से श्रव्य।
श्रवण की मानक दहलीज ध्वनि दबाव से मेल खाती है पीओ \u003d 2 * 10 -5 पा या ध्वनि की तीव्रता मैंओ \u003d 10 -12 डब्ल्यू / एम 2। मानव श्रवण यंत्र द्वारा महसूस किए जाने वाले ध्वनि दबाव की ऊपरी सीमा दर्द संवेदना द्वारा सीमित होती है और इसके बराबर ली जाती है पीअधिकतम = 20 पा और मैंअधिकतम \u003d 1 डब्ल्यू / एम 2।
ध्वनि दबाव से अधिक होने पर श्रवण संवेदना एल का परिमाण पी zv सुनवाई की मानक सीमा साइकोफिजिक्स वेबर के कानून द्वारा निर्धारित की जाती है - फेचनर:
एल = क्यूएलजी ( पीध्वनि / पीओ),
कहाँ पे क्यू- कुछ स्थिर, प्रयोग की शर्तों पर निर्भर करता है।
ध्वनि दबाव के मूल्यों को चिह्नित करने के लिए किसी व्यक्ति द्वारा ध्वनि की मनोवैज्ञानिक धारणा को ध्यान में रखते हुए पीध्वनि और तीव्रता मैंपरिचय करवाया लॉगरिदमिक मान - स्तरली (संबंधित सूचकांक के साथ), आयामहीन इकाइयों में व्यक्त किया गया - डेसीबल, dB, (ध्वनि की तीव्रता में 10 गुना वृद्धि 1 बेल (B) - 1B = 10 dB से मेल खाती है):
ली पी= 10 एलजी ( पी/पी 0) 2 = 20 एलजी ( पी/पी 0), (3.5, ए)
ली मैं= 10 एलजी ( मैं/मैं 0). (3.5, बी)
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सामान्य वायुमंडलीय परिस्थितियों में ली पी =ली मैं .
सादृश्य से, ध्वनि शक्ति स्तर भी पेश किए गए
ली वू = 10 एलजी ( वू/वू 0), (3.5, वी)
कहाँ पे वू 0 =मैं 0 *एस 0 \u003d 10 -12 डब्ल्यू - 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति पर थ्रेशोल्ड साउंड पावर, एस 0 \u003d 1 मीटर 2।
आयामहीन मात्रा ली पी , ली मैं , ली w उपकरणों से मापना काफी आसान है, इसलिए निरपेक्ष मान निर्धारित करने के लिए उनका उपयोग करना उपयोगी है पी, मैं, वूनिर्भरता के अनुसार (3.5) के व्युत्क्रमानुपाती
(3.6,
ए)
(3.6,
बी)
(3.6, वी)
कई मात्राओं के योग का स्तर उनके स्तरों से निर्धारित होता है ली मैं , मैं = 1, 2, ..., एनअनुपात
(3.7)
कहाँ पे एन- जोड़े गए मूल्यों की संख्या।
यदि योग स्तर समान हैं, तो
ली = ली+ 10 एलजी एन.
ध्वनि क्षेत्र को अंतरिक्ष के उस सीमित क्षेत्र के रूप में समझा जाता है जिसमें जलविद्युत संदेश फैलता है। ध्वनि क्षेत्र किसी भी लोचदार माध्यम में मौजूद हो सकता है और बाहरी परेशान करने वाले कारकों के प्रभाव के परिणामस्वरूप इसके कणों के कंपन का प्रतिनिधित्व करता है। माध्यम के कणों की किसी भी अन्य क्रमबद्ध गति से इस प्रक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि, छोटे गड़बड़ी के साथ, तरंगों का प्रसार पदार्थ के हस्तांतरण से जुड़ा नहीं होता है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक कण उस स्थिति के सापेक्ष दोलन करता है जिस पर वह विक्षोभ के प्रभाव से पहले व्याप्त था।
एक आदर्श लोचदार माध्यम जिसमें एक ध्वनि क्षेत्र फैलता है, को इसके बिल्कुल कठोर तत्वों के एक सेट के रूप में लोचदार बांड (चित्र। 2.2) द्वारा दर्शाया जा सकता है। इस माध्यम के एक दोलनशील कण की वर्तमान स्थिति को इसके विस्थापन U द्वारा संतुलन स्थिति, दोलन वेग v और दोलन आवृत्ति के सापेक्ष चित्रित किया जाता है। कंपन वेग कण विस्थापन के पहली बार व्युत्पन्न द्वारा निर्धारित किया जाता है और विचाराधीन प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। एक नियम के रूप में, दोनों पैरामीटर समय के हार्मोनिक कार्य हैं।
कण 1 (चित्र। 1.1), U द्वारा अपनी संतुलन स्थिति से स्थानांतरित किया गया,
लोचदार बंधों के कटने से इसके आसपास के कणों पर प्रभाव पड़ता है, जिससे वे भी हिलते हैं। नतीजतन, बाहर से शुरू की गई गड़बड़ी दौड़ों में फैलने लगती है।
पर्यावरण देखा। यदि कण विस्थापन परिवर्तन 1 का नियम समानता U U sint द्वारा निर्धारित किया जाता है, जहां उम कण दोलन आयाम है, और दोलन आवृत्ति है, तो अन्य i-th कणों की गति के नियम का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है जैसा:
उई उमी पाप (t i), (2.1)
जहां उमी i-वें कण का दोलन आयाम है, i इन दोलनों का चरण परिवर्तन है। जैसे-जैसे माध्यम (कण 1) के उत्तेजना स्रोत से दूरी बढ़ती है, ऊर्जा अपव्यय के कारण दोलनों के आयाम कम हो जाते हैं, और सीमित उत्तेजना प्रसार वेग के कारण चरण शिफ्ट i बढ़ जाता है। इस प्रकार, एक ध्वनि क्षेत्र को माध्यम के दोलन कणों के एक समूह के रूप में भी समझा जा सकता है।
यदि ध्वनि क्षेत्र में हम ऐसे कणों का चयन करते हैं जिनमें दोलन का एक ही चरण होता है, तो हमें एक वक्र या सतह मिलती है, जिसे तरंग मोर्चा कहा जाता है। तरंग मोर्चा एक निश्चित गति से विक्षोभ के स्रोत से लगातार दूर जा रहा है, जिसे तरंग मोर्चे के प्रसार की गति, तरंग के प्रसार की गति, या किसी दिए गए माध्यम में केवल ध्वनि की गति कहा जाता है। संकेतित वेग वेक्टर विचार बिंदु पर तरंग मोर्चे की सतह के लंबवत है और ध्वनि किरण की दिशा निर्धारित करता है जिसके साथ लहर फैलती है। यह गति अनिवार्य रूप से माध्यम के गुणों और उसकी वर्तमान स्थिति पर निर्भर करती है। समुद्र में ध्वनि तरंग के प्रसार के मामले में, ध्वनि की गति पानी के तापमान, उसके घनत्व, लवणता और कई अन्य कारकों पर निर्भर करती है। इसलिए, तापमान में 1 0C की वृद्धि के साथ, ध्वनि की गति लगभग 3.6 m/s बढ़ जाती है, और गहराई में 10 m की वृद्धि के साथ, यह लगभग 0.2 m/s बढ़ जाती है। औसतन, समुद्री परिस्थितियों में, ध्वनि की गति 1440 - 1585 m / s के बीच भिन्न हो सकती है। यदि माध्यम अनिसोट्रोपिक है, अर्थात। विक्षोभ के केंद्र से अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग गुण होने पर, इन गुणों के आधार पर ध्वनि तरंग की प्रसार गति भी भिन्न होगी।
सामान्य स्थिति में, किसी तरल या गैस में ध्वनि तरंग के प्रसार की गति निम्नलिखित अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:
सी के, (2.2) 0
जहां K माध्यम का आयतन लोच मापांक है, 0 अस्थिर माध्यम का घनत्व है, इसका स्थिर घनत्व है। थोक लोच का मापांक संख्यात्मक रूप से उस तनाव के बराबर होता है जो माध्यम में इसकी इकाई सापेक्ष विरूपण के दौरान होता है।
एक लोचदार तरंग को अनुदैर्ध्य कहा जाता है यदि माना कणों के दोलन तरंग प्रसार की दिशा में होते हैं। एक तरंग को अनुप्रस्थ कहा जाता है यदि कण तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत विमानों में दोलन करते हैं।
अनुप्रस्थ तरंगें केवल उसी माध्यम में हो सकती हैं जिसमें रूप की लोच हो, अर्थात। कतरनी विरूपण का विरोध करने में सक्षम। केवल ठोस में ही यह गुण होता है। अनुदैर्ध्य तरंगें माध्यम के वॉल्यूमेट्रिक विरूपण से जुड़ी होती हैं, इसलिए वे ठोस और तरल और गैसीय मीडिया दोनों में फैल सकती हैं। इस नियम का एक अपवाद तरल की मुक्त सतह पर या विभिन्न भौतिक विशेषताओं के साथ अमिश्रणीय मीडिया के इंटरफेस पर बनने वाली सतह तरंगें हैं। इस मामले में, द्रव कण एक साथ अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दोलन करते हैं, अण्डाकार या अधिक जटिल प्रक्षेपवक्र का वर्णन करते हैं। सतही तरंगों के विशेष गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि गुरुत्वाकर्षण और सतह तनाव उनके गठन और प्रसार में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।
अशांत माध्यम में दोलनों की प्रक्रिया में, संतुलन अवस्था के संबंध में बढ़े और घटे दबाव और घनत्व के क्षेत्र उत्पन्न होते हैं। दबाव p r1 r0, जहां p1 ध्वनि क्षेत्र में इसका तात्कालिक मान है, और p0 उत्तेजना की अनुपस्थिति में माध्यम का स्थिर दबाव है, ध्वनि दबाव कहलाता है और संख्यात्मक रूप से उस बल के बराबर होता है जिसके साथ लहर एक ही क्षेत्र पर कार्य करती है, इसके फैलाव की लंबवत दिशा में स्थापित होती है। ध्वनि दबाव पर्यावरण की स्थिति की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक है।
माध्यम के घनत्व में परिवर्तन का आकलन करने के लिए, एक सापेक्ष मूल्य का उपयोग किया जाता है, जिसे संघनन कहा जाता है, जो निम्नलिखित समानता द्वारा निर्धारित किया जाता है:
1 0 , (2.3) 0
जहां 1 हमारे लिए रुचि के बिंदु पर माध्यम के घनत्व का तात्कालिक मूल्य है, और 0 इसका स्थिर घनत्व है।
उपरोक्त सभी मापदंडों को निर्धारित किया जा सकता है यदि कुछ अदिश कार्य ज्ञात हो, जिसे कंपन वेग क्षमता कहा जाता है। हेल्महोल्ट्ज़ प्रमेय के अनुसार, यह क्षमता पूरी तरह से तरल और गैसीय मीडिया में ध्वनिक तरंगों की विशेषता है और निम्नलिखित समानता द्वारा कंपन वेग v से संबंधित है:
वी ग्रेड . (2.4)
एक अनुदैर्ध्य ध्वनि तरंग को समतल कहा जाता है यदि इसकी क्षमता और इससे जुड़ी अन्य मात्राएँ जो ध्वनि क्षेत्र की विशेषता हैं, केवल समय और उनके कार्टेशियन निर्देशांक में से एक पर निर्भर करती हैं, उदाहरण के लिए, x (चित्र। 2.3)।
यदि उल्लिखित मात्राएं केवल समय पर निर्भर करती हैं और अंतरिक्ष में किसी बिंदु से दूरी r, जिसे तरंग का केंद्र कहा जाता है, अनुदैर्ध्य ध्वनि तरंग को गोलाकार कहा जाता है। पहले मामले में, तरंग मोर्चा होगा
z समतल तरंग z गोलाकार तरंग
चावल। 2.3 वेव फ्रंट
रेखा या तल, दूसरे में - एक चाप या एक गोलाकार सतह का एक खंड।
लोचदार मीडिया में, ध्वनि क्षेत्रों में प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, कोई सुपरपोजिशन के सिद्धांत का उपयोग कर सकता है। तो, अगर सिस्टम पर्यावरण में वितरित किया जाता है
संभावित 1… n द्वारा निर्धारित तरंगें, तो क्षमता संकेतित क्षमता के योग के बराबर होगी:
n i. एक
परिणामी लहर
हालांकि, शक्तिशाली ध्वनि क्षेत्रों में प्रक्रियाओं पर विचार करते समय, किसी को गैर-रेखीय प्रभावों के प्रकट होने की संभावना को ध्यान में रखना चाहिए, जो सुपरपोजिशन सिद्धांत के उपयोग को अस्वीकार्य बना सकता है। इसके अलावा, उच्च स्तर पर
पर्यावरण को परेशान करते हुए, माध्यम के लोचदार गुणों का मौलिक रूप से उल्लंघन किया जा सकता है। इस प्रकार, हवा से भरे अंतराल एक तरल माध्यम में प्रकट हो सकते हैं, इसकी रासायनिक संरचना बदल सकती है, और इसी तरह। पहले प्रस्तुत मॉडल पर (चित्र 2.2), यह माध्यम के कणों के बीच लोचदार बंधनों को तोड़ने के बराबर होगा। इस मामले में, दोलन बनाने पर खर्च की गई ऊर्जा व्यावहारिक रूप से अन्य परतों में स्थानांतरित नहीं की जाएगी, जिससे एक या दूसरी व्यावहारिक समस्या को हल करना असंभव हो जाएगा। वर्णित घटना को पोकेशन कहा जाता है।1
ऊर्जा के दृष्टिकोण से, ध्वनि क्षेत्र को ध्वनि ऊर्जा या ध्वनि शक्ति पी के प्रवाह द्वारा चित्रित किया जा सकता है, जो ध्वनि ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होता है जो सतह के लंबवत सतह से होकर प्रति यूनिट समय तरंग प्रसार की दिशा में गुजरती है:
पी डब्ल्यू। (2.6)
विचाराधीन सतह के क्षेत्र से संबंधित ध्वनि शक्ति, ध्वनि तरंग की तीव्रता को निर्धारित करती है:
मैं पहले हूँ। (2.7)
अंतिम अभिव्यक्ति में, यह माना जाता है कि ऊर्जा क्षेत्र s पर समान रूप से वितरित की जाती है।
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