Физическая энциклопедия - поглощение звука

явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к-рый определяется как обратная величина расстояния, на к-ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718 раз. Коэфф. a выражается в см-1, т. е. в неперах на 1 см или же в децибелах на 1 м (1 дБ/м=1,15•10-3 см-1). П. з. характеризуется также коэфф. потерь e=al/p (где l длина волны звука) или добротностью Q=1/e. Величина al -«логарифмич. декремент затухания. При распространении звука в среде, обладающей вязкостью и теплопроводностью, где r плотность среды, с скорость звука в ней, w круговая частота звуковой волны, т) и z коэфф.

сдвиговой и объёмной вязкости соответственно, c коэфф. теплопроводности, Ср и Cv теплоёмкости среды при пост. давлении и объёме. Если ни один из коэфф. h, z, c не зависит от частоты, что часто выполняется на практике, то a=w2. Величина a/f2, где f=w/2p, явл. xap-кой в-ва, определяющей П. з. Она, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в тв. телах для продольных волн меньше, чем в жидкостях.

Напр., в воздухе при норм. давлении для частот от 100 до 400 кГц a/f2=3,0•10-13 см-1с2, а в воде в диапазоне частот от 0,1 до 1000 кГц a/f2=3,5•10-16 см-1с2. Если при прохождении звука нарушается равновесное состояние среды, П. з. оказывается значительно большим, чем определяемое по ф-ле (1). Такое П. з. наз. релаксационным (см. РЕЛАКСАЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ) и описывается ф-лой где т время релаксации, с0 и с?скорости звука при wt1 соответственно. В этом случае П. з. сопровождается дисперсией звука. В газах теплопроводность и сдвиговая вязкость дают в П. з. вклад одного порядка величины.

П. з. зависит от давления в газе, поскольку частота релаксации с понижением давления падает. В жидкостях П. з. в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для П. з. существенны релаксац. процессы. Частота релаксации в жидкостях, т. е. величина wр=1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких УЗ-вых и гиперзвуковых частот.

Коэфф. П. з. обычно сильно зависит от темп-ры и от наличия примесей. П. з. в тв. телах определяется в основном внутр. трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких темп-pax разл. процессами вз-ствия звука с внутр. возбуждениями в тв. теле (фононами, электронами проводимости, спиновыми волнами и др.). Величина П.

з. в тв. теле зависит от кристаллич. состояния в-ва (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов (примесей, дислокаций и др.), от предварит. обработки материала. В металлах, подвергнутых предварит. механич. обработке (ковке, прокатке и т. п.), П. з. часто зависит от амплитуды звука. Во многих тв. телах при не очень высоких частотах a=w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить хар-кой потерь материала.

Самое малое П. з. при комнатных темп-pax было обнаружено в нек-рых диэлектриках, напр. в топазе, берилле a=15 дБ/см при f=9 ГГц, железоиттриевом гранате a=25 дБ/см при той же частоте. В металлах и полупроводниках П. з. всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнит. поглощение, связанное с вз-ствием звука с эл-нами проводимости.

В полупроводниках это вз-ствие может приводить к «отрицат. поглощению», т. е. к усилению звука при условии, что скорость дрейфа носителей заряда превышает скорость распространения звуковой волны (подробнее (см. АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ)). С ростом темп-ры П. з., как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению П.

з. В разл. пористых и волокнистых в-вах П. з. велико, что позволяет применять их для глушения звука и звукоизоляции. С увеличением интенсивности звука проявляется нелинейное П. з., к-рое зависит от амплитуды волны и обусловлено тем, что происходит передача энергии в высшие сильно поглощающиеся компоненты спектра волны. .