Астронет > Акустика движущихся сред

Опубликовано: 04.09.2018

Акустика движущихся сред - раздел акустики , В котором изучаются звуковые явления при движении среды или источников и приемников звука .

Движение среды влияет на характер распространения звуковых волн , их излучение и прием. В движущейся среде скорость распространения волнового фронта равна , где c - скорость звука в неподвижной среде, vn - проекция скорости движения среды на нормаль к фронту. В простейшем случае движения среды как целого волновые фронты точечного источника представляют собой расширяющиеся со скоростью звука сферы, центры которых перемещаются со скоростью среды. Диаграмма направленности неподвижного направленного источника в движущейся с дозвуковой скоростью среде вытягивается в направлении, противоположном движению. При движении среды со сверхзвуковой скоростью звук распространяется внутри т. н. Маха конуса - конуса с вершиной в источнике звука. Вне этого конуса звук отсутствует, а внутри него через любую фиксированную точку наблюдения проходят два волновых фронта. В соответствии с этим наблюдатель, расположенный внутри конуса Маха, слышит звук, приходящий с двух различных направлений. При движении источника в неподвижной среде к эффектам, указанным выше, добавляется Доплера эффект . Пространственно-неоднородные течения в среде вызывают рефракцию звука . Так, например, в приземном слое атмосферы скорость ветра возрастает с высотой (рис.), поэтому при распространении звука против ветра звуковые лучи изгибаются вверх, а при распространении по ветру - вниз. Этим объясняется лучшая слышимость для стоящего на земле наблюдателя с наветренной стороны и худшая - с подветренной по сравнению со слышимостью в безветрие. Турбулентное движение среды вызывает рассеяние проходящих через нее звуковых волн на неоднородностях скорости и флуктуации их амплитуд и фаз .

При взаимодействии с вихревыми течениями, образующимися при отрывном обтекании твердых тел, звук может поглощаться или усиливаться . Например, струя, вытекающая из отверстия в перегородке, эффективно поглощает звук. Струя, обдувающая отверстие по касательной, при определенных соотношениях между скоростью струи, размерами отверстия и частотой звука может усиливать звук. Этим объясняется, в частности, процесс генерации звука в духовых музыкальных инструментах типа флейты . Усиление звука возможно и в свободном пространстве - при отражении от границы между покоящейся средой и средой, движущейся со сверхзвуковой скоростью (например, от границы сверхзвуковой струи ).

Нестационарные течения среды вызывают генерацию звука. Периодический срыв вихрей за плохо обтекаемым телом порождает вихревой звук . При натекании струи на препятствие может возникнуть т. н. клиновый тон, это явление используется в газоструйных излучателях. Интенсивный звук генерируется высокоскоростными турбулентными течениями . Например, интенсивность звука , порождаемого реактивной струей стартовой ступени ракеты , достигает 150 дБ на расстоянии 100 м. Прикладные проблемы акустики движущихся сред, связанные с аэродинамической генерацией звука в высокоскоростных потоках, составляют предмет аэроакустики .

Основные уравнения акустики движущихся сред получают посредством линеаризации общих уравнений гидродинамики . При исследовании процессов распространения и рассеяния звука нелинейные компоненты уравнений отбрасываются, а при исследовании процессов генерации звука они рассматриваются в качестве источников звука. Параметры этих источников при современном состоянии теории турбулентности , как правило, не могут быть найдены теоретически, поэтому для оценок интенсивности и спектрального состава звука используют различные модели турбулентного движения .