Звуковые явления в атмосфере

Скорость распространения звука в сухом воздухе при 0° равна » 332 м/сек. С увеличением температуры воздуха на один градус скорость распространения звука увеличивается на 0,6 м/сек. В направлении ветра звук распространяется быстрее, чем против ветра.

Влияние влажности воздуха на скорость распространения звука незначительно.

Неравномерное распределение плотности воздуха искажает направление звуковых лучей. В соответствии с законом преломления рефракция приводит к искривлению звуковых лучей так, что их выпуклая сторона обращена к земной поверхности, а сами лучи загибаются вверх. Один из лучей SBC, называемый предельным, касается земной поверхности в точке В (рис. 4.5.).

Далее этот луч, загибаясь вверх, будет ограничивать область звуковой тени. Расстояние l от источника звука S до точки касания звуковым лучом земной поверхности В зависит от высоты источника звука Н и вертикального градиента температуры:

Чем менее устойчива атмосфера, тем меньше размеры зоны слышимости. С увеличением высоты источника звука она расширяется. Сама зона слышимости представляется в виде чащи, образованной вращением предельного луча. Например, для высоты туманной сирены маяка 20 м сигнал на уровне моря может быть услышан только с расстояния 1 мили; в этих же условиях гром на высоте 4 км, может быть услышан с расстояния около 13,5 мили (25 км).

Следует иметь в виду, что и в область звуковой тени попадают звуки за свет диффузии и дифракции, но значительно ослабленные.

На рис. 4.5,б представлен обратный случай рефракции, возникающий при равномерном повышении температуры с высотой, т.е. при непрерывной инверсии. Все звуковые лучи здесь изгибаются выпуклостью кверху. Звуковая тень образоваться не может. В таких условиях слышимость становится особенно хорошей.

Рис. 4.5. Рефракция звуковых лучей

а – при понижении температуры воздуха с высотой; б – то же, при повышении

Ослабление звука в атмосфере. Интенсивность звука в атмосфере при удалении от источника уменьшается. Это происходит прежде всего потому, что энергия, излученная источником, распределяется на все большие сферические поверхности, в связи с чем интенсивность звука убывает обратно пропорционально квадрату расстояния r от источника, а также потому, что на пути луча происходит поглощение и рассеяние звуковой энергии. Рассеяние звука заметно увеличивается при возрастании частоты звуковых колебаний.

Эхо. Звуковые волны в атмосфере могут отражаться от воды, земли, гор, скал, айсбергов, облаков, стены дождя и т.п. При этом звук может повторяться один или несколько раз. Раскаты грома представляют собой типичное явление эха, происходящее вследствие отражения звука от земной поверхности и других препятствий, перечисленных выше.