Поглощение звука

Определение "Поглощение звука" в Большой Советской Энциклопедии

Поглощение звука, превращение энергии звуковой волны в другие виды энергии, и в частности в тепло; характеризуется коэффициентом поглощения а, который определяется как величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е = 2,718 раз. а выражается в см^-1 т. е. в неперах на см или же в децибелах на м (1 дб/м = 1,15×10^-3 см^-1). Поглощение звука характеризуют также коэффициент потерь e = al/p: (где l — длина волны звука) или добротностью Q = 1/e. Величина al называется логарифмическим декрементом затухания. При распространении звука в среде обладающей вязкостью и теплопроводностью,
,     (1)

где r — плотность среды, с — скорость звука в ней, w — круговая частота звуковой волны, h и x — коэффициент сдвиговой и объёмной вязкости соответственно, c — коэффициент теплопроводности, С_р и C_v — теплоёмкости среды при постоянном давлении и объёме соответственно. Если ни один из коэффициентов h, x и c не зависит от частоты, что часто выполняется на практике, то a ~ w². Если при прохождении звука нарушается равновесное состояние среды, Поглощение звука оказывается значительно большим, чем определяемое по формуле (1). Такое Поглощение звука называется релаксационным (см. Релаксация) и описывается формулой
,

где t — время релаксации, c₀ и c_¥— скорости звука при wt << 1 и при wt > 1 соответственно. В этом случае Поглощение звука сопровождается дисперсией звука. Величина a/f², где f = w/2p, является характеристикой вещества, определяющей Поглощение звука Она, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твёрдых телах для продольных волн меньше, чем в жидкостях.

Поглощение звука в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в Поглощение звука вклад одного порядка величины. В жидкостях Поглощение звука в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для Поглощение звука существенны объёмная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т. е. величина w_р = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент Поглощение звука обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

Поглощение звука в твёрдых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах — различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твёрдом теле, такими, как фононы, электроны, спиновые волны и пр. Величина Поглощение звука в твёрдом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах Поглощение звука обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал. В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., Поглощение звука часто зависит от амплитуды звука. Во многих твёрдых телах при не очень высоких частотах a ~ w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое Поглощение звука при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a ~ 15 дб/см при f = 9 Ггц). В металлах и полупроводниках Поглощение звука всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определённых условиях может приводить к «отрицательному поглощению», т. е. к усилению звука (см. Усиление ультразвука). С ростом температуры Поглощение звука, как правило, увеличивается.

Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению Поглощение звука В различных пористых и волокнистых веществах Поглощение звука велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.

Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Михайлов И. Г., Соловьев В. А. и Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А, т. 3, ч. Б, М., 1968—1969: т. 7, М., 1974; Труэлл P., Эльбаум Ч., Чик Б., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972.
  А. Л. Полякова.