2.1.2. Властивості звукових хвиль

Звук розповсюджується у виді змінного «обурення» пружного середовища, тобто у виді звукових хвиль. Звуковими коливаннями називають коливальні рухи частинок середовища під дією цього «обурення». Простір, у якому відбувається розповсюдження цих хвиль, називають звуковим полем. Якщо джерело «обурення» відомий,то простір, у якому можуть бути виявлені звукові коливання, створюємі цим джерелом, називають звуковим полем даного джерела звуку. Звукові коливання являються приватним випадком механічних коливань.

Звукові коливання у рідкомута газоподібному середовищах являються поздовжніми коливаннями, тобто частинки середовища коливаються вздовж лінії розповсюдження хвилі. У твердих середовищах, окрім поздовжніх коливань мають місце і поперечні коливання хвилі, тобто такі, у який частинки середовища коливаються у напрямку, перпендикулярному лінії розповсюдження хвилі.

Напрям розповсюдження звукових хвиль називають звуковим променем, а поверхню, що з’єднує всі суміжні точки поля з однаковою фазою коливання частинок середовища, називають фронтом хвилі. Фронт хвилі перпендикулярний звуковому променю. У загальному випадку фронт хвилі має складну форму, але у практичному випадку обмежуються розглядом трьох видів фронту хвилі:

• плоскої; – сферичної; – циліндричної.

Звукові хвилі розповсюджуються із певною швидкістю, її називають швидкістю звука. У різних середовищах і тілах швидкість звука різниться.

У газоподібних середовищах швидкість звуку залежить від щільності середовища ρ і статичного атмосферного тиску :

де – коефіцієнт адіабати; , – теплоємність середовища при постійному тиску і при постійному об’ємі. Для газів це співвідношення складає від (для аргона) до (для метана). Для повітря воно рівне при і тиску ( . У рідких і твердих матеріалах швидкість звуку визначається щільністю матеріалу ρ і модулем пружності для відповідного виду деформації (прокольні коливання, крутильні, вигин і т.і.):

У таблиці 1наведемо значення швидкості звуку у деяких газоподібних і рідких середовищах, у таблиці 2 – в твердих середовищах і тілах, в останніх для випадку поздовжніх коливань у стрижнях.

Середовище	Температура,	Щільність ,	Швидкість звуку ,	Питомий акустичний опір ,
Водяний пар	100	0,58	405	230
Повітря	0	1,29	331	428
Повітря	20	1,20	343	413
Гелій	0	0,18	970	172
Вода прісна	15	999	1430	1430
Вода солона	15	1027	1500	1550
Таблиця 1. Швидкість звуку та питомий акустичний опір для газів та рідин

Матеріал	Щільність ,	Швидкість звуку ,			Питомий акустичний опір ,
		у необмеженому середовищі,	Поздовжня у стрижні,	у необмеженому середовищі,		Поздовжня у стрижні,
Залізо	7800	5850	5170	45,6		40,4
Дуб	700	4170	1520	2,92		1,06
Сосна	500	5030	1450	2,77		0,8
Лід	916	–	3200	–		2,93
Пробка	240	–	500	–		0,12
Каучук	950	–	30	–		0,028
Мармур	2600	–	3810	–		9,9
Граніт	2700	–	3950	–		10,7
Стекло	3250	5660	5300	18,5		17,3
Таблиця 2. Швидкість звуку і питомий акустичний опір для твердих тіл та матеріалів

Для коливань з періодом довжина звукової хвилі, тобто відстань між сусідніми фронтами хвилі з однаковою фазою коливань, наприклад, між максимумами або мінімумами коливання, , а частота коливань .

Частоти акустичних коливань в межах Гц називають звуковими, вище Гц – ультразвуковими.

Звукові частоти поділяють на низькі, середні та високі.