полярные координаты его центра (при чем ось координат лежит в направлении фронта плоских волн), /3 и jS - слшмаемости среды и шара, q и q-плотности среды и шара.

Различие слшмаемостей (f-] не создает

направленного эффекта, который зависит от различия в плотностях среды и приемника

(второй член: 3 cos а). Можно различать два крайних случая: когда шар почти вполне твердый и когда он почти вполне податлив. В первом случае в нем возникают почти одни изменения давлений (без смегце-ний), во втором-смешения (без изменения давлений). В первом случае мы имеем приемник, реагирующий на изменения давлений ( приемник давлений ), во втором-реагирующий на изменения смещений ( приемник смещений ). Эти два типа можно сравнить с двумя электрич. приборами-вольтметром и амперметром, реагирующими на напряжение и силу тока. Приемники, как и излучатели, бывают нулевого, первого и высших порядков.

II. Чувствительность уха, ее измерение. В основе всех расчетов технич. акустики лежит точное знание качеств слуха. Чувствительность уха определяется наименьшим количеством энергии, доставляемой в 1 ск. на 1 см при пороге слышимости (или же молсет быть определена по амплитуде давления И.ЛИ амплитуде скорости воздушных частиц при пороге). Ухо обладает наибольшей чувствительностью в области около 2 ООО колебаний в ск. и вовсе не ощущает 3. ниже 16 колебаний в ск. и выше 20 ООО колебаний в ск. Эти пределы несколько различны для различных людей. В области 2 ООО колебаний в секунду чувствительность уха порядка

10-9

,-, т. е. здесь оно приблизительно в

с.н ск

1 ООО ООО раз чувствительнее, чем при 50 колебаниях в ск. Вследствие разной чувствительности человека к различным тонам, 3. разных высот, но одинаковой интенсивности кажутся различно громкими. Как меру субъективной громкости (или просто громкости) принимают величину s= 10Ig- , где

Jo-сила звука на пороге слышимости. На фиг. 5 нижняя кривая показывает, какова

W 20 50 т гоо soo юоо т тттв шют

Высота тома Ф.1Г. 5.

при разных высотах порожная чувствительность уха, а верхняя показывает предельную силу 3., при к-рой получается болевое ощущение в ухе. Эти кривые ограничивают область слуховых ощущений; заштрихованная часть в ней по высоте и громкости соответствует области речи. Т. к. ухо спо-

8 31 123 гвчаш

Фиг. 6

собно различать 3., отличающиеся по силе (при средней громкости) на 10% и по высоте (при средних высотах) на 0,3%, то во всей области слышимости оно может воспринимать около 300 ООО различных по высоте и силе тонов. Исследование чувствительности уха, особенно валяное при профессиональном отборе (напр. для радиотелеграфистов, шоферов, военных акустиков и т. д.), показывает, какая доля площади нормальной слышимости сохранена, чем и характеризуется глухота. Для подобных измерений служат приборы, называемые аудиометрами. На фиг. 6 даны характеристики больных ушей: на фиг. 6, А-ухо сохранило 74% слуха, на фиг. 6, В- всего 12%. При легкой глухоте порог слышимости в области речи, нормально имеющий значение 0,001 дин/сж, повышается до 0,1 дин/сж; при сильной глухоте (когда разговор еще возможен)- до 1 дин/сж; при пороге в 10 дин/слг разговор можно понимать, только пользуясь усилительными приспособлениями. Когда ухом воспринимаются созвучия, то при звучании достаточно сильных тонов к ним примешиваются еще разностный и другие комбинационные тоны, которые создаются как основными тонами, так и их гармониками. Возникающие благодаря несимметричности колебаний принимающих органов уха (барабанная перепонка) субъективные комбинационные тоны представляют большую важность при передаче и воспроизведении 3. телефонами и громкоговорителями. Комбинационные тоны верхних гармонических почти всегда усиливают основной тон. Т. о., если при передаче речи вовсе исключить основной тон, то, несмотря на большую долю исключенной энергии, это не сильно влияет на характер звука, так как исключенный тон возникает вновь в виде комбинационного тона гармоник. Наоборот, исключение верхних тонов ведет к резкому изменению тембра и уменьшению разборчивости речи, несмотря на малую долю исключенной энергии, так как исключенные тоны ничем не возмещаются. Кроме того, при громких 3. субъективные обертоны возникают даже при первичном чистом синусоидальном тоне; поэтому ощущение чистого тона возможно лишь при малых громкостях.

Одновременное восприятие 3. двумя ушами (бинауральное) позволяет определять направление прихода звуковых волн с точностью до 3-4°, что обусловлено способностью воспринимать весьма малые промелсут-ки времени между приходом 3. к одному и другому ушам. Приборы, служащие для определения направления звука методом бинаурального приема, называются компенсаторами. Подобными звуковыми пеленгаторами пользуются в военном и морском деле, а также для определения скорости 3. в различных телах; по этому же принципу может измеряться скорость ветра.

Определение чувствительности уха требует измерения силы 3. в абсолютной мере

Три громких 3. для этого м. б. применен диск Релея или фонометр, основанный на принципе диска Релея (Зернов). Кроме того, сила звукам, б. определена по величине давления, оказываемого звуковыми волнами на твердую стенку (Альтберг), к-рое

равно Б = t > где fc = . Молшо также

измерять силу звука по охлаждению (измеряемому болометром) акустическими колебаниями тонкой накаленной проволочки или термоэлемента, находяшегося в устьи резонатора, настроенного на тон измеряемого 3. Если источник 3. заканчивается узким отверстием, то сила ветра, исходящего из этого отверстия, также может служить мерой силы 3. В последнее время для измерения 3. часто применяется конденсаторный микрофон, в котором одна из двух очень близко расположенных тонких пластинок конденсатора приходит в колебание под действием звуковых волн. Периодич. изменения емкости такого конденсатора, находящегося под достаточно высоким напряжением, создают в контуре, куда включен этот конденсатор, переменную эдс, измеряемую после усиления. По величине ее можно судить о силе 3. Для измерения чувствительности уха наиболее удобен термофон, состоящий из тонкого ме-тал.тич. листочка, по к-рому проходят одновременно постоянный и (более слабый) переменный токи звуковой частоты. Периодич. нагревания листка переменным током создают в камере расширения и сжатия воздуха, воспринимаемые как 3. Зная объем камеры термофона, температуру листка и частоту, можно в абсолютньгх мерах определить силу 3. Для измерения шумов на промышленных предприятиях Баркгаузен сконструировал прибор, представляющий зуммер, 3. к-рого, слышимый через телефон, может измеримым образом ослабляться. Для измерения силы 3. устанавливается такая громкость 3. в телефоне, которая кажется одинаковой с звуком, слышимьпу! другим ухом.

III. Источники и приемники 3. Источники звука могут быть разделены по таким признакам: 1) те, у которых масса и упругость распределены равномерно (струна, мембрана, стержень и т. п.); 2) те, у которых масса и упругость разделены (напр. поршневая мембрана диффузорного громкоговорителя). По форме их можно разделить на имеющие одно измерение (струны, стержни, воздушные или жидкие столбы), имеющие два измерения (мембраны, колокола) и имеющие три измерения (кубическ. резонатор). Возбуждение их также м. б. различное: механическое (удар, трение, вдувание), электрическое, магнитное, тепловое. Главнейшие типы излучателей следуюпще. а) В струне отралкением поперечных колебаний от ее концов создаются стоячие волны, при чем между концами струны могут образоваться симметрично 1, 2, 3,... узла. Звуковая отдача струны (без деки) незначительна, б) В стержнях, т. е. в твердых телах, поперечные размеры которых соизмеримы с их продольными размерами, могут создаваться продольные, поперечные или крутильные колебания. Создавшиеся в стержне стоячие

1,еформа-

колоко- /уЧ зоздания I / I X волн 1/ \

я аку- \

во.чны могут ооразовать узлы на концах или в средних участках стержня, смотря но способу его закрепления. Частным случаем колеблющегося стержня является камертон, в) Колебания воздушного столба в трубе, являющейся акустическ. резонатором, возбуждаются или вдуванием воздуха в одном конце трубы, при чем разбивающаяся струя создает вихри (органные трубы), или дрожаниями металлич. язычка, колеблющегося под действием протекающего воздуха (язычковые трубы). Так. обр., труба представляет связанную систему резонатора с механич. возбудителем колебаний. На конце открытой трубы всегда имеется пучность, на конце закрытой-узел стоячих волн, г) Применяемая для воздушной или подводной сигнализации сирена является из-лучате.чем нулевого порядка. Акустическая мощность, отдаваемая сиреной под водой, L = f4-10~ W, где I-число л воды, проходящей через сирену в 1 ск. д) Поверхностные излучатели в большинстве электро-акустич. приспособлений (телефон, громкоговоритель, подводный передатчик) разделяются на поршневые излучатели и собственно мембраны (см.), закрепленные по краю и подвергнутые натялсению. е) Колокола, применяемые в воздушной и подводной сигнализации, представляют собой излучатели 2-го порядка. На фиг. 7 показаны пунктиром деформации звучащего ла. ж) Для создания ультразвуковых (подводна

с т и к а - см. ст. 363) фр 7

по льзуются механическ.

колебаниями пьезоэлектрич. кварцевых пластинок, собственная механич. частота к-рых одинакова с частотою возбулвдающего кварц перемен, электр. поля. Пьезоэлектрич. кри-стал.лы сегнетовой соли (КаКС4Н40б-4Н20) могут слулсить в качестве телефонов и громкоговорителей, хотя практического применения они не находят. В настоящее время помимо ультразвуковой области в технику входит и пользование инфразвуковыми частотами. Константинеско изобрел способы передачи по гидравлич. трубам переменных давлений с частотою 50 колебаний в ск. и построил акустич. генераторы и моторы; впервые его аппараты были употреблены для сверления скал и для клепания.

Мощные источники звука в виде взрывов создают особый тип волн - взрывные волны. Во взрывной волне возникает чрезвычайно большое давление, к-рое быстро надает сзади волны; толщина сгущенного слоя 6,6-Юб см при избыточном давлении 10 aim, и 2,9 10~ см при давлении 3 ООО atm. По мере удаления от места источника звука избыточное давление распределяется более равномерно, и волна принимает характер, близкий к синусоидальному. Скорость распространения таких волн гораздо более обычной скорости 3. Измерения скоростей распространения взрывных волн в трубках давали величины от 12 до 14 км/ск. Однако, по мере удаления от источника скорость взрывной во.чны уменьшается и приближается к нормальной. Так, наприм., скорость

3. от выстрела орудия делается нормальной на расстоянии нескольких м от дула. Взрывные волны имеют чрезвычайную дальность распространения-до 400 км, что обусловливается загибом вниз звуковых лучей, доходящих до верхних слоев атмосферы. Благодаря этому между пунктами наиболее далекой слышимости и источником взрыва находится зона молчания , куда звуковые волны не попадают.

Основным приспособлением для приема 3. является мембрана. В качестве приемников могут применяться или поршневые или натянутые мембраны, закрепленные по краям. Максимальная поглощаемая из звукового поля мощность, при условии резонанса между приемником и акустич. колебаниями в среде, для приемника нулевого порядка

2 сдл

подчиняется условию, что затухание излучения и затухание поглощения системы дол-лны быть одинаковы. При том же условии наибольшая поглощаемая мощность приемником 1-го порядка

тах - -2дс Зл

Чтобы приемник не искажал звукового поля, размеры его д. б. меньше длины принимаемой волны. Два приемника м. б. помещены один от другого на расстоянии I и не действовать нарушающим образом друг на друга, если г>32Я в случае приемника нулевого порядка и I > 16 Л в случае приемника 1-го порядка. Для целей телефонии мембрана не должна иметь резко выраженных собственных частот, или они должны лежать вне области частот принимаемых 3. Обычно воспринятый звук превращается в электрич. колебания, что выполняется микрофонами (см.). Последние применяются различных типов, в том числе пьезоэлектрические (из сегнетовой соли или из пьезокварца), применяемые в подводной акустике для приема ультразвуковых во.чн. Превращение 3. в электрич. колебания имеет то преимущество, что позволяет принятый 3. произвольно усилить посредством усилителей с электронными лампами.

Чтобы отметить момент прихода 3., приемные микрофоны соединяют с записывающим приспособлением, и момент прихода звука регистрируется на движущейся ленте или вращающемся барабане, где имеются точные отметки времени. Так поступают для определения местоположения стреляющей батареи. Микрофоны помещаются в точках А, В, С (фиг. 8), и на центральной приемной станции измеряется время t, протекшее между приходом 3. в Л и В, и 2-между приходом 3. в и С. Из точек В и С строят окружности радиусами tjC и tc. После этого строят окружность, проходящую через точку А и касаю-шуюся двух начерченных окружностей. Центр ее О и есть источник 3., так как AO = tc, OB=(t + ti)c, OC={t + tz)c. При подобной записи каждый раз регистрируются три 3.: 1) 3., распространяющийся со

Фиг. 8.

скоростью, большей нормальной скорости 3.,-это звуковая волна, создаваемая снарядом, скорость которого превышает скорость звука; частота этих звуковых колебаний велика; 2) 3. от падения снаряда; 3) 3. выстрела. Измерения ведутся лииш по последней из отметок, и приемник д. б. настроен на низкую частоту, соответствующую частоте 3. выстрела. Мембраны применяются также в целях записи 3., при чем их движения записьшаются резцом на движущемся винтообразно валике (фонограф) или на горизонтальной вращающейся пластинке (граммофон) или же регистрируются оптически посредством зайчика, отраженного от зеркальца, скрепленного с мембраной (фонодейк Миллера, звуковой осциллограф Казанского). Существует и еще ряд способов записи звука: движения тонкой 0-1) кварцевой нити, помещенной в устьи рупора, фотографируются на движущейся ленте (Эйтховен); еще более точный метод записи дает применение конденсаторного микрофона вместе с осциллографом или струнным гальванометром. Наконец, в разных системах говорящего кино 3. записывается тоже разными способами. В наиболее разработанной системе Триэргон звуковые волны превращаются посредством катодофона (микрофона без мембраны) в электрич. колебания; переменные токи от катодофона передаются лампе тлеющего света и в виде света переменной интенсивности фиксируются на светочувствительной фильме. Схема расположения Триэргон показана на фиг. 9. Здесь К-като-дофон, У-усилите- ц ли, JL-лампа тлею- Xh=CX

Фиг. 9.

щего света, Ф-фильма. При воспроизведении звука лампа С освещает передвигающуюся фильму, и прошедший сквозь нее свет попадает на фотоэлемент Т. Ток от фотоэлемента подводится после усиления к электростатическому громкоговорителю (статофону) Г. Запись 3., полученная в виде кривой (фонограммы), подвергается гармонич. анализу, результаты к-рого обыч-1Ю выражаются гра-

т S3 zss зев я? тзг 1034 im

Фиг. 10.

фически В виде акустич. спектров , где по абсциссам отложены частоты, а длина ординат, входящих в состав графика, указывает на ббльшую или меньшую интенсивность тона, входящего в состав 3. На фиг. 10 по1азан спектр буквы а при тоне 129 колебаний в ск.

IV. Акустика помещений и распространение 3. в земле (геоакустика). Правильное в акустическом отношении построение концертных зал, театров и аудиторий основывается прежде всего на учете всех отражений звуковых волн от стен и потолка. Когда в помещении начинает звучать некоторый источник, напр. труба, то звуковое равновесие устанавливается не сразу: требуется некоторое время, чтобы привести в движение всю массу воздуха в помещении, после чего ко-