рефракция звука

РЕФРАКЦИЯ ЗВУКА (от позднелат. refractio - преломление) - изменение направления распространения звука в неоднородной среде (атмосфера, океан, толща земли), скорость звука в к-рой является ф-цией координат. Ход лучей в данном случае определяется ур-ниями геометрической акустики. Звуковые лучи поворачивают всегда к слою с меньшей скоростью звука. Р. з. выражена тем сильнее, чем больше относит. градиент скорости звука.

Р. з. в атмосфере обусловлена пространственными изменениями темп-ры воздуха, скорости и направления ветра. С высотой темп-pa воздуха обычно понижается (до высоты 10-15 км), поэтому скорость звука в верхних слоях воздушной среды меньше, чем в нижних, и лучи от источника звука, находящегося вблизи земной поверхности, загибаются кверху. Звук, начиная с нек-рого расстояния, перестаёт быть слышен у земной поверхности (зона молчания, или звуковой тени, рис. 1, а). Если темп-pa воздуха с высотой увеличивается (т. н. температурная инверсия, часто возникающая ночью), то лучи поворачивают книзу и звук распространяется на большие расстояния (рис. 1, б). Дальность слышимости при этом может значительно увеличиться за счёт многократных отражений, если звук распространяется над хорошо отражающим участком земной поверхности, напр. над водой (рис. 1, в).

Рис. 1. Ход звуковых лучей: а - при убывании, б - при возрастании температуры с высотой; в - ход луча над хорошо отражающей поверхностью при температурной инверсии.

Приземный слой, в к-ром концентрируется звуковая энергия, является природным волноводом акустическим. Повышение темп-ры с высотой в слоях, лежащих выше 20 км, при нормальном её ходе в нижних слоях может привести к образованию зоны аномальной слышимости, расположенной на большем расстоянии от источника звука, чем зона молчания. Может быть неск. следующих друг за другом зон молчания и зон аномальной слышимости.

В приземном слое атмосферы скорость ветра с высотой увеличивается. Поэтому при распространении звука против ветра лучи загибаются кверху, а при распространении по ветру - к земной поверхности, что значительно улучшает слышимость во втором случае (рис. 2). Распределение ветра оказывает также существ. влияние на формирование зон молчания и зон аномальной слышимости.

Рис. 2. Влияние ветра на ход звуковых лучей.

Р. з. в океане обусловлена пространственными изменениями темп-ры, солёности и гидростатич. давления. Относит. градиенты скорости звука по глубине (максимальные) прибл. в 1000 раз больше, чем в горизонтальном направлении, поэтому горизонтальная Р. з. выражена значительно слабее, чем вертикальная, и может заметно проявиться лишь при распространении звука на очень большие расстояния или в областях схождения тёплого и холодного течений, а также в окрестностях айсбергов и зонах внутр. волн и синоптич. вихрей. Вертикальная Р. в. в океане обусловливает ряд явлений: волноводное распространение и фокусировку звука, образование зон геом. тени и вторичный выход к поверхности океана звуковых лучей, вышедших из излучателя книзу и распространяющихся первоначально в глубинных слоях (см. Гидроакустика ).Последнее явление аналогично образованию зон аномальной слышимости в атмосфере.

Лит.: Э к к а р т К., Гидродинамика океана и атмосферы, пер. с англ., М., 1963; Акустика океана, под ред. Л. М. Бреховских, М., 1974; Г о с с а р д Э., X у к У., Волны в атмосфере, пер. с англ., М., 1978; Бреховских Л. М., Л ы с а н о в Ю. П., Теоретические основы акустики океана, Л., 1982. Ю. П. Лысанов.

   <<      Предметный указатель      >>