Акустика Движущихся Сред

АКУСТИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД, раздел акустики, в котором изучается влияние движения среды (атмосфера, вода, жидкие среды в живых организмах) либо источника звука на распространение и генерацию акустических волн. Понятие «акустика движущихся сред» возникло в начале 20 века- во время 1-й мировой войны при исследованиях распространения в атмосфере волн от мощных взрывов и при разработке метода звукометрии. Дальнейшее развитие было связано в основном с разработкой методов акустического зондирования атмосферы и методов снижения шума в авиации. Пионерские работы в этой области сделаны российскими учёными Н. Н. Андреевым, И. Г. Русаковым, В. А. Красильниковым, Д. И. Блохинцевым и другими.

Движение среды со скоростью ν приводит к изменению вектора скорости звука с₁ относительно неподвижного наблюдателя: с₁=cn + v (здесь с - скорость звука в неподвижной среде, n - единичный вектор, перпендикулярный фазовому фронту волны). При неоднородном в пространстве движении среды происходит рефракция звука, то есть искривление траектории звуковых лучей. Так, например, поскольку в приземном слое атмосферы скорость ветра обычно возрастает с высотой, при распространении звука против ветра звуковые лучи загибаются вверх, образуя зону молчания на земной поверхности, а при распространении звука по ветру лучи загибаются вниз, чем объясняется лучшая слышимость с подветренной стороны. Решение обратной задачи - определение скорости ветра в атмосфере по рефракции звуковых лучей - играет важную роль в физике атмосферы. Океанические течения меньше влияют на распространение звука, поскольку отношение v/с в океанах на 1-2 порядка величины меньше, чем в атмосфере. Тем не менее, изменения амплитуды, фазы и времени распространения звука позволяют дистанционно исследовать структуру нестационарных океанических течений, приливов и внутренних волн.

Турбулентные потоки, существующие в атмосфере и океане помимо регулярных течений, вызывают рассеяние звуковых волн и флуктуации их амплитуд и фаз. Развитие теории этих явлений привело к разработке современных методов дистанционного акустического зондирования сред.

При обтекании тел потоком жидкости или газа происходит аэродинамическая генерация звука. Она обусловлена либо автоколебаниями систем резонаторного типа (например, гудение телеграфных проводов, свист корабельных снастей, звучание духовых музыкальных  инструментов), либо срывом турбулентных вихрей с поверхности обтекаемых тел (так называемый вихревой звук, шум). Интенсивность вихревого звука в воде, при прочих равных условиях, в 10 раз больше его интенсивности в воздухе.

Рассмотрение движущихся источников (либо приёмников) звука в неподвижной среде может быть сведено к решению эквивалентной задачи акустики движущихся сред путём перехода к системе координат, связанной со считающимся неподвижным источником.

При движении тел со сверхзвуковой скоростью (снаряды, самолёты) в среде возникают скачки уплотнения, так называемые ударные волны, по мере затухания превращающиеся в звуковые. Свободные струи, движущиеся со сверхзвуковой скоростью (например, при истечении газа из сопла реактивных двигателей), также служат источником звуковых и ультразвуковых волн.

Проблемы аэродинамической генерации звука в воздухе выделились в подраздел акустики движущихся сред, называемый аэроакустикой. Практические задачи в этой области связаны с проблемами обнаружения и идентификации источников звука (включая ядерные взрывы), а также с проблемой борьбы с шумом (особенно в городах и районах, прилегающих к аэропортам).

Лит.: Красильников В. А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах. 3-е изд. М., 1960; Блохинцев Д. И. Акустика неоднородной движущейся среды. 2-е изд. М., 1981; Бреховских Л.М., Годин О. А. Акустика слоистых сред. М., 1989; Осташев В. Е. Распространение звука в движущихся средах. М., 1992.