Атмосферная акустика

Атмосферная акустика, раздел акустики, в котором изучаются распространение и генерация звука в реальной атмосфере и исследуется атмосфера акустическими методами. А. а. как метод исследования является также разделом физики атмосферы. Изучение распространения звука в атмосфере началось с зарождения акустики. В конце 17 —18 вв. У. Дарем (Англия) изучал зависимость скорости звука от скорости ветра, Бьянкони (Италия) и Ш. М. Кондамин (Франция) изучали влияние температуры на скорость звука. Большой вклад в исследования распространения звука в неоднородной движущейся среде внесли советские учёные Н. Н. Андреев и И. Г. Русаков (1934), Д. И. Блохинцев (1947).

Распространение звука в свободной атмосфере имеет ряд особенностей. Звуковые волны благодаря теплопроводности и вязкости воздуха поглощаются тем сильнее, чем выше частота звука и чем меньше плотность атмосферы. Поэтому резкие вблизи звуки выстрелов или взрывов на больших расстояниях становятся глухими. Неслышимые же звуки очень низких частот (т. н. инфразвуковых) с периодами от нескольких сек до нескольких мин затухают мало и могут распространяться на тысячи км и даже огибать несколько раз земной шар. Это даёт возможность, например, обнаруживать ядерные взрывы, являющиеся мощным источником таких волн.

Важные задачи А. а. связаны с явлениями, возникающими при распространении звука в атмосфере, которая представляет собой с точки зрения акустики движущуюся неоднородную среду. Температура и плотность атмосферы уменьшаются с увеличением высоты; на больших высотах температура снова возрастает. На эти регулярные неоднородности накладываются зависящие от метеорологических условий изменения значений температуры и ветра, а также их случайные турбулентные пульсации различных масштабов. Т. к. скорость ветра определяется температурой воздуха и звук "сносится" ветром, то все перечисленные неоднородности сильно влияют на распространение звука. Возникает искривление звукового луча — рефракция звука, в результате чего наклонный звуковой луч может вернуться к земной поверхности, образуя акустические зоны слышимости и зоны молчания, происходит рассеяние и ослабление звука на турбулентных неоднородностях, сильное поглощение звука на больших высотах и т. д.

Сложную обратную задачу приходится решать при акустическом зондировании атмосферы. Распределение температуры и ветра на больших высотах определяют по измерениям времени и направления прихода звуковых волн от наземных взрывов или взрывов бомб, сбрасываемых с ракеты. При исследовании турбулентности определяют температуру и скорость ветра, измеряя время распространения звука на небольших расстояниях; для получения необходимой точности пользуются ультразвуковыми частотами.

Большое значение получила проблема распространения промышленных шумов, в особенности ударных волн, возникающих при движении сверхзвуковых реактивных самолётов. Если атмосферные условия благоприятствуют фокусировке этих волн, то у земной поверхности давления могут достичь значений, опасных для сооружений и здоровья людей.

В атмосфере наблюдаются различные звуки естественного происхождения. Длительные раскаты грома происходят вследствие большой длины грозового разряда, а также потому, что из-за рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит с различными запаздываниями. Некоторые геофизические явления — полярные сияния, магнитные бури, мощные землетрясения, ураганы, морские волнения — являются источниками звуковых и особенно инфразвуковых волн. Их исследование важно не только для геофизики, но, например, для заблаговременного штормового оповещения. Разнообразные слышимые шумы вызываются или срывом вихрей с различных препятствий (свист ветра) или колебаниями каких-либо предметов в потоке воздуха (гудение проводов, шелест листьев и т. п.).

Лит.: Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960; Блохинцев Д. И., Акустика однородной движущейся среды, М.—Л., 1946.

В. М. Бовшеверов.