Ma’ruza 72 §. To’lqin superpozitsiyasi

VIII Bob. AKUSTIKA
75 - §. Akustika

Tovush to’g’risidagi ta’limot akustika deb ataladi. Inson va hayvonlarning tovushni sezishining sababi havo yoki boshqa elastik muhitda tarqalayotgan elastik to’lqinlarning eshitish organlariga ta’siridir. Bu elastik to’lqinlar manbai tebranayotgan jismlardir. Tebranayotgan jism o’z atrofida tebranayotgan muhit zarrachalarining siyraklashishi yoki quyuqlashishini hosil qiladi. Zarrachalarning siyraklashishi va quyuqlashishi, muhitning elastikligi sababli, unda tarqalib, tovush to’lqinlarini hosil qiladi.

Tovush to’lqinlari, odatdagi mexanik to’lqinlarga o’xshab, sferik yoki yassi frontga ega bo’lishi mumkin. Tovush to’lqinlari gazli, suyuqlik va qattiq muhitlarda tarqalishi mumkin. Gaz va suyuqliklarda ular bo’ylama to’lqin shaklida bo’ladilar, qattiq jismlarda bo’ylama va ko’ndalang to’lqin shaklida bo’ladilar.
Tovush o’zining kuchi, balandligi va tembri bilan tavsiflanadi. Tovushning kuchi yoki jadalligi to’lqin tarqalishi yo’nalishiga perpendikulyar bo’lgan birlik yuza kesimidan uzatilayotgan to’lqin energiyasi miqdori bilan aniqlanadi. To’lqin uzatayotgan energiya to’lqin amplitudasining va chastotasining kvadratlariga proportsional bo’lgani uchun, tovush kuchi ham shu kattaliklarga proportsionaldir.


(75.1)

bu yerda A to’lqin amplitudasi, - to’lqinning tsiklik chastotasi, - muhit zichligi, - to’lqin tarqalishining fazaviy tezligidir.

Misol uchun, chastota o’zgarmas bo’lganda, amplituda ikki marotaba kuchayadi, tovush jadalligi esa bir marotaba oshadi. XBT da tovush jadalligi birligi Vt/m² da o’lchanadi, SGS tizimida esa da o’lchanadi.
Elastik muhitda bo’ylama tovush to’lqinlarining tarqalishi muhitning hajmiy deformatsiyalanishi bilan bog’liqdir. Shuning uchun muhitning har bir nuqtasidagi bosim uzluksiz tebranib turadi va u muhit bosimining muvozanatdagi qiymati va qo’shimcha bosim yig’indisiga tengdir. qo’shimcha bosim muhitning tovush bosimi deb ataladigan deformatsiyasi ta’sirida vujudga keladi.
Sinusoidal to’lqin tovush bosimi, muhitning to’lqin qarshiligini zarrachalarning tebranish tezligiga ko’paytmasiga tengdir
, (75.2)
Tovush bosimi balandligining birligi qilib «Bell» olingan. «Bell» katta o’lchov birligi bo’lgani uchun uning o’ndan bir qismi detsibell (dB) olinadi.
Fiziologik akustikada tovush sezishining tavsifi sifatida tovushning balandligi, tembri va qattiqligi qabul qilinadi. Tovush balandligi deb, tebranish chastotasi va eshitish qobiliyatiga bog’liq bo’lgan, deyarli, davriy tovushning sifatiga aytiladi. Chastota pasayishi bilan tovushning balandligi pasayadi.
Tovushning kuchi va jadalligidan farqli, tovush qattiqligi eshitish sezgirligi kuchining sub’ektiv bahosidir, u muhitning zichligi va quloqning sezgirligiga bog’liqdir.
Tovush qattiqligi birligi sifatida «fon» qabul qilinadi va uni chastotasi 10³ Gts bo’lgan tovushning hosil qilgan bosimi 1 dB ga tengligini bildiradi.
Inson qulog’i tovushning ayrim jadalligini qabul qiladi. Past yoki sust tovushlarni inson qabul qila olmaydi.
Tovushning har bir chastotasi uchun eshitish chegarasi deb ataladigan ayrim tovush jadalligi mavjud, ya’ni bundan past holatlarda shu chastotali tovush eshitilmaydi. Kuchli tovushlarni ham, inson qulog’i eshitmasligi mumkin, chunki u faqat quloqda og’riq qo’zg’atishi mumkin.
Inson qulog’i ayrim chastotali tovushlarni qabul qilishi mumkin va u har xil odamlarda har xildir, ammo inson o’rtacha 20 Gts dan 20000 Gts gacha bo’lgan chastotadagi tovushlarni qabul qiladi.
Chastotasi 20 Gts dan past tovushlar - infratovushlar, 20000 Gts dan yuqorisi - ultratovushlar deb ataladi.
Odatda, ultratovush to’lqinlarni generatsiya qilish uchun, asosan p’ezoelektrik va magnitostriktsiyaviy nurlatgichlar ishlatiladi.
Ultratovushli to’lqinlar bir qator o’ziga xos xususiyatlarga ega. Ulardan eng muhimi, yorug’likka o’xshab tor yo’nalgan dastalar - ultratovushli nurlar kabi nurlanishi mumkin.
Ultratovushli nurlarning ikki muhit chegarasida qaytishi va sinishi geometriyaviy optika qonunlariga asosan sodir bo’ladi. Shuning uchun ultratovush nurlari tarqalish yo’nalishini o’zgartirish va fokuslashda har xil shakldagi oynalar, tovushli linzalar, prizmalar va boshqa qurilmalar qo’llaniladi.
Tovushli linzalar, tovush tarqaladigan muhitdagi tezligidan farq qiluvchi tezlikka ega bo’lgan materiallardan foydalaniladi. Masalan, suyuqlikdan iborat bo’lgan muhitga mo’ljallangan tovushli linzalar plastmassalardan tayyorlanadi.
Optikadagiga o’xshash, tovushli oyna va linzalarga bir-biriga qarama-qarshi bo’lgan talablar qo’yiladi.
Tovushli oynalar ultratovushli to’lqinlarni iloji boricha to’la qaytarish xususiyatiga ega bo’lishlari kerak.
Shuning uchun oynaga mo’ljallangan moddaning to’lqin qarshiligi << >> muhitning to’lqin qarshiligidan << >> juda ko’p marta katta bo’lishi zarur.

Aksincha, tovushli linzalar ultratovush to’lqinlari uchun juda ham tiniq bo’lishi kerak. Shu sababli, linzalar uchun ishlatiladigan moddalarning to’lqin qarshiligi muhit qarshiligiga iloji boricha teng bo’lishi kerak, ya’ni g = 1.

Ultratovushlarning to’g’ri chiziqli tarqalishi qonuniga asosan, ularni defektoskopiya va ultratovushli lokatsiyada qo’llaniladi.
Kuchli ultratovushlar hosil qiladigan tovush bosimining amplitudasi katta bo’lgani tufayli, suyuqlikda kavitatsiya hodisasi paydo bo’ladi, ya’ni uzluksiz ichki uzilishlar hosil bo’ladi va yo’qolib turadi. Natijada, suyuqlikda makroorganizmlar, qattiq jismlar parchalanishiga olib keladi.
Gaz, suyuqlik va qattiq jismlarda ultratovushlarning tarqalishi va yutilishiga bog’liq tajribalarni kuzatish orqali moddalarning tuzilishi, termodinamik xususiyatlarini, molekulyar jarayonlar kinetikasi, o’zaro ta’siri, moddaning issiqlik sig’imi elastikligi va b.ga tegishli qonuniyatlarni o’rganish mumkin.
Ӗpiq xonalarda, devorlar orasidagi masofa kichik bo’lgani uchun, devordagi qaytgan tovush (exo), asosiy tovush bilan qo’shilishi mumkin.
Ikkita muhit chegarasida tovush faqat qaytishi emas, balki yutilishi ham mumkin, chunki to’lqin bosimi energiyasining bir qismi qaytishi, qolgan qismi muhitga o’tib tartibsiz molekulalar harakat energiyasiga aylanishi mumkin.

Nazorat savollari

1.Tovushning kuchi, balandligi va tembrini tavsiflab bering?

2.Tovush jadalligi nima?
3.Tovushli linzalar va oynalar qaysi maqsadlarda ishlatiladilar?
4.Ultratovushlarni har xil muhitlarda tarqalishi va yutilishini tushuntirib bering?