Затухание звука в водной среде

Распространение акустических колебаний в реальной среде, в частности в морской воде, сопровождается уменьшением их интенсивности. Это затухание звука обусловлено не только расширением площади волновой поверхности с ростом расстояния, пройденного волной (геометрическое затухание), но и поглощением акустической энергии в морской воде и рассеянием ее неоднородностями, особенно газовыми пузырьками и морскими организмами, содержащими газовые включения.

Ослабление интенсивности сферической волны из-за геометрического затухания обратно пропорционально квадрату расстояния и выражается формулой:

Затухание звука в водной среде - №1 - открытая онлайн библиотека ,

где Затухание звука в водной среде - №2 - открытая онлайн библиотека - акустическая мощность (поток звуковой энергии, проходящий через всю площадь волновой поверхности в единицу времени).

Физико-химические свойства реальных сред вносят дополнительное затухание звуковых волн, растущее при увеличении расстояния, проходимого волной. Так, наличие внутреннего трения (вязкости) и теплопроводности в воде вызывает диссипацию (необратимый переход) звуковой энергии, а следовательно, поглощение звука при распространении.

Другой из причин затухания звуковых волн в реальных средах является их молекулярное строение. Согласно релаксационной теории при быстрых процессах сжатия и расширения в звуковой волне вследствие перестройки молекулярной структуры нарушается термодинамическое равновесие. При этом внутренние процессы стремятся восстановить это равновесие, на что требуется некоторое время - время релаксации.

Что касается морской воды, то в ней имеется еще и специфический молекулярный процесс, приводящий к затуханию - диссоциация молекул сернокислого магния:

Затухание звука в водной среде - №3 - открытая онлайн библиотека

На расщепление и восстановление молекул сернокислого магния также безвозвратно тратится энергия звуковой волны. В результате в морской воде затухание звука будет большим, чем в пресной воде.

Немаловажную роль в затухании звуковой волны играют неоднородности морской воды, главным образом газовые пузырьки, особенно высокая концентрация, которых наблюдается в приповерхностном слое воды.