1 дәріс. Механикалық қозғалыстардың теориялық негіздері

15.4.2. Акустика элементтері 
Дыбыстық толқындар.
Тұтас ортада таратылған серпімді толқындарды 
дыбыстық 
толқындар
деп атайды. Тегінде 
дыбыс
деп жиілігі адам есту мүшесі қабылдау аймағында 
жатқан толқындарды айтады. Егер адамның есту мүшесіне жиілігі жуықтап алғанда 16-дан 
20000 Гц-ке дейін толқындар әрекет етсе, ол дыбыс әсерін сезеді. Жиіліктері айтылған 
аралықтан тыс жатқан толқындар естілмейді. Жиілігі 16 Гц-тен төмен серпімді толқындар 
инфрадыбыс
, ал жиілігі 2

10
4
-тен 10
13
Гц-ке дейінгі толқындар 
ультрадыбыс
деп аталады. 
Дыбыстық толқындардың қозу әдістері, олардың таратылуы және ортамен әсерлесуі 
физиканың 
акустика
деген бөлімінде қарастырылады. 
Механикалық қозғалыстың тербелмелі және толқындық түрлері үшін жоғарыда 
алынған жалпы заңдылықтарды акустикалық құбылыстарды зерттеу барысында қолдануға 
болады. Дегенмен, дыбысты қабылдау ерекшеліктерімен және оны қолдану техникасымен 
байланысты бірқатар арнаулы сұрақтар акустиканы физиканың арнаулы бөлімі болып 
қалыптасуына әкелді. Әр түрлі газ тәріздес орталарда, сұйықтар мен біртекті қатты 
денелерде жүргізілген көптеген дыбыс жылдамдығын өлшеулер оның жиілікке тәуелді 

еместігін дәлелдейді, яғни дыбыстық толқындардың дисперсиясы жоқ. Тек көп атомды 
газдар мен сұйық орталарда ультрадыбыстық жиіліктер ауқымында дисперсия байқалды. 
Дыбыстық толқынның таратылу жылдамдығын есептеу үшін жеке импульстердің 
серпімді ортада таратылу жылдамдықтарын анықтайтын заңдылықтарды қолдануға 
болады. Қатты дене үшін: 
;
,
E
G
υ
υ
ρ
ρ

⊥
=
=
(15.4.7) 
мұнда 
Е
– Юнг модулі, 
G
– ығысу модулі, 

– тығыздық. 
Сұйық және газ тәрізді орталарда дыбыстың таратылуы адиабаттық түрде жүреді. Бұған 
сығылу мен сиретілу құбылыстары бірін-бірі өте тез ауыстыруына байланысты ортаның 
ұйытқыған бөліктерінің арасында жылу алмасу процесі орнығып үлгермеуі себеп болады. 
Сұйық орта үшін: 
1
,
β
υ
ρ
=
(15.4.8) 
мұнда 

– көлемдік сығылудың адиабаталық коэффициенті. Газ тәріздес орталар үшін: 
,
υ
ρ

=
(15.4.9) 
мұнда 

– көлемдік сығылудың адиабаталық модулі. 
Сұйық және газ орталарда дыбыс жылдамдығы температура өзгеруіне тәуелді. 
Кейбір орталардағы дыбыс жылдамдығы 1 және 2 кестелерде беріліп отыр. 
1-кесте 
Орта
Температура,
0
о
С
Дыбыс жылдамдығы, 
м/с
Көміртегі тотығы
0 
258 
Оттегі
0 
317 
Ауа
0 
331,5 
Ауа
20 
344 
Тұщы су
17 
1430 
Бензин
20 
1320 
Сынап
20 
1407 
2-кесте 
Орта
Толқын түрі
0
о
С
-
да дыбыс 
жылдамдығы, м/с
Болат
Бойлық
6100 
Көлденең
3300 
Шойын
Бойлық
4500 
Көлденең
2400 
Қорғасын
Бойлық
2200 
Көлденең
700 
Ағаш
Бойлық
4000 

Дыбыстық толқындар атмосферада таратылғанда ортаның біртекті еместігі маңызды 
роль атқарады. Мысалы, толқындар әр түрлі жылдамдықтармен қозғалған екі ортаның 
бетінен шағылысатындықтан, дыбыстың естілуі желге тәуелді. Күнделікті тәжірибеден 
дыбыс жел ығымен жақсы таратылатыны белгілі. Бұл құбылыс, жел жылдамдығы дыбыс 
жылдамдығына қарағанда, әдетте анағұрлым аз болғандықтан, оның шамасымен емес, жел 
жылдамдығының градиентімен байланысты. Жел жылдамдығы Жер бетінде жоғары 
биіктіктердегі мәндеріне қарағанда аз екені белгілі. Бұл ерекшелік желге қарсы бағытталған 
дыбыс толқындарының жоғары қарай бүгілуіне әкеледі. Демек, желге қарсы бағытта 
байқалатын нашар естілу құбылысы дыбыс толқындарының тыңдаушының құлағынан 
жоғары кетуімен байланысты. 
Осыған ұқсас құбылыс ауада температура градиенті болған жағдайда да байқалады. 
Яғни, жылы ауада дыбыс суық ортаға қарағанда жылдамырақ таратылады. Егер Жер бетіне 
жақын орналасқан ауа қабаттарының температурасы қайсыбір биіктіктегі температурадан 
төмен болса, ал мұндай жағдай ашық түндерде сәулелену құбылысы нәтижесінде Жер 
бетінің және оған жақын ауа қабаттарының тез сууынан туады, дыбыс толқындары Жер 
бетіне қысыла түседі. Сондықтан Жер беті мен ауаның төменгі қабаттары қатты қызатын 
ыстық күндері дыбыс естілетін қашықтық ашық түндегіден көрі әжептеуір қысқа. Егер Жер 
бетінен белгілі бір биіктікте жатқан ауа қабатында температура секірмелі өзгерсе, дыбыс 
ол қабаттан шағылып, қайтадан Жер бетіне келеді, ары қарай енді дыбыс Жер бетінен 
шағылып, температурасы секірмелі өзгереті қабатқа жетеді т.с.с. Осындай көп 
қайталанатын процестің нәтижесінде дыбыс таратылатын қашықтық айтарлықтай ұзаруы 
мүмкін. 
Ауаның атмосферадағы қозғалысы барлық дерлік жағдайда турбулентті. Сондықтан 
ауа ағынының әрбір нүктесінде жылдамдық пен температура лүпілдейді. Демек, осы 
лүпілдердің бар болуына байланысты атмосфераның біртектілігі бұзылады. Дыбыс 
энергиясының пайда болған ұсақ біртекті емес құрылымдарда шашырауы дыбыс 
толқынының жылдам өшуіне әкеледі. 
Көптеген дыбыс көздері инфрадыбыс немесе соған жақын жиілігі төмен толқындар 
тудырады. Мысалы, ондай дыбыс көздеріне қопарылысты, істеп тұрған моторды, желді 
жатқызуға болады. Жиіліктерінің төмен болуы арқасында бұл дыбыстар салыстырмалы 
алыс қашықтықтарға таратылуы мүмкін. Жер бетінен 50 – 70км қашықтықта атмосфера 
құрамында озон қабаты орналасқан. Жылу сәулелерін жұтып қатты қызған бұл қабаттан 
қопарылыс дыбысы шағылып, қайтадан Жер бетіне келіп жетеді. Жер беті бойымен 
таратылған дыбыс қарқынды өшеді. Осындай құбылыстардың нәтижесінде Жер бетіндегі 
қопырылыс көзінің айналасында дыбыс естілетін және естілмейтін алма-кезек бірін-бірі 
ауыстыратын аумақтар пайда болады.