Нелинейная акустика

Нелинейная акустика (далее Н) область акустики, изучающая явления, для описания которых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учет нелинейных членов уравнений гидродинамики и уравнения состояния. Обычно такие явления (так называемые нелинейные эффекты) становятся существенными лишь при достаточно больших амплитудах звуковых волн; в этом смысле предмет изучения Н — звуковые поля большой интенсивности, например распространение мощных ультразвуковых и звуковых (ударных) волн, генерация интенсивных паразитных колебаний при работе ракетных двигателей и т.п.

Распространение интенсивных звуковых волн (называемых также волнами конечной амплитуды) обладает рядом существенных особенностей. Одна из них — изменение формы волны при ее распространении — обусловлена разницей в скоростях перемещения различных точек ее профиля: точки, соответствующие областям сжатия, "бегут" быстрее точек, соответствующих областям разрежения. Происходит это потому, что скорость звука в области сжатия больше, чем в области разрежения; кроме того, волна увлекается средой, которая в области сжатия движется в направлении распространения волны, а в области разрежения — в противоположном направлении. Для волн малой амплитуды эта разница скоростей пренебрежимо мала, и потому распространение таких волн происходит практически без изменения их формы, в соответствии с решениями линейной акустики, принимающей скорость звука постоянной для всех точек профиля волны. В случае же волн большой интенсивности накапливающийся эффект изменения формы первоначально синусоидальной волны может привести к такому увеличению крутизны отдельных участков ее профиля, что на каждом периоде ее появятся разрывы и образуется периодическая ударная волна пилообразной формы (рис.).

В отличие от волн малой амплитуды, интенсивные звуковые волны не подчиняются суперпозиции принципу. К числу нелинейных эффектов относятся также давление звука и акустического течения (см. Акустический ветер), существенные для некоторых технологических процессов.

Лит.: Зарембо Л. К. и Красильников В. А., Введение в нелинейную акустику, М., 1966; Физика и техника мощного ультразвука, под ред. Л. Д. Розенберга, (кн. 2), М., 1968.