При распространении волн большой амплитуды (см. Нелинейная акустика) фаза сжатия распространяется с большей скоростью, чем фаза разрежения, благодаря чему синусоидальная форма волны постепенно искажается и звуковая волна превращается в ударную волну. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия З. приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности — к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.

  При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала. Затухание обусловливается рядом факторов, которые проявляются в той или иной степени в зависимости от характеристик самого звука (и в первую очередь, его частоты) и от свойств среды. Все эти факторы можно подразделить на две большие группы. В первую входят факторы, связанные с законами волнового распространения в среде. Так, при распространении в неограниченной среде З. от источника конечных размеров интенсивность его убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Неоднородность свойств среды вызывает рассеяние звуковой волны по различным направлениям, приводящее к ослаблению её в первоначальном направлении, например рассеяние З. на пузырьках в воде, на взволнованной поверхности моря, в турбулентной атмосфере (см. Турбулентность), рассеяние высокочастотного ультразвука в поликристаллических металлах, на дислокациях в кристаллах. На распространение З. в атмосфере и в море влияет распределение температуры и давления, силы и скорости ветра. Эти факторы вызывают искривление звуковых лучей, т. е. рефракцию З., которая объясняет, в частности, тот факт, что по ветру З. слышен дальше, чем против ветра. Распределение скорости З. с глубиной в океане объясняет наличие т. н. подводного звукового канала, в котором наблюдается сверхдальнее распространение З., например З. взрыва распространяется в таком канале на расстояние более 5000 км.

  Вторая группа факторов, определяющих затухание З., связана с физическими процессами в веществе — необратимым переходом звуковой энергии в др. формы (главным образом в тепло), т. е. с поглощением звука, обусловленным вязкостью и теплопроводностью среды («классическое поглощение»), а также переходом звуковой энергии в энергию внутримолекулярных процессов (молекулярное или релаксационное поглощение). Поглощение З. заметно возрастает с частотой. Поэтому высокочастотный ультразвук и гиперзвук распространяются, как правило, лишь на очень малые расстояния, часто всего на несколько см. В атмосфере, в водной среде и в земной коре дальше всего распространяются инфразвуковые волны, отличающиеся малым поглощением и слабо рассеиваемые. На высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частотах в твёрдом теле возникает дополнительное поглощение, обусловленное взаимодействием волны с тепловыми колебаниями кристаллической решётки, с электронами и со световыми волнами. Это взаимодействие при определённых условиях может вызвать и «отрицательное поглощение», т. е. усиление звуковой волны.

  Значение звуковых волн, а следовательно, и их изучение, которым занимается акустика, чрезвычайно велико. С давних пор З. служит средством связи и сигнализации. Изучение всех его характеристик позволяет разработать более совершенные системы передачи информации, повысить дальность систем сигнализации, создать более совершенные музыкальные инструменты. Звуковые волны являются практически единственным видом сигналов, распространяющихся в водной среде, где они служат для целей подводной связи, навигации, локации (см. Гидроакустика). Низкочастотный звук является инструментом исследования земной коры. Практическое применение ультразвука создало целую отрасль современной техники — ультразвуковую технику. Ультразвук используется как для контрольно-измерительных целей (в частности, в дефектоскопии), так и для активного воздействия на вещество (ультразвуковая очистка, механическая обработка, сварка и т.п.). Высокочастотные звуковые волны и особенно гиперзвук служат важнейшим средством исследований в физике твёрдого тела.

  Лит.: Стретт Д ж. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1955; Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твёрдых телах, 3 изд., М., 1960; Розенберг Л. Д., Рассказ о неслышимом звуке, М., 1961.

  И. П. Голямина.

Рис. 1 (слева). Частотно-амплитудные спектры звуков музыкальных инструментов: а — скрипки (звук ля первой октавы, основная частота 426 гц); б — скрипки (звук ми второй октавы, основная частота 640 гц); в — деревянной флейты (звук ми второй октавы, основная частота 106 гц); г — тромбона (звук ми бемоль первой октавы, основная частота 306 гц).

Рис. 2 (справа). Частотно-амплитудные спектры гласных «о», «а», «и».

Звук музыкальный

Звук музыка'льный, может иметь высоту основного тона от до субконтроктавы до до — ре пятой октавы (от 16 до 4000—4500 гц). Громкость его не может превышать порога болевого ощущения. По длительности и по тембру З. м. очень разнообразны. З. м. организуются в музыкальную систему. Так, в каждой октаве обычно используются лишь 12 звуков, отстоящих на полутон друг от друга (см. Строй). Динамические оттенки подчинены шкале громкостей (пианиссимо, пиано, меццо-пиано, меццофорте, форте, фортиссимо и т.п.), не имеющей абсолютных значений (см. Динамика в музыке). В наиболее употребительной шкале длительностей соседние звуки находятся в отношении 1:2 (восьмые так относятся к четвертям, как четверти к половинам, и т.п., см. Ритмическое деление). Тембр звука, определяющийся главным образом присутствием в нём обертонов, зависит от его источника (голос, тот или иной инструмент и т.п.). В музыке применяются многообразные тембры и их сочетания (см. Инструментовка).

  Лит.: Музыкальная акустика, 2 изд., М., 1954; Мутли А. Ф., Звук и слух, в сборнике: Вопросы музыкознания, т. 3, М., 1960; Stumpf К., Tonpsychologie, Bd 1—2, Lpz., 1883—90; Handschin J., Der Toncharakter, Z.,[1948].

  Ю. Н. Рагс.