Я знаю как общий факт, что звук более высокой частоты быстрее затухает в воздухе, поэтому, когда музыку слышно на расстоянии, слышна только басовая часть. Но я не знаю, какова физическая причина этого. Я не мог найти ответ нигде в Интернете (или они были слишком техническими для меня, чтобы понять). Буду признателен за любую информацию по этой теме.
Примечание: я учусь на втором курсе бакалавриата физики и немного разбираюсь в волновой механике и акустике.
Вспомним, что волновые уравнения обычно имеют демпфирующий член, и акустические волны ничем не отличаются. Затухание волны обычно моделируется с помощью члена, зависящего от скорости. Чем быстрее вы пытаетесь исказить среду, тем выше затухание. Вязкость жидкости, по которой распространяется звуковая волна, играет большую роль в демпфировании. Ссылка здесь предположительно дает интерактивный проигрыватель, чтобы вы могли моделировать затухание для различных параметров, таких как влажность и температура. Кажется, я не могу заставить его работать, но, тем не менее, график показывает, как поглощение (затухание) увеличивается с частотой. Он также упоминает процессы релаксации как фактор затухания звука. Надеюсь это поможет!
Когда звуковые волны рассеиваются, энергия превращается в тепло.
Если у вас есть изолированная комната, и вы генерируете звук в этой комнате, приток энергии (в виде звуковых волн) приведет к повышению температуры, соответствующему притоку энергии.
Я так понимаю: чем выше частота звука, тем быстрее скорость рассеяния.
Несколько лет назад кто-то предположил, что можно передавать энергию в виде ультразвука. Затем приемник должен превратить звуковую энергию обратно в электрическую энергию.
(На самом деле есть микрофоны, которые могут это делать: эти микрофоны не потребляют энергии, энергия для электрического сигнала, излучаемого этим микрофоном, поступает из энергии звука. Эффективность низкая, но она имеет свое применение: поскольку вы не не нужно внешнее питание, это очень надежная установка.)
Но попытка передать энергию с помощью ультразвука — тупиковый путь. Среди многих проблем: эффективность низкая, поэтому вам нужно будет взорвать много акустической энергии. Из-за быстрого рассеивания радиус действия будет ограничен парой метров. Даже если использовать на таком коротком расстоянии: эффективность настолько низка, что излучатель должен был бы выкачивать сотни ватт мощности. По сути, это большой обогреватель в комнате.
Итак: чтобы узнать больше о рассеивании звуковой энергии в тепло, я предлагаю вам поискать информацию об идее передачи энергии с помощью ультразвука. В технических статьях, разоблачающих эту идею, будет обсуждаться, почему энергия высокочастотного звука рассеивается быстрее.
[Позднее добавление]
В хорошем приближении сжатие и разрежение при распространении звука адиабатические. Как известно: если бы процесс был совершенно адиабатическим, то диссипации не было бы.
Я предполагаю, что процесс диссипации звуковой энергии заключается в передаче тепла из сжатого объема в разреженный. Я буду называть это «утечкой тепла». Чем короче длина волны звука, тем меньшее расстояние необходимо преодолеть утечке тепла, поэтому я ожидаю, что звук с более короткой длиной волны будет быстрее рассеиваться.
Герт
Луна