Объединение добровольных спасателей ЭКСТРЕМУМ

Что желательно знать про физику и технику с звуковыми волнами в газах можно почитать в книжке от 1948 - https://ikfia.ysn.ru/wp-content/uploads ... 48ru-1.pdf (в основном главы 2 3 4 и начало 14).

Что оттуда следует для поисков со звуком (по принципу взаимности пасивные системы работают одинаково на прием и излучение потому можно везде одинаково печатать и про качество излучения и приема).

Начиная с главы 14 про поглощение -
(14.14) - показатель затухания в пустом воздухе от вязкости и теплопроводности воздуха пропорционален квадрату частоты. Одно из следствий - низкие частоты затухают меньше и могут быть слышны дальше.

В конце параграфа 103 - реально замереное поглощение (даже во всем диапазоне звуковых частот) в зависимости от ветра (и сила и направление) может быть примерно от 1 до 10 дб (в 10 раз по мощности) на 100 метров. Это значит на километр может быть или хорошая слышимость без ветра (потери -10дб) или примерно никакой (потери -100дб) при достаточно сильном ветре. Еще следствие - если подавать сигнал по ветру он пролетит дальше (до затухания до порога слышимости). Хотя ответ будет слышен хуже. Ну в лесу ветер обычно относително слабый. Но на полях может быть намного больше.

Важное из глав 2 3 4 про звуковые антены (согласование источника энергии колебания давления и газа для формирования улетающей практически полезной волны далеко) - для хорошего сопротивления излучения произведение длины волны и размера излучателя должно быть порядка 0.3 и более. Зависимость достаточно резкая и при соотношении больше 1 добавка полезности (по сопротивлению излучения) уже мала и больше идет добавка по направлености. При меньше около 0.3 зависимость поплохения весьма сильная. Для практических поршневых случаев в параграфе 26 есть примерные зависимости от размера излучателя - там 4..2 степень от частоты и 2..3 степень от площади излучающего сечения.

Частичное приложение этой теории к устройству уха у граждан - ухо излишне мало для приема частот примерно меньше килогерцев с хорошим качеством. Входной размер уха порядка 10..15мм максимум (наружний рупор уха слишком короткий для работы на низких частотах) и длина волны на 100гц..1000гц - от 3400 до 340 мм. Частично или даже очень хорошо эти проблемы могут быть видны на кривых равной громкости и пороговой чувствительности от частоты - в диапазоне 30гц..600 гц завал чувствительности почти на 60 дб с плавным улучшением к частотам около 1 кгц.

Приложение к устройству леса - волны таже плохо взаимодействуют с вещами заметно короче длины волны. Это значит через лес с калибром стволов до 30см волны длинее 60см ходят намного лучше (меньше переотражений и рассеяний в разные стороны). Это значит вполне слышимый (хотя и все более хуже на низких частотах) диапазон частот 30гц..500гц может ходить через лес заметно дальше. Промышленые сирены типа с-40 на частоту около 450гц может быть тоже устроены с учетом лучших прохождений длиных волн по городам и за городами. Потому при использовании носимых и перевозных сирен может быть полезно тоже использовать диапазон около сотен гц. Хотя там и все еще заметные проблемы с требуемым размером выхода излучателя чтобы иметь приличный кпд.

Про энергию спектра голоса - по ответам роботов останков инетика к 2026 - примерно 80процентов энергии голоса идет в полосе весьма низких частот около 100..500 гц.
Все остальное рисующее разборчивость имеет порядка 20процентов энергии (но может давать еще и улучшеное понимание азимута при приеме двумя ушами).
Энергетическое распределение Энергия речевого спектра распределена крайне неравномерно:Максимум энергии: приходится на низкие и нижнесредние частоты (до 500–600 Гц).Спад энергии: на частотах выше 1000 Гц мощность звука резко падает.Значение: хотя самые высокие частоты обладают наименьшей энергией, именно они определяют естественность звучания и 100% разборчивость речи для человеческого слуха.

Меньшие но тоже наличные проблемы и при излучении криком ртом - размер рта тоже маловат для длин волн больше полметра и больше. Физически то значит при крике голым ртом много мощности затухает в ближнем реактивном поле и далеко улетает меньше возможного. Попытка улучшить излучение (на низких частотах) рупором из рук мало полезна - длина рупора из рук весьма мала и профиль выпуклый примерно безполезен. Правильный рупор должен быть хотя бы вогнутым. При относительно оптимальной по длине и скорости увеличения сечения экспоненциальной форме хода сечения и показателе экспоненты порядка 0.025 для приличной работы от частоты около 100 гц рупор будет увеличивать сечение в 2 раза (диаметр в 1.41 раз) с исходного диаметра 5см до 7см на длине около 25см. Уже средне удобно в ношении при слабой прибавке полезности. И закручивать такое в спираль еще сложно. Ну можно складывать в аналог сложеных рупоров носимых и других мегафонов. Но с учетом уже доступных мегафонов с электро усилением это относительно мало важно.

Про улучшение приема ответа бвп - уже с 17..18 века делали приспособы для улучшения согласования уха на прием и частичного улучшения направлености на верхних частотах (порядка кгц и более - но там слух тоже хуже). При приличном улучшении науки такие приспособы местами называют отофоны. Для работы с ухом входным калибром около 8мм или меньше уже можно использовать хоть и длиные но свернутые рупоры в более удобную к ношению длину. Если смотреть на средние по качеству стетоскопы с трубками диаметром 6 мм (у еще более дешевых трубы еще меньше и это сколько-то еще хуже) - рупор для работы от около 100 гц с большим (входным) калибром около 65мм можно свернуть в габарит около 18х18х18 см и напечатать из пластика на 3д принтере. При этом такая приспособа работает и автономно как приемник с входным сечением примерно в 100 раз больше площади уха так и может быть переходом на добавочный рупор от диаметра около 60мм на прямоугольный более удобный к переноске и более направленый на верхних рабочих частотах.

Про потребность приемных приспособ от около 100 гц или меньше - диапазон 100..500 гц имеет и максимум энергии в ответе бвп и имеет малое затухание при пролете через средний лес.

По распространению звука около леса есть еще полезный стандарт ISO 9613 (и переведеные с него госты 31295.1 и 31295.2). Там уже хорошо показана средняя модель хождения звука через територии с лесами и в приложении А к 31295.2 есть таблица коэффициентов линейного затухания разных частот при проходе через лес (прямой волной). Эти коэффициенты имеют смысл на малых удалениях порядка 10 высот леса (около 200 метров). На большее удаление звук уходит обходом сверх леса по свободному воздуху т.к. потери для прямой волны на сотни метров и километры уже намного больше потерь обхода над лесом. Для расчета реального затухания в разных случаях уже хорошо работает режим ИИ от гугла (где и когда работает).

Особености хода звука на стыке леса и поля для случая маяка на большую дальность (больше 500 метров примерно):
1. Худший вариант расположения излучателя - у леса на поле (на удалении меньше высоты деревьев). При этом прямая волна и отражается от начала леса и всеравно затухнет при ходе через лес напрямую. Основная полезная энергия преломляется об верхний край леса и ее количество зависит от угла падения - чем ближе направление падения к горизонтали тем лучше условия дифракции. Потому если нету возможности занести излучатель в лес (за подлесок с края леса где попадает больше света) лучше относить излучатель на сотни метров от начала леса по открытому месту. Хотя бы дальше 10 высот деревьев. Это даст больше уровень повернутой волны для полета дальше над лесом.
2. Лучший вариант - занести излучатель внутрь леса хотя бы на десятки метров (лучше за весь густой подлесок на краю леса).

Про влияние ветра на дальнее распространение звука маяка у леса - лес создает градиент скорости ветра и звук дополнительно загибает в сторону меньшей скорости (сверху вниз к лесу и далее земле). Радиус загиба и дальность падения примерно горизонтальной волны на землю (сверху вниз через лес) от градиента ветра зависит от скорости ветра - около 3 километров для скорости около 1 м/с и около 300 м для скорости около 10 м/с. Но из-за разлета волн от излучателя под разными углами к горизонту - ветер прижимает и улетевшие выше подальше и скорее больших зон затенения и при большом ветре нету. Обратный ветер все делает наоборот - отжимает даже горизонтальные полезные волны вверх и слышимость в ту сторону сильно плохеет.

Основной механизм попадания звука в лес на удалениях больше километра примерно - дифракция летящих над лесом волн в стороны от направления полета и в том числе вниз к земле.

Еще есть примечание от ИИ к максимальному затуханию звука при пролете через лес к методике из ISO 9613-1 - максимальное затухание при распространении через покрытые вмеру однородным лесом поверхности планеты ограничено значениями около 20..30 дБ (меньше на меньших частотах). Прямая волна честно затухает на каждом метре по указаным в ISO 9613-1 коэффициентам. Но часть волны уходит и в воздух над лесом и там условия распространения лучше.

Пример правил лучшей слышимости от роботов гугля у края леса -
Если вам нужно обеспечить максимальную слышимость и разборчивость речи/сигналов на границе леса и поля на расстоянии до 200 метров, соблюдайте 5 главных акустических правил:
Не разрывайте среду (Правило волновода)
Как надо: Спрячьте и говорящего, и слушающего внутрь леса (на глубину 25–50 метров от опушки). Лес сработает как горизонтальный акустический коридор, удерживая звук между землей и кронами.
Как не надо: Не оставляйте одного человека в поле, а второго в лесу. Опушка — это барьер, который срежет до 16 дБ громкости голоса.
Используйте ночную инверсию (Правило времени суток)
Самое идеальное время для связи через опушку — тихая прохладная ночь или раннее утро. Остывшая земля поля прижмет звуковые лучи к траве, и возникнет эффект «супер-слышимости» (потери упадут почти до 0 дБ). В солнечный полдень, наоборот, горячий воздух поля унесет звук высоко в небо.
Учитывайте асимметрию опушки (Правило направления)
Если днем связь через границу сред неизбежна, помните: из поля в лес звук идет лучше, чем из леса в поле. Прохладный воздух под деревьями затягивает звуковую волну вниз к слушателю, в то время как раскаленное поле мгновенно выбрасывает выходящий из леса звук в атмосферу.
Говорите в направлении ветра (Правило воздушной линзы)
Ветер, дующий с поля в лес, помогает звуку огибать 25-метровую кромку деревьев, снижая дифракционные потери по Майекава на 6–8 дБ. Встречный ветер полностью уничтожит слышимость голоса, подняв лучи в небо.
Понижайте тембр (Частотное правило)
Мужской низкий голос (ближе к 200 Гц) огибает деревья и ветки в разы легче, чем высокий женский или детский свист (1200–1500 Гц). На высоких частотах густой подлесок может «съедать» до 15 дБ энергии всего на 25 метрах пути. Для привлечения внимания используйте низкий, протяжный гул.

Что вам было непонятно из этого сообщения моей коллеги в другой теме?
Есть такое выражение: «Претендуешь — соответствуй». Завязывайте, пожалуйста, со всей этой генерацией тем и простыней сообщений про то, как нам надо вести спасработы, на ваш взгляд, и что мы делаем не так.

_________________
+79052714093
Удача любит подготовленных