3.17. Процесс отражения звуковых волн: коэффициенты отражения, поглощения, прохождения.

Отражение, поглощение и прохождение звуковых волн:

когда звуковая волна достигает границы раздела среды, в которой она распространяется (например, падает на стену помещения или переходит из воздуха в воду и др.), происходят следующие процес­сы: часть звуковой энергии отражается, при этом угол падения волны равен углу отражения (рис. 2.3.5); часть звуковой энергии теряется на поглощение; часть проходит через границу раздела в другую среду.

3.18. Процессы дифракции звуковых волн в различных частотных диапазонах.

Дифракция звуковых волн: звуковые волны обладают спо­собностью огибать встретившиеся на их пути препятствия и про­никать в область за ними, эта способность к огибанию препят­ствий называется дифракцией [14]. Благодаря этому явлению звуковые волны могут огибать углы, проникать через щели и отвер­стия и распространяться за ними (иначе звук можно было бы услы­шать только в пределах п Явление дифракции лежит в основе бинауральной локализации звука (см. гл. 3), вся современная пространственная стереофония построена на использовании этого явления. Звуки разной частоты огибают голову и ушные раковины по-разному: в то время как низ­кочастотные звуки проходят без изменения интенсивности, средне- и высокочастотные образуют акустическую тень (за счет дифрак­ции), граница между ними находится примерно в области 2 кГц. В связи с этим интенсивность звука и тембр меняются в зависимости от расположения источника по отношению к голо­ве, что и позволяет локализовать его в пространстве.рямой видимости источника)

3.19. Процесс интерференции звуковых волн. Образование "стоячих" волн.

Интерференция звуковых волн: в окружающей среде возни­кают и распространяются обычно несколько различных звуковых волн от разных источников, например голос и звуки рояля, речь и шум и др., при этом слуховая система отчетливо различает раз­ные звуковые сигналы, приходящие к ней от разных источников. Происходит это благодаря принципу суперпозиции, который со­стоит в том, что звуковые волны, проходя через данную точку сре­ды, создают результирующее колебание, равное геометрической сумме колебаний, вызванных каждой волной в отдельности [5] (т. е. каждая молекула воздуха участвует одновременно в несколь­ких колебательных процессах: если, например, одна звуковая вол­на вызывает ее максимальное смещение в одну сторону, а в это время другая звуковая волна — смещение в противоположную, то данная молекула среды останется на месте, т. е. не будет сдви­гаться из своего положения равновесия). Этот принцип линейного сложения волн действует только при малых амплитудах (в линей­ной среде) и приводит к тому, что звуковые волны распространя­ются через среду независимо, как бы проходят друг через друга (рис. 2.3.12). В результате суперпозиции создается сложное звуко­вое поле. Вобщем случае результат сложения зависит от соотно­шения амплитуд, частот и фаз составляющих звуковых волн.

Стоячие волны: особым случаем интерференции является сложение звуковых волн одинаковой частоты и амплитуды, но рас­пространяющихся в противоположных направлениях. Если вдоль струны или столба воздуха (например, в музыкальном инстру­менте) распространяется синусоидальная волна, то отраженная волна может взаимодействовать с прямой таким образом, что суммарная волна в определенных точках всегда будет иметь мак­симальное смещение, а в других определенных точках нулевое (рис. 2.3.14).Такая волна называется «стоячей», она возникает только тогда, когда есть сложение волн, распространяющихся в противоположных направлениях, т. е. это динамический процесс. В отличие от бегущей волны, в стоячей волне не происходит переноса энергии, а осуществляется лишь пространственная пе­рекачка одного вида энергии в другую [5].

Стоячие волны имеют очень большое значение в практике ра­боты со звуком, они возникают в помещениях на низких частотах, определяя неравномерное распределение звукового давления и вызывая окрашивание звука; они возникают в трубах духовых ин­струментов на их резонансных частотах и т. д.