1.5. Плоская волна

Фронт плоской волны — плоскость, звуковые лучи идут параллельно друг другу. Энергия в плоской волне не расходится в стороны, интенсивность звука практически не зависит от расстояния, прошедшего вол-нон, если пренебречь потерями на вязкость среды, молекулярное рассеяние, турбулентное затухание и дифракцию волн.

Амплитуды звукового давления и скорости колебаний в этом случае также не зависят от расстояния, прошедшего волной.

Интенсивность звука в плоской волне , где и —эффективные значения звукового давления и скорости колебаний.

1.6. Сферическая волна

Фронт сферической волны представляет собой сферу, в центре которой находится источник колебаний, а звуковые лучи совпадают с радиусами сферы.

Полная мощность звука, исходящая из источника звука и расходящаяся по всем направлениям, не изменяется по величине с удалением от источника звука, если пренебречь потерями на вязкость среды и молекулярное рассеяние, т. е. . Интенсивность звука с удалением от источника звука уменьшается по квадратичному закону = , где — интенсивность звука на расстоянии единицы длины от центра источника звука; — расстояние фронта волны от этого центра. Звуковое давление для сферической волны с расстоянием уменьшается по гиперболическому закону , где — звуковое давление на расстоянии единицы длины от центра источника звука.

Интенсивность звука в сферической волне связана со звуковым давлением следующим соотношением: _, где — эффективное значение звукового давления; — амплитудное значение звукового давления.

1.7. Цилиндрическая волна

Для цилиндрической волны фронт волны имеет круглую цилиндрическую форму, ось цилиндра совпадает с осью источника звука, а радиусы цилиндра — со звуковыми лучами (если источник звука имеет бесконечную длину).

Интенсивность звука в цилиндрической волне с расстоянием от источника звука убывает по гиперболическому закону ,

а звуковое давление — по закону Цилиндрическая волна имеет место при озвучении пространства с помощью длинных прямолинейных цепочек громкоговорителей

1.8. Интерференция волн

Интерференция звуковых волн возникает при одновременном распространении двух или нескольких волн, распространяющихся в разных направлениях. Наибольший интерес имеет случай, когда две звуковые волны с одинаковыми амплитудами распространяются в противоположных направлениях, т. е. образуется стоячая волна с пучностями и узлами. Расстояния между соседними узлами, как и расстояния между соседними пучностями, равны половине длины волны (рис. 1.7), а между пучностью и соседним узлом — четверти волны. В пучности давления амплитуда звукового давления равна удвоенной амплитуде бегущей волны, в узле амплитуда равна нулю. Пучности давления и пучности скорости колебаний не совпадают друг с другом, а находятся на расстоянии четверти длины волны (рис. 1.7, а и б). Точно так же в пучности скорости колебаний амплитуда ее получается удвоенной.

Рисунок 1.7. Распределение амплитуд звукового давления и скорости колебаний при интерференции: а — для одинаковых амплитуд звукового давления; 6 — для скорости колебаний; в —для неодинаковых амплитуд звукового давления

.

В стоячих волнах поток энергии равен нулю, поэтому их характеризуют или плотностью энергии, или квадратом звукового давления. При неодинаковых амплитудах прямой и обратной волн стоячая волна образуется из обратной волны и части прямой, по амплитуде равной амплитуде обратной волны. Остальная часть прямой волны образует бегущую волну (рис. 1.8, в). Амплитуда ее по звуковому давлению

Рисунок 1.8. Распределение амплитуд звукового давления при отражении с различным сдвигом фаз: а — без сдвига фаз: б — со сдвигом фаз на 90; в — со сдвигом фаз на 180⁰

В пучности такой комбинации волны амплитуды обеих волн складываются = , в узле — вычитаются; . Если известны значения амплитуд давлений в пучности и узле, то

А , где — коэффициент бегущей волны, в этом случае поток энергии создается только бегущей волной. Плотность энергии состоит из двух составляющих — плотности бегущей волны и плотности стоячей волны: