1.9. Отражение волн

Если звуковая волна встречает на своем пути какое-либо препятствие или другую среду с иными параметрами, то происходит отражение звуковой волны. Законы отражения звуковых волн аналогичны законам отражения световых волн: угол падения ₁ равен углу отражения (рис. 1.9).

Эффективность отражения характеризуют коэффициентом отражения. В акустике коэффициентом отражения называют отношение интенсивности отраженной звуковой волны к интенсивности падающей волны т. е. коэффициент отражения

Рисунок 1.9. Иллюстрация отражения волн

Эффективность отражения зависит от степени различия акустических сопротивлений обеих сред: если падающая волна имеет звуковое давление Р_пад., то звуковое давление в отраженной волне

где и — удельные акустические сопротивления среды отражающей и среды, в которой рассматриваются явления отражения; — модуль коэффициента отражения по давлению; — сдвиг фаз в волнах давления при отражении.

При отражении получается сдвиг фаз между звуковыми давлениями падающей и отраженной волн. Если сопротивления обеих сред активны, то сдвиг фаз равен или нулк: (когда сопротивление отражающей средь больше сопротивления первичной среды), или 180° (когда сопротивление отражающей средь меньше сопротивления первичной среды) Если одно или оба акустических сопротивле ния имеют реактивные составляющие, п сдвиг фаз получается между 0 и 180°.

Коэффициент отражения по интенсивности определяется по формуле

1.10. Преломление звука

Звуковая волна, падая на поверхность раздела двух сред, как и световая волна, частично проходит в другую среду. При этом происходит преломление волны, т. е. если волна падает на поверхность раздела под углом ₁, то в следующей среде направление движения волны (звукового луча) будет под углом ф₂. Отношение угла падения к углу преломления.

Рисунок 1.10. Иллюстрация преломления волн

определяется отношением скоростей распространения звуковых колебаний в этих средах: = , где и — скорости звука в обеих

средах. Если удельные акустические сопротивления обеих сред близки друг к другу, то почти вся энергия перейдет из одной среды в другую, а если при этом среды (или материалы из них) будут иметь разные скорости звука, то можно сделать акустические линзы из таких материалов .

Если среда имеет переменные параметры (например, атмосферное давление и плотность), то происходит изгиб звуковых волн . например, для горизонтального распространения волны при постепенном увеличении скорости звука с высотой звуковой луч будет изгибаться вниз, при уменьшении — вверх .На изгиб звуковых волн сильно влияют ветер и потоки воздуха в различных направлениях.(рис.1.11).

Рис. 1.11. Траектория звукового луча при распространении его вдоль земной поверхности, если скорость звука изменяется с высотой

1.11. Дифракция волн

Если размеры препятствия имеют величину меньше длины звуковой волны или волна падает близко к краю препятствия (по сравнению с длиной волны), то волна дифрагирует вокруг препятствия (рис. 1-.12).

Рисунок 1.12. Иллюстрация дифракции звуковых волн