Hangvisszaverődés az akadályokról és két közeg határán. Szoba akusztika

HANG TÜKRÖZÉS- olyan jelenség, amely akkor fordul elő, amikor hanghullám esik két rugalmas közeg határfelületére, és hullámok képződéséből áll, amelyek a határfelületről ugyanabba a közegbe terjednek, ahonnan a beeső hullám származott. Általában az O. z. a második közegben megtört hullámok kialakulása kíséri. Egy speciális esete az O. z. - visszaverődés szabad felületről. Általában a lapos felületeken történő tükrözésről van szó, de beszélhetünk O.Z. tetszőleges alakú akadályoktól, ha az akadály mérete lényegesen nagyobb, mint a hanghullám hossza. Különben van hangszórás vagy hangdiffrakció.
A beeső hullám a közegek közötti határfelület elmozdulását idézi elő, aminek következtében visszavert és megtört hullámok keletkeznek. Szerkezetüknek és intenzitásuknak olyannak kell lenniük, hogy a határfelület mindkét oldalán a részecskesebesség és a határfelületre ható rugalmas feszültségek egyenlőek legyenek. A szabad felületen a peremfeltételek egyenlőek a felületre ható rugalmas feszültségekkel.
A visszavert hullámok polarizációja megegyezik a beeső hulláméval, vagy eltérő polarizációjúak. Ez utóbbi esetben a reflexió vagy fénytörés során a módusok átalakulásáról, vagy konverziójáról beszélnek. Csak akkor nincs konverzió, ha egy folyadékban terjedő hanghullám visszaverődik, mivel folyékony közegben csak longitudinális hullámok léteznek. Amikor egy hanghullám áthalad a szilárd testek közötti határfelületen, általában hosszirányú és keresztirányú visszavert és megtört hullámok keletkeznek. Az O. z. összetett természete. kristályhatáron játszódik le. olyan környezet, ahol általában három különböző típusú visszavert és megtört hullám keletkezik. polarizációk.
Síkhullámok visszaverődése. Különleges szerepet játszik a síkhullámok visszaverődése, mivel a síkhullámok visszaverődéskor és megtörve sík maradnak, és a tetszőleges alakú hullámok visszaverődése síkhullámok halmazának visszaverődésének tekinthető. A keletkező visszavert és megtört hullámok számát a közeg rugalmas tulajdonságainak jellege és az akusztika száma határozza meg. bennük létező ágak. A peremfeltételek miatt a beeső, visszavert és megtört hullámok hullámvektorainak határfelületi síkjára való vetületei megegyeznek egymással (1. ábra).

Rizs. 1. Lapított hanghullám visszaverődésének és fénytörésének sémája sík határfelületen.

Innen következnek a visszaverődés és a fénytörés törvényei a Krím szerint: 1) a beeső k hullámvektorai én, tükröződik k rés megtört k t hullámok és normál NN" a határfelülethez ugyanabban a síkban (a beesési síkban) fekszenek; 2) a visszaverődés és törés beesési szögei szinuszainak aránya a fázissebességekhez c i, és a megfelelő hullámok egyenlőek egymással:
(az indexek és a visszavert és megtört hullámok polarizációját jelzik). Izotróp közegben, ahol a hullámvektorok irányai egybeesnek a hangsugarak irányaival, a visszaverődés és a fénytörés törvényei a Snell-törvény ismert formáját öltik. Anizotróp közegben a visszaverődés törvényei csak a hullámnormál irányait határozzák meg; az, hogy a megtört vagy visszavert sugarak hogyan terjednek, az ezeknek a normálisoknak megfelelő sugárirányú sebességek irányától függ.
Megfelelően kis beesési szögek esetén minden visszavert és megtört hullám síkhullám, amely elviszi a határfelületről a beeső sugárzás energiáját. Ha azonban a sebesség a k-l. megtört hullámtöbb sebesség c i beeső hullám, akkor a beesési szögeknél nagyobb, mint az ún. kritikai szög = arcsin, a megfelelő megtört hullám hullámvektorának normál komponense képzeletbelivé válik, és maga az átvitt hullám a határfelületen végigfutó és a közegbe exponenciálisan csökkenő inhomogén hullámmá alakul. 2 . A határfelületen a kritikusnál nagyobb szögben beeső hullám azonban nem feltétlenül vezet teljes visszaverődéshez, mivel a beeső sugárzás energiája eltérő polarizációjú hullámok formájában behatolhat a 2. közegbe.
Kritikai a szög a visszavert hullámokra is fennáll, ha O.Z. módus átalakítás történik, és az átalakításból származó hullám fázissebessége nagyobb, mint a sebesség c i hulló hullám. Kritikusnál kisebb beesési szögekhez. szög esetén a beeső energia egy része polarizációval visszavert hullám formájában elszáll a határtól; egy ilyen hullám inhomogénnek bizonyul, mélyen az 1-es közegbe csillapodik, és nem vesz részt a határfelületről történő energiaátvitelben. Például kritikus szög = arcsin( c t/c L) keresztirányú akusztikai visszaverődés esetén lép fel. hullámok T izotróp szilárd test határától és longitudinális hullámmá alakulását L (val t és C L- a keresztirányú, illetve hosszanti hanghullámok sebessége).
A visszavert és megtört hullámok amplitúdója a peremfeltételeknek megfelelően lineárisan fejeződik ki az amplitúdóval A i beeső hullám, ahogy ezek a mennyiségek az optikában a beeső el-magn amplitúdóján keresztül fejeződnek ki. hullámok segítségével Fresnel képletek. A síkhullám visszaverődését mennyiségileg amplitúdó-együtthatókkal jellemezzük. visszaverődések, amelyek a visszavert hullámok amplitúdójának és a beeső hullámok amplitúdójának aránya: = Amplitúdó együtthatók. A reflexiók általános esetben összetettek: moduljaik határozzák meg az absz-relációkat. Az amplitúdóértékek és a fázisok a visszavert hullámok fáziseltolódásait határozzák meg. Az amplitúdó együtthatókat hasonló módon határozzuk meg. elhaladó A beeső sugárzási energia újraeloszlását a visszavert és megtört hullámok között együttható jellemzi. a visszaverődés és az áteresztés intenzitása, amely a visszavert (megtört) és a beeső hullámokban a határfelületre merőleges időbeli átlagos energiaáram-sűrűség összetevőinek aránya:

hol vannak a megfelelő hullámok hangintenzitásai és az érintkező közegek sűrűségei. Az interfészre szállított és onnan elvitt energia egyensúlya az energiaáramlások normál összetevőinek egyensúlyára csökken:

Coef. a visszaverődések mind az akusztikától függenek. az érintkező közeg tulajdonságait és a beesési szöget. A szög karaktere függőséget a kritikus jelenléte határozza meg szögek, valamint nulla visszaverődési szögek, ha alájuk esik, nem képződik polarizációs visszavert hullám.

O. z. két folyadék határfelületén. Naib. egyszerű kép O. z. két folyadék határfelületén fordul elő. Ebben az esetben nincs hullámkonverzió, és a visszaverődés a tükörtörvény és az együttható szerint történik. a tükrözés egyenlő

hol és c 1.2 - a hang sűrűsége és sebessége a szomszédos médiában 1 És 2 . Ha a beeső hullám hangsebessége nagyobb, mint a megtört hullám hangsebessége ( Val vel 1 >c 2), akkor kritikus. nincs szög. Coef. a tükrözés érvényes és simán változik az értéktől

normál hullámbeeséssel az interfészen egy értékre R=- 1 csúszóeséshez Ha akusztikus. impedancia r 2 s 2 közepes 2 a közeg nagyobb impedanciája 1 , majd a beesési szögben

együttható A visszaverődés eltűnik, és minden beeső sugárzás teljesen átmegy a közegbe 2 .
Mikor 1-től<с 2 , возникает критический угол=arcsin (c 1 /c 2). Nál nél< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0 normál eséssel R= 1 a kritikus beesési szögben. Nulla reflexió is előfordulhat ebben az esetben, ha akusztikus a média impedanciái, az inverz egyenlőtlenség fennáll A nulla visszaverődés szögét továbbra is a (6) kifejezés határozza meg. A kritikusnál nagyobb beesési szögeknél teljes belső van visszaverődés: és a közeg mélyén beeső sugárzás 2 nem hatol át. A környezetben 2 azonban egy nem egyenletes hullám képződik; Az együttható összetettsége annak előfordulásával függ össze. reflexiók és a megfelelő fáziseltolódás a visszavert és beeső hullámok között. Ezt az eltolódást az magyarázza, hogy a visszavert hullám tere két tér interferenciája eredményeként jön létre: a tükröződően visszavert hullám és a közegbe visszasugárzott hullám. 1 a közegben keletkező inhomogén hullám 2 . Nem sík (például gömb alakú) hullámok visszaverésekor egy ilyen újrakibocsátott hullám tulajdonképpen kísérletben megfigyelhető ún. oldalhullám (lásd Hullámok, szakasz Hullámok visszaverődése és fénytörése).

O. z. a szilárd határtól. A visszaverődés természete bonyolultabbá válik, ha a reflektor szilárd test. Amikor a hangsebesség Val vel folyadékban kisebb a hosszirányú sebesség Lés keresztirányú Val vel t hang szilárd anyagban, ha a folyadék és a szilárd anyag határán visszaverődik, két kritikus feltétel adódik. szög: hosszanti = arcsin ( s/s L) és keresztirányú = arcsin ( s/s T ) . Ugyanakkor, hiszen mindig L-vel > -vel t beesési szögeknél együttható. reflexió érvényes (2. ábra). A beeső sugárzás hosszirányú és keresztirányú megtört hullámok formájában is áthatol egy szilárd testen. A szilárd testben a hang normál előfordulása esetén csak hosszanti hullám keletkezik, és az érték R A 0-t a hosszirányú akusztika aránya határozza meg. a folyékony és a szilárd anyagok impedanciái hasonlóak az f-le (5)-hez (- folyadék és szilárd anyag sűrűsége).

Rizs. 2. A hangvisszaverési együttható modulusának függősége | R | (folytonos vonal) és fázisai (szaggatott-szaggatott vonal) a folyadék és a szilárd test határán a beesési szögből.

At > együttható A visszaverődés bonyolulttá válik, mivel a határ közelében szilárd testben inhomogén hullám képződik. A kritikusok közötti beesési szögekben szögek és a beeső sugárzás egy része mélyen behatol a szilárd testbe megtört keresztirányú hullám formájában. Ezért azért<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Egy nem egyenletes longitudinális hullám részvétele a visszavert sugárzás kialakulásában, mint két folyadék határán, fáziseltolódást okoz a visszavert hullámban. A >-nál van egy komplett belső visszaverődés: 1. A határ közelében lévő szilárd testben csak inhomogén hullámok keletkeznek, amelyek exponenciálisan esnek a testbe. A visszavert hullám fáziseltolódása szögeknél főként a szivárgó folyadék gerjesztésével függ össze a határfelületen Rayleigh hullámai. Egy ilyen hullám a szilárd test és a folyadék határán keletkezik olyan beesési szögekben, amelyek közel vannak a Rayleigh-szöghöz = arcsin ( s/s R), Ahol C R- Rayleigh hullámsebesség szilárd test felületén. A határfelület mentén terjedve a szivárgó hullám teljesen újrasugárzik a folyadékba.
Ha Val vel > Val vel t, majd teljes belső. a folyadék és a szilárd anyag határán nincs visszaverődés: a beeső sugárzás bármilyen beesési szögben áthatol a szilárd testen, legalábbis keresztirányú hullám formájában. Teljes visszaverődés akkor következik be, amikor a hanghullám egy kritikus pont alá esik. szög vagy csúszó esés. Amikor c>c L együttható. reflexió érvényes, mivel a határfelületen nem képződnek inhomogén hullámok.
O. z., szilárd testben terjed. Amikor a hang izotróp szilárd anyagban terjed, a max. A nyíróhullámok visszaverődése egyszerű természetű, az oszcillációk iránya párhuzamos a határfelületi síkkal. Az ilyen hullámok visszaverődése vagy törése során nem történik móduszváltás. Amikor egy szabad határfelületre vagy folyadékkal érintkezik, az ilyen hullám teljesen visszaverődik ( R= 1) a tükörvisszaverődés törvénye szerint. Két izotróp szilárd anyag határfelületén, a közegben tükröződő hullámmal együtt 2 a határfelülettel szintén párhuzamos polarizációjú megtört hullám keletkezik.
Amikor a beesési síkban polarizált transzverzális hullám a test szabad felületére esik, akkor a határon egy ugyanolyan polarizációjú visszavert keresztirányú hullám és egy longitudinális hullám is megjelenik. A kritikus szögnél kisebb beesési szögeknél = = arcsin ( c T /c L), együttható tükröződések R T és R L- tisztán valós: a visszavert hullámok pontosan a beeső hullámmal azonos fázisban (vagy fázison kívül) hagyják el a határt. A > pontnál csak a tükörképesen visszavert keresztirányú hullám hagyja el a határt; A szabad felület közelében inhomogén longitudinális hullám képződik.
Coef. a visszaverődés bonyolulttá válik, a visszavert és a beeső hullámok között fáziseltolódás lép fel, melynek nagysága a beesési szögtől függ. Ha egy hosszirányú hullám visszaverődik egy szilárd test szabad felületéről bármilyen beesési szögben, akkor egy visszavert longitudinális hullám és egy a beesési síkban polarizált keresztirányú hullám is megjelenik.
Ha egy szilárd test határa folyadékkal érintkezik, akkor a hullámok (hosszirányú vagy keresztirányú, a beesési síkban polarizált) visszaverődésekor a folyadékban egy megtört hosszanti hullám is megjelenik. A két izotróp szilárd közeg határfelületén a közegben lévő megtört keresztirányú hullám hozzáadódik ehhez a visszavert és megtört hullámrendszerhez. 2 . Polarizációja is az incidencia síkjában van.

RÓL RŐL. h. az anizotróp közeg határfelületén. O. z. a kristályos határfelületen. a környezet összetett. A visszavert és megtört hullámok sebessége ebben az esetben önmagukban a visszaverődés és a törés szögének függvénye (lásd. Kristály akusztika;) Ezért még a szög adott beesési szögből történő meghatározása is komoly matematikai okokból áll. nehézségek. Ha a hullámvektorok felületének beesési sík szerinti keresztmetszete ismert, akkor grafikus diagramot használunk. hullámvektorok szögeinek és végeinek meghatározására szolgáló módszer k rés k t merőlegesen feküdj NN", a határfelületre a k hullámvektor végén keresztül húzva én beeső hullám, azokon a pontokon, ahol ez a merőleges metszi a dif. hullámvektor-felületek üregei (3. ábra). A határfelületről a megfelelő közeg mélyébe ténylegesen terjedő visszavert (vagy megtört) hullámok számát az határozza meg, hogy a merőleges hány üreget metszik NN". Ha a kereszteződés a k-l. üreg hiányzik, ez azt jelenti, hogy a megfelelő polarizáció hulláma inhomogénnek bizonyul, és nem ad át energiát a határról. Merőleges NN" többször áthaladhat ugyanazon az üregen. pontok (pontok a 1 és a 2ábrán. 3). A hullámvektor lehetséges pozícióiból k r (vagy k t) a ténylegesen megfigyelt hullámok csak azoknak felelnek meg, amelyeknél a sugárirányú sebességvektor iránya egybeesik a külsővel. normális a hullámvektorok felületére, a határtól a megfelelő közeg mélységébe irányítva.

Rizs. 3. Grafikus módszer a visszaverődési és törési szögek meghatározására a kristályos közegek határfelületén 1 És 2. L, FTÉs UTCA- hullámvektorok felületei kvázi longitudinális, gyors és lassú kvázi-transzverzális hullámokhoz.

A visszavert (megtört) hullámok általában különböző típusokhoz tartoznak. akusztikus ágak ingadozások. A kristályokban azonban a co azt jelenti. anizotrópia, amikor a hullámvektorok felülete homorú metszetekkel rendelkezik (4. ábra), akkor a reflexió lehetséges két visszavert vagy megtört hullám képződésével, amelyek ugyanahhoz az oszcillációs ághoz tartoznak.
Kísérletileg véges hanghullámnyalábokat figyelünk meg, amelyek terjedési irányait sugárirányú sebességek határozzák meg. A kristályokban a sugarak iránya jelentősen eltér a megfelelő hullámvektorok irányától. A beeső, visszavert és megtört hullámok sugárirányú sebessége például csak kivételes esetekben esik egy síkban. amikor a beesési sík mindkét kristály szimmetriasíkja. átl. Általános esetben a visszavert és megtört sugarak különböző pozíciókat foglalnak el mind egymáshoz, mind a beeső sugárhoz és a normálhoz képest. NN" a felületre. A visszavert nyaláb különösen a beesési síkban feküdhet a normálnak ugyanazon az oldalán N, mint a beeső sugár. Ennek a lehetőségnek a korlátozó esete a visszavert sugár szuperpozíciója egy beesőre, amikor az utóbbi ferdén esik be.

Rizs. 4. A kristály szabad felületére beeső akusztikus hullám visszaverődése két azonos polarizációjú visszavert hullám képződésével: A- visszavert hullámok hullámvektorainak meghatározása (val g- radiális sebességvektorok); b- véges keresztmetszetű hangnyalábok visszaverődésének diagramja.

A csillapítás hatása az O. z. karakterére. . Coef. a visszaverődések és áteresztések nem függnek a hangfrekvenciától, ha a hang csillapítása mindkét határközegben elhanyagolható. Az észrevehető csillapítás nemcsak az együttható frekvenciafüggéséhez vezet. tükröződések R, hanem torzítja a beesési szögtől való függését is, különösen a kritikus pont közelében. sarkok (5. ábra, A). A folyadék-szilárd határfelületről visszaverődő csillapítási hatások jelentősen megváltoztatják a szögfüggést R a Rayleigh-szöghöz közeli beesési szögeknél (ábra). 5 B). Az ilyen beesési szögeknél elhanyagolható csillapítású közegek határán teljes belső visszaverődés megy végbe és | R| = 1 (görbe 1 ábrán. 5, b). A csillapítás jelenléte ahhoz a tényhez vezet, hogy | R| 1-nél kisebb lesz, és a közelben minimum jön létre | R| (görbék 2 - 4) . Ahogy a frekvencia növekszik, és a megfelelő növekedés együttható. Csillapítás, a minimum mélysége növekszik, míg végül egy bizonyos frekvencián f 0, hívott nulla visszaverődési frekvencia, min. jelentése | R| nem fog eltűnni (görbe 3 , rizs. 5, b). A gyakoriság további növekedése a minimum (görbe) kiszélesedéséhez vezet 4 ) és a csillapító hatások hatása O.Z. szinte bármilyen beesési szög esetén (görbe 5) . A visszavert hullám amplitúdójának csökkenése a beeső hullám amplitúdójához képest nem jelenti azt, hogy a beeső sugárzás áthatol a szilárd testen. A kilépő Rayleigh-hullám abszorpciójához kapcsolódik, amelyet a beeső sugárzás gerjeszt, és részt vesz a visszavert hullám kialakulásában. Amikor a hangfrekvencia f frekvenciával egyenlő f 0, a beeső hullám összes energiája a határfelületen disszipálódik.

Rizs. 5. Szögfüggés | R| a víz-acél határfelületen, figyelembe véve a csillapítást: A- a szögfüggés általános jellege | R|; folytonos vonal - veszteségek figyelembevétele nélkül, szaggatott vonal - ugyanez a csillapítás figyelembevételével; b- szögfüggés | R\ a Rayleigh-szög közelében, a keresztirányú hullámok abszorpciójának különböző értékeinél az acélban egy hullámhosszon. Görbék 1 - 5 a paraméter növekedésének felel meg 3 x 10 -4 értékről (görbe 1 ) = 1 értékre (5. görbe) a beeső ultrahang sugárzás frekvenciájának megfelelő növekedése miatt.

O. z. rétegekből és lemezekből. O. z. rétegből vagy lemezből rezonáns jellegű. A visszavert és átvitt hullámok a hullámok többszöri visszaverődése következtében jönnek létre a réteg határain. Folyékony réteg esetén a beeső hullám a Snell-törvény alapján meghatározott törésszöggel hatol át a rétegen. A visszaverődések következtében magában a rétegben longitudinális hullámok keletkeznek, amelyek előre és hátra irányban a réteg határaihoz húzott normálhoz képest szöget bezárva terjednek (6. ábra, A). A szög a réteghatáron beesési szögnek megfelelő törésszög. Ha a hangsebesség a rétegben Val vel 2-vel gyorsabb, mint a hangsebesség Val vel 1 a környező folyadékban, akkor a visszavert hullámrendszer csak akkor jön létre, ha a teljes belső szöge kisebb. reflexiók = arcsin(c 1 /c 2). Megfelelően vékony rétegeknél azonban a kritikusnál nagyobb beesési szögeknél is kialakul egy átvitt hullám. Ebben az esetben az együttható a rétegről való visszaverődés abs-nak bizonyul. érték kisebb, mint 1. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy amikor a határ közelében lévő rétegben, amelyre a hullám kívülről esik, egy nem egyenletes hullám keletkezik, amely exponenciálisan csökken a réteg mélységébe. Ha a rétegvastagság d kisebb, vagy összemérhető az inhomogén hullám behatolási mélységével, akkor az utóbbi megzavarja a réteg ellentétes határát, aminek következtében az átvitt hullám a környező folyadékba bocsátódik ki belőle. A hullámszivárgásnak ez a jelensége analóg a kvantummechanikában egy részecske potenciálgáton keresztül történő szivárgásával.
Coef. rétegreflexiók

ahol a hullámvektor normál komponense a rétegben, a tengely z- a réteg határaira merőlegesen, R 1 és R 2 - együttható O. z. a felső, illetve az alsó határon. Nál nél időszakosságot jelent hangfrekvencia funkció fés rétegvastagság d. Ha hullám áthatol a rétegen, | R | növekedésével f vagy d monoton hajlamos az 1-re.

Rizs. 6. Hanghullám visszaverődése folyadékrétegről: A- reflexiós séma; 1 - környező folyadék; 2 - réteg; b - a reflexiós együttható modulusának függősége | R| a beesési szögből.

Milyen a beesési szög függvény értéke | R | maximumok és minimumok rendszere van (6. ábra, b). Ha a réteg mindkét oldalán ugyanaz a folyadék van, akkor a minimális pontokon R= 0. Nulla visszaverődés akkor következik be, ha a fáziseltolódás a rétegvastagságban egyenlő a félciklusok egész számával

és a két egymást követő visszaverődés után a felső közegbe kilépő hullámok ellenfázisúak lesznek és kioltják egymást. Éppen ellenkezőleg, az összes visszavert hullám azonos fázissal lép be az alsó közegbe, és az átvitt hullám amplitúdója maximálisnak bizonyul. Normál hullámhullámok esetén a teljes átvitel akkor következik be, ha egész számú félhullám illeszkedik a réteg vastagságára: d = Ahol P= 1,2,3,..., - hanghullámhossz a réteg anyagában; Ezért azokat a rétegeket hívjuk meg, amelyekre a (8) feltétel teljesül. félhullám A (8) kapcsolat egybeesik a normál hullám létezésének feltételével egy szabad folyadékrétegben. Emiatt a rétegeken keresztüli teljes átvitel akkor következik be, amikor a beeső sugárzás egy vagy másik normál hullámot gerjeszt a rétegben. A rétegnek a környező folyadékkal való érintkezése miatt a normálhullám szivárog: terjedése során a beeső sugárzás energiáját teljesen visszasugározza az alsó közegbe.
Ha a folyadékok a réteg ellentétes oldalán eltérőek, a félhullámú réteg jelenléte nincs hatással a beeső hullámra: együttható. a rétegről való visszaverődés egyenlő az együtthatóval. visszaverődések ezeknek a folyadékoknak a határairól, amikor közvetlenül áthaladnak rajtuk. kapcsolatba lépni. A félhullámrétegek mellett az akusztikában, valamint az optikában az ún. negyedhullámú rétegek, amelyek vastagsága kielégíti a feltételt ( n= 1,2,...). Az akusztika megfelelő megválasztásával. a réteg impedanciája, akkor nulla visszaverődést kaphat egy adott frekvenciájú hullám rétegéről f bizonyos beesési szögben a rétegen. Az ilyen rétegeket tükröződésgátló akusztikus rétegként használják.
Folyadékba merített végtelen szilárd lemezről történő hanghullám visszaverődése esetén a visszaverődésnek a fentebb a folyékony rétegnél leírt jellege általánosságban megmarad. A lemezben történő visszaverődés során a hosszanti visszaverődések mellett nyíróhullámok is gerjesztődnek. Azok a szögek, amelyeknél a hosszanti és keresztirányú hullámok terjednek a lemezben, a Snell-törvény szerint összefüggenek a beesési szöggel. Szög és frekvenciafüggés | R| a folyékony rétegről való visszaverődéshez hasonlóan váltakozó maximumok és minimumok rendszereit képviseli. A lemezen keresztüli teljes átvitel akkor következik be, amikor a beeső sugárzás gerjeszti a benne lévő normál hullámok egyikét, amelyek szivárgó hullámok. Bárány hullámok.Rezonáns jellege O. z. egy rétegről vagy lemezről törlődik, ahogy az akusztikája közötti különbség csökken. tulajdonságait a környezet tulajdonságaitól. Az akusztika növekedése a rétegbeli csillapítás a függőségek simításához is vezet és | R(fd)|.

Nem síkhullámok visszaverődése. A valóságban csak nem síkhullámok léteznek; visszaverődésük egy síkhullám-halmaz visszaverődésére redukálható. Egyszínű egy tetszőleges alakú hullámfronttal rendelkező hullám azonos körfrekvenciájú, de eltérő frekvenciájú síkhullámok halmazaként ábrázolható. a k hullámvektor irányai. Alapvető a beeső sugárzás jellemzője a térbeli spektruma – amplitúdók halmaza A(k) síkhullámok, amelyek együtt beeső hullámot alkotnak. Abs. k értékét a frekvencia határozza meg, így összetevői nem függetlenek. Amikor egy síkról visszaverődik z = 0 normál komponens k zérintőleges komponensekkel adjuk meg k x , k y: k z =A beeső sugárzásban lévő minden síkhullám a saját szögében esik a határfelületre, és a többi hullámtól függetlenül visszaverődik. Mező F( r) a visszavert hullám összes visszavert síkhullámának szuperpozíciójaként jön létre, és a beeső sugárzás térspektrumán keresztül fejeződik ki. A(k x , k y) és együttható tükröződések R(k x , k y):

Az integráció egy tetszőlegesen nagy értékű régióra terjed ki k xÉs k y. Ha a beeső sugárzás térspektruma (mint egy gömbhullám visszaverődésénél) olyan komponenseket tartalmaz, k x(vagy k y), nagy, akkor a valós hullámok mellett visszavert hullám képződésében k z Inhomogén hullámok is részt vesznek, amihez k,- pusztán képzeletbeli mennyiség. Ez a G. Weyl (N. Weyl) által 1919-ben javasolt és a Fourier-optika koncepcióiban továbbfejlesztett megközelítés a következőket adja. tetszőleges alakú hullám sík felületről való visszaverődésének leírása.
Ha figyelembe vesszük O. z. Az elveken alapuló sugárzásos megközelítés is lehetséges geometriai akusztika. Az incidens sugárzást a felülettel kölcsönhatásba lépő sugarak halmazának tekintjük. Ebben az esetben figyelembe veszik, hogy a beeső sugarak nemcsak a szokásos módon, Snell törvényeinek engedelmeskedve verődnek vissza és törnek meg, hanem azt is, hogy a felületre bizonyos szögekben beeső sugarak egy része gerjeszti az ún. oldalhullámok, valamint szivárgó felszíni hullámok (Rayleigh stb.) vagy szivárgó hullámvezető módok (Lamb hullámok stb.). A határfelület mentén terjedve az ilyen hullámok ismét a közegbe bocsátódnak ki, és részt vesznek a visszavert hullám kialakulásában. Gyakorlásra alap. Ami számít, az a gömb alakú visszaverődés. az akusztikus hullámok által kollimált hullámok. véges metszetű nyalábok és fókuszált hangnyalábok.

A gömbhullámok visszaverődése. A reflexiós mintázat gömb alakú. pontforrás által az I. folyadékban létrehozott hullám RÓL RŐL, a hangsebességek közötti összefüggéstől függ Val vel 1 és 2-től igérintkezik az I. és II. folyadékkal (7. ábra). Ha c t > c 2, akkor kritikus. Nincs szög, és a visszaverődés a geometriai törvények szerint történik. akusztika. Az I. közegben egy visszavert gömb alakú részecske jelenik meg. hullám: a visszavert sugarak egy pontban metszik egymást RÓL RŐL". virtuális képet alkot a forrásról, és a visszavert hullám hullámfrontja egy pontban középpontban lévő gömb része. RÓL RŐL".

Rizs. 7. Egy gömbhullám visszaverődése két folyadék határfelületén: RÓL RŐLÉs RÓL RŐL"- valós és képzeletbeli források; 1 - a visszavert gömbhullám eleje; 2 - megtört hullámfront; 3 - oldalhullámfront.

Amikor c 2 >c lés van egy kritikus szög I. közegben a visszavert gömbön kívül. hullám, a visszavert sugárzás másik összetevője keletkezik. A kritikus alatti interfészen beeső sugarak szöggerjesztő hullám II a közegben, az élek sebességgel terjednek Val vel 2. ábra az interfész felülete mentén, és visszasugározódik az I. közegbe, kialakítva az ún. oldalhullám. Elülső részét pontok alkotják, melyeket ugyanabban az időpillanatban értek el a pontot elhagyó sugarak RÓL RŐL mentén OA majd bomlás közben ismét átkerül az I. környezetbe. pontból az interfész pontjait A lényegre törő VAL VEL, amelyben ebben a pillanatban a megtört hullám eleje található. A rajzsíkban az oldalhullám eleje egy egyenes szakasz NE, a határhoz szögben dőlve és egy pontig terjed BAN BEN, ahol találkozik a tükörtükrös gömb elejével. hullámok. A térben az oldalhullám eleje egy csonka kúp felülete, amely akkor jelenik meg, amikor egy szakasz elfordul. NE egyenes vonal körül OO". Ha visszaverődik, gömb alakú. a folyadékban a szilárd test felszínéről származó hullámok hasonlóak a kúposhoz. a hullám egy szivárgó Rayleigh-hullám gerjesztése következtében jön létre a határfelületen. Reflexió gömb alakú hullámok az egyik fő kísérlet. geoakusztikai, szeizmológiai, hidroakusztikai és óceáni akusztikai módszerek.

Véges keresztmetszetű akusztikus nyalábok visszaverődése. Kollimált hangnyalábok visszaverődése, melynek hullámfrontja főleg a nyaláb egy része közel van a laposhoz, a legtöbb beesési szögnél úgy jelentkezik, mintha egy síkhullám visszaverődne. Amikor egy folyadékból beeső nyaláb visszaverődik a szilárd testtel való határfelületen, egy visszavert sugár jelenik meg, amelynek alakja a beeső sugár amplitúdó-eloszlásának tükörképe. A hosszantihoz közeli beesési szögeknél azonban kritikus. szög vagy Rayleigh-szög, tükörvisszaverődéssel együtt, eff. oldalirányú vagy szivárgó Roleigh-hullám gerjesztése. A visszavert nyaláb tere ebben az esetben a tükröződően visszavert nyaláb és az újra kibocsátott hullámok szuperpozíciója. A nyaláb szélességétől, a szomszédos közegek rugalmassági és viszkózus tulajdonságaitól függően vagy a nyaláb oldalirányú (párhuzamos) eltolódása következik be a határfelületi síkban (ún. Schoch-eltolódás) (8. ábra), vagy jelentős kiszélesedés. a gerenda megjelenése és egy vékony

Rizs. 8. A sugár oldalirányú elmozdulása visszaverődéskor: 1 - beeső sugár; 2 - tükröződően visszavert sugár; 3 - tényleges visszavert sugár.

szerkezetek. Ha a sugár Rayleigh-szögben esik be, a torzítások természetét a nyalábszélesség aránya határozza meg. lés sugárzás a szivárgó Rayleigh-hullám csillapítása

hol a hanghullám hossza a folyadékban, A- egységhez közeli numerikus tényező. Ha a sugár szélessége lényegesen nagyobb a sugárzás hosszánál. Csillapítás csak akkor következik be, ha a nyaláb a határfelület mentén eltolódik egy mértékkel. Keskeny nyaláb esetén a szivárgó felületi hullám újraemissziója miatt a nyaláb jelentősen kiszélesedik és megszűnik szimmetrikus lenni (9. ábra). A tükröződően visszavert sugár által elfoglalt tartományon belül az interferencia hatására nulla amplitúdójú minimum jelenik meg, és a nyaláb két részre szakad. A kollimirek nem tükörképe. nyalábok keletkeznek két folyadék határfelületén is a kritikushoz közeli beesési szögben, valamint amikor a sugarak rétegekről vagy lemezekről verődnek vissza.

Rizs. 9. G folyadékból a T szilárd test felületére Rayleigh-szögben lehulló véges keresztmetszetű hangsugár visszaverődése: 1 - beeső sugár; 2 - visszavert sugár; A- nulla amplitúdójú tartomány; b- a gerenda farok területe.

Ez utóbbi esetben a visszaverődés nem tükröződő jellege a rétegben vagy lemezben lévő szivárgó hullámvezető módusok gerjesztésének köszönhető. Az oldalsó és a szivárgó hullámok jelentős szerepet játszanak a fókuszált ultrahangsugarak visszaverődésében. Különösen ezeket a hullámokat használják akusztikus mikroszkópia akusztikus kialakítására képek és mennyiségek kivitelezése, mérések.

Megvilágított.: 1) Brekhovskikh L.M., Waves in layered media, 2. kiadás, M., 1973; 2) Landau L.D., Lifshits E.M., Hydrodynamics, 4. kiadás, M., 1988; 3) Brekhovskikh L.M., Godin O.A., Acoustics of layered media, M., 1989; 4) Сagniard L., Reflexion et refraction des ondes seismiques progressives, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastic waves in layered media, N. Y. -, 1957, ch. 3; 6) Au1d B. A., Akusztikus mezők és hullámok szilárd testekben, v. 1-2, N. Y., 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., Unified theory of Rayleigh-angle Phenomena for acoustic beams at liquid-solid interfaces, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, 4. sz. 157.; 8) Mott G., Reflexiós és törési együtthatók folyadék-szilárd határfelületen, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50. sz., 3. pont (2. pont), p. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Influence of material properties on Rayleigh kritikusszögű visszaverődés, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), 1609. o.; 10) Fiorito R., Ubera11 H., Az akusztikus visszaverődés és a folyadékrétegen keresztüli átvitel rezonanciaelmélete, ".I. Akusztikus. Soc. Amer.", 1979, v. 65, No. 1, p. 9; 11) Fiоrft o R., Madigosky W., S bera 11 H., Resonance theory of acoustic waves interacting with an clastic plate. "J. Akusztikus. Soc. Amer.", 1979, v. 66, No. 6, p. 1857; 12) Neubauer W. G.: Akusztikus sugárzás megfigyelése sík és ívelt felületekről, a Physical acoustics. Principles and Method című könyvben, szerk.: W. P. Mason, R. N. Thurston, 10. vers, N. Y. - L., 1973, 2. ch.

A p hangnyomás a közeg oszcilláló részecskéinek v sebességétől függ. A számítások azt mutatják

ahol p a közeg sűrűsége, c a hanghullám sebessége a közegben. Az rc szorzatot fajlagos akusztikus impedanciának nevezzük síkhullám esetén hullámimpedanciának is.

A hullámimpedancia a közeg legfontosabb jellemzője, amely meghatározza a hullámok visszaverődésének és törésének feltételeit a határán.

Képzeljük el, hogy egy hanghullám éri a határfelületet két közeg között. A hullám egy része visszaverődik, egy része megtörik. A hanghullámok visszaverődésének és törésének törvényei hasonlóak a fény visszaverődésének és törésének törvényeihez. A megtört hullám felszívódhat a második közegben, vagy kijöhet onnan.

Tegyük fel, hogy egy síkhullám az első közegben normálisan beesik, a második közegben a megtört (átvitt) hullám intenzitása 1 2; Hívjuk

hanghullám penetrációs együttható.

Rayleigh kimutatta, hogy a hangpenetrációs együtthatót a képlet határozza meg

mivel c 1 ρ 1 /c 2 p 2 >>1. Mutassuk be egyes anyagok hullámimpedanciáit 20 °C-on (14. táblázat).

14. táblázat

A (6.8) segítségével kiszámítjuk a hanghullám penetrációs együtthatóját a levegőből a betonba és a vízbe:

Ezek az adatok lenyűgözőek: kiderül, hogy a hanghullám energiájának csak nagyon kis része jut el a levegőből a betonba és a vízbe.

Bármilyen zárt térben a falakról, mennyezetekről, bútorokról visszaverődő hangok más falakra, padlókra stb. esnek, ismét visszaverődnek, elnyelődnek és fokozatosan elhalványulnak. Ezért a hangforrás leállása után is vannak hanghullámok a helyiségben, amelyek létrehozzák a zümmögést. Ez különösen nagy, tágas termekben figyelhető meg. Zárt térben a hang fokozatos csillapításának folyamatát a forrás kikapcsolása után visszhangnak nevezzük.

A visszhang egyrészt hasznos, mert a hang érzékelését fokozza a visszavert hullám energiája, másrészt a túlzottan hosszú visszhang jelentősen ronthatja a beszéd és a zene érzékelését, hiszen minden új hangrészlet a szöveg átfedi az előzőeket. Ebben a vonatkozásban általában valamilyen optimális visszhangidőt jeleznek, amelyet nézőterek, színház- és koncerttermek stb. építésekor figyelembe vesznek. Például a moszkvai Szakszervezetek Háza megtelt Oszloptermének zengetési ideje 1,70 s, és a megtelt Bolsoj Színházé - 1. 55 pp. Ezeknél a helyiségeknél (üres) az utózengési idő 4,55, illetve 2,06 s.

A hallás fizikája

Nézzünk meg néhány kérdést a hallás fizikájáról a külső, a középső és a belső fül példáján. A külső fül az 1. fülből és a 2. külső hallójáratból áll (6.8. ábra). A fülkagyló embernél nem játszik jelentős szerepet a hallásban. Segít meghatározni a hangforrás lokalizációját, ha az elülső-hátul irányban helyezkedik el. Magyarázzuk meg ezt. A forrásból származó hang a fülbe jut. A forrás függőleges síkban elfoglalt helyzetétől függően

(6.9. ábra) a hanghullámok eltérő módon diffraktálnak a csúcson, annak sajátos alakja miatt. Ez a hallójáratba belépő hanghullám spektrális összetételének megváltozásához is vezet (a diffrakciós kérdéseket a 19. fejezetben tárgyaljuk részletesebben). A tapasztalatok eredményeként az ember megtanulta a hanghullám spektrumának változásait a hangforrás felé irányuló iránnyal társítani (A, B és B irány a 6.9. ábrán).

Két hangvevő (fül) birtokában az ember és az állat képes meghatározni a hangforrás irányát és a vízszintes síkban (binaurális hatás; 6.10. ábra). Ez azzal magyarázható, hogy a hang különböző távolságokra jut el a forrástól a különböző fülekig, és fáziskülönbség keletkezik a jobb és a bal fülbe belépő hullámoknál. Az e távolságok különbsége (5) és a fáziskülönbség (∆φ) közötti összefüggés a 19.1 §-ból származik, amikor a fény interferenciáját magyarázza [lásd (19.9)]. Ha a hangforrás közvetlenül a személy arca előtt található, akkor δ = 0 és ∆φ = 0, ha a hangforrás az egyik füllel szemközti oldalon található, akkor késéssel lép be a másik fülbe. Tegyük fel, hogy ebben az esetben 5 a fülek közötti távolság. A (19,9) képlet segítségével a fáziskülönbség kiszámítható v = 1 kHz és δ = 0,15 m esetén. Ez körülbelül 180°.

A vízszintes síkban a hangforrás felé irányuló különböző irányok 0° és 180° közötti fáziskülönbségnek felelnek meg (a fenti adatokhoz). Úgy gondolják, hogy egy normál hallású személy 3°-os pontossággal tudja rögzíteni a hangforrás irányát, ami 6°-os fáziskülönbségnek felel meg. Ezért feltételezhetjük, hogy az ember 6°-os pontossággal képes megkülönböztetni a fülébe belépő hanghullámok fáziskülönbségének változásait.

fül a diffrakció eredményeként (19. fejezet).

A hanghullám áthalad a hallójáraton, és részben visszaverődik a dobhártyáról 3 (lásd 6.8. ábra). A beeső és visszavert hullámok interferenciája következtében akusztikus rezonancia léphet fel. Ebben az esetben a hullámhossz négyszerese a külső hallójárat hosszának. A hallójárat hossza emberben körülbelül 2,3 cm; ezért az akusztikus rezonancia olyan frekvencián lép fel

A középfül leglényegesebb része a dobhártya 3 és a hallócsontok: a malleus 4, az incus 5 és a kapocs 6 a megfelelő izmokkal, inakkal és szalagokkal. A csontok mechanikai rezgéseket továbbítanak a külső fül levegő környezetéből a belső fül folyékony környezetébe. A belső fül folyékony közegének jellemző impedanciája megközelítőleg megegyezik a víz jellemző impedanciájával. Mint látható (lásd 6.4. §), a hanghullám levegőből vízbe történő közvetlen átmenete során a beeső intenzitásnak csak 0,123%-a kerül átadásra. Ez túl kevés. Ezért a középfül fő célja az, hogy elősegítse a nagyobb hangintenzitás átvitelét a belső fülbe. Szaknyelven azt mondhatjuk, hogy a középfül megegyezik a belső fül levegőjének és folyadékának hullámellenállásával.

A csontcsontok rendszere (lásd 6.8. ábra) az egyik végén kalapáccsal kapcsolódik a dobhártyához (S 1 terület = 64 mm 2), a másikon - kengyellel - a belső fül ovális ablakához 7 (terület). S 2 = 3 mm 2).

Ezen a szinten a középfül növeli a külső hangnyomás átvitelét a belső fülbe.

A középfül másik funkciója a rezgések átvitelének gyengítése nagy intenzitású hang esetén. Ezt a középfülcsontok izomzatának reflexes ellazításával érik el.

A középfül a halló (Eustachianus) csövön keresztül kapcsolódik a légkörhöz.

A külső és a középfül a hangvezető rendszerhez tartozik. A hangvevő rendszer a belső fül.

A belső fül fő része a fülkagyló, amely a mechanikai rezgéseket elektromos jellé alakítja. A fülkagylón kívül a belső fül magában foglalja a vesztibuláris apparátust (lásd 4.3. pont), amelynek semmi köze a hallási funkcióhoz.

Az emberi fülkagyló körülbelül 35 mm hosszú csontos szerkezet, kúp alakú spirál alakú, 2 3/4 örvvel. Az alap átmérője kb. 9 mm, magassága kb. 5 mm.

ábrán. A 6.8. ábrán a fülkagyló (szaggatott vonallal határolva) vázlatosan kibontva látható a könnyebb áttekinthetőség érdekében. Három csatorna fut végig a fülkagylón. Az egyik, amely a 7 ovális ablakból indul ki, a scala vestibular 8. A másik csatorna a kerek ablakból 9 jön, ez a scala tympani 10. A vestibularis és a dobüreg a cochlea kupolájában kapcsolódik össze. egy kis lyukon keresztül - a helicotrema 11. Így mindkét csatorna valamilyen módon egyetlen rendszert képvisel, tele perilimfával. A 6 szalagok rezgései a 7 ovális ablak membránjára, onnan a perilimfára jutnak, és „kidudorodnak” a 9 kerek ablak membránján. A vestibularis és a dobhártya közötti teret 12 cochlearis csatornának nevezik, tele van endolimfával. A cochlearis csatorna és a scala tympani között a fő (basilaris) membrán 13 fut végig a fülkagylón. Ez tartalmazza a Corti szervét, amely receptor (szőr) sejteket tartalmaz, és a hallóideg a cochleából származik (ezek a részletek nem láthatók). a 6.8. ábrán).

A Corti szerve (spirálszerv) a mechanikai rezgések átalakítója elektromos jellé.

A főhártya hossza kb. 32 mm, az ovális ablaktól a csiga csúcsáig terjedő irányban tágul és vékonyodik (0,1-0,5 mm szélességről). A fő membrán a fizika szempontjából nagyon érdekes szerkezet, frekvenciaszelektív tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt Helmholtz vette észre, aki

a fő membránt a hangolt zongorahúrok sorozatához hasonló módon képviselte. A Nobel-díjas Bekesy megállapította ennek a rezonátorelméletnek a tévedését. Bekesy munkái kimutatták, hogy a fő membrán a mechanikai gerjesztés heterogén átviteli vonala. Akusztikus inger hatására hullám terjed a fő membránon. A frekvenciától függően ez a hullám eltérően csillapodik. Minél alacsonyabb a frekvencia, annál távolabb kerül az ovális ablaktól a hullám a fő membránon, mielőtt csillapodni kezd. Például egy 300 Hz frekvenciájú hullám körülbelül 25 mm-re terjed az ovális ablaktól a csillapítás megkezdése előtt, és egy 100 Hz frekvenciájú hullám eléri maximumát 30 mm közelében. Ezen megfigyelések alapján olyan elméleteket dolgoztak ki, amelyek szerint a hangmagasság érzékelését a fő membrán maximális rezgésének helyzete határozza meg. Így a belső fülben nyomon követhető egy bizonyos funkcionális lánc: az ovális ablak membránjának oszcillációja - a perilimfa oszcillációja - a fő membrán komplex oszcillációi - a fő membrán komplex oszcillációi - a szőrsejtek irritációja (a szerv receptorai). Corti) - elektromos jel generálása.

A süketség egyes formái a fülkagyló receptor apparátusának károsodásával járnak. Ebben az esetben a cochlea nem generál elektromos jeleket, ha mechanikai rezgéseknek van kitéve. Az ilyen siketeken úgy lehet segíteni, hogy elektródákat ültetnek be a fülkagylóba, és olyan elektromos jeleket adnak rájuk, amelyek megfelelnek a mechanikai inger hatására keletkező jeleknek.

A fő funkció, a cochlea ilyen protézisét (cochleáris protézis) számos országban fejlesztik. Oroszországban a cochleáris protéziseket az Orosz Orvostudományi Egyetemen fejlesztették ki és hajtották végre. A cochlearis protézis az ábrán látható. 6.12, itt 1 - fő test, 2 - fülkampó mikrofonnal, 3 - elektromos csatlakozódugó a beültethető elektródákhoz való csatlakoztatáshoz.

HANG TÜKRÖZÉS

HANG TÜKRÖZÉS

Olyan jelenség, amely akkor jelentkezik, amikor hang esik két rugalmas közeg határfelületére, és a határfelületről ugyanabba a közegbe terjedő hullámok képződéséből, hangszóródásból, ill. hangdiffrakció.
A beeső hullám határfelületeket hoz létre a közegek között, aminek következtében visszavert és megtört hullámok keletkeznek. Szerkezetüknek és intenzitásuknak olyannak kell lenniük, hogy a határfelület mindkét oldalán a részecskesebesség és a határfelületen ható rugalmas feszültségek egyenlőek legyenek. A szabad felületen a peremfeltételek, hogy az erre a felületre ható rugalmas feszültségek nullával egyenlőek.
A visszavert hullámok polarizációja megegyezik a beeső hulláméval, vagy eltérő polarizációjúak. Ez utóbbi esetben a reflexió vagy fénytörés során a módusok átalakulásáról, vagy konverziójáról beszélnek. Síkhullámok visszaverődése Különleges szerepet játszik a síkhullámok visszaverődése, mivel a síkhullámok visszaverődéskor és megtörve sík maradnak, és egy tetszőleges alakzat egy síkhullám-halmaz visszaverődésének tekinthető. A keletkező visszavert és megtört hullámok számát a közeg rugalmas tulajdonságainak jellege és az akusztikus hullámok száma határozza meg. bennük létező ágak. A peremfeltételek miatt a beeső, visszavert és megtört hullámok hullámvektorainak határfelületi síkjára való vetületei megegyeznek egymással (1. ábra).

Rizs. 1. Síkhanghullám visszaverődésének és törésének sémája sík határfelületen.

Ez magában foglalja a visszaverődés és a fénytörés törvényeit, i, reflektáltk rés megtört k t hullámok és normál NN" a határfelülethez ugyanabban a síkban (a beesési síkban) helyezkedjenek el; 2) a visszaverődés és a törés beesési szögei szinuszainak aránya a fázissebességekhez c i, és a megfelelő hullámok egyenlőek egymással:
(az indexek a visszavert és megtört hullámok polarizációját jelzik). Izotróp közegben, ahol a hullámvektorok irányai egybeesnek a hangsugarak irányaival, a visszaverődés és a fénytörés törvényei a Snell-törvény szokásos formáját öltik. Anizotróp közegben a visszaverődés törvényei csak a hullámnormál irányait határozzák meg; az, hogy a megtört vagy visszavert sugarak hogyan terjednek, az ezeknek a normálisoknak megfelelő sugárirányú sebességek irányától függ.
Megfelelően kis beesési szögek esetén minden visszavert és megtört hullám síkhullám, amely elviszi a határfelületről a beeső sugárzás energiáját. Ha azonban a k.-l. megtört hullám nagyobb sebességgel c i beeső hullám, majd beesési szögeknél nagy. n. kritikai szög =arcsin, a megfelelő megtört hullám hullámvektorának normálkomponense képzeletbelivé válik, 2. A határfelületen a kritikusnál nagyobb szögben beeső hullám azonban nem feltétlenül vezet teljes visszaverődéshez, mivel a beeső sugárzás eltérő polarizációjú hullámok formájában tud behatolni a 2. közegbe.
Kritikai a szög a visszavert hullámokra is fennáll, ha O.Z. mód átalakítás történik, és az átalakításból származó hullám nagyobb, mint a sebesség c i beeső hullám. Kritikusnál kisebb beesési szögekhez. szög esetén a beeső energia egy része polarizációval visszavert hullám formájában elszáll a határtól, az ilyen hullám inhomogénnek bizonyul, mélyen az 1-es közegbe csillapodik, és nem vesz részt az energiaátvitelben a felület. Például kritikus szög = arcsin( c t/c L) keresztirányú akusztikai visszaverődés esetén lép fel. hullámok T izotróp szilárd test határától és longitudinális hullámmá alakulását L (val t és C L - keresztirányú és longitudinális hanghullámok sebessége).
A visszavert és megtört hullámok amplitúdója a peremfeltételeknek megfelelően lineárisan fejeződik ki az amplitúdóval A i beeső hullám, ahogy ezek a mennyiségek az optikában a beeső elektromos mágneses tér amplitúdóján keresztül fejeződnek ki. hullámok segítségével Fresnel képletek. A síkhullám visszaverődését mennyiségileg amplitúdó-együtthatókkal jellemezzük. reflexiók, amelyek a visszavert hullámok amplitúdójának aránya a beeső hullám amplitúdójához: = Amplitúdó együtthatók. A reflexiók általános esetben összetettek: moduljaik határozzák meg az absz-relációkat. Az amplitúdóértékek és a fázisok a visszavert hullámok fáziseltolódásait határozzák meg. Az amplitúdó együtthatókat hasonló módon határozzuk meg. elhaladó A beeső sugárzási energia újraeloszlását a visszavert és megtört hullámok között együttható jellemzi. visszaverődés és áteresztés intenzitásában, amelyek a visszavert (megtört) és a beeső hullámok időátlagos energiaáram-sűrűségeinek normál és határfelületi összetevőinek arányai:

hol vannak a megfelelő hullámok hangintenzitásai és az érintkező közegek sűrűségei. Az interfészre szállított és onnan elvitt energia egyensúlya az energiaáramlások normál összetevőinek egyensúlyára csökken:

Coef. a visszaverődések mind az akusztikától függenek. .Szög jellege függőséget a kritikus jelenléte határozza meg szögek, valamint nulla visszaverődési szögek, amikor alájuk esik, nem képződik polarizációs visszavert hullám.

O. z. két folyadék határfelületén. Naib. egyszerű kép O. z. két folyadék határfelületén fordul elő. Ebben az esetben nincs hullámkonverzió, és a visszaverődés a tükörtörvény és az együttható szerint történik. a tükrözés egyenlő

hol és c 1.2 - a hang sűrűsége és sebessége a szomszédos médiában . És 2. Ha a beeső hullám hangsebessége nagyobb, mint a megtört hullám hangsebessége ( Val vel 1 c 2), akkor kritikus. nincs szög.

a hullám normál beesésével az érték interfészén R = - 1 csúszóeséssel Ha akusztikus. r 2 szerda 2-tól 2 a közeg nagyobb impedanciája 1 , majd a beesési szögben

együttható A reflexió eltűnik, és a minden esemény teljesen átmegy a közegbe 2.
Mikor 1-től<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(c 1 /c 2). Nál nél<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0 normál eséssel R= 1 beesési szög egyenlő a kritikus értékkel. Ebben az esetben nulla visszaverődés is előfordulhat, ha akusztikus a média impedanciái, az inverz egyenlőtlenség fennáll A nulla visszaverődés szögét továbbra is a (6) kifejezés határozza meg. A kritikusnál nagyobb beesési szögeknél teljes belső van visszaverődés: és a közeg mélyén beeső sugárzás 2 nem hatol át. A környezetben 2, a visszavert hullám tere azonban két tér interferenciája eredményeként jön létre: a tükröződően visszavert hullám és a közegben fellépő 1 inhomogén hullám. 2. A nem síkbeli (például gömb alakú) hullámok visszaverődésében egy ilyen újrakibocsátott hullám tulajdonképpen kísérletben figyelhető meg ún. oldalhullám (lásd hullámok, szakaszTükröződés és ).

O. z. a szilárd határtól. A visszaverődés természete bonyolultabbá válik, ha a reflektor szilárd test. Amikor Val vel folyadékban kisebb a hosszirányú sebesség Lés keresztirányú Val vel t hang szilárd testben, ha a folyadék szilárd testtel való határán visszaverődik, két kritikus feltétel adódik. szög: hosszanti =arcsin ( s/s L) és keresztirányú =arcsin ( s/s T ). Ugyanakkor, hiszen mindig L-vel > -vel T . Beesési szögeknél együttható. reflexió érvényes (2. ábra). A beeső sugárzás hosszanti és keresztirányú megtört hullámok formájában is áthatol a szilárd testen. Ha a hang normál előfordulása szilárd testben történik, csak az érték jelenik meg R A 0-t a hosszirányú akusztika aránya határozza meg. a folyadék és a szilárd anyag impedanciája hasonló az f-le (5)-hez (- folyadék és szilárd anyag sűrűsége).

Rizs. 2. A hangvisszaverési együttható modulusának függősége | R | (folytonos vonal) és fázisai (szaggatott-szaggatott vonal) a folyadék és a szilárd test határán a beesési szögből .

Együtthatóval a beeső sugárzás egy része pedig megtört keresztirányú hullám formájában mélyen behatol a szilárd testbe. Ezért azért<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Egy nem egyenletes longitudinális hullám részvétele a visszavert sugárzás kialakulásában, mint két folyadék határán, fáziseltolódást okoz a visszavert hullámban. Amikor teljes a belső tükröződés: 1. A határ közelében lévő szilárd testben csak inhomogén hullámok képződnek, amelyek exponenciálisan bomlanak le a testbe. A visszavert hullám fáziseltolódása szögeknél főként a szivárgó folyadék gerjesztésével függ össze a határfelületen Rayleigh hullámai. Egy ilyen hullám a szilárd test és a folyadék határán keletkezik olyan beesési szögekben, amelyek közel vannak a Rayleigh-szöghöz = arcsin ( s/s R), Ahol C R - Rayleigh hullámsebesség szilárd test felületén. A felület mentén terjedve a szivárgó hullám teljesen újra kibocsátódik ben.
Ha Val velVal vel T . teljes belső A folyadék és a szilárd anyag határán nincs visszaverődés: a beeső sugárzás bármely beesési szögben behatol, legalábbis keresztirányú hullám formájában. Teljes visszaverődés akkor következik be, amikor a hanghullám egy kritikus pont alá esik. szög vagy csúszó esés. Amikor c>c L együttható. szilárd testben terjedő valódi, O. Z. tükörképe. Amikor a hang izotróp szilárd anyagban terjed, a max. Az egyszerű karakter a nyíróhullámok visszaverődése, a rezgések iránya párhuzamos a határfelület síkjával. Az ilyen hullámok visszaverődése vagy fénytörése során nem történik móduszváltás. Amikor egy szabad határfelületre vagy folyadékkal érintkezik, az ilyen hullám teljesen visszaverődik ( R= 1) a tükörvisszaverődés törvénye szerint. Két izotróp szilárd anyag határfelületén, a közegben tükröződő hullámmal együtt 2 polarizációjú megtört hullám Ha a test szabad felületére hullik a beesési síkban polarizált keresztirányú hullám, akkor a határon egy azonos polarizációjú visszavert hullám és egy longitudinális hullám is megjelenik. ,kisebb kritikus szög = = arcsin ( c T /c L), együttható tükröződések R T és R L - tisztán valós: a visszavert hullámok pontosan a beeső hullámmal azonos fázisban (vagy fázison kívül) hagyják el a határt. A határon csak a tükörképesen visszavert keresztirányú hullám távozik; A szabad felület közelében inhomogén longitudinális hullám képződik.
Coef. a visszaverődés bonyolulttá válik Ha a szilárd test határa folyadékkal érintkezik, akkor hullámok (hosszirányú vagy keresztirányú) visszaverődésekor 2. A beesési síkban is fekszik.

RÓL RŐL . h. az anizotróp közeg határfelületén. O. z. a kristályos határfelületen. a környezet összetett. a visszavert és megtört hullámok pedig ebben az esetben maguk a visszaverődési és törési szögek függvényei (lásd. kristály akusztika); Ezért még a szögek adott beesési szögből történő meghatározása is komoly matematikai problémákkal szembesül. nehézségek. Ha a hullámvektorok felületeinek beesési sík szerinti keresztmetszete ismert, akkor a grafikát használjuk. hullámvektorok szögeinek és végeinek meghatározására szolgáló módszer k rés k t merőlegesen fekszik NN", a határfelületre a k hullámvektor végén keresztül húzva én beeső hullám, azokon a pontokon, ahol ez a merőleges metszi a dif. hullámvektor-felületek üregei (3. ábra). A határfelületről a megfelelő közeg mélyére ténylegesen terjedő visszavert (vagy megtört) hullámok számát az határozza meg, hogy a merőleges hány üreget metszik NN". Ha a kereszteződés egy k.-l. üreg hiányzik, ez azt jelenti, hogy a megfelelő polarizáció hulláma inhomogénnek bizonyul, és nem ad át energiát a határról. Merőleges NN" többször áthaladhat ugyanazon az üregen. pontok (pontok a 1 és a 2ábrán. 3). A hullámvektor lehetséges pozícióiból k r (vagy k t) az egyetlen ténylegesen megfigyelt hullám megfelel azoknak, amelyekre a sugárirányú sebességvektor

Rizs. 3. Grafikus módszer a visszaverődési és törési szögek meghatározására a kristályos közegek határfelületén 1 És 2.L, FTÉs UTCA- hullámvektorok felületei kvázi longitudinálisakhoz A visszavert (megtört) hullámok általában különböző típusokhoz tartoznak. akusztikus ágak ingadozások. A kristályokban azonban azt jelenti. anizotrópia, amikor a hullámvektorok felülete homorú metszetekkel rendelkezik (4. ábra), akkor a reflexió lehetséges két visszavert vagy megtört hullám képződésével, amelyek ugyanahhoz az oszcillációs ághoz tartoznak.
Kísérletileg véges hanghullámnyalábokat figyelünk meg, amelyek terjedési irányait sugárirányú sebességek határozzák meg. NN" az interfészhez. Különösen a visszavert beesési síkban lehet a normál ugyanazon az oldalán N, ugyanaz, mint a beeső sugár. Ennek a lehetőségnek a korlátozó esete a visszavert sugár szuperpozíciója a beeső sugárra az utóbbi ferde beesése mellett.

Rizs. 4. A kristály szabad felületére beeső akusztikus hullám visszaverődése két azonos polarizációjú visszavert hullám képződésével: A- visszavert hullámok hullámvektorainak meghatározása (val g- radiális sebességvektorok); b- véges keresztmetszetű hangnyalábok visszaverődésének diagramja.

A csillapítás hatása az O. z. természetére..Coef. a visszaverődések és áteresztések nem függnek a hangfrekvenciától, ha a hang csillapítása mindkét határközegben elhanyagolható. Az észrevehető csillapítás nemcsak az együttható frekvenciafüggéséhez vezet. tükröződések R, de torzítja a beesési szögtől való függését is, különösen a kritikus pont közelében. sarkok (5. ábra, A). A folyékony és szilárd anyag határfelületéről visszaverődő csillapítási hatások jelentősen megváltoztatják a szögfüggést R a Rayleigh-szöghöz közeli beesési szögeknél (ábra). 5 B). Az ilyen beesési szögeknél elhanyagolható csillapítású közegek határán | R|= 1 (görbe 1 ábrán. 5, b). A csillapítás jelenléte ahhoz a tényhez vezet, hogy | R|1-nél kisebb lesz, és a közelben minimum jön létre | R|(görbék 2 - 4). Ahogy a frekvencia növekszik, és a megfelelő növekedés együttható. csillapítás, a minimum mélysége nő, f 0, ún. nulla visszaverődési frekvencia, min. jelentése | R|nem fog eltűnni (görbe 3, 5. ábra, b). A gyakoriság további növekedése a minimum (görbe) kiszélesedéséhez vezet 4 ) a csillapító hatások O.Z. szinte bármilyen beesési szög esetén (görbe 5). A visszavert hullám amplitúdójának csökkenése a beeső hullám amplitúdójához képest nem jelenti azt, hogy a beeső sugárzás áthatol a szilárd testen. A kilépő Rayleigh-hullám abszorpciójához kapcsolódik, amelyet a beeső sugárzás gerjeszt, és részt vesz a visszavert hullám kialakulásában. Amikor a hangfrekvencia f frekvenciával egyenlő f 0, a beeső hullám összes energiája a határfelületen disszipálódik.

Rizs. 5. Szögfüggés | R|a víz-acél határon, figyelembe véve a csillapítást: A- a szögfüggés általános jellege | R|; folytonos vonal - veszteségek figyelembevétele nélkül, szaggatott vonal - ugyanez a csillapítás figyelembevételével; b- szögfüggés | R a Rayleigh-szög közelében, a keresztirányú hullámok abszorpciójának különböző értékeinél az acélban egy hullámhosszon. Görbék 1 - 5 a paraméter növekedésének felel meg 3 x 10 -4 értékről (görbe 1 ) = 1 értékre (5. görbe) a beeső ultrahang sugárzás frekvenciájának megfelelő növekedése miatt.

O. z. rétegekből és lemezekből.RÓL RŐL. h. rétegből vagy lemezből rezonáns jellegű. A visszavert és átvitt hullámok a hullámok többszöri visszaverődése következtében jönnek létre a réteg határain. Folyékony réteg esetén a beeső hullám a Snell-törvény alapján meghatározott törésszöggel hatol át a rétegen. A visszaverődések következtében magában a rétegben longitudinális hullámok keletkeznek, amelyek előre és hátra irányban a réteg határaihoz húzott normálhoz képest szöget bezárva terjednek (6. ábra, A). A szög a réteghatáron beesési szögnek megfelelő törésszög. Ha a hangsebesség a rétegben Val vel 2 további hangsebesség Val vel 1 a környező folyadékban, akkor a visszavert hullámrendszer csak akkor jön létre, ha a teljes belső szöge kisebb, mint. reflexiók = arcsin(c 1 /c 2). Megfelelően vékony rétegeknél azonban a kritikusnál nagyobb beesési szögeknél is kialakul egy átvitt hullám. Ebben az esetben az együttható a rétegről való visszaverődés abs-nak bizonyul. érték kisebb, mint 1. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy amikor a határ közelében lévő rétegben, amelyre egy hullám kívülről esik, egy nem egyenletes hullám keletkezik, amely exponenciálisan csökken a réteg mélységébe. Ha a rétegvastagság d kisebb, vagy összemérhető az inhomogén hullám behatolási mélységével, akkor az utóbbi megzavarja a réteg ellentétes határát, aminek következtében az átvitt hullám a környező folyadékba bocsátódik ki belőle. Ez a hullámperkolációs jelenség analóg a kvantummechanikában alkalmazott részecskeperkolációval.
Coef. rétegreflexiók

ahol a hullámvektor normál komponense a rétegben, a tengely z- a réteghatárokra merőlegesen, R 1 és R 2 - együttható O. z. időszakosságot jelent hangfrekvencia funkció fés rétegvastagság d. Ha hullám áthatol a rétegen, | R | növekedésével f vagy d monoton hajlamos az 1-re.

Rizs. 6. Hanghullám visszaverődése folyadékrétegről: A - visszaverő áramkör; 1 - környező folyadék; 2- réteg; b - a reflexiós együttható modulusának függősége | R| beesési szög.

Mennyit számít a beesési szög függvénye? R | maximumok és minimumok rendszere van (6. ábra, b). Ha a réteg mindkét oldalán ugyanaz a folyadék van, akkor a minimális pontokon R= 0. Nulla visszaverődés akkor következik be, ha a fáziseltolódás a rétegvastagságban egyenlő a félciklusok egész számával

és a két egymást követő visszaverődés után a felső közegbe kilépő hullámok ellenfázisúak lesznek és kioltják egymást. Éppen ellenkezőleg, az összes visszavert hullám azonos fázissal lép be az alsó közegbe, és az átvitt hullám amplitúdója maximálisnak bizonyul. átvitel akkor történik, ha egész számú félhullám illeszkedik a rétegvastagságra: d = Ahol . =1,2,3,..., - hanghullámhossz a réteg anyagában; Ezért azokat a rétegeket hívjuk meg, amelyekre a (8) feltétel teljesül. félhullám A (8) kapcsolat egybeesik a normál hullám létezésének feltételével egy szabad folyadékrétegben. Emiatt a rétegeken keresztüli teljes átvitel akkor következik be, amikor a beeső sugárzás egy vagy másik normál hullámot gerjeszt a rétegben. A rétegnek a környező folyadékkal való érintkezése miatt a normálhullám szivárog: terjedése során a beeső sugárzás energiáját teljesen visszasugározza az alsó közegbe.
Ha a folyadékok a réteg ellentétes oldalán eltérőek, a félhullámú réteg jelenléte nincs hatással a beeső hullámra: együttható. a rétegről való visszaverődés egyenlő az együtthatóval. ezeknek a folyadékoknak a határairól való visszaverődések közvetlenül rajtuk keresztül. kapcsolatba lépni. A félhullámrétegek mellett az akusztikában, akárcsak az optikában, az ún. a vastag negyedhullámú rétegek kielégítik a feltételt ( n= 1,2,...).Az akusztika ennek megfelelő kiválasztása. a réteg impedanciája, akkor nulla visszaverődést kaphat egy adott frekvenciájú hullám rétegéről f a rétegre való beesésének bizonyos szögében. Az ilyen rétegeket tükröződésgátló akusztikus rétegként használják.
Folyadékba merített végtelen szilárd lemezről történő hanghullám visszaverődése esetén a visszaverődés fent leírt jellege a folyékony rétegnél általánosságban megmarad. A lemezben történő visszaverődés során a hosszanti visszaverődések mellett nyíróhullámok is gerjesztődnek. A szögek és szögek, amelyek alatt a hosszanti és keresztirányú hullámok rendre terjednek a lemezben, a Snell-törvény szerint a beesési szöghez kapcsolódnak. Szög és frekvenciafüggés| R| mint a folyékony rétegről való visszaverődés esetén, váltakozó maximumok és minimumok rendszerét fogja képviselni. A lemezen keresztüli teljes átvitel akkor következik be, amikor a beeső sugárzás a normál hullámok egyikét gerjeszti, amelyek szivárgó hullámok. Bárány hullámok. Rezonáns karaktere O. z. egy rétegről vagy lemezről törlődik, ahogy az akusztikája közötti különbség csökken. tulajdonságait a környezet tulajdonságaitól. Az akusztika növekedése és | R(fd)|.

Nem síkhullámok visszaverődése. A valóságban csak nem síkhullámok léteznek; visszaverődésük egy síkhullám-halmaz visszaverődésére redukálható. Egyszínű egy tetszőleges alakú hullámfront ábrázolható síkhullámok halmazaként azonos körfrekvenciájú, de különböző a k hullámvektor irányai. Alapvető a beeső sugárzás jellemzője annak térbeli - amplitúdókészlete A(k) síkhullámok, amelyek együtt egy beeső hullámot alkotnak. Abs. k értékét a frekvencia határozza meg, tehát nem függetlenek. Amikor egy síkról visszaverődik z= 0 normál komponens k zérintőleges komponensek határozzák meg k x , k y: k z=Minden egyes hullám, amely a beeső sugárzás részét képezi, saját szögében esik a határfelületre, és a többi hullámtól függetlenül visszaverődik. Mező F( r) a visszavert hullám összes visszavert síkhullámának szuperpozíciójaként jön létre, és a beeső sugárzás térspektrumán keresztül fejeződik ki. A(k x , k y)icoeff. tükröződések R(k x , k y):

Az integráció egy tetszőlegesen nagy értékű régióra terjed ki k xÉs k y . Ha a beeső sugárzás térspektruma (mint egy gömbhullám visszaverésekor) olyan komponenseket tartalmaz k x(vagy k y), nagy, akkor a valós hullámok mellett visszavert hullám képződésében k z Inhomogén hullámok is részt vesznek, amihez k, - tiszta érték. Ez a megközelítés, amelyet 1919-ben G. Weyl (N. Weyl) javasolt, és amely a Fourier-optika koncepcióiban kapott továbbfejlesztést, a következőket adja. tetszőleges alakú hullám sík felületről való visszaverődésének leírása.
Ha figyelembe vesszük O. z. Az elveken alapuló sugárzásos megközelítés is lehetséges geometriai akusztika. Az incidens sugárzást a felülettel kölcsönhatásba lépő sugarak halmazának tekintjük. Ez figyelembe veszi, hogy a beeső sugarak nemcsak a szokásos módon, Snell törvényeinek megfelelően visszaverődnek és megtörnek, hanem azt is, hogy a felületre bizonyos szögekben beeső sugarak egy része gerjeszt. n. oldalhullámok, valamint szivárgó (Rayleigh stb.) vagy szivárgó hullámvezető (Lamb hullámok stb.). A határfelület mentén terjedve az ilyen hullámok ismét a közegbe bocsátódnak ki, és részt vesznek a visszavert hullám kialakulásában. Gyakorlásra alap. a visszaverődés gömb alakú. az akusztikus hullámok által kollimált hullámok. véges metszetű nyalábok és fókuszált hangnyalábok.

A gömbhullámok visszaverődése. A reflexiós mintázat gömb alakú. pontforrás által az I. folyadékban létrehozott hullám RÓL RŐL, a hangsebességek kapcsolatától függ Val vel 1 és 2-től igérintkezik az I. és II. folyadékkal (7. ábra). Ha c t > c 2, akkor kritikus. Nincs szög, és a visszaverődés a geometriai törvények szerint történik. akusztika. Az I. közegben egy visszavert gömb alakú részecske jelenik meg. O", amely a forrás képzeletbeli képét képezi, és a visszavert hullám egy gömb része, amelynek középpontja a ponton van RÓL RŐL".

Rizs. 7. Egy gömbhullám visszaverődése két folyadék határfelületén: RÓL RŐLÉs RÓL RŐL" - tényleges képzeletbeli források; 1 - egy visszavert gömbhullám eleje; 2 - megtört hullámfront; 3 - oldalhullámfront.

Amikor c 2 l van egy kritikus szög I. közegben a visszavert gömbön kívül. hullám, a visszavert sugárzás másik összetevője keletkezik. A kritikus alatti interfészen beeső sugarak szöggerjesztő hullám II a közegben, az élek sebességgel terjednek Val vel 2. ábra az interfész felülete mentén, és visszasugározódik az I. közegbe, kialakítva az ún. Ó, együtt OA majd bomlás közben ismét átkerül az I. környezetbe. pontból az interfész pontjait . pontok VAL VEL, amelyben ebben a pillanatban a megtört hullám eleje található. ÉK, a határhoz szögben dőlve és egy pontig terjed BAN BEN, ahol találkozik a tükörtükrös gömb alakú elejével. hullámok. A térben az oldalhullám eleje egy csonka kúp felülete, amely akkor jelenik meg, amikor egy szakasz elfordul. NE körben egyenesen OO". Ha visszaverődik, gömb alakú. a folyadékban a szilárd test felszínéről származó hullámok hasonlóak a kúposhoz. a hullám egy szivárgó Rayleigh-hullám gerjesztése következtében jön létre a határfelületen. Reflexió gömb alakú hullámok - az egyik fő kísérlet. geoakusztikai, szeizmológiai, hidroakusztikai és óceáni akusztikai módszerek.

Véges metszetű akusztikus nyalábok visszaverődése. Kollimált hangnyalábok visszaverődése, melynek hullámfrontja főleg a nyaláb egy része közel van a laposhoz, a legtöbb beesési szögnél úgy jelentkezik, mintha egy síkhullám visszaverődne. Amikor a sugár visszaverődik, vagy a Rayleigh-szögbe, a tükörvisszaverődéssel együtt hatás lép fel. oldalirányú vagy szivárgó Roleigh-hullám. A visszavert nyaláb tere ebben az esetben a tükröződően visszavert nyaláb és az újra kibocsátott hullámok szuperpozíciója. A nyaláb szélességétől, a szomszédos közegek rugalmassági és viszkózus tulajdonságaitól függően vagy a nyaláb oldalirányú (párhuzamos) eltolódása a határfelület síkjában (ún. Schoch-eltolódás) következik be (8. ábra), vagy jelentős kiszélesedés. a gerenda megjelenése és egy vékony

Rizs. 8. A sugár oldalirányú elmozdulása a visszaverődésben: 1 - leeső gerenda; 2 - tükröződően visszavert sugár; 3- tényleges visszavert sugár.

szerkezetek. Ha a sugár Rayleigh-szögben esik be, a torzítások természetét a nyalábszélesség aránya határozza meg. . iradikus. a szivárgó Rayleigh-hullám csillapítása

hol a hanghullám hossza a folyadékban, A - egységhez közeli numerikus tényező. Ha a sugár szélessége lényegesen nagyobb a sugárzás hosszánál. Csillapítás csak akkor következik be, ha a nyaláb a határfelület mentén eltolódik egy mértékkel. Keskeny nyaláb esetén a szivárgó felületi hullám újraemissziója miatt a nyaláb jelentősen kiszélesedik és megszűnik szimmetrikus lenni (9. ábra). A tükröződően visszavert nyaláb által elfoglalt területen belül az interferencia hatására nulla minimális amplitúdó jelenik meg, és a nyaláb két részre szakad. A kollimirek nem tükörképe.

Rizs. 9. G folyadékból a T szilárd test felületére Rayleigh-szögben lehulló véges keresztmetszetű hangsugár visszaverődése: 1 - beeső sugár; 2 - visszavert sugár; A - nulla amplitúdójú régió; b- a gerenda farok területe.

Ez utóbbi esetben a visszaverődés nem tükröződő jellege a rétegben vagy lemezben szivárgó hullámvezető módusok gerjesztésének köszönhető. Az oldalsó és a szivárgó hullámok jelentős szerepet játszanak a fókuszált ultrahangsugarak visszaverődésében. Különösen ezeket a hullámokat használják mikroszkópiakusztikus akusztikus kialakítására képek és tartási mennyiségek, Megvilágított.: 1) Brekhovskikh L.M., Waves in layered media, 2. kiadás, M., 1973; 2) Landau L.D., Lifshits E.M., Hydrodynamics, 4. kiadás, M., 1988; 3) Brekhovskikh L.M., Godin O.A., A réteges média akusztikája, V. M. Levin.

Fizikai enciklopédia. 5 kötetben. - M.: Szovjet Enciklopédia. A. M. Prokhorov főszerkesztő. 1988 .

UMC szerint stb.

2. fejezet: Hangjelenségek

Tantárgy:

Az óra típusa: kombinált

Az óra célja: Hangjellemzők és hangvisszaverődési jelenség vizsgálata

Az óra célja (diákok): a hangjellemzőkkel és a hangvisszaverődéssel kapcsolatos ismeretek elsajátítása

Az óra céljai: - ismereteket formálni a hang fizikai (amplitúdó, frekvencia) és élettani (magasság, hangerő, hangszín) jellemzőiről;

Személyes, szabályozó, kommunikatív univerzális tanulási tevékenységek kialakítása;

Kognitív érdeklődés, kíváncsiság, pozitív tanulási motiváció fejlesztése.

Óra elérhetőségi térkép

A meta-tantárgy tervezett eredményei:

Információk bemutatása verbális és grafikus formában.

Mondjon példákat különböző hangokra! Minden esetben jelölje meg a hangforrást.

Hogyan jön létre a hanghullám?

Mit tudsz a hanghullámok sebességéről a különböző médiában?

Miért nagyobb a hangsebesség vízben, mint levegőben?

Kognitív tevékenység: a hangjelenségekkel, a hangforrásokkal, a hang terjedésével és sebességével kapcsolatos ismeretek rendszerezése és általánosítása

Szabályozó tevékenység: önmaga és osztálytársai kontrollja az alapismeretek reprodukálása és javítása során

3. Az ismeretek frissítése

Tanár. Az ember a hangok világában él. Halljuk az emberek hangját, a madarak énekét, a hangszerek hangját, az erdő zaját, a munkagépek hangját. Mi a közös ezekben a hangokban, és miben különböznek egymástól?

Diák. A közös az, hogy minden hangot vibráló testek (emberi hangszálak, madarak, hangszerhúrok, faágak stb.) adnak ki, és ezek a hangok például hangerőben eltérhetnek.

Tanár. Szerinted mi határozza meg a hangerőt? Hogyan határozzák meg? Szeretné tudni a választ erre a kérdésre? Nagyon jó. A minket érdeklő kérdésre a hangjellemzők tanulmányozásával válaszolunk. Írja le a lecke témáját: „Hangerő és hangmagasság. A hang visszaverődése." Ma megismerkedünk a hang fizikai és fiziológiai jellemzőivel, megtanuljuk megkülönböztetni az alacsony hangokat a magastól, a hangosakat a csendesektől, megtanuljuk, mi a hangszín, és tanulmányozzuk a hanghullámok visszaverődésének törvényét is.

4. szakasz. Új oktatási anyagok elsajátítása

4.1. Problémahelyzet kialakítása, megoldása kísérletezéssel. A szubjektív tapasztalat aktualizálása

Tanár. Nézzük meg, mi határozza meg a hangerőt? Végezzük el a következő kísérletet.

Demonstráció. Üssük kalapáccsal a hangvilla szárát. Vigyünk egy gyöngyöt egy szálon egy hangzó hangvillára. Mit figyelünk és miért?

Diák. A gyöngy lepattan a hangvilláról, mert a hangvilla hangot ad, ezért a hangvilla szára rezeg.

Tanár. Szerinted a hangvillából a gyöngy eltávolítása megváltozik, ha erősebben ütök?

Diák. Szerintem minél erősebben ütjük a hangvillát, annál jobban (többen) elhajlik a gyöngy.

Tanár. Ellenőrizzük a feltételezésünket. (Demonstráció) Miben különböznek a hangvillák által kiadott hangok?

Diák. A hangvillák különböző hangokat adnak ki. Minél erősebben ütjük meg a hangvillát, annál nagyobb amplitúdóval fog rezegni a hangvillaláb, tehát annál hangosabb lesz a hang.

Tanár. A hangerő rezgési amplitúdótól való függése egyértelműen kimutatható egy tollas hangvillával (137. ábra szerint)

Grafikusan ez a függőség a következőképpen ábrázolható:

Tanár. A hangerő a hang első élettani jellemzője, amelyet a hangforrás rezgésének amplitúdója határoz meg. Térjünk át kísérletünk 2. részére. A bemutató asztalon két hangvilla található. Mi a külső különbségük?

Diák: Különböző méretűek, különböző tömegűek.

Tanár. Demonstráció. Azt javaslom, hogy demonstrálják ezeknek a hangvilláknak a hangját, és kommentálják az eredményt.

Diák. Ezek a hangvillák különböző hangokat adnak ki. Az egyik alacsony, a másik magas. Szerintem ennek köze van a tömegükhöz. Ugyanolyan ütőerő mellett a hangvilla lábai különböző frekvencián rezegnek.

Tanár. Ennek a feltevésnek a teszteléséhez vegyük fel a hangvillák rezgését egy füstölt tányérra. Az első hangvilla alacsonyabb frekvenciájú és halk hangot ad ki, a második hangvilla magasabb hangot produkál, ezért minél magasabb a rezgési frekvencia, annál magasabb a hang.

Grafikusan ez a következőképpen ábrázolható:

Tehát a hang magassága a második élettani jellemző, amelyet a rezgések gyakorisága határoz meg.

Soha nem fogjuk összetéveszteni a trombita hangját a zongora hangjával. Anyánk hangját több ezer hangból ismerjük fel. A hang hangszíne segít megkülönböztetni az egyik hangot a másiktól.

Hangszín- egy összetett hanghullám egyedi jellemzője, ez annak a ténynek köszönhető, hogy a hang számos, különböző frekvenciájú egyszerű hangból áll, vagyis van egy bizonyos „színe”, ezt a hangminőséget hangszínnek nevezik. Ez a hang másik fiziológiai jellemzője.

Most próbálja meg megnevezni, milyen hangszerek szólnak? (Rögzített számítógépen)

(A tanulók válaszai)

Tanár.Hangerő, hangmagasság és hangszín a hang fiziológiai jellemzőinek nevezzük, mert az észlelésünkhöz kapcsolódnak. A hang élettani jellemzői összefüggenek a fizikaiakkal, amelyek lehetővé teszik a hangos és a halk hangok, a magas és a mély, a különböző forrásokból származó hangok megkülönböztetését. Melyek a hang fizikai jellemzői?

Diák. A hang fizikai jellemzői - amplitúdó és frekvencia.

Tanár. Most ismerkedjünk meg a hanghullámok egyik fő tulajdonságával. A hanghullám, mint bármely más, visszaverődhet és megtörhet. Hullám tükröződés az akadályoktól az egyik nagyon gyakori jelenség. Ez a visszaverődés törvénye egy általános hullámtörvény, azaz minden hullámra érvényes, beleértve a hangot és a fényt is. Kísérletileg megfigyeljük a hullámok visszaverődését a képernyőről (kísérlet a 141. ábra szerint).

Tanár. Végezzük el a kísérlet grafikus értelmezését a táblán, és vonjunk le következtetést a beesési szög és a visszaverődés kapcsolatáról

Diák. A visszaverődés szöge megegyezik a beesési szöggel.

Tanár. Amikor a hanghullámok terjednek, egy visszhangnak nevezett jelenség figyelhető meg. Ezt az akadályról való hullámvisszaverődés tulajdonsága magyarázza.

Erdőben, hegyekben, bent néha hallani lehet valamilyen akadály (erdő, hegy, fal) hangvisszaverődését. Ha hanghullámok érnek el bennünket, egymás után számos akadályról visszaverődnek, akkor kiderül többszörös visszhang. A mennydörgésnek ugyanaz az eredete! Ez egy hatalmas elektromos villámszikra nagyon erős „repedésének” ismétlődése.

Az echolokáció a hangvisszaverődés tulajdonságán alapul

Egyes állatok echolokációt használnak a távolságok meghatározására. Például a delfinek az echolokáció segítségével pontosan meghatározzák az alsó domborzatot és társaik vagy zsákmányuk helyét. A denevér által kibocsátott infrahang visszaverődik a potenciális zsákmányról, és felveszi az egér. A hangjel repülési ideje alapján az egér nagyon pontosan meghatározza a tárgy távolságát.

A visszhangszondák - a tenger mélységének meghatározására szolgáló speciális eszközök - szintén alkalmazzák a hangvisszaverődés jelenségét. A tenger mélysége néha meghaladja a 10 km-t, és ilyen mélységet nem lehet közönséges tétellel (kötélre kötött súllyal) megmérni. A visszhangjelző erős és rövid sípolást ad ki, majd felveszi a tengerfenékről visszaverődő visszhangot.

https://pandia.ru/text/80/015/images/image010_21.jpg" width="252" height="189">

4.2. A tanulók önálló munkája.

A téma fejlesztésének és az új ismeretek elsajátításának folytatásaként a hallgatókat felkérik, hogy önállóan tanulmányozzák az asztalukon lévő anyagot.

Tanár. Tanulmányozzon kiegészítő anyagokat, nézze meg a képeket, válaszoljon a kérdésekre és végezzen szakértői értékelést

1) Mik a halláskárosodás okai?

2) Mely szabványok határozzák meg a hangerőt a SANPIN szerint?

3) Nézd meg a képet. Hány decibellel haladja meg a diszkó hangereje ezeket a szabványokat?

Az emberi fül által érzékelt hangok az egyik legfontosabb információforrás a minket körülvevő világról. A fül az egyik legbonyolultabb és legkényesebb szerv, amely a nagyon gyenge és nagyon erős hangokat egyaránt érzékeli. A hallószerv éjszaka is mindig „ébren van”, állandóan ki van téve külső ingereknek, mivel nincsenek olyan védőeszközei, mint például a szemhéjak, amelyek védik a szemet a fénytől. Ezért az emberi fület nem csak a mechanikai sérülésektől, hanem a hangos hangoktól is védeni kell!

A modern zajos kényelmetlenség fájdalmas reakciókat vált ki az élő szervezetekben. A repülő sugárhajtású repülőgép zaja például nyomasztóan hat a méhre, elveszíti navigációs képességét. Ugyanez a zaj megöli a méhlárvákat, és feltöri a nyíltan fekvő madártojásokat a fészkekben. Erős hangoknak kitéve a tehenek kevesebb tejet adnak, a csirkék ritkábban tojnak, a madarak intenzívebben kezdenek vedleni, késik a magok csírázása, és még a növényi sejtek is elpusztulnak. Nem véletlen, hogy például a városban a fák még a „kollégiumi” területeken is korábban pusztulnak el, mint természetes körülmények között.

A modern nagyvárosokban a zaj többszörösére nőtt. Ha a múlt század 60-as és 70-es éveiben a hangerőszint az utcákon nem haladta meg a 80 dB-t, most már eléri a 100 dB-t vagy még többet. Sok forgalmas autópályán még éjszaka sem csökken a zaj 70 dB alá, míg az egészségügyi szabványok szerint nem haladhatja meg a 40 dB-t.

Oroszország nagyvárosaiban (Szentpétervár, Nyizsnyij Novgorod, Krasznojarszk, Jekatyerinburg, Magnyitogorszk stb.) nagy forgalmú autópályákon (legfeljebb 6-8 ezer legénységi jármű óránként) a zajszint átlagosan 73-83 dB , és a maximum – akár 90 dB vagy több.

5. szakasz. A tanult anyag megértésének kezdeti ellenőrzése

Cél: megállapítani a tanult anyag helyességét, tudatosságát, feltárni a hiányosságokat, kijavítani a hiányosságokat az anyag megértésében

A megvalósítás módszerei és technikái: a tanulók elkészítik kérdéseiket, példáikat visszhangok, változó hangerő- és magasságú hangok megfigyelésére a természetben, minőségi feladatok megoldására a reflexió törvényére.

6. Az oktatási anyagok konszolidációjának szakasza

Cél: a konszolidáció során biztosítsa a tanult anyag megértésének szintjének és a megértés mélységének növekedését.

A megszerzett ismeretek megszilárdítására, elmélyítésére Munkafüzetet használnak: 000, 259, a feladatok lehetővé teszik az elméleti ismeretek gyakorlati alkalmazását,

7. szakasz. Házi feladat.

Alkotói szintű feladatokat kínálunk azoknak, akik az önálló alkotómunkát lehetségesnek tartják.

8. szakasz. A lecke összegzése és elmélkedés

Cél: minőségi értékelést ad az osztály és az egyes tanulók munkájáról; indítsa el a tanulókat a tevékenységük motivációjáról, valamint a tanárral és az osztálytársakkal való interakciójáról

Tanár. Tehát foglaljuk össze leckénket. Ma már tudjuk, hogy mi a hang magassága, hangereje és hangszíne, és milyen fizikai mennyiségekkel jellemzik, hogy a hang visszaverődése egy bizonyos mintának engedelmeskedik, és egy olyan jelenség megfigyeléséhez vezethet, mint a visszhang. ismeri a hangvisszaverődés figyelembevételét és alkalmazását a technikában.

A hang a hangzó testből egyenletesen terjed minden irányba, ha nincs akadály az útjában. De nem minden akadály korlátozhatja terjedését. Egy kis kartonlappal nem tudod megvédeni magad a hangoktól, ahogy a fénysugártól sem. A hanghullámok, mint minden hullám, képesek meghajolni az akadályok körül, és „nem veszik észre” azokat, ha méreteik kisebbek a hullámhossznál. A levegőben hallható hanghullámok hossza 15 m-től 0,015 m-ig terjed. Ha az útjukba kerülő akadályok kisebbek (például fatörzsek egy világos erdőben), akkor a hullámok egyszerűen meghajlanak. Egy nagy akadály (ház fala, szikla) ​​ugyanazon törvény szerint veri vissza a hanghullámokat, mint a fényhullámok: a beesési szög megegyezik a visszaverődés szögével. A visszhang a hang visszaverődése az akadályokról.

A hang egyedülálló módon mozog egyik közegből a másikba. Ez a jelenség meglehetősen összetett, de engedelmeskedik egy általános szabálynak: a hang nem jut át ​​egyik közegből a másikba, ha sűrűségük élesen különbözik, például a víztől a levegőig. Ezeknek a környezeteknek a határait elérve szinte teljesen tükröződik. Energiájának nagyon kis részét egy másik közeg felületi rétegeinek rezgésére fordítják. Miután bemerítette a fejét a folyó felszíne alá, továbbra is hangos hangokat fog hallani, de 1 m mélységben már nem fog hallani semmit. A halak nem hallják a tenger felszíne felett hallható hangot, de a vízkútban vibráló test hangját hallják.

A hang a vékony falakon keresztül hallatszik, mert vibrációt okoz, és úgy tűnik, hogy egy másik szobában reprodukálják a hangot. A jó hangszigetelő anyagok - gyapjú, gyapjas szőnyegek, habbetonból vagy porózus száraz vakolatból készült falak - pontosan abban különböznek egymástól, hogy sok határfelület van a levegő és a szilárd test között. Ezeken a felületeken áthaladva a hang sokszor visszaverődik. De ezen túlmenően maga a közeg, amelyben a hang terjed, elnyeli azt. Ugyanez a hang jobban és távolabb hallható tiszta levegőben, mint ködben, ahol a levegő és a vízcseppek közötti határfelület elnyeli.

A különböző frekvenciájú hanghullámok eltérően nyelődnek el a levegőben. Erősebb - magas hangok, kevésbé - mély hangok, például basszus. Ezért ad ki olyan halk hangot a gőzhajó sípja (frekvenciája nem haladja meg az 50 Hz-et): halk hang nagyobb távolságból hallatszik. A moszkvai Kremlben lévő nagy harang, amikor még a Nagy Iván harangtornyán lógott, 30 mérföldre volt hallható - körülbelül 30 Hz-es hanggal (f szuboktáv) zúgott. Az infrahangok még kevésbé szívódnak fel, különösen vízben. A halak hallják őket több tíz és száz kilométer távolságból. Az ultrahang azonban nagyon gyorsan felszívódik: az 1 MHz-es ultrahangot a levegőben 2 cm-es távolságban felére, míg a 10 kHz-es hangot 2200 m-en felére csillapítják.

Hanghullám energia

Az anyagrészecskék (beleértve a levegőmolekulákat is) kaotikus mozgását termikusnak nevezzük. Amikor egy hanghullám terjed a levegőben, részecskéi a termikus mellett további mozgást is szereznek - oszcilláló. Az ilyen mozgáshoz szükséges energiát egy vibráló test (hangforrás) adja a levegő részecskéinek; Míg oszcillál, az energia folyamatosan átkerül belőle a környező levegőbe. Minél tovább halad egy hanghullám, annál gyengébb lesz, annál kevesebb energiát tartalmaz. Ugyanez történik a hanghullámmal bármely más rugalmas közegben - folyadékban, fémben.

A hang egyenletesen terjed minden irányba, és minden pillanatban az egy impulzusból eredő sűrített levegő rétegei mintegy egy golyó felületét alkotják, amelynek közepén egy hangzó test található. Egy ilyen „labda” sugara és felülete folyamatosan növekszik. Ugyanannyi energia esik a „labda” egyre nagyobb felületére. A labda felülete arányos a sugár négyzetével, ezért egy mondjuk egy négyzetméter felületen áthaladó hanghullám energiája fordítottan arányos a hangzó testtől való távolság négyzetével. Következésképpen a hang a távolság növekedésével gyengébb lesz. N. A. Umov orosz tudós bevezette a tudományba az energiasűrűség-áramlás fogalmát. Az energiaáramlás nagysága alkalmas a hang erősségének (intenzitásának) mérésére. A hanghullám energiasűrűségi fluxusa az az energiamennyiség, amely másodpercenként áthalad a hullám irányára merőleges egységnyi felületen. Minél nagyobb az energiasűrűség áramlása, annál nagyobb a hangintenzitás. Az energiaáramlás mértéke watt per négyzetméter (W/m²).