Pemantulan bunyi dari rintangan dan pada batas dua media. Akustik ruangan

REFLEKSI SUARA- fenomena yang terjadi ketika gelombang suara jatuh pada antarmuka antara dua media elastis dan terdiri dari pembentukan gelombang yang merambat dari antarmuka ke media yang sama dari mana gelombang datang. Sebagai aturan, O. z. disertai dengan pembentukan gelombang bias pada medium kedua. Kasus khusus O. z. - refleksi dari permukaan bebas. Refleksi pada antarmuka datar biasanya dipertimbangkan, tetapi orang dapat berbicara tentang O. z. dari rintangan yang bentuknya sewenang-wenang, jika ukuran rintangan jauh lebih besar dari panjang gelombang suara. Jika tidak, ada hamburan suara atau difraksi suara.
Gelombang datang menyebabkan batas antara media bergerak, akibatnya timbul gelombang pantul dan gelombang bias. Struktur dan intensitasnya harus sedemikian rupa sehingga, pada kedua sisi antarmuka, kecepatan partikel dan tegangan elastis yang bekerja pada antarmuka adalah sama. Kondisi batas pada permukaan bebas terdiri dari persamaan dengan nol dari tegangan elastis yang bekerja pada permukaan ini.
Gelombang yang dipantulkan mungkin memiliki jenis polarisasi yang sama dengan gelombang datang, atau mungkin memiliki polarisasi lain. Dalam kasus terakhir, seseorang berbicara tentang transformasi, atau konversi, dari mode pada refleksi atau refraksi. Tidak ada konversi hanya ketika gelombang suara yang merambat dalam cairan dipantulkan, karena hanya gelombang longitudinal yang ada dalam media cair. Ketika gelombang suara melewati antarmuka antara padatan, sebagai aturan, gelombang pantul dan gelombang bias longitudinal dan transversal terbentuk. Sifat kompleks dari O. z. terjadi pada batas kristal. media, di mana dalam kasus umum ada gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan dari tiga pembusukan. polarisasi.
Pemantulan gelombang bidang. Pemantulan gelombang bidang memainkan peran khusus, karena gelombang bidang, yang dipantulkan dan dibiaskan, tetap datar, dan pemantulan gelombang dengan bentuk yang berubah-ubah dapat dianggap sebagai pencerminan sekumpulan gelombang bidang. Banyaknya gelombang pantul dan gelombang bias yang timbul ditentukan oleh sifat sifat elastis media dan jumlah akustik. cabang yang ada di dalamnya. Karena kondisi batas, proyeksi ke bidang antarmuka dari vektor gelombang datang, dipantulkan, dan dibiaskan adalah sama satu sama lain (Gbr. 1).

Beras. 1. Skema pemantulan dan pembiasan gelombang suara bidang pada antarmuka bidang.

Dari sini ikuti hukum pemantulan dan pembiasan, menurut Krimea: 1) vektor gelombang dari kejadian k saya tercermin k r dan dibiaskan k t gelombang dan normal tn" ke antarmuka terletak pada bidang yang sama (bidang datang); 2) rasio sinus sudut datang pantulan dan pembiasan terhadap kecepatan fase c saya, dan gelombang yang sesuai sama satu sama lain:
(subskrip dan menunjukkan polarisasi gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan). Dalam media isotropik, di mana arah vektor gelombang bertepatan dengan arah sinar suara, hukum pemantulan dan pembiasan mengambil bentuk yang biasa dari hukum Snell. Dalam media anisotropik, hukum pemantulan hanya menentukan arah normal gelombang; bagaimana sinar yang dibiaskan atau dipantulkan akan merambat tergantung pada arah kecepatan radial yang sesuai dengan normal ini.
Pada sudut datang yang cukup kecil, semua gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan adalah gelombang bidang yang membawa energi radiasi datang dari antarmuka. Namun, jika kecepatan untuk ke-l. gelombang dibiaskan lebih cepat c saya gelombang datang, maka untuk sudut datang, disebut besar. kritis sudut \u003d arcsin, komponen normal dari vektor gelombang dari gelombang bias yang sesuai menjadi imajiner, dan gelombang yang ditransmisikan itu sendiri berubah menjadi gelombang tidak homogen yang berjalan di sepanjang antarmuka dan secara eksponensial menurun jauh ke dalam medium 2 . Namun, kejadian gelombang pada antarmuka pada sudut yang lebih besar dari yang kritis mungkin tidak menyebabkan refleksi total, karena energi radiasi datang dapat menembus ke dalam medium kedua dalam bentuk gelombang dari polarisasi yang berbeda.
Kritis sudut juga ada untuk gelombang pantul, jika di O. z. konversi mode terjadi dan kecepatan fase gelombang yang dihasilkan dari konversi lebih besar dari kecepatan c saya gelombang jatuh. Untuk sudut datang, kritis lebih kecil. sudut, bagian dari energi datang dibawa dari batas dalam bentuk gelombang yang dipantulkan dengan polarisasi; di , gelombang tersebut ternyata tidak homogen, redaman jauh ke dalam medium 1, dan tidak mengambil bagian dalam transfer energi dari antarmuka. Misalnya kritis sudut = arcsin( c t /c L) terjadi pada refleksi akustik transversal. ombak T dari batas benda padat isotropik dan konversinya menjadi gelombang longitudinal L (dengan t dan C L adalah kecepatan gelombang suara transversal dan longitudinal).
Amplitudo gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan, sesuai dengan kondisi batas, dinyatakan secara linier dalam amplitudo saya gelombang datang, sama seperti jumlah ini dalam optik dinyatakan dalam amplitudo e-magn datang. gelombang dengan Formula Fresnel. Pantulan gelombang bidang secara kuantitatif dicirikan oleh koefisien amplitudo. refleksi, yang merupakan rasio amplitudo gelombang yang dipantulkan dengan amplitudo datang: = Koefisien amplitudo. refleksi umumnya kompleks: modulus mereka menentukan rasio abs. amplitudo, dan fase menentukan pergeseran fase dari gelombang yang dipantulkan. Koefisien amplitudo ditentukan dengan cara yang sama. lewat Redistribusi energi radiasi insiden antara gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan dicirikan oleh koefisien. refleksi dan transmisi dalam intensitas, yang merupakan rasio komponen kerapatan fluks energi rata-rata waktu normal terhadap antarmuka dalam gelombang pantul (dibiaskan) dan gelombang datang:

di mana adalah intensitas suara dalam gelombang yang sesuai, dan adalah kepadatan media yang bersentuhan. Keseimbangan energi yang disuplai ke antarmuka dan terbawa darinya berkurang menjadi keseimbangan komponen normal dari fluks energi:

koefisien refleksi tergantung baik pada akustik sifat-sifat media dalam kontak, dan pada sudut datang. Sifat sudut ketergantungan ditentukan oleh adanya kritis. sudut, serta sudut refleksi nol, ketika jatuh di mana gelombang yang dipantulkan dengan polarisasi tidak terbentuk.

Oh. pada batas dua cairan. Naib. gambar sederhana dari O. h. terjadi pada antarmuka antara dua cairan. Dalam hal ini, tidak ada konversi gelombang, dan refleksi terjadi sesuai dengan hukum cermin, dan koefisien refleksi adalah

dimana dan c 1,2 - kepadatan dan kecepatan suara di media yang berdekatan 1 dan 2 . Jika cepat rambat gelombang datang lebih besar dari cepat rambat bunyi ( Dengan 1 >c 2), maka kritis sudut hilang. koefisien refleksinya nyata dan bervariasi dengan lancar dari nilainya

pada kejadian normal gelombang pada antarmuka hingga nilai R =- 1 untuk kejadian penggembalaan Jika akus. impedansi r 2 s 2 sedang 2 impedansi lebih menengah 1 , maka pada sudut datang

koefisien refleksi menghilang dan semua radiasi datang sepenuhnya masuk ke dalam medium 2 .
Kapan dari 1<с 2 , возникает критический угол=arcsin (c 1 /c 2). Pada< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0 dengan penurunan normal ke R = 1 pada sudut datang sama dengan yang kritis. Refleksi nol juga dapat terjadi dalam kasus ini, jika untuk akustik impedansi media, ketidaksetaraan terbalik berlaku sudut refleksi nol masih ditentukan oleh ekspresi (6). Untuk sudut datang lebih besar dari kritis, ada internal yang lengkap. cerminan: dan radiasi insiden jauh ke dalam medium 2 tidak menembus. Di lingkungan 2 , bagaimanapun, gelombang tidak homogen terbentuk; kompleksitas koefisien dikaitkan dengan kemunculannya. refleksi dan pergeseran fase yang sesuai antara gelombang yang dipantulkan dan datang. Pergeseran ini dijelaskan oleh fakta bahwa medan gelombang pantul terbentuk sebagai akibat dari interferensi dua medan: gelombang pantul spekular dan gelombang yang diradiasikan kembali ke medium. 1 gelombang tidak homogen yang muncul dalam medium 2 . Ketika gelombang non-bidang (misalnya, bola) dipantulkan, gelombang yang dipancarkan kembali seperti itu sebenarnya diamati dalam percobaan dalam bentuk yang disebut. gelombang samping (lihat Ombak, bagian Pemantulan dan pembiasan gelombang).

Oh. dari batas benda tegar. Sifat pantulan menjadi lebih rumit jika reflektor adalah benda padat. Ketika kecepatan suara Dengan dalam zat cair, kecepatan longitudinalnya lebih kecil L dan melintang Dengan m suara dalam benda padat, ketika dipantulkan pada batas cairan dengan benda padat, dua yang kritis muncul. sudut: membujur = arcsin ( s/s L) dan transversal = arcsin ( s/s t ) . Namun, karena selalu dengan L > dengan t.Pada sudut datang, koefisien. refleksi valid (Gbr. 2). Radiasi insiden menembus benda padat dalam bentuk gelombang bias longitudinal dan transversal. Dengan kejadian normal suara dalam benda padat, hanya gelombang longitudinal yang muncul dan nilai R 0 ditentukan oleh rasio akustik longitudinal. impedansi cairan dan benda padat mirip dengan f-le (5) ( - kerapatan cairan dan benda padat).

Beras. 2. Ketergantungan modulus koefisien pantulan suara | R | (garis padat) dan fasenya (garis putus-putus) pada antarmuka cair-padat dari sudut datang.

Ketika > koefisien. refleksi menjadi kompleks, karena gelombang tidak homogen terbentuk dalam padatan dekat batas. Pada sudut datang antara titik kritis sudut dan bagian dari radiasi datang menembus jauh ke dalam padatan dalam bentuk gelombang transversal yang dibiaskan. Oleh karena itu, untuk<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Partisipasi gelombang longitudinal yang tidak homogen dalam pembentukan radiasi pantul menyebabkan, seperti pada batas dua cairan, pergeseran fasa gelombang pantul. Ketika > ada ext lengkap. refleksi: 1. Dalam benda padat di dekat batas, hanya gelombang tak homogen yang jatuh secara eksponensial ke kedalaman benda yang terbentuk. Pergeseran fase gelombang yang dipantulkan untuk sudut dikaitkan terutama dengan eksitasi pada antarmuka kebocoran Gelombang Rayleigh. Gelombang seperti itu muncul pada batas benda padat dengan cairan pada sudut datang dekat dengan sudut Rayleigh = arcsin ( s/s R), di mana C R adalah kecepatan gelombang Rayleigh pada permukaan padat. Menyebar di sepanjang antarmuka, gelombang bocor sepenuhnya dipancarkan kembali ke dalam cairan.
Jika sebuah Dengan > Dengan t, maka total internal tidak ada refleksi pada batas cairan dengan padatan: radiasi datang menembus padatan pada setiap sudut datang, setidaknya dalam bentuk gelombang transversal. Refleksi total terjadi ketika gelombang suara jatuh di bawah kritis. sudut atau insiden penggembalaan. Untuk koefisien c>c L. refleksi adalah nyata, karena gelombang tidak homogen tidak terbentuk pada antarmuka.
Oz merambat dalam benda padat. Ketika suara merambat dalam padatan isotropik, maks. karakter sederhana adalah refleksi dari gelombang geser, arah osilasi yang sejajar dengan bidang antarmuka. Tidak ada konversi mode pada refleksi atau pembiasan gelombang tersebut. Ketika jatuh pada batas bebas atau antarmuka dengan cairan, gelombang seperti itu sepenuhnya dipantulkan ( R = 1) menurut hukum pemantulan cermin. Pada antarmuka antara dua padatan isotropik, bersama dengan gelombang yang dipantulkan secara spekuler dalam medium 2 gelombang bias terbentuk dengan polarisasi yang juga sejajar dengan antarmuka.
Ketika gelombang transversal terpolarisasi dalam bidang datang datang pada permukaan bebas dari suatu benda, baik gelombang transversal yang dipantulkan dari polarisasi yang sama dan gelombang longitudinal muncul di perbatasan. Pada sudut datang yang lebih kecil dari sudut kritis = = arcsin ( cT/cL), koefisien refleksi R T dan R L- murni nyata: gelombang yang dipantulkan meninggalkan batas tepat dalam fase (atau dalam antifase) dengan gelombang datang. Pada > hanya gelombang transversal yang dipantulkan secara spekuler yang meninggalkan batas; gelombang longitudinal yang tidak homogen terbentuk di dekat permukaan bebas.
koefisien pemantulan menjadi kompleks, dan terjadi pergeseran fasa antara gelombang pantul dan gelombang datang, yang besarnya bergantung pada sudut datang. Ketika gelombang longitudinal dipantulkan dari permukaan bebas benda padat pada setiap sudut datang, baik gelombang longitudinal yang dipantulkan dan gelombang transversal yang terpolarisasi pada bidang datang akan muncul.
Jika batas benda padat bersentuhan dengan cairan, maka ketika gelombang (membujur atau melintang, terpolarisasi dalam bidang datang) dipantulkan dalam cairan, gelombang longitudinal tambahan yang dibiaskan muncul. Pada antarmuka antara dua media padat isotropik, sistem gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan ini dilengkapi dengan gelombang transversal yang dibiaskan dalam medium. 2 . Polarisasinya juga terletak pada bidang datangnya.

HAI. h. pada antarmuka antara media anisotropik. Oh. pada antarmuka kristal. lingkungan itu kompleks. Kecepatan gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan dalam kasus ini sendiri merupakan fungsi dari sudut pantul dan refraksi (lihat Gambar. Akustik kristal;) oleh karena itu, bahkan definisi sudut dari sudut datang tertentu menghadapi masalah serius. kesulitan. Jika bagian permukaan vektor gelombang dengan bidang datang diketahui, maka grafik yang digunakan. metode untuk menentukan sudut dan ujung vektor gelombang k r dan k t berbaring tegak lurus tn" ditarik ke antarmuka melalui ujung vektor gelombang k saya gelombang datang, pada titik di mana tegak lurus ini berpotongan dec. permukaan rongga vektor gelombang (Gbr. 3). Jumlah gelombang yang dipantulkan (atau dibiaskan) sebenarnya merambat dari antarmuka ke kedalaman media yang sesuai ditentukan oleh berapa banyak rongga yang berpotongan tegak lurus dengan tn". Jika perpotongan dengan ke-l. tidak ada, ini berarti bahwa gelombang polarisasi yang sesuai ternyata tidak homogen dan tidak mentransfer energi dari batas. Tegak lurus tn" dapat melintasi rongga yang sama dalam beberapa. poin (poin sebuah 1 dan sebuah 2 dalam gambar. 3). Dari kemungkinan posisi vektor gelombang k r (atau k t) gelombang yang benar-benar teramati hanya bersesuaian dengan gelombang yang vektor kecepatan radialnya, yang searah dengan arah luar. normal ke permukaan vektor gelombang, diarahkan dari batas ke kedalaman media yang sesuai.

Beras. 3. Metode grafis untuk menentukan sudut refleksi dan refraksi pada antarmuka antara media kristal 1 dan 2. L, FT dan ST- permukaan vektor gelombang untuk gelombang kuasi-membujur, cepat dan lambat kuasi-transversal, masing-masing.

Sebagai aturan, gelombang yang dipantulkan (dibiaskan) milik Desember. cabang akustik. fluktuasi. Namun, dalam kristal dengan sarana. anisotropi, ketika permukaan vektor gelombang memiliki bagian cekung (Gbr. 4), refleksi dimungkinkan dengan pembentukan dua gelombang yang dipantulkan atau dibiaskan milik cabang osilasi yang sama.
Secara eksperimental, berkas gelombang suara terbatas diamati, arah rambatnya ditentukan oleh kecepatan radial. Arah sinar dalam kristal berbeda secara signifikan dari arah vektor gelombang yang sesuai. Kecepatan radial gelombang datang, gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan terletak pada bidang yang sama hanya dalam kasus luar biasa, misalnya. ketika bidang datang adalah bidang simetri kedua kristal. rata-rata Dalam kasus umum, sinar pantul dan sinar bias menempati berbagai posisi baik terhadap satu sama lain dan terhadap sinar datang dan normal. tn" ke batas. Khususnya, sinar pantul dapat terletak pada bidang datang pada sisi yang sama dari garis normal N, yang merupakan sinar datang. Kasus pembatas dari kemungkinan ini adalah superimposisi sinar pantul pada sinar datang pada insiden miring yang terakhir.

Beras. 4. Pemantulan gelombang akustik yang terjadi pada permukaan bebas kristal dengan pembentukan dua gelombang pantul dengan polarisasi yang sama: sebuah- penentuan vektor gelombang gelombang pantul (dengan g adalah vektor kecepatan radial); b- skema pantulan berkas suara dari bagian yang terbatas.

Pengaruh redaman pada sifat O. z. . koefisien refleksi dan transmisi tidak bergantung pada frekuensi suara jika redaman suara di kedua media batas dapat diabaikan. Atenuasi yang terlihat tidak hanya mengarah pada ketergantungan frekuensi dari koefisien. refleksi R, tetapi juga mendistorsi ketergantungannya pada sudut datang, terutama di dekat kritis. sudut (Gbr. 5, sebuah). Ketika tercermin dari antarmuka antara cairan dan padatan, efek redaman secara signifikan mengubah ketergantungan sudut R pada sudut datang dekat dengan sudut Rayleigh (Gbr. 5 B). Pada batas media dengan redaman yang dapat diabaikan pada sudut datang seperti itu, refleksi internal total terjadi dan | R| = 1 (kurva 1 dalam gambar. 5, b). Kehadiran atenuasi mengarah pada fakta bahwa | | R| menjadi kurang dari 1, dan minimum | R| (kurva 2 - 4) . Sebagai frekuensi meningkat dan peningkatan yang sesuai dalam koefisien. redaman, kedalaman minimum meningkat sampai, akhirnya, pada frekuensi tertentu f 0, disebut frekuensi refleksi nol, min. nilai | R| tidak hilang (kurva 3 , Nasi. 5, b). Peningkatan lebih lanjut dalam frekuensi menyebabkan perluasan minimum (kurva 4 ) dan pengaruh efek redaman pada O. z. untuk hampir semua sudut datang (kurva 5) . Penurunan amplitudo gelombang pantul dibandingkan dengan amplitudo gelombang datang tidak berarti bahwa radiasi datang menembus padatan. Ini terkait dengan penyerapan gelombang Rayleigh yang bocor, yang tereksitasi oleh radiasi yang datang dan berpartisipasi dalam pembentukan gelombang yang dipantulkan. Ketika frekuensi suara f sama dengan frekuensi f 0, semua energi gelombang datang dihamburkan pada antarmuka.

Beras. 5. Ketergantungan sudut | R| pada batas air-baja, dengan mempertimbangkan redaman: sebuah- sifat umum dari ketergantungan sudut | R|; garis padat - tanpa memperhitungkan kerugian, garis putus-putus - sama dengan redaman; b- ketergantungan sudut | R\ dekat sudut Rayleigh pada nilai yang berbeda dari penyerapan gelombang transversal dalam baja pada panjang gelombang. kurva 1 - 5 sesuai dengan peningkatan parameter ini dari nilai 3 x 10 -4 (kurva 1 ) ke nilai = 1 (kurva 5) karena peningkatan frekuensi radiasi ultrasonik yang sesuai.

Oh. dari lapisan dan piring. Oh. dari lapisan atau pelat beresonansi. Gelombang yang dipantulkan dan ditransmisikan terbentuk sebagai hasil dari beberapa refleksi gelombang pada batas lapisan. Dalam kasus lapisan cair, gelombang datang menembus lapisan pada sudut bias ditentukan dari hukum Snell. Karena pemantulan ulang, gelombang longitudinal muncul di lapisan itu sendiri, merambat dalam arah maju dan mundur dengan sudut terhadap garis normal yang ditarik ke batas lapisan (Gbr. 6, sebuah). Sudut adalah sudut bias yang sesuai dengan sudut datang pada batas lapisan. Jika kecepatan suara di lapisan Dengan 2 lebih banyak kecepatan suara Dengan 1 pada fluida sekitarnya, maka sistem gelombang pantul hanya muncul bila sudut total int. refleksi \u003d arcsin (c 1 / c 2). Namun, untuk lapisan yang cukup tipis, gelombang yang ditransmisikan juga terbentuk pada sudut datang yang lebih besar daripada yang kritis. Dalam hal ini, koefisien refleksi dari lapisan ternyata abs. nilainya kurang dari 1. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pada lapisan dekat batas tempat gelombang datang dari luar, timbul gelombang tidak homogen yang jatuh secara eksponensial ke kedalaman lapisan. Jika ketebalan lapisan d kurang dari atau sebanding dengan kedalaman penetrasi gelombang tidak homogen, maka yang terakhir mengganggu batas lapisan yang berlawanan, sebagai akibatnya gelombang yang ditransmisikan dipancarkan darinya ke cairan di sekitarnya. Fenomena penetrasi gelombang analog dengan penetrasi partikel melalui penghalang potensial dalam mekanika kuantum.
koefisien refleksi lapisan

di mana adalah komponen normal dari vektor gelombang pada lapisan, sumbu z- tegak lurus terhadap batas lapisan, R 1 dan R 2 - peluang. Oh. masing-masing pada batas atas dan batas bawah. Pada adalah periodik fungsi frekuensi audio f dan ketebalan lapisan d. Pada saat terjadi penetrasi gelombang melalui lapisan, | R | dengan bertambahnya f atau d cenderung monoton ke 1.

Beras. 6. Pemantulan gelombang suara dari lapisan cair: sebuah- skema refleksi; 1 - cairan di sekitarnya; 2 - lapisan; b - ketergantungan modulus koefisien refleksi | R| dari sudut datang.

Sebagai fungsi dari nilai sudut datang | R | memiliki sistem maxima dan minima (Gbr. 6, b). Jika cairan yang sama berada di kedua sisi lapisan, maka pada titik minimum R = 0. Refleksi nol terjadi ketika fase maju melintasi ketebalan lapisan sama dengan bilangan bulat setengah siklus

dan gelombang yang muncul ke medium atas setelah dua pemantulan berturut-turut akan berada di antifase dan saling meniadakan. Sebaliknya, semua gelombang yang dipantulkan kembali memasuki medium yang lebih rendah dengan fase yang sama, dan amplitudo gelombang yang ditransmisikan menjadi maksimum. Di bawah kejadian gelombang normal pada lapisan, transmisi lengkap terjadi ketika sejumlah bilangan bulat dari setengah gelombang masuk ke dalam ketebalan lapisan: d= di mana P= 1,2,3,..., - panjang gelombang suara pada lapisan material; oleh karena itu, lapisan yang kondisi (8) terpenuhi disebut setengah gelombang Hubungan (8) bertepatan dengan kondisi keberadaan gelombang normal dalam lapisan cairan bebas. Karena itu, transmisi lengkap melalui lapisan terjadi ketika radiasi yang datang menggairahkan satu atau lain gelombang normal di lapisan. Karena kontak lapisan dengan cairan di sekitarnya, gelombang normal bocor: selama perambatannya, ia memancarkan kembali energi radiasi yang datang ke medium yang lebih rendah.
Ketika cairan di sisi berlawanan dari lapisan berbeda, keberadaan lapisan setengah gelombang tidak berpengaruh pada gelombang datang: koefisien refleksi dari lapisan sama dengan koefisien. refleksi dari batas cairan ini ketika mereka secara langsung. kontak. Selain lapisan setengah gelombang dalam akustik, seperti dalam optik, yang disebut. lapisan seperempat gelombang, ketebalan yang memenuhi kondisi ( n= 1,2,...). Memilih akustik yang sesuai impedansi lapisan, Anda bisa mendapatkan refleksi nol dari lapisan gelombang dengan frekuensi yang diberikan f pada sudut datang tertentu pada lapisan. Lapisan tersebut digunakan sebagai lapisan akustik antirefleksi.
Untuk pemantulan gelombang suara dari pelat padat tak terbatas yang direndam dalam cairan, sifat pemantulan yang dijelaskan di atas untuk lapisan cairan akan dipertahankan secara umum. Dalam hal pemantulan kembali pada pelat, selain longitudinal, gelombang geser juga akan tereksitasi. Sudut dan, di mana gelombang longitudinal dan transversal merambat di piring, masing-masing, terkait dengan sudut datang oleh hukum Snell. Sudut dan ketergantungan frekuensi | R| akan mewakili, seperti dalam kasus refleksi dari lapisan cair, sistem bolak-balik maxima dan minima. Transmisi lengkap melalui pelat terjadi ketika radiasi datang menggairahkan salah satu gelombang normal di dalamnya, yaitu: gelombang domba.Karakter resonansi O. z. dari lapisan atau pelat terhapus karena perbedaan akustik berkurang. sifat dari sifat lingkungan. Peningkatan akustik. redaman di lapisan juga mengarah ke pemulusan dependensi dan | R(fd)|.

Pemantulan gelombang non-planar. Pada kenyataannya, hanya ada gelombang non-bidang; refleksi mereka dapat direduksi menjadi refleksi dari satu set gelombang pesawat. monokromatik gelombang dengan muka gelombang sembarang dapat direpresentasikan sebagai kumpulan gelombang bidang dengan frekuensi melingkar yang sama, tetapi dengan diff. arah vektor gelombang k. Utama karakteristik radiasi insiden adalah spektrum spasialnya - satu set amplitudo SEBUAH(k) gelombang bidang secara kolektif membentuk gelombang datang. perut nilai k ditentukan oleh frekuensi, sehingga komponen-komponennya tidak bebas. Ketika dipantulkan dari pesawat z= 0 komponen normal kz diberikan oleh komponen tangensial k x , k y: k z =Setiap gelombang bidang, yang merupakan bagian dari radiasi datang, jatuh pada antarmuka pada sudutnya sendiri dan dipantulkan secara independen dari gelombang lain. Bidang F( r) dari gelombang yang dipantulkan muncul sebagai superposisi dari semua gelombang bidang yang dipantulkan dan dinyatakan dalam spektrum spasial dari radiasi yang datang A(k x , k y) dan koefisien. refleksi R(k x , k y):

Integrasi meluas ke wilayah nilai besar yang sewenang-wenang kx dan k y. Jika spektrum spasial dari radiasi datang mengandung (seperti pada pantulan gelombang bola) komponen dengan kx(atau k y), besar, maka dalam pembentukan gelombang pantul, selain gelombang dengan nyata kz gelombang non-seragam juga mengambil bagian, yang k, merupakan besaran imajiner murni. Pendekatan ini, diusulkan pada tahun 1919 oleh H. Weyl dan dikembangkan lebih lanjut dalam representasi optik Fourier, memberikan hasil yang berurutan. deskripsi refleksi gelombang sewenang-wenang dari antarmuka bidang.
Ketika mempertimbangkan O. z. pendekatan sinar juga dimungkinkan, yang didasarkan pada prinsip-prinsip akustik geometris. Radiasi insiden dianggap sebagai satu set sinar berinteraksi dengan antarmuka. Ini memperhitungkan bahwa sinar datang tidak hanya dipantulkan dan dibiaskan dengan cara biasa, mematuhi hukum Snell, tetapi juga bahwa beberapa sinar yang datang pada antarmuka pada sudut tertentu menggairahkan apa yang disebut. gelombang samping, serta gelombang permukaan bocor (Rayleigh, dll.) atau mode pandu gelombang bocor (gelombang Lamb, dll.). Menyebar di sepanjang antarmuka, gelombang tersebut kembali dipancarkan ke media dan berpartisipasi dalam pembentukan gelombang yang dipantulkan. Untuk latihan pantulannya berbentuk bola. gelombang terkolimasi secara akustik. balok bagian hingga dan balok suara terfokus.

Pemantulan gelombang bola. Pola refleksinya bulat. gelombang yang dibuat dalam cairan I oleh sumber titik HAI, tergantung pada rasio antara kecepatan suara Dengan 1 dan dari 2 sampai mengontak cairan I dan II (Gbr. 7). Jika c t > c 2 , maka kritis sudut tidak ada dan refleksi terjadi sesuai dengan hukum geom. akustik. Di lingkungan I ada bola yang dipantulkan. gelombang: sinar pantul berpotongan di suatu titik HAI". membentuk bayangan maya dari sumber, dan muka gelombang dari gelombang pantul adalah bagian dari bola yang berpusat di titik HAI".

Beras. 7. Pemantulan gelombang bola pada antarmuka antara dua cairan: HAI dan HAI"- sumber nyata dan imajiner; 1 - bagian depan gelombang bola yang dipantulkan; 2 - bagian depan gelombang yang dibiaskan; 3 - gelombang samping depan.

Kapan c2 >cl dan ada yang kritis sudut dalam media I selain bola yang dipantulkan. gelombang, komponen lain dari radiasi yang dipantulkan muncul. Sinar datang pada antarmuka di bawah kritis. sudut membangkitkan gelombang kedua dalam medium, yang merambat dengan kecepatan Dengan 2 sepanjang antarmuka dan dipancarkan kembali ke media I, membentuk apa yang disebut. gelombang samping. Bagian depannya dibentuk oleh titik-titik yang, pada saat yang sama, sinar yang keluar dari titik tersebut tercapai HAI bersama OA dan kemudian pindah lagi ke hari Rabu I di decomp. titik antarmuka dari titik TETAPI ke titik DARI, di mana bagian depan gelombang bias terletak pada saat ini. Pada bidang gambar, sisi depan gelombang adalah segmen garis lurus SW, miring ke batas pada suatu sudut dan memanjang ke titik PADA, di mana ia menyatu dengan bagian depan bola yang dipantulkan cermin. ombak. Di ruang angkasa, muka gelombang lateral adalah permukaan kerucut terpotong yang muncul selama rotasi segmen SW sekitar garis lurus oh". Ketika dipantulkan berbentuk bola. gelombang dalam cairan dari permukaan benda padat mirip dengan kerucut. gelombang terbentuk karena eksitasi gelombang Rayleigh bocor pada antarmuka. Refleksi bulat. gelombang - salah satu eksperimen utama. metode geoakustik, seismologi, hidroakustik dan akustik laut.

Refleksi balok akustik penampang terbatas. Refleksi balok suara collimated, gelombang depan ke-rykh di utama. bagian dari balok dekat dengan datar, terjadi untuk sebagian besar sudut datang seolah-olah gelombang bidang dipantulkan. Setelah refleksi dari insiden balok dari cairan ke antarmuka dengan benda padat, balok yang dipantulkan muncul, yang bentuknya merupakan refleksi cermin dari distribusi amplitudo dalam balok datang. Namun, pada sudut datang dekat dengan kritis longitudinal. sudut atau sudut Rayleigh bersama dengan refleksi specular terjadi eff. eksitasi gelombang Roley lateral atau bocor. Medan berkas pantul dalam hal ini adalah superposisi berkas pantul spekular dan gelombang pantul. Bergantung pada lebar balok dan sifat elastis dan viskos dari media yang berdekatan, baik pergeseran balok lateral (paralel) terjadi pada bidang antarmuka (yang disebut pergeseran Schoch) (Gbr. 8) atau pelebaran balok yang signifikan dan penampilan kurus

Beras. 8. Perpindahan lateral balok saat refleksi: 1 - balok insiden; 2 - sinar yang dipantulkan secara spekuler; 3 - sinar pantul nyata.

struktur. Ketika balok datang pada sudut Rayleigh, sifat distorsi ditentukan oleh rasio antara lebar balok aku dan radiat. redaman gelombang Rayleigh yang bocor

di mana panjang gelombang suara dalam cairan, TETAPI adalah faktor numerik yang mendekati satu. Jika lebar balok jauh lebih besar dari panjang jari-jarinya. Dalam kasus balok sempit, karena emisi kembali gelombang permukaan bocor, balok melebar secara signifikan dan tidak lagi simetris (Gbr. 9). Di dalam daerah yang ditempati oleh berkas yang dipantulkan secara specular, sebagai akibat dari interferensi, amplitudo minimum nol terjadi dan berkas terbelah menjadi dua bagian. Refleksi non-spekular collimes. balok juga muncul pada batas dua cairan pada sudut datang mendekati kritis, serta ketika balok dipantulkan dari lapisan atau pelat.

Beras. 9. Pemantulan berkas suara dengan penampang berhingga yang datang dari cairan W ke permukaan benda padat T pada sudut Rayleigh: 1 - balok insiden; 2 - balok yang dipantulkan; sebuah- area amplitudo nol; b- wilayah ekor balok.

Dalam kasus terakhir, sifat refleksi nonspekular disebabkan oleh eksitasi mode pandu gelombang bocor di lapisan atau pelat. Peran penting dimainkan oleh gelombang lateral dan bocor dalam pantulan sinar ultrasonik terfokus. Secara khusus, gelombang ini digunakan dalam mikroskop akustik untuk pembentukan akustik. gambar dan melakukan jumlah, pengukuran.

Lit.: 1) Brekhovskikh L. M., Gelombang dalam media berlapis, 2nd ed., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hidrodinamika, edisi ke-4, M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Akustik media berlapis, Moskow, 1989; 4) agniard L., Refleksi et refraksi des ondes seismiques progresif, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Tekan F., Gelombang elastis dalam media berlapis, N. Y. - , 1957, ch. 3; 6) Au1d B. A., Medan akustik dan gelombang dalam padatan, v. 1 - 2, N.Y. - , 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., Teori terpadu fenomena sudut Rayleigh untuk balok akustik pada antarmuka cair-padat, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, nomor 4, hal. 157; 8) Mott G., Refleksi dan koefisien refraksi pada antarmuka cairan-padat, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50, no.3 (pt.2), hlm. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Pengaruh sifat material pada reflektifitas sudut kritis Rayleigh, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), p. 1609; 10) Fiorito R., Ubera11 H., Teori resonansi refleksi akustik dan transmisi melalui lapisan fluida, ".I. akustik. pergaulan Amer.", 1979, v. 65, no. 1, p. 9; 11) Fiorft o R., Madigosky W., C bera 11 H., Teori resonansi gelombang akustik yang berinteraksi dengan pelat elastis. "J. akustik. pergaulan Amer.", 1979, v. 66, no. 6, p. 1857; 12) Neubauer W. G., Observasi radiasi akustik dari bidang datar dan permukaan melengkung, dalam: Akustik fisik. Prinsip dan metode, ed. oleh W. P. Mason, R. N. Thurston , v. 10, N. Y. - L., 1973, ch. 2.

Tekanan bunyi p bergantung pada kecepatan v partikel medium yang berosilasi. Perhitungan menunjukkan bahwa

di mana p adalah rapat massa medium, c adalah cepat rambat gelombang bunyi dalam medium. Produk pc disebut impedansi akustik spesifik, untuk gelombang bidang disebut juga impedansi gelombang.

Tahanan gelombang adalah karakteristik paling penting dari suatu medium, yang menentukan kondisi pemantulan dan pembiasan gelombang pada batasnya.

Bayangkan gelombang suara mengenai antarmuka antara dua media. Sebagian gelombang dipantulkan dan sebagian dibiaskan. Hukum pemantulan dan pembiasan gelombang suara mirip dengan hukum pemantulan dan pembiasan cahaya. Gelombang yang dibiaskan dapat diserap pada medium kedua, atau dapat meninggalkannya.

Mari kita asumsikan bahwa gelombang bidang datang secara normal ke antarmuka, intensitasnya di media pertama I 1 adalah intensitas gelombang yang dibiaskan (ditransmisikan) di media kedua 1 2 . Mari kita panggil

koefisien penetrasi gelombang suara.

Rayleigh menunjukkan bahwa koefisien penetrasi suara diberikan oleh

sejak 1 1 /с 2 2 >>1. Mari kita sajikan hambatan gelombang beberapa zat pada 20 °C (Tabel 14).

Tabel 14

Kami menggunakan (6.8) untuk menghitung koefisien penetrasi gelombang suara dari udara ke beton dan ke dalam air:

Data ini mengesankan: ternyata hanya sebagian kecil dari energi gelombang suara yang berpindah dari udara ke beton dan air.

Di ruangan tertutup mana pun, suara yang dipantulkan dari dinding, langit-langit, perabotan jatuh di dinding, lantai, dll., sekali lagi dipantulkan dan diserap, dan secara bertahap menghilang. Oleh karena itu, bahkan setelah sumber suara berhenti, masih ada gelombang suara di dalam ruangan yang menciptakan dengungan. Ini terutama terlihat di aula besar yang luas. Proses redaman bertahap suara di ruang tertutup setelah sumber dimatikan disebut gema.

Gema, di satu sisi, berguna, karena persepsi suara ditingkatkan oleh energi gelombang yang dipantulkan, tetapi, di sisi lain, gema yang terlalu lama dapat secara signifikan merusak persepsi ucapan dan musik, karena setiap bagian baru dari teks tumpang tindih dengan yang sebelumnya. Dalam hal ini, beberapa waktu dengung yang optimal biasanya ditunjukkan, yang diperhitungkan ketika membangun auditorium, teater dan ruang konser, dll. Misalnya, waktu dengung dari Aula Kolom yang terisi di House of the Unions di Moskow adalah 1,70 detik , diisi Teater Bolshoi - 1, 55 p. Untuk ruangan ini (kosong), waktu dengung masing-masing adalah 4,55 dan 2,06 detik.

Fisika pendengaran

Mari kita perhatikan beberapa pertanyaan fisika pendengaran pada contoh telinga luar, tengah dan dalam. Telinga luar terdiri dari daun telinga 1 dan saluran pendengaran eksternal 2 (Gbr. 6.8) Daun telinga pada manusia tidak memainkan peran penting dalam pendengaran. Ini membantu untuk menentukan lokalisasi sumber suara ketika terletak di arah anterior-posterior. Mari kita jelaskan ini. Suara dari sumber masuk ke daun telinga. Tergantung pada posisi sumber di bidang vertikal

(Gbr. 6.9) gelombang suara akan berdifraksi secara berbeda pada daun telinga karena bentuknya yang spesifik. Ini juga akan menyebabkan perubahan komposisi spektral gelombang suara yang memasuki saluran pendengaran (untuk rincian lebih lanjut tentang masalah difraksi, lihat Bab 19). Sebagai hasil dari pengalaman, seseorang telah belajar untuk mengasosiasikan perubahan spektrum gelombang suara dengan arah ke sumber suara (arah A, B dan B pada Gambar 6.6).

Memiliki dua penerima suara (telinga), manusia dan hewan dapat mengatur arah ke sumber suara dan pada bidang horizontal (efek binaural; Gambar 6.10). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa suara dari sumber ke telinga yang berbeda menempuh jarak yang berbeda dan ada perbedaan fase gelombang yang masuk ke daun telinga kanan dan kiri. Hubungan antara perbedaan antara jarak (5) dan perbedaan fasa (∆φ) diturunkan dalam 19.1 ketika menjelaskan interferensi cahaya [lihat. (19.9)]. Jika sumber suara berada tepat di depan wajah orang tersebut, maka = 0 dan = 0, jika sumber suara terletak di samping terhadap salah satu daun telinga, maka akan jatuh ke daun telinga yang lain dengan penundaan. Kami akan mengasumsikan kira-kira bahwa dalam hal ini 5 adalah jarak antara daun telinga. Menurut rumus (19.9), untuk v = 1 kHz dan = 0,15 m, perbedaan fasa dapat dihitung. Ini adalah sekitar 180 °.

Arah yang berbeda ke sumber suara di bidang horizontal akan sesuai dengan perbedaan fase antara 0 ° dan 180 ° (untuk data di atas). Dipercayai bahwa seseorang dengan pendengaran normal dapat memperbaiki arah ke sumber suara dengan akurasi 3 °, ini sesuai dengan perbedaan fase 6 °. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa seseorang mampu membedakan perubahan beda fasa gelombang suara yang masuk ke telinganya dengan ketelitian 6°.

telinga sebagai akibat difraksi (bab 19).

Gelombang suara melewati saluran telinga dan sebagian dipantulkan dari membran timpani 3 (lihat Gambar 6.8). Akibat interferensi gelombang datang dan gelombang pantul, resonansi akustik dapat terjadi. Dalam hal ini, panjang gelombang adalah empat kali panjang saluran pendengaran eksternal. Saluran telinga manusia panjangnya kira-kira 2,3 cm; oleh karena itu, resonansi akustik terjadi pada frekuensi

Bagian terpenting dari telinga tengah adalah membran timpani 3 dan tulang-tulang pendengaran: maleus 4, landasan 5 dan sanggurdi 6 dengan otot, tendon, dan ligamen yang sesuai. Tulang melakukan transmisi getaran mekanis dari lingkungan udara telinga luar ke lingkungan cair telinga bagian dalam. Media cair telinga bagian dalam memiliki hambatan gelombang yang kira-kira sama dengan hambatan gelombang air. Seperti yang telah ditunjukkan (lihat 6.4), hanya 0,123% dari intensitas kejadian yang ditransmisikan dalam transisi langsung gelombang suara dari udara ke air. Ini terlalu sedikit. Oleh karena itu, tujuan utama dari telinga tengah adalah untuk memfasilitasi transmisi intensitas suara yang lebih besar ke telinga bagian dalam. Dalam istilah teknis, telinga tengah cocok dengan impedansi udara dan cairan di telinga bagian dalam.

Sistem tulang (lihat Gambar 6.8) di satu ujung dihubungkan dengan palu ke gendang telinga (area S 1 \u003d 64 mm 2), di sisi lain - dengan sanggurdi - dengan jendela oval 7 dari telinga bagian dalam ( area S 2 \u003d 3 mm 2).

Pada tingkat ini, telinga tengah meningkatkan transmisi tekanan suara eksternal ke telinga bagian dalam.

Fungsi lain dari telinga tengah adalah melemahnya transmisi getaran dalam kasus suara dengan intensitas tinggi. Hal ini dilakukan dengan refleks relaksasi otot-otot tulang-tulang pendengaran di telinga tengah.

Telinga tengah terhubung ke atmosfer melalui tabung pendengaran (Eustachius).

Telinga luar dan tengah adalah bagian dari sistem penghantar suara. Sistem penerima suara adalah telinga bagian dalam.

Bagian utama dari telinga bagian dalam adalah koklea, yang mengubah getaran mekanis menjadi sinyal listrik. Selain koklea, aparatus vestibular termasuk dalam telinga bagian dalam (lihat 4.3), yang tidak ada hubungannya dengan fungsi pendengaran.

Koklea manusia adalah formasi tulang dengan panjang sekitar 35 mm dan berbentuk spiral berbentuk kerucut dengan 2 3/4 lingkaran. Diameter di pangkalan sekitar 9 mm, tingginya sekitar 5 mm.

pada gambar. 6.8 koklea (dibatasi oleh garis putus-putus) ditampilkan secara skematis diperluas untuk kemudahan melihat. Tiga kanal berjalan di sepanjang koklea. Salah satunya, yang dimulai dari jendela oval 7, disebut skala vestibular 8. Saluran lainnya berasal dari jendela bundar 9, disebut skala timpani 10. Skala vestibular dan timpani terhubung di kubah koklea melalui lubang kecil - helicotrema 11. Jadi, kedua saluran ini dalam beberapa cara mewakili satu sistem yang diisi dengan perilimfe. Getaran sanggurdi 6 ditransmisikan ke membran jendela oval 7, darinya ke perilimfe dan "menonjolkan" membran jendela bundar 9. Ruang antara skala vestibular dan timpani disebut kanal koklea 12, itu berisi endolimfe. Antara kanal koklea dan skala timpani, membran utama (basilar) 13 melewati koklea.Organ Corti yang mengandung sel-sel reseptor (rambut) terletak di atasnya, dan saraf pendengaran berasal dari koklea (rincian ini tidak ditunjukkan pada Gambar 6.8).

Organ Corti (organ spiral) adalah pengubah getaran mekanis menjadi sinyal listrik.

Panjang membran utama sekitar 32 mm, melebar dan menipis ke arah dari jendela oval ke bagian atas koklea (dari lebar 0,1 hingga 0,5 mm). Membran utama adalah struktur yang sangat menarik untuk fisika, ia memiliki sifat selektif frekuensi. Helmholtz memperhatikan hal ini,

mewakili membran utama dengan cara yang mirip dengan serangkaian senar piano yang disetel. Pemenang Hadiah Nobel Bekesy menetapkan kekeliruan teori resonator ini. Dalam karya Bekesy ditunjukkan bahwa membran utama adalah garis yang tidak homogen, transmisi eksitasi mekanis. Ketika terkena stimulus akustik, gelombang merambat di sepanjang membran utama. Gelombang ini dilemahkan berbeda tergantung pada frekuensi. Semakin rendah frekuensinya, semakin jauh dari jendela oval gelombang merambat di sepanjang membran utama sebelum mulai meluruh. Jadi, misalnya, gelombang dengan frekuensi 300 Hz akan merambat hingga kira-kira 25 mm dari jendela oval sebelum redaman dimulai, dan gelombang dengan frekuensi 100 Hz mencapai maksimum mendekati 30 mm. Berdasarkan pengamatan ini, teori telah dikembangkan yang menurutnya persepsi nada ditentukan oleh posisi osilasi maksimum membran utama. Dengan demikian, rantai fungsional tertentu dapat dilacak di telinga bagian dalam: osilasi membran jendela oval - osilasi perilimfe - osilasi kompleks membran utama - osilasi kompleks membran utama - iritasi sel rambut (reseptor organ dari Corti) - pembangkitan sinyal listrik.

Beberapa bentuk ketulian berhubungan dengan kerusakan pada aparatus reseptor koklea. Dalam hal ini, koklea tidak menghasilkan sinyal listrik saat mengalami getaran mekanis. Dimungkinkan untuk membantu orang tuli tersebut dengan menanamkan elektroda di koklea dan memberi mereka sinyal listrik yang sesuai dengan yang muncul saat terkena rangsangan mekanis.

Prostetik yang fungsi utamanya seperti koklea (prostesis koklea) sedang dikembangkan di sejumlah negara. Di Rusia, prostetik koklea dikembangkan dan diimplementasikan di Universitas Kedokteran Rusia. Prostesis koklea ditunjukkan pada Gambar. 6.12, di sini 1 adalah bodi utama, 2 adalah telinga dengan mikrofon, 3 adalah colokan konektor listrik untuk menghubungkan ke elektroda implan.

REFLEKSI SUARA

REFLEKSI SUARA

Fenomena yang terjadi ketika suara jatuh pada antarmuka antara dua media elastis dan terdiri dari pembentukan gelombang yang merambat dari antarmuka ke media yang sama, hamburan suara atau difraksi suara.
Gelombang datang menyebabkan batas-batas antara media, akibatnya timbul gelombang pantul dan gelombang bias. Struktur dan intensitasnya harus sedemikian rupa sehingga, pada kedua sisi antarmuka, kecepatan partikel dan tegangan elastis yang bekerja pada antarmuka adalah sama. Kondisi batas pada permukaan bebas terdiri dari persamaan dengan nol dari tegangan elastis yang bekerja pada permukaan ini.
Gelombang yang dipantulkan mungkin memiliki jenis polarisasi yang sama dengan gelombang datang, atau mungkin juga memiliki polarisasi lain. Dalam kasus terakhir, seseorang berbicara tentang transformasi, atau konversi, dari mode pada refleksi atau refraksi. Pemantulan gelombang bidang Pemantulan gelombang bidang memainkan peran khusus, karena gelombang bidang, yang dipantulkan dan dibiaskan, tetap datar, dan bentuk yang berubah-ubah dapat dianggap sebagai refleksi dari kombinasi gelombang bidang. Jumlah gelombang pantul dan gelombang bias yang muncul ditentukan oleh sifat sifat elastis medium dan jumlah akustik. cabang yang ada di dalamnya. Karena kondisi batas, proyeksi vektor gelombang dari gelombang datang, gelombang pantul, dan gelombang bias ke antarmuka adalah sama (Gbr. 1).

Beras. 1. Skema pemantulan dan pembiasan gelombang suara bidang pada antarmuka bidang.

Dari sini ikuti hukum pemantulan dan pembiasan, i , dipantulkan k r dan dibiaskan k t gelombang dan normal tn" ke antarmuka terletak pada bidang yang sama (bidang datang); 2) rasio sinus sudut datang pantulan dan pembiasan terhadap kecepatan fase c saya, dan gelombang yang sesuai sama satu sama lain:
(subskrip dan menunjukkan polarisasi gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan). Dalam media isotropik, di mana arah vektor gelombang bertepatan dengan arah sinar suara, hukum pemantulan dan pembiasan mengambil bentuk yang biasa dari hukum Snell. Dalam media anisotropik, hukum pemantulan hanya menentukan arah normal gelombang; bagaimana sinar yang dibiaskan atau dipantulkan akan merambat tergantung pada arah kecepatan radial yang sesuai dengan normal ini.
Pada sudut datang yang cukup kecil, semua gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan adalah gelombang bidang yang membawa energi radiasi datang dari antarmuka. Namun, jika untuk k.-l. gelombang dibiaskan lebih cepat c saya gelombang datang, maka untuk sudut datang, besar m. n. kritis sudut \u003d arcsin, komponen normal dari vektor gelombang dari gelombang bias yang sesuai menjadi imajiner, 2. Namun, kejadian gelombang pada antarmuka pada sudut yang lebih besar dari yang kritis mungkin tidak menyebabkan refleksi total, karena insiden radiasi dapat menembus ke dalam medium ke-2 dalam bentuk gelombang dengan polarisasi yang berbeda.
Kritis sudut juga ada untuk gelombang pantul, jika di O. z. konversi mode terjadi dan gelombang yang dihasilkan dari konversi lebih besar dari kecepatan c saya gelombang insiden. Untuk sudut datang, kritis lebih kecil. sudut, bagian dari energi datang dibawa menjauh dari batas dalam bentuk gelombang yang dipantulkan dengan polarisasi ; di , gelombang tersebut ternyata tidak homogen, redaman jauh ke dalam medium 1, dan tidak mengambil bagian dalam transfer energi dari antarmuka. Misalnya kritis sudut = arcsin( c t /c L) terjadi saat pantulan akustik transversal. ombak T dari batas padatan isotropik dan konversi ke gelombang longitudinal L (dengan t dan C L- kecepatan gelombang suara transversal dan longitudinal).
Amplitudo gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan, sesuai dengan kondisi batas, dinyatakan secara linier dalam amplitudo saya gelombang datang, sama seperti jumlah ini dalam optik dinyatakan dalam amplitudo el.-magnet datang. gelombangmenggunakan Formula Fresnel. Pantulan gelombang bidang secara kuantitatif dicirikan oleh koefisien amplitudo. refleksi, yang merupakan rasio amplitudo gelombang yang dipantulkan dengan amplitudo kejadian: \u003d Koefisien amplitudo. refleksi dalam kasus umum yang kompleks: modul mereka menentukan hubungan abs. nilai amplitudo, dan fase menentukan pergeseran fase dari gelombang yang dipantulkan. Koefisien amplitudo ditentukan dengan cara yang sama. lewat Redistribusi energi radiasi insiden antara gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan dicirikan oleh koefisien. refleksi dan transmisi dalam intensitas, yang merupakan rasio komponen kerapatan fluks energi rata-rata waktu normal terhadap antarmuka dalam gelombang pantul (dibiaskan) dan gelombang datang:

di mana adalah intensitas suara dalam gelombang yang sesuai, dan adalah kepadatan media yang bersentuhan. Keseimbangan energi yang dipasok ke antarmuka dan dibawa menjauh darinya dikurangi menjadi keseimbangan komponen normal aliran energi:

koefisien refleksi tergantung baik pada akustik .karakter dan. ketergantungan ditentukan oleh adanya kritis. sudut, serta sudut refleksi nol, ketika jatuh di mana gelombang yang dipantulkan dengan polarisasi tidak terbentuk.

Oh. pada batas dua cairan. Naib. gambar sederhana dari O. h. terjadi pada antarmuka antara dua fluida. Dalam hal ini, tidak ada konversi gelombang, dan refleksi terjadi sesuai dengan hukum cermin, dan koefisien refleksi adalah

dimana dan c 1,2 - kepadatan dan kecepatan suara di media yang berdekatan . dan 2. Jika cepat rambat gelombang datang lebih besar dari cepat rambat bunyi ( Dengan 1 c 2), maka kritis sudut hilang.

pada kejadian normal gelombang pada antarmuka hingga nilai R=- 1 pada kejadian penggembalaan Jika akus. r 2 dengan 2 lingkungan 2 impedansi lebih menengah 1 , maka pada sudut datang

koefisien refleksi menghilang dan insiden benar-benar masuk ke medium 2.
Kapan dari 1<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(c 1 /c 2). Pada<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0 dengan penurunan normal ke R = 1 pada sudut datang sama dengan yang kritis. Refleksi nol juga dapat terjadi dalam kasus ini, jika untuk akustik impedansi media, ketidaksetaraan terbalik berlaku sudut refleksi nol masih ditentukan oleh ekspresi (6). Untuk sudut datang, kritis besar, ada ext lengkap. cerminan: dan radiasi insiden jauh ke dalam medium 2 tidak menembus. Di lingkungan 2, namun, medan gelombang pantul terbentuk sebagai hasil interferensi dua medan: gelombang pantul spekular dan gelombang, 1 oleh gelombang tak homogen yang muncul dalam medium 2. Ketika gelombang non-bidang (misalnya, bola) dipantulkan, gelombang yang dipancarkan kembali seperti itu sebenarnya diamati dalam percobaan dalam bentuk yang disebut. gelombang samping (lihat ombak, bagian Refleksi dan ).

Oh. dari batas benda tegar. Sifat pantulan menjadi lebih rumit jika reflektor adalah benda padat. Kapan Dengan dalam zat cair kecepatan longitudinalnya lebih kecil L dan melintang Dengan m suara dalam benda padat, ketika dipantulkan pada batas cairan dengan benda padat, dua yang kritis muncul. sudut: longitudinal = arcsin ( s/s L) dan transversal = arcsin ( s/s t ). Namun, karena selalu dengan L > dengan t . Pada sudut datang, koefisien refleksi valid (Gbr. 2). Radiasi insiden menembus ke dalam benda padat dalam bentuk gelombang bias longitudinal dan transversal. Dengan kejadian normal suara dalam benda padat, hanya nilainya R 0 ditentukan oleh rasio akustik longitudinal. impedansi cairan dan benda padat mirip dengan f-le (5) (- kepadatan cairan dan benda padat).

Beras. 2. Ketergantungan modulus koefisien pantulan suara | R | (garis padat) dan fasenya (garis putus-putus) pada batas zat cair dan zat padat dari sudut datang.

Pada koefisien dan bagian dari radiasi datang menembus jauh ke dalam benda padat dalam bentuk gelombang transversal yang dibiaskan. Oleh karena itu, untuk<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Partisipasi gelombang longitudinal yang tidak homogen dalam pembentukan radiasi pantul menyebabkan, seperti pada batas dua cairan, pergeseran fasa gelombang pantul. Ketika ada internal penuh. refleksi:1. Dalam benda padat di dekat batas, hanya gelombang tidak homogen yang secara eksponensial jatuh ke kedalaman benda yang terbentuk. Pergeseran fase gelombang yang dipantulkan untuk sudut dikaitkan terutama dengan eksitasi pada antarmuka kebocoran gelombang Rayleigh. Gelombang seperti itu muncul pada batas benda padat dengan cairan pada sudut datang dekat dengan sudut Rayleigh = arcsin ( s/s R), di mana C R- Kecepatan gelombang Rayleigh pada permukaan benda padat. Menyebar di sepanjang antarmuka, gelombang bocor sepenuhnya dipancarkan kembali dalam .
Jika sebuah DenganDengan t . internal penuh atas tidak ada refleksi pada batas cairan dengan padatan: radiasi datang menembus pada setiap sudut datang, setidaknya dalam bentuk gelombang transversal. Refleksi total terjadi ketika gelombang suara berada di bawah kritis. sudut atau insiden penggembalaan. Untuk koefisien c>c L. refleksi nyata, O. z., merambat dalam benda padat. Ketika suara merambat dalam padatan isotropik, maks. karakter sederhana adalah refleksi dari gelombang geser, arah osilasi yang sejajar dengan bidang antarmuka. Tidak ada konversi mode pada refleksi atau pembiasan gelombang tersebut. Ketika jatuh pada batas bebas atau batas dengan cairan, gelombang seperti itu sepenuhnya dipantulkan ( R = 1) menurut hukum pemantulan cermin. Pada antarmuka antara dua padatan isotropik, bersama dengan gelombang yang dipantulkan secara spekuler dalam medium 2 gelombang bias dengan polarisasi terbentuk Ketika gelombang transversal, terpolarisasi dalam bidang datang, jatuh pada permukaan bebas dari suatu benda, baik gelombang pantul dari polarisasi yang sama dan gelombang longitudinal muncul di batas. , lebih kecil dari sudut kritis = = arcsin ( cT/cL), koefisien refleksi R T dan R L- murni nyata: gelombang yang dipantulkan meninggalkan batas persis dalam fase (atau keluar dari fase) dengan gelombang datang. Di perbatasan, hanya gelombang transversal yang dipantulkan secara spekuler yang keluar; gelombang longitudinal yang tidak homogen terbentuk di dekat permukaan bebas.
koefisien refleksi menjadi kompleks, Jika batas benda padat bersentuhan dengan cairan, maka ketika gelombang dipantulkan (membujur atau melintang, 2. Itu juga terletak pada bidang datang.

HAI . h. pada antarmuka antara media anisotropik. Oh. pada antarmuka kristal. lingkungan itu kompleks. dan gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan dalam hal ini sendiri merupakan fungsi dari sudut pantul dan pembiasan (lihat. akustik kristal); oleh karena itu, bahkan definisi sudut dan untuk sudut datang tertentu mengalami masalah serius. kesulitan. Jika bagian permukaan vektor gelombang dengan bidang datang diketahui, maka grafik yang digunakan. metode untuk menentukan sudut dan ujung vektor gelombang k r dan k t berbaring tegak lurus NN", ditarik ke antarmuka melalui ujung vektor gelombang k saya gelombang datang, pada titik di mana tegak lurus ini berpotongan dec. permukaan rongga vektor gelombang (Gbr. 3). Jumlah gelombang yang dipantulkan (atau dibiaskan) yang benar-benar merambat dari antarmuka ke kedalaman media yang sesuai ditentukan oleh berapa banyak rongga yang berpotongan tegak lurus. tn". Jika perpotongan dengan k.-l. sama sekali tidak ada, ini berarti bahwa gelombang polarisasi yang sesuai ternyata tidak homogen dan tidak mentransfer energi dari batas. Tegak lurus tn" dapat melintasi rongga yang sama dalam beberapa. poin (poin sebuah 1 dan sebuah 2 dalam gambar. 3). Dari kemungkinan posisi vektor gelombang k r (atau k t) gelombang yang benar-benar teramati hanya sesuai dengan gelombang yang vektor kecepatan radialnya,

Beras. 3. Metode grafis untuk menentukan refleksi sudut dan refraksi pada antarmuka media kristal 1 dan 2.L, FT dan ST- permukaan vektor gelombang untuk quasi-longitudinal, Sebagai aturan, gelombang yang dipantulkan (dibiaskan) termasuk dalam penguraian. cabang akustik. fluktuasi. Namun, dalam kristal, begitu berarti. anisotropi, ketika permukaan vektor gelombang memiliki bagian cekung (Gbr. 4), refleksi dimungkinkan dengan pembentukan dua gelombang yang dipantulkan atau dibiaskan milik cabang osilasi yang sama.
Secara eksperimental, berkas gelombang suara terbatas diamati, arah rambatnya ditentukan oleh kecepatan radial. NN" ke antarmuka. Secara khusus, yang dipantulkan dapat terletak pada bidang datang pada sisi yang sama dari normal N, yang merupakan sinar datang. Kasus pembatas dari kemungkinan ini adalah superimposisi sinar pantul pada sinar datang dengan insiden miring dari yang terakhir.

Beras. 4. Pemantulan gelombang akustik yang terjadi pada permukaan bebas kristal dengan pembentukan dua gelombang pantul dengan polarisasi yang sama: sebuah- penentuan vektor gelombang gelombang pantul (dengan g adalah vektor kecepatan radial); b- skema refleksi berkas suara bagian hingga.

Pengaruh redaman terhadap karakter O. h..koefisien refleksi dan transmisi tidak bergantung pada frekuensi suara jika redaman suara di kedua media batas dapat diabaikan. Atenuasi yang terlihat tidak hanya mengarah pada ketergantungan frekuensi dari koefisien. refleksi R, tetapi juga mendistorsi ketergantungannya pada sudut datang, terutama di dekat kritis. sudut (gbr.5, sebuah). Ketika tercermin dari antarmuka antara cairan dan padatan, efek redaman secara signifikan mengubah ketergantungan sudut R pada sudut datang dekat dengan sudut Rayleigh (Gbr. 5B). Pada antarmuka antara media dengan redaman yang dapat diabaikan pada sudut datang seperti itu, | R|= 1 (kurva 1 dalam gambar. 5, b). Adanya atenuasi menyebabkan seseorang yang | | R| menjadi kurang dari 1, dan mendekati minimum | | R|(kurva 2 - 4). Sebagai frekuensi meningkat dan peningkatan yang sesuai dalam koefisien. redaman, kedalaman minimum meningkat, f 0 , naz. frekuensi refleksi nol, min. nilai | R| tidak hilang (kurva 3, gbr.5, b). Peningkatan lebih lanjut dalam frekuensi menyebabkan perluasan minimum (kurva 4 ) pengaruh efek redaman terhadap O. h. untuk hampir semua sudut datang (kurva 5). Penurunan amplitudo gelombang pantul dibandingkan dengan amplitudo gelombang datang tidak berarti bahwa radiasi datang menembus benda padat. Ini terkait dengan penyerapan gelombang Rayleigh yang bocor, yang tereksitasi oleh radiasi yang datang dan berpartisipasi dalam pembentukan gelombang yang dipantulkan. Ketika frekuensi suara f sama dengan frekuensi f 0, semua energi gelombang datang dihamburkan pada antarmuka.

Beras. 5. Ketergantungan sudut | R| di perbatasan air - baja, dengan mempertimbangkan redaman: sebuah- sifat umum dari ketergantungan sudut | R|; garis padat - tanpa memperhitungkan kerugian, garis putus-putus - sama dengan redaman; b- ketergantungan sudut | R dekat sudut Rayleigh pada nilai yang berbeda dari penyerapan gelombang transversal dalam baja pada panjang gelombang. kurva 1 - 5 sesuai dengan peningkatan parameter ini dari nilai 3 x 10 -4 (kurva 1 ) ke nilai = 1 (kurva 5) karena peningkatan frekuensi radiasi ultrasonik yang sesuai.

Oh. dari lapisan dan piring.HAI. h. dari lapisan atau pelat beresonansi. Gelombang yang dipantulkan dan ditransmisikan terbentuk sebagai hasil dari beberapa refleksi gelombang pada batas lapisan. Dalam kasus lapisan cair, gelombang datang menembus lapisan pada sudut bias ditentukan dari hukum Snell. Karena pemantulan ulang, gelombang longitudinal muncul di lapisan itu sendiri, merambat dalam arah maju dan mundur dengan sudut terhadap garis normal yang ditarik ke batas lapisan (Gbr. 6, sebuah). Sudut adalah sudut bias yang sesuai dengan sudut datang pada batas lapisan. Jika kecepatan suara di lapisan Dengan 2 lebih banyak kecepatan suara Dengan 1 di sekitar cairan, maka sistem gelombang pantul hanya muncul ketika sudut total int. refleksi \u003d arcsin (c 1 / c 2). Namun, untuk lapisan yang cukup tipis, gelombang yang ditransmisikan juga terbentuk pada sudut datang yang lebih besar daripada yang kritis. Dalam hal ini, koefisien refleksi dari lapisan ternyata abs. kurang dari 1. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pada lapisan dekat batas tempat gelombang datang dari luar, timbul gelombang tidak homogen yang jatuh secara eksponensial ke kedalaman lapisan. Jika ketebalan lapisan d kurang dari atau sebanding dengan kedalaman penetrasi gelombang tidak homogen, maka yang terakhir mengganggu batas lapisan yang berlawanan, sebagai akibatnya gelombang yang ditransmisikan dipancarkan darinya ke cairan di sekitarnya. Fenomena rembesan gelombang ini analog dengan rembesan partikel dalam mekanika kuantum.
koefisien refleksi lapisan

di mana adalah komponen normal dari vektor gelombang pada lapisan, sumbu z- tegak lurus terhadap batas lapisan, R 1 dan R 2 - peluang. Oh. adalah periodik fungsi frekuensi audio f dan ketebalan lapisan d. Pada saat terjadi penetrasi gelombang melalui lapisan, | R | dengan bertambahnya f atau d cenderung monoton ke 1.

Beras. 6. Pemantulan gelombang suara dari lapisan cair: sebuah - skema refleksi; 1 - cairan di sekitarnya; 2- lapisan; b - ketergantungan modulus koefisien refleksi | R| sudut musim gugur.

Sebagai f-tion dari nilai sudut datang | R | memiliki sistem maxima dan minima (Gbr. 6, b). Jika ada cairan yang sama di kedua sisi lapisan, maka pada titik minimum R = 0. Refleksi nol terjadi ketika fase maju melintasi ketebalan lapisan sama dengan bilangan bulat setengah siklus

dan gelombang yang muncul ke medium atas setelah dua pemantulan berturut-turut akan berada di antifase dan saling meniadakan. Sebaliknya, semua gelombang yang dipantulkan kembali keluar ke medium yang lebih rendah dengan fase yang sama, dan amplitudo gelombang yang ditransmisikan menjadi maksimum. transmisi terjadi ketika sejumlah bilangan bulat dari setengah gelombang masuk ke dalam ketebalan lapisan: d= di mana . =1,2,3,..., - panjang gelombang suara pada bahan lapisan; oleh karena itu, lapisan yang kondisi (8) terpenuhi disebut setengah gelombang Hubungan (8) bertepatan dengan kondisi keberadaan gelombang normal dalam lapisan cairan bebas. Karena itu, transmisi lengkap melalui lapisan terjadi ketika radiasi yang datang menggairahkan satu atau lain gelombang normal di lapisan. Karena kontak lapisan dengan cairan di sekitarnya, gelombang normal bocor: selama perambatannya, ia memancarkan kembali energi radiasi yang datang ke medium yang lebih rendah.
Ketika cairan di sisi berlawanan dari lapisan berbeda, keberadaan lapisan setengah gelombang tidak berpengaruh pada gelombang datang: refleksi dari lapisan sama dengan koefisien. refleksi dari batas cairan ini ketika mereka secara langsung. kontak. Selain lapisan setengah gelombang dalam akustik, serta dalam optik, yang disebut. lapisan seperempat gelombang, ketebalan yang memenuhi kondisi ( n= 1,2, ...).Memilih akustik yang sesuai. impedansi lapisan, Anda bisa mendapatkan refleksi nol dari lapisan gelombang dengan frekuensi yang diberikan f pada sudut datang tertentu pada lapisan. Lapisan tersebut digunakan sebagai lapisan akustik antireflektif.
Untuk pemantulan gelombang suara dari pelat padat tak terbatas yang direndam dalam cairan, sifat pemantulan yang dijelaskan di atas untuk lapisan cairan akan dipertahankan secara umum. Selama pemantulan ulang pada pelat, selain gelombang longitudinal, gelombang geser juga akan tereksitasi. Sudut dan , di mana gelombang longitudinal dan transversal merambat di piring, masing-masing, terkait dengan sudut datang oleh hukum Snell. Sudut dan ketergantungan frekuensi| R| akan mewakili, seperti dalam kasus refleksi dari lapisan cair, sistem bolak-balik maxima dan minima. Transmisi lengkap melalui pelat terjadi ketika radiasi datang menggairahkan salah satu gelombang normal di dalamnya, yaitu sebagai berikut: Gelombang domba. Karakter resonansi O. z. dari lapisan atau pelat terhapus karena perbedaan akustik berkurang. sifat dari sifat lingkungan. Peningkatan akustik. dan | R(fd)|.

Pemantulan gelombang non-planar. Pada kenyataannya, hanya ada gelombang non-bidang; refleksi mereka dapat direduksi menjadi refleksi dari satu set gelombang pesawat. monokromatik gelombang dengan muka gelombang sembarang dapat direpresentasikan sebagai sekumpulan gelombang bidang dengan frekuensi melingkar yang sama, tetapi dengan diff. arah vektor gelombang k. Utama karakteristik radiasi insiden adalah spasialnya - satu set amplitudo SEBUAH(k) gelombang bidang yang bersama-sama membentuk gelombang datang. perut nilai k ditentukan oleh frekuensi , sehingga tidak independen. Ketika dipantulkan dari pesawat z= 0 komponen normal kz diberikan oleh komponen tangensial k x , k y: k z=Masing-masing , yang merupakan bagian dari radiasi datang, jatuh pada antarmuka pada sudutnya sendiri dan dipantulkan secara independen dari gelombang lain. Bidang F( r) dari gelombang yang dipantulkan muncul sebagai superposisi dari semua gelombang bidang yang dipantulkan dan dinyatakan dalam spektrum spasial dari radiasi yang datang A(k x , k y) koefisien. refleksi R(k x , k y):

Integrasi meluas ke wilayah nilai besar yang sewenang-wenang kx dan k y . Jika spektrum spasial dari radiasi datang mengandung (seperti pada pantulan gelombang bola) komponen dengan kx(atau k y), besar , maka dalam pembentukan gelombang pantul, selain gelombang dengan nyata kz gelombang non-seragam juga mengambil bagian, yang k,- nilai murni. Pendekatan ini, diusulkan pada tahun 1919 oleh H. Weyl dan dikembangkan lebih lanjut dalam representasi optik Fourier, konsisten. deskripsi refleksi gelombang sewenang-wenang dari antarmuka bidang.
Ketika mempertimbangkan O. z. pendekatan sinar juga dimungkinkan, yang didasarkan pada prinsip-prinsip akustik geometris. Radiasi insiden dianggap sebagai satu set sinar berinteraksi dengan antarmuka. Ini memperhitungkan bahwa sinar datang tidak hanya dipantulkan dan dibiaskan dengan cara biasa, mematuhi hukum Snell, tetapi juga bagian dari sinar yang datang pada antarmuka pada sudut tertentu tereksitasi. n. gelombang samping, serta bocor (Rayleigh dan lainnya) atau pandu gelombang bocor (gelombang Lamb, dll.). Menyebar di sepanjang antarmuka, gelombang tersebut kembali dipancarkan ke media dan berpartisipasi dalam pembentukan gelombang yang dipantulkan. Untuk latihan pantulannya berbentuk bola. gelombang terkolimasi secara akustik. balok bagian hingga dan balok suara terfokus.

Pemantulan gelombang bola. Pola refleksinya bulat. gelombang yang dibuat dalam cairan I oleh sumber titik HAI, tergantung pada rasio antara kecepatan suara Dengan 1 dan dari 2 sampai mengontak cairan I dan II (Gbr. 7). Jika c t > c 2 , maka kritis sudut tidak ada dan refleksi terjadi sesuai dengan hukum geom. akustik. Di lingkungan I ada bola yang dipantulkan. O". membentuk bayangan imajiner dari sumber, dan gelombang pantul adalah bagian dari bola yang berpusat pada suatu titik HAI".

Beras. 7. Pemantulan gelombang bola pada antarmuka antara dua cairan: HAI dan oh" - sumber imajiner nyata; 1 - bagian depan gelombang bola yang dipantulkan; 2 - bagian depan gelombang yang dibiaskan; 3 - gelombang samping depan.

Kapan c 2 l dan ada yang kritis sudut dalam media I selain bola yang dipantulkan. gelombang, komponen lain dari radiasi yang dipantulkan muncul. Sinar datang pada antarmuka di bawah kritis. sudut membangkitkan gelombang kedua dalam medium, yang merambat dengan kecepatan Dengan 2 sepanjang antarmuka dan dipancarkan kembali ke media I, membentuk apa yang disebut. Oh bersama OA dan kemudian pindah lagi ke hari Rabu I di decomp. titik antarmuka dari titik . dotochki DARI, di mana pada saat ini adalah bagian depan gelombang yang dibiaskan. NE condong ke batas dengan sudut dan memanjang ke titik PADA, di mana ia menyatu dengan bagian depan cermin yang dipantulkan bola. ombak. Di ruang angkasa, muka gelombang lateral adalah permukaan kerucut terpotong yang muncul selama rotasi segmen SW lurus OO". Ketika dipantulkan berbentuk bola. gelombang dalam cairan dari permukaan benda padat mirip dengan kerucut. gelombang terbentuk karena eksitasi gelombang Rayleigh bocor pada antarmuka. Refleksi bulat. gelombang - salah satu eksperimen utama. metode geoakustik, seismologi, hidroakustik dan akustik laut.

Refleksi balok akustik penampang terbatas. Refleksi balok suara collimated, muka gelombang ke-rykh di utama. bagian dari balok dekat dengan datar, terjadi untuk sebagian besar sudut datang seolah-olah gelombang bidang dipantulkan. Ketika sinar dipantulkan, atau sudut Rayleigh, bersama dengan refleksi specular, eff terjadi. gelombang Roley lateral atau bocor. Medan berkas pantul dalam hal ini adalah superposisi berkas pantul spekular dan gelombang pantul. Bergantung pada lebar balok dan sifat elastis dan viskos dari media yang berdampingan, baik pergeseran balok lateral (paralel) terjadi pada bidang antarmuka (yang disebut pergeseran Schoch) (Gbr. 8) atau pelebaran balok yang signifikan dan penampilan kurus

Beras. 8. Perpindahan lateral balok selama refleksi: 1 - balok insiden; 2 - sinar yang dipantulkan secara spekuler; 3- sinar pantul sebenarnya.

struktur. Ketika balok datang pada sudut Rayleigh, sifat distorsi ditentukan oleh rasio antara lebar balok . iradiat. redaman gelombang Rayleigh yang bocor

di mana panjang gelombang suara dalam cairan, TETAPI - faktor numerik yang mendekati satu. Jika lebar balok jauh lebih besar dari panjang jari-jarinya. Dalam kasus balok sempit, karena emisi kembali gelombang permukaan bocor, balok melebar secara signifikan dan tidak lagi simetris (Gbr. 9). Di dalam daerah yang ditempati oleh berkas yang dipantulkan secara specular, sebagai akibat dari interferensi, amplitudo minimum nol terjadi dan berkas terbelah menjadi dua bagian. Refleksi non-spekular collimes.

Beras. 9. Pemantulan berkas suara dengan penampang berhingga, yang datang dari zat cair W ke permukaan benda padat T pada sudut Rayleigh: 1 - balok insiden; 2 - balok yang dipantulkan; sebuah - area amplitudo nol; b- wilayah ekor balok.

Dalam kasus terakhir, karakter refleksi nonspekular disebabkan oleh eksitasi mode pandu gelombang bocor di lapisan atau pelat. Peran penting dimainkan oleh gelombang lateral dan bocor dalam pantulan sinar ultrasonik terfokus. Secara khusus, gelombang ini digunakan dalam mikroskopis untuk pembentukan akustik. gambar dan memegang jumlah, Lit.: 1) Brekhovskikh L. M., Gelombang dalam media berlapis, 2nd ed., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hidrodinamika, edisi ke-4, M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Akustik media berlapis, V.M. Levin.

Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov. 1988 .

Menurut UMC dan lain-lain..

Bab 2: Fenomena Suara

Tema:

Jenis pelajaran: gabungan

Tujuan pelajaran: studi tentang karakteristik suara dan fenomena pantulan suara

Tujuan pelajaran (siswa): memperoleh pengetahuan tentang karakteristik suara dan pantulan suara

Tujuan pelajaran: - untuk membentuk pengetahuan tentang karakteristik fisik (amplitudo, frekuensi) dan fisiologis (tinggi, keras, timbre) suara;

Mengembangkan kegiatan pembelajaran universal yang bersifat pribadi, peraturan, dan komunikatif;

Menumbuhkan minat kognitif, rasa ingin tahu, motivasi positif untuk belajar.

Peta keamanan pelajaran

Hasil metasubjek yang direncanakan:

Menyajikan informasi dalam bentuk verbal dan grafik.

Berikan contoh suara yang berbeda. Tentukan sumber suara dalam setiap kasus.

Bagaimana gelombang suara terbentuk?

Apa yang kamu ketahui tentang cepat rambat gelombang bunyi di berbagai media?

Mengapa cepat rambat bunyi di air lebih cepat daripada di udara?

Aktivitas kognitif: sistematisasi dan generalisasi pengetahuan tentang fenomena suara, sumber suara, propagasi dan kecepatan suara

Aktivitas pengaturan: mengendalikan diri sendiri dan teman sekelas dalam proses reproduksi dan koreksi pengetahuan dasar

3. Memperbarui pengetahuan

Guru. Manusia hidup di dunia suara. Kami mendengar suara orang, nyanyian burung, suara alat musik, suara hutan, suara mesin yang bekerja. Apa kesamaan suara-suara ini dan bagaimana perbedaannya?

Murid. Hal yang umum adalah bahwa semua suara dipancarkan oleh tubuh yang berosilasi (pita suara manusia, burung, dawai alat musik, cabang pohon, dll.), dan suara-suara ini dapat berbeda, misalnya, dalam kenyaringannya.

Guru. Menurut Anda apa yang menentukan volume suara? Bagaimana itu didefinisikan? Apakah Anda ingin tahu jawaban dari pertanyaan ini? Sangat baik. Kami akan menjawab pertanyaan yang menarik minat kami dengan memeriksa karakteristik suara. Tuliskan topik pelajaran “Kenyaringan dan nada. Refleksi suara. Hari ini kita akan berkenalan dengan karakteristik fisik dan fisiologis suara, belajar membedakan suara rendah dari tinggi, keras dari tenang, mencari tahu apa itu timbre, dan juga mempelajari hukum pemantulan gelombang suara.

Tahap 4. Mempelajari materi pendidikan baru

4.1. Menciptakan dan memecahkan situasi masalah dengan eksperimen. Aktualisasi pengalaman subjektif

Guru. Mari kita cari tahu apa yang menentukan volume suara? Mari lakukan percobaan berikut.

Demonstrasi. Pukul batang garpu tala dengan palu. Mari kita membawa manik pada utas ke garpu tala yang berbunyi. Apa yang kita lihat dan mengapa?

Murid. Manik-manik memantul dari garpu tala karena garpu tala mengeluarkan suara, sehingga batang garpu tala bergetar.

Guru. Apakah menurut Anda jarak manik-manik dari garpu tala akan berubah jika saya memukul lebih keras?

Murid. Saya pikir semakin keras kita menekan garpu tala, semakin banyak (lebih) manik akan menyimpang.

Guru. Mari kita periksa asumsi kita. (Demonstrasi) Apa perbedaan antara suara yang dihasilkan oleh garpu tala?

Murid. Garpu tala mengeluarkan suara yang berbeda. Semakin keras kita memukul garpu tala maka semakin besar amplitudo kaki garpu tala yang akan bergetar, oleh karena itu suara akan semakin keras.

Guru. Ketergantungan volume suara pada amplitudo osilasi dapat ditunjukkan dengan jelas menggunakan garpu tala dengan pena (menurut Gambar 137)

Secara grafis, ketergantungan ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Guru. Kerasnya suara adalah karakteristik fisiologis pertama suara, yang ditentukan oleh amplitudo getaran sumber suara. Mari kita beralih ke bagian 2 dari percobaan kita. Ada dua garpu tala di atas meja demonstrasi. Apa perbedaan eksternal mereka?

Murid: Ukurannya berbeda, bobotnya berbeda.

Guru. Demonstrasi. Saya mengusulkan untuk mendemonstrasikan suara garpu tala ini dan mengomentari hasilnya.

Murid. Garpu tala ini menghasilkan suara yang berbeda. Yang satu rendah, yang lain tinggi. Saya pikir itu ada hubungannya dengan berat badan mereka. Dengan gaya tumbukan yang sama, kaki garpu tala akan bergetar pada frekuensi yang berbeda.

Guru. Untuk menguji asumsi ini, kami merekam getaran garpu tala pada pelat jelaga. Garpu tala pertama memiliki frekuensi yang lebih rendah dan menghasilkan suara yang rendah, garpu tala kedua menghasilkan suara yang lebih tinggi, oleh karena itu, semakin tinggi frekuensi osilasi, semakin tinggi suara.

Secara grafis, ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Jadi, nada adalah karakteristik fisiologis kedua, yang ditentukan oleh frekuensi getaran.

Kami tidak akan pernah mengacaukan suara terompet dengan suara piano. Kami mengenali suara ibu kami dari seribu suara. Timbre suara membantu kita membedakan satu suara dari yang lain.

Warnanada- fitur individual dari gelombang suara yang kompleks, karena fakta bahwa suara terdiri dari sejumlah suara sederhana dari frekuensi yang berbeda, yaitu, memiliki "warna" tertentu, ini adalah kualitas suara dan disebut timbre . Ini adalah karakteristik fisiologis lain dari suara.

Dan sekarang, coba sebutkan bunyi alat musik apa? (Perekaman komputer)

(Jawaban siswa)

Guru.Volume, nada, dan nada disebut karakteristik fisiologis suara karena mereka terkait dengan persepsi kita. Karakteristik fisiologis suara terkait dengan fisik, yang memungkinkan untuk membedakan suara keras dari yang tenang, tinggi dari yang rendah, suara dari sumber yang berbeda. Apa ciri-ciri fisik bunyi?

Murid. Ciri fisik bunyi - amplitudo dan frekuensi.

Guru. Sekarang mari kita berkenalan dengan salah satu sifat utama gelombang suara. Gelombang suara, seperti yang lainnya, dapat dipantulkan dan dibiaskan. refleksi gelombang dari rintangan adalah salah satu fenomena yang paling umum. Hukum pemantulan ini adalah hukum gelombang umum, yaitu berlaku untuk semua gelombang, termasuk suara dan cahaya. Kita akan mengamati pantulan gelombang dari layar dalam percobaan (percobaan menurut Gambar 141).Pengalaman dan pengamatan menunjukkan bahwa pemantulan suara tunduk pada hukum tertentu: sudut datang sama dengan sudut pantul.

Guru. Mari kita lakukan interpretasi grafis dari pengalaman di papan tulis dan menarik kesimpulan tentang hubungan antara sudut datang dan refleksi

Murid. Sudut pantul sama dengan sudut datang.

Guru. Ketika gelombang suara merambat, sebuah fenomena yang disebut gema dapat diamati. Hal ini dijelaskan oleh properti refleksi gelombang dari penghalang.

Di hutan, di pegunungan, di dalam ruangan, terkadang Anda dapat mendengar pantulan suara dari beberapa jenis rintangan (hutan, gunung, dinding). Jika gelombang suara mencapai kita, berturut-turut dipantulkan dari serangkaian rintangan, maka kita mendapatkan banyak gema. Gulungan guntur memiliki asal yang sama! Ini adalah pengulangan berulang dari "derek" yang sangat kuat dari percikan listrik petir yang sangat besar.

Echolocation didasarkan pada properti refleksi suara.

Beberapa hewan menggunakan ekolokasi untuk menentukan jarak. Misalnya, lumba-lumba, dengan menggunakan ekolokasi, menentukan topografi bawah dan lokasi saudara atau mangsanya dengan sangat akurat. Infrasonik yang dikirim oleh kelelawar dipantulkan dari mangsa potensial dan ditangkap oleh tikus. Pada saat penerbangan sinyal suara, mouse sangat akurat menentukan jarak ke objek.

Echo sounder - perangkat khusus untuk menentukan kedalaman laut - juga menggunakan fenomena pantulan suara. Kedalaman laut terkadang melebihi 10 km, dan tidak mungkin mengukur kedalaman seperti itu dengan lot biasa (beban diikat dengan tali). Echo sounder memancarkan sinyal suara yang kuat dan pendek, kemudian menangkap gema yang dipantulkan dari dasar laut.

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

4.2. Karya mandiri siswa.

Sebagai kelanjutan dari pengembangan topik dan asimilasi pengetahuan baru, siswa diajak untuk secara mandiri mempelajari materi yang ada di meja mereka.

Guru. Pelajari materi tambahan, lihat gambar, jawab pertanyaan dan lakukan peer review

1) Apa penyebab gangguan pendengaran?

2) Apa standar yang menentukan kenyaringan suara menurut SANPIN?

3) Perhatikan gambar. Dengan berapa desibel volume disko melebihi norma-norma ini?

Suara yang dirasakan oleh telinga manusia adalah salah satu sumber informasi terpenting tentang dunia di sekitar kita. Telinga adalah salah satu organ yang paling kompleks dan halus; ia merasakan suara yang sangat lemah dan sangat kuat. Organ pendengaran selalu "terjaga" bahkan di malam hari, dalam mimpi ia terus-menerus terkena rangsangan eksternal, karena ia tidak memiliki alat pelindung apa pun, seperti, misalnya, kelopak mata yang melindungi mata dari cahaya. Oleh karena itu, telinga manusia harus dilindungi tidak hanya dari kerusakan mekanis, tetapi juga dari suara keras!

Ketidaknyamanan kebisingan modern menyebabkan reaksi menyakitkan pada organisme hidup. Kebisingan dari pesawat jet terbang, misalnya, memiliki efek depresi pada lebah, kehilangan kemampuan untuk bernavigasi. Suara yang sama membunuh larva lebah, memecahkan telur burung di sarang secara terbuka. Di bawah pengaruh suara yang kuat, sapi memberi lebih sedikit susu, ayam lebih jarang terburu-buru, burung mulai meranggas secara intens, perkecambahan biji tertunda, dan bahkan sel-sel tumbuhan dihancurkan. Bukan kebetulan, misalnya, bahwa pohon-pohon di kota, bahkan di daerah "tidur", mati lebih awal daripada dalam kondisi alami.

Di kota-kota besar modern, kebisingan telah meningkat beberapa kali. Jika pada tahun 1960-an dan 1970-an tingkat volume di jalanan tidak melebihi 80 dB, sekarang mencapai 100 dB atau lebih. Di banyak jalan raya yang sibuk, bahkan di malam hari, kebisingan tidak turun di bawah 70 dB, sedangkan menurut standar sanitasi tidak boleh melebihi 40 dB.

Di kota-kota besar Rusia (St. Petersburg, Nizhny Novgorod, Krasnoyarsk, Yekaterinburg, Magnitogorsk, dll.) di jalan raya dengan lalu lintas padat (hingga 6–8 ribu kendaraan per jam), tingkat kebisingan rata-rata tercatat 73–83 dB , dan maksimum - hingga 90 dB atau lebih.

Tahap 5 Pemeriksaan utama pemahaman materi yang dipelajari

Target: menetapkan kebenaran dan kesadaran materi yang dipelajari, mengidentifikasi kesenjangan, memperbaiki kesenjangan dalam memahami materi

Metode dan teknik eksekusi: siswa mempersiapkan pertanyaan mereka, contoh mereka mengamati gema, suara berbagai volume dan ketinggian di alam, memecahkan masalah kualitatif tentang hukum pemantulan.

6. Tahap konsolidasi materi pendidikan

Target: untuk memastikan, selama konsolidasi, peningkatan tingkat pemahaman materi yang dipelajari, kedalaman pemahaman.

Untuk mengkonsolidasikan dan memperdalam pengetahuan yang diperoleh, Buku Kerja digunakan: No. 000, 259, tugas memungkinkan Anda untuk menerapkan pengetahuan teoretis dalam praktik,

Tahap 7. Pekerjaan rumah.

Tugas tingkat kreatif ditawarkan kepada mereka yang menganggap mungkin bagi diri mereka sendiri untuk melakukan pekerjaan kreatif mandiri.

Tahap 8. Menyimpulkan pelajaran dan refleksi

Target: memberikan penilaian kualitatif terhadap pekerjaan kelas dan individu siswa; memulai refleksi siswa tentang motivasi kegiatan dan interaksi mereka dengan guru dan teman sekelas

Guru. Jadi, mari kita simpulkan pelajaran kita. Sekarang kita tahu apa nada, kenyaringan, dan timbre suara dan kuantitas fisik apa yang dicirikan olehnya, bahwa pantulan suara mematuhi pola tertentu dan dapat mengarah pada pengamatan fenomena seperti gema, dan kita juga berkenalan dengan pertimbangan dan penerapan refleksi suara dalam teknologi.

Bunyi merambat dari badan bunyi secara merata ke segala arah, jika tidak ada hambatan di jalurnya. Namun tidak setiap kendala dapat membatasi penyebarannya. Suara tidak dapat dilindungi dari selembar karton kecil, seperti dari seberkas cahaya. Gelombang suara, seperti gelombang lainnya, mampu melewati rintangan, "tidak memperhatikan" mereka jika dimensinya lebih kecil dari panjang gelombang. Panjang gelombang suara yang terdengar di udara berkisar antara 15 m hingga 0,015 m. Jika hambatan di jalurnya lebih kecil (misalnya, batang pohon di hutan ringan), maka gelombang akan mengitarinya. Sebuah rintangan besar (dinding rumah, batu) memantulkan gelombang suara menurut hukum yang sama seperti gelombang cahaya: sudut datang sama dengan sudut pantul. Echo adalah pantulan suara dari rintangan.

Cara bunyi berpindah dari satu medium ke medium lainnya. Fenomena ini cukup kompleks, tetapi mematuhi aturan umum: suara tidak berpindah dari satu medium ke medium lain jika densitasnya sangat berbeda, misalnya, dari air ke udara. Mencapai batas media ini, hampir sepenuhnya tercermin. Sebagian kecil dari energinya dihabiskan untuk getaran lapisan permukaan media lain. Setelah membenamkan kepala Anda di bawah permukaan sungai, Anda masih akan mendengar suara keras, tetapi pada kedalaman 1 m Anda tidak akan mendengar apa pun. Ikan tidak mendengar suara yang terdengar di atas permukaan laut, tetapi suara dari tubuh yang bergetar di dalam air, mereka mendengar dengan baik.

Suara terdengar melalui dinding tipis karena membuat mereka bergetar, dan mereka sepertinya mereproduksi suara yang sudah ada di ruangan lain. Bahan kedap suara yang bagus - wol, karpet bulu, dinding yang terbuat dari beton busa atau plester kering berpori - hanya berbeda karena mereka memiliki banyak antarmuka antara udara dan benda padat. Melewati masing-masing permukaan ini, suara berulang kali dipantulkan. Tapi, di samping itu, medium di mana suara merambat menyerapnya. Suara yang sama terdengar lebih baik dan lebih jauh di udara bersih daripada di kabut, di mana suara itu diserap oleh antarmuka antara tetesan udara dan air.

Gelombang suara dengan frekuensi yang berbeda diserap secara berbeda di udara. Lebih kuat - suara tinggi, kurang - rendah, seperti bass. Itulah sebabnya peluit kapal mengeluarkan suara yang sangat rendah (frekuensinya tidak lebih dari 50 Hz): suara rendah terdengar pada jarak yang lebih jauh. Lonceng besar di Kremlin Moskwa, ketika masih tergantung di menara lonceng "Ivan yang Agung", terdengar sejauh 30 mil - itu bersenandung dengan nada sekitar 30 Hz (fa suboktaf). Infrasonik diserap lebih sedikit, terutama di air. Ikan mendengarnya selama puluhan dan ratusan kilometer. Tetapi ultrasound diserap dengan sangat cepat: ultrasound dengan frekuensi 1 MHz dilemahkan di udara setengahnya pada jarak 2 cm, sedangkan suara 10 kHz dilemahkan setengahnya pada 2200 m.

Energi gelombang suara

Gerakan kacau partikel materi (termasuk molekul udara) disebut termal. Ketika gelombang suara merambat di udara, partikelnya memperoleh, selain termal, gerakan tambahan - getaran. Energi untuk gerakan tersebut diberikan kepada partikel udara oleh benda yang bergetar (sumber suara); sementara berosilasi, energi terus ditransfer dari itu ke udara sekitarnya. Semakin jauh gelombang suara lewat, semakin lemah jadinya, semakin sedikit energi yang dimilikinya. Hal yang sama terjadi dengan gelombang suara di media elastis lainnya - dalam cairan, dalam logam.

Suara menyebar secara merata ke segala arah, dan pada setiap saat lapisan udara terkompresi yang muncul dari satu bentuk impuls, seolah-olah, permukaan bola, di tengahnya terdapat badan suara. Jari-jari dan permukaan "bola" semacam itu terus tumbuh. Jumlah energi yang sama jatuh pada permukaan "bola" yang semakin besar dan semakin besar. Permukaan bola sebanding dengan kuadrat jari-jarinya, sehingga jumlah energi gelombang suara yang lewat, katakanlah, melalui satu meter persegi permukaan, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari badan bunyi. Oleh karena itu, suara menjadi lebih lemah di kejauhan. Ilmuwan Rusia N. A. Umov memperkenalkan konsep fluks kerapatan energi ke dalam sains. Juga mudah untuk mengukur kekuatan (intensitas) suara dengan besarnya aliran energi. Fluks kerapatan energi dalam gelombang suara adalah jumlah energi yang lewat per detik melalui permukaan satuan yang tegak lurus terhadap arah gelombang. Semakin besar kepadatan energi aliran, semakin besar kekuatan suara. Aliran energi diukur dalam watt per meter persegi (W/m²).