장애물과 두 매체의 경계에서 소리가 반사됩니다. 실내 음향

소리 반사- 음파가 두 탄성 매체 사이의 계면에 떨어질 때 발생하는 현상으로 계면에서 입사파가 나온 동일한 매체로 전파되는 파동의 형성으로 구성됩니다. 일반적으로 O.z. 두 번째 매질에서 굴절파의 형성을 동반합니다. O.z의 특별한 경우. - 자유 표면에서의 반사. 평면 인터페이스에서의 반사가 일반적으로 고려되지만 O.z에 대해 말할 수 있습니다. 임의의 모양의 장애물로부터, 장애물의 크기가 음파의 길이보다 훨씬 큰 경우. 그렇지 않으면 있습니다. 소리 산란또는 소리 회절.
입사파는 매질 사이의 경계를 움직이게 하고 그 결과 반사파와 굴절파가 발생합니다. 그들의 구조와 강도는 경계면의 양쪽에서 경계면에 작용하는 입자 속도와 탄성 응력이 동일해야 합니다. 자유 표면의 경계 조건은 이 표면에 작용하는 탄성 응력이 0과 동일하도록 구성됩니다.
반사파는 입사파와 동일한 유형의 편파를 가질 수도 있고 다른 편파를 가질 수도 있습니다. 후자의 경우 반사 또는 굴절에 따른 모드의 변환 또는 전환을 말합니다. 액체 매질에는 종파만 존재하므로 액체 속에서 전파되는 음파가 반사되는 경우에만 변환이 되지 않는다. 음파가 고체 사이의 계면을 통과할 때, 일반적으로 종방향 및 횡방향 반사파와 굴절파가 모두 형성됩니다. O.z. 결정 경계에서 일어난다. 일반적으로 세 가지 분해의 반사 및 굴절 파동이 있는 매체. 양극화.
평면파의 반사. 평면파의 반사는 반사되고 굴절되는 평면파가 평면을 유지하고 임의의 형태의 파동의 반사는 평면파 집합의 반사로 간주될 수 있기 때문에 특별한 역할을 합니다. 발생하는 반사파와 굴절파의 수는 매체의 탄성 특성과 음향의 수에 의해 결정됩니다. 그 안에 존재하는 가지. 경계 조건으로 인해 입사파, 반사파 및 굴절파의 파동 벡터의 경계면에 대한 투영은 서로 동일합니다(그림 1).

쌀. 1. 평면 인터페이스에서 평면 음파의 반사 및 굴절 방식.

여기에서 크리미아에 따라 반사 및 굴절의 법칙을 따릅니다. 1) 사건 k의 파동 벡터 나 k를 반영 아르 자형굴절된 k 티파도와 정상 NN"인터페이스는 동일한 평면(입사 평면)에 있습니다. 2) 위상 속도에 대한 반사 및 굴절 입사각의 사인 비율 씨 나는, 해당 파도는 서로 동일합니다.
(아래 첨자는 반사파와 굴절파의 편광을 나타냄). 파동 벡터의 방향이 음파의 방향과 일치하는 등방성 매체에서 반사 및 굴절의 법칙은 일반적인 스넬의 법칙 형태를 취합니다. 이방성 매체에서 반사 법칙은 파동 법선의 방향만 결정합니다. 굴절되거나 반사된 광선이 전파되는 방식은 이러한 법선에 해당하는 방사 속도의 방향에 따라 다릅니다.
충분히 작은 입사각에서 모든 반사파와 굴절파는 경계면에서 입사 방사 에너지를 운반하는 평면파입니다. 그러나 to-l에 대한 속도인 경우. 굴절파 더 빠른 속도 씨 나는입사파, 그런 다음 입사각에 대해 소위 큰 것입니다. 위독한 각도 \u003d arcsin, 해당 굴절 파의 파동 벡터의 법선 구성 요소는 가상이되고 전송 된 파 자체는 인터페이스를 따라 실행되고 매체 깊숙이 기하 급수적으로 감소하는 비균질 파로 바뀝니다. 2 . 그러나 임계 각도보다 더 큰 각도로 계면에 파동이 입사하면 전반사를 일으키지 않을 수 있습니다. 입사 방사선의 에너지가 다른 편광의 파동 형태로 두 번째 매질에 침투할 수 있기 때문입니다.
위독한 각도는 O.z인 경우 반사파에 대해서도 존재합니다. 모드 변환이 발생하고 변환으로 인한 파동의 위상 속도가 속도보다 큽니다. 씨 나는떨어지는 파도. 입사각의 경우 임계값이 더 작습니다. 각도, 입사 에너지의 일부는 편광이 있는 반사파의 형태로 경계에서 멀리 운반됩니다. ~에서 그러한 파동은 불균일한 것으로 판명되어 매질 1 깊숙이 감쇠하고 인터페이스로부터의 에너지 전달에 참여하지 않습니다. 예를 들어, 크리티컬 각도 = arcsin( 씨 t /c L)은 횡방향 음향의 반사 시 발생합니다. 파도 티등방성 고체의 경계에서 종파로의 변환 L (와티와 씨엘는 각각 가로 및 세로 음파의 속도입니다).
반사파와 굴절파의 진폭은 경계조건에 따라 선형적으로 진폭으로 표현된다. 아이광학에서 이러한 양이 입사 e-magn의 진폭으로 표현되는 것처럼 입사 파동입니다. 파도 프레넬 공식. 평면파의 반사는 진폭 계수로 정량적으로 특성화됩니다. 입사 진폭에 대한 반사파 진폭의 비율인 반사: = 진폭 계수. 반사는 일반적으로 복잡합니다. 계수가 비율 abs를 결정합니다. 진폭과 위상은 반사파의 위상 편이를 정의합니다. 진폭 계수는 유사한 방식으로 결정됩니다. 통과 반사파와 굴절파 사이의 입사 복사 에너지 재분배는 계수로 특징지어집니다. 강도의 반사 및 전송, 이는 반사(굴절) 및 입사파에서 인터페이스에 수직인 시간 평균 에너지 플럭스 밀도의 구성 요소 비율입니다.

해당 파동의 소리 강도는 어디에 있으며 접촉하는 매체의 밀도입니다. 인터페이스에 공급되고 인터페이스에서 제거되는 에너지 균형은 에너지 플럭스의 정상적인 구성 요소 균형으로 감소합니다.

계수. 반사는 음향에 따라 달라집니다. 접촉하는 매체의 특성 및 입사각. 각도의 성질 의존성은 비판적 존재에 의해 결정됩니다. 편광이있는 반사파가 형성되지 않는 각도 및 제로 반사 각도.

오. 두 액체의 경계에서. 나이브. O.h의 단순한 그림. 두 액체 사이의 경계면에서 발생합니다. 이 경우 파동변환은 없고 거울법칙에 따라 반사가 일어나며 계수는 반사는

어디서 그리고 씨 1,2 - 인접한 매체의 밀도 및 음속 1 그리고 2 . 입사파의 음속이 굴절파의 음속보다 큰 경우( 와 함께 1 >씨 2) 그런 다음 중요한 코너가 없습니다. 계수. 반사는 실제이며 값에서 부드럽게 변화합니다.

값까지 인터페이스의 파동의 수직 입사에서 아르=- 음파인 경우 방목 발생률에 대해 1. 임피던스 r 2s 2 중간 2 더 많은 중간 임피던스 1 그런 다음 입사각에서

계수 반사가 사라지고 모든 입사 방사선이 매체로 완전히 전달됩니다. 2 .
1시부터<с 2 , возникает критический угол=arcsin (씨 1 /씨 2). ~에< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0정상적인 하락으로 아르=임계 각도와 동일한 입사각에서 1. 이 경우에도 제로 반사가 발생할 수 있습니다. 미디어 임피던스, 역 부등식 유지 제로 반사 각도는 여전히 식 (6)에 의해 결정됩니다. 임계보다 큰 입사각의 경우 완전한 내부가 있습니다. 반사: 매체 깊숙이 입사 방사선 2 침투하지 않습니다. 환경에서 2 , 그러나 불균일한 파동이 형성됩니다. 계수의 복잡성은 그 발생과 관련이 있습니다. 반사 및 반사파와 입사파 사이의 해당 위상 편이. 이 이동은 반사파의 필드가 두 필드의 간섭 결과로 형성된다는 사실에 의해 설명됩니다. 정반사된 파와 매질로 다시 복사되는 파 1 매질에서 발생한 불균일한 파동 2 . 비평면(예를 들면 구형)파가 반사되면, 이렇게 재복사된 파동은 실제로 소위 말하는 형태로 실험에서 관찰된다. 사이드 웨이브 (참조 파도, 파동의 반사 및 굴절 섹션).

오. 강체의 경계에서. 반사경이 단단한 몸체인 경우 반사의 특성이 더욱 복잡해집니다. 소리의 속도일 때 와 함께액체에서는 세로 속도가 적습니다. 엘그리고 가로 와 함께 m 고체의 소리, 고체가 있는 액체의 경계에서 반사될 때 두 가지 중요한 소리가 발생합니다. 각도: 세로= arcsin ( s/s 패) 및 가로 = arcsin ( 봄 여름 시즌티 ) . 그러나, 언제나부터 L > 함께 t. 입사각에서 계수. 반사가 유효합니다(그림 2). 입사 방사선은 세로 및 가로 굴절파의 형태로 고체를 관통합니다. 고체에서 소리가 정상적으로 입사되면 종파만 발생하고 값은 아르 자형 0은 세로 음향의 비율에 의해 결정됩니다. f-le(5)와 유사한 액체 및 고체의 임피던스(-액체 및 고체의 밀도).

쌀. 2. 소리반사계수 계수의 의존성 | R | (실선) 및 입사각에서 액체-고체 계면에서의 위상(점선).

때 > 계수. 경계 부근의 고체에 불균일한 파동이 형성되기 때문에 반사가 복잡해집니다. 임계 사이의 입사각에서 각도와 입사 복사선의 일부는 굴절된 횡파의 형태로 고체 깊숙이 침투합니다. 따라서<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. 반사된 방사선의 형성에 불균일한 종파가 참여하면 두 액체의 경계에서와 같이 반사된 파동의 위상 편이가 발생합니다. > 완전한 내선이 있을 때. 반사: 1. 경계 근처의 고체에서 물체 깊이로 기하급수적으로 떨어지는 불균일한 파동만 형성됩니다. 각도에 대한 반사파의 위상 편이는 주로 누설의 경계면에서의 여기와 관련이 있습니다. 레일리파. 이러한 파동은 Rayleigh 각 = arcsin에 가까운 입사각에서 액체가 있는 고체의 경계에서 발생합니다. 초/초 R), 어디 씨알고체 표면의 레일리 파동 속도입니다. 인터페이스를 따라 전파되는 누설파는 완전히 액체로 다시 방출됩니다.
만약 와 함께 > 와 함께 t, 총 내부 액체와 고체의 경계에서는 반사가 없습니다. 입사 방사선은 적어도 횡파의 형태로 모든 입사각에서 고체를 관통합니다. 전반사는 음파가 임계점 아래로 떨어질 때 발생합니다. 각도 또는 방목 입사각. c>c L 계수의 경우. 불균일한 파동이 인터페이스에서 형성되지 않기 때문에 반사는 실제입니다.
오즈는 단단한 몸에서 번식합니다. 소리가 등방성 고체에서 전파될 때, 최대. 간단한 특성은 전단파의 반사, 인터페이스 평면에 평행한 진동 방향입니다. 이러한 파동의 반사 또는 굴절에 대한 모드 변환은 없습니다. 자유 경계나 액체와의 경계면에 떨어질 때 이러한 파동은 완전히 반사됩니다( 아르= 1) 거울 반사의 법칙에 따라. 두 등방성 고체 사이의 경계면에서 매질에서 정반사된 파동과 함께 2 굴절파는 계면에도 평행한 편파로 형성됩니다.
입사면에서 편파된 횡파가 물체의 자유표면에 입사하면 그 경계에서 동일한 편파의 반사된 횡파와 종파가 모두 발생한다. 임계각보다 작은 입사각에서 = = arcsin ( cT/cL), 계수 반사 아르 자형티와 RL- 순전히 실제: 반사파는 입사파와 정확히 같은 위상(또는 역위상)으로 경계를 떠납니다. >에서는 정반사된 횡파만이 경계를 벗어납니다. 불균일 종파가 자유 표면 근처에서 형성됩니다.
계수. 반사가 복잡해지고 반사파와 입사파 사이에 위상 변이가 발생하며 그 크기는 입사각에 따라 달라집니다. 종파가 임의의 입사각으로 고체의 자유 표면에서 반사되면 반사된 종파와 입사면에서 편파된 횡파가 모두 발생합니다.
고체의 경계가 액체와 접촉하면 파동(종방향 또는 횡방향, 입사면에서 편광됨)이 액체에서 반사될 때 추가로 굴절된 종파가 나타납니다. 두 등방성 고체 매질 사이의 경계면에서 이 반사파 및 굴절파 시스템은 매질에서 굴절된 횡파로 보완됩니다. 2 . 그것의 편광은 또한 입사면에 있습니다.

영형. 시간. 이방성 매체 사이의 경계면에서. 오. 결정 인터페이스에서. 환경이 복잡합니다. 이 경우 반사파와 굴절파 모두의 속도는 그 자체로 반사각과 굴절각의 함수입니다(그림 1 참조). 크리스탈 음향;) 따라서 주어진 입사각에서 각도를 정의하는 것조차 심각한 문제에 직면합니다. 어려움. 입사면에 의한 파동 벡터 표면의 단면이 알려진 경우 그래픽이 사용됩니다. 파동 벡터의 각도와 끝을 결정하는 방법 kr그리고 k 티수직으로 눕다 NN"파동 벡터 k의 끝을 통해 인터페이스에 그려집니다. 나이 수직선이 dec와 교차하는 지점에서 입사파. 파동 벡터의 캐비티 표면(그림 3). 계면에서 해당 매질의 깊이까지 실제로 전파되는 반사(또는 굴절)파의 수는 수직선이 교차하는 캐비티의 수에 따라 결정됩니다. NN". to-l과 교차하는 경우. 부재, 이는 해당 편광의 파동이 불균일하고 경계에서 에너지를 전달하지 않음을 의미합니다. 수직 NN"여러 개의 동일한 공동을 교차할 수 있습니다. 포인트 (포인트 ㅏ 1과 2그림에서 삼). 파동 벡터의 가능한 위치 중 케이 아르 자형 (또는 kt) 실제로 관찰된 파동은 방사형 속도 벡터가 외부와 방향이 일치하는 파동에만 해당합니다. 파동 벡터의 표면에 수직이며 경계에서 해당 매체의 깊이로 향합니다.

쌀. 3. 결정 매질 사이의 경계면에서 반사각과 굴절각을 결정하기 위한 그래픽 방법 1 그리고 2. 패, 피트그리고 성- 준 종파, 고속 및 느린 준 횡파에 대한 파동 벡터의 표면.

일반적으로 반사(굴절)파는 12월에 속합니다. 음향 가지. 변동. 그러나 수단이있는 결정체. 이방성, 파동 벡터의 표면에 오목한 부분이 있는 경우(그림 4), 동일한 진동 분기에 속하는 두 개의 반사 또는 굴절 파의 형성으로 반사가 가능합니다.
실험적으로 음파의 유한 빔이 관찰되며 전파 방향은 방사 속도에 의해 결정됩니다. 결정의 광선 방향은 해당 파동 벡터의 방향과 크게 다릅니다. 입사파, 반사파 및 굴절파의 반경 방향 속도는 예를 들어 예외적인 경우에만 동일한 평면에 있습니다. 입사면이 두 결정의 대칭면일 때. 평균 일반적으로 반사광선과 굴절광선은 서로에 대해 그리고 입사광선과 법선에 대해 다양한 위치를 차지합니다. NN"경계로. 특히, 반사된 광선은 법선의 같은 쪽에 있는 입사면에 놓일 수 있습니다. N, 입사 빔입니다. 이 가능성의 제한적인 경우는 후자의 비스듬한 입사에서 입사 빔에 반사된 빔의 중첩입니다.

쌀. 4. 동일한 편파의 두 개의 반사파를 형성하여 결정의 자유 표면에 입사하는 음파의 반사: ㅏ- 반사파의 파동 벡터 결정 g방사형 속도 벡터); 비- 유한 섹션의 사운드 빔 반사 방식.

O.z의 특성에 대한 감쇠의 영향. . 계수. 두 경계 매체에서 소리의 감쇠가 무시할 수 있는 경우 반사 및 전송은 소리 주파수에 의존하지 않습니다. 눈에 띄는 감쇠는 계수의 주파수 의존성으로 이어집니다. 반사 아르 자형, 그러나 특히 임계 근처에서 입사각에 대한 의존성을 왜곡합니다. 모서리(그림 5, ㅏ). 액체와 고체 사이의 계면에서 반사될 때 감쇠 효과는 각도 의존성을 크게 변경합니다. 아르 자형 Rayleigh 각에 가까운 입사각에서 (Fig. 5비). 이러한 입사각에서 감쇠가 무시할 수 있는 매체의 경계에서 내부 전반사가 발생하고 | 아르 자형| = 1(곡선 1 그림에서 5, 비). 감쇠의 존재는 | | 아르 자형| 1보다 작아지고 최소값 | 아르 자형| (곡선 2 - 4) . 주파수가 증가함에 따라 계수가 증가합니다. 댐핑, 최소값의 깊이는 최종적으로 특정 주파수에서 증가합니다. 에프 0 , 호출 제로 반사 주파수, 최소 값 | 아르 자형| 사라지지 않는다(곡선 3 , 쌀. 5, 비). 빈도가 더 증가하면 최소값이 넓어집니다(곡선 4 ) 및 O. z에 대한 감쇠 효과의 영향. 거의 모든 입사각(곡선 5) . 입사파의 진폭에 비해 반사파의 진폭이 감소한다고 해서 입사 방사선이 고체를 관통한다는 의미는 아닙니다. 이는 입사 방사선에 의해 여기되고 반사파 형성에 참여하는 새는 레일리파의 흡수와 관련이 있습니다. 때 소리 주파수 에프주파수와 동일 에프 0이면 입사파의 모든 에너지가 경계면에서 소산됩니다.

쌀. 5. 각도 의존성 | 아르 자형| 감쇠를 고려하여 수철 경계에서: ㅏ- 각도 의존성의 일반적인 특성 | 아르 자형|; 실선 - 손실을 고려하지 않고 점선 - 감쇠와 동일; 비- 각도 의존성 | 아르 자형\파장에서 강철의 횡파 흡수 값이 다른 레일리 각도 근처. 곡선 1 - 5는 3 x 10 -4의 값에서 이 매개변수의 증가에 해당합니다(곡선 1 ) 값 = 1(곡선 5)은 입사 초음파 방사 주파수의 해당 증가로 인해 발생합니다.

오. 레이어와 플레이트에서. 오. 레이어 또는 플레이트에서 공명합니다. 반사파와 투과파는 층 경계에서 다중 반사된 결과로 형성됩니다. 액체층의 경우, 입사파는 Snell의 법칙에서 결정된 굴절각으로 층을 관통합니다. 재반사로 인해 종파가 층 자체에서 발생하여 층 경계에 그려진 법선에 대한 각도로 앞뒤 방향으로 전파됩니다(그림 6, ㅏ). 각도는 레이어 경계에서 입사각에 해당하는 굴절각입니다. 레이어에서 소리의 속도가 와 함께 2 더 많은 소리의 속도 와 함께 1 주변 유체에서 재반사된 파동 시스템은 총 int의 각도가 있을 때만 발생합니다. 반사 \u003d arcsin (c 1 / c 2). 그러나 충분히 얇은 층의 경우 투과파는 임계 각도보다 큰 입사각에서도 형성됩니다. 이 경우 계수 레이어의 반사는 abs로 판명됩니다. 값은 1보다 작습니다. 이는 파동이 외부에서 입사하는 경계 근처의 층에서 기하 급수적으로 층 깊이로 떨어지는 불균일 파동이 발생하기 때문입니다. 레이어 두께의 경우 디불균일 파동의 침투 깊이보다 작거나 비슷한 경우 후자는 층의 반대쪽 경계를 교란시켜 전송 된 파동이 주변 액체로 방사됩니다. 이러한 파동 침투 현상은 양자 역학에서 입자가 전위 장벽을 통과하는 것과 유사합니다.
계수. 레이어 반사

여기서 레이어의 파동 벡터의 법선 구성 요소는 축입니다. 지- 레이어 경계에 수직, 아르 자형 1과 아르 자형 2 - 확률. 오. 상한선과 하한선에 각각. ~에 주기적이다 오디오 주파수 기능 에프및 레이어 두께 디. 층을 통해 파동이 침투할 때, | R |증가와 함께 에프또는 디단조롭게 1이 되는 경향이 있습니다.

쌀. 6. 액체층으로부터의 음파 반사: ㅏ- 반사 방식; 1 - 주변 액체; 2 - 층; b - 반사 계수 계수의 의존성 | R|입사각부터.

입사각 값의 함수로서 | R |최대값과 최소값의 시스템을 가지고 있습니다(그림 6, 비). 동일한 액체가 레이어의 양쪽에 있으면 최소 지점에서 아르= 0. 제로 반사는 레이어 두께에 걸친 ​​위상 진행이 반주기의 정수와 같을 때 발생합니다.

두 번의 연속적인 반사 후에 상부 매질로 나오는 파동은 역위상이 되어 서로 상쇄됩니다. 반대로 재반사된 모든 파동은 동일한 위상으로 하위 매질로 들어가게 되며, 투과파의 진폭은 최대가 된다. 층의 정상 파동 입사 하에서 완전한 투과는 층 두께에 반파의 정수가 맞을 때 발생합니다. d=어디 피= 1,2,3,..., - 레이어 물질의 음파 길이; 따라서 조건 (8)을 만족하는 레이어를 호출한다. 반파 관계식 (8)은 자유 액체층에서 정상파가 존재하는 조건과 일치합니다. 이 때문에 입사 방사선이 층의 하나 또는 다른 정상파를 여기시킬 때 층을 통한 완전한 전송이 발생합니다. 층이 주변 액체와 접촉하기 때문에 정상파가 누출됩니다. 전파하는 동안 입사 방사선의 에너지를 더 낮은 매체로 완전히 재방사합니다.
층의 반대편에 있는 액체가 다른 경우 반파장 층의 존재는 입사 파동에 영향을 미치지 않습니다. 계수 레이어로부터의 반사는 계수와 같습니다. 이러한 액체가 직접 있을 때 이러한 액체의 경계에서 반사됩니다. 연락하다. 광학에서와 같이 음향학의 반파장 층 외에도 소위. 1/4 파장 층, 그 두께는 조건을 만족합니다 ( n= 1,2,...). 적절한 음향 선택 레이어 임피던스, 주어진 주파수로 웨이브 레이어에서 제로 반사를 얻을 수 있습니다. 에프레이어의 특정 입사각에서. 이러한 층은 반사 방지 음향 층으로 사용됩니다.
액체에 잠긴 무한 고체 판에서 음파가 반사되는 경우, 액체 층에 대해 위에서 설명한 반사 특성이 일반적인 용어로 보존됩니다. 플레이트에서 재반사하는 경우 세로 방향 외에도 전단파도 여기됩니다. 종파와 횡파가 각각 플레이트에서 전파되는 각도 및는 스넬의 법칙에 의해 입사각과 관련됩니다. 각도 및 주파수 의존성 | 아르 자형| 액체 층에서 반사되는 경우와 같이 최대값과 최소값이 번갈아 나타나는 시스템을 나타냅니다. 판을 통한 완전한 투과는 입사 방사선이 그 안의 정상파 중 하나를 여기시킬 때 발생합니다. 양고기 파도.O.z의 공명 특성. 레이어 또는 플레이트에서 음향 차이가 감소함에 따라 지워집니다. 환경 속성의 속성. 음향 증가. 레이어의 감쇠는 종속성을 부드럽게 하고 | R(fd)|.

비평면파의 반사. 실제로는 비평면파만 존재합니다. 그들의 반사는 평면파 세트의 반사로 감소될 수 있습니다. 단색 임의의 파면이 있는 파동은 동일한 원형 주파수를 갖지만 차이가 있는 평면파 집합으로 나타낼 수 있습니다. 파동 벡터 k의 방향. 기본 입사 방사선의 특성은 공간 스펙트럼 - 일련의 진폭입니다. ㅏ(k) 입사파를 집합적으로 형성하는 평면파. 복근 k의 값은 주파수에 의해 결정되므로 구성 요소는 독립적이지 않습니다. 비행기에서 반사되었을 때 지= 0 일반 구성 요소 kz접선 구성 요소에 의해 제공됩니다. k x , k y: k z =입사 방사선의 일부인 각 평면파는 자체 각도로 경계면에 떨어지며 다른 파동과는 독립적으로 반사됩니다. 필드 F( 아르 자형) 반사파의 모든 반사 평면파의 중첩으로 발생하며 입사 복사의 공간 스펙트럼으로 표현됩니다. A(k x , k y) 및 계수. 반사 R(k x , k y):

적분은 임의로 큰 값의 영역으로 확장됩니다. kx그리고 케이. 입사 방사선의 공간 스펙트럼에 (구면파의 반사에서와 같이) 다음과 같은 구성 요소가 포함되어 있는 경우 kx(또는 케이), 큰 다음 반사파의 형성에서 실제 파동 외에도 kz균일하지 않은 파동도 참여합니다. 케이,순전히 상상의 양입니다. H. Weyl이 1919년에 제안하고 푸리에 광학의 표현에서 더욱 발전된 이 접근법은 연속적인 결과를 제공합니다. 평면 인터페이스에서 임의 파동의 반사에 대한 설명.
O.z를 고려할 때. 원리에 기반한 광선 접근도 가능합니다. 기하학적 음향학. 입사 방사선은 인터페이스와 상호 작용하는 일련의 광선으로 간주됩니다. 이것은 입사 광선이 Snell의 법칙에 따라 일반적인 방식으로 반사 및 굴절될 뿐만 아니라 특정 각도에서 경계면에 입사하는 일부 광선이 소위 여기시키는 것을 고려합니다. 측파뿐만 아니라 누설 표면파(Rayleigh 등) 또는 누설 도파관 모드(램파 등). 인터페이스를 따라 전파되는 이러한 파동은 다시 매질로 다시 방출되어 반사파 형성에 참여합니다. 연습을 위해 반사는 구형입니다. 파도는 음향학적으로 시준됩니다. 유한 섹션 빔 및 집중된 사운드 빔.

구형파의 반사. 반사 패턴은 구형입니다. 점원에 의해 액체 I에서 생성된 파동 영형, 소리의 속도 사이의 비율에 따라 달라집니다 와 함께 1과 2에서접촉 액체 I 및 II(그림 7). c t > c 2 이면 임계 각도가 없고 기하 법칙에 따라 반사가 발생합니다. 음향학. 환경 I에는 반사된 구형이 있습니다. 파동 : 반사광선이 한 점에서 교차 영형". 소스의 가상 이미지를 형성하고 반사파의 파면은 점을 중심으로 하는 구의 일부입니다. 영형".

쌀. 7. 두 액체 사이의 경계면에서 구면파의 반사: 영형그리고 영형"- 실제 및 가상 소스; 1 - 반사된 구형파의 전면; 2 - 굴절파의 전면; 3 - 사이드 웨이브 프론트.

언제 c2 >cl그리고 비판적이다 반사된 구형 외에 매체 I의 각도. 파도, 반사된 방사선의 또 다른 구성 요소가 발생합니다. 임계 아래 인터페이스의 광선 사고. 각도는 매질에서 속도로 전파되는 두 번째 파동을 자극합니다. 와 함께 2는 인터페이스를 따라 매체 I로 다시 방출되어 소위를 형성합니다. 사이드 웨이브. 그것의 정면은 지점에서 나온 광선이 동시에 도달하는 지점으로 형성됩니다. 영형~을 따라 OA그런 다음 분해에서 수요일 I로 다시 이동했습니다. 점에서 인터페이스의 점 하지만요점에 에서, 굴절 파의 전면이 현재 위치합니다. 도면의 평면에서 측면 파면은 직선 세그먼트입니다. 남서, 비스듬히 경계에 기울어지고 점까지 연장됨 에, 거울 반사 구형의 전면과 병합됩니다. 파도. 공간에서 측면 파면은 세그먼트의 회전 중에 발생하는 원뿔대 표면입니다. 남서직선 주위 OO". 반사되면 구형. 고체 표면에서 액체의 파동은 원추형과 유사합니다. 계면에서 새는 레일리파의 여기로 인해 파동이 형성됩니다. 반사 구형. 파도 - 주요 실험 중 하나. 지구음향학, 지진학, 수중음향학 및 해양음향학의 방법.

유한 단면의 음향 빔 반사. 시준된 사운드 빔의 반사, 메인의 웨이브 프런트 to-rykh. 빔의 일부는 평면에 가깝고 평면파가 반사되는 것처럼 대부분의 입사각에서 발생합니다. 액체로부터 입사된 빔이 고체와의 경계면에 반사되면 반사된 빔이 발생하며, 그 모양은 입사 빔의 진폭 분포의 거울 반사입니다. 그러나 세로 임계에 가까운 입사각에서. 거울 반사와 함께 모서리 또는 레일리 각도가 발생합니다. 측면 또는 새는 Roley 파동의 여기. 이 경우 반사된 빔의 필드는 정반사된 빔과 재복사된 파동의 중첩입니다. 빔 폭과 인접한 매체의 탄성 및 점성 특성에 따라 인터페이스 평면에서 측면(평행) 빔 이동(소위 Schoch 이동)(그림 8)이 발생하거나 빔이 크게 확장되고 얇은 모양

쌀. 8. 반사 시 빔의 측면 변위: 1 - 입사 빔; 2 - 경면반사빔; 3 - 실제 반사광선.

구조. 빔이 Rayleigh 각도로 입사할 때 왜곡의 특성은 빔 폭 사이의 비율에 의해 결정됩니다. 엘그리고 발산합니다. 새는 레일리 파의 댐핑

액체에서 음파의 길이는 어디에 있습니까? 하지만 1에 가까운 수치적 요소입니다. 빔 폭이 반경의 길이보다 훨씬 큰 경우. 좁은 빔의 경우 새는 표면파의 재방출로 인해 빔이 상당히 넓어지고 대칭성을 멈춥니다(그림 9). 정반사된 빔이 차지하는 영역 내에서 간섭의 결과로 최소 진폭이 0이 되고 빔이 두 부분으로 나뉩니다. 콜리메의 비정반사. 빔은 또한 임계점에 가까운 입사각에서 두 액체의 경계에서 발생하며 빔이 층이나 판에서 반사될 때 발생합니다.

쌀. 9. Rayleigh 각도에서 고체 T의 표면에 액체 W에서 입사하는 유한 단면을 갖는 사운드 빔의 반사: 1 - 입사 빔; 2 - 반사광; ㅏ- 진폭이 0인 영역 비- 보의 꼬리 부분.

후자의 경우, 반사의 비반사 특성은 레이어 또는 플레이트에서 새는 도파관 모드의 여기로 인한 것입니다. 집중된 초음파 빔의 반사에서 측면 및 새는 파도가 중요한 역할을 합니다. 특히, 이러한 웨이브는 다음에서 사용됩니다. 음향 현미경음향 형성을 위해. 이미지 및 수량, 측정 수행.

문학.: 1) Brekhovskikh L. M., 레이어드 미디어의 물결, 2판, M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hydrodynamics, 4th ed., M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., 적층 매체의 음향학, 모스크바, 1989; 4) Сagniard L., Reflexion et refraction des ondes seismiques Progressives, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., 적층 매체의 탄성파, N. Y. - , 1957, ch. 삼; 6) Au1d B. A., 고체의 음장과 파동, v. 1 - 2, N. Y. - , 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., 액체-고체 계면에서 음향 빔에 대한 레일리 각도 현상의 통합 이론, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, 4, p. 157; 8) Mott G., 유체-고체 계면에서의 반사 및 굴절 계수, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50, 3호(pt. 2), p. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Rayleigh 임계각 반사율에 대한 재료 특성의 영향, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), p. 1609; 10) Fiorito R., Ubera11 H., 유체층을 통한 음향 반사 및 투과의 공명 이론, ".I. 음향. 사회 Amer.", 1979, v. 65, no. 1, p. 9; 11) Fiorft o R., Madigosky W., C bera 11 H., 탄성판과 상호 작용하는 음파의 공명 이론. "J. 음향. 사회 Amer.", 1979, v. 66, no. 6, p. 1857; 12) Neubauer W. G., 평면 및 곡면에서 음향 방사 관찰, in: Physical acoustics. Principles and methods, ed. by W. P. Mason, R. N. Thurston , v. 10, N. Y. - L., 1973, 2장.

음압 p는 매질의 진동하는 입자의 속도 v에 따라 달라집니다. 계산 결과

여기서 p는 매질의 밀도, c는 매질의 음파 속도입니다. 제품 pc는 특정 음향 임피던스라고 하며 평면파의 경우 파동 임피던스라고도 합니다.

파동 저항은 매질의 가장 중요한 특성으로 경계에서 파동의 반사 및 굴절 조건을 결정합니다.

음파가 두 매체 사이의 인터페이스에 닿는다고 상상해 보십시오. 파동의 일부는 반사되고 일부는 굴절됩니다. 음파의 반사 및 굴절 법칙은 빛의 반사 및 굴절 법칙과 유사합니다. 굴절된 파동은 두 번째 매질에 흡수되거나 남을 수 있습니다.

평면파가 인터페이스에 정상적으로 입사한다고 가정하고, 첫 번째 매질 I 1 의 강도는 두 번째 매질 1 2 에서 굴절된(투과된) 파동의 강도입니다. 전화하자

음파 침투 계수.

Rayleigh는 음향 침투 계수가 다음과 같이 주어진다는 것을 보여주었습니다.

이후 с 1 ρ 1 /с 2 р 2 >>1. 20°C에서 일부 물질의 파동 저항을 제시해 보겠습니다(표 14).

표 14

(6.8)을 사용하여 공기에서 콘크리트 및 물로 음파가 침투하는 계수를 계산합니다.

이 데이터는 인상적입니다. 음파 에너지의 아주 작은 부분 만이 공기에서 콘크리트 및 물로 전달되는 것으로 나타났습니다.

닫힌 방에서 벽, 천장, 가구에서 반사된 소리는 다른 벽, 바닥 등에 떨어지다가 다시 반사되고 흡수되며 점차 사라집니다. 따라서 음원이 중단된 후에도 실내에는 여전히 험을 생성하는 음파가 존재합니다. 이것은 특히 넓고 넓은 홀에서 두드러집니다. 소스가 꺼진 후 밀폐된 공간에서 소리가 점진적으로 감쇠되는 과정을 잔향이라고 합니다.

잔향은 한편으로 소리의 인식이 반사파의 에너지에 의해 향상되기 때문에 유용하지만, 다른 한편으로 과도하게 긴 잔향은 말과 음악의 인식을 크게 손상시킬 수 있습니다. 텍스트가 이전 텍스트와 겹칩니다. 이와 관련하여 일반적으로 최적의 잔향 시간이 표시되며 이는 강당, 극장 및 콘서트 홀 등을 건축할 때 고려됩니다. , 볼쇼이 극장 가득-1, 55 p. 이 방(비어 있음)의 잔향 시간은 각각 4.55초와 2.06초입니다.

청각의 물리학

외이, 중이 및 내이의 예에서 청각 물리학의 몇 가지 질문을 고려해 봅시다. 외이는 귓바퀴 1과 외이도 2로 구성되어 있습니다.(그림 6.8) 인간의 귓바퀴는 청력에 중요한 역할을 하지 않습니다. 전후 방향에 위치할 때 음원의 위치를 ​​결정하는 데 도움이 됩니다. 이것을 설명합시다. 소스의 소리가 귓바퀴로 들어갑니다. 수직면에서 소스의 위치에 따라

(그림 6.9) 음파는 귓바퀴의 특정 모양으로 인해 귓바퀴에서 다르게 회절됩니다. 이것은 또한 이도에 들어가는 음파의 스펙트럼 구성의 변화로 이어질 것입니다(회절 문제에 대한 자세한 내용은 19장 참조). 경험의 결과로 사람은 음파 스펙트럼의 변화를 음원 방향(그림 6.9의 A, B 및 B 방향)과 연관시키는 법을 배웠습니다.

두 개의 수음기(귀)가 있어 사람과 동물은 음원과 수평면에서 방향을 설정할 수 있습니다(바이노럴 효과; 그림 6.10). 이는 음원에서 서로 다른 귀로 전달되는 소리가 서로 다른 거리를 이동하고 좌우 귓바퀴로 들어오는 파동의 위상차가 있기 때문입니다. 이러한 거리(5)와 위상차(Δφ) 사이의 관계는 빛의 간섭을 설명할 때 § 19.1에서 도출됩니다[참조. (19.9)]. 음원이 사람의 얼굴 바로 앞에 있으면 δ = 0이고 ∆φ = 0이고, 음원이 귓바퀴 중 하나의 측면에 있으면 지연과 함께 다른 귓바퀴로 떨어집니다. 이 경우 대략적으로 5가 귓바퀴 사이의 거리라고 가정합니다. 공식(19.9)에 따라 v = 1kHz 및 δ = 0.15m에 대해 위상차를 계산할 수 있습니다. 약 180°입니다.

수평면에서 음원에 대한 다른 방향은 0°와 180° 사이의 위상 차이에 해당합니다(위 데이터의 경우). 정상적인 청력을 가진 사람은 3°의 정확도로 음원에 방향을 고정할 수 있으며 이는 6°의 위상차에 해당합니다. 따라서 사람은 귀에 들어오는 음파의 위상차 변화를 6°의 정확도로 구별할 수 있다고 가정할 수 있습니다.

회절의 결과로 귀(ch. 19).

음파는 외이도를 통과하고 고막(3)에서 부분적으로 반사됩니다(그림 6.8 참조). 입사파와 반사파의 간섭으로 인해 음향 공명이 발생할 수 있습니다. 이 경우 파장은 외이도 길이의 4배입니다. 사람의 외이도는 길이가 약 2.3cm입니다. 따라서 음향 공명은 주파수에서 발생합니다.

중이의 가장 중요한 부분은 고막(3)과 이소골(추골(4), 모루(5) 및 등자(6))이며 해당 근육, 힘줄 및 인대가 있습니다. 뼈는 외이의 공기 환경에서 내이의 액체 환경으로 기계적 진동을 전달합니다. 내이의 액체 매질은 물의 파동 저항과 거의 같은 파동 저항을 가지고 있습니다. 표시된 바와 같이(§ 6.4 참조) 음파가 공기에서 물로 직접 전환될 때 입사 강도의 0.123%만 전송됩니다. 이것은 너무 적습니다. 따라서 중이의 주요 목적은 더 큰 소리 강도를 내이로 전달하는 것입니다. 전문 용어로 중이는 내이의 공기 및 체액의 임피던스와 일치합니다.

한쪽 끝의 뼈 시스템 (그림 6.8 참조)은 망치로 고막 (면적 S 1 \u003d 64mm 2)에 연결되고 다른 쪽 끝은 등자-내이의 타원형 창 7 ( 면적 S 2 \u003d 3mm 2).

이 수준에서 중이는 외부 음압을 내이로 전달하는 것을 증가시킵니다.

중이의 또 다른 기능은 강도가 큰 소리의 경우 진동 전달을 약화시키는 것입니다. 이것은 중이소골 근육의 반사적 이완에 의해 이루어집니다.

중이는 청각(유스타키오)관을 통해 대기와 연결되어 있습니다.

외이와 중이는 소리 전도 시스템의 일부입니다. 소리를 받아들이는 시스템은 내이입니다.

내이의 주요 부분은 기계적 진동을 전기 신호로 변환하는 달팽이관입니다. 달팽이관 외에도 전정 기관은 내이에 속하며(§ 4.3 참조) 청각 기능과 관련이 없습니다.

인간의 달팽이관은 길이가 약 35mm인 뼈로 구성되어 있으며 2 3/4개의 소용돌이가 있는 원뿔 모양의 나선 모양을 하고 있습니다. 밑면의 지름은 약 9mm, 높이는 약 5mm입니다.

무화과. 6.8 달팽이관(점선으로 제한됨)은 쉽게 볼 수 있도록 개략적으로 확장되어 표시됩니다. 세 개의 관이 달팽이관을 따라 흐릅니다. 그중 하나는 타원형 창 7에서 시작하는 전정 비계 8이라고 합니다. 다른 채널은 둥근 창 9에서 나오며 고막 비계 10이라고 합니다. 전정 비계와 고막 비계는 달팽이관의 돔에서 연결됩니다. 작은 개구부를 통해 - helicotrema 11. 따라서 이 두 채널은 어떤 식으로든 외림프로 채워진 단일 시스템을 나타냅니다. 등자(6)의 진동은 타원형 창(7)의 막으로 전달되어 외림프에서 원형 창(9)의 막을 "돌출"합니다. 전정과 고막 비계 사이의 공간을 달팽이관(12)이라고 합니다. 내림프액으로 채워져 있습니다. 와우관과 고막계(scala tympani) 사이에는 와우각을 따라 주(basilar) 막(13)이 지나가고 그 위에 수용기(모발) 세포를 포함하는 코르티 기관이 위치하며, 와우각으로부터 청각 신경이 나온다(이러한 세부 사항은 그림에는 표시되지 않음). .6.8).

코르티 기관(나선 기관)은 기계적 진동을 전기 신호로 변환하는 역할을 합니다.

주 막의 길이는 약 32mm이며 타원형 창에서 달팽이관 상단 방향으로 확장되고 얇아집니다 (너비 0.1 ~ 0.5mm). 주요 멤브레인은 물리학에서 매우 흥미로운 구조이며 주파수 선택 특성을 가지고 있습니다. Helmholtz는 이것에 주목했습니다.

일련의 조율된 피아노 현과 유사한 방식으로 메인 멤브레인을 나타냅니다. 노벨상 수상자 Bekesy는 이 공진기 이론의 오류를 확립했습니다. Bekesy의 작업에서 메인 멤브레인은 기계적 여기의 전송인 비균질 라인임을 보여주었습니다. 음향 자극에 노출되면 파동이 주요 막을 따라 전파됩니다. 이 파동은 주파수에 따라 다르게 감쇠됩니다. 주파수가 낮을수록 타원형 창에서 멀어지면 파동이 붕괴되기 전에 주 막을 따라 전파됩니다. 예를 들어 주파수가 300Hz인 파동은 감쇠가 시작되기 전에 타원형 창에서 약 25mm까지 전파되고 주파수가 100Hz인 파동은 30mm 근처에서 최대값에 도달합니다. 이러한 관찰을 바탕으로 피치의 지각이 메인 멤브레인의 최대 진동 위치에 의해 결정된다는 이론이 개발되었습니다. 따라서 특정 기능적 사슬을 내이에서 추적할 수 있습니다. 난원창 막의 진동 - 외림프의 진동 - 주 막의 복합 진동 - 주 막의 복합 진동 - 유모 세포의 자극(장기 수용체의 자극) of Corti) - 전기 신호 생성.

난청의 일부 형태는 달팽이관의 수용체 장치 손상과 관련이 있습니다. 이 경우 달팽이관은 기계적 진동을 받아도 전기 신호를 생성하지 않습니다. 달팽이관에 전극을 이식하고 기계적 자극에 노출되었을 때 발생하는 전기 신호에 해당하는 전기 신호를 제공함으로써 그러한 청각 장애인을 도울 수 있습니다.

이러한 주요 기능인 달팽이관(달팽이관)의 보철물은 여러 국가에서 개발되고 있습니다. 러시아에서는 인공와우가 러시아 의과대학에서 개발 및 시행되었습니다. 달팽이관 보철물은 그림 1에 나와 있습니다. 6.12, 여기서 1은 본체, 2는 마이크가 있는 귀, 3은 이식 가능한 전극에 연결하기 위한 전기 커넥터의 플러그입니다.

소리 반사

소리 반사

소리가 두 탄성 매체 사이의 계면에 떨어질 때 발생하는 현상으로 계면에서 동일한 매체로 전파되는 파동의 형성, 사운드 산란 또는 소리 회절.
입사파는 매질 사이의 경계를 만들고 그 결과 반사파와 굴절파가 발생합니다. 그들의 구조와 강도는 경계면의 양쪽에서 입자 속도와 경계면에 작용하는 탄성 응력이 같아야 합니다. 자유 표면의 경계 조건은 이 표면에 작용하는 탄성 응력이 0과 동일하도록 구성됩니다.
반사파는 입사파와 동일한 유형의 편파를 가질 수도 있고 다른 편파를 가질 수도 있습니다. 후자의 경우 반사 또는 굴절 시 모드의 변환 또는 전환을 말합니다. 평면파의 반사평면파의 반사는 특별한 역할을 하는데, 평면파는 반사되고 굴절되어 평면을 유지하며, 임의의 형상은 평면파 조합의 반사라고 볼 수 있다. 나오는 반사파와 굴절파의 수는 매질의 탄성 ​​특성과 음향의 수에 의해 결정됩니다. 그 안에 존재하는 가지. 경계 조건으로 인해 입사파, 반사파 및 굴절파의 파동 벡터가 인터페이스에 투영되는 것은 동일합니다(그림 1).

쌀. 1. 평면 인터페이스에서 평면 음파의 반사 및 굴절 방식.

여기에서 반사 및 굴절의 법칙을 따릅니다. i , 반사 k 아르 자형굴절된 k 티파도와 정상 NN"인터페이스는 동일한 평면(입사 평면)에 있습니다. 2) 위상 속도에 대한 반사 및 굴절 입사각의 사인 비율 씨 나는, 해당 파도는 서로 동일합니다.
(아래 첨자는 반사파와 굴절파의 편광을 나타냄). 파동 벡터의 방향이 음파의 방향과 일치하는 등방성 매체에서 반사 및 굴절의 법칙은 일반적인 스넬의 법칙 형태를 취합니다. 이방성 매체에서 반사 법칙은 파동 법선의 방향만 결정합니다. 굴절되거나 반사된 광선이 전파되는 방식은 이러한 법선에 해당하는 방사 속도의 방향에 따라 다릅니다.
충분히 작은 입사각에서 모든 반사파와 굴절파는 경계면에서 입사 방사 에너지를 운반하는 평면파입니다. 그러나 k.-l. 굴절파 더 빠른 속도 씨 나는입사파, 입사각의 경우 큰 m. N. 위독한 angle \u003d arcsin, 해당 굴절 파의 파동 벡터의 법선 구성 요소는 가상 2가됩니다. 그러나 임계 각도보다 큰 각도에서 계면의 파동 입사는 입사 방사선은 다른 편파의 파동 형태로 2차 매질에 침투할 수 있습니다.
위독한 각도는 O.z인 경우 반사파에 대해서도 존재합니다. 모드 변환이 발생하고 변환으로 인한 파동이 속도보다 큽니다. 씨 나는사건파. 입사각의 경우 임계값이 더 작습니다. 각도, 입사 에너지의 일부는 편광이 있는 반사파의 형태로 경계에서 멀리 운반됩니다 ; 에서 이러한 파동은 불균일하고 매질 1 깊숙이 감쇠하며 전달에 참여하지 않습니다. 인터페이스의 에너지. 예를 들어, 크리티컬 각도 = arcsin( 씨 t /c L)은 횡방향 음향의 반사가 발생할 때 발생합니다. 파도 티등방성 고체의 경계에서 종파로의 변환 L (와티와 씨엘-각각 가로 및 세로 음파 속도).
반사파와 굴절파의 진폭은 경계조건에 따라 선형적으로 진폭으로 표현된다. 아이입사 파동, 광학에서 이러한 양이 입사 전자 자석의 진폭으로 표현되는 것과 같습니다. 웨이브 사용 프레넬 공식.평면파의 반사는 진폭 계수로 정량적으로 특성화됩니다. 입사 진폭에 대한 반사파 진폭의 비율 인 반사 : \u003d 진폭 계수. 일반적인 경우의 반사는 복잡합니다. 해당 모듈이 관계 abs를 결정합니다. 진폭 값과 위상은 반사파의 위상 편이를 정의합니다. 진폭 계수는 유사한 방식으로 결정됩니다. 통과 반사파와 굴절파 사이의 입사 복사 에너지 재분배는 계수로 특징지어집니다. 강도의 반사 및 전송, 이는 반사(굴절) 및 입사파에서 인터페이스에 수직인 시간 평균 에너지 플럭스 밀도의 구성 요소 비율입니다.

해당 파동의 소리 강도는 어디에 있으며 접촉하는 매체의 밀도입니다. 인터페이스에 공급되고 인터페이스에서 제거되는 에너지 균형은 정상적인 에너지 흐름 구성 요소의 균형으로 축소됩니다.

계수. 반사는 음향에 따라 달라집니다. .문자 앙. 의존성은 비판적 존재에 의해 결정됩니다. 편광이있는 반사파가 형성되지 않는 각도 및 제로 반사 각도.

오. 두 액체의 경계에서. 나이브. O.h의 단순한 그림. 두 유체 사이의 경계면에서 발생합니다. 이 경우 파동변환은 없고 거울법칙에 따라 반사가 일어나며 계수는 반사는

어디서 그리고 씨 1,2 - 인접한 매체의 밀도 및 음속 . 그리고 2. 입사파의 음속이 굴절파의 음속보다 큰 경우( 와 함께 1 씨 2) 그런 다음 중요한 코너가 없습니다.

값까지 인터페이스의 파동의 수직 입사에서 아르=-방목 입사각에서 1 음향인 경우. 2개의 환경이 있는 r 2 2 더 많은 중간 임피던스 1 그런 다음 입사각에서

계수 반사가 사라지고 사건이 매체로 완전히 전달됩니다. 2.
1시부터<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(씨 1 /씨 2). ~에<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0정상적인 하락으로 아르=임계 각도와 동일한 입사각에서 1. 이 경우에도 제로 반사가 발생할 수 있습니다. 미디어 임피던스, 역 부등식 유지 제로 반사 각도는 여전히 식 (6)에 의해 결정됩니다. 입사각, 큰 임계, 완전한 내선이 있습니다. 반사: 매체 깊숙이 입사 방사선 2 침투하지 않습니다. 환경에서 2, 그러나 반사파의 장은 정반사파와 매질에서 발생한 불균질파에 의한 파동의 두 필드의 간섭 결과로 형성됩니다. 2. 비평면(예를 들어, 구형)파가 반사되면, 이렇게 다시 방출되는 파동은 실제로 소위 말하는 형태로 실험에서 관찰된다. 사이드 웨이브 (참조 파도,섹션 반사 및 ).

오. 강체의 경계에서. 반사경이 단단한 몸체인 경우 반사의 특성이 더욱 복잡해집니다. 언제 와 함께액체에서는 세로 속도가 적습니다. 엘그리고 가로 와 함께 m 고체의 소리는 고체가 있는 액체의 경계에서 반사될 때 두 가지 중요한 것이 발생합니다. 각도: 세로 방향 = arcsin( s/s 패) 및 가로 = arcsin ( 봄 여름 시즌티 ). 그러나, 언제나부터 L > 함께티 . 입사각에서 계수 반사가 유효합니다(그림 2). 입사 방사선은 세로 및 가로 굴절파의 형태로 고체에 침투합니다. 솔리드 본체에서 소리가 정상적으로 발생하면 값만 아르 자형 0은 세로 음향의 비율에 의해 결정됩니다. f-le(5)와 유사한 액체 및 고체의 임피던스(- 액체 및 고체의 밀도).

쌀. 2. 소리반사계수 계수의 의존성 | R | (실선) 및 입사각에서 액체와 고체의 경계에서 위상(점선) .

계수에서 입사 방사선의 일부는 굴절된 횡파의 형태로 고체 속으로 깊숙이 침투합니다. 따라서<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. 반사된 방사선의 형성에 불균일한 종파가 참여하면 두 액체의 경계에서와 같이 반사된 파동의 위상 편이가 발생합니다. 완전한 내부가있을 때. 반사:1. 경계 부근의 고체에서는 물체 깊이로 기하급수적으로 떨어지는 불균일한 파동만 형성됩니다. 각도에 대한 반사파의 위상 편이는 주로 누설의 경계면에서의 여기와 관련이 있습니다. 레일리 파도.이러한 파동은 Rayleigh 각 = arcsin에 가까운 입사각에서 액체가 있는 고체의 경계에서 발생합니다. s/s R),어디 C R-고체 표면의 레일리 파동 속도. 인터페이스를 따라 전파되는 누설파는 에서 완전히 다시 방출됩니다.
만약 와 함께와 함께티 . 탑 전체 내부 고체가 있는 액체의 경계에는 반사가 없습니다. 입사 방사선은 적어도 횡파의 형태로 모든 입사각으로 침투합니다. 전반사는 음파가 임계점 아래로 떨어질 때 발생합니다. 각도 또는 방목 입사각. c>c L 계수의 경우. 실제 반사, O.z., 솔리드 바디에서 전파. 소리가 등방성 고체에서 전파될 때, 최대. 간단한 특성은 전단파의 반사, 인터페이스 평면에 평행한 진동 방향입니다. 이러한 파동의 반사 또는 굴절에 대한 모드 변환은 없습니다. 자유경계나 액체가 있는 경계면에 떨어질 때 이러한 파동은 완전히 반사( 아르= 1) 거울 반사의 법칙에 따라. 두 등방성 고체 사이의 경계면에서 매질에서 경면 반사파와 함께 2 입사면에서 편파된 횡파가 물체의 자유표면에 떨어지면 그 경계에서 동일한 편파의 반사파와 종파가 동시에 발생한다. , 임계각보다 작음 = = arcsin ( cT/cL),계수 반사 아르 자형티와 R L-순전히 실제: 반사파는 입사파와 정확히 같은 위상(또는 다른 위상)으로 경계를 떠납니다. 경계에서는 정반사된 횡파만 남습니다. 불균일 종파가 자유 표면 근처에서 형성됩니다.
계수. 반사가 복잡해지고, 고체의 경계가 액체와 접촉하면 파동이 반사될 때(세로 또는 가로, 2. 또한 입사면에 놓입니다.

영형 . 시간. 이방성 매체 사이의 경계면에서. 오. 결정 인터페이스에서. 환경이 복잡합니다. 이 경우 반사파와 굴절파는 그 자체로 반사각과 굴절각의 함수입니다(참조. 크리스탈 음향);따라서 각도의 정의와 주어진 입사각에 대한 정의조차 심각한 문제에 봉착합니다. 어려움. 입사면에 의한 파동 벡터 표면의 단면이 알려진 경우 그래픽이 사용됩니다. 파동 벡터의 각도와 끝을 결정하는 방법 kr그리고 k 티수직으로 눕다 NN",파동 벡터 k의 끝을 통해 인터페이스에 그려집니다. 나이 수직선이 dec와 교차하는 지점에서 입사파. 파동 벡터의 캐비티 표면(그림 3). 계면에서 해당 매질의 깊이까지 실제로 전파되는 반사(또는 굴절)파의 수는 수직선이 교차하는 캐비티의 수에 따라 결정됩니다. NN". k.-l과 교차하는 경우. 완전히 부재한다는 것은 해당 편파의 파동이 불균일하고 경계에서 에너지를 전달하지 않음을 의미합니다. 수직 NN"여러 개의 동일한 공동을 교차할 수 있습니다. 포인트 (포인트 ㅏ 1과 2그림에서 삼). 파동 벡터의 가능한 위치 중 케이 아르 자형 (또는 kt) 실제로 관찰된 파동은 방사형 속도 벡터,

쌀. 3. 결정 매질의 경계면에서 각도 반사 및 굴절을 결정하기 위한 그래픽 방법 1 그리고 2.L, 피트그리고 성- 준 종파에 대한 파동 벡터의 표면, 원칙적으로 반사 (굴절) 파는 분해에 속합니다. 음향 가지. 변동. 그러나 크리스탈에서는 의미가 있습니다. 이방성, 파동 벡터의 표면에 오목한 부분이 있는 경우(그림 4), 동일한 진동 분기에 속하는 두 개의 반사 또는 굴절 파의 형성으로 반사가 가능합니다.
실험적으로 음파의 유한 빔이 관찰되며 전파 방향은 방사 속도에 의해 결정됩니다. NN"을 인터페이스에 연결합니다. 특히, 반사된 것은 법선의 같은 쪽에 있는 입사면에 놓일 수 있습니다. N,입사 광선입니다. 이 가능성의 제한적인 경우는 후자의 비스듬한 입사로 입사 빔에 반사된 빔의 중첩입니다.

쌀. 4. 동일한 편파의 두 개의 반사파를 형성하여 결정의 자유 표면에 입사하는 음파의 반사: ㅏ- 반사파의 파동 벡터 결정 g방사형 속도 벡터); 비- 유한 섹션의 사운드 빔 반사 방식.

O의 특성에 대한 감쇠의 영향 h..계수 두 경계 매체에서 소리의 감쇠가 무시할 수 있는 경우 반사 및 전송은 소리 주파수에 의존하지 않습니다. 눈에 띄는 감쇠는 계수의 주파수 의존성으로 이어집니다. 반사 아르 자형,그러나 또한 입사각에 대한 의존도, 특히 임계값 근처에서 왜곡됩니다. 모서리(그림 5, ㅏ). 액체와 고체 사이의 계면에서 반사될 때 감쇠 효과는 각도 의존성을 크게 변경합니다. 아르 자형 Rayleigh 각에 가까운 입사각에서 (Fig. 5나).이러한 입사각에서 감쇠가 무시할 수 있는 매체 사이의 경계면에서 | 아르 자형|= 1(곡선 1 그림에서 5, 비).감쇠의 존재는 | | 아르 자형|는 1보다 작아지고 거의 최소값을 형성 || 아르 자형|(곡선 2 - 4). 주파수가 증가함에 따라 계수가 증가합니다. 감쇠, 최소 증가의 깊이, f 0 , naz. 제로 반사 주파수, 최소 값 | 아르 자형| 사라지지 않는다(곡선 3, 그림 5, 비). 빈도가 더 증가하면 최소값이 넓어집니다(곡선 4 ) O에 대한 감쇠 효과의 영향 h. 거의 모든 입사각(곡선 5). 입사파의 진폭에 비해 반사파의 진폭이 감소한다고 해서 입사 방사선이 고체 내부로 침투한다는 의미는 아닙니다. 이는 입사 방사선에 의해 여기되고 반사파 형성에 참여하는 새는 레일리파의 흡수와 관련이 있습니다. 때 소리 주파수 에프주파수와 동일 에프 0이면 입사파의 모든 에너지가 경계면에서 소산됩니다.

쌀. 5. 각도 의존성 | 아르 자형| 감쇠를 고려한 물-강철의 경계에서: ㅏ- 각도 의존성의 일반적인 특성 | 아르 자형|; 실선 - 손실을 고려하지 않고 점선 - 감쇠와 동일; 비- 각도 의존성 | 아르 자형파장에서 강철의 횡파 흡수 값이 다른 레일리 각도 근처. 곡선 1 - 5는 3 x 10 -4의 값에서 이 매개변수의 증가에 해당합니다(곡선 1 ) 값 = 1(곡선 5)은 입사 초음파 방사 주파수의 해당 증가로 인해 발생합니다.

오. 레이어와 플레이트에서.영형. 시간. 레이어 또는 플레이트에서 공명합니다. 반사파와 투과파는 층의 경계에서 파동의 다중 반사의 결과로 형성됩니다. 액체층의 경우, 입사파는 Snell의 법칙에서 결정된 굴절각으로 층을 관통합니다. 재반사로 인해 종파가 층 자체에서 발생하여 층 경계에 그려진 법선에 대한 각도로 정방향 및 역방향으로 전파됩니다(그림 6, ㅏ). 각도는 레이어 경계에서의 입사각에 해당하는 굴절각입니다. 레이어에서 소리의 속도가 와 함께 2 더 많은 사운드 속도 와 함께 1 주변 액체에서 반사파 시스템은 전체 int의 각도에서만 발생합니다. 반사 \u003d arcsin (c 1 / c 2). 그러나 충분히 얇은 층의 경우 투과파는 임계 각도보다 큰 입사각에서도 형성됩니다. 이 경우 계수 레이어의 반사는 abs로 판명됩니다. 1 미만. 이것은 파동이 외부로부터 입사하는 경계 부근의 층에서 기하급수적으로 층의 깊이로 떨어지는 불균일한 파동이 발생하기 때문이다. 레이어 두께의 경우 디불균일 파동의 침투 깊이보다 작거나 비슷한 경우 후자는 층의 반대쪽 경계를 교란시켜 전송 된 파동이 주변 액체로 방사됩니다. 이러한 파동 누출 현상은 양자 역학에서 입자 누출과 유사합니다.
계수. 레이어 반사

여기서 레이어의 파동 벡터의 법선 구성 요소는 축입니다. 지-레이어 경계에 수직, 아르 자형 1과 아르 자형 2 - 확률. 오. 주기적이다 오디오 주파수 기능 에프및 레이어 두께 디.층을 통해 파동이 침투할 때, | R |증가와 함께 에프또는 디단조롭게 1이 되는 경향이 있습니다.

쌀. 6. 액체층으로부터의 음파 반사: ㅏ -반사 방식; 1 - 주변 유체; 2- 층; b - 반사 계수 계수의 의존성 | R|가을의 모퉁이.

입사각 값의 f-tion으로 | R |최대값과 최소값의 시스템을 가지고 있습니다(그림 6, 비).레이어의 양쪽에 동일한 액체가 있으면 최소 지점에서 아르= 0. 제로 반사는 레이어 두께에 걸친 ​​위상 진행이 반주기의 정수와 같을 때 발생합니다.

두 번의 연속적인 반사 후에 상부 매질로 나오는 파동은 역위상이 되어 서로 상쇄됩니다. 반대로 재반사된 파동은 모두 같은 위상으로 하위 매질로 나가게 되고 투과파의 진폭은 최대가 된다. 전송은 반파의 정수가 레이어 두께에 맞을 때 발생합니다. d=어디 . =1,2,3,..., - 층 재료에서 음파의 길이; 따라서 조건 (8)을 만족하는 레이어를 호출합니다. 반파 관계식 (8)은 자유 액체층에서 정상파가 존재하는 조건과 일치합니다. 이 때문에 입사 방사선이 층의 하나 또는 다른 정상파를 여기시킬 때 층을 통한 완전한 전송이 발생합니다. 층이 주변 액체와 접촉하기 때문에 정상파가 누출됩니다. 전파하는 동안 입사 방사선의 에너지를 더 낮은 매체로 완전히 재방사합니다.
층의 반대편에 있는 액체가 다른 경우 반파장 층의 존재는 입사파에 영향을 미치지 않습니다. 레이어로부터의 반사는 계수와 같습니다. 이러한 액체가 직접 있을 때 이러한 액체의 경계에서 반사됩니다. 연락하다. 음향 및 광학의 반파 층 외에도 소위. 1/4 파장 층, 그 두께는 조건을 만족합니다 ( n= 1,2, ...) 적절한 음향 선택. 레이어 임피던스, 주어진 주파수로 웨이브 레이어에서 제로 반사를 얻을 수 있습니다. 에프레이어의 특정 입사각에서. 이러한 층은 반사 방지 음향 층으로 사용됩니다.
액체에 잠긴 무한 고체 판에서 음파가 반사되는 경우, 액체 층에 대해 위에서 설명한 반사 특성이 일반적인 용어로 보존됩니다. 플레이트에서 재반사하는 동안 종파 외에도 전단파도 여기됩니다. 종파와 횡파가 각각 판에서 전파되는 각도 및 는 스넬의 법칙에 의해 입사각과 관련이 있습니다. 각도 및 주파수 의존성| 아르 자형| 액체 층에서 반사되는 경우와 같이 최대값과 최소값이 번갈아 나타나는 시스템을 나타냅니다. 판을 통한 완전한 투과는 입사 복사가 다음과 같은 판 내부의 정상파 중 하나를 여기시킬 때 발생합니다. 양고기 파도. O.z.의 공명 특성. 레이어 또는 플레이트에서 음향 차이가 감소함에 따라 지워집니다. 환경 속성의 속성. 음향 증가. 그리고 | R(fd)|.

비평면파의 반사. 실제로는 비평면파만 존재합니다. 그들의 반사는 평면파 세트의 반사로 감소될 수 있습니다. 단색 임의의 파면이 있는 파동은 동일한 원형 주파수를 갖지만 차이가 있는 평면파 집합으로 나타낼 수 있습니다. 파동 벡터 k의 방향. 기본 입사 방사선의 특성은 공간적 - 일련의 진폭입니다. ㅏ(k) 함께 입사파를 형성하는 평면파. 복근 k의 값은 주파수에 의해 결정되므로 독립적이지 않습니다. 비행기에서 반사되었을 때 지= 0 일반 구성 요소 kz접선 구성 요소에 의해 제공됩니다. k x , k y: k z=입사 방사선의 일부인 각 는 고유한 각도로 경계면에 떨어지며 다른 파동과 독립적으로 반사됩니다. 필드 F( 아르 자형) 반사파의 모든 반사 평면파의 중첩으로 발생하며 입사 복사의 공간 스펙트럼으로 표현됩니다. A(k x , k y) 계수. 반사 R(k x , k y):

적분은 임의로 큰 값의 영역으로 확장됩니다. kx그리고 케이.입사 방사선의 공간 스펙트럼에 (구면파의 반사에서와 같이) 다음과 같은 구성 요소가 포함되어 있는 경우 kx(또는 케이), 큰 다음 반사파의 형성에서 실제 파동 외에도 kz균일하지 않은 파동도 참여합니다. 케이,-순수한 가치. H. Weyl이 1919년에 제안하고 푸리에 광학의 표현에서 더욱 발전된 이 접근법은 일관성이 있습니다. 평면 인터페이스에서 임의 파동의 반사에 대한 설명.
O.z를 고려할 때. 원리에 기반한 광선 접근도 가능합니다. 기하학적 음향.입사 방사선은 인터페이스와 상호 작용하는 일련의 광선으로 간주됩니다. 이것은 입사 광선이 Snell의 법칙에 따라 일반적인 방식으로 반사 및 굴절될 뿐만 아니라 특정 각도에서 경계면에 입사되는 광선의 일부가 들뜬다는 점을 고려합니다. N. 측파뿐만 아니라 새는(Rayleigh 및 기타) 또는 새는 도파관(램파 등). 인터페이스를 따라 전파되는 이러한 파동은 다시 매질로 다시 방출되어 반사파 형성에 참여합니다. 연습을 위해 반사는 구형입니다. 파도는 음향학적으로 시준됩니다. 유한 섹션 빔 및 집중된 사운드 빔.

구형파의 반사. 반사 패턴은 구형입니다. 점원에 의해 액체 I에서 생성된 파동 영형,소리의 속도 사이의 비율에 따라 달라집니다 와 함께 1과 2에서접촉 액체 I 및 II(그림 7). c t > c 2 이면 임계 각도가 없고 기하 법칙에 따라 반사가 발생합니다. 음향학. 환경 I에는 반사된 구형이 있습니다. O". 소스의 가상 이미지를 형성하고 반사파는 한 지점을 중심으로 하는 구의 일부입니다. 영형".

쌀. 7. 두 액체 사이의 경계면에서 구면파의 반사: 영형그리고 오" -실제 가상 출처; 1 - 반사된 구형파의 전면; 2 - 굴절파의 전면; 3 - 사이드 웨이브 프런트.

언제 씨 2리터그리고 비판적이다 반사된 구형 외에 매체 I의 각도. 파도, 반사된 방사선의 또 다른 구성 요소가 발생합니다. 임계 아래 인터페이스의 광선 사고. 각도는 매질에서 속도로 전파되는 두 번째 파동을 자극합니다. 와 함께 2는 인터페이스를 따라 매체 I로 다시 방출되어 소위를 형성합니다. 아 따라 OA그런 다음 분해에서 수요일 I로 다시 이동했습니다. 점에서 인터페이스의 점 . dotochki 에서,이 순간 굴절파의 전면입니다. NE는 경계에 대해 일정 각도로 기울어지고 점까지 확장됩니다. 에,거울 반사 구형의 전면과 병합됩니다. 파도. 공간에서 측면 파면은 세그먼트의 회전 중에 발생하는 원뿔대 표면입니다. 남서일직선 OO".반사되면 구형. 고체 표면에서 액체의 파동은 원추형과 유사합니다. 계면에서 새는 레일리파의 여기로 인해 파동이 형성됩니다. 반사 구형. 파도 - 주요 실험 중 하나. geoacoustics, seismology, hydroacoustics 및 ocean acoustics의 방법.

유한 단면의 음향 빔 반사. 시준된 사운드 빔의 반사, 메인의 웨이브프론트 to-rykh. 빔의 일부는 평면에 가깝고 평면파가 반사되는 것처럼 대부분의 입사각에서 발생합니다. 빔이 반사되거나 Rayleigh 각이 정반사와 함께 발생하면 eff가 발생합니다. 측면 또는 새는 Roley 파. 이 경우 반사된 빔의 필드는 정반사된 빔과 재복사된 파동의 중첩입니다. 빔 폭과 인접한 매체의 탄성 및 점성 특성에 따라 인터페이스 평면에서 측면(평행) 빔 이동(소위 Schoch 이동)(그림 8)이 발생하거나 빔이 크게 확장되고 얇은 모양

쌀. 8. 반사 중 빔의 측면 변위: 1 - 입사빔; 2 - 경면반사빔; 3- 실제로 반사광.

구조. 빔이 Rayleigh 각도로 입사할 때 왜곡의 특성은 빔 폭 사이의 비율에 의해 결정됩니다. . 방사능. 새는 레일리 파의 댐핑

액체에서 음파의 길이는 어디에 있습니까? 하지만 - 1에 가까운 수치적 요인. 빔 폭이 반경의 길이보다 훨씬 큰 경우. 좁은 빔의 경우 새는 표면파의 재방출로 인해 빔이 상당히 넓어지고 대칭성을 멈춥니다(그림 9). 정반사된 빔이 차지하는 영역 내에서 간섭의 결과로 최소 진폭이 0이 되고 빔이 두 부분으로 나뉩니다. 콜리메의 비정반사.

쌀. 9. Rayleigh 각도에서 고체 T의 표면에 액체 W에서 입사하는 유한 단면의 사운드 빔 반사: 1 - 입사 빔; 2 - 반사광; ㅏ -제로 진폭 영역; 비- 보의 꼬리 부분.

후자의 경우 반사의 비반사 특성은 레이어 또는 플레이트에서 새는 도파관 모드의 여기로 인한 것입니다. 집중된 초음파 빔의 반사에서 측면 및 새는 파도가 중요한 역할을 합니다. 특히, 이러한 웨이브는 다음에서 사용됩니다. 현미경음향음향 형성을 위해. 이미지 및 보유 수량, 문학.: 1) Brekhovskikh L. M., 레이어드 미디어의 물결, 2판, M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hydrodynamics, 4th ed., M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., 적층 매체의 음향학, V. M. 레빈.

물리적 백과사전. 5권. - M.: 소비에트 백과사전. 편집장 A. M. Prokhorov. 1988 .

UMC 등에 따르면..

2장: 사운드 현상

주제:

수업 유형: 결합

수업의 목적: 소리의 특성과 소리의 반사 현상에 대한 연구

수업의 목적(학생): 사운드 특성 및 사운드 반사에 대한 지식 습득

수업 목표: - 소리의 물리적 특성(진폭, 주파수) 및 생리학적 특성(높이, 크기, 음색)에 대한 지식을 형성합니다.

개인적이고 규정적이며 의사소통이 가능한 보편적 학습 활동을 개발합니다.

학습에 대한 인지적 관심, 호기심, 긍정적인 동기를 기르십시오.

수업 보안 지도

계획된 메타 주제 결과:

구두 및 그래픽 형식으로 정보를 제공합니다.

다양한 소리의 예를 들어보세요. 각각의 경우에 사운드 소스를 지정하십시오.

음파는 어떻게 형성됩니까?

다른 매체에서 음파의 속도에 대해 무엇을 알고 있습니까?

소리의 속도는 왜 공기 중에서보다 물에서 더 빠릅니까?

인지 활동: 소리 현상, 음원, 전파 및 속도에 대한 지식의 체계화 및 일반화

규제 활동 : 기본 지식의 재생산 및 수정 과정에서 자신과 급우를 통제

3. 지식 업데이트

선생님. 인간은 소리의 세계에 산다. 우리는 사람들의 목소리, 새들의 노래, 악기 소리, 숲의 소음, 일하는 기계 소리를 듣습니다. 이 소리의 공통점은 무엇이며 어떻게 다른가요?

학생.공통점은 모든 소리는 진동체(사람의 성대, 새, 악기의 현, 나뭇가지 등)에서 방출되며, 예를 들어 이러한 소리는 크기가 다를 수 있다는 것입니다.

선생님.소리의 크기를 결정하는 것은 무엇이라고 생각하십니까? 그것은 어떻게 정의됩니까? 이 질문에 대한 답을 알고 싶습니까? 아주 잘. 소리의 특성을 살펴봄으로써 우리가 관심을 갖는 질문에 답할 것입니다. "음량과 피치. 사운드 반사. 오늘 우리는 소리의 물리적 및 생리적 특성에 대해 알아보고 낮은 소리와 높은 소리, 큰 소리와 조용한 소리를 구별하는 방법을 배우고 음색이 무엇인지 알아보고 음파 반사 법칙도 연구합니다.

4단계. 새로운 교육 자료 학습

4.1. 실험을 통해 문제 상황을 만들고 해결합니다. 주관적 경험의 실현

선생님.소리의 볼륨을 결정하는 것이 무엇인지 알아 봅시다. 다음 실험을 해보자.

데모. 망치로 소리굽쇠의 줄기를 칩니다. 실에 달린 구슬을 소리 나는 소리굽쇠로 가져갑시다. 우리는 무엇을 보고 있으며 그 이유는 무엇입니까?

학생. 소리굽쇠가 소리를 내기 때문에 구슬이 소리굽쇠에서 튀어 나오므로 소리굽쇠 줄기가 진동합니다.

선생님. 더 세게 치면 소리굽쇠에서 구슬까지의 거리가 바뀔까요?

학생. 나는 우리가 소리굽쇠를 세게 칠수록 구슬이 더 많이(더) 빗나갈 것이라고 생각합니다.

선생님.우리의 가정을 확인해 봅시다. (데모) 소리굽쇠에서 나는 소리의 차이점은 무엇입니까?

학생.소리굽쇠는 다양한 소리를 냅니다. 소리굽쇠를 세게 칠수록 소리굽쇠 다리의 진폭이 커지므로 소리가 더 커집니다.

선생님. 진동 진폭에 대한 음량의 의존성은 펜이 있는 소리굽쇠를 사용하여 명확하게 입증할 수 있습니다(그림 137 참조).

이 종속성은 그래픽으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

선생님.소리의 크기는 소리의 첫 번째 생리학적 특성이며 음원의 진동 진폭에 의해 결정됩니다. 실험의 2부로 넘어가겠습니다. 데모 테이블에는 두 개의 소리굽쇠가 있습니다. 그들의 외부 차이점은 무엇입니까?

학생: 크기도 다르고 무게도 다릅니다.

선생님.데모. 나는 이 소리굽쇠의 소리를 시연하고 그 결과에 대해 논평할 것을 제안합니다.

학생.이 소리굽쇠는 다른 소리를 냅니다. 하나는 낮고 다른 하나는 높습니다. 나는 그것이 그들의 무게와 관련이 있다고 생각합니다. 동일한 충격력으로 소리굽쇠의 다리가 다른 주파수로 진동합니다.

선생님. 이 가정을 테스트하기 위해 소리굽쇠의 진동을 그을음 판에 기록합니다. 첫 번째 소리굽쇠는 주파수가 낮고 낮은 소리를 내고 두 번째 소리굽쇠는 높은 소리를 내므로 진동 주파수가 높을수록 소리가 높아집니다.

이를 그래픽으로 표현하면 다음과 같습니다.

따라서 피치는 진동 빈도에 의해 결정되는 두 번째 생리적 특성입니다.

우리는 결코 트럼펫 소리와 피아노 소리를 혼동하지 않을 것입니다. 우리는 천 가지 목소리에서 어머니의 목소리를 알아봅니다. 소리의 음색은 우리가 한 소리를 다른 소리와 구별하는 데 도움이 됩니다.

음색-복잡한 음파의 개별적인 특징으로, 소리가 주파수가 다른 여러 개의 단순한 소리로 구성되어 있기 때문입니다. 즉, 특정 "색상"이 있으며 이것이 음질이며 음색이라고합니다. . 이것은 소리의 또 다른 생리학적 특성입니다.

이제 어떤 악기 소리가 나는지 이름을 지정해 볼까요? (컴퓨터 녹음)

(학생 답변)

선생님.볼륨, 피치 및 톤우리의 지각과 관련이 있기 때문에 소리의 생리학적 특성이라고 합니다. 소리의 생리적 특성은 물리적 특성과 관련되어 있어 큰 소리와 조용한 소리, 높은 소리와 낮은 소리, 다양한 출처의 소리를 구분할 수 있습니다. 소리의 물리적 특성은 무엇입니까?

학생.소리의 물리적 특성 - 진폭과 주파수.

선생님. 이제 음파의 주요 속성 중 하나에 대해 알아 보겠습니다. 음파는 다른 것과 마찬가지로 반사되고 굴절될 수 있습니다. 웨이브 반사장애물에서 오는 것은 가장 일반적인 현상 중 하나입니다. 이 반사 법칙은 일반적인 파동 법칙, 즉 소리와 빛을 포함한 모든 파동에 유효합니다. 우리는 실험에서 화면에서 파동의 반사를 관찰할 것입니다.(그림 141에 따른 실험) 경험과 관찰에 따르면 소리의 반사에는 특정 법칙이 적용됩니다: 입사각은 반사각과 같습니다.

선생님.경험을 보드에 그래픽으로 해석하고 입사각과 반사각의 관계에 대한 결론을 도출해 봅시다.

학생. 반사각은 입사각과 같습니다.

선생님.음파가 전파되면 에코라는 현상을 관찰할 수 있습니다. 그것은 장벽으로부터의 파동 반사 특성으로 설명됩니다.

숲, 산, 실내에서 어떤 종류의 장애물(숲, 산, 벽)에서 반사되는 소리를 들을 수 있습니다. 일련의 장애물에서 연속적으로 반사되는 음파가 우리에게 도달하면 다수의에코. 썬더 롤은 같은 기원을 가지고 있습니다! 이것은 번개의 거대한 전기 스파크의 매우 강한 "딱딱한 소리"를 여러 번 반복하는 것입니다.

Echolocation은 소리의 반사 특성을 기반으로 합니다.

일부 동물은 반향 정위를 사용하여 거리를 결정합니다. 예를 들어, 돌고래는 반향 정위를 사용하여 바닥 지형과 형제 또는 먹이의 위치를 ​​매우 정확하게 결정합니다. 박쥐가 내보낸 초저주파음은 잠재적인 먹이에 반사되어 쥐가 포착합니다. 소리 신호의 비행 시간까지 마우스는 물체까지의 거리를 매우 정확하게 결정합니다.

바다의 깊이를 결정하는 특수 장치 인 에코 사운 더도 소리 반사 현상을 사용합니다. 바다의 깊이는 10km를 넘는 경우도 있는데, 보통의 제비(밧줄에 묶인 짐)로는 그러한 깊이를 측정하는 것이 불가능하다. 에코 사운더는 강하고 짧은 사운드 신호를 방출한 다음 해저에서 반사된 에코를 포착합니다.

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4.2. 학생들의 독립적인 작업.

주제의 지속적인 개발과 새로운 지식의 동화 속에서 학생들은 자신의 테이블에 있는 자료를 독립적으로 연구하도록 초대됩니다.

선생님.추가 자료를 공부하고 사진을 보고 질문에 답하고 피어 리뷰를 수행합니다.

1) 청력 손실의 원인은 무엇입니까?

2) SANPIN에서 소리의 크기를 결정하는 기준은 무엇인가요?

3) 그림을 보세요. 디스코 볼륨이 이 표준을 초과하는 데시벨은 몇 데시벨입니까?

인간의 귀로 감지되는 소리는 우리 주변 세계에 대한 가장 중요한 정보 소스 중 하나입니다. 귀는 가장 복잡하고 미묘한 기관 중 하나이며 매우 약한 소리와 매우 강한 소리를 모두 감지합니다. 청각 기관은 밤에도 항상 "깨어 있습니다". 예를 들어 빛으로부터 눈을 보호하는 눈꺼풀과 같은 보호 장치가 없기 때문에 꿈에서 지속적으로 외부 자극에 노출됩니다. 따라서 사람의 귀는 기계적 손상뿐만 아니라 큰 소리로부터도 보호되어야 합니다!

현대의 소음 불편은 살아있는 유기체에 고통스러운 반응을 일으킵니다. 예를 들어 비행하는 제트기의 소음은 꿀벌에게 우울한 영향을 미치고 탐색 능력을 잃습니다. 같은 소음이 꿀벌 애벌레를 죽이고 둥지에 새 알을 공개적으로 낳습니다. 강렬한 소리의 영향으로 젖소는 우유를 덜 내고 닭은 덜 서두르고 새는 격렬하게 털갈이를 시작하고 종자 발아가 지연되며 식물 세포도 파괴됩니다. 예를 들어 도시의 나무가 "수면" 지역에서도 자연 상태보다 더 일찍 죽는 것은 우연이 아닙니다.

현대 거대 도시에서는 소음이 여러 번 증가했습니다. 1960년대와 1970년대에 거리의 음량이 80dB를 넘지 않았다면 지금은 100dB 이상에 이릅니다. 혼잡한 많은 고속도로에서는 밤에도 소음이 70dB 이하로 떨어지지 않으며 위생 기준에 따라 40dB를 초과해서는 안 됩니다.

러시아의 대도시(St. Petersburg, Nizhny Novgorod, Krasnoyarsk, Yekaterinburg, Magnitogorsk 등)에서 교통량이 많은 고속도로(시간당 최대 6-8,000대)에서 평균 소음 수준은 73-83dB로 기록됩니다. , 최대 - 최대 90dB 이상.

5단계 학습 자료에 대한 이해도를 기본적으로 확인

표적:연구 자료의 정확성과 인식을 확립하고, 격차를 식별하고, 자료 이해의 격차를 수정합니다.

실행 방법 및 기술: 학생들은 반사의 법칙에 대한 질적 문제를 해결하기 위해 질문, 에코, 자연의 다양한 크기와 높이의 소리를 관찰하는 예를 준비합니다.

6. 교육자료를 통합하는 단계

표적:통합 과정에서 연구 자료에 대한 이해 수준의 증가, 이해의 깊이를 보장합니다.

얻은 지식을 통합하고 심화하기 위해 통합 문서가 사용됩니다. No. 000, 259, 작업을 통해 이론적 지식을 실제로 적용할 수 있습니다.

7단계. 숙제.

창의적 수준의 작업은 스스로 독립적인 창의적 작업을 수행하는 것이 가능하다고 생각하는 사람들에게 제공됩니다.

8단계. 수업 요약 및 반성

표적:수업 및 개별 학생의 작업에 대한 질적 평가를 제공합니다. 교사 및 급우와의 활동 및 상호 작용 동기에 대한 학생들의 성찰을 시작합니다.

선생님.그래서 우리의 교훈을 요약합시다. 이제 우리는 소리의 음높이, 크기 및 음색이 무엇인지, 그리고 그것들이 특징짓는 물리적 양이 무엇인지, 소리 반사가 특정 패턴을 따르고 에코와 같은 현상을 관찰할 수 있다는 것을 알았습니다. 기술에 소리 반사의 응용.

경로에 장애물이 없는 경우 소리는 소리를 내는 본체에서 모든 방향으로 고르게 전파됩니다. 그러나 모든 장애물이 확산을 제한할 수 있는 것은 아닙니다. 빛의 광선에서와 같이 작은 판지로 소리를 차단할 수 없습니다. 모든 파동과 마찬가지로 음파는 장애물을 우회할 수 있으며 크기가 파장보다 작은 경우 장애물을 "알지 못"합니다. 공중에서 들리는 음파의 길이는 15m에서 0.015m이며 경로의 장애물이 더 작 으면 (예 : 밝은 숲의 나무 줄기) 파도가 주변을 돌아갑니다. 큰 장애물(집의 벽, 바위)은 광파와 동일한 법칙에 따라 음파를 반사합니다. 입사각과 반사각이 같습니다. 에코는 장애물에서 소리가 반사되는 것입니다.

소리가 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 방식입니다. 이 현상은 매우 복잡하지만 일반적인 규칙을 따릅니다. 예를 들어 물에서 공기로 밀도가 크게 다른 경우 소리는 한 매체에서 다른 매체로 전달되지 않습니다. 이러한 미디어의 경계에 도달하면 거의 완벽하게 반영됩니다. 에너지의 아주 작은 부분이 다른 매체의 표면층 진동에 소비됩니다. 강 표면 아래에 머리를 담그면 여전히 큰 소리가 들리지만 1m 깊이에서는 아무 소리도 들리지 않습니다. 물고기는 해수면 위에서 들리는 소리는 듣지 못하지만 물 속에서 몸이 진동하는 소리는 잘 듣는다.

소리는 얇은 벽을 진동시키기 때문에 들리고 이미 다른 방에 있는 소리를 재현하는 것처럼 보입니다. 양모, 양털 카펫, 거품 콘크리트로 만든 벽 또는 다공성 건조 석고와 같은 우수한 방음 재료는 공기와 단단한 몸체 사이에 많은 인터페이스가 있다는 점에서 다릅니다. 이러한 각 표면을 통과하면서 사운드는 반복적으로 반사됩니다. 그러나 또한 소리가 전파되는 바로 그 매체가 소리를 흡수합니다. 동일한 소리가 공기와 물방울 사이의 경계면에 의해 흡수되는 안개 속에서보다 깨끗한 공기에서 더 잘 그리고 더 멀리 들립니다.

다른 주파수의 음파는 공기 중에 다르게 흡수됩니다. 더 강함 - 높은 소리, 덜 - 저음과 같은 낮은 소리. 그렇기 때문에 선박의 휘파람 소리가 그렇게 낮은 소리 (주파수는 50Hz 이하)입니다. 낮은 소리는 더 먼 거리에서 들립니다. 모스크바 크렘린의 큰 종은 종탑 "Ivan the Great"에 아직 매달려 있었을 때 30 마일 동안 들렸습니다. 약 30Hz (fa suboctave)의 톤으로 윙윙 거 렸습니다. 초 저주파는 특히 물에서 훨씬 덜 흡수됩니다. 물고기는 수십, 수백 킬로미터의 소리를 듣습니다. 그러나 초음파는 매우 빠르게 흡수됩니다. 1MHz 주파수의 초음파는 2cm 거리에서 공기 중에서 절반으로 감쇠되고 10kHz 소리는 2200m에서 절반으로 감쇠됩니다.

음파 에너지

물질 입자(공기 분자 포함)의 무질서한 움직임을 열이라고 합니다. 음파가 공기 중에 전파되면 그 입자는 열 외에도 추가적인 움직임인 진동을 얻습니다. 이러한 움직임을 위한 에너지는 진동체(음원)에 의해 공기 입자에 제공됩니다. 진동하는 동안 에너지는 지속적으로 주변 공기로 전달됩니다. 음파가 멀리 지나갈수록 약해지고 에너지도 적어집니다. 액체, 금속 등 다른 탄성 매체의 음파에서도 같은 일이 발생합니다.

소리는 모든 방향으로 고르게 전파되며, 매 순간 하나의 임펄스에서 발생하는 압축 공기 층이 공의 표면을 형성하고 그 중심에는 소리가 나는 몸체가 있습니다. 이러한 "공"의 반경과 표면은 지속적으로 증가하고 있습니다. 같은 양의 에너지가 "공"의 점점 더 큰 표면에 떨어집니다. 공의 표면은 반지름의 제곱에 비례하므로 1제곱미터의 표면을 통과하는 음파 에너지의 양은 소리를 내는 물체로부터의 거리의 제곱에 반비례합니다. 따라서 거리가 멀수록 소리가 약해집니다. 러시아 과학자 N. A. Umov는 에너지 밀도 플럭스의 개념을 과학에 도입했습니다. 에너지 흐름의 크기로 소리의 세기(강도)를 측정하는 것도 편리하다. 음파의 에너지 밀도 플럭스는 파동의 방향에 수직인 단위 표면을 통해 초당 통과하는 에너지의 양입니다. 에너지 밀도의 흐름이 클수록 소리의 강도가 커집니다. 에너지 흐름은 평방미터당 와트(W/m²)로 측정됩니다.