เสียงสะท้อนจากสิ่งกีดขวางและที่ขอบของสองสื่อ อะคูสติกในห้อง

เสียงสะท้อน- ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงตกลงบนส่วนต่อประสานระหว่างสื่อยืดหยุ่นสองตัวและประกอบด้วยการก่อตัวของคลื่นที่แพร่กระจายจากส่วนต่อประสานไปยังสื่อเดียวกันกับที่คลื่นตกกระทบเกิดขึ้น ตามกฎแล้ว O. z. พร้อมกับการก่อตัวของคลื่นหักเหในตัวกลางที่สอง กรณีพิเศษของ O. z. - สะท้อนจากพื้นผิวอิสระ ปกติจะพิจารณาการสะท้อนที่ส่วนต่อประสานแบบเรียบ แต่ใครๆ ก็พูดถึง O. z ได้ จากสิ่งกีดขวางที่มีรูปร่างตามอำเภอใจหากขนาดของสิ่งกีดขวางนั้นใหญ่กว่าความยาวของคลื่นเสียงมาก มิฉะนั้นจะมี กระจายเสียงหรือ การเลี้ยวเบนของเสียง.
คลื่นตกกระทบทำให้เส้นแบ่งระหว่างสื่อเคลื่อนที่ อันเป็นผลมาจากการที่คลื่นสะท้อนและหักเหเกิดขึ้น โครงสร้างและความเข้มของพวกมันควรเป็นแบบที่ความเร็วของอนุภาคและความเค้นยืดหยุ่นที่กระทำต่อส่วนต่อประสานนั้นเท่ากัน เงื่อนไขขอบเขตบนพื้นผิวว่างประกอบด้วยความเท่าเทียมกันเป็นศูนย์ของความเค้นยืดหยุ่นที่กระทำบนพื้นผิวนี้
คลื่นสะท้อนอาจมีโพลาไรซ์ประเภทเดียวกับคลื่นตกกระทบ หรืออาจมีโพลาไรซ์อื่นๆ ในกรณีหลังนี้ คนหนึ่งพูดถึงการเปลี่ยนแปลงหรือการแปลงของโหมดที่เกิดจากการสะท้อนหรือการหักเหของแสง ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฉพาะเมื่อคลื่นเสียงที่แพร่กระจายในของเหลวถูกสะท้อน เนื่องจากมีเพียงคลื่นตามยาวเท่านั้นที่มีอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว เมื่อคลื่นเสียงผ่านส่วนต่อประสานระหว่างของแข็ง ตามกฎแล้ว ทั้งคลื่นสะท้อนตามยาวและตามขวางและคลื่นหักเหจะเกิดขึ้น ธรรมชาติที่ซับซ้อนของ O. z. เกิดขึ้นที่ขอบผลึก สื่อซึ่งในกรณีทั่วไปมีคลื่นสะท้อนและหักเหของสามการสลายตัว โพลาไรซ์
การสะท้อนของคลื่นระนาบ. การสะท้อนของคลื่นระนาบมีบทบาทพิเศษ เนื่องจากคลื่นระนาบที่สะท้อนและหักเห ยังคงเป็นระนาบ และการสะท้อนของคลื่นที่มีรูปร่างตามอำเภอใจถือได้ว่าเป็นภาพสะท้อนของชุดคลื่นระนาบ จำนวนของคลื่นสะท้อนและหักเหที่เกิดขึ้นนั้นพิจารณาจากธรรมชาติของคุณสมบัติยืดหยุ่นของตัวกลางและจำนวนของคลื่นเสียง สาขาที่มีอยู่ในนั้น เนื่องจากเงื่อนไขขอบเขต การฉายภาพบนระนาบอินเทอร์เฟซของเวกเตอร์คลื่นของเหตุการณ์ คลื่นสะท้อน และคลื่นหักเหจะเท่ากัน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. แบบแผนของการสะท้อนและการหักเหของคลื่นเสียงระนาบที่ส่วนต่อประสานระนาบ

จากที่นี่ให้ปฏิบัติตามกฎการสะท้อนและการหักเหของแสงตามแหลมไครเมีย: 1) เวกเตอร์คลื่นของเหตุการณ์ k ผมสะท้อนk rและหักเห k tคลื่นและความปกติ เอ็นเอ็น"ไปยังอินเทอร์เฟซอยู่ในระนาบเดียวกัน (ระนาบของอุบัติการณ์); 2) อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบของการสะท้อนและการหักเหของแสงต่อความเร็วของเฟส ฉ ฉันและคลื่นที่สอดคล้องกันจะเท่ากัน:
(ตัวห้อยและแสดงถึงโพลาไรซ์ของคลื่นสะท้อนและหักเห) ในสื่อไอโซโทรปิกซึ่งทิศทางของเวกเตอร์คลื่นตรงกับทิศทางของรังสีเสียง กฎของการสะท้อนและการหักเหของแสงจะอยู่ในรูปแบบปกติของกฎของสเนลล์ ในสื่อแอนไอโซทรอปิก กฎของการสะท้อนจะกำหนดทิศทางของเส้นปกติของคลื่นเท่านั้น การแพร่กระจายของรังสีหักเหหรือสะท้อนกลับขึ้นอยู่กับทิศทางของความเร็วในแนวรัศมีที่สอดคล้องกับค่าปกติเหล่านี้
ที่มุมตกกระทบที่เล็กพอสมควร คลื่นสะท้อนและหักเหทั้งหมดเป็นคลื่นระนาบที่นำพลังงานของการแผ่รังสีตกกระทบออกจากส่วนต่อประสาน แต่ถ้าความเร็วของ to-l. คลื่นหักเหเร็วขึ้น ฉ ฉันคลื่นตกกระทบแล้วสำหรับมุมตกกระทบขนาดใหญ่ที่เรียกว่า. วิกฤต มุม \u003d arcsin องค์ประกอบปกติของเวกเตอร์คลื่นของคลื่นหักเหที่สอดคล้องกันจะกลายเป็นจินตภาพและคลื่นที่ส่งเองจะกลายเป็นคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่วิ่งไปตามส่วนต่อประสานและลดลงลึกลงไปในตัวกลางแบบทวีคูณ 2 . อย่างไรก็ตาม อุบัติการณ์ของคลื่นบนอินเทอร์เฟซในมุมที่ใหญ่กว่าจุดวิกฤตอาจไม่นำไปสู่การสะท้อนทั้งหมด เนื่องจากพลังงานของรังสีตกกระทบสามารถทะลุเข้าไปในตัวกลางที่สองในรูปของคลื่นที่มีโพลาไรซ์ต่างกัน
วิกฤต มุมยังมีอยู่สำหรับคลื่นสะท้อน ถ้าอยู่ที่ O. z การแปลงโหมดเกิดขึ้นและความเร็วเฟสของคลื่นที่เกิดจากการแปลงมีค่ามากกว่าความเร็ว ฉ ฉันคลื่นตก สำหรับมุมตกกระทบ วิกฤตที่เล็กกว่า มุม ส่วนหนึ่งของพลังงานตกกระทบถูกพาออกจากขอบเขตในรูปของคลื่นสะท้อนที่มีโพลาไรซ์ ใน คลื่นดังกล่าวกลายเป็นคลื่นที่ไม่เท่ากัน ดูดซับลึกเข้าไปในตัวกลาง 1 และไม่มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนพลังงานจากส่วนต่อประสาน ตัวอย่างเช่น วิกฤต มุม = อาร์คซิน ( ค t /c L) เกิดขึ้นจากการสะท้อนของอะคูสติกตามขวาง คลื่น ตู่จากขอบเขตของวัตถุไอโซทรอปิกและการแปลงเป็นคลื่นตามยาว L (กับ t และ C Lคือ ความเร็วของคลื่นเสียงตามขวางและตามยาว ตามลำดับ)
แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนและหักเหตามเงื่อนไขขอบเขตจะแสดงเป็นเส้นตรงในแง่ของแอมพลิจูด ฉันคลื่นตกกระทบ เช่นเดียวกับปริมาณเหล่านี้ในทัศนศาสตร์แสดงในรูปของแอมพลิจูดของ e-magn ตกกระทบ คลื่นกับ สูตรเฟรส. การสะท้อนของคลื่นระนาบนั้นมีลักษณะเชิงปริมาณโดยสัมประสิทธิ์แอมพลิจูด การสะท้อนแสงซึ่งเป็นอัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นที่สะท้อนต่อแอมพลิจูดของเหตุการณ์: = สัมประสิทธิ์แอมพลิจูด การสะท้อนกลับมักจะซับซ้อน: โมดูลัสของพวกมันกำหนดอัตราส่วน abs แอมพลิจูดและเฟสกำหนดเฟสกะของคลื่นสะท้อน ค่าสัมประสิทธิ์แอมพลิจูดถูกกำหนดในลักษณะเดียวกัน ผ่าน การกระจายพลังงานของการแผ่รังสีตกกระทบระหว่างคลื่นสะท้อนกลับและคลื่นหักเหนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์ การสะท้อนและการส่งผ่านความเข้ม ซึ่งเป็นอัตราส่วนขององค์ประกอบของความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานเฉลี่ยตามเวลาปกติกับส่วนต่อประสานในการสะท้อน (หักเห) และในคลื่นตกกระทบ:

ความเข้มของเสียงในคลื่นที่สอดคล้องกันอยู่ที่ไหน และความหนาแน่นของสื่อที่สัมผัสอยู่ที่ไหน ความสมดุลของพลังงานที่จ่ายไปยังส่วนต่อประสานและนำออกไปจะลดลงสู่สมดุลของส่วนประกอบปกติของฟลักซ์พลังงาน:

โคฟ. การสะท้อนขึ้นอยู่กับอะคูสติก คุณสมบัติของสื่อที่สัมผัสและมุมตกกระทบ ธรรมชาติของมุม การพึ่งพาอาศัยกันถูกกำหนดโดยการปรากฏตัวของวิกฤต มุมเช่นเดียวกับมุมของการสะท้อนเป็นศูนย์เมื่อตกลงมาซึ่งจะไม่เกิดคลื่นสะท้อนกับโพลาไรซ์

โอ้. ที่ขอบของของเหลวสองชนิด. นาอิบ ภาพง่ายๆ ของ O. h. เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิด ในกรณีนี้ไม่มีการแปลงคลื่นและการสะท้อนเกิดขึ้นตามกฎกระจกและสัมประสิทธิ์ การสะท้อนคือ

ที่ไหนและ ค 1,2 - ความหนาแน่นและความเร็วของเสียงในตัวกลางที่อยู่ติดกัน 1 และ 2 . ถ้าความเร็วของเสียงสำหรับคลื่นตกกระทบมากกว่าความเร็วของเสียงสำหรับการหักเหของแสง ( กับ 1 >ค 2) จากนั้นวิกฤต มุมหายไป โคฟ. การสะท้อนคือของจริงและแปรผันตามมูลค่าอย่างราบรื่น

ที่อุบัติการณ์ปกติของคลื่นบนอินเทอร์เฟซจนถึงค่า R=- 1 สำหรับอุบัติการณ์การแทะเล็ม หากเป็นเสียง อิมพีแดนซ์ r 2 s 2 ตัวกลาง 2 อิมพีแดนซ์ปานกลางมากขึ้น 1 , จากนั้นที่มุมตกกระทบ

ค่าสัมประสิทธิ์ การสะท้อนหายไปและรังสีที่ตกกระทบทั้งหมดจะผ่านเข้าสู่ตัวกลางอย่างสมบูรณ์ 2 .
เมื่อจาก 1<с 2 , возникает критический угол=arcsin (ค 1 /ค 2). ที่< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0ด้วยการตกปกติถึง R= 1 ที่มุมตกกระทบเท่ากับจุดวิกฤต ในกรณีนี้การสะท้อนแสงเป็นศูนย์สามารถเกิดขึ้นได้หากสำหรับอะคูสติก อิมพีแดนซ์ของสื่อ ความไม่เท่าเทียมผกผันถือ มุมของการสะท้อนเป็นศูนย์ยังคงถูกกำหนดโดยนิพจน์ (6) สำหรับมุมตกกระทบที่มากกว่าวิกฤต จะมีภายในที่สมบูรณ์ การสะท้อน: และรังสีตกกระทบลึกเข้าไปในตัวกลาง 2 ไม่เจาะ ในสิ่งแวดล้อม 2 อย่างไรก็ตาม เกิดคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ความซับซ้อนของสัมประสิทธิ์สัมพันธ์กับการเกิดขึ้น การสะท้อนกลับและการเปลี่ยนเฟสที่สอดคล้องกันระหว่างคลื่นสะท้อนและคลื่นตกกระทบ การเปลี่ยนแปลงนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสนามของคลื่นสะท้อนเกิดขึ้นจากการรบกวนของสองสนาม: คลื่นสะท้อนแบบพิเศษและคลื่นที่แผ่ซ้ำเข้าไปในตัวกลาง 1 คลื่นเอกพันธ์ที่เกิดขึ้นในตัวกลาง 2 . เมื่อสะท้อนคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบ (ตัวอย่างเช่น ทรงกลม) คลื่นที่แผ่รังสีดังกล่าวจะถูกสังเกตในการทดลองในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่าจริง คลื่นด้านข้าง (ดู คลื่น, ส่วน การสะท้อนและการหักเหของคลื่น).

โอ้. จากขอบเขตของร่างกายที่แข็งกระด้าง. ธรรมชาติของการสะท้อนจะซับซ้อนมากขึ้นหากตัวสะท้อนแสงเป็นวัตถุแข็ง เมื่อความเร็วของเสียง กับในของเหลวมีความเร็วตามยาวน้อยกว่า หลี่และขวาง กับเมตรของเสียงในวัตถุแข็ง เมื่อสะท้อนที่ขอบเขตของของเหลวที่มีวัตถุที่เป็นของแข็ง จะเกิดเสียงวิกฤต 2 ครั้ง มุม: ตามยาว= arcsin ( s/s L) และตามขวาง = arcsin ( s/s t ) . อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่เสมอมา ด้วย L > ด้วย t. ที่มุมตกกระทบ สัมประสิทธิ์ การสะท้อนกลับถูกต้อง (รูปที่ 2) รังสีของเหตุการณ์แทรกซึมเข้าไปในวัตถุที่เป็นของแข็งในรูปแบบของคลื่นหักเหตามยาวและตามขวาง ด้วยอุบัติการณ์ปกติของเสียงในวัตถุที่เป็นของแข็งจะเกิดเฉพาะคลื่นตามยาวและค่า R 0 ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของอะคูสติกตามยาว อิมพีแดนซ์ของของเหลวและตัวของแข็งคล้ายกับ f-le (5) ( - ความหนาแน่นของของเหลวและตัวของแข็ง)

ข้าว. 2. การพึ่งพาโมดูลัสของสัมประสิทธิ์การสะท้อนเสียง | อาร์ | (เส้นทึบ) และเฟสของมัน (เส้นประ) ที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็งจากมุมตกกระทบ

เมื่อ > สัมประสิทธิ์ การสะท้อนกลับกลายเป็นความซับซ้อน เนื่องจากคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันก่อตัวขึ้นในของแข็งที่อยู่ใกล้ขอบเขต ที่มุมอุบัติการณ์ระหว่างวิกฤต มุมและส่วนหนึ่งของรังสีที่ตกกระทบจะแทรกซึมลึกเข้าไปในของแข็งในรูปของคลื่นขวางการหักเหของแสง ดังนั้น สำหรับ<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1 การมีส่วนร่วมของคลื่นตามยาวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการก่อตัวของรังสีสะท้อนทำให้เกิดการเลื่อนเฟสของคลื่นสะท้อนเช่นเดียวกับขอบเขตของของเหลวสองชนิด เมื่อ > มีนามสกุลที่สมบูรณ์ การสะท้อน: 1. ในร่างกายที่เป็นของแข็งใกล้กับขอบเขตจะเกิดเฉพาะคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้นที่ตกลงสู่ความลึกของร่างกายเท่านั้น การเปลี่ยนเฟสของคลื่นสะท้อนสำหรับมุมนั้นสัมพันธ์กับการกระตุ้นที่ส่วนต่อประสานของรอยรั่วเป็นหลัก เรย์ลี่ เวฟ. คลื่นดังกล่าวเกิดขึ้นที่ขอบเขตของวัตถุที่เป็นของแข็งโดยมีของเหลวอยู่ที่มุมตกกระทบใกล้กับมุม Rayleigh = arcsin ( s/s R), ที่ไหน ซี อาร์คือ ความเร็วของคลื่นเรย์ลีบนผิวแข็ง การแพร่กระจายไปตามส่วนต่อประสาน คลื่นที่รั่วจะถูกปล่อยกลับเข้าไปในของเหลวอีกครั้งโดยสมบูรณ์
ถ้า กับ > กับ t แล้วรวมภายใน ไม่มีการสะท้อนที่ขอบของของเหลวที่มีของแข็ง: การแผ่รังสีตกกระทบจะแทรกซึมเข้าไปในของแข็งในทุกมุมของอุบัติการณ์ อย่างน้อยก็อยู่ในรูปของคลื่นตามขวาง การสะท้อนทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงตกอยู่ภายใต้วิกฤต มุมหรืออุบัติการณ์การแทะเล็ม สำหรับค่าสัมประสิทธิ์ c>c L การสะท้อนกลับเป็นของจริง เนื่องจากคลื่นที่ไม่เท่ากันไม่ได้เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน
ออนซ์ขยายพันธุ์ในร่างกายที่มั่นคง เมื่อเสียงแพร่กระจายในของแข็งไอโซโทรปิก สูงสุด ตัวละครที่เรียบง่ายคือการสะท้อนของคลื่นเฉือนซึ่งเป็นทิศทางของการแกว่งซึ่งขนานกับระนาบส่วนต่อประสาน ไม่มีการแปลงโหมดเมื่อมีการสะท้อนหรือการหักเหของคลื่นดังกล่าว เมื่อตกลงบนขอบเขตอิสระหรือส่วนต่อประสานกับของเหลว คลื่นดังกล่าวจะสะท้อนอย่างสมบูรณ์ ( R= 1) ตามกฎการสะท้อนของกระจก ที่ส่วนต่อประสานระหว่างของแข็งไอโซโทรปิกสองตัวพร้อมกับคลื่นสะท้อนแบบพิเศษในตัวกลาง 2 คลื่นหักเหจะเกิดขึ้นพร้อมกับโพลาไรซ์ที่ขนานกับส่วนต่อประสาน
เมื่อคลื่นตามขวางโพลาไรซ์ในระนาบของอุบัติการณ์เกิดขึ้นบนพื้นผิวว่างของร่างกาย ทั้งคลื่นขวางสะท้อนของโพลาไรซ์เดียวกันและคลื่นตามยาวจะเกิดขึ้นที่ขอบเขต ที่มุมตกกระทบน้อยกว่ามุมวิกฤต = = arcsin ( cT/cL), สัมประสิทธิ์ ภาพสะท้อน Rทีและ อาร์ แอล- ของจริงล้วนๆ: คลื่นสะท้อนออกจากขอบเขตในเฟส (หรือในแอนติเฟส) กับคลื่นตกกระทบ ที่ > มีเพียงคลื่นตามขวางที่สะท้อนแบบ specularly ออกจากเขตแดน คลื่นตามยาวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะก่อตัวขึ้นใกล้กับพื้นผิวอิสระ
โคฟ. การสะท้อนกลับกลายเป็นความซับซ้อน และการเลื่อนเฟสเกิดขึ้นระหว่างคลื่นสะท้อนกับคลื่นตกกระทบ ซึ่งขนาดจะขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบ เมื่อคลื่นตามยาวสะท้อนจากพื้นผิวอิสระของวัตถุแข็งที่มุมตกกระทบใด ๆ ทั้งคลื่นตามยาวที่สะท้อนและคลื่นตามขวางโพลาไรซ์ในระนาบของอุบัติการณ์จะเกิดขึ้น
หากขอบเขตของวัตถุที่เป็นของแข็งสัมผัสกับของเหลว เมื่อคลื่น (ตามยาวหรือตามขวาง โพลาไรซ์ในระนาบอุบัติการณ์) สะท้อนอยู่ในของเหลว คลื่นตามยาวหักเหเพิ่มเติมจะปรากฏขึ้น ที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางไอโซโทรปิกสองตัว ระบบของคลื่นสะท้อนและคลื่นหักเหนี้เสริมด้วยคลื่นตามขวางการหักเหของแสงในตัวกลาง 2 . โพลาไรซ์ของมันยังอยู่ในระนาบของอุบัติการณ์

โอ. ชม. ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อแอนไอโซทรอปิก. โอ้. ที่ส่วนต่อประสานผลึก สภาพแวดล้อมมีความซับซ้อน ความเร็วของทั้งคลื่นสะท้อนและหักเหในกรณีนี้คือหน้าที่ของมุมสะท้อนและการหักเหของแสง (ดูรูปที่ อะคูสติกคริสตัล) ดังนั้น แม้แต่คำจำกัดความของมุมจากมุมตกกระทบที่กำหนดก็ยังประสบปัญหาร้ายแรง ความยากลำบาก หากทราบส่วนของพื้นผิวของเวคเตอร์คลื่นตามระนาบอุบัติการณ์ แสดงว่ามีการใช้กราฟิก วิธีการกำหนดมุมและจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่น k rและ k tนอนตะแคง เอ็นเอ็น"วาดไปยังส่วนต่อประสานผ่านจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่น k ผมคลื่นตกกระทบ ณ จุดที่เส้นตั้งฉากนี้ตัดกับเดือนธันวาคม พื้นผิวโพรงของเวกเตอร์คลื่น (รูปที่ 3) จำนวนของคลื่นสะท้อน (หรือหักเห) ที่จริงแพร่กระจายจากส่วนต่อประสานไปยังความลึกของตัวกลางที่สอดคล้องกันนั้นพิจารณาจากจำนวนโพรงที่ฉากตั้งฉากตัดกับ เอ็นเอ็น". ถ้าทางแยกด้วย to-l. ขาดหายไป ซึ่งหมายความว่าคลื่นของโพลาไรซ์ที่สอดคล้องกันกลายเป็นไม่เท่ากันและไม่ถ่ายเทพลังงานจากขอบเขต ตั้งฉาก เอ็นเอ็น"สามารถข้ามช่องเดียวกันได้หลายช่อง คะแนน (คะแนน เอ 1 และ 2ในรูป 3). ของตำแหน่งที่เป็นไปได้ของเวกเตอร์คลื่น k r (หรือ k t) คลื่นที่สังเกตได้จริง ๆ จะสัมพันธ์กับคลื่นที่เวกเตอร์ความเร็วแนวรัศมีซึ่งประจวบกับทิศทางภายนอกเท่านั้น ปกติกับพื้นผิวของเวคเตอร์คลื่น ถูกชี้นำจากขอบเขตไปยังความลึกของตัวกลางที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 3. วิธีการแบบกราฟิกสำหรับกำหนดมุมของการสะท้อนและการหักเหของแสงที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางผลึก 1 และ 2. L, FTและ เซนต์- พื้นผิวของเวกเตอร์คลื่นสำหรับคลื่นกึ่งตามยาวเร็วและช้าตามลำดับ

ตามกฎแล้ว คลื่นสะท้อน (หักเห) เป็นของเดือนธันวาคม สาขาอะคูสติก ความผันผวน อย่างไรก็ตามในผลึกด้วยวิธีการ anisotropy เมื่อพื้นผิวของเวกเตอร์คลื่นมีส่วนเว้า (รูปที่ 4) การสะท้อนอาจเกิดขึ้นได้ด้วยการก่อตัวของคลื่นสะท้อนหรือหักเหสองคลื่นที่เป็นของสาขาการแกว่งเดียวกัน
จากการทดลองจะสังเกตเห็นลำแสงที่จำกัดของคลื่นเสียง ทิศทางการแพร่กระจายถูกกำหนดโดยความเร็วในแนวรัศมี ทิศทางของรังสีในผลึกแตกต่างอย่างมากจากทิศทางของเวกเตอร์คลื่นที่สอดคล้องกัน ความเร็วในแนวรัศมีของเหตุการณ์ คลื่นสะท้อนและคลื่นหักเหอยู่ในระนาบเดียวกันเฉพาะในกรณีพิเศษเท่านั้น เมื่อระนาบอุบัติการณ์เป็นระนาบสมมาตรของผลึกทั้งสอง เฉลี่ย ในกรณีทั่วไป รังสีสะท้อนและหักเหจะครอบครองตำแหน่งต่างๆ ทั้งที่สัมพันธ์กันและสัมพันธ์กับรังสีตกกระทบและเส้นปกติ เอ็นเอ็น"สู่เขตแดน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ลำแสงสะท้อนสามารถอยู่ในระนาบของอุบัติการณ์ที่ด้านเดียวกันของเส้นปกติ นู๋ซึ่งเป็นลำแสงตกกระทบ กรณีจำกัดของความเป็นไปได้นี้คือการวางซ้อนของลำแสงสะท้อนบนลำแสงตกกระทบที่อุบัติการณ์เฉียงของลำแสงหลัง

ข้าว. 4. การสะท้อนของคลื่นอะคูสติกที่ตกกระทบบนพื้นผิวอิสระของคริสตัลด้วยการก่อตัวของคลื่นสะท้อนสองคลื่นที่มีโพลาไรซ์เดียวกัน: เอ- การหาเวกเตอร์คลื่นของคลื่นสะท้อน (ด้วย กเป็นเวกเตอร์ความเร็วในแนวรัศมี); ข- แบบแผนของการสะท้อนของลำแสงเสียงของส่วน จำกัด

อิทธิพลของการลดทอนธรรมชาติของ O. z. . โคฟ. การสะท้อนและการส่งสัญญาณจะไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ของเสียง หากการลดทอนของเสียงในสื่อทั้งสองขอบนั้นไม่มีนัยสำคัญ การลดทอนที่เห็นได้ชัดเจนไม่เพียงนำไปสู่การพึ่งพาความถี่ของสัมประสิทธิ์เท่านั้น ภาพสะท้อน Rแต่ยังบิดเบือนการพึ่งพามุมตกกระทบโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับจุดวิกฤต มุม (รูปที่ 5, เอ). เมื่อสะท้อนจากส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็ง ผลกระทบของการหน่วงจะเปลี่ยนการพึ่งพาเชิงมุมอย่างมีนัยสำคัญ Rที่มุมตกกระทบใกล้กับมุมเรย์ลี (รูปที่ 5 ข). ที่ขอบของสื่อที่มีการหน่วงเล็กน้อยที่มุมของอุบัติการณ์ดังกล่าว การสะท้อนภายในทั้งหมดเกิดขึ้น และ | R| = 1 (เส้นโค้ง 1 ในรูป 5, ข). การปรากฏตัวของการลดทอนนำไปสู่ความจริงที่ว่า | | R| กลายเป็นน้อยกว่า 1 และขั้นต่ำ | R| (เส้นโค้ง 2 - 4) . เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นและค่าสัมประสิทธิ์เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน การทำให้หมาด ๆ ความลึกของขั้นต่ำเพิ่มขึ้นจนกระทั่งในที่สุดที่ความถี่ที่แน่นอน ฉ 0 , เรียกว่า ความถี่การสะท้อนเป็นศูนย์ นาที. ค่า | R| ไม่หายไป (โค้ง 3 , ข้าว. 5, ข). ความถี่ที่เพิ่มขึ้นอีกนำไปสู่การขยายขอบเขตต่ำสุด (curve 4 ) และอิทธิพลของผลกระทบของการลดทอนต่อ O. z. เกือบทุกมุมตกกระทบ (โค้ง 5) . แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนที่ลดลงเมื่อเทียบกับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบไม่ได้หมายความว่ารังสีตกกระทบทะลุผ่านของแข็ง มันเกี่ยวข้องกับการดูดซึมของคลื่น Rayleigh ที่รั่วซึ่งตื่นเต้นจากการแผ่รังสีที่ตกกระทบและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคลื่นสะท้อน เมื่อความถี่เสียง ฉเท่ากับความถี่ ฉ 0 พลังงานทั้งหมดของคลื่นตกกระทบจะกระจายไปที่ส่วนต่อประสาน

ข้าว. 5. การพึ่งพาเชิงมุม | R| ที่ขอบเหล็กน้ำโดยคำนึงถึงการลดทอน: เอ- ลักษณะทั่วไปของการพึ่งพาเชิงมุม | R|; เส้นทึบ - โดยไม่คำนึงถึงการขาดทุน เส้นประ - เช่นเดียวกับการลดทอน ข- การพึ่งพาเชิงมุม | อาร์\ใกล้มุม Rayleigh ที่ค่าการดูดกลืนคลื่นตามขวางในเหล็กที่ความยาวคลื่นต่างกัน เส้นโค้ง 1 - 5 สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของพารามิเตอร์นี้จากค่า 3 x 10 -4 (curve 1 ) เป็นค่า = 1 (โค้ง 5) เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความถี่ที่สอดคล้องกันของรังสีอัลตราโซนิกที่ตกกระทบ

โอ้. จากชั้นและจาน. โอ้. จากชั้นหรือจานเป็นจังหวะ คลื่นสะท้อนและคลื่นที่ส่งผ่านเกิดขึ้นจากการสะท้อนหลายครั้งของคลื่นที่ขอบเขตชั้น ในกรณีของชั้นของเหลว คลื่นตกกระทบจะทะลุผ่านชั้นที่มุมการหักเหของแสงซึ่งกำหนดจากกฎของสเนลล์ เนื่องจากการสะท้อนซ้ำ คลื่นตามยาวจึงเกิดขึ้นในตัวชั้น แพร่กระจายในทิศทางไปข้างหน้าและข้างหลังในมุมหนึ่งไปยังเส้นปกติที่ลากไปยังขอบเขตของชั้น (รูปที่ 6, เอ). มุมคือมุมหักเหที่สอดคล้องกับมุมตกกระทบที่ขอบชั้น ถ้าความเร็วของเสียงในชั้น กับความเร็วเสียงอีก 2 ระดับ กับ 1 ในของเหลวโดยรอบ จากนั้นระบบของคลื่นสะท้อนกลับจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมุมของ int ทั้งหมด การสะท้อน \u003d arcsin (c 1 / c 2) อย่างไรก็ตาม สำหรับชั้นบางๆ ที่เพียงพอ คลื่นที่ส่งผ่านจะเกิดขึ้นที่มุมตกกระทบที่ใหญ่กว่าชั้นวิกฤตด้วย ในกรณีนี้สัมประสิทธิ์ การสะท้อนจากเลเยอร์กลายเป็นเอบีเอส ค่าน้อยกว่า 1 นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในชั้นใกล้ขอบเขตที่คลื่นถูกตกกระทบจากภายนอก คลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นที่ตกลงสู่ความลึกของชั้นแบบทวีคูณ ถ้าความหนาของชั้น dน้อยกว่าหรือเทียบได้กับความลึกของการแทรกซึมของคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นคลื่นหลังจะรบกวนขอบเขตที่ตรงกันข้ามของชั้นอันเป็นผลมาจากคลื่นที่ส่งผ่านจากคลื่นไปยังของเหลวโดยรอบ ปรากฏการณ์ของการแทรกซึมของคลื่นนี้คล้ายคลึงกับการแทรกซึมของอนุภาคผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นในกลศาสตร์ควอนตัม
โคฟ. การสะท้อนของชั้น

โดยที่องค์ประกอบปกติของเวกเตอร์คลื่นในเลเยอร์คือแกน z- ตั้งฉากกับขอบเขตชั้น R 1 และ R 2 - อัตราต่อรอง โอ้. ตามลำดับที่ขอบบนและล่าง ที่ เป็นระยะ ฟังก์ชั่นความถี่เสียง ฉและความหนาของชั้น d. เมื่อมีคลื่นทะลุผ่านชั้น | อาร์ |ด้วยการเพิ่มขึ้น ฉหรือ dมีแนวโน้มซ้ำซากจำเจถึง 1

ข้าว. 6. การสะท้อนของคลื่นเสียงจากชั้นของเหลว: เอ- โครงการสะท้อน; 1 - ของเหลวโดยรอบ 2 - ชั้น; b - การพึ่งพาโมดูลัสของสัมประสิทธิ์การสะท้อน | R|จากมุมตกกระทบ

เป็นฟังก์ชันของค่ามุมตกกระทบ | อาร์ |มีระบบ maxima และ minima (รูปที่ 6, ข). ถ้าของเหลวเดียวกันอยู่ทั้งสองด้านของชั้น แล้วที่จุดต่ำสุด R= 0. การสะท้อนเป็นศูนย์เกิดขึ้นเมื่อเฟสเคลื่อนผ่านความหนาของชั้นเท่ากับจำนวนเต็มของครึ่งรอบ

และคลื่นที่โผล่ขึ้นสู่ตัวกลางด้านบนหลังจากการสะท้อนต่อเนื่องสองครั้งจะอยู่ในแอนติเฟสและหักล้างซึ่งกันและกัน ในทางตรงกันข้าม คลื่นที่สะท้อนซ้ำทั้งหมดจะเข้าสู่ตัวกลางล่างด้วยเฟสเดียวกัน และแอมพลิจูดของคลื่นที่ส่งกลับกลายเป็นค่าสูงสุด ภายใต้อุบัติการณ์คลื่นปกติบนชั้น การส่งผ่านที่สมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อจำนวนเต็มของครึ่งคลื่นพอดีกับความหนาของชั้น: d=ที่ไหน พี= 1,2,3,..., - ความยาวของคลื่นเสียงในวัสดุเลเยอร์ ดังนั้นชั้นซึ่งเป็นไปตามเงื่อนไข (8) เรียกว่า ครึ่งคลื่น ความสัมพันธ์ (8) เกิดขึ้นพร้อมกับสภาวะของการมีอยู่ของคลื่นปกติในชั้นของเหลวอิสระ ด้วยเหตุนี้การส่งผ่านชั้นทั้งหมดจึงเกิดขึ้นเมื่อการแผ่รังสีตกกระทบทำให้เกิดคลื่นปกติในชั้นหนึ่งหรืออีกคลื่นหนึ่ง เนื่องจากการสัมผัสของชั้นกับของเหลวโดยรอบ คลื่นปกติจึงรั่ว: ระหว่างการแพร่กระจาย มันจะแผ่พลังงานของการแผ่รังสีที่ตกกระทบไปยังตัวกลางที่ต่ำกว่าอย่างสมบูรณ์
เมื่อของเหลวที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของชั้นต่างกัน การมีอยู่ของชั้นครึ่งคลื่นจะไม่มีผลต่อคลื่นตกกระทบ: ค่าสัมประสิทธิ์ การสะท้อนจากชั้นจะเท่ากับสัมประสิทธิ์ การสะท้อนจากขอบของของเหลวเหล่านี้เมื่ออยู่ตรง ติดต่อ. นอกจากชั้นครึ่งคลื่นในอะคูสติกเช่นเดียวกับออปติกที่เรียกว่า ชั้นของคลื่นสี่ส่วนซึ่งมีความหนาตรงตามเงื่อนไข ( n= 1,2,...) การเลือกอะคูสติกที่เหมาะสม อิมพีแดนซ์ของชั้น คุณจะได้รับการสะท้อนเป็นศูนย์จากชั้นคลื่นด้วยความถี่ที่กำหนด ฉที่มุมหนึ่งของอุบัติการณ์บนชั้น ชั้นดังกล่าวใช้เป็นชั้นป้องกันแสงสะท้อน
สำหรับการสะท้อนของคลื่นเสียงจากแผ่นของแข็งอนันต์ที่แช่อยู่ในของเหลว ธรรมชาติของการสะท้อนที่อธิบายข้างต้นสำหรับชั้นของเหลวจะคงไว้ตามเงื่อนไขทั่วไป ในกรณีที่เกิดการสะท้อนซ้ำในจาน นอกจากคลื่นตามยาวแล้ว คลื่นเฉือนจะตื่นเต้นด้วย มุมและภายใต้คลื่นตามยาวและตามขวางแพร่กระจายในจานตามลำดับ สัมพันธ์กับมุมตกกระทบตามกฎของสเนลล์ มุม และการพึ่งพาความถี่ | R| จะแสดงเช่นเดียวกับในกรณีของการสะท้อนจากชั้นของเหลวระบบของการสลับสูงสุดและต่ำสุด การส่งผ่านที่สมบูรณ์ผ่านเพลตเกิดขึ้นเมื่อรังสีตกกระทบกระตุ้นหนึ่งในคลื่นปกติที่อยู่ในนั้นซึ่งก็คือ คลื่นลูกแกะ.Resonance character ของ O. z. จากเลเยอร์หรือเพลทจะถูกลบออกเมื่อความแตกต่างระหว่างพวกเขาลดลง คุณสมบัติจากคุณสมบัติของสิ่งแวดล้อม อะคูสติกเพิ่มขึ้น การลดทอนในเลเยอร์ยังนำไปสู่ความราบรื่นของการพึ่งพาและ | R(fd)|.

การสะท้อนของคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบ. ในความเป็นจริงมีเพียงคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบเท่านั้น การสะท้อนของพวกมันสามารถลดลงเป็นภาพสะท้อนของคลื่นระนาบ สีเดียว คลื่นที่มีหน้าคลื่นตามอำเภอใจสามารถแสดงเป็นชุดของคลื่นระนาบที่มีความถี่วงกลมเหมือนกัน แต่มีค่าต่าง ทิศทางของเวกเตอร์คลื่น k หลัก ลักษณะของรังสีที่ตกกระทบคือสเปกตรัมเชิงพื้นที่ - ชุดของแอมพลิจูด อา(k) คลื่นระนาบรวมกันเป็นคลื่นตกกระทบ หน้าท้อง ค่าของ k ถูกกำหนดโดยความถี่ ดังนั้นส่วนประกอบจึงไม่เป็นอิสระ เมื่อสะท้อนจากเครื่องบิน z= 0 ส่วนประกอบปกติ kzถูกกำหนดโดยองค์ประกอบสัมผัส k x , k y: k z =คลื่นระนาบแต่ละระนาบ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีตกกระทบ ตกลงบนส่วนต่อประสานที่มุมของมันเอง และสะท้อนออกมาอย่างเป็นอิสระจากคลื่นอื่นๆ ฟิลด์ เอฟ( r) ของคลื่นสะท้อนเกิดขึ้นจากการทับซ้อนของคลื่นระนาบสะท้อนทั้งหมด และแสดงเป็นสเปกตรัมเชิงพื้นที่ของรังสีตกกระทบ A(k x , k y) และ coef ภาพสะท้อน R(k x , k y):

บูรณาการขยายไปสู่ขอบเขตของค่าขนาดใหญ่โดยพลการ k xและ k y. ถ้าสเปกตรัมเชิงพื้นที่ของรังสีตกกระทบมีส่วนประกอบ (เช่นเดียวกับการสะท้อนของคลื่นทรงกลม) ด้วย k x(หรือ k y) ขนาดใหญ่แล้วในการก่อตัวของคลื่นสะท้อนนอกเหนือไปจากคลื่นจริง kzคลื่นที่ไม่สม่ำเสมอก็มีส่วนร่วมด้วยซึ่ง เค,เป็นปริมาณจินตภาพล้วนๆ แนวทางนี้ซึ่งเสนอในปี ค.ศ. 1919 โดย H. Weyl และพัฒนาเพิ่มเติมในการนำเสนอเลนส์ฟูริเยร์ ให้ผลลัพธ์ที่ต่อเนื่องกัน คำอธิบายของการสะท้อนของคลื่นโดยพลการจากส่วนต่อประสานระนาบ
เมื่อพิจารณา O. z. นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใกล้รังสีได้ซึ่งขึ้นอยู่กับหลักการ อะคูสติกทางเรขาคณิต. การแผ่รังสีของเหตุการณ์ถือเป็นชุดของรังสีที่มีปฏิสัมพันธ์กับส่วนต่อประสาน สิ่งนี้พิจารณาว่ารังสีตกกระทบไม่เพียงสะท้อนและหักเหตามปกติเท่านั้น โดยเป็นไปตามกฎของสเนลล์ แต่ยังรวมถึงรังสีบางส่วนที่ตกกระทบบนอินเทอร์เฟซในบางมุมที่กระตุ้นสิ่งที่เรียกว่า คลื่นด้านข้าง เช่นเดียวกับคลื่นพื้นผิวที่รั่ว (เรย์ลี ฯลฯ) หรือโหมดท่อนำคลื่นที่รั่ว (คลื่นลูกแกะ ฯลฯ) การแพร่กระจายไปตามส่วนต่อประสาน คลื่นดังกล่าวจะถูกส่งอีกครั้งในตัวกลางและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคลื่นสะท้อน สำหรับการปฏิบัติของ การสะท้อนกลับเป็นทรงกลม คลื่นประสานกันทางเสียง คานส่วนจำกัดและลำแสงเสียงที่เน้น

การสะท้อนของคลื่นทรงกลม. ลวดลายสะท้อนแสงเป็นทรงกลม คลื่นที่สร้างขึ้นในของเหลว I โดยแหล่งกำเนิดจุด อู๋, ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างความเร็วของเสียง กับ 1 และ จาก 2 ถึงสัมผัสกับของเหลว I และ II (รูปที่ 7) ถ้า c t > c 2 แล้ววิกฤต ไม่มีมุมและการสะท้อนเกิดขึ้นตามกฎของธรณี อะคูสติก ในสภาพแวดล้อม ฉันมีทรงกลมสะท้อนแสง คลื่น: รังสีสะท้อนตัดกันที่จุดหนึ่ง โอ". สร้างภาพเสมือนของแหล่งกำเนิด และหน้าคลื่นของคลื่นสะท้อนกลับเป็นส่วนหนึ่งของทรงกลมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่จุด โอ".

ข้าว. 7. การสะท้อนของคลื่นทรงกลมที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิด: อู๋และ โอ"- แหล่งที่มาจริงและจินตภาพ 1 - ด้านหน้าของคลื่นทรงกลมสะท้อนกลับ 2 - หน้าคลื่นหักเห 3 - หน้าเวฟหน้า.

เมื่อไร c2 >clและมีเรื่องวิพากษ์วิจารณ์ มุมในตัวกลาง I นอกเหนือจากทรงกลมสะท้อน คลื่นองค์ประกอบอื่นของรังสีสะท้อนเกิดขึ้น รังสีตกกระทบบนอินเทอร์เฟซภายใต้วิกฤต มุมกระตุ้นคลื่นลูกที่สองในตัวกลางซึ่งแพร่กระจายด้วยความเร็ว กับ 2 ตามอินเทอร์เฟซและถูกปล่อยออกมาอีกครั้งในสื่อ I สร้างสิ่งที่เรียกว่า คลื่นด้านข้าง ด้านหน้าประกอบด้วยจุดซึ่งในเวลาเดียวกันรังสีที่ออกมาจากจุดมาถึง อู๋ตาม OAแล้วก็ย้ายไปวันพุธที่ 1 ในสภาพทรุดโทรม จุดเชื่อมต่อจากจุด แต่ตรงประเด็น จากซึ่งขณะนี้อยู่ด้านหน้าของคลื่นหักเห ในระนาบของรูปวาด หน้าคลื่นด้านข้างเป็นส่วนเส้นตรง SWเอียงไปที่ขอบเป็นมุมและขยายไปยังจุด ที่โดยที่มันผสานกับด้านหน้าของกระจกสะท้อนแสงทรงกลม คลื่น ในอวกาศ หน้าคลื่นด้านข้างคือพื้นผิวของกรวยที่ถูกตัดทอนซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการหมุนของเซ็กเมนต์ SWรอบเส้นตรง โอ". เมื่อสะท้อนเป็นทรงกลม คลื่นในของเหลวจากพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นคล้ายกับรูปกรวย คลื่นเกิดขึ้นจากการกระตุ้นของคลื่น Rayleigh ที่รั่วที่ส่วนต่อประสาน สะท้อนแสงเป็นทรงกลม คลื่น - หนึ่งในการทดลองหลัก วิธีการธรณีอะคูสติก แผ่นดินไหววิทยา ไฮโดรอะคูสติกส์ และอะคูสติกของมหาสมุทร

การสะท้อนของคานอะคูสติกของส่วนตัดขวาง. การสะท้อนของลำแสงเสียงที่โคลิเมต, คลื่นหน้าไป-rykh ในหลัก. ส่วนหนึ่งของลำแสงอยู่ใกล้กับแนวราบ เกิดขึ้นเกือบทุกมุมของอุบัติการณ์ราวกับว่าคลื่นระนาบสะท้อน เมื่อมีการสะท้อนของลำแสงที่ตกกระทบจากของเหลวไปยังส่วนต่อประสานกับวัตถุที่เป็นของแข็ง จะเกิดลำแสงสะท้อนขึ้น ซึ่งรูปร่างจะเป็นเงาสะท้อนของการกระจายแอมพลิจูดในลำแสงตกกระทบ อย่างไรก็ตาม ที่มุมตกกระทบใกล้กับเส้นวิกฤตตามยาว มุมหรือมุม Rayleigh พร้อมกับการสะท้อนแบบ specular เกิดขึ้น eff. การกระตุ้นของคลื่น Roley ด้านข้างหรือรั่ว สนามของลำแสงสะท้อนในกรณีนี้คือการวางซ้อนของลำแสงสะท้อนแบบพิเศษและคลื่นที่แผ่รังสี ขึ้นอยู่กับความกว้างของลำแสงและคุณสมบัติยืดหยุ่นและหนืดของสื่อที่อยู่ติดกัน การเลื่อนด้านข้าง (ขนาน) ของลำแสงจะเกิดขึ้นในระนาบอินเทอร์เฟซ (ที่เรียกว่า Schoch shift) (รูปที่ 8) หรือการขยายลำแสงอย่างมีนัยสำคัญและ รูปร่างผอมบาง

ข้าว. 8. การกระจัดด้านข้างของลำแสงเมื่อสะท้อน: 1 - ลำแสงตกกระทบ 2 - ลำแสงสะท้อนแสงแบบพิเศษ 3 - ลำแสงสะท้อนแสงจริง

โครงสร้าง เมื่อลำแสงตกกระทบที่มุม Rayleigh ธรรมชาติของการบิดเบือนจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างความกว้างของลำแสง lและรังสี การทำให้หมาด ๆ ของคลื่น Rayleigh ที่รั่วไหล

ความยาวของคลื่นเสียงในของเหลวอยู่ที่ไหน แต่เป็นปัจจัยตัวเลขที่ใกล้เคียงกับหนึ่ง หากความกว้างของลำแสงมากกว่าความยาวของรัศมีมาก ในกรณีของลำแสงแคบ เนื่องจากการปล่อยคลื่นพื้นผิวที่รั่วออกมาอีกครั้ง ลำแสงจะขยายกว้างขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและหยุดไม่สมมาตร (รูปที่ 9) ภายในบริเวณที่ถูกครอบครองโดยลำแสงสะท้อนแสงแบบพิเศษ อันเป็นผลมาจากการรบกวน ค่าต่ำสุดของแอมพลิจูดเป็นศูนย์เกิดขึ้น และลำแสงจะแยกออกเป็นสองส่วน ภาพสะท้อนแบบไม่สะท้อนแสงของคอลไลม์ คานยังเกิดขึ้นที่ขอบของของเหลวสองชนิดที่มุมตกกระทบใกล้กับวิกฤต เช่นเดียวกับเมื่อลำแสงสะท้อนจากชั้นหรือแผ่นเปลือกโลก

ข้าว. 9. การสะท้อนของลำแสงเสียงที่มีการตกกระทบของส่วนตัดขวางจากของเหลว W สู่พื้นผิวของวัตถุแข็ง T ที่มุม Rayleigh: 1 - ลำแสงตกกระทบ 2 - ลำแสงสะท้อน เอ- พื้นที่ศูนย์แอมพลิจูด ข- บริเวณหางของลำแสง

ในกรณีหลัง ลักษณะที่ไม่ชัดเจนของการสะท้อนเกิดจากการกระตุ้นของโหมดท่อนำคลื่นที่รั่วในชั้นหรือเพลต คลื่นด้านข้างและรั่วมีบทบาทสำคัญในการสะท้อนของลำแสงอัลตราโซนิกที่โฟกัส โดยเฉพาะคลื่นเหล่านี้ถูกใช้ใน กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกสำหรับการก่อตัวของอะคูสติก ภาพและการดำเนินการปริมาณการวัด

ย่อ: 1) Brekhovskikh L. M. , Waves in layered media, 2nd ed., M. , 1973; 2) Landau L. D. , Lifshits E. M. , Hydrodynamics, 4th ed., M. , 1988; 3) Brekhovskikh L. M. , Godin O. A. , อะคูสติกของสื่อชั้น, มอสโก, 1989; 4) Сagniard L. , Reflexion et refraction des ondes seismiques progressives, P. , 1939; 5) Ewing W. M. , Jardetzky W. S. , กด F. , คลื่นยืดหยุ่นในสื่อชั้น, N. Y. - , 2500, ch. 3; 6) Au1d B. A. สนามเสียงและคลื่นในของแข็ง v. 1 - 2, N. Y. - , 1973; 7) Vertoni H. L. , Tamir T. , ทฤษฎีปึกแผ่นของปรากฏการณ์ Rayleigh-angle สำหรับลำแสงอะคูสติกที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวและของแข็ง, "Appl. Phys.", 1973, v. 2 ฉบับที่ 4 หน้า 157; 8) Mott G. สัมประสิทธิ์การสะท้อนและการหักเหของแสงที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็ง "J. Acoust. Soc. Amer", 1971, v. 50 ฉบับที่ 3 (ตอน 2) น. 819; 9) Wesker F. L. , Richardson R. L. , อิทธิพลของคุณสมบัติของวัสดุต่อการสะท้อนแสงมุมวิกฤตของ Rayleigh, "J. Acoust. Soc. Amer", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), p. 1609; 10) Fiorito R. , Ubera11 H. , ทฤษฎีเรโซแนนซ์ของการสะท้อนเสียงและการส่งสัญญาณผ่านชั้นของเหลว ".I. อะคูสติก ซ. Amer", 1979, v. 65, no. 1, p. 9; 11) Fiorft o R. , Madigosky W. , C bera 11 H. , ทฤษฎีเรโซแนนซ์ของคลื่นอะคูสติกที่มีปฏิสัมพันธ์กับแผ่นยางยืด "J. อะคูสติก ซ. Amer.", 1979, v. 66, no. 6, p. 1857; 12) Neubauer W. G. การสังเกตการแผ่รังสีอะคูสติกจากระนาบและพื้นผิวโค้งใน: อะคูสติกทางกายภาพ หลักการและวิธีการ ed. โดย W. P. Mason, R. N. Thurston , v. 10, N. Y. - L., 1973, ตอนที่ 2

ความดันเสียง p ขึ้นอยู่กับความเร็ว v ของอนุภาคที่สั่นของตัวกลาง การคำนวณแสดงว่า

โดยที่ p คือความหนาแน่นของตัวกลาง c คือความเร็วของคลื่นเสียงในตัวกลาง ผลิตภัณฑ์พีซีเรียกว่าอิมพีแดนซ์อะคูสติกเฉพาะ สำหรับคลื่นระนาบจะเรียกว่าอิมพีแดนซ์คลื่น

ความต้านทานคลื่นเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของตัวกลาง ซึ่งจะกำหนดเงื่อนไขสำหรับการสะท้อนและการหักเหของคลื่นที่ขอบ

ลองนึกภาพว่าคลื่นเสียงกระทบส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง ส่วนหนึ่งของคลื่นสะท้อนกลับ และบางส่วนหักเห กฎการสะท้อนและการหักเหของคลื่นเสียงคล้ายกับกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง คลื่นหักเหสามารถดูดซับในตัวกลางที่สองหรือปล่อยทิ้งไว้

สมมติว่าคลื่นระนาบเกิดขึ้นตามปกติกับส่วนต่อประสาน ความเข้มในตัวกลางแรก I 1 คือความเข้มของคลื่นหักเห (ส่ง) ในสื่อที่สอง 1 2 . โทรมาเลย

ค่าสัมประสิทธิ์การเจาะคลื่นเสียง

Rayleigh แสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์การเจาะเสียงถูกกำหนดโดย

ตั้งแต่ с 1 ρ 1 /с 2 р 2 >>1. ให้เรานำเสนอค่าความต้านทานคลื่นของสารบางชนิดที่อุณหภูมิ 20 °C (ตารางที่ 14)

ตารางที่ 14

เราใช้ (6.8) ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การแทรกซึมของคลื่นเสียงจากอากาศสู่คอนกรีตและในน้ำ:

ข้อมูลเหล่านี้น่าประทับใจ: ปรากฎว่ามีพลังงานเพียงเล็กน้อยของคลื่นเสียงเท่านั้นที่ส่งผ่านจากอากาศสู่คอนกรีตและน้ำ

ในห้องที่ปิดสนิท เสียงที่สะท้อนจากผนัง เพดาน เฟอร์นิเจอร์ตกกระทบกับผนัง พื้น และอื่นๆ จะถูกสะท้อนและดูดซับอีกครั้ง และจะค่อยๆ จางหายไป ดังนั้นแม้ว่าแหล่งกำเนิดเสียงจะหยุดลงแล้ว ยังคงมีคลื่นเสียงอยู่ในห้องที่สร้างเสียงฮัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เห็นได้ชัดเจนในห้องโถงขนาดใหญ่ที่กว้างขวาง กระบวนการของการลดทอนเสียงทีละน้อยในพื้นที่ปิดหลังจากปิดแหล่งสัญญาณแล้วเรียกว่าเสียงก้อง

ในแง่หนึ่งเสียงก้องนั้นมีประโยชน์ เนื่องจากการรับรู้ของเสียงนั้นเพิ่มขึ้นด้วยพลังงานของคลื่นที่สะท้อนกลับ แต่ในทางกลับกัน เสียงก้องที่ยาวเกินไปอาจทำให้การรับรู้ของคำพูดและดนตรีลดลงอย่างมาก เนื่องจากแต่ละส่วนใหม่ของ ข้อความทับซ้อนกับข้อความก่อนหน้า ในเรื่องนี้มักจะระบุเวลาก้องกังวานที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งนำมาพิจารณาเมื่อสร้างหอประชุม โรงละคร และคอนเสิร์ตฮอลล์ ฯลฯ ตัวอย่างเช่น เวลาก้องของโถงคอลัมน์ที่เต็มในสภาสหภาพในมอสโกคือ 1.70 วิ เต็มไปด้วยโรงละครบอลชอย - 1, 55 หน้า สำหรับห้องเหล่านี้ (ว่าง) เวลาของเสียงก้องคือ 4.55 และ 2.06 วินาที ตามลำดับ

ฟิสิกส์ของการได้ยิน

ลองพิจารณาคำถามเกี่ยวกับฟิสิกส์ของการได้ยินในตัวอย่างหูชั้นนอก หูชั้นกลาง และชั้นในกัน หูชั้นนอกประกอบด้วยใบหู 1 และช่องหูชั้นนอก 2 (รูปที่ 6.8) ใบหูในมนุษย์ไม่ได้มีบทบาทสำคัญในการได้ยิน ช่วยในการกำหนดการแปลของแหล่งกำเนิดเสียงเมื่ออยู่ในทิศทางด้านหน้า - หลัง มาอธิบายเรื่องนี้กัน เสียงจากแหล่งกำเนิดเข้าสู่ใบหู ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแหล่งกำเนิดในระนาบแนวตั้ง

(รูปที่ 6.9) คลื่นเสียงจะกระจายตัวแตกต่างกันบนใบหูเนื่องจากรูปร่างเฉพาะของมัน สิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบสเปกตรัมของคลื่นเสียงที่เข้าสู่ช่องหู (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับปัญหาการเลี้ยวเบน ดูบทที่ 19) จากประสบการณ์ บุคคลได้เรียนรู้ที่จะเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมของคลื่นเสียงกับทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียง (ทิศทาง A, B และ B ในรูปที่ 6.9)

การมีเครื่องรับเสียง (หู) สองตัว มนุษย์และสัตว์สามารถกำหนดทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียงและในระนาบแนวนอนได้ (เอฟเฟกต์ binaural; รูปที่ 6.10) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเสียงจากแหล่งกำเนิดไปยังหูที่ต่างกันนั้นเดินทางในระยะทางที่ต่างกัน และมีความแตกต่างของเฟสสำหรับคลื่นที่เข้าสู่รูหูซ้ายและขวา ความสัมพันธ์ระหว่างความแตกต่างระหว่างระยะทางเหล่านี้ (5) และความแตกต่างของเฟส (∆φ) ได้มาจาก § 19.1 เมื่ออธิบายการรบกวนของแสง [ดู (19.9)]. หากแหล่งกำเนิดเสียงอยู่ตรงหน้าบุคคลนั้นโดยตรง ดังนั้น δ = 0 และ ∆φ = 0 หากแหล่งกำเนิดเสียงอยู่ด้านข้างกับใบหูข้างใดข้างหนึ่ง มันก็จะตกลงไปในใบหูอีกข้างหนึ่งด้วยดีเลย์ เราจะสมมติโดยประมาณว่าในกรณีนี้ 5 คือระยะห่างระหว่างใบหู ตามสูตร (19.9) สำหรับ v = 1 kHz และ δ = 0.15 m สามารถคำนวณความแตกต่างของเฟสได้ อยู่ที่ประมาณ 180 องศา

ทิศทางที่ต่างกันไปยังแหล่งกำเนิดเสียงในระนาบแนวนอนจะสอดคล้องกับความแตกต่างของเฟสระหว่าง 0° ถึง 180° (สำหรับข้อมูลข้างต้น) เชื่อกันว่าผู้ที่ได้ยินปกติสามารถกำหนดทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียงได้อย่างแม่นยำ 3 ° ซึ่งสอดคล้องกับความแตกต่างของเฟส 6 ° ดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าบุคคลสามารถแยกแยะการเปลี่ยนแปลงในความแตกต่างของเฟสของคลื่นเสียงที่เข้าหูได้อย่างแม่นยำถึง 6 °

หูอันเป็นผลมาจากการเลี้ยวเบน (ch. 19)

คลื่นเสียงผ่านช่องหูและสะท้อนบางส่วนจากแก้วหู 3 (ดูรูปที่ 6.8) อันเป็นผลมาจากการรบกวนของเหตุการณ์และคลื่นสะท้อนสะท้อน อาจเกิดเสียงสะท้อนได้ ในกรณีนี้ ความยาวคลื่นจะยาวเป็นสี่เท่าของความยาวของช่องหูภายนอก ช่องหูของมนุษย์ยาวประมาณ 2.3 ซม. ดังนั้นเสียงสะท้อนจึงเกิดขึ้นที่ความถี่

ส่วนที่สำคัญที่สุดของหูชั้นกลางคือแก้วหู 3 และกระดูกหู: Malleus 4, ทั่ง 5 และโกลน 6 ที่มีกล้ามเนื้อเส้นเอ็นและเอ็นที่สอดคล้องกัน กระดูกส่งผ่านการสั่นสะเทือนทางกลจากสภาพแวดล้อมทางอากาศของหูชั้นนอกไปยังสภาพแวดล้อมของเหลวของหูชั้นใน สื่อของเหลวของหูชั้นในมีความต้านทานคลื่นประมาณเท่ากับความต้านทานคลื่นของน้ำ ดังที่แสดงไว้ (ดู § 6.4) เพียง 0.123% ของความเข้มของเหตุการณ์ที่ส่งผ่านในการเปลี่ยนแปลงโดยตรงของคลื่นเสียงจากอากาศสู่น้ำ นี่ยังน้อยไป ดังนั้น จุดประสงค์หลักของหูชั้นกลางคือการอำนวยความสะดวกในการถ่ายทอดความเข้มของเสียงที่มากขึ้นไปยังหูชั้นใน ในแง่เทคนิค หูชั้นกลางจะจับคู่กับอิมพีแดนซ์ของอากาศและของเหลวในหูชั้นใน

ระบบกระดูก (ดูรูปที่ 6.8) ที่ปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับค้อนกับแก้วหู (พื้นที่ S 1 \u003d 64 มม. 2) ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง - ด้วยโกลน - พร้อมหน้าต่างวงรี 7 ของหูชั้นใน ( พื้นที่ S 2 \u003d 3 มม. 2)

ในระดับนี้ หูชั้นกลางจะเพิ่มการส่งแรงดันเสียงภายนอกไปยังหูชั้นใน

หน้าที่อีกประการหนึ่งของหูชั้นกลางคือการส่งสัญญาณการสั่นสะเทือนที่อ่อนลงในกรณีที่เสียงมีความเข้มข้นสูง ทำได้โดยการคลายกล้ามเนื้อของกระดูกหูชั้นกลาง

หูชั้นกลางเชื่อมต่อกับชั้นบรรยากาศผ่านท่อหู (Eustachian)

หูชั้นนอกและหูชั้นกลางเป็นส่วนหนึ่งของระบบนำเสียง ระบบรับเสียงคือหูชั้นใน

ส่วนหลักของหูชั้นในคือโคเคลีย ซึ่งจะแปลงการสั่นสะเทือนทางกลเป็นสัญญาณไฟฟ้า นอกจากคอเคลียแล้ว อุปกรณ์ขนถ่ายยังเป็นของหูชั้นใน (ดู § 4.3) ซึ่งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานของการได้ยิน

คอเคลียของมนุษย์มีกระดูกยาวประมาณ 35 มม. และมีรูปร่างเป็นเกลียวรูปกรวยมีเกลียว 2 3/4 วง เส้นผ่านศูนย์กลางที่ฐานประมาณ 9 มม. ความสูงประมาณ 5 มม.

ในรูป 6.8 คอเคลีย (ถูกจำกัดด้วยเส้นประ) ถูกขยายเป็นแผนผังเพื่อให้มองเห็นได้ง่าย คลองสามสายไหลไปตามโคเคลีย หนึ่งในนั้นซึ่งเริ่มจากหน้าต่างวงรี 7 เรียกว่า vestibular scala 8 อีกช่องหนึ่งมาจากหน้าต่างทรงกลม 9 เรียกว่า scala tympani 10 สกาลาขนถ่ายและแก้วหูเชื่อมต่อกันในโดมของคอเคลีย ผ่านช่องเปิดเล็กๆ - helicotrema 11 ดังนั้น ช่องทางทั้งสองนี้จึงเป็นตัวแทนของระบบเดียวที่เต็มไปด้วย perilymph การสั่นสะเทือนของโกลน 6 จะถูกส่งไปยังเมมเบรนของหน้าต่างรูปไข่ 7 จากนั้นไปที่ perilymph และ "ยื่น" เมมเบรนของหน้าต่างกลม 9 ช่องว่างระหว่างสกาลาขนถ่ายและแก้วหูเรียกว่า cochlear canal 12 มัน เต็มไปด้วยเอนโดลิมฟ์ ระหว่าง cochlear canal และ scala tympani เมมเบรนหลัก (basilar) 13 จะเคลื่อนผ่านคอเคลีย อวัยวะของ Corti ที่มีเซลล์รับ (ผม) นั้นตั้งอยู่ และเส้นประสาทการได้ยินมาจากคอเคลีย . 6.8)

อวัยวะของ Corti (อวัยวะเกลียว) คือตัวแปลงการสั่นสะเทือนทางกลเป็นสัญญาณไฟฟ้า

ความยาวของเมมเบรนหลักประมาณ 32 มม. จะขยายและบางไปในทิศทางจากหน้าต่างวงรีถึงด้านบนของโคเคลีย (จากความกว้าง 0.1 ถึง 0.5 มม.) เมมเบรนหลักเป็นโครงสร้างที่น่าสนใจมากสำหรับฟิสิกส์ มีคุณสมบัติในการเลือกความถี่ Helmholtz ให้ความสนใจกับสิ่งนี้

เป็นตัวแทนของเมมเบรนหลักในลักษณะเดียวกันกับชุดของสายเปียโนที่ปรับจูนแล้ว Bekesy ผู้ชนะรางวัลโนเบลได้สร้างความผิดพลาดของทฤษฎีเรโซเนเตอร์นี้ ในงานของ Bekesy พบว่าเมมเบรนหลักเป็นเส้นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งส่งผ่านการกระตุ้นทางกล เมื่อสัมผัสกับสิ่งเร้าทางเสียง คลื่นจะแพร่กระจายไปตามเมมเบรนหลัก คลื่นนี้จะถูกลดทอนแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความถี่ ยิ่งความถี่ต่ำเท่าใด คลื่นก็จะยิ่งขยายออกไปไกลจากหน้าต่างวงรีตามเยื่อหุ้มหลักก่อนที่จะเริ่มสลายตัว ตัวอย่างเช่น คลื่นที่มีความถี่ 300 Hz จะแพร่กระจายได้สูงถึงประมาณ 25 มม. จากหน้าต่างวงรีก่อนที่จะเริ่มการลดทอน และคลื่นที่มีความถี่ 100 Hz จะถึงระดับสูงสุดที่ใกล้ 30 มม. จากการสังเกตเหล่านี้ ทฤษฎีต่างๆ ได้รับการพัฒนาตามการรับรู้ของระดับเสียงที่กำหนดโดยตำแหน่งของการสั่นสูงสุดของเมมเบรนหลัก ดังนั้นในหูชั้นในสามารถติดตามสายการทำงานบางอย่างได้: การสั่นของเยื่อหุ้มหน้าต่างรูปไข่ - การสั่นของ perilymph - การสั่นที่ซับซ้อนของเยื่อหุ้มหลัก - การสั่นที่ซับซ้อนของเยื่อหุ้มหลัก - การระคายเคืองของเซลล์ขน (ตัวรับของอวัยวะ ของ Corti) - การสร้างสัญญาณไฟฟ้า

อาการหูหนวกบางรูปแบบเกี่ยวข้องกับความเสียหายต่ออุปกรณ์รับของคอเคลีย ในกรณีนี้ คอเคลียจะไม่สร้างสัญญาณไฟฟ้าเมื่ออยู่ภายใต้การสั่นสะเทือนทางกล เป็นไปได้ที่จะช่วยคนหูหนวกโดยการฝังอิเล็กโทรดในโคเคลียและให้สัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกับสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับสิ่งเร้าทางกล

อวัยวะเทียมของหน้าที่หลักดังกล่าวคือคอเคลีย (cochlear prosthesis) กำลังได้รับการพัฒนาในหลายประเทศ ในรัสเซีย ประสาทหูเทียมได้รับการพัฒนาและดำเนินการที่มหาวิทยาลัยการแพทย์รัสเซีย อวัยวะเทียมประสาทหูเทียมแสดงไว้ในรูปที่ 6.12 นี่คือ 1 ตัวหลัก 2 คือ หูพร้อมไมโครโฟน 3 เป็นปลั๊กของขั้วต่อไฟฟ้าสำหรับเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดฝัง

เสียงสะท้อน

เสียงสะท้อน

ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเสียงตกลงบนส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางยืดหยุ่นสองตัวและประกอบด้วยการก่อตัวของคลื่นที่แพร่กระจายจากส่วนต่อประสานไปสู่ตัวกลางเดียวกัน การกระเจิงของเสียงหรือ การเลี้ยวเบนของเสียง
คลื่นตกกระทบทำให้เกิดรอยต่อระหว่างสื่อ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่คลื่นสะท้อนและหักเหเกิดขึ้น โครงสร้างและความเข้มของพวกมันจะต้องเป็นเช่นนั้น ทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซ ความเร็วของอนุภาคและความเค้นยืดหยุ่นที่กระทำบนส่วนต่อประสานนั้นเท่ากัน เงื่อนไขขอบเขตบนพื้นผิวว่างประกอบด้วยความเท่าเทียมกันเป็นศูนย์ของความเค้นยืดหยุ่นที่กระทำบนพื้นผิวนี้
คลื่นสะท้อนอาจมีโพลาไรซ์ประเภทเดียวกับคลื่นตกกระทบ หรืออาจมีโพลาไรซ์อื่นๆ ด้วย ในกรณีหลังนี้ คนหนึ่งพูดถึงการเปลี่ยนแปลงหรือการแปลงของโหมดจากการสะท้อนหรือการหักเหของแสง การสะท้อนของคลื่นระนาบการสะท้อนของคลื่นระนาบมีบทบาทพิเศษ เนื่องจากคลื่นระนาบที่สะท้อนและหักเห ยังคงเป็นระนาบ และรูปทรงตามอำเภอใจถือได้ว่าเป็นภาพสะท้อนของการรวมกันของคลื่นระนาบ จำนวนของคลื่นสะท้อนและหักเหที่เกิดขึ้นใหม่นั้นพิจารณาจากธรรมชาติของคุณสมบัติยืดหยุ่นของตัวกลางและจำนวนของคลื่นเสียง สาขาที่มีอยู่ในนั้น เนื่องจากเงื่อนไขขอบเขต การฉายภาพของเวกเตอร์คลื่นของเหตุการณ์ คลื่นสะท้อน และคลื่นหักเหบนอินเทอร์เฟซจะเท่ากัน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. แบบแผนของการสะท้อนและการหักเหของคลื่นเสียงระนาบที่ส่วนต่อประสานระนาบ

จากนี้ไปตามกฎของการสะท้อนและการหักเห ผม , สะท้อน k rและหักเห k tคลื่นและความปกติ เอ็นเอ็น"ไปยังอินเทอร์เฟซอยู่ในระนาบเดียวกัน (ระนาบของอุบัติการณ์); 2) อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบของการสะท้อนและการหักเหของแสงต่อความเร็วของเฟส ฉ ฉันและคลื่นที่สอดคล้องกันจะเท่ากัน:
(ตัวห้อยและแสดงถึงโพลาไรซ์ของคลื่นสะท้อนและหักเห) ในสื่อไอโซโทรปิกซึ่งทิศทางของเวกเตอร์คลื่นตรงกับทิศทางของรังสีเสียง กฎของการสะท้อนและการหักเหของแสงจะอยู่ในรูปแบบปกติของกฎของสเนลล์ ในสื่อแอนไอโซทรอปิก กฎของการสะท้อนจะกำหนดทิศทางของเส้นปกติของคลื่นเท่านั้น การแพร่กระจายของรังสีหักเหหรือสะท้อนกลับขึ้นอยู่กับทิศทางของความเร็วในแนวรัศมีที่สอดคล้องกับค่าปกติเหล่านี้
ที่มุมตกกระทบที่เล็กพอสมควร คลื่นสะท้อนและหักเหทั้งหมดเป็นคลื่นระนาบที่นำพลังงานของการแผ่รังสีตกกระทบออกจากส่วนต่อประสาน แต่ถ้าเป็น k.-l. คลื่นหักเหเร็วขึ้น ฉ ฉันคลื่นตกกระทบ แล้วสำหรับมุมตกกระทบ ขนาดใหญ่ ม. น. วิกฤต มุม \u003d arcsin องค์ประกอบปกติของเวกเตอร์คลื่นของคลื่นหักเหที่สอดคล้องกันจะกลายเป็นจินตภาพ 2 อย่างไรก็ตามอุบัติการณ์ของคลื่นบนส่วนต่อประสานในมุมที่มากกว่าจุดวิกฤตอาจไม่นำไปสู่การสะท้อนทั้งหมดเนื่องจากเหตุการณ์ รังสีสามารถทะลุผ่านตัวกลางที่ 2 ในรูปของคลื่นที่มีโพลาไรซ์ต่างกันได้
วิกฤต มุมยังมีอยู่สำหรับคลื่นสะท้อน ถ้าอยู่ที่ O. z การแปลงโหมดเกิดขึ้นและคลื่นที่เกิดจากการแปลงนั้นมากกว่าความเร็ว ฉ ฉันคลื่นเหตุการณ์ สำหรับมุมตกกระทบ วิกฤตที่เล็กกว่า มุม ส่วนหนึ่งของพลังงานที่ตกกระทบถูกพาออกจากขอบเขตในรูปของคลื่นสะท้อนกับโพลาไรเซชัน ที่ , คลื่นดังกล่าวกลายเป็นเนื้อเดียวกัน, ทำให้หมาด ๆ ลึกลงไปในตัวกลาง 1 และไม่มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนของ พลังงานจากอินเทอร์เฟซ ตัวอย่างเช่น วิกฤต มุม = อาร์คซิน ( ค t /c L) เกิดขึ้นเมื่อเกิดการสะท้อนของอะคูสติกตามขวาง คลื่น ตู่จากขอบของของแข็งไอโซโทรปิกและแปลงเป็นคลื่นตามยาว L (กับ t และ ซี แอล-ความเร็วคลื่นเสียงตามขวางและตามยาว ตามลำดับ)
แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนและหักเหตามเงื่อนไขขอบเขตจะแสดงเป็นเส้นตรงในแง่ของแอมพลิจูด ฉันคลื่นตกกระทบ เช่นเดียวกับปริมาณเหล่านี้ในทัศนศาสตร์แสดงในรูปของแอมพลิจูดของเหตุการณ์ el.-magnet โบกมือ สูตรเฟรสการสะท้อนของคลื่นระนาบนั้นมีลักษณะเชิงปริมาณโดยสัมประสิทธิ์แอมพลิจูด การสะท้อนซึ่งเป็นอัตราส่วนของแอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนต่อแอมพลิจูดของเหตุการณ์: \u003d สัมประสิทธิ์แอมพลิจูด การสะท้อนกลับในกรณีทั่วไปนั้นซับซ้อน: โมดูลกำหนดความสัมพันธ์ abs ค่าของแอมพลิจูดและเฟสกำหนดเฟสกะของคลื่นสะท้อน ค่าสัมประสิทธิ์แอมพลิจูดถูกกำหนดในลักษณะเดียวกัน ผ่าน การกระจายพลังงานของการแผ่รังสีตกกระทบระหว่างคลื่นสะท้อนกลับและคลื่นหักเหนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์ การสะท้อนและการส่งผ่านความเข้ม ซึ่งเป็นอัตราส่วนขององค์ประกอบของความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานเฉลี่ยตามเวลาปกติกับส่วนต่อประสานในการสะท้อน (หักเห) และในคลื่นตกกระทบ:

ความเข้มของเสียงในคลื่นที่สอดคล้องกันอยู่ที่ไหน และความหนาแน่นของสื่อที่สัมผัสอยู่ที่ไหน ความสมดุลของพลังงานที่จ่ายไปยังส่วนต่อประสานและนำออกไปจะลดลงสู่สมดุลของส่วนประกอบปกติของกระแสพลังงาน:

โคฟ. การสะท้อนขึ้นอยู่กับอะคูสติก .ตัวละครอ่างทอง การพึ่งพาอาศัยกันถูกกำหนดโดยการปรากฏตัวของวิกฤต มุมเช่นเดียวกับมุมของการสะท้อนเป็นศูนย์เมื่อตกลงมาซึ่งจะไม่เกิดคลื่นสะท้อนกับโพลาไรซ์

โอ้. ที่ขอบของของเหลวสองชนิด. นาอิบ ภาพง่ายๆ ของ O. h. เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิด ในกรณีนี้ไม่มีการแปลงคลื่นและการสะท้อนเกิดขึ้นตามกฎกระจกและสัมประสิทธิ์ การสะท้อนคือ

ที่ไหนและ ค 1,2 - ความหนาแน่นและความเร็วของเสียงในตัวกลางที่อยู่ติดกัน . และ 2. ถ้าความเร็วของเสียงสำหรับคลื่นตกกระทบมากกว่าความเร็วของเสียงสำหรับการหักเหของแสง ( กับ 1 ค 2) จากนั้นวิกฤต มุมหายไป

ที่อุบัติการณ์ปกติของคลื่นบนอินเทอร์เฟซจนถึงค่า ร=- 1 ที่อุบัติการณ์การแทะเล็ม หากเป็นเสียง r 2 กับ 2 สภาพแวดล้อม 2 อิมพีแดนซ์ปานกลางมากขึ้น 1 , จากนั้นที่มุมตกกระทบ

ค่าสัมประสิทธิ์ การสะท้อนหายไปและเหตุการณ์ผ่านเข้าสู่ตัวกลางอย่างสมบูรณ์ 2.
เมื่อจาก 1<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(ค 1 /ค 2). ที่<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0ด้วยการตกปกติถึง R= 1 ที่มุมตกกระทบเท่ากับจุดวิกฤต ในกรณีนี้การสะท้อนแสงเป็นศูนย์สามารถเกิดขึ้นได้หากสำหรับอะคูสติก อิมพีแดนซ์ของสื่อ ความไม่เท่าเทียมผกผันถือ มุมของการสะท้อนเป็นศูนย์ยังคงถูกกำหนดโดยนิพจน์ (6) สำหรับมุมตกกระทบ วิกฤตขนาดใหญ่ มีส่วนขยายที่สมบูรณ์ การสะท้อน: และรังสีตกกระทบลึกเข้าไปในตัวกลาง 2 ไม่เจาะ ในสิ่งแวดล้อม 2, อย่างไรก็ตาม สนามของคลื่นสะท้อนเกิดจากการรบกวนของสองสนาม: คลื่นสะท้อนแบบพิเศษและคลื่น 1 โดยคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่เกิดขึ้นในตัวกลาง 2. เมื่อคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบ (เช่น ทรงกลม) ถูกสะท้อน คลื่นที่ปล่อยออกมาอีกครั้งจะถูกสังเกตในการทดลองในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า คลื่นด้านข้าง (ดู คลื่นส่วน การสะท้อนกลับ และ ).

โอ้. จากขอบเขตของร่างกายที่แข็งกระด้าง. ธรรมชาติของการสะท้อนจะซับซ้อนมากขึ้นหากตัวสะท้อนแสงเป็นวัตถุแข็ง เมื่อไร กับในของเหลวมีความเร็วตามยาวน้อยกว่า หลี่และขวาง กับม. เสียงในวัตถุแข็ง เมื่อสะท้อนที่ขอบเขตของของเหลวกับวัตถุที่เป็นของแข็ง จะเกิดเสียงวิกฤตสองอย่าง มุม: ตามยาว = arcsin ( s/s L) และตามขวาง = arcsin ( s/s t ). อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่เสมอมา ด้วย L > ด้วย t . ที่มุมตกกระทบ สัมประสิทธิ์ การสะท้อนกลับถูกต้อง (รูปที่ 2) รังสีของเหตุการณ์แทรกซึมเข้าไปในวัตถุที่เป็นของแข็งในรูปแบบของคลื่นหักเหตามยาวและตามขวาง ด้วยอุบัติการณ์ของเสียงปกติในร่างกายที่แข็งค่าเท่านั้น R 0 ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของอะคูสติกตามยาว อิมพีแดนซ์ของของเหลวและตัวของแข็งคล้ายกับ f-le (5) (- ความหนาแน่นของของเหลวและตัวของแข็ง)

ข้าว. 2. การพึ่งพาโมดูลัสของสัมประสิทธิ์การสะท้อนเสียง | อาร์ | (เส้นทึบ) และเฟสของมัน (เส้นประ) ที่ขอบเขตของของเหลวและของแข็งจากมุมตกกระทบ .

ที่ค่าสัมประสิทธิ์ และส่วนหนึ่งของรังสีที่ตกกระทบจะแทรกซึมลึกเข้าไปในตัวของแข็งในรูปของคลื่นตามขวางการหักเหของแสง ดังนั้น สำหรับ<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1 การมีส่วนร่วมของคลื่นตามยาวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการก่อตัวของรังสีสะท้อนทำให้เกิดการเลื่อนเฟสของคลื่นสะท้อนเช่นเดียวกับขอบเขตของของเหลวสองชนิด เมื่อมีความสมบูรณ์ภายใน สะท้อน:1. ในร่างกายที่เป็นของแข็งใกล้กับขอบเขตจะเกิดเฉพาะคลื่นที่ไม่เท่ากันเท่านั้นที่ตกลงสู่ระดับความลึกของร่างกาย การเปลี่ยนเฟสของคลื่นสะท้อนสำหรับมุมนั้นสัมพันธ์กับการกระตุ้นที่ส่วนต่อประสานของรอยรั่วเป็นหลัก เรย์ลี่โบกมือคลื่นดังกล่าวเกิดขึ้นที่ขอบเขตของวัตถุที่เป็นของแข็งโดยมีของเหลวอยู่ที่มุมตกกระทบใกล้กับมุม Rayleigh = arcsin ( s/s R),ที่ไหน ซี อาร์-ความเร็วคลื่นเรย์ลีห์บนพื้นผิวของของแข็ง การแพร่กระจายไปตามอินเทอร์เฟซ คลื่นที่รั่วจะถูกปล่อยออกมาอีกครั้งใน
ถ้า กับกับ t . ด้านบนเต็มภายใน ไม่มีการสะท้อนที่ขอบของของเหลวที่มีของแข็ง: การแผ่รังสีตกกระทบจะแทรกซึมในทุกมุมของอุบัติการณ์ อย่างน้อยก็ในรูปของคลื่นตามขวาง การสะท้อนทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงตกอยู่ภายใต้วิกฤต มุมหรืออุบัติการณ์การแทะเล็ม สำหรับค่าสัมประสิทธิ์ c>c L ภาพสะท้อนที่แท้จริง O. z. แพร่กระจายในร่างกายที่มั่นคง เมื่อเสียงแพร่กระจายในของแข็งไอโซโทรปิก สูงสุด ตัวละครที่เรียบง่ายคือการสะท้อนของคลื่นเฉือนซึ่งเป็นทิศทางของการแกว่งซึ่งขนานกับระนาบส่วนต่อประสาน ไม่มีการแปลงโหมดเมื่อมีการสะท้อนหรือการหักเหของคลื่นดังกล่าว เมื่อตกลงไปบนขอบเขตอิสระหรือขอบเขตของเหลว คลื่นดังกล่าวจะสะท้อนอย่างสมบูรณ์ ( R= 1) ตามกฎการสะท้อนของกระจก ที่ส่วนต่อประสานระหว่างของแข็งไอโซโทรปิกสองตัวพร้อมกับคลื่นสะท้อนแสงในตัวกลาง 2 คลื่นหักเหที่มีโพลาไรซ์จะเกิดขึ้นเมื่อคลื่นตามขวางซึ่งโพลาไรซ์ในระนาบของอุบัติการณ์ตกลงบนพื้นผิวที่ว่างของร่างกายทั้งคลื่นสะท้อนของโพลาไรซ์เดียวกันและคลื่นตามยาวเกิดขึ้นที่ขอบเขต , เล็กกว่ามุมวิกฤต = = arcsin ( cT/cL),ค่าสัมประสิทธิ์ ภาพสะท้อน Rทีและ อาร์ แอล-ของจริงอย่างหมดจด: คลื่นสะท้อนออกจากขอบเขตในเฟส (หรือนอกเฟส) กับคลื่นตกกระทบ ที่แนวเขต มีเพียงคลื่นตามขวางที่สะท้อนแบบ specularly ออกไป คลื่นตามยาวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะก่อตัวขึ้นใกล้กับพื้นผิวอิสระ
โคฟ. การสะท้อนกลับกลายเป็นความซับซ้อน หากขอบเขตของวัตถุที่เป็นของแข็งสัมผัสกับของเหลว เมื่อคลื่นสะท้อนกลับ (ตามยาวหรือตามขวาง 2 ก็อยู่ในระนาบของอุบัติการณ์ด้วย

อู๋ . ชม. ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อแอนไอโซทรอปิก. โอ้. ที่ส่วนต่อประสานผลึก สภาพแวดล้อมมีความซับซ้อน และคลื่นสะท้อนและหักเหในกรณีนี้คือหน้าที่ของมุมสะท้อนและการหักเหของแสง (ดู อะคูสติกคริสตัล);ดังนั้น แม้แต่คำจำกัดความของมุมและมุมตกกระทบที่กำหนดก็ยังประสบปัญหาร้ายแรง ความยากลำบาก หากทราบส่วนของพื้นผิวของเวคเตอร์คลื่นตามระนาบอุบัติการณ์ แสดงว่ามีการใช้กราฟิก วิธีการกำหนดมุมและจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่น k rและ k tนอนตะแคง เอ็นเอ็น",วาดไปยังส่วนต่อประสานผ่านจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์คลื่น k ผมคลื่นตกกระทบ ณ จุดที่เส้นตั้งฉากนี้ตัดกับเดือนธันวาคม พื้นผิวโพรงของเวกเตอร์คลื่น (รูปที่ 3) จำนวนคลื่นสะท้อน (หรือหักเห) ที่จริงแพร่กระจายจากส่วนต่อประสานไปยังความลึกของตัวกลางที่สอดคล้องกันนั้นพิจารณาจากจำนวนโพรงที่ตัดกันในแนวตั้งฉาก เอ็นเอ็น". ถ้าทางแยกที่มีก.-ล. ขาดหายไปอย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าคลื่นของโพลาไรซ์ที่สอดคล้องกันจะกลายเป็นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่ถ่ายเทพลังงานจากขอบเขต ตั้งฉาก เอ็นเอ็น"สามารถข้ามช่องเดียวกันได้หลายช่อง คะแนน (คะแนน เอ 1 และ 2ในรูป 3). ของตำแหน่งที่เป็นไปได้ของเวกเตอร์คลื่น k r (หรือ k t) คลื่นที่สังเกตได้จริง ๆ จะสัมพันธ์กับคลื่นที่เวกเตอร์ความเร็วในแนวรัศมีเท่านั้น

ข้าว. 3. วิธีการแบบกราฟิกสำหรับกำหนดแสงสะท้อนเชิงมุมและการหักเหที่ส่วนต่อประสานของตัวกลางผลึก 1 และ 2.L, FTและ เซนต์- พื้นผิวของเวกเตอร์คลื่นสำหรับกึ่งยาวตามกฎแล้วคลื่นที่สะท้อน (หักเห) เป็นของการสลายตัว สาขาอะคูสติก ความผันผวน อย่างไรก็ตามในคริสตัลก็หมายความว่า anisotropy เมื่อพื้นผิวของเวกเตอร์คลื่นมีส่วนเว้า (รูปที่ 4) การสะท้อนอาจเกิดขึ้นได้ด้วยการก่อตัวของคลื่นสะท้อนหรือหักเหสองคลื่นที่เป็นของสาขาการแกว่งเดียวกัน
จากการทดลองจะสังเกตเห็นลำแสงที่จำกัดของคลื่นเสียง ทิศทางการแพร่กระจายถูกกำหนดโดยความเร็วในแนวรัศมี NN" กับส่วนต่อประสาน โดยเฉพาะส่วนที่สะท้อนอยู่ในระนาบของอุบัติการณ์ด้านเดียวกันของเส้นปกติ ยังไม่มีข้อความซึ่งเป็นลำแสงตกกระทบ กรณีที่จำกัดของความเป็นไปได้นี้คือการวางซ้อนของลำแสงสะท้อนบนลำแสงตกกระทบกับอุบัติการณ์เฉียงของลำแสงหลัง

ข้าว. 4. การสะท้อนของคลื่นอะคูสติกที่ตกกระทบบนพื้นผิวอิสระของคริสตัลด้วยการก่อตัวของคลื่นสะท้อนสองคลื่นที่มีโพลาไรซ์เดียวกัน: เอ- การหาเวกเตอร์คลื่นของคลื่นสะท้อน (ด้วย กเป็นเวกเตอร์ความเร็วในแนวรัศมี); ข- รูปแบบการสะท้อนของลำแสงเสียงของส่วน จำกัด

อิทธิพลของการลดทอนต่อลักษณะของ O. h..สัมประสิทธิ์ การสะท้อนและการส่งสัญญาณจะไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ของเสียง หากการลดทอนของเสียงในสื่อทั้งสองขอบนั้นไม่มีนัยสำคัญ การลดทอนที่เห็นได้ชัดเจนไม่เพียงนำไปสู่การพึ่งพาความถี่ของสัมประสิทธิ์เท่านั้น ภาพสะท้อน อาร์แต่ยังบิดเบือนการพึ่งพามุมตกกระทบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณใกล้วิกฤต มุม (รูปที่ 5, เอ). เมื่อสะท้อนจากส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็ง ผลกระทบของการหน่วงจะเปลี่ยนการพึ่งพาเชิงมุมอย่างมีนัยสำคัญ Rที่มุมตกกระทบใกล้กับมุมเรย์ลี (รูปที่ 5 ข).ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อที่มีการหน่วงเล็กน้อยที่มุมของอุบัติการณ์ดังกล่าว | R|= 1 (โค้ง 1 ในรูป 5, ข)การปรากฏตัวของการลดทอนนำไปสู่คนที่ | | R| กลายเป็นน้อยกว่า 1 และใกล้จะเกิดขึ้นขั้นต่ำ | | R|(เส้นโค้ง 2 - 4). เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นและค่าสัมประสิทธิ์เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน การลดทอนความลึกของการเพิ่มขึ้นขั้นต่ำ f 0 naz ความถี่การสะท้อนเป็นศูนย์ นาที. ค่า | R| ไม่หายไป (curve 3, รูปที่ 5 ข). ความถี่ที่เพิ่มขึ้นอีกนำไปสู่การขยายขอบเขตต่ำสุด (curve 4 ) อิทธิพลของผลกระทบต่อการลดทอน O. h. เกือบทุกมุมตกกระทบ (โค้ง 5). แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนที่ลดลงเมื่อเทียบกับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบไม่ได้หมายความว่ารังสีตกกระทบจะทะลุเข้าไปในวัตถุที่เป็นของแข็ง มันเกี่ยวข้องกับการดูดซึมของคลื่น Rayleigh ที่รั่วซึ่งตื่นเต้นจากการแผ่รังสีที่ตกกระทบและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคลื่นสะท้อน เมื่อความถี่เสียง ฉเท่ากับความถี่ ฉ 0 พลังงานทั้งหมดของคลื่นตกกระทบจะกระจายไปที่ส่วนต่อประสาน

ข้าว. 5. การพึ่งพาเชิงมุม | R| ที่ชายแดนของน้ำ - เหล็กโดยคำนึงถึงการลดทอน: เอ- ลักษณะทั่วไปของการพึ่งพาเชิงมุม | R|; เส้นทึบ - โดยไม่คำนึงถึงการขาดทุน เส้นประ - เช่นเดียวกับการลดทอน ข- การพึ่งพาเชิงมุม | Rใกล้มุม Rayleigh ที่ค่าการดูดกลืนคลื่นตามขวางในเหล็กที่ความยาวคลื่นต่างกัน เส้นโค้ง 1 - 5 สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของพารามิเตอร์นี้จากค่า 3 x 10 -4 (curve 1 ) เป็นค่า = 1 (โค้ง 5) เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความถี่ที่สอดคล้องกันของรังสีอัลตราโซนิกที่ตกกระทบ

โอ้. จากชั้นและจาน.โอ. ชม. จากชั้นหรือจานเป็นจังหวะ คลื่นสะท้อนและคลื่นที่ส่งผ่านเกิดขึ้นจากการสะท้อนหลายครั้งของคลื่นที่ขอบเขตของชั้น ในกรณีของชั้นของเหลว คลื่นตกกระทบจะทะลุผ่านชั้นที่มุมการหักเหของแสงซึ่งกำหนดจากกฎของสเนลล์ เนื่องจากการสะท้อนซ้ำ คลื่นตามยาวจึงเกิดขึ้นในชั้นของมันเอง โดยแพร่กระจายไปในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับที่มุมกับเส้นปกติที่ลากไปยังขอบเขตของชั้น (รูปที่ 6, เอ). มุมคือมุมหักเหที่สอดคล้องกับมุมตกกระทบที่ขอบชั้น ถ้าความเร็วของเสียงในชั้น กับความเร็วเสียงอีก 2 ระดับ กับ 1 ในของเหลวรอบข้าง จากนั้นระบบคลื่นสะท้อนจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมุมของ int ทั้งหมด การสะท้อน \u003d arcsin (c 1 / c 2) อย่างไรก็ตาม สำหรับชั้นบางๆ ที่เพียงพอ คลื่นที่ส่งผ่านจะเกิดขึ้นที่มุมตกกระทบที่ใหญ่กว่าชั้นวิกฤตด้วย ในกรณีนี้สัมประสิทธิ์ การสะท้อนจากเลเยอร์กลายเป็นเอบีเอส น้อยกว่า 1 นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในชั้นใกล้ขอบเขตที่คลื่นถูกตกกระทบจากภายนอก คลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นที่ตกลงสู่ความลึกของชั้นแบบทวีคูณ ถ้าความหนาของชั้น dน้อยกว่าหรือเทียบได้กับความลึกของการแทรกซึมของคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นคลื่นหลังจะรบกวนขอบเขตที่ตรงกันข้ามของชั้นอันเป็นผลมาจากคลื่นที่ส่งผ่านจากคลื่นไปยังของเหลวโดยรอบ ปรากฏการณ์ของการซึมของคลื่นนี้คล้ายคลึงกับการซึมผ่านของอนุภาคในกลศาสตร์ควอนตัม
โคฟ. การสะท้อนของชั้น

โดยที่องค์ประกอบปกติของเวกเตอร์คลื่นในเลเยอร์คือแกน z-ตั้งฉากกับขอบเขตชั้น R 1 และ R 2 - อัตราต่อรอง โอ้. เป็นระยะ ฟังก์ชั่นความถี่เสียง ฉและความหนาของชั้น ง.เมื่อมีคลื่นทะลุผ่านชั้น | อาร์ |ด้วยการเพิ่มขึ้น ฉหรือ dมีแนวโน้มซ้ำซากจำเจถึง 1

ข้าว. 6. การสะท้อนของคลื่นเสียงจากชั้นของเหลว: ก -โครงการสะท้อน; 1 - ของเหลวโดยรอบ 2- ชั้น; b - การพึ่งพาโมดูลัสของสัมประสิทธิ์การสะท้อน | R|มุมของฤดูใบไม้ร่วง

เป็นค่า f-tion ของค่ามุมตกกระทบ | อาร์ |มีระบบ maxima และ minima (รูปที่ 6, ข)หากมีของเหลวเหมือนกันทั้งสองด้านของชั้นแล้วที่จุดต่ำสุด R= 0. การสะท้อนเป็นศูนย์เกิดขึ้นเมื่อเฟสเคลื่อนผ่านความหนาของชั้นเท่ากับจำนวนเต็มของครึ่งรอบ

และคลื่นที่โผล่ขึ้นสู่ตัวกลางด้านบนหลังจากการสะท้อนต่อเนื่องสองครั้งจะอยู่ในแอนติเฟสและหักล้างซึ่งกันและกัน ในทางตรงกันข้าม คลื่นที่สะท้อนกลับทั้งหมดจะออกสู่ตัวกลางด้านล่างด้วยเฟสเดียวกัน และแอมพลิจูดของคลื่นที่ส่งกลับกลายเป็นค่าสูงสุด การส่งผ่านเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเต็มของครึ่งคลื่นพอดีกับความหนาของชั้น: d=ที่ไหน . =1,2,3,..., - ความยาวของคลื่นเสียงในวัสดุเลเยอร์ ดังนั้นชั้นที่เป็นไปตามเงื่อนไข (8) เรียกว่า ครึ่งคลื่น ความสัมพันธ์ (8) เกิดขึ้นพร้อมกับสภาวะของการมีอยู่ของคลื่นปกติในชั้นของเหลวอิสระ ด้วยเหตุนี้การส่งผ่านชั้นทั้งหมดจึงเกิดขึ้นเมื่อการแผ่รังสีตกกระทบทำให้เกิดคลื่นปกติในชั้นหนึ่งหรืออีกคลื่นหนึ่ง เนื่องจากการสัมผัสของชั้นกับของเหลวโดยรอบ คลื่นปกติจึงรั่ว: ระหว่างการแพร่กระจาย มันจะแผ่พลังงานของการแผ่รังสีที่ตกกระทบไปยังตัวกลางที่ต่ำกว่าอย่างสมบูรณ์
เมื่อของเหลวที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของชั้นแตกต่างกัน การปรากฏตัวของชั้นครึ่งคลื่นจะไม่มีผลกระทบต่อคลื่นตกกระทบ: การสะท้อนจากชั้นจะเท่ากับสัมประสิทธิ์ การสะท้อนจากขอบของของเหลวเหล่านี้เมื่ออยู่ตรง ติดต่อ. นอกเหนือจากชั้นครึ่งคลื่นในอะคูสติกเช่นเดียวกับในออปติกที่เรียกว่า ชั้นของคลื่นสี่ส่วนซึ่งมีความหนาตรงตามเงื่อนไข ( n= 1,2, ...). การเลือกอะคูสติกที่เหมาะสม. อิมพีแดนซ์ของชั้น คุณจะได้รับการสะท้อนเป็นศูนย์จากชั้นคลื่นด้วยความถี่ที่กำหนด ฉที่มุมหนึ่งของอุบัติการณ์บนชั้น ชั้นดังกล่าวใช้เป็นชั้นอะคูสติกป้องกันแสงสะท้อน
สำหรับการสะท้อนของคลื่นเสียงจากแผ่นของแข็งอนันต์ที่แช่อยู่ในของเหลว ธรรมชาติของการสะท้อนที่อธิบายข้างต้นสำหรับชั้นของเหลวจะคงไว้ตามเงื่อนไขทั่วไป ในระหว่างการสะท้อนซ้ำในจาน นอกจากคลื่นตามยาวแล้ว คลื่นเฉือนจะตื่นเต้นด้วย มุม และ ภายใต้ที่คลื่นตามยาวและตามขวางแพร่กระจายในจานตามลำดับ สัมพันธ์กับมุมตกกระทบตามกฎของสเนลล์ มุม และการพึ่งพาความถี่| R| จะแสดงเช่นเดียวกับในกรณีของการสะท้อนจากชั้นของเหลวระบบของการสลับสูงสุดและต่ำสุด การส่งผ่านที่สมบูรณ์ผ่านเพลตเกิดขึ้นเมื่อการแผ่รังสีตกกระทบกระตุ้นหนึ่งในคลื่นปกติที่อยู่ภายในซึ่งมีดังต่อไปนี้ คลื่นลูกแกะลักษณะจังหวะของ O. z. จากเลเยอร์หรือเพลทจะถูกลบออกเมื่อความแตกต่างระหว่างพวกเขาลดลง คุณสมบัติจากคุณสมบัติของสิ่งแวดล้อม อะคูสติกเพิ่มขึ้น และ | R(fd)|.

การสะท้อนของคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบ. ในความเป็นจริงมีเพียงคลื่นที่ไม่ใช่ระนาบเท่านั้น การสะท้อนของพวกมันสามารถลดลงเป็นภาพสะท้อนของคลื่นระนาบ สีเดียว คลื่นที่มีหน้าคลื่นตามอำเภอใจสามารถแสดงเป็นชุดของคลื่นระนาบที่มีความถี่วงกลมเหมือนกัน แต่มีค่าต่าง ทิศทางของเวกเตอร์คลื่น k หลัก ลักษณะของรังสีตกกระทบคือเชิงพื้นที่ - ชุดของแอมพลิจูด อา(k) คลื่นระนาบที่รวมกันเป็นคลื่นตกกระทบ หน้าท้อง ค่าของ k ถูกกำหนดโดยความถี่ ดังนั้นจึงไม่เป็นอิสระ เมื่อสะท้อนจากเครื่องบิน z= 0 ส่วนประกอบปกติ kzถูกกำหนดโดยองค์ประกอบสัมผัส k x , k y: k z=แต่ละอันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของรังสีตกกระทบ ตกลงบนส่วนต่อประสานที่มุมของตัวเองและสะท้อนออกมาอย่างอิสระจากคลื่นอื่น ฟิลด์ เอฟ( r) ของคลื่นสะท้อนเกิดขึ้นจากการทับซ้อนของคลื่นระนาบสะท้อนทั้งหมด และแสดงเป็นสเปกตรัมเชิงพื้นที่ของรังสีตกกระทบ A(k x , k y) coef. ภาพสะท้อน R(k x , k y):

บูรณาการขยายไปสู่ขอบเขตของค่าขนาดใหญ่โดยพลการ k xและ เค วาย .ถ้าสเปกตรัมเชิงพื้นที่ของรังสีตกกระทบมีส่วนประกอบ (เช่นเดียวกับการสะท้อนของคลื่นทรงกลม) ด้วย k x(หรือ k y) ขนาดใหญ่ จากนั้นในการก่อตัวของคลื่นสะท้อนนอกจากคลื่นที่มีจริง kzคลื่นที่ไม่สม่ำเสมอก็มีส่วนร่วมด้วยซึ่ง เค,-คุณค่าที่บริสุทธิ์ แนวทางนี้ซึ่งเสนอในปี 1919 โดย H. Weyl และพัฒนาเพิ่มเติมในการเป็นตัวแทนของเลนส์ฟูริเยร์ มีความสอดคล้องกัน คำอธิบายของการสะท้อนของคลื่นโดยพลการจากส่วนต่อประสานระนาบ
เมื่อพิจารณา O. z. นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใกล้รังสีได้ซึ่งขึ้นอยู่กับหลักการ อะคูสติกทางเรขาคณิตการแผ่รังสีของเหตุการณ์ถือเป็นชุดของรังสีที่มีปฏิสัมพันธ์กับส่วนต่อประสาน สิ่งนี้พิจารณาว่ารังสีตกกระทบไม่เพียงสะท้อนและหักเหตามปกติเท่านั้น โดยเป็นไปตามกฎของสเนลล์ แต่ยังทำให้ส่วนหนึ่งของรังสีที่ตกกระทบบนอินเทอร์เฟซในบางมุมทำให้เกิดความตื่นเต้นด้วย น. คลื่นด้านข้างเช่นเดียวกับการรั่วไหล (Rayleigh และอื่น ๆ ) หรือ waveguide ที่รั่ว (คลื่นลูกแกะ ฯลฯ ) การแพร่กระจายไปตามส่วนต่อประสาน คลื่นดังกล่าวจะถูกส่งอีกครั้งในตัวกลางและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคลื่นสะท้อน สำหรับการปฏิบัติของ การสะท้อนกลับเป็นทรงกลม คลื่นประสานกันทางเสียง คานส่วนจำกัดและลำแสงเสียงที่เน้น

การสะท้อนของคลื่นทรงกลม. ลวดลายสะท้อนแสงเป็นทรงกลม คลื่นที่สร้างขึ้นในของเหลว I โดยแหล่งกำเนิดจุด โอ้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างความเร็วของเสียง กับ 1 และ จาก 2 ถึงสัมผัสกับของเหลว I และ II (รูปที่ 7) ถ้า c t > c 2 แล้ววิกฤต ไม่มีมุมและการสะท้อนเกิดขึ้นตามกฎของธรณี อะคูสติก ในสภาพแวดล้อม ฉันมีทรงกลมสะท้อนแสง O" การสร้างภาพจินตภาพของแหล่งกำเนิดและคลื่นสะท้อนกลับเป็นส่วนหนึ่งของทรงกลมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่จุดหนึ่ง โอ".

ข้าว. 7. การสะท้อนของคลื่นทรงกลมที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิด: อู๋และ โอ"-แหล่งจินตภาพจริง 1 - ด้านหน้าของคลื่นทรงกลมสะท้อนกลับ 2 - หน้าคลื่นหักเห 3 - หน้าคลื่นด้านข้าง

เมื่อไร ค 2 ลิตรและมีเรื่องวิพากษ์วิจารณ์ มุมในตัวกลาง I นอกเหนือจากทรงกลมสะท้อน คลื่นองค์ประกอบอื่นของรังสีสะท้อนเกิดขึ้น รังสีตกกระทบบนอินเทอร์เฟซภายใต้วิกฤต มุมกระตุ้นคลื่นลูกที่สองในตัวกลางซึ่งแพร่กระจายด้วยความเร็ว กับ 2 ตามอินเทอร์เฟซและถูกปล่อยออกมาอีกครั้งในสื่อ I สร้างสิ่งที่เรียกว่า โอ้ พร้อมกัน OAแล้วก็ย้ายไปวันพุธที่ 1 ในสภาพทรุดโทรม จุดเชื่อมต่อจากจุด . dotochki จาก,ซึ่งในขณะนี้คือด้านหน้าของคลื่นหักเห NE เอียงไปที่ขอบเป็นมุมและขยายไปยังจุด ที่,ที่ผสานกับด้านหน้าของลูกแก้วสะท้อนแสง คลื่น ในอวกาศ หน้าคลื่นด้านข้างคือพื้นผิวของกรวยที่ถูกตัดทอนซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการหมุนของเซ็กเมนต์ SWรอบตรง โอ"เมื่อสะท้อนเป็นทรงกลม คลื่นในของเหลวจากพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นคล้ายกับรูปกรวย คลื่นเกิดขึ้นจากการกระตุ้นของคลื่น Rayleigh ที่รั่วที่ส่วนต่อประสาน สะท้อนแสงเป็นทรงกลม คลื่น - หนึ่งในการทดลองหลัก วิธีการของธรณีอะคูสติก แผ่นดินไหววิทยา ไฮโดรอะคูสติกส์ และอะคูสติกในมหาสมุทร

การสะท้อนของคานอะคูสติกของส่วนตัดขวาง. การสะท้อนของลำแสงเสียงที่เรียงกัน, wavefront to-rykh ในหลัก. ส่วนหนึ่งของลำแสงอยู่ใกล้กับแนวราบ เกิดขึ้นเกือบทุกมุมของอุบัติการณ์ราวกับว่าคลื่นระนาบสะท้อน เมื่อลำแสงสะท้อนหรือมุม Rayleigh ร่วมกับการสะท้อนแสงแบบพิเศษ จะเกิดเอฟเฟกต์ คลื่น Roley ด้านข้างหรือรั่ว สนามของลำแสงสะท้อนในกรณีนี้คือการวางซ้อนของลำแสงสะท้อนแบบพิเศษและคลื่นที่แผ่รังสี ขึ้นอยู่กับความกว้างของลำแสงและคุณสมบัติการยืดหยุ่นและความหนืดของสื่อที่อยู่ติดกัน การเลื่อนลำแสงด้านข้าง (ขนาน) เกิดขึ้นในระนาบอินเทอร์เฟซ (ที่เรียกว่า Schoch shift) (รูปที่ 8) หรือการขยายลำแสงอย่างมีนัยสำคัญและ รูปร่างผอมบาง

ข้าว. 8. การกระจัดด้านข้างของลำแสงระหว่างการสะท้อน: 1 - ลำแสงตกกระทบ; 2 - ลำแสงสะท้อนแสงแบบพิเศษ 3- ลำแสงสะท้อนจริง

โครงสร้าง เมื่อลำแสงตกกระทบที่มุม Rayleigh ธรรมชาติของการบิดเบือนจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างความกว้างของลำแสง . ฉายรังสี การทำให้หมาด ๆ ของคลื่น Rayleigh ที่รั่วไหล

ความยาวของคลื่นเสียงในของเหลวอยู่ที่ไหน แต่ -ตัวประกอบตัวเลขใกล้เคียงกับหนึ่ง หากความกว้างของลำแสงมากกว่าความยาวของรัศมีมาก ในกรณีของลำแสงแคบ เนื่องจากการปล่อยคลื่นพื้นผิวที่รั่วออกมาอีกครั้ง ลำแสงจะขยายกว้างขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและหยุดไม่สมมาตร (รูปที่ 9) ภายในบริเวณที่ถูกครอบครองโดยลำแสงสะท้อนแสงแบบพิเศษ อันเป็นผลมาจากการรบกวน ค่าต่ำสุดของแอมพลิจูดเป็นศูนย์เกิดขึ้น และลำแสงจะแยกออกเป็นสองส่วน ภาพสะท้อนแบบไม่สะท้อนแสงของคอลไลม์

ข้าว. 9. การสะท้อนของลำแสงเสียงที่มีส่วนตัดขวาง ตกกระทบจากของเหลว W สู่พื้นผิวของวัตถุแข็ง T ที่มุม Rayleigh: 1 - ลำแสงตกกระทบ 2 - ลำแสงสะท้อน; ก -พื้นที่ศูนย์แอมพลิจูด; ข- บริเวณหางของลำแสง

ในกรณีหลัง ลักษณะการสะท้อนแบบไม่พิเศษเกิดจากการกระตุ้นของโหมดท่อนำคลื่นที่รั่วในชั้นหรือเพลต คลื่นด้านข้างและรั่วมีบทบาทสำคัญในการสะท้อนของลำแสงอัลตราโซนิกที่โฟกัส โดยเฉพาะคลื่นเหล่านี้ถูกใช้ใน กล้องจุลทรรศน์สำหรับการก่อตัวของอะคูสติก ภาพและปริมาณการถือครอง ย่อ: 1) Brekhovskikh L. M. , Waves in layered media, 2nd ed., M. , 1973; 2) Landau L. D. , Lifshits E. M. , Hydrodynamics, 4th ed., M. , 1988; 3) Brekhovskikh L. M. , Godin O. A. , อะคูสติกของสื่อชั้น, วี.เอ็ม.เลวิน.

สารานุกรมทางกายภาพ ใน 5 เล่ม. - ม.: สารานุกรมโซเวียต. หัวหน้าบรรณาธิการ A.M. Prokhorov. 1988 .

ตาม UMC และคนอื่นๆ..

บทที่ 2: ปรากฏการณ์เสียง

หัวข้อ:

ประเภทบทเรียน: รวมกัน

จุดประสงค์ของบทเรียน: การศึกษาลักษณะของเสียงและปรากฏการณ์การสะท้อนเสียง

วัตถุประสงค์ของบทเรียน (นักเรียน): การได้มาซึ่งความรู้เกี่ยวกับลักษณะเสียงและการสะท้อนเสียง

วัตถุประสงค์ของบทเรียน: - เพื่อสร้างความรู้เกี่ยวกับลักษณะทางกายภาพ (แอมพลิจูด ความถี่) และลักษณะทางสรีรวิทยา (ความสูง ความดัง เสียงต่ำ) ของเสียง

พัฒนากิจกรรมการเรียนรู้สากลส่วนบุคคล ด้านกฎระเบียบ และการสื่อสาร

ปลูกฝังความสนใจทางปัญญา, ความอยากรู้, แรงจูงใจในเชิงบวกสำหรับการเรียนรู้

แผนที่ความปลอดภัยของบทเรียน

ผลลัพธ์ meta subject ที่วางแผนไว้:

นำเสนอข้อมูลในรูปแบบวาจาและกราฟิก

ยกตัวอย่างเสียงต่างๆ ระบุแหล่งที่มาของเสียงในแต่ละกรณี

คลื่นเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไร?

คุณรู้อะไรเกี่ยวกับความเร็วของคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ บ้าง?

ทำไมความเร็วของเสียงในน้ำจึงเร็วกว่าในอากาศ?

กิจกรรมทางปัญญา: การจัดระบบและความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับปรากฏการณ์เสียง แหล่งกำเนิดเสียง การแพร่กระจายและความเร็วของเสียง

กิจกรรมกำกับดูแล: การควบคุมตนเองและเพื่อนร่วมชั้นในกระบวนการทำซ้ำและแก้ไขความรู้พื้นฐาน

3. อัพเดทความรู้

ครู. มนุษย์อาศัยอยู่ในโลกแห่งเสียง เราได้ยินเสียงคน, เสียงนกร้อง, เสียงเครื่องดนตรี, เสียงป่า, เสียงเครื่องจักรทำงาน. เสียงเหล่านี้มีอะไรที่เหมือนกันและแตกต่างกันอย่างไร

นักเรียน.สิ่งที่พบบ่อยคือเสียงทั้งหมดเปล่งออกมาจากร่างกายที่สั่น (สายเสียงของมนุษย์ นก สายเครื่องดนตรี กิ่งไม้ ฯลฯ) และเสียงเหล่านี้อาจแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น ในความดังของเสียง

ครู.คุณคิดว่าอะไรเป็นตัวกำหนดระดับเสียงของเสียง? มันถูกกำหนดอย่างไร? คุณต้องการทราบคำตอบสำหรับคำถามนี้หรือไม่? ดีมาก. เราจะตอบคำถามที่เราสนใจโดยพิจารณาถึงลักษณะของเสียง เขียนหัวข้อบทเรียน “ความดังและระดับเสียง เสียงสะท้อน. วันนี้เราจะมาทำความคุ้นเคยกับลักษณะทางกายภาพและทางสรีรวิทยาของเสียง เรียนรู้ที่จะแยกแยะเสียงต่ำจากเสียงสูง เสียงดังจากเสียงเงียบ ค้นหาว่าเสียงต่ำคืออะไร และศึกษากฎการสะท้อนของคลื่นเสียงด้วย

ขั้นตอนที่ 4 การเรียนรู้สื่อการเรียนรู้ใหม่ๆ

4.1. การสร้างและแก้ปัญหาสถานการณ์โดยการทดลอง การทำให้เป็นจริงของประสบการณ์ส่วนตัว

ครู.มาดูกันว่าอะไรเป็นตัวกำหนดระดับเสียงของเสียง? ลองทำการทดลองต่อไปนี้

สาธิต. ตีก้านของส้อมเสียงด้วยค้อน นำลูกปัดบนด้ายไปที่ส้อมเสียง เราเห็นอะไรและทำไม?

นักเรียน. ลูกปัดกระดอนออกจากส้อมเสียงเพราะส้อมเสียงส่งเสียง ดังนั้นก้านปรับเสียงจึงสั่น

ครู. คุณคิดว่าระยะห่างของลูกปัดจากส้อมเสียงจะเปลี่ยนไปไหมถ้าฉันตีแรงขึ้น?

นักเรียน. ฉันคิดว่ายิ่งเราตีส้อมเสียงมากเท่าไหร่ ลูกปัดก็จะยิ่งเบี่ยงเบนมากขึ้นเท่านั้น

ครู.ลองตรวจสอบสมมติฐานของเรา (สาธิต) อะไรคือความแตกต่างระหว่างเสียงที่เกิดจากส้อมเสียง?

นักเรียน.ส้อมเสียงให้เสียงที่แตกต่างกัน ยิ่งเราตีโช้คแรงมากเท่าใด แอมพลิจูดของขาโช๊คปรับเสียงก็จะยิ่งสั่น ดังนั้นเสียงจะยิ่งดังขึ้น

ครู. การพึ่งพาปริมาตรของเสียงกับแอมพลิจูดของการแกว่งนั้นสามารถแสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจนโดยใช้ส้อมเสียงด้วยปากกา (ตามรูปที่ 137)

ตามกราฟิก การพึ่งพาอาศัยกันนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

ครู.ความดังของเสียงเป็นลักษณะทางสรีรวิทยาแรกของเสียง ซึ่งกำหนดโดยแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียง มาต่อกันที่ส่วนที่ 2 ของการทดลองของเรากัน มีส้อมเสียงสองอันบนโต๊ะสาธิต ความแตกต่างภายนอกของพวกเขาคืออะไร?

นักเรียน: มีขนาดต่างกัน มีน้ำหนักต่างกัน

ครู.สาธิต. ฉันเสนอให้สาธิตเสียงของส้อมเสียงเหล่านี้และแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลลัพธ์

นักเรียน.ส้อมเสียงเหล่านี้ให้เสียงที่แตกต่างกัน คนหนึ่งอยู่ต่ำ อีกคนอยู่สูง ฉันคิดว่ามันเกี่ยวข้องกับน้ำหนักของพวกเขา ด้วยแรงกระแทกที่เท่ากัน ขาของส้อมเสียงจะสั่นที่ความถี่ต่างกัน

ครู. เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ เราบันทึกการสั่นสะเทือนของส้อมเสียงบนจานสีเขม่า ส้อมเสียงอันแรกมีความถี่ต่ำกว่าและให้เสียงต่ำ ส้อมเสียงที่สองให้เสียงที่สูงขึ้น ดังนั้น ยิ่งความถี่ของการสั่นสูงเท่าใด เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้น

กราฟนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

ดังนั้นระยะพิทช์เป็นลักษณะทางสรีรวิทยาที่สองซึ่งกำหนดโดยความถี่ของการสั่นสะเทือน

เราจะไม่สับสนระหว่างเสียงแตรกับเสียงเปียโน เราจำเสียงแม่ของเราได้จากเสียงนับพัน เสียงต่ำช่วยให้เราแยกแยะเสียงหนึ่งออกจากเสียงอื่นได้

Timbre- คุณลักษณะเฉพาะของคลื่นเสียงที่ซับซ้อนเนื่องจากเสียงประกอบด้วยเสียงธรรมดาจำนวนหนึ่งที่มีความถี่ต่างกันนั่นคือมี "สี" บางอย่างนี่คือคุณภาพเสียงและเรียกว่าเสียงต่ำ . นี่เป็นอีกหนึ่งลักษณะทางสรีรวิทยาของเสียง

และตอนนี้ ลองตั้งชื่อเสียงของเครื่องดนตรีอะไรดี? (บันทึกด้วยคอมพิวเตอร์)

(คำตอบของนักเรียน)

ครู.ระดับเสียง ระดับเสียง และโทนเรียกว่าลักษณะทางสรีรวิทยาของเสียงเพราะเกี่ยวข้องกับการรับรู้ของเรา ลักษณะทางสรีรวิทยาของเสียงสัมพันธ์กับเสียงทางกายภาพ ซึ่งทำให้สามารถแยกแยะเสียงที่ดังจากเสียงที่เงียบ เสียงสูงจากเสียงต่ำ เสียงจากแหล่งต่างๆ ลักษณะทางกายภาพของเสียงคืออะไร?

นักเรียน.ลักษณะทางกายภาพของเสียง - แอมพลิจูดและความถี่

ครู. มาทำความรู้จักกับคุณสมบัติหลักของคลื่นเสียงกัน คลื่นเสียงสามารถสะท้อนและหักเหได้เช่นกัน คลื่นสะท้อนจากอุปสรรคเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด กฎการสะท้อนนี้เป็นกฎคลื่นทั่วไป กล่าวคือ ใช้ได้กับคลื่นใดๆ รวมทั้งเสียงและแสง เราจะสังเกตการสะท้อนของคลื่นจากหน้าจอในการทดลอง (ทดลองตามรูป 141) ประสบการณ์และการสังเกตพบว่าการสะท้อนของเสียงอยู่ภายใต้กฎข้อหนึ่ง: มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

ครู.มาตีความประสบการณ์บนกระดานแบบกราฟิกและสรุปความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบกับการสะท้อน

นักเรียน. มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ

ครู.เมื่อคลื่นเสียงแพร่กระจาย จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเสียงสะท้อน อธิบายโดยคุณสมบัติของคลื่นสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง

ในป่า ในภูเขา ในที่ร่ม บางครั้งคุณอาจได้ยินเสียงสะท้อนจากสิ่งกีดขวางบางชนิด (ป่า ภูเขา กำแพง) ถ้าคลื่นเสียงมากระทบเรา สะท้อนจากอุปสรรคเป็นชุดๆ เราก็จะได้ หลายรายการเสียงสะท้อน ธันเดอร์โรลมีที่มาที่ไปเหมือนกัน! นี่เป็นการทำซ้ำหลายครั้งของ "เสียงแตก" ที่รุนแรงมากของประกายไฟฟ้าขนาดใหญ่ของสายฟ้า

Echolocation ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการสะท้อนของเสียง

สัตว์บางชนิดใช้ echolocation เพื่อกำหนดระยะทาง ตัวอย่างเช่น โลมาที่ใช้ echolocation กำหนดภูมิประเทศด้านล่างและตำแหน่งของพี่น้องหรือเหยื่อของพวกมันอย่างแม่นยำมาก อินฟราซาวน์ที่ส่งออกโดยค้างคาวจะสะท้อนจากเหยื่อที่อาจเกิดขึ้นและหนูหยิบขึ้นมา เมื่อถึงเวลาบินของสัญญาณเสียง เมาส์จะกำหนดระยะห่างของวัตถุได้อย่างแม่นยำมาก

Echo sounders - อุปกรณ์พิเศษสำหรับกำหนดความลึกของทะเล - ยังใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนของเสียง ความลึกของทะเลบางครั้งเกิน 10 กม. และเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดความลึกดังกล่าวด้วยล็อตธรรมดา (สิ่งของที่ผูกติดอยู่กับเชือก) เครื่องสะท้อนเสียงสะท้อนจะปล่อยสัญญาณเสียงที่สั้นและสั้น จากนั้นจะจับเสียงสะท้อนที่สะท้อนจากก้นทะเล

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

4.2. งานอิสระของนักศึกษา

ในความต่อเนื่องของการพัฒนาหัวข้อและการดูดซึมของความรู้ใหม่ นักศึกษาจะได้รับเชิญให้ศึกษาเนื้อหาที่อยู่บนโต๊ะอย่างอิสระ

ครู.ศึกษาเนื้อหาเพิ่มเติม ดูภาพ ตอบคำถาม และดำเนินการตรวจสอบโดยเพื่อน

1) สาเหตุของการสูญเสียการได้ยินคืออะไร?

2) มาตรฐานที่กำหนดความดังของเสียงตาม SANPIN คืออะไร?

3) ดูภาพ ปริมาณดิสโก้เกินมาตรฐานเหล่านี้กี่เดซิเบล?

เสียงที่หูของมนุษย์รับรู้เป็นหนึ่งในแหล่งข้อมูลที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับโลกรอบตัวเรา หูเป็นอวัยวะที่ซับซ้อนและบอบบางที่สุดชนิดหนึ่ง รับรู้ทั้งเสียงที่อ่อนแอและหนักแน่นมาก อวัยวะของการได้ยินจะ "ตื่น" อยู่เสมอแม้ในเวลากลางคืน ในความฝัน อวัยวะนั้นจะได้รับสิ่งเร้าภายนอกตลอดเวลา เนื่องจากไม่มีอุปกรณ์ป้องกันใดๆ เช่น เปลือกตาที่ปกป้องดวงตาจากแสง ดังนั้นหูของมนุษย์จะต้องได้รับการปกป้องไม่เพียง แต่จากความเสียหายทางกลเท่านั้น แต่ยังต้องปกป้องจากเสียงดังด้วย!

ความรู้สึกไม่สบายทางเสียงสมัยใหม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่เจ็บปวดในสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น เสียงจากเครื่องบินไอพ่นที่บินได้ ส่งผลเสียต่อผึ้ง ทำให้สูญเสียความสามารถในการนำทาง เสียงเดียวกันนี้ฆ่าตัวอ่อนของผึ้ง ทำลายไข่นกในรังอย่างเปิดเผย ภายใต้อิทธิพลของเสียงที่รุนแรง วัวให้นมน้อยลง ไก่เร่งน้อยลง นกเริ่มลอกคราบอย่างเข้มข้น การงอกของเมล็ดล่าช้า และแม้แต่เซลล์พืชก็ถูกทำลาย ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ตัวอย่างเช่น ต้นไม้ในเมือง แม้แต่ในพื้นที่ "นอนหลับ" ก็ตายเร็วกว่าในสภาพธรรมชาติ

ในมหานครสมัยใหม่ เสียงรบกวนเพิ่มขึ้นหลายครั้ง หากในทศวรรษที่ 1960 และ 1970 ระดับเสียงบนท้องถนนไม่เกิน 80 dB ตอนนี้จะถึง 100 dB ขึ้นไป บนทางหลวงที่พลุกพล่านจำนวนมาก แม้ในเวลากลางคืน เสียงจะไม่ต่ำกว่า 70 เดซิเบล ในขณะที่ตามมาตรฐานด้านสุขอนามัย ไม่ควรเกิน 40 เดซิเบล

ในเมืองใหญ่ของรัสเซีย (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, นิจนีย์นอฟโกรอด, ครัสโนยาสค์, เยคาเตรินเบิร์ก, แมกนิโตกอร์สก์, ฯลฯ ) บนทางหลวงที่มีการจราจรหนาแน่น (มากถึง 6–8,000 คันต่อชั่วโมง) บันทึกระดับเสียงเฉลี่ย 73–83 เดซิเบล และสูงสุด - สูงถึง 90 dB หรือมากกว่า

สเตจ 5 การตรวจสอบความเข้าใจเบื้องต้นของสื่อที่ศึกษา

เป้า:สร้างความถูกต้องและความตระหนักรู้ของวัสดุที่ศึกษา ระบุช่องว่าง แก้ไขช่องว่างในการทำความเข้าใจเนื้อหา

วิธีการและเทคนิคในการดำเนินการ: นักเรียนเตรียมคำถาม ตัวอย่างการสังเกตเสียงสะท้อน เสียงของปริมาตรและความสูงต่างๆ ในธรรมชาติ การแก้ปัญหาเชิงคุณภาพเกี่ยวกับกฎการสะท้อน

6. ขั้นตอนการรวมสื่อการเรียน

เป้า:เพื่อให้แน่ใจว่า ในระหว่างการรวม ระดับความเข้าใจในเนื้อหาที่ศึกษาเพิ่มขึ้น ความลึกของความเข้าใจ

เพื่อรวบรวมและเพิ่มพูนความรู้ที่ได้รับ สมุดงานจะใช้: หมายเลข 000, 259 งานช่วยให้คุณใช้ความรู้เชิงทฤษฎีในทางปฏิบัติ

ด่าน 7 การบ้าน.

มีการเสนองานระดับความคิดสร้างสรรค์ให้กับผู้ที่พิจารณาว่าตนเองสามารถทำงานสร้างสรรค์ที่เป็นอิสระได้

ด่าน 8 สรุปบทเรียนและไตร่ตรอง

เป้า:ให้การประเมินคุณภาพของงานของชั้นเรียนและนักเรียนเป็นรายบุคคล เริ่มต้นการไตร่ตรองของนักเรียนเกี่ยวกับแรงจูงใจของกิจกรรมและการมีปฏิสัมพันธ์กับครูและเพื่อนร่วมชั้น

ครู.สรุปบทเรียนของเรา ตอนนี้เรารู้แล้วว่าระดับเสียง ความดัง และเสียงต่ำคืออะไร และมีลักษณะทางกายภาพปริมาณเท่าใด การสะท้อนของเสียงนั้นเป็นไปตามรูปแบบบางอย่างและสามารถนำไปสู่การสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นเสียงก้องได้ และเราก็คุ้นเคยกับการพิจารณาด้วย และการประยุกต์ใช้การสะท้อนเสียงในเทคโนโลยี

เสียงแพร่กระจายจากร่างกายที่เปล่งเสียงอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทางหากไม่มีสิ่งกีดขวางในเส้นทางของมัน แต่ไม่ใช่ทุกอุปสรรคที่จะจำกัดการแพร่กระจายได้ ไม่สามารถป้องกันเสียงจากกระดาษแข็งแผ่นเล็ก ๆ ได้เช่นเดียวกับจากลำแสง คลื่นเสียงก็เหมือนกับคลื่นอื่นๆ ที่สามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ สิ่งกีดขวาง "ไม่สังเกต" พวกมันหากมิติของมันเล็กกว่าความยาวคลื่น ความยาวของคลื่นเสียงที่ได้ยินในอากาศอยู่ในช่วงตั้งแต่ 15 ม. ถึง 0.015 ม. หากสิ่งกีดขวางในเส้นทางมีขนาดเล็กลง (เช่น ลำต้นของต้นไม้ในป่าโปร่งแสง) คลื่นก็จะเคลื่อนไปรอบๆ สิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ (กำแพงบ้าน, หิน) สะท้อนคลื่นเสียงตามกฎเดียวกับคลื่นแสง: มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน เสียงสะท้อนคือเสียงสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง

วิธีที่เสียงเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ปรากฏการณ์นี้ค่อนข้างซับซ้อน แต่เป็นไปตามกฎทั่วไป: เสียงจะไม่ผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหากความหนาแน่นต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น จากน้ำสู่อากาศ เมื่อเข้าถึงขอบเขตของสื่อเหล่านี้ก็สะท้อนออกมาเกือบหมด พลังงานส่วนเล็ก ๆ ของมันถูกใช้ไปกับการสั่นสะเทือนของชั้นผิวของตัวกลางอื่น เมื่อจุ่มศีรษะลงใต้ผิวน้ำ คุณจะยังคงได้ยินเสียงดัง แต่ที่ระดับความลึก 1 ม. คุณจะไม่ได้ยินอะไรเลย ปลาไม่ได้ยินเสียงที่ได้ยินเหนือผิวน้ำ แต่เสียงจากร่างกายที่สั่นสะเทือนในน้ำนั้นได้ยินได้ดี

ได้ยินเสียงผ่านผนังบาง ๆ เพราะมันทำให้สั่นสะเทือน และดูเหมือนว่าจะสร้างเสียงขึ้นมาใหม่ในอีกห้องหนึ่งแล้ว วัสดุกันเสียงที่ดี - ผ้าขนสัตว์ พรมขนแกะ ผนังที่ทำจากโฟมคอนกรีตหรือปูนปลาสเตอร์แห้งที่มีรูพรุน - ต่างกันตรงที่พวกมันมีส่วนเชื่อมต่อระหว่างอากาศกับตัวเครื่องที่แข็งแรง เมื่อผ่านแต่ละพื้นผิวเหล่านี้ เสียงจะสะท้อนซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่ยิ่งไปกว่านั้น ตัวกลางที่เสียงจะแผ่ขยายออกไป เสียงเดียวกันจะได้ยินได้ดีกว่าและไกลกว่าในอากาศบริสุทธิ์มากกว่าในหมอก ซึ่งจะถูกดูดซับโดยส่วนติดต่อระหว่างอากาศกับหยดน้ำ

คลื่นเสียงที่มีความถี่ต่างกันจะถูกดูดกลืนในอากาศต่างกัน แรง-เสียงสูง ต่ำ-ต่ำ เช่น เบส นั่นคือเหตุผลที่เสียงนกหวีดของเรือส่งเสียงต่ำเช่นนี้ (ความถี่ไม่เกิน 50 Hz): จะได้ยินเสียงต่ำในระยะไกลกว่า ระฆังขนาดใหญ่ในมอสโกเครมลินเมื่อยังคงแขวนอยู่บนหอระฆัง "อีวานมหาราช" ได้ยินมา 30 ไมล์ - มันฮัมด้วยเสียงประมาณ 30 เฮิร์ตซ์ (fa suboctave) อินฟราซาวน์ถูกดูดซึมได้น้อยลง โดยเฉพาะในน้ำ ปลาได้ยินพวกมันเป็นระยะทางหลายสิบกิโลเมตร แต่อัลตราซาวนด์ถูกดูดซึมเร็วมาก: อัลตราซาวนด์ที่มีความถี่ 1 MHz จะลดลงครึ่งหนึ่งในอากาศที่ระยะ 2 ซม. ในขณะที่เสียง 10 kHz จะลดลงครึ่งหนึ่งที่ 2200 ม.

พลังงานคลื่นเสียง

การเคลื่อนที่แบบโกลาหลของอนุภาคของสสาร (รวมถึงโมเลกุลของอากาศ) เรียกว่าความร้อน เมื่อคลื่นเสียงแพร่กระจายไปในอากาศ อนุภาคของคลื่นเสียงจะได้รับการเคลื่อนไหวเพิ่มเติม - การสั่นสะเทือนนอกเหนือจากความร้อน พลังงานสำหรับการเคลื่อนที่ดังกล่าวถูกส่งไปยังอนุภาคในอากาศโดยตัวสั่น (แหล่งกำเนิดเสียง) ในขณะที่มันสั่น พลังงานจะถูกส่งต่ออย่างต่อเนื่องจากมันไปยังอากาศโดยรอบ ยิ่งคลื่นเสียงผ่านไปมากเท่าไร คลื่นเสียงก็จะยิ่งอ่อนลงเท่านั้น สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับคลื่นเสียงในตัวกลางยืดหยุ่นอื่นๆ ในของเหลว ในโลหะ

เสียงแพร่กระจายอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทางและในแต่ละช่วงเวลาชั้นของอากาศอัดที่เกิดขึ้นจากรูปแบบแรงกระตุ้นแบบเดียวกับที่เคยเป็นคือพื้นผิวของลูกบอลซึ่งอยู่ตรงกลางซึ่งมีวัตถุที่ส่งเสียง รัศมีและพื้นผิวของ "ลูกบอล" นั้นเติบโตอย่างต่อเนื่อง พลังงานจำนวนเท่ากันตกลงบนพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้นของ "ลูกบอล" พื้นผิวของลูกบอลเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของรัศมี ดังนั้นปริมาณพลังงานของคลื่นเสียงที่ส่งผ่าน กล่าวคือ ผ่านพื้นผิวหนึ่งตารางเมตร เป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากตัวที่ส่งเสียง ดังนั้นเสียงจะเบาลงในระยะไกล นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N. A. Umov ได้นำแนวคิดเรื่องฟลักซ์ความหนาแน่นของพลังงานมาสู่วิทยาศาสตร์ นอกจากนี้ยังสะดวกในการวัดความแรง (ความเข้ม) ของเสียงตามขนาดของการไหลของพลังงาน ฟลักซ์ความหนาแน่นของพลังงานในคลื่นเสียงคือปริมาณพลังงานที่ผ่านต่อวินาทีผ่านพื้นผิวหน่วยในแนวตั้งฉากกับทิศทางของคลื่น ยิ่งการไหลของความหนาแน่นของพลังงานมากเท่าใด ความแรงของเสียงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การไหลของพลังงานมีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m²)