Βασικές αρχές της διάδοσης του ήχου. ηχητική αντανάκλαση

Ας βάλουμε μια επίπεδη πλάκα στη διαδρομή των κυμάτων σε ένα λουτρό νερού, το μήκος του οποίου είναι μεγάλο σε σύγκριση με το μήκος κύματος. Θα δούμε το εξής. Πίσω από την πλάκα, προκύπτει μια περιοχή στην οποία η επιφάνεια του νερού παραμένει σχεδόν σε ηρεμία (Εικ. 83). Με άλλα λόγια, η πλάκα δημιουργεί μια σκιά - ένα χώρο όπου τα κύματα δεν διαπερνούν. Μπροστά από την πλάκα, μπορεί κανείς να δει καθαρά πώς αντανακλώνται τα κύματα από αυτήν, δηλ. τα κύματα που προσπίπτουν στην πλάκα δημιουργούν κύματα που προέρχονται από την πλάκα. Αυτά τα ανακλώμενα κύματα έχουν τη μορφή ομόκεντρων τόξων, που τρέχουν σαν από ένα κέντρο που βρίσκεται πίσω από την πλάκα. Μπροστά από την πλάκα υπάρχει ένα είδος πλέγματος πρωτογενών κυμάτων που προσπίπτουν στην πλάκα και ανακλώμενων κυμάτων που προέρχονται από αυτήν προς τα προσπίπτοντα.

Πώς αλλάζει η κατεύθυνση διάδοσης του κύματος όταν ανακλάται;

Ας δούμε πώς ανακλάται ένα επίπεδο κύμα. Ας υποδηλώσουμε τη γωνία που σχηματίζεται από την κάθετο στο επίπεδο του «καθρέφτη» μας (πλάκα) και τη διεύθυνση διάδοσης του προσπίπτοντος κύματος διαμέσου (Εικ. 84), και τη γωνία που σχηματίζεται από την ίδια κάθετο και τη διεύθυνση διάδοσης του το ανακλώμενο κύμα που διαπερνά. Η εμπειρία δείχνει ότι για οποιαδήποτε θέση του «καθρέφτη», δηλαδή, η γωνία ανάκλασης του κύματος από το ανακλαστικό επίπεδο είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης.

Ρύζι. 83. Σκιά που ρίχνει ένα μεγάλο πιάτο

Ρύζι. 84. Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης

Αυτός ο νόμος ανάκλασης είναι ένας γενικός νόμος κυμάτων, δηλαδή ισχύει για οποιαδήποτε κύματα, συμπεριλαμβανομένου και του ήχου και του φωτός. Ο νόμος παραμένει έγκυρος για σφαιρικά (ή δακτυλιοειδή) κύματα, όπως φαίνεται από το Σχ. 85. Εδώ η γωνία ανάκλασης σε διαφορετικά σημεία του ανακλώμενου επιπέδου είναι διαφορετική, αλλά σε κάθε σημείο είναι ίση με τη γωνία.

Ρύζι. 85. Ο νόμος της ανάκλασης πληρούται σε κάθε σημείο του ανακλαστικού επιπέδου

Η ανάκλαση των κυμάτων από τα εμπόδια είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα φαινόμενα. Η γνωστή ηχώ οφείλεται στην ανάκλαση ηχητικών κυμάτων από κτίρια, λόφους, δάση κ.λπ. Αν μας φτάνουν ηχητικά κύματα διαδοχικά ανακλώμενα από μια σειρά από εμπόδια, τότε προκύπτει πολλαπλή ηχώ. Τα Thunder rolls έχουν την ίδια προέλευση. Πρόκειται για πολλαπλή επανάληψη ενός πολύ δυνατού «κρακ» ενός τεράστιου ηλεκτρικού σπινθήρα – κεραυνού. Οι μέθοδοι εντοπισμού που αναφέρονται στην § 35 βασίστηκαν στην ανάκλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ελαστικών κυμάτων από εμπόδια. Ιδιαίτερα συχνά παρατηρούμε το φαινόμενο της ανάκλασης στα φωτεινά κύματα.

Το ανακλώμενο κύμα είναι πάντα εξασθενημένο σε κάποιο βαθμό σε σύγκριση με το προσπίπτον κύμα. Μέρος της ενέργειας του προσπίπτοντος κύματος απορροφάται από το σώμα από την επιφάνεια του οποίου εμφανίζεται η ανάκλαση. Τα ηχητικά κύματα αντανακλώνται καλά από σκληρές επιφάνειες (σοβάς, παρκέ) και πολύ χειρότερα από μαλακές επιφάνειες (μοκέτες, κουρτίνες κ.λπ.).

Οποιοσδήποτε ήχος δεν σταματά αμέσως μετά τη σιωπή της πηγής του, αλλά σβήνει σταδιακά. Η αντανάκλαση του ήχου στα δωμάτια προκαλεί ένα μετα-ηχητικό φαινόμενο που ονομάζεται αντήχηση. Σε άδεια δωμάτια, η αντήχηση είναι υψηλή. παρατηρούμε ένα είδος έκρηξης. Εάν υπάρχουν πολλές απορροφητικές επιφάνειες στο δωμάτιο, ειδικά οι μαλακές (επικαλυμμένα έπιπλα, ρούχα ανθρώπων, κουρτίνες κ.λπ.), τότε δεν παρατηρείται άνθηση. Στην πρώτη περίπτωση, λαμβάνεται ένας μεγάλος αριθμός ηχητικών ανακλάσεων πριν απορροφηθεί σχεδόν πλήρως η ενέργεια του ηχητικού κύματος, στη δεύτερη, η απορρόφηση γίνεται πολύ πιο γρήγορα.

Η αντήχηση παίζει σημαντικό ρόλο στην ηχητική ποιότητα ενός δωματίου και παίζει σημαντικό ρόλο στην αρχιτεκτονική ακουστική. Για ένα δεδομένο δωμάτιο (κοινό, αίθουσα, κ.λπ.) και ένα δεδομένο είδος ήχου (ομιλία, μουσική), η απορρόφηση πρέπει να επιλεγεί ειδικά. Δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλο ώστε να μην λαμβάνεται ένας θαμπός, "νεκρός" ήχος, αλλά όχι πολύ μικρός, ώστε μια μακρά αντήχηση να μην διαταράσσει την καταληπτότητα της ομιλίας ή τον ήχο της μουσικής.

Ακουστική δωματίου (γεωμετρική θεωρία)

Γεωμετρική (ακτινική) θεωρία

Βασικές διατάξεις. Η γεωμετρική (ακτινική) θεωρία των ακουστικών διεργασιών στα δωμάτια βασίζεται στους νόμους της γεωμετρικής οπτικής. Η κίνηση των ηχητικών κυμάτων θεωρείται παρόμοια με την κίνηση των ακτίνων φωτός. Σύμφωνα με τους νόμους της γεωμετρικής οπτικής, όταν ανακλάται από επιφάνειες καθρέφτη, η γωνία ανάκλασης b είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης a και οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Αυτό ισχύει εάν οι διαστάσεις των ανακλώσιμων επιφανειών είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος και οι διαστάσεις των επιφανειακών ανωμαλιών είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος.

Η φύση της ανάκλασης εξαρτάται από το σχήμα της ανακλώσας επιφάνειας. Όταν αντανακλάται από μια επίπεδη επιφάνεια (Εικ. 7, α), εμφανίζεται μια φανταστική πηγή I, η θέση της οποίας γίνεται αισθητή από το αυτί, ακριβώς όπως το μάτι βλέπει μια φανταστική πηγή φωτός σε έναν καθρέφτη. Αντανάκλαση από μια κοίλη επιφάνεια (Εικ. 7, β) οδηγεί σε εστίαση των ακτίνων στο σημείο I. Οι κυρτές επιφάνειες (κολώνες, παραστάδες, μεγάλα καλούπια, πολυέλαιοι) διαχέουν ήχο (Εικ. 7, γ).

Ο ρόλος των αρχικών αντανακλάσεων. Σημαντική για την ακουστική αντίληψη είναι η καθυστέρηση των ανακλώμενων ηχητικών κυμάτων. Ο ήχος που εκπέμπεται από την πηγή φτάνει σε ένα εμπόδιο (για παράδειγμα, έναν τοίχο) και αντανακλάται από αυτό. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές με απώλεια μέρους της ενέργειας με κάθε ανάκλαση. Οι πρώτοι καθυστερημένοι παλμοί, κατά κανόνα, φτάνουν στις θέσεις των ακροατών (ή στη θέση του μικροφώνου) μετά από αντανάκλαση από την οροφή και τους τοίχους της αίθουσας (στούντιο).

Λόγω της αδράνειας της ακοής, ένα άτομο έχει την ικανότητα να διατηρεί (ενσωματώνει) ακουστικές αισθήσεις, να τις συνδυάζει σε μια γενική εντύπωση εάν δεν διαρκούν περισσότερο από 50 ms (ακριβέστερα, 48 ms). Επομένως, ένας χρήσιμος ήχος που ενισχύει τον αρχικό ήχο περιλαμβάνει όλα τα κύματα που φτάνουν στο αυτί εντός 50 ms μετά τον αρχικό ήχο. Μια καθυστέρηση 50 ms αντιστοιχεί σε διαφορά διαδρομής 17 μ. Οι συγκεντρωμένοι ήχοι που φτάνουν αργότερα γίνονται αντιληπτοί ως ηχώ. Οι αντανακλάσεις από εμπόδια που ταιριάζουν στο καθορισμένο χρονικό διάστημα είναι χρήσιμες, επιθυμητές, καθώς αυξάνουν την αίσθηση της έντασης κατά τιμές έως και 5 - 6 dB, βελτιώνουν την ποιότητα του ήχου, δίνοντας στον ήχο "ζωντάνια", "πλαστικότητα", " ογκώδης". Τέτοιες είναι οι αισθητικές εκτιμήσεις των μουσικών.

Μελέτες των αρχικών αντανακλάσεων με τη μέθοδο της ακουστικής μοντελοποίησης πραγματοποιήθηκαν στο Research Film and Photo Institute (NIKFI) υπό τη διεύθυνση του A. I. Kacherovich. Μελετήθηκε η επιρροή στην ποιότητα του ήχου του λόγου και της μουσικής σχήματος, έντασης, γραμμικών διαστάσεων, τοποθέτησης ηχοαπορροφητικών υλικών. Έχουν ληφθεί ενδιαφέροντα αποτελέσματα.

Η κατεύθυνση άφιξης των αρχικών αντανακλάσεων παίζει σημαντικό ρόλο. Εάν τα καθυστερημένα σήματα, π.χ. Δεδομένου ότι όλες οι πρώτες αντανακλάσεις φτάνουν στον ακροατή από την ίδια κατεύθυνση με το άμεσο σήμα, το αυτί σχεδόν δεν διακρίνει τη διαφορά στην ποιότητα του ήχου σε σύγκριση με τον ήχο μόνο του άμεσου ήχου. Υπάρχει η εντύπωση ενός «επίπεδου» ήχου, χωρίς ένταση. Εν τω μεταξύ, ακόμη και η άφιξη μόνο τριών καθυστερημένων σημάτων σε διαφορετικές κατευθύνσεις, παρά την απουσία διαδικασίας αντήχησης, δημιουργεί την επίδραση του χωρικού ήχου. Η ποιότητα του ήχου εξαρτάται από τις κατευθύνσεις και με ποια σειρά έρχονται οι καθυστερημένοι ήχοι. Εάν η πρώτη ανάκλαση προέρχεται από την μπροστινή πλευρά, ο ήχος επιδεινώνεται και εάν από την πίσω πλευρά, επιδεινώνεται απότομα.

Ο χρόνος καθυστέρησης των αρχικών ανακλάσεων ως προς τη στιγμή άφιξης του άμεσου ήχου και μεταξύ τους είναι αρκετά σημαντικός. Η διάρκεια της καθυστέρησης πρέπει να είναι διαφορετική για τον καλύτερο ήχο του λόγου και της μουσικής. Καλή καταληπτότητα της ομιλίας επιτυγχάνεται εάν το πρώτο καθυστερημένο σήμα φτάσει το αργότερο 10 - 15 ms μετά το άμεσο και και τα τρία θα πρέπει να καταλαμβάνουν ένα χρονικό διάστημα 25 - 35 ms. Κατά την αναπαραγωγή μουσικής, η καλύτερη αίσθηση χωρικότητας και «διαφάνειας» επιτυγχάνεται εάν η πρώτη αντανάκλαση φτάσει στον ακροατή όχι νωρίτερα από 20 ms και όχι αργότερα από 30 ms μετά το άμεσο σήμα. Και τα τρία καθυστερημένα σήματα θα πρέπει να εντοπίζονται στο χρονικό διάστημα 45 - 70 ms. Το καλύτερο χωρικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται εάν τα επίπεδα των καθυστερημένων αρχικών σημάτων διαφέρουν ελαφρώς μεταξύ τους και από το επίπεδο του άμεσου σήματος.

Όταν συνδέεται με τη δομή των αρχικών ανακλάσεων (πρώτη, δεύτερη, τρίτη) της υπόλοιπης ηχούς, ο πιο ευνοϊκός ήχος λαμβάνεται όταν το δεύτερο μέρος της διαδικασίας ξεκινά μετά από όλες τις διακριτές αντανακλάσεις. Η σύνδεση της διαδικασίας αντήχησης (απόκρισης) αμέσως μετά το άμεσο σήμα υποβαθμίζει την ποιότητα του ήχου.

Όταν παρέχεται η βέλτιστη δομή των αρχικών (πρώιμων) αντανακλάσεων, ο ήχος της μουσικής παραμένει καλός ακόμη και με σημαντική (κατά 10 - 15%) απόκλιση του χρόνου αντήχησης από τον προτεινόμενο. Η επίτευξη της βέλτιστης καθυστέρησης των ανακλώμενων σημάτων σε σχέση με τον άμεσο ήχο θέτει μια απαίτηση για την ελάχιστη ένταση του δωματίου, η οποία δεν συνιστάται να παραβιαστεί. Εν τω μεταξύ, κατά το σχεδιασμό ενός δωματίου, οι διαστάσεις του επιλέγονται με βάση μια δεδομένη χωρητικότητα, δηλ. λύσει το πρόβλημα καθαρά οικονομικά, κάτι που είναι λάθος. Ακόμη και σε μια μικρή αίθουσα συναυλιών, η βέλτιστη δομή των πρώιμων αντανακλάσεων μπορεί να επιτευχθεί μόνο με ένα δεδομένο ύψος και πλάτος της αίθουσας μπροστά από τη σκηνή, λιγότερο από το οποίο είναι αδύνατο να κατέβει κανείς. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι ο ήχος μιας συμφωνικής ορχήστρας σε μια αίθουσα με χαμηλό ταβάνι είναι σημαντικά χειρότερος από μια αίθουσα με ψηλή οροφή.

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν κατέστησαν δυνατή την ανάπτυξη συστάσεων σχετικά με τον χρόνο καθυστέρησης και το μέγεθος της αίθουσας. Λήφθηκε υπόψη ότι το πρώτο καθυστερημένο σήμα, κατά κανόνα, προέρχεται από την οροφή, το δεύτερο - από τα πλευρικά τοιχώματα, το τρίτο - από τον πίσω τοίχο της αίθουσας. Οι διαφορετικές απαιτήσεις για το χρόνο καθυστέρησης των αρχικών ανακλάσεων εξηγούνται από τις ιδιαιτερότητες της ομιλίας και των μουσικών ήχων και τη διαφορά στα ακουστικά προβλήματα που επιλύονται.

Τύπος ήχου
Ομιλία
ΜΟΥΣΙΚΗ

Για να επιτευχθεί καλή κατανοητή ομιλία, οι καθυστερήσεις πρέπει να είναι σχετικά μικρές. Όταν ακούγεται μουσική, είναι απαραίτητο να τονιστεί η μελωδική αρχή· για να εξασφαλιστεί η ενότητα των ήχων, απαιτείται μεγαλύτερος χρόνος καθυστέρησης των αρχικών αντανακλάσεων. Από αυτό ακολουθήστε τις συνιστώμενες διαστάσεις των αιθουσών συναυλιών: το ύψος και το πλάτος δεν είναι μικρότερα από 9 και 18,5 m, αντίστοιχα, και όχι περισσότερα από (στην πύλη) 9 και 25 m.

Είναι δυνατή η αύξηση του ύψους και του πλάτους της αίθουσας σε κάποιο βαθμό μόνο σε απόσταση από την πύλη της σκηνής (σκηνή), υπερβαίνοντας περίπου το 1/4 - 1/3 του συνολικού μήκους της αίθουσας: ύψος έως 10,5 m, πλάτος έως 30 μ. Το μήκος της αίθουσας επιλέγεται λαμβάνοντας υπόψη την ανάγκη λήψης επαρκούς άμεσης ηχητικής ενέργειας στις πιο απομακρυσμένες θέσεις ακρόασης. Με βάση αυτή την περίσταση, συνιστάται να επιλέξετε το μήκος της αίθουσας στο παρτέρι όχι περισσότερο από 40 m και στο μπαλκόνι - 46 m.

Ο πίνακας παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη γεωμετρία ορισμένων αιθουσών, οι ακουστικές ιδιότητες των οποίων θεωρούνται καλές (n - η χωρητικότητα της αίθουσας, lп - η μεγαλύτερη απόσταση του ακροατή από τη σκηνή στους πάγκους, lb - το ίδιο στο μπαλκόνι , Dt1 - ο χρόνος καθυστέρησης της πρώτης ανάκλασης).

Αίθουσα στήλης του Σώματος των Συνδικάτων, Μόσχα
Μεγάλη Αίθουσα του Ωδείου της Μόσχας
Μικρή αίθουσα του Ωδείου της Μόσχας
Αίθουσα του Ακαδημαϊκού Παρεκκλησιού, Αγία Πετρούπολη
Μέγαρο Μουσικής, Βοστώνη
Μέγαρο Μουσικής, Νέα Υόρκη
Μέγαρο Μουσικής, Σάλτσμπουργκ
Μέγαρο Μουσικής, Καράκας

Έτσι, οι ελάχιστες διαστάσεις ενός δωματίου για την αναπαραγωγή μουσικής (ύψος και πλάτος) δεν σχετίζονται με τη χωρητικότητά του, αλλά καθορίζονται από την απαραίτητη δομή των αρχικών αντανακλάσεων. Ακόμα κι αν το δωμάτιο προορίζεται για την εκτέλεση μουσικής απουσία ακροατών (στούντιο ηχογράφησης, στούντιο μετάδοσης ήχου, στούντιο ηχογράφησης μουσικής, αίθουσα ακρόασης στούντιο ταινιών), το μέγεθός του πρέπει να καθορίζεται μόνο από την ποιότητα ήχου της μουσικής. "Εξοικονομήστε" σε αυτά τα μεγέθη - υποβαθμίστε σημαντικά την ποιότητα του ήχου.

Ιστορικά παραδείγματα. Από τα θρησκευτικά και θεαματικά κτίρια που έχουν διασωθεί ως την εποχή μας, φαίνεται ότι οι βασικές διατάξεις της θεωρίας των ακτίνων ήταν γνωστές στους αρχαίους οικοδόμους και ότι αυτές οι διατάξεις τηρούνταν αυστηρά. Τα μεγέθη των ελληνικών και ρωμαϊκών υπαίθριων θεάτρων επιλέχθηκαν για να αξιοποιήσουν στο έπακρο την ενέργεια των ανακλώμενων κυμάτων.

Τα θέατρα περιείχαν τρία κύρια μέρη:

• Μια σκηνή (shena) με βάθος 3,5 - 4 m στην Ελλάδα και 6 - 8 m στη Ρώμη, στην οποία παίχτηκε μια θεατρική δράση.
• Η πλατφόρμα μπροστά από τη σκηνή - η ορχήστρα (ορχήστρα κυριολεκτικά "τόπος χορού"), στην οποία βρισκόταν η χορωδία και οι χορευτές έπαιξαν.
• Οι θέσεις του κοινού ανεβαίνουν σταδιακά γύρω από την ορχήστρα, σχηματίζοντας το λεγόμενο αμφιθέατρο (από τις ελληνικές λέξεις amphi - "και στις δύο πλευρές", "γύρω" και theatron - "τόπος θεαμάτων").

Οι ήχοι από τους ερμηνευτές έφτασαν στο κοινό, που βρίσκεται στο αμφιθέατρο, απευθείας 1, καθώς και μετά από αντανακλάσεις από την επιφάνεια της ορχήστρας (δοκός 2) και τον τοίχο 3, που βρίσκεται πίσω από τη σκηνή (Εικ. 9, α). Το επίπεδο της ορχήστρας ήταν καλυμμένο με ένα ιδιαίτερα ανακλαστικό υλικό. Όπως τόνισε ο Βιτρούβιος, το ύψος του τοίχου 3 θα πρέπει να επιλεγεί ίσο με το ύψος του στηθαίο 4, το οποίο περικλείει την επάνω σειρά του αμφιθεάτρου, «για να βελτιωθεί η ακουστική». Προφανώς, ήταν θέμα αποτροπής της υπερβολικής διασποράς της ηχητικής ενέργειας στο διάστημα. Το βάθος της σκηνής στα ελληνικά θέατρα ήταν μικρό, ώστε οι ακτίνες 5 που αντανακλώνται από τον πίσω τοίχο να μην καθυστερούν πολύ σε σχέση με την άμεση δέσμη 1 και να μην αλλοιώνουν την καταληπτότητα της ομιλίας των ηθοποιών. Μέρος της ηχητικής ενέργειας, που αντανακλάται από τους τοίχους 3 και 4, ανέβηκε. Στις σύγχρονες κλειστές αίθουσες θεάτρου, αυτή η ενέργεια αντανακλάται στην οροφή και αυξάνει την ένταση του ήχου στα καθίσματα του κοινού. Στην ορχήστρα γίνονταν χοροί και εντοπίστηκε χορωδία που επαναλάμβανε τα αντίγραφα των ηθοποιών, δηλ. εκτελώντας το έργο της ενίσχυσης του ήχου. Όταν η χορωδία βρίσκεται στο σημείο 1, οι ηχητικές ακτίνες, που αντανακλώνται από τον τοίχο 3 (Εικ. 9, β), έρχονται στον θεατή με μεγάλη χρονική καθυστέρηση, προκαλώντας ηχώ. Για να μειωθεί αυτό το μειονέκτημα στα ρωμαϊκά θέατρα, η χορωδία άρχισε να βρίσκεται πιο κοντά στη σκηνή, στο σημείο 2. Στη συνέχεια, για να κατευθύνουν την ενέργεια προς το κοινό, άρχισαν να χρησιμοποιούν αντανακλάσεις από τη σκηνή (το ύψος της στα ρωμαϊκά θέατρα έφτασε τα 3,5 μέτρα). , και οι χορευτές κατέλαβαν το κενό μέρος της ορχήστρας. Στα σύγχρονα θέατρα, οι μουσικοί είναι μπροστά στη σκηνή και τους έχει περάσει το όνομα του χώρου που καταλαμβάνουν.

Ρύζι. εννέα

Ιδιαίτερο ρόλο στην ενίσχυση και τον εμπλουτισμό του ήχου έπαιξαν τα λεγόμενα «αρμονικά» - συστήματα αντηχείων με τη μορφή χάλκινων κυλινδρικών αγγείων και πήλινων κανατών αμφορέων. Βρίσκονταν σε κόγχες στον τοίχο πίσω από τα καθίσματα και κάτω από τα παγκάκια. Οι Έλληνες πίστευαν ότι για την ευφωνία του λόγου και της μουσικής, τα αντηχεία έπρεπε να επιλέγονται ή να κουρδίζονται σύμφωνα με τους τόνους της μουσικής κλίμακας: εναρμονική, χρωματική και διατονική.

• Το πρώτο σύστημα, σύμφωνα με τους δημιουργούς τους, έδωσε στους ήχους επισημότητα και αυστηρότητα.
• Το δεύτερο, χάρη στις «συνωστισμένες» νότες, είναι η φινέτσα, η τρυφερότητα στον ήχο.
• Το τρίτο -λόγω της συνοχής των διαστημάτων- η φυσικότητα της μουσικής παράστασης.

Προφανώς, κατά την κατασκευή των θεάτρων, οι αρχαίοι αρχιτέκτονες αναζήτησαν και βρήκαν τεχνικούς τρόπους για να μεταφέρουν στο κοινό και τους ακροατές όχι μόνο σημασιολογικές (σημασιολογικές), αλλά και καλλιτεχνικές (αισθητικές) πληροφορίες και προσπάθησαν να εμπλουτίσουν τον μουσικό ήχο.

Οι αίθουσες θεάτρων και συναυλιών του 18ου και 19ου αιώνα διακρίνονταν για την ορθολογική τους μορφή και τα σοφά επιλεγμένα μεγέθη τους. Τον 20ο αιώνα χτίστηκαν σε διάφορες χώρες μια σειρά από ακουστικά καλές αίθουσες θεάτρων και συναυλιών.

Κακές αποφάσεις. Φαίνεται ότι η εμπειρία που συσσωρεύτηκε κατά τη διάρκεια των χιλιετιών θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί από σύγχρονους αρχιτέκτονες και κατασκευαστές. Εν τω μεταξύ, παραδείγματα μη ικανοποιητικών ακουστικών λύσεων πολλαπλασιάζονται, για παράδειγμα, η κατασκευή αιθουσών με στρογγυλό ή ελλειπτικό σχήμα (κινηματογράφος Coliseum στην Αγία Πετρούπολη, αίθουσα συναυλιών Tchaikovsky στη Μόσχα κ.λπ.). Σχηματίζουν ζώνες εστίασης των ανακλώμενων ακτίνων και ζώνες στις οποίες οι ανακλώμενες ακτίνες είτε δεν πέφτουν είτε πέφτουν με μεγάλη χρονική καθυστέρηση. Σε μια αίθουσα που είναι στρογγυλή σε κάτοψη (Εικ. 10 στα δεξιά), η δοκός 1 που εφάπτεται στον τοίχο παραμένει στη ζώνη κοντά στον τοίχο κατά τις επόμενες αντανακλάσεις. Οι δοκοί 2, που διαδίδονται κατά προσέγγιση σε μια διαμετρική κατεύθυνση, μετά την ανάκλαση σχηματίζουν μια εικονική εικόνα της πηγής I ", στην οποία η ένταση του ήχου, όπως στη δακτυλιοειδή ζώνη κοντά στον τοίχο, αυξάνεται. Αίθουσες με επίπεδη οροφή και πύλη χαμηλής σκηνής δεν είναι ικανοποιητικές (Εικ. 11, α) Η ζώνη ABC αποδεικνύεται ότι είναι ένα είδος παγίδας για ένα σημαντικό μέρος της ενέργειας που εκπέμπεται από την πηγή ήχου. Μόνο η ζώνη DE δίνει χρήσιμες αντανακλάσεις, αλλά πέφτουν μόνο στο απομακρυσμένο τμήμα του Η αίθουσα EC. Προτιμάται ο σχεδιασμός με διάχυτη οροφή (Εικ. 11,β), ακουστικό κέλυφος και γείσο (Εικ. 11, γ).

Εικόνα 11

Ακουστικά μη ικανοποιητικό ήταν το περίφημο Albert Hall του Λονδίνου, πλάτους 56 μ. και ύψους 39 μ. Λόγω του ασυνήθιστα υψηλού ύψους της αίθουσας, η διαφορά διαδρομής μεταξύ του άμεσου ήχου και των ήχων που αντανακλώνται από την οροφή έφτασε τα 60 μέτρα, γεγονός που οδήγησε σε καθυστέρηση σχεδόν 200 ms. Το κέντρο της καμπυλότητας της κοίλης οροφής βρισκόταν στην περιοχή που καταλάμβαναν οι ακροατές, γεγονός που προκάλεσε έντονη ηχώ.

Ένα παράδειγμα μιας αποτυχημένης ακουστικής λύσης είναι η Μεγάλη Αίθουσα του Κεντρικού Θεάτρου του Ρωσικού Στρατού (TsTRA). Τα κύρια μειονεκτήματα της αίθουσας είναι: ένα μεγάλο πλάτος, ίσο με 42 m στη μέση της αίθουσας, και μια υπερβολικά ψηλή οροφή - στην πύλη 18 m πάνω από την ταμπλέτα σκηνής (Εικ. 12). Οι αντανακλάσεις από τους πλευρικούς τοίχους δεν φτάνουν στο κεντρικό τμήμα της αίθουσας και οι πρώτες αντανακλάσεις από την οροφή φτάνουν στη μέση των πάγκων με καθυστέρηση μεγαλύτερη από 35 ms. Ως αποτέλεσμα, η ευκρίνεια της ομιλίας στους πάγκους είναι χαμηλή, παρά την εγγύτητα των ηθοποιών με το κοινό. Το σχήμα του πίσω τοίχου της αίθουσας και του στηθαίου του μπαλκονιού είναι μέρος ενός κύκλου, το κέντρο του οποίου βρίσκεται στο προσκήνιο στο σημείο Ο. Οι ήχοι που αντανακλώνται από τον πίσω τοίχο και το στηθαίο του μπαλκονιού επιστρέφουν στο το ίδιο σημείο και ακούγονται ως ισχυρή ηχώ, γιατί η καθυστέρηση ξεπερνά τα 50 ms. Όταν ο ηθοποιός μετακινείται στο σημείο AND, οι συζευγμένες εστίες ΚΑΙ" και AND" μετατοπίζονται στο έδαφος. Ως αποτέλεσμα, η ηχώ εμφανίζεται στις πρώτες σειρές των πάγκων.

Μια φορά κι έναν καιρό, η αίθουσα συνελεύσεων του MTUCI διακρινόταν από καλή ακουστική, όπου πραγματοποιούνταν ακόμη και συμφωνικές συναυλίες, που μεταδίδονταν στο ραδιόφωνο. Οι ακουστικές συνθήκες επιδεινώθηκαν σημαντικά μετά την ανακαίνιση της αίθουσας. Άλλαξε ο σχεδιασμός του κιγκλιδώματος του μπαλκονιού, στο βάθος του οποίου τοποθετήθηκε αντανακλαστική ασπίδα. Οι έντονες αντανακλάσεις από το στηθαίο και την ασπίδα επιδείνωσαν τον ήχο στους πάγκους. Λόγω των μεγάλων καθυστερήσεων, η ευκρίνεια της ομιλίας έχει μειωθεί.

Ένα παράδειγμα αποτυχημένης ακουστικής λύσης είναι το Κεντρικό Μέγαρο Μουσικής του ξενοδοχείου Rossiya στη Μόσχα. Το τετράγωνο σχήμα της αίθουσας οδήγησε σε εξάντληση του φυσικού φάσματος συχνοτήτων, η χαμηλή οροφή δημιουργεί μια μικρή καθυστέρηση στις πρώτες αντανακλάσεις και το μεγάλο πλάτος της αίθουσας οδηγεί στο γεγονός ότι οι αντανακλάσεις από τους τοίχους δεν πέφτουν στην πρώτη οι μισοί πάγκοι. Τρεις φορές προσπάθησαν να βελτιώσουν τον ήχο αντικαθιστώντας ηχοαπορροφητικά υλικά και τοποθετώντας τα στην αίθουσα. Ωστόσο, δεν ήταν δυνατό να αντισταθμιστεί η εσκεμμένα αποτυχημένη αρχική μορφή της αίθουσας.

Ρύζι. 12

Ακόμη και σε δωμάτια με σωστά επιλεγμένο σχήμα και γραμμικές διαστάσεις, οι αναλογίες των οποίων πλησιάζουν τη «χρυσή τομή», εντοπίζονται ηχητικά ελαττώματα, η εξάλειψη των οποίων απαιτεί πολύ χρόνο, κόπο και χρήμα. Τα στούντιο εκπομπής ήχου και τηλεόρασης χρειάζονται προσεκτική προετοιμασία για την κανονική λειτουργία. Ένα παράδειγμα είναι το σύνολο εργασιών για την προετοιμασία του στούντιο N5 του Κρατικού Οίκου Ραδιοφωνικής Εκπομπής και Ηχογράφησης (GDRZ). Το στούντιο προορίζεται για την εκτέλεση έργων μεγάλων μορφών με τη συμμετοχή συμφωνικής ορχήστρας και χορωδίας παρουσία ακροατών. Οι γραμμικές του διαστάσεις (29,8 x 20,5 x 14 m) σχεδόν αντιστοιχούν στη «χρυσή τομή», ο εκτιμώμενος χρόνος αντήχησης στις μεσαίες συχνότητες είναι 2,3 s. Λόγω του μεγάλου ύψους και πλάτους, ο χρόνος άφιξης των αρχικών ανακλάσεων δεν είναι ο βέλτιστος. Για να μειωθεί το μήκος των διαδρομών των ανακλώμενων ακτίνων, στερεώθηκαν ανακλαστικά πάνελ πάνω από τη θέση της ορχήστρας και στα πλευρικά τοιχώματα. Χρειάστηκαν αρκετές φορές η αλλαγή της θέσης των πάνελ και η μείωση της περιοχής των ηχοαπορροφητικών δομών προτού οι μουσικοί και οι ηχολήπτες αναγνωρίσουν την ποιότητα του ήχου ως καλή. Αυτό το παράδειγμα δείχνει πόσο λεπτή και σχολαστική είναι η ακουστική ρύθμιση των δωματίων.

Υπάρχουν αίθουσες σχεδιασμένες για μικρό αριθμό ακροατών, αντίστοιχα, μικρή περιοχή και χαμηλή. Οι συγγραφείς τους, προφανώς, πίστευαν ότι με το μικρό μέγεθος της αίθουσας «όλα θα ακουστούν καλά». Στην πραγματικότητα, σε τέτοιες αίθουσες, σχηματίζεται μια πυκνή δομή αρχικών αντανακλάσεων στις θέσεις ακρόασης. Εξαιτίας αυτού, με σύντομο χρόνο αντήχησης, ο ήχος αποδεικνύεται "επίπεδος", παρόμοιος με τον ήχο στον ανοιχτό αέρα και με μεγάλο χρόνο αντήχησης, χάνεται η "διαφάνεια" του ήχου και η κάλυψη του αρχίζουν οι επόμενοι μουσικοί ήχοι από τους προηγούμενους.

Επίσης μη ικανοποιητικές ως επί το πλείστον είναι οι λεγόμενες αίθουσες συνελεύσεων. Προορίζονται για συναντήσεις, δηλ. να ηχήσει ομιλία. Η χαμηλή οροφή, οι λείοι παράλληλοι τοίχοι, χωρίς ακουστικά φινιρίσματα δημιουργούν μη βέλτιστες αρχικές αντανακλάσεις. Οι προσπάθειες να πραγματοποιηθούν συναυλίες σε αυτά δεν φέρνουν επιτυχία. Η μουσική ακούγεται άσχημα. Το χειρότερο από όλα είναι ότι οι συναυλίες σε τέτοιες αίθουσες χαλάνε το κοινό. Η ακουστική των λεγόμενων «συναυλιακών-αθλητικών» αιθουσών είναι κάτω από κάθε κριτική.

Στη χώρα μας, ο «αγώνας ενάντια στις αρχιτεκτονικές υπερβολές» έχει επιφέρει μεγάλη ζημιά στην ποιότητα των αιθουσών θεάτρου και συναυλιών. Όλες οι κατασκευές ηχοδιασκορπισμού και ηχοαπορρόφησης, ακόμη και τα ταπετσαρισμένα καθίσματα, σχεδιασμένα να χρησιμεύουν ως το ισοδύναμο των απόντες θεατών, χαρακτηρίστηκαν «υπερβολές». Ως αποτέλεσμα, οι θέσεις ακρόασης έχουν κακή δομή αρχικών ανακλάσεων, χαμηλή διάχυση και με μερική πλήρωση - υπερβολικό «μπουμ».

Οι καλύτερες αίθουσες. Η Αίθουσα Στήλων του Σώματος των Ενώσεων, η Μεγάλη και η Μικρή Αίθουσα του Ωδείου της Μόσχας, η Μεγάλη Αίθουσα της Φιλαρμονικής της Αγίας Πετρούπολης και κάποιες άλλες αίθουσες του παλιού κτιρίου παραμένουν αξεπέραστες σε ποιότητα ήχου.

Στα επιτεύγματα της εγχώριας αρχιτεκτονικής ακουστικής περιλαμβάνονται τα αμφιθέατρα του Παιδικού Μουσικού Θεάτρου, του Θεάτρου. Ευγ. Vakhtangov, Δραματικό Θέατρο της Μόσχας. ΟΠΩΣ ΚΑΙ. Πούσκιν, το Παλάτι Πολιτισμού ZiL, τα στούντιο της Κρατικής Ηχογράφησης, το στούντιο ηχογράφησης και την αίθουσα ακρόασης Mosfilm. Κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή τους λήφθηκαν υπόψη οι πρόνοιες και οι συστάσεις των εγχώριων και ξένων ακουστικών.

Σε αυτές τις αίθουσες πληρούνται οι απαιτήσεις της γεωμετρικής ακουστικής: το σχήμα και οι διαστάσεις επιλέγονται ορθολογικά, γεγονός που εξασφάλιζε υψηλό βαθμό διάχυσης πεδίου και βελτιστοποίηση των χρόνων καθυστέρησης των αρχικών ανακλάσεων. Σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγονται οι αρχιτεκτονικές και πολεοδομικές λύσεις τους. Στις αίθουσες μικρού σχετικά πλάτους δίνεται το σχήμα ενός ορθογώνιου παραλληλεπιπέδου. Τέτοιες είναι οι Μεγάλες και Μικρές Αίθουσες του Ωδείου της Μόσχας, η Μεγάλη Αίθουσα του Σώματος των Επιστημόνων της Μόσχας. Με μικρό πλάτος, ο αριθμός των αντανακλάσεων που φτάνουν στις θέσεις του ακροατή αυξάνεται γρήγορα με το χρόνο και στο τελευταίο μέρος της διαδικασίας αντήχησης είναι τόσο μεγάλος που παρέχει καλή διάχυση του πεδίου. Σε αίθουσες μεγάλου πλάτους (Αίθουσα στήλης της Βουλής των Ενώσεων, Μεγάλη Αίθουσα της Φιλαρμονικής της Αγίας Πετρούπολης), εισήχθησαν δομές διάχυσης του ήχου με τη μορφή μιας σειράς κιόνων. Στις σύγχρονες αίθουσες μεγάλης χωρητικότητας, η καλή διασπορά του ήχου επιτυγχάνεται με τη διαίρεση τοίχων και των οροφών και την εγκατάσταση μεγάλων επιφανειών διασποράς στους τοίχους.

Το υλικό με το οποίο έχουν τελειώσει οι τοίχοι και η οροφή είναι σημαντικό. Το ξύλο είναι το καλύτερο. Ο ήχος της μουσικής στις αίθουσες διακοσμημένες με ξύλο διακρίνεται από έναν όμορφο χρωματισμό ηχοχρώματος. Αντίθετα, οι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα, ιδιαίτερα οι λεπτές, και ο σοβάς σε πλέγμα αλυσίδας αντενδείκνυνται πλήρως. Οι ήχοι που αντανακλώνται από αυτές τις επιφάνειες έχουν μια δυσάρεστη "μεταλλική" απόχρωση.

συμπέρασμα

Οι τρεις θεωρίες που εξετάζονται από διαφορετικές οπτικές γωνίες εξηγούν τις ακουστικές διεργασίες που συμβαίνουν στις εγκαταστάσεις. Από αυτά, μόνο ένα - στατιστικό - σας επιτρέπει να προσδιορίσετε μια αριθμητικά σημαντική τιμή που χαρακτηρίζει τις ακουστικές ιδιότητες του δωματίου - τον χρόνο αντήχησης. Κάποιος θα πρέπει μόνο συνειδητά, κριτικά να αντιμετωπίσει την αριθμητική αξιολόγηση που προκύπτει, να κατανοήσει ότι στις περισσότερες περιπτώσεις, ειδικά όταν εξετάζουμε μεγάλες εγκαταστάσεις, είναι ενδεικτική.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες απόψεις, συνηθίζεται να χωρίζουμε τη διαδικασία της ηχούς, της αντήχησης σε δύο μέρη: αρχικούς, σχετικά σπάνιους καθυστερημένους παλμούς και μια ακολουθία παλμών που είναι πιο συμπαγής στο χρόνο. Το πρώτο μέρος της ηχούς αξιολογείται από τη σκοπιά της γεωμετρικής (ακτίνων) θεωρίας, το δεύτερο - από τη σκοπιά της στατιστικής θεωρίας.

Η γεωμετρική θεωρία είναι περισσότερο εφαρμόσιμη στην ανάλυση ακουστικών διεργασιών σε μεγάλες αίθουσες - αίθουσες συναυλιών και θεάτρων, μεγάλα στούντιο. Οι βέλτιστες διαστάσεις της αίθουσας (στούντιο) καθορίζονται με βάση την ανάλυση των αρχικών αντανακλάσεων. Όταν σχεδιάζετε μεγάλα δωμάτια, ο υπολογισμός του χρόνου αντήχησης μπορεί να δώσει ένα αποτέλεσμα που διαφέρει σημαντικά από το πραγματικό και το πιο σημαντικό, αυτή η τιμή δεν σας επιτρέπει να αξιολογήσετε πλήρως την ακουστική ποιότητα του δωματίου. Σε μια τέτοια εκτίμηση, οι αρχικές αντανακλάσεις παίζουν τον κύριο ρόλο. Ο σωστός χρονισμός των αρχικών ανακλάσεων εξασφαλίζει υψηλή ποιότητα ήχου ακόμα και όταν ο χρόνος αντήχησης δεν είναι ο βέλτιστος.

Οι στατιστικές και οι θεωρίες κυμάτων εφαρμόζονται ιδιαίτερα σε σχετικά μικρά δωμάτια, όπως στούντιο εκπομπής ήχου και αμφιθέατρα για διάφορους σκοπούς. Τα αποτελέσματα αυτών των θεωριών φαίνεται να αλληλοσυμπληρώνονται. Το πρώτο καθιστά δυνατή την εκτίμηση του χρόνου αντήχησης, το δεύτερο - τον υπολογισμό του φάσματος των φυσικών (συντονιζόμενων) συχνοτήτων, προσαρμόστε τις διαστάσεις του δωματίου έτσι ώστε το φάσμα των φυσικών συχνοτήτων στην περιοχή χαμηλής συχνότητας να είναι πιο ομοιόμορφο.

Θα ήταν πολύ ενδιαφέρον και σημαντικό να συνδυάσουμε τις διατάξεις των ακουστικών θεωριών, να δημιουργήσουμε μια ενοποιημένη θεωρία που να εξηγεί από μια γενική θέση τις περίπλοκες ακουστικές διεργασίες που συμβαίνουν σε δωμάτια διαφορετικών σκοπών, διαφορετικών σχημάτων και μεγεθών. Αλλά μέχρι να επιτευχθεί αυτό, μένει να χρησιμοποιήσουμε συνειδητά τις υπάρχουσες θεωρίες και να επιτύχουμε τις καλύτερες λύσεις με τη βοήθειά τους.

Βιβλιογραφία

• Ακουστική: Εγχειρίδιο / εκδ. Μ.Α. Sapozhkov. - Μ.: Ραδιόφωνο και επικοινωνία, 1989.
• Brekhovskikh L.M. Διάδοση κυμάτων σε πολυεπίπεδα μέσα. - Μ.-Λ.: Εκδ. Ακαδημία Επιστημών της ΕΣΣΔ, 1958.
• Dreyzen I.G. Μάθημα ηλεκτροακουστικής, μέρος 1. - M .: Svyazradioizdat, 1938.
• Dreyzen I.G. Ηλεκτροακουστική και εκπομπή ήχου. - M.: Svyazizdat, 1951.
• Emelyanov E.D. Συστήματα ήχου για θέατρα και αίθουσες συναυλιών. - Μ.: Τέχνη, 1989.
• Κοντυούρη Λ. Ακουστική στις κατασκευές. - Μ.: Stroyizdat, Ι960.
• Makrinenko L.I. Ακουστική δημόσιων χώρων. - Μ.: Stroyizdat, 1986.
• Morse F. Ταλαντώσεις και ήχος. - M.-L.: Gostekhizdat, 1949.
• Sapozhkov M.A. Ηχομόνωση χώρων. - Μ.: Επικοινωνία, 1979.
• Skuchik E. Βασικές αρχές της ακουστικής. - Μ.: Εκδ. ξένο φωτ., 1959.
• Strutt J.W. (Λόρδος Rayleigh). Θεωρία του ήχου. - Μ.: GITTL, 1955.
• Furduev V.V. Ηλεκτροακουστική. - Μ.-Λ.: OGIZ-GITTL. 1948.
• Furduev V.V. Ακουστικές αρχές της εκπομπής. - M.: Svyazizdat, 1960.
• Furduev V.V. Μοντελοποίηση στην αρχιτεκτονική ακουστική // Technique of cinema and TV, 1966. N 10

Διεύθυνση διαχείρισης ιστότοπου:

ΔΕΝ ΒΡΗΚΑΤΕ ΑΥΤΟ ΠΟΥ ΨΑΧΝΑΤΕ? GOOGLED:

Κατά τη διάρκεια του μαθήματος, όλοι θα μπορούν να πάρουν μια ιδέα για το θέμα «Αντανάκλαση των κυμάτων. Αντήχηση ήχου. Σε αυτό το μάθημα, θα εξερευνήσουμε ένα τόσο ενδιαφέρον φαινόμενο ανάκλασης κυμάτων όπως η ηχώ και θα υπολογίσουμε τις απαραίτητες συνθήκες για την εμφάνισή του. Θα πραγματοποιήσουμε επίσης μια συναρπαστική εμπειρία με ένα μουσικό πιρούνι συντονισμού για να κατανοήσουμε καλύτερα τι είναι ηχητική αντήχηση.

Ολοκληρώνουμε, λοιπόν, το Κεφάλαιο 7 - «Ταλαντώσεις και κύματα»- με ενδιαφέροντα φαινόμενα. Αυτή είναι η αντανάκλαση των κυμάτων και ο συντονισμός του ήχου. Γνωρίζετε ότι σε ένα άδειο δωμάτιο, στα βουνά ή κάτω από τους θόλους ενός κτιρίου κάποιου είδους καμάρας, μπορείτε να παρατηρήσετε ένα υπέροχο φαινόμενο - μια ηχώ. Τι είναι η ηχώ; Ηχώ- Πρόκειται για το φαινόμενο της ανάκλασης ηχητικών κυμάτων από πυκνά αντικείμενα. Πότε μπορεί ένα άτομο να ακούσει μια ηχώ; Αποδεικνύεται ότι για να μπορεί ένα άτομο να διακρίνει (το ακουστικό του θα μπορούσε να διακρίνει δύο σήματα), είναι απαραίτητο η χρονική καθυστέρηση να είναι 0,06 δευτερόλεπτα. Ας υπολογίσουμε: η ταχύτητα διάδοσης του κύματος είναι 340 m/s στον αέρα, ώστε να μπορείτε να υπολογίσετε την απόσταση από το αντικείμενο από το οποίο θα ανακλαστεί το κύμα. Θα πρέπει να είναι σαφές: όταν πολλαπλασιάζουμε την ταχύτητα με αυτήν την τιμή, την καθυστέρηση, παίρνουμε 20,4 m. L=V. ∆t = 340 m/s 0,06 m/s = 20,4 m.

Αλλά, καταλαβαίνετε ότι η ανάκλαση είναι η κίνηση ενός κύματος προς τη μία κατεύθυνση, μετά υφίσταται ανάκλαση προς την άλλη, οπότε η απόσταση που λάβαμε μπορεί να διαιρεθεί με ασφάλεια στο μισό και να βάλει ένα άτομο σε απόσταση από το φράγμα από το οποίο ο ήχος θα αντανακλάται και, στη συνέχεια, μπορείτε να ακούσετε ηχώ. Χρειάζεστε επίσης μια καλά ανακλαστική επιφάνεια, γιατί εάν, για παράδειγμα, το δωμάτιο είναι αρκετά μεγάλο, είναι γεμάτο με πολλά έπιπλα (επικαλυμμένα έπιπλα) και ανθρώπους, τότε όλα αυτά τα αντικείμενα απορροφούν το ηχητικό κύμα, οπότε η ηχώ δεν διακρίνεται. Απλώς δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια για ένα ηχητικό κύμα να έχει αυτό το φαινόμενο. Πού χρησιμοποιείται αυτό το φαινόμενο; Φυσικά, είναι διασκεδαστικό να ακούς την ηχώ στα βουνά, είναι υπέροχο να τραγουδάς κάτω από μουσικές καμάρες, που χρησιμοποιούνται συχνά στην αρχιτεκτονική του 19ου αιώνα, αλλά υπάρχουν πραγματικές συσκευές που χρησιμοποιούν αυτήν την ιδιότητα. Για παράδειγμα, ένα ηχείο. Αν τώρα διπλώνω τα χέρια μου έτσι, αμέσως ακούσατε ότι ο ήχος μου έγινε πιο δυνατός, αν και οι άνθρωποι που θα στέκονταν στο πλευρό μου, ο ήχος από τις φωνητικές μου χορδές θα ήταν πολύ πιο ήσυχος. Επομένως, εμφανίζεται ένα ενδιαφέρον φαινόμενο: τα τοιχώματα της κόρνας ενισχύουν το ηχητικό κύμα, αυξάνοντας την ισχύ του σήματος. Τι είναι το ηχώ; Αυτή είναι μια σύνθετη λέξη που προέρχεται από δύο λέξεις: "ηχώ" - "αντανάκλαση", "πολύ" - μια συσκευή που μετρά το βάθος μιας δεξαμενής. Πολλά είναι μια απλή πέτρα στο σχοινί ενός ψαρά. Το ηχώ για άτομα που πλέουν σε μεγάλα πλοία διατάσσεται ως εξής. Κάτω από την πλευρά του πλοίου υπάρχει ένας δέκτης και μια πηγή ηχητικών κυμάτων. Ένα ηχητικό κύμα ταξιδεύει από την πηγή του ηχητικού κύματος, φτάνει στον πυθμένα, ανακλάται και εισέρχεται στον δέκτη των ηχητικών κυμάτων. Ο χρόνος είναι σταθερός, ο οποίος περνά μεταξύ του σήματος και της επιστροφής του. ∆t = 0,06 s. Και η απόσταση, η οποία προκύπτει από έναν τέτοιο υπολογισμό, διαιρείται στο μισό και βρίσκουμε το βάθος της δεξαμενής. Οι ηχούς χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε συχνότητες ήχου, αλλά και σε υπέρηχους ή υπέρηχους. Συζητήσαμε στην τελευταία παράγραφο πώς χρησιμοποιείται. Η αρχή είναι η ίδια. Χρησιμοποιείται το φαινόμενο της ανάκλασης ηχητικών κυμάτων. Ας δούμε ένα άλλο ενδιαφέρον ηχητικό φαινόμενο - αυτό ηχητική αντήχηση. Υπενθυμίζω: πρόκειται για το φαινόμενο της αύξησης του πλάτους των εξαναγκασμένων ταλαντώσεων, ενώ παρατηρείται η συχνότητα των φυσικών ταλαντώσεων του συστήματος και των εξαναγκασμένων. Σας θυμίζω: κάθε σύστημα που μπορεί να ταλαντωθεί έχει τη δική του συχνότητα. Αυτή η συχνότητα σχηματίζεται από τον ίδιο τον σχεδιασμό της συσκευής, η οποία μπορεί να ταλαντώνεται. Εάν κάνουμε αυτή τη συσκευή να ταλαντώνεται με μια εξωτερική δύναμη που έχει ακριβώς μια τέτοια συχνότητα εξαναγκασμένων ταλαντώσεων n 0 = n VIN, θα αυξηθούν οι ηχητικές δονήσεις, επειδή η αύξηση του πλάτους συνεπάγεται αύξηση του ήχου, της ενεργειακής ισχύος. Για να εξηγήσετε αυτό το φαινόμενο λεπτομερώς για να καταλάβετε τι σημαίνει απήχηση , θα δουλέψουμε με μια τέτοια ειδική συσκευή που χρησιμοποιείται στη μουσική. Αυτή η συσκευή ονομάζεται πιρούνι συντονισμού. Το πιρούνι είναι κατασκευασμένο από χάλυβα και έχει φυσική συχνότητα που αντιστοιχεί στη νότα la σε αυτό το πείραμα. Ένα ειδικό κουτί αντηχείου επιλέχθηκε για αυτό το πιρούνι συντονισμού, με δοκιμή και λάθος, με μαθηματικούς υπολογισμούς. Τι είδους κουτί είναι αυτό; Τι κάνει με τον ήχο, θα το δούμε τώρα στην πράξη. Μπροστά μας είναι ένα πιρούνι συντονισμού. Έχω ένα λαστιχένιο σφυρί με το οποίο θα προκαλέσουμε κραδασμούς. Αυτό το πιρούνι συντονισμού θα έχει εξαναγκασμένους κραδασμούς. Αρχικά, για να καταλάβω σε τι χρησιμεύει το κουτί αντηχείου, θα προσπαθήσω να καλύψω το κουτί αντηχείου με ένα απλό φύλλο χαρτιού όπως αυτό. Ακούστε προσεκτικά τι θα συμβεί στον ίδιο τον ήχο. Αν παρατηρήσετε κάτι, ας επαναλάβουμε την εμπειρία ξανά. Θα προσπαθήσω να προκαλέσω μια πιο σοβαρή ταλάντωση αυξάνοντας την ενέργεια στο σύστημα. Έτσι, το κιβώτιο αντηχείου αυξάνει το πλάτος των ταλαντώσεων που προκύπτουν. Πώς το κάνει; Αναδιανέμει την ενέργεια που βάζω στο σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι το πιρούνι συντονισμού στο κιβώτιο αντηχείου προκαλεί δόνηση του ηχείου του κουτιού και του αέρα που βρίσκεται μέσα σε αυτό το κουτί. Οι δονήσεις προστίθενται και ενισχύουν τον ήχο. Ταυτόχρονα, στη χώρα μας τηρείται ο νόμος διατήρησης της ενέργειας, δηλ. με ένα κουτί αντηχείου, το πιρούνι συντονισμού ακούγεται λιγότερο στο χρόνο, αλλά πιο δυνατό. Ας συνεχίσουμε το πείραμα. Ας δούμε πώς μπορούμε να σταματήσουμε αυτή την ηχητική δόνηση. Άγγιξα τα πόδια του πιρουνιού συντονισμού και ο συντελεστής εξασθένησης αυτού του συστήματος έγινε πολύ μεγάλος, η ταλάντωση σταμάτησε σχεδόν αμέσως. Και πάλι, χωρίς δισταγμό. Τώρα θα δούμε το φαινόμενο του συντονισμού, τι γίνεται αν πάρω ακριβώς το ίδιο, έχοντας ακριβώς την ίδια συχνότητα ήχου, άλλο ένα πιρούνι συντονισμού. Κοιτάξτε, τα κουτιά αντηχείου θα κατευθύνονται το ένα προς το άλλο, έτσι ώστε το διάκενο αέρα να είναι ασήμαντο και για να μην εξασθενούν οι δονήσεις και το αποτέλεσμα είναι μέγιστο. Άρα, προκαλώ ταλαντώσεις σε αυτό το συντονιστικό πιρούνι. Το ηχητικό κύμα διαδίδεται, πηγαίνει στο διάστημα και εάν η συχνότητα είναι ακριβώς η ίδια για το πιρούνι συντονισμού, τότε θα πρέπει να εμφανιστεί συντονισμός. Για να δούμε, μπορώ να ακούσω το δεύτερο πιρούνι συντονισμού. Ας το επαναλάβουμε ξανά: το κουρδιστήρι ηχεί, έχει σταματήσει να ακούγεται. Ας ελέγξουμε, ίσως έχω ένα ειδικό πιρούνι συντονισμού στα αριστερά. Ας προσπαθήσουμε να προκαλέσουμε ταλάντωση στη δεύτερη διχάλα συντονισμού και ας ακούσουμε τι θα γίνει με την πρώτη. Υπάρχει διακύμανση. Έτσι, η συνθήκη συντονισμού πληρούται: οι συχνότητες συμπίπτουν, το πλάτος αυξάνεται. Το σύστημα ανταποκρίνεται επιλεκτικά σε εξωτερικές διακυμάνσεις. Επιλέγει μόνο τη συχνότητα στην οποία συντονίζεται. Ας το ελέγξουμε αυτό, αν τώρα αλλάξω τη συχνότητα ταλάντωσης ενός από τα πιρούνια συντονισμού (απλώς βιδώνω τον συμπλέκτη εδώ), το σώμα που ταλαντώνεται θα αλλάξει σε μάζα, και θα αλλάξει η συχνότητά του. Επομένως, δεν θα υπάρξει απήχηση. Είμαι σίγουρος γι' αυτό, ας ελέγξουμε εμπειρικά αν είναι όντως έτσι. Δεν υπάρχει αντήχηση και επομένως ούτε ήχος. Για να δούμε, αν το κάνω με την αντίστροφη σειρά, αν ακούγεται αυτό το πιρούνι συντονισμού, τότε ίσως σας εξαπατώ, θα δούμε. Δεν υπήρχε απήχηση.

Έτσι, σήμερα μελετήσαμε σημαντικά ηχητικά φαινόμενα. Αυτή είναι η αντανάκλαση των ηχητικών κυμάτων και το φαινόμενο του συντονισμού του ήχου. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας.

Ο ήχος διαδίδεται από το σώμα που ηχεί ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, εάν δεν υπάρχουν εμπόδια στην πορεία του. Αλλά δεν μπορεί κάθε εμπόδιο να περιορίσει την εξάπλωσή του. Ο ήχος δεν μπορεί να προστατευθεί από ένα μικρό φύλλο χαρτονιού, όπως από μια δέσμη φωτός. Τα ηχητικά κύματα, όπως όλα τα κύματα, είναι σε θέση να περιφέρουν εμπόδια, να μην τα "παρατηρούν" εάν οι διαστάσεις τους είναι μικρότερες από το μήκος κύματος. Το μήκος των ηχητικών κυμάτων που ακούγονται στον αέρα κυμαίνεται από 15 μ. έως 0,015 μ. Αν τα εμπόδια στο πέρασμά τους είναι μικρότερα (για παράδειγμα, κορμοί δέντρων σε ελαφριά δάση), τότε τα κύματα απλώς τα περιτριγυρίζουν. Ένα μεγάλο εμπόδιο (ένας τοίχος ενός σπιτιού, ένας βράχος) αντανακλά τα ηχητικά κύματα σύμφωνα με τον ίδιο νόμο με τα κύματα φωτός: η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης. Η ηχώ είναι η αντανάκλαση του ήχου από τα εμπόδια.

Ο τρόπος που ο ήχος μετακινείται από το ένα μέσο στο άλλο. Αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά περίπλοκο, αλλά υπακούει στον γενικό κανόνα: ο ήχος δεν περνά από το ένα μέσο στο άλλο εάν οι πυκνότητες τους είναι πολύ διαφορετικές, για παράδειγμα, από νερό σε αέρα. Φτάνοντας στα όρια αυτών των μέσων, αντανακλάται σχεδόν πλήρως. Ένα πολύ μικρό μέρος της ενέργειάς του ξοδεύεται στη δόνηση των επιφανειακών στρωμάτων ενός άλλου μέσου. Έχοντας βυθίσει το κεφάλι σας κάτω από την ίδια την επιφάνεια του ποταμού, θα εξακολουθείτε να ακούτε δυνατούς ήχους, αλλά σε βάθος 1 m δεν θα ακούσετε τίποτα. Τα ψάρια δεν ακούνε τον ήχο που ακούγεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, αλλά τον ήχο από το σώμα που δονείται στο νερό, ακούνε καλά.

Ο ήχος ακούγεται μέσα από λεπτούς τοίχους επειδή τα κάνει να δονούνται και φαίνεται να αναπαράγουν τον ήχο ήδη σε άλλο δωμάτιο. Τα καλά ηχομονωτικά υλικά - μαλλί, ελαστικά χαλιά, τοίχοι από αφρώδες σκυρόδεμα ή πορώδες ξηρό σοβά - απλώς διαφέρουν στο ότι έχουν πολλές διεπαφές μεταξύ αέρα και στερεού σώματος. Περνώντας από καθεμία από αυτές τις επιφάνειες, ο ήχος ανακλάται επανειλημμένα. Αλλά, επιπλέον, το ίδιο το μέσο στο οποίο διαδίδεται ο ήχος τον απορροφά. Ο ίδιος ήχος ακούγεται καλύτερα και μακρύτερα στον καθαρό αέρα παρά στην ομίχλη, όπου απορροφάται από τη διεπαφή μεταξύ αέρα και σταγονιδίων νερού.

Τα ηχητικά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων απορροφώνται διαφορετικά στον αέρα. Πιο δυνατοί - ψηλοί ήχοι, λιγότερο - χαμηλοί, όπως τα μπάσα. Γι' αυτό το σφύριγμα του πλοίου εκπέμπει έναν τόσο χαμηλό ήχο (η συχνότητά του δεν είναι μεγαλύτερη από 50 Hz): ένας χαμηλός ήχος ακούγεται σε μεγαλύτερη απόσταση. Η μεγάλη καμπάνα στο Κρεμλίνο της Μόσχας, όταν ήταν ακόμα κρεμασμένη στο καμπαναριό «Ιβάν ο Μέγας», ακουγόταν για 30 μίλια - βουίζει σε έναν τόνο περίπου 30 Hz (φα υποοκτάβα). Οι υπέρηχοι απορροφώνται ακόμη λιγότερο, ειδικά στο νερό. Τα ψάρια τα ακούνε για δεκάδες και εκατοντάδες χιλιόμετρα. Αλλά ο υπέρηχος απορροφάται πολύ γρήγορα: ο υπέρηχος με συχνότητα 1 MHz εξασθενεί στον αέρα κατά το ήμισυ σε απόσταση 2 cm, ενώ ένας ήχος 10 kHz εξασθενεί κατά το ήμισυ στα 2200 m.

Ενέργεια ηχητικών κυμάτων

Η χαοτική κίνηση των σωματιδίων της ύλης (συμπεριλαμβανομένων των μορίων του αέρα) ονομάζεται θερμική. Όταν ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται στον αέρα, τα σωματίδια του αποκτούν, εκτός από θερμική, μια επιπλέον κίνηση - ταλαντωτική. Η ενέργεια για μια τέτοια κίνηση δίνεται στα σωματίδια του αέρα από ένα δονούμενο σώμα (ηχητική πηγή). ενώ ταλαντώνεται, ενέργεια μεταφέρεται συνεχώς από αυτό στον περιβάλλοντα αέρα. Όσο πιο μακριά περνά το ηχητικό κύμα, τόσο πιο αδύναμο γίνεται, τόσο λιγότερη ενέργεια έχει. Το ίδιο συμβαίνει με ένα ηχητικό κύμα σε οποιοδήποτε άλλο ελαστικό μέσο - σε ένα υγρό, σε ένα μέταλλο.

Ο ήχος διαδίδεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις και κάθε στιγμή τα στρώματα πεπιεσμένου αέρα που έχουν προκύψει από μια ώθηση σχηματίζουν, σαν να λέγαμε, την επιφάνεια μιας μπάλας, στο κέντρο της οποίας υπάρχει ένα σώμα που ηχεί. Η ακτίνα και η επιφάνεια μιας τέτοιας «μπάλας» μεγαλώνουν συνεχώς. Η ίδια ποσότητα ενέργειας πέφτει σε μια ολοένα και μεγαλύτερη επιφάνεια της «μπάλας». Η επιφάνεια της μπάλας είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ακτίνας, επομένως η ποσότητα ενέργειας ενός ηχητικού κύματος που διέρχεται, ας πούμε, από ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας, είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από το σώμα που ηχεί. Επομένως, ο ήχος γίνεται πιο αδύναμος σε απόσταση. Ο Ρώσος επιστήμονας N. A. Umov εισήγαγε την έννοια της ροής της ενεργειακής πυκνότητας στην επιστήμη. Είναι επίσης βολικό να μετράτε την ισχύ (ένταση) του ήχου με το μέγεθος της ροής ενέργειας. Η ροή της ενεργειακής πυκνότητας σε ένα ηχητικό κύμα είναι η ποσότητα ενέργειας που διέρχεται ανά δευτερόλεπτο από μια επιφάνεια μονάδας κάθετη προς την κατεύθυνση του κύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η ροή της ενεργειακής πυκνότητας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του ήχου. Η ροή ενέργειας μετριέται σε watt ανά τετραγωνικό μέτρο (W/m²).

ΑΝΤΑΚΛΑΣΗ ΗΧΟΥ- φαινόμενο που εμφανίζεται όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ελαστικών μέσων και συνίσταται στο σχηματισμό κυμάτων που διαδίδονται από τη διεπιφάνεια στο ίδιο μέσο από το οποίο προήλθε το προσπίπτον κύμα. Κατά κανόνα ο Ο. ζ. συνοδεύεται από σχηματισμό διαθλώμενων κυμάτων στο δεύτερο μέσο. Ειδική περίπτωση Ο. ζ. - ανάκλαση από ελεύθερη επιφάνεια. Η αντανάκλαση σε επίπεδες διεπαφές θεωρείται συνήθως, αλλά μπορεί κανείς να μιλήσει για O. z. από εμπόδια αυθαίρετου σχήματος, εάν το μέγεθος του εμποδίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος του ηχητικού κύματος. Διαφορετικά, υπάρχει σκέδαση ήχουή ηχητική περίθλαση.
Το προσπίπτον κύμα προκαλεί τη μετατόπιση του ορίου μεταξύ των μέσων, με αποτέλεσμα να προκύπτουν ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα. Η δομή και η έντασή τους πρέπει να είναι τέτοια ώστε, και στις δύο πλευρές της διεπιφάνειας, οι ταχύτητες των σωματιδίων και οι ελαστικές τάσεις που δρουν στη διεπιφάνεια να είναι ίσες. Οι οριακές συνθήκες στην ελεύθερη επιφάνεια συνίστανται στην ισότητα προς το μηδέν των ελαστικών τάσεων που ασκούνται σε αυτήν την επιφάνεια.
Τα ανακλώμενα κύματα μπορεί να έχουν τον ίδιο τύπο πόλωσης με το προσπίπτον κύμα ή μπορεί να έχουν άλλες πολώσεις. Στην τελευταία περίπτωση, μιλάμε για μετασχηματισμό ή μετατροπή ενός τρόπου ανάκλασης ή διάθλασης. Δεν υπάρχει μετατροπή μόνο όταν ανακλάται ένα ηχητικό κύμα που διαδίδεται σε ένα υγρό, αφού μόνο διαμήκη κύματα υπάρχουν σε ένα υγρό μέσο. Όταν ένα ηχητικό κύμα διέρχεται από τη διεπιφάνεια μεταξύ στερεών σωμάτων, κατά κανόνα, σχηματίζονται τόσο διαμήκη όσο και εγκάρσια ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα. Η σύνθετη φύση του Ο. ζ. λαμβάνει χώρα στο κρυσταλλικό όριο. μέσα, όπου στη γενική περίπτωση υπάρχουν ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα τριών αποσυμπ. πολώσεις.
Αντανάκλαση επίπεδων κυμάτων. Η ανάκλαση των επίπεδων κυμάτων παίζει ιδιαίτερο ρόλο, αφού τα επίπεδα κύματα, αντανακλώνται και διαθλώνται, παραμένουν επίπεδα και η ανάκλαση κυμάτων αυθαίρετου σχήματος μπορεί να θεωρηθεί ως αντανάκλαση ενός συνόλου επίπεδων κυμάτων. Ο αριθμός των ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων που προκύπτουν καθορίζεται από τη φύση των ελαστικών ιδιοτήτων των μέσων και τον αριθμό των ακουστικών. κλαδιά που υπάρχουν σε αυτά. Λόγω των οριακών συνθηκών, οι προβολές στο επίπεδο διεπαφής των διανυσμάτων κύματος του προσπίπτοντος, ανακλώμενου και διαθλώμενου κυμάτων είναι ίσες μεταξύ τους (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Σχήμα ανάκλασης και διάθλασης ενός επίπεδου ηχητικού κύματος σε επίπεδο διεπαφής.

Από εδώ ακολουθήστε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης, σύμφωνα με την Κριμαία: 1) τα διανύσματα κύματος της πρόσπτωσης k Εγώαντανακλάται κ rκαι διαθλάται κ tκύματα και κανονικά NN"στη διεπαφή βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (το επίπεδο πρόσπτωσης). 2) ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης ανάκλασης και διάθλασης προς τις ταχύτητες φάσης γ i, και τα αντίστοιχα κύματα είναι ίσα μεταξύ τους:
(οι δείκτες και δηλώνουν πολώσεις ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων). Στα ισότροπα μέσα, όπου οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων κυμάτων συμπίπτουν με τις κατευθύνσεις των ηχητικών ακτίνων, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης παίρνουν τη συνήθη μορφή του νόμου του Snell. Στα ανισότροπα μέσα, οι νόμοι της ανάκλασης καθορίζουν μόνο τις κατευθύνσεις των κανονικών κυμάτων. Το πώς θα διαδοθούν οι διαθλούμενες ή ανακλώμενες ακτίνες εξαρτάται από την κατεύθυνση των ακτινικών ταχυτήτων που αντιστοιχούν σε αυτές τις κανονικές.
Σε αρκετά μικρές γωνίες πρόσπτωσης, όλα τα ανακλώμενα και διαθλούμενα κύματα είναι επίπεδα κύματα που μεταφέρουν την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από τη διεπαφή. Ωστόσο, εάν η ταχύτητα για το-λ. διαθλασμένο κύμα μεγαλύτερη ταχύτητα γ iπροσπίπτον κύμα, τότε για γωνίες πρόσπτωσης, μεγάλες λεγόμενες. κρίσιμος γωνία \u003d τόξο, η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος του αντίστοιχου διαθλασμένου κύματος γίνεται φανταστικό και το ίδιο το μεταδιδόμενο κύμα μετατρέπεται σε ένα ανομοιογενές κύμα που τρέχει κατά μήκος της διεπαφής και μειώνεται εκθετικά βαθιά στο μέσο 2 . Ωστόσο, η πρόσπτωση ενός κύματος στη διεπαφή σε γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη μπορεί να μην οδηγήσει σε ολική ανάκλαση, καθώς η ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μπορεί να διεισδύσει στο δεύτερο μέσο με τη μορφή κυμάτων διαφορετικής πόλωσης.
Κρίσιμος η γωνία υπάρχει και για τα ανακλώμενα κύματα, αν στο O. z. λαμβάνει χώρα μετατροπή τρόπου λειτουργίας και η ταχύτητα φάσης του κύματος που προκύπτει από τη μετατροπή είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα γ iπέφτοντας κύμα. Για γωνίες πρόσπτωσης, μικρότερες κρίσιμες. γωνία, μέρος της προσπίπτουσας ενέργειας απομακρύνεται από το όριο με τη μορφή ανακλώμενου κύματος με πόλωση. στο , ένα τέτοιο κύμα αποδεικνύεται ανομοιογενές, με απόσβεση βαθιά στο μέσο 1 και δεν συμμετέχει στη μεταφορά ενέργειας από τη διεπαφή. Για παράδειγμα, κριτική γωνία = τόξο( ντο t/c L) εμφανίζεται κατά την ανάκλαση της εγκάρσιας ακουστικής. κυματιστά Ταπό το όριο ενός ισότροπου στερεού σώματος και τη μετατροπή του σε διαμήκη κύμα L (με t και Γ Λείναι οι ταχύτητες των εγκάρσιων και των διαμήκων ηχητικών κυμάτων, αντίστοιχα).
Τα πλάτη των ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων, σύμφωνα με τις οριακές συνθήκες, εκφράζονται γραμμικά ως προς το πλάτος A iπροσπίπτον κύμα, ακριβώς όπως αυτές οι ποσότητες στην οπτική εκφράζονται ως προς το πλάτος του προσπίπτοντος e-magn. κύματα με Φόρμουλες Fresnel. Η ανάκλαση ενός επίπεδου κύματος χαρακτηρίζεται ποσοτικά από συντελεστές πλάτους. ανακλάσεις, οι οποίες είναι ο λόγος των πλατών των ανακλώμενων κυμάτων προς το πλάτος της πρόσπτωσης: = Συντελεστής πλάτους. Οι αντανακλάσεις είναι γενικά πολύπλοκες: οι συντελεστές τους καθορίζουν τους λόγους abs. τα πλάτη και οι φάσεις ορίζουν τις μετατοπίσεις φάσης των ανακλώμενων κυμάτων. Οι συντελεστές πλάτους προσδιορίζονται με παρόμοιο τρόπο. πέρασμα Η ανακατανομή της ενέργειας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μεταξύ των ανακλώμενων και διαθλούμενων κυμάτων χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή. ανάκλαση και μετάδοση σε ένταση, που είναι οι λόγοι των συνιστωσών της μέσης χρονικής πυκνότητας ροής ενέργειας κανονική προς τη διεπαφή στα ανακλώμενα (διαθλαστικά) και προσπίπτοντα κύματα:

όπου είναι οι εντάσεις του ήχου στα αντίστοιχα κύματα και είναι οι πυκνότητες των μέσων που έρχονται σε επαφή. Το ισοζύγιο ενέργειας που παρέχεται στη διεπαφή και απομακρύνεται από αυτήν μειώνεται στην ισορροπία των κανονικών συστατικών των ροών ενέργειας:

Συντ. Οι αντανακλάσεις εξαρτώνται και από την ακουστική ιδιότητες των μέσων σε επαφή και στη γωνία πρόσπτωσης. Η φύση της γωνίας η εξάρτηση καθορίζεται από την παρουσία κρίσιμων. γωνίες, καθώς και γωνίες μηδενικής ανάκλασης, όταν πέφτουν κάτω από τις οποίες δεν σχηματίζεται ανακλώμενο κύμα με πόλωση.

O. h. στο όριο δύο υγρών. Ναΐμπ. μια απλή εικόνα του O. h. εμφανίζεται στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υγρών. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει μετατροπή κύματος και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τον νόμο του καθρέφτη και τον συντελεστή αντανάκλαση είναι

πού και ντο 1,2 - πυκνότητα και ταχύτητα ήχου σε παρακείμενα μέσα 1 και 2 . Εάν η ταχύτητα του ήχου για το προσπίπτον κύμα είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου για το διαθλασμένο ( με 1 >ντο 2), μετά το κρίσιμο λείπει γωνία. Συντ. Η αντανάκλαση είναι πραγματική και διαφέρει ομαλά από την τιμή

σε κανονική πρόσπτωση του κύματος στη διεπαφή μέχρι την τιμή R=- 1 για συχνότητα βόσκησης Εάν ηχητική. αντίσταση r 2 s 2 μέτρια 2 πιο μεσαία αντίσταση 1 , τότε στη γωνία πρόσπτωσης

συντελεστής η ανάκλαση εξαφανίζεται και όλη η προσπίπτουσα ακτινοβολία περνά εντελώς στο μέσο 2 .
Πότε από 1<с 2 , возникает критический угол=arcsin (ντο 1 /ντο 2). Στο< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0με κανονική πτώση σε R= 1 σε γωνία πρόσπτωσης ίση με την κρίσιμη. Μηδενική ανάκλαση μπορεί επίσης να λάβει χώρα σε αυτή την περίπτωση, εάν για την ακουστική σύνθετες αντιστάσεις μέσων, ισχύει η αντίστροφη ανισότητα η γωνία μηδενικής ανάκλασης εξακολουθεί να προσδιορίζεται από την έκφραση (6). Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από κρίσιμες, υπάρχει μια πλήρης εσωτερική. αντανάκλαση: και προσπίπτουσα ακτινοβολία βαθιά στο μέσο 2 δεν διεισδύει. Στο περιβάλλον 2 , ωστόσο, σχηματίζεται ένα ανομοιογενές κύμα. η πολυπλοκότητα των συντελεστών συνδέεται με την εμφάνισή του. ανακλάσεις και την αντίστοιχη μετατόπιση φάσης μεταξύ των ανακλώμενων και προσπίπτων κυμάτων. Αυτή η μετατόπιση εξηγείται από το γεγονός ότι το πεδίο του ανακλώμενου κύματος σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της παρεμβολής δύο πεδίων: ενός κατοπτρικά ανακλώμενου κύματος και ενός κύματος που εκπέμπεται εκ νέου στο μέσο 1 ένα ανομοιογενές κύμα που έχει προκύψει σε ένα μέσο 2 . Όταν ανακλώνται μη επίπεδα (για παράδειγμα, σφαιρικά) κύματα, ένα τέτοιο επαναακτινοβολούμενο κύμα στην πραγματικότητα παρατηρείται στο πείραμα με τη μορφή του λεγόμενου. πλευρικό κύμα (βλ Κυματιστά, ενότητα Ανάκλαση και διάθλαση κυμάτων).

O. h. από το όριο του άκαμπτου σώματος. Η φύση της ανάκλασης γίνεται πιο περίπλοκη εάν ο ανακλαστήρας είναι ένα συμπαγές σώμα. Όταν η ταχύτητα του ήχου μεσε ένα υγρό, υπάρχουν λιγότερες διαμήκεις ταχύτητες μεγάλοκαι εγκάρσια με m ήχου σε ένα στερεό σώμα, όταν ανακλάται στα όρια ενός υγρού με ένα στερεό σώμα, προκύπτουν δύο κρίσιμα. γωνία: κατά μήκος = τόξο ( s/s L) και εγκάρσια = τόξο ( s/s t ) . Ωστόσο, από πάντα με L > μετ. Σε γωνίες πρόσπτωσης, ο συντελεστής. η αντανάκλαση είναι έγκυρη (Εικ. 2). Η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά ένα στερεό σώμα με τη μορφή τόσο διαμήκων όσο και εγκάρσιων διαθλασμένων κυμάτων. Με την κανονική συχνότητα του ήχου σε ένα στερεό σώμα, προκύπτει μόνο ένα διαμήκη κύμα και η τιμή RΤο 0 προσδιορίζεται από τον λόγο της διαμήκους ακουστικής. σύνθετες αντιστάσεις υγρού και στερεού σώματος παρόμοιες με το f-le (5) ( - πυκνότητα υγρού και στερεού σώματος).

Ρύζι. 2. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης ήχου | R | (συμπαγής γραμμή) και οι φάσεις της (παύλα με διακεκομμένη γραμμή) στη διεπιφάνεια υγρού-στερεού από τη γωνία πρόσπτωσης.

Όταν > συντελεστής. η ανάκλαση γίνεται πολύπλοκη, αφού ένα ανομοιογενές κύμα σχηματίζεται σε ένα στερεό κοντά στο όριο. Σε γωνίες πρόσπτωσης μεταξύ των κρίσιμων γωνίες και μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας διεισδύει βαθιά στο στερεό με τη μορφή διαθλασμένου εγκάρσιου κύματος. Επομένως, για<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Η συμμετοχή ενός ανομοιογενούς διαμήκους κύματος στο σχηματισμό ανακλώμενης ακτινοβολίας προκαλεί, όπως στο όριο δύο υγρών, μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος. Όταν > υπάρχει πλήρης εξωτ. ανάκλαση: 1. Σε ένα στερεό σώμα κοντά στο όριο, σχηματίζονται μόνο ανομοιογενή κύματα που πέφτουν εκθετικά στο βάθος του σώματος. Η μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος για τις γωνίες σχετίζεται κυρίως με τη διέγερση στη διεπιφάνεια της διαρροής Κύματα Rayleigh. Ένα τέτοιο κύμα προκύπτει στα όρια ενός στερεού σώματος με ένα υγρό σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh = arcsin ( s/s R), που C Rείναι η ταχύτητα του κύματος Rayleigh στη στερεά επιφάνεια. Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, το κύμα διαρροής επανεκπέμπεται πλήρως στο υγρό.
Αν ένα με > με t, τότε το συνολικό εσωτερικό δεν υπάρχει ανάκλαση στα όρια ενός υγρού με ένα στερεό: η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά το στερεό σε οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης, τουλάχιστον με τη μορφή εγκάρσιου κύματος. Η ολική ανάκλαση συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει κάτω από το κρίσιμο. γωνία ή συχνότητα βόσκησης. Για συντελεστή c>c L. Οι αντανακλάσεις είναι πραγματικές, αφού δεν σχηματίζονται ανομοιογενή κύματα στη διεπιφάνεια.
Οζ πολλαπλασιάζεται σε συμπαγές σώμα. Όταν ο ήχος διαδίδεται σε ένα ισότροπο στερεό, μέγ. ένας απλός χαρακτήρας είναι η ανάκλαση των κυμάτων διάτμησης, η διεύθυνση των ταλαντώσεων στην οποία είναι παράλληλη με το επίπεδο διεπαφής. Δεν υπάρχει μετατροπή τρόπου λειτουργίας κατά την ανάκλαση ή τη διάθλαση τέτοιων κυμάτων. Όταν πέφτει σε ένα ελεύθερο όριο ή σε μια διεπαφή με ένα υγρό, ένα τέτοιο κύμα ανακλάται πλήρως ( R= 1) σύμφωνα με το νόμο της ανάκλασης του καθρέφτη. Στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ισότροπων στερεών, μαζί με ένα κατοπτρικά ανακλώμενο κύμα στο μέσο 2 σχηματίζεται ένα διαθλασμένο κύμα με πόλωση που είναι επίσης παράλληλη με τη διεπαφή.
Όταν ένα εγκάρσιο κύμα πολωμένο στο επίπεδο πρόσπτωσης προσπίπτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός σώματος, τόσο ένα ανακλώμενο εγκάρσιο κύμα της ίδιας πόλωσης όσο και ένα διαμήκη κύμα προκύπτουν στο όριο. Σε γωνίες πρόσπτωσης μικρότερες από την κρίσιμη γωνία = = arcsin ( cT/cL), συντελεστής αντανακλάσεις RΤ και R L- καθαρά πραγματικό: τα ανακλώμενα κύματα αφήνουν το όριο ακριβώς σε φάση (ή σε αντιφάση) με το προσπίπτον κύμα. Στο > μόνο ένα κατοπτρικά ανακλώμενο εγκάρσιο κύμα φεύγει από το όριο. ένα ανομοιογενές διαμήκη κύμα σχηματίζεται κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια.
Συντ. Η ανάκλαση γίνεται πολύπλοκη και εμφανίζεται μια μετατόπιση φάσης μεταξύ των ανακλώμενων και προσπίπτων κυμάτων, το μέγεθος της οποίας εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης. Όταν ένα διαμήκη κύμα ανακλάται από την ελεύθερη επιφάνεια ενός στερεού σώματος σε οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης, προκύπτει τόσο ένα ανακλώμενο διαμήκη κύμα όσο και ένα εγκάρσιο κύμα πολωμένο στο επίπεδο πρόσπτωσης.
Εάν το όριο ενός στερεού σώματος είναι σε επαφή με ένα υγρό, τότε όταν τα κύματα (διαμήκη ή εγκάρσια, πολωμένα στο επίπεδο πρόσπτωσης) αντανακλώνται στο υγρό, εμφανίζεται ένα επιπλέον διαθλασμένο διαμήκη κύμα. Στη διεπαφή μεταξύ δύο ισότροπων στερεών μέσων, αυτό το σύστημα ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων συμπληρώνεται από ένα διαθλασμένο εγκάρσιο κύμα στο μέσο 2 . Η πόλωσή του βρίσκεται επίσης στο επίπεδο πρόσπτωσης.

Ο. η. στη διεπαφή μεταξύ ανισότροπων μέσων. O. h. στην κρυσταλλική διεπαφή. το περιβάλλον είναι πολύπλοκο. Οι ταχύτητες τόσο των ανακλώμενων όσο και των διαθλασμένων κυμάτων σε αυτήν την περίπτωση είναι συναρτήσεις των γωνιών ανάκλασης και διάθλασης (βλ. Κρυσταλλική ακουστική;) επομένως, ακόμη και ο ορισμός των γωνιών από μια δεδομένη γωνία πρόσπτωσης αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα. δυσκολίες. Εάν είναι γνωστές οι τομές των επιφανειών των διανυσμάτων κύματος κατά το επίπεδο πρόσπτωσης, τότε χρησιμοποιείται το γραφικό. μέθοδος προσδιορισμού γωνιών και άκρων διανυσμάτων κυμάτων k rκαι κ tξαπλώστε σε μια κάθετη NN"έλκεται στη διεπαφή μέσω του άκρου του διανύσματος κύματος k Εγώπροσπίπτον κύμα, στα σημεία που τέμνει αυτή η κάθετο δεκ. επιφάνειες κοιλότητας κυματοδιανυσμάτων (Εικ. 3). Ο αριθμός των ανακλώμενων (ή διαθλασμένων) κυμάτων που διαδίδονται πραγματικά από τη διεπιφάνεια στο βάθος του αντίστοιχου μέσου καθορίζεται από το πόσες κοιλότητες τέμνει η κάθετη NN". Αν η διασταύρωση με το-λ. απουσιάζει, αυτό σημαίνει ότι το κύμα της αντίστοιχης πόλωσης αποδεικνύεται ανομοιογενές και δεν μεταφέρει ενέργεια από το όριο. Κάθετος NN"μπορεί να διασχίσει την ίδια κοιλότητα σε πολλές. σημεία (πόντους ένα 1 και Α2στο σχ. 3). Από τις πιθανές θέσεις του διανύσματος κύματος κ r (ή k t) τα πραγματικά παρατηρούμενα κύματα αντιστοιχούν μόνο σε εκείνα για τα οποία το διάνυσμα της ακτινικής ταχύτητας συμπίπτει στην κατεύθυνση με το εξωτερικό. κάθετη προς την επιφάνεια των διανυσμάτων κύματος, κατευθύνεται από το όριο στο βάθος του αντίστοιχου μέσου.

Ρύζι. 3. Γραφική μέθοδος για τον προσδιορισμό των γωνιών ανάκλασης και διάθλασης στη διεπιφάνεια μεταξύ κρυσταλλικών μέσων 1 και 2. L, FTκαι ST- επιφάνειες κυματοδιανυσμάτων για οιονεί διαμήκη, γρήγορα και αργά οιονεί εγκάρσια κύματα, αντίστοιχα.

Κατά κανόνα, τα ανακλώμενα (διαθλούμενα) κύματα ανήκουν στο Δεκ. ακουστικά κλαδιά. διακυμάνσεις. Ωστόσο, σε κρύσταλλα με μέσα. ανισοτροπία, όταν η επιφάνεια των διανυσμάτων κύματος έχει κοίλες τομές (Εικ. 4), η ανάκλαση είναι δυνατή με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων ή διαθλασμένων κυμάτων που ανήκουν στον ίδιο κλάδο ταλάντωσης.
Πειραματικά παρατηρούνται πεπερασμένες δέσμες ηχητικών κυμάτων, οι κατευθύνσεις διάδοσης των οποίων καθορίζονται από τις ακτινικές ταχύτητες. Οι κατευθύνσεις των ακτίνων στους κρυστάλλους διαφέρουν σημαντικά από την κατεύθυνση των αντίστοιχων διανυσμάτων κύματος. Οι ακτινικές ταχύτητες του προσπίπτοντος, των ανακλώμενων και των διαθλασμένων κυμάτων βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο μόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις, για παράδειγμα. όταν το επίπεδο πρόσπτωσης είναι το επίπεδο συμμετρίας και για τους δύο κρυστάλλους. μέσος όρος Στη γενική περίπτωση, οι ανακλώμενες και διαθλώμενες ακτίνες καταλαμβάνουν διάφορες θέσεις τόσο μεταξύ τους όσο και σε σχέση με την προσπίπτουσα ακτίνα και την κανονική. NN"προς το όριο. Συγκεκριμένα, η ανακλώμενη δέσμη μπορεί να βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης στην ίδια πλευρά της κανονικής Ν, που είναι η προσπίπτουσα δέσμη. Η περιοριστική περίπτωση αυτής της πιθανότητας είναι η υπέρθεση της ανακλώμενης δέσμης στην προσπίπτουσα δέσμη σε μια λοξή πρόσπτωση της τελευταίας.

Ρύζι. 4. Αντανάκλαση ενός ακουστικού κύματος που προσπίπτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός κρυστάλλου με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων κυμάτων ίδιας πόλωσης: ένα- Προσδιορισμός διανυσμάτων κυμάτων ανακλώμενων κυμάτων (με σολείναι διανύσματα ακτινικής ταχύτητας). σι- σχήμα ανάκλασης ηχητικών δεσμών πεπερασμένης τομής.

Επίδραση της εξασθένησης στη φύση του Ο. ζ. . Συντ. Οι αντανακλάσεις και οι μεταδόσεις δεν εξαρτώνται από τη συχνότητα του ήχου εάν η εξασθένηση του ήχου και στα δύο οριακά μέσα είναι αμελητέα. Η αισθητή εξασθένηση οδηγεί όχι μόνο στην εξάρτηση από τη συχνότητα του συντελεστή. αντανακλάσεις R, αλλά και παραμορφώνει την εξάρτησή του από τη γωνία πρόσπτωσης, ιδιαίτερα κοντά στην κρίσιμη. γωνίες (Εικ. 5, ένα). Όταν αντανακλώνται από τη διεπαφή υγρού και στερεού, τα φαινόμενα απόσβεσης αλλάζουν σημαντικά τη γωνιακή εξάρτηση Rσε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh (Εικ. 5 Β). Στα όρια των μέσων με αμελητέα απόσβεση σε τέτοιες γωνίες πρόσπτωσης, λαμβάνει χώρα ολική εσωτερική ανάκλαση και | R| = 1 (καμπύλη 1 στο σχ. 5, σι). Η παρουσία εξασθένησης οδηγεί στο γεγονός ότι | | R| γίνεται μικρότερο από 1, και ένα ελάχιστο | R| (καμπύλες 2 - 4) . Καθώς αυξάνεται η συχνότητα και η αντίστοιχη αύξηση του συντελεστή. απόσβεση, το βάθος του ελάχιστου αυξάνεται μέχρι, τελικά, σε μια ορισμένη συχνότητα φά 0 , κλήθηκε μηδενική συχνότητα ανάκλασης, ελάχ. αξία | R| δεν εξαφανίζεται (καμπύλη 3 , ρύζι. 5, σι). Μια περαιτέρω αύξηση της συχνότητας οδηγεί σε διεύρυνση της ελάχιστης (καμπύλης 4 ) και στην επίδραση των επιδράσεων της εξασθένησης στο O. z. για σχεδόν οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης (καμπύλη 5) . Μια μείωση στο πλάτος του ανακλώμενου κύματος σε σύγκριση με το πλάτος του προσπίπτοντος κύματος δεν σημαίνει ότι η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά το στερεό. Συνδέεται με την απορρόφηση του διαρροού κύματος Rayleigh, το οποίο διεγείρεται από την προσπίπτουσα ακτινοβολία και συμμετέχει στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Όταν η συχνότητα του ήχου φάίση με τη συχνότητα φά 0 , όλη η ενέργεια του προσπίπτοντος κύματος διαχέεται στη διεπαφή.

Ρύζι. 5. Γωνιακή εξάρτηση | R| στο όριο νερού-χάλυβα, λαμβάνοντας υπόψη την εξασθένηση: ένα- γενική φύση της γωνιακής εξάρτησης | R|; συμπαγής γραμμή - χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες, διακεκομμένη γραμμή - το ίδιο με την εξασθένηση. σι- γωνιακή εξάρτηση | R\κοντά στη γωνία Rayleigh σε διαφορετικές τιμές απορρόφησης εγκάρσιων κυμάτων σε χάλυβα σε μήκος κύματος. Καμπύλες 1 - 5 αντιστοιχούν σε αύξηση αυτής της παραμέτρου από μια τιμή 3 x 10 -4 (καμπύλη 1 ) στην τιμή = 1 (καμπύλη 5) λόγω της αντίστοιχης αύξησης της συχνότητας της προσπίπτουσας υπερηχητικής ακτινοβολίας.

O. h. από στρώσεις και πλάκες. O. h. από το στρώμα ή την πλάκα είναι συντονισμένη. Τα ανακλώμενα και μεταδιδόμενα κύματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα πολλαπλών ανακλάσεων των κυμάτων στα όρια του στρώματος. Στην περίπτωση ενός υγρού στρώματος, το προσπίπτον κύμα διαπερνά το στρώμα υπό γωνία διάθλασης που καθορίζεται από το νόμο του Snell. Λόγω των αναστοχασμών, τα διαμήκη κύματα προκύπτουν στο ίδιο το στρώμα, που διαδίδονται προς τις εμπρός και αντίστροφες κατευθύνσεις υπό γωνία προς την κανονική που έλκεται από τα όρια του στρώματος (Εικ. 6, ένα). Γωνία είναι η γωνία διάθλασης που αντιστοιχεί στη γωνία πρόσπτωσης στο όριο του στρώματος. Αν η ταχύτητα του ήχου στο στρώμα με 2 ακόμη ταχύτητα ήχου με 1 στο περιβάλλον υγρό, τότε το σύστημα των ανακλώμενων κυμάτων προκύπτει μόνο όταν η γωνία της συνολικής int. αντανακλάσεις \u003d τόξο (c 1 / c 2). Ωστόσο, για αρκετά λεπτά στρώματα, το μεταδιδόμενο κύμα σχηματίζεται επίσης σε γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από την κρίσιμη. Στην περίπτωση αυτή, ο συντελεστής η αντανάκλαση από το στρώμα αποδεικνύεται ότι είναι κοιλιακοί. Η τιμή είναι μικρότερη από 1. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στο στο στρώμα κοντά στο όριο στο οποίο προσπίπτει το κύμα από έξω, προκύπτει ένα ανομοιογενές κύμα που πέφτει εκθετικά στο βάθος του στρώματος. Εάν το πάχος του στρώματος ρεείναι μικρότερο ή συγκρίσιμο με το βάθος διείσδυσης ενός ανομοιογενούς κύματος, τότε το τελευταίο διαταράσσει το αντίθετο όριο του στρώματος, ως αποτέλεσμα του οποίου το μεταδιδόμενο κύμα ακτινοβολείται από αυτό στο περιβάλλον υγρό. Αυτό το φαινόμενο της κυματικής διείσδυσης είναι ανάλογο με τη διείσδυση ενός σωματιδίου μέσω ενός φραγμού δυναμικού στην κβαντική μηχανική.
Συντ. αντανακλάσεις στρώματος

όπου είναι η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος στο στρώμα, ο άξονας z- κάθετα στα όρια του στρώματος, R 1 και R 2 - πιθανότητες. O. h. αντίστοιχα στα άνω και κάτω όρια. Στο είναι περιοδικό λειτουργία συχνότητας ήχου φάκαι πάχος στρώσης ρε. Όταν υπάρχει διείσδυση του κύματος μέσω του στρώματος, | R |με αύξηση φάή ρετείνει μονοτονικά στο 1.

Ρύζι. 6. Αντανάκλαση ηχητικού κύματος από υγρό στρώμα: ένα- σχέδιο αντανάκλασης. 1 - περιβάλλον υγρό. 2 - στρώμα? b - εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης | R|από τη γωνία πρόσπτωσης.

Ως συνάρτηση της τιμής γωνίας πρόσπτωσης | R |έχει ένα σύστημα μεγίστων και ελαχίστων (Εικ. 6, σι). Εάν το ίδιο υγρό βρίσκεται και στις δύο πλευρές της στρώσης, τότε στα ελάχιστα σημεία R= 0. Μηδενική ανάκλαση εμφανίζεται όταν η προώθηση φάσης κατά μήκος του πάχους του στρώματος είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό μισών κύκλων

και τα κύματα που αναδύονται στο ανώτερο μέσο μετά από δύο διαδοχικές ανακλάσεις θα είναι σε αντιφάση και θα αλληλοεξουδετερώνονται. Αντίθετα, όλα τα ανακλώμενα κύματα εισέρχονται στο κατώτερο μέσο με την ίδια φάση και το πλάτος του εκπεμπόμενου κύματος αποδεικνύεται μέγιστο. Υπό κανονική συχνότητα κύματος στο στρώμα, η πλήρης μετάδοση λαμβάνει χώρα όταν ένας ακέραιος αριθμός μισών κυμάτων ταιριάζει στο πάχος του στρώματος: d=που Π= 1,2,3,..., - μήκος ηχητικού κύματος στο υλικό στρώσης. Επομένως, ονομάζονται στρώματα για τα οποία η συνθήκη (8) ικανοποιείται μισό κύμα Η σχέση (8) συμπίπτει με την προϋπόθεση για την ύπαρξη κανονικού κύματος σε ένα ελεύθερο υγρό στρώμα. Εξαιτίας αυτού, η πλήρης μετάδοση μέσω των στρωμάτων συμβαίνει όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα ή άλλο κανονικό κύμα στο στρώμα. Λόγω της επαφής του στρώματος με το περιβάλλον υγρό, το κανονικό κύμα παρουσιάζει διαρροή: κατά τη διάδοσή του, εκπέμπει πλήρως την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο κατώτερο μέσο.
Όταν τα υγρά στις απέναντι πλευρές του στρώματος είναι διαφορετικά, η παρουσία ενός στρώματος μισού κύματος δεν επηρεάζει το προσπίπτον κύμα: συντελεστής η ανάκλαση από το στρώμα είναι ίση με τον συντελεστή. αντανακλάσεις από τα όρια αυτών των υγρών όταν είναι απευθείας. Επικοινωνία. Εκτός από τα στρώματα μισού κύματος στην ακουστική, όπως και στην οπτική, τα λεγόμενα. στρώματα τετάρτου κύματος, το πάχος των οποίων ικανοποιεί την προϋπόθεση ( n= 1,2,...). Επιλογή κατάλληλης ακουστικής αντίσταση στρώματος, μπορείτε να λάβετε μηδενική ανάκλαση από το στρώμα κύματος με μια δεδομένη συχνότητα φάσε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης στο στρώμα. Τέτοια στρώματα χρησιμοποιούνται ως αντιανακλαστικά ακουστικά στρώματα.
Για την ανάκλαση ενός ηχητικού κύματος από μια άπειρη στερεά πλάκα βυθισμένη σε ένα υγρό, ο χαρακτήρας της ανάκλασης που περιγράφηκε παραπάνω για το υγρό στρώμα θα διατηρηθεί σε γενικούς όρους. Στην περίπτωση επανααντανακλάσεων στην πλάκα, εκτός από τις διαμήκεις, θα διεγείρονται και διατμητικά κύματα. Οι γωνίες και, κάτω από τις οποίες διαδίδονται τα διαμήκη και εγκάρσια κύματα στην πλάκα, αντίστοιχα, σχετίζονται με τη γωνία πρόσπτωσης σύμφωνα με το νόμο του Snell. Γωνία και εξάρτηση από τη συχνότητα | R| θα αντιπροσωπεύει, όπως στην περίπτωση της ανάκλασης από το υγρό στρώμα, ένα σύστημα εναλλασσόμενων μεγίστων και ελάχιστων. Η πλήρης μετάδοση μέσω της πλάκας λαμβάνει χώρα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα από τα κανονικά κύματα σε αυτήν, τα οποία είναι κύματα αρνιού.Αντηχητικός χαρακτήρας του Ο. ζ. από το στρώμα ή την πλάκα διαγράφεται καθώς η ακουστική διαφορά μεταξύ τους μειώνεται. ιδιότητες από τις ιδιότητες του περιβάλλοντος. Ακουστική αύξηση. η εξασθένηση στο στρώμα οδηγεί επίσης σε εξομάλυνση των εξαρτήσεων και | R(fd)|.

Ανάκλαση μη επίπεδων κυμάτων. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν μόνο μη επίπεδα κύματα. η ανάκλασή τους μπορεί να μειωθεί στην ανάκλαση ενός συνόλου επίπεδων κυμάτων. Μονόχρωμος ένα κύμα με αυθαίρετο μέτωπο κύματος μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο επίπεδων κυμάτων με την ίδια κυκλική συχνότητα, αλλά με διαφ. κατευθύνσεις του διανύσματος κύματος k. Κύριος χαρακτηριστικό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι το χωρικό της φάσμα - ένα σύνολο πλατών ΕΝΑια) επίπεδα κύματα που σχηματίζουν συλλογικά ένα προσπίπτον κύμα. Abs. η τιμή του k καθορίζεται από τη συχνότητα, άρα τα συστατικά του δεν είναι ανεξάρτητα. Όταν αντανακλάται από ένα αεροπλάνο z= 0 κανονικό συστατικό kzδίνεται από εφαπτομενικές συνιστώσες k x , k y: k z =Κάθε επίπεδο κύμα, το οποίο αποτελεί μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, πέφτει στη διεπιφάνεια υπό τη δική του γωνία και ανακλάται ανεξάρτητα από άλλα κύματα. Πεδίο F( r) του ανακλώμενου κύματος προκύπτει ως υπέρθεση όλων των ανακλώμενων επίπεδων κυμάτων και εκφράζεται ως προς το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας A(k x, k y) και συντ. αντανακλάσεις R(k x, k y):

Η ολοκλήρωση επεκτείνεται στην περιοχή των αυθαίρετα μεγάλων τιμών kxκαι κ υ. Εάν το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας περιέχει (όπως στην ανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος) συστατικά με kx(ή κ υ), μεγάλο, τότε στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος, εκτός από τα κύματα με πραγματικό kzπαίρνουν μέρος και ανομοιόμορφα κύματα, για τα οποία κ,είναι μια καθαρά φανταστική ποσότητα. Αυτή η προσέγγιση, που προτάθηκε το 1919 από τον H. Weyl και αναπτύχθηκε περαιτέρω στις αναπαραστάσεις της οπτικής Fourier, δίνει διαδοχικά αποτελέσματα. περιγραφή της ανάκλασης ενός αυθαίρετου κύματος από μια επίπεδη διεπαφή.
Όταν εξετάζουμε το O. z. είναι επίσης δυνατή μια προσέγγιση ακτίνων, η οποία βασίζεται στις αρχές γεωμετρική ακουστική. Η προσπίπτουσα ακτινοβολία θεωρείται ως ένα σύνολο ακτίνων που αλληλεπιδρούν με τη διεπαφή. Αυτό λαμβάνει υπόψη ότι οι προσπίπτουσες ακτίνες όχι μόνο αντανακλώνται και διαθλώνται με τον συνήθη τρόπο, υπακούοντας στους νόμους του Snell, αλλά και ότι ορισμένες από τις ακτίνες που προσπίπτουν στη διεπαφή σε ορισμένες γωνίες διεγείρουν το λεγόμενο. πλευρικά κύματα, καθώς και επιφανειακά κύματα με διαρροή (Rayleigh, κ.λπ.) ή λειτουργίες κυματοδηγού με διαρροή (κύματα Lamb, κ.λπ.). Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, τέτοια κύματα εκπέμπονται ξανά στο μέσο και συμμετέχουν στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Για την εξάσκηση του η αντανάκλαση είναι σφαιρική. τα κύματα συγκρούστηκαν ακουστικά. δέσμες πεπερασμένης διατομής και εστιασμένες δέσμες ήχου.

Αντανάκλαση σφαιρικών κυμάτων. Το σχέδιο ανάκλασης είναι σφαιρικό. κύμα που δημιουργείται στο υγρό I από μια σημειακή πηγή Ο, εξαρτάται από την αναλογία μεταξύ των ταχυτήτων του ήχου με 1 και από 2 έωςεπαφή με τα υγρά I και II (Εικ. 7). Αν c t > c 2 , τότε το κρίσιμο η γωνία απουσιάζει και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τους νόμους του γεωμ. ακουστική. Στο περιβάλλον I υπάρχει ένα ανακλώμενο σφαιρικό. κύμα: οι ανακλώμενες ακτίνες τέμνονται σε ένα σημείο Ο". σχηματίζοντας μια εικονική εικόνα της πηγής και το μέτωπο κύματος του ανακλώμενου κύματος είναι ένα μέρος της σφαίρας με κέντρο στο σημείο Ο".

Ρύζι. 7. Αντανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υγρών: Οκαι Ο"- πραγματικές και φανταστικές πηγές. 1 - το μπροστινό μέρος του ανακλώμενου σφαιρικού κύματος. 2 - το μπροστινό μέρος του διαθλασμένου κύματος. 3 - πλαϊνό κύμα μπροστά.

Πότε c2 >clκαι υπάρχει μια κρίσιμη γωνία στο μέσο I εκτός από το ανακλώμενο σφαιρικό. κύματα, προκύπτει ένα άλλο συστατικό της ανακλώμενης ακτινοβολίας. Ακτίνες προσπίπτουν στη διεπαφή κάτω από το κρίσιμο. γωνία διεγείρει ένα δεύτερο κύμα στο μέσο, ​​το οποίο διαδίδεται με ταχύτητα με 2 κατά μήκος της διεπαφής και εκπέμπεται εκ νέου στο μέσο Ι, σχηματίζοντας το λεγόμενο. πλαϊνό κύμα. Το μέτωπό του σχηματίζεται από σημεία, στα οποία, την ίδια χρονική στιγμή, έφτασαν οι ακτίνες που έβγαιναν από το σημείο Οκατά μήκος ΟΑκαι μετά μεταφέρθηκε ξανά στην Τετάρτη Ι σε αποσυμπίεση. σημεία της διεπαφής από το σημείο ΑΛΛΑμέχρι κάποιο σημείο Με, στο οποίο βρίσκεται αυτή τη στιγμή το μέτωπο του διαθλασμένου κύματος. Στο επίπεδο του σχεδίου, το μέτωπο του πλευρικού κύματος είναι ένα ευθύγραμμο τμήμα ΝΔ, κλίση προς το όριο υπό γωνία και εκτεινόμενη ως το σημείο ΣΤΟ, όπου συγχωνεύεται με το μπροστινό μέρος του σφαιρικού που ανακλάται από τον καθρέφτη. κυματιστά. Στο διάστημα, το πλευρικό μέτωπο κύματος είναι η επιφάνεια ενός κόλουρου κώνου που προκύπτει κατά την περιστροφή του τμήματος ΝΔγύρω από μια ευθεία γραμμή OO". Όταν ανακλάται σφαιρικό. τα κύματα ενός υγρού από την επιφάνεια ενός στερεού σώματος είναι παρόμοια με τα κωνικά. το κύμα σχηματίζεται λόγω της διέγερσης ενός διαρρέοντος κύματος Rayleigh στη διεπιφάνεια. Αντανάκλαση σφαιρική. κύματα - ένα από τα κύρια πειράματα. μεθόδους γεωακουστικής, σεισμολογίας, υδροακουστικής και ακουστικής του ωκεανού.

Ανάκλαση ακουστικών δοκών πεπερασμένης διατομής. Αντανάκλαση ευθυγραμμισμένων ηχητικών δεσμών, το μέτωπο του κύματος προς-ρυκ στο κύριο μέρος. μέρος της δέσμης είναι σχεδόν επίπεδο, εμφανίζεται για τις περισσότερες γωνίες πρόσπτωσης σαν να ανακλάται ένα επίπεδο κύμα. Όταν μια δέσμη που προσπίπτει από ένα υγρό ανακλάται στη διεπιφάνεια με ένα στερεό σώμα, προκύπτει μια ανακλώμενη δέσμη, το σχήμα της οποίας είναι μια κατοπτρική αντανάκλαση της κατανομής πλάτους στην προσπίπτουσα δέσμη. Ωστόσο, σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη διαμήκη κρίσιμη. γωνία ή γωνία Rayleigh μαζί με κατοπτρική ανάκλαση εμφανίζεται eff. διέγερση ενός πλευρικού ή διαρρέοντος κύματος Roley. Το πεδίο της ανακλώμενης δέσμης σε αυτή την περίπτωση είναι μια υπέρθεση της κατοπτρικά ανακλώμενης δέσμης και των επαναακτινοβολούμενων κυμάτων. Ανάλογα με το πλάτος της δέσμης και τις ελαστικές και ιξώδεις ιδιότητες των παρακείμενων μέσων, εμφανίζεται είτε μια πλευρική (παράλληλη) μετατόπιση δέσμης στο επίπεδο διεπαφής (η λεγόμενη μετατόπιση Schoch) (Εικ. 8) είτε μια σημαντική διεύρυνση της δέσμης και η εμφάνιση ενός λεπτού

Ρύζι. 8. Πλευρική μετατόπιση της δοκού κατά την ανάκλαση: 1 - προσπίπτουσα δέσμη 2 - κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη. 3 - πραγματική ανακλώμενη δέσμη.

δομές. Όταν η δέσμη προσπίπτει στη γωνία Rayleigh, η φύση της παραμόρφωσης καθορίζεται από την αναλογία μεταξύ του πλάτους της δέσμης μεγάλοκαι ακτινοβολίες. απόσβεση του διαρρέοντος κύματος Rayleigh

πού είναι το μήκος του ηχητικού κύματος στο υγρό, ΑΛΛΑείναι ένας αριθμητικός παράγοντας κοντά στο ένα. Αν το πλάτος της δέσμης είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος των ακτίνων. Απόσβεση, μόνο η δέσμη μετατοπίζεται κατά μήκος της διεπαφής κατά ένα ποσό.Στην περίπτωση μιας στενής δέσμης, λόγω της εκ νέου εκπομπής του επιφανειακού κύματος που διαρρέει, η δέσμη διευρύνεται σημαντικά και παύει να είναι συμμετρική (Εικ. 9). Μέσα στην περιοχή που καταλαμβάνεται από την κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη, ως αποτέλεσμα παρεμβολής, εμφανίζεται ένα ελάχιστο πλάτος μηδενικού και η δέσμη χωρίζεται σε δύο μέρη. Μη κατοπτρική αντανάκλαση των κολίμων. Οι δέσμες προκύπτουν επίσης στο όριο δύο υγρών σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στην κρίσιμη, καθώς και όταν αντανακλώνται δέσμες από στρώματα ή πλάκες.

Ρύζι. 9. Ανάκλαση ηχητικής δέσμης με πεπερασμένη διατομή που προσπίπτει από ένα υγρό W στην επιφάνεια ενός στερεού σώματος Τ υπό γωνία Rayleigh: 1 - προσπίπτουσα δέσμη 2 - ανακλώμενη δέσμη. ένα- περιοχή μηδενικού πλάτους. σι- περιοχή της ουράς της δοκού.

Στην τελευταία περίπτωση, η μη κατοπτρική φύση της ανάκλασης οφείλεται στη διέγερση τρόπων διαρροής κυματοδηγού στο στρώμα ή την πλάκα. Σημαντικό ρόλο παίζουν τα πλευρικά και διαρρέοντα κύματα στην ανάκλαση εστιασμένων ακτίνων υπερήχων. Συγκεκριμένα, αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε ακουστική μικροσκοπίαγια το σχηματισμό ακουστικής. εικόνες και πραγματοποίηση ποσοτήτων, μετρήσεων.

Φωτ.: 1) Brekhovskikh L. M., Waves in layered media, 2nd ed., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hydrodynamics, 4th ed., Μ., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Acoustics of layered media, Μόσχα, 1989; 4) Сagniard L., Reflexion et refraction des ondes seismiques progressives, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastic waves in layered media, N. Y. - , 1957, κεφ. 3; 6) Au1d B. A., Acoustic fields and waves in solids, v. 1 - 2, Ν. Υ. -, 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., Unified theory of Rayleigh-angle phenomena for acoustic beams at liquid-solid interfaces, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, αρ. 4, σελ. 157; 8) Mott G., Reflection and refraction coefficients at a fluid-solid interface, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50, αρ. 3 (σημ. 2), σελ. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Influence of material properties on Rayleigh critic-angle reflectivity, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), σ. 1609· 10) Fiorito R., Ubera11 H., Resonance theory of acoustic reflection and transmission through a fluid layer, ".I. Acoust. soc. Amer.", 1979, τ. 65, αρ. 1, σ. 9· 11) Fiorft o R., Madigosky W., C bera 11 H., Resonance theory of acoustic waves που αλληλεπιδρούν με μια ελαστική πλάκα. "J. Acoust. soc. Amer.", 1979, τ. 66, αρ. 6, σ. 1857· 12) Neubauer W. G., Παρατήρηση ακουστικής ακτινοβολίας από επίπεδες και καμπύλες επιφάνειες, στο: Physical acoustics. Principles and metoda, εκδ. W. P. Mason, R. N. Thurston , τ. 10, Ν. Υ. - Λ., 1973, κεφ. 2.