Sudut kejadian dan pantulan bunyi daripada seseorang. pantulan bunyi

Tekanan bunyi p bergantung kepada kelajuan v zarah berayun medium. Pengiraan menunjukkan bahawa

di mana p ialah ketumpatan medium, c ialah kelajuan gelombang bunyi dalam medium. PC produk dipanggil impedans akustik khusus, untuk gelombang satah ia juga dipanggil impedans gelombang.

Rintangan gelombang adalah ciri terpenting bagi medium, yang menentukan keadaan untuk pantulan dan pembiasan gelombang di sempadannya.

Bayangkan bahawa gelombang bunyi mengenai antara muka antara dua media. Sebahagian daripada gelombang dipantulkan, dan sebahagian lagi dibiaskan. Hukum pantulan dan pembiasan gelombang bunyi adalah serupa dengan hukum pantulan dan pembiasan cahaya. Gelombang terbias boleh diserap dalam medium kedua, atau ia boleh meninggalkannya.

Marilah kita andaikan bahawa gelombang satah bersinggungan secara normal pada antara muka, keamatannya dalam medium pertama I 1 ialah keamatan gelombang terbias (ditransmisikan) dalam medium kedua 1 2 . Jom telefon

pekali penembusan gelombang bunyi.

Rayleigh menunjukkan bahawa pekali penembusan bunyi diberikan oleh

Jika rintangan gelombang medium kedua adalah sangat besar berbanding dengan rintangan gelombang medium pertama (с 2 р 2 >> с 1 ρ 1), maka bukannya (6.7) kita mempunyai

sejak с 1 ρ 1 /с 2 р 2 >>1. Mari kita tunjukkan rintangan gelombang beberapa bahan pada 20 °C (Jadual 14).

Jadual 14

Kami menggunakan (6.8) untuk mengira pekali penembusan gelombang bunyi dari udara ke dalam konkrit dan ke dalam air:

Data ini mengagumkan: ternyata hanya sebahagian kecil daripada tenaga gelombang bunyi yang mengalir dari udara ke konkrit dan air.

Dalam mana-mana bilik tertutup, bunyi yang dipantulkan dari dinding, siling, perabot jatuh pada dinding lain, lantai, dsb., sekali lagi dipantulkan dan diserap, dan beransur-ansur hilang. Oleh itu, walaupun selepas sumber bunyi telah berhenti, masih terdapat gelombang bunyi di dalam bilik yang mencipta dengung. Ini amat ketara dalam dewan besar yang luas. Proses pengecilan bunyi secara beransur-ansur dalam ruang tertutup selepas sumber dimatikan dipanggil gema.

Gema, dalam satu pihak, berguna, kerana persepsi bunyi dipertingkatkan oleh tenaga gelombang yang dipantulkan, tetapi, sebaliknya, gema yang terlalu lama boleh menjejaskan persepsi pertuturan dan muzik, kerana setiap bahagian baru teks bertindih dengan yang sebelumnya. Dalam hal ini, beberapa masa gema optimum biasanya ditunjukkan, yang diambil kira semasa membina auditorium, teater dan dewan konsert, dll. Contohnya, masa gema Dewan Lajur yang dipenuhi di Dewan Kesatuan di Moscow ialah 1.70 s , diisi dalam Teater Bolshoi - 1, 55 p. Untuk bilik ini (kosong), masa dengung ialah 4.55 dan 2.06 s, masing-masing.

Fizik pendengaran

Mari kita pertimbangkan beberapa soalan fizik pendengaran pada contoh telinga luar, tengah dan dalam. Telinga luar terdiri daripada auricle 1 dan salur auditori luaran 2 (Rajah 6.8) Auricle pada manusia tidak memainkan peranan penting dalam pendengaran. Ia membantu untuk menentukan penyetempatan sumber bunyi apabila ia terletak dalam arah anterior-posterior. Mari kita jelaskan ini. Bunyi dari sumber memasuki auricle. Bergantung kepada kedudukan punca dalam satah menegak

(Rajah 6.9) gelombang bunyi akan membias secara berbeza pada aurikel kerana bentuknya yang khusus. Ini juga akan membawa kepada perubahan dalam komposisi spektrum gelombang bunyi yang memasuki saluran pendengaran (untuk butiran lanjut tentang isu pembelauan, lihat Bab 19). Hasil daripada pengalaman, seseorang telah belajar untuk mengaitkan perubahan dalam spektrum gelombang bunyi dengan arah kepada sumber bunyi (arah A, B dan B dalam Rajah 6.9).

Mempunyai dua penerima bunyi (telinga), manusia dan haiwan dapat menetapkan arah kepada sumber bunyi dan dalam satah mendatar (kesan binaural; Rajah 6.10). Ini disebabkan oleh fakta bahawa bunyi dari sumber ke telinga yang berbeza bergerak dalam jarak yang berbeza dan terdapat perbezaan fasa untuk gelombang yang memasuki aurikel kanan dan kiri. Hubungan antara perbezaan antara jarak ini (5) dan perbezaan fasa (∆φ) diperolehi dalam § 19.1 apabila menerangkan gangguan cahaya [lihat. (19.9)]. Jika sumber bunyi betul-betul di hadapan muka orang itu, maka δ = 0 dan ∆φ = 0, jika sumber bunyi terletak di sebelah terhadap salah satu aurikel, maka ia akan jatuh ke dalam aurikel yang lain dengan kelewatan. Kami akan mengandaikan kira-kira bahawa dalam kes ini 5 ialah jarak antara auricles. Mengikut formula (19.9), untuk v = 1 kHz dan δ = 0.15 m, perbezaan fasa boleh dikira. Ia adalah lebih kurang 180°.

Arah yang berbeza ke sumber bunyi dalam satah mendatar akan sepadan dengan perbezaan fasa antara 0° dan 180° (untuk data di atas). Adalah dipercayai bahawa seseorang yang mempunyai pendengaran normal boleh menetapkan arah ke sumber bunyi dengan ketepatan 3 °, ini sepadan dengan perbezaan fasa 6 °. Oleh itu, boleh diandaikan bahawa seseorang itu dapat membezakan perubahan perbezaan fasa gelombang bunyi yang memasuki telinganya dengan ketepatan 6 °.

Sebagai tambahan kepada perbezaan fasa, kesan binaural difasilitasi oleh perbezaan intensiti bunyi dalam telinga yang berbeza, serta "bayangan akustik" dari kepala untuk satu telinga. Pada rajah. 6.10 secara skematik menunjukkan bahawa bunyi dari sumber masuk ke kiri

telinga akibat pembelauan (ch. 19).

Gelombang bunyi melalui saluran telinga dan sebahagiannya dipantulkan daripada membran timpani 3 (lihat Rajah 6.8). Akibat gangguan kejadian dan gelombang pantulan, resonans akustik boleh berlaku. Dalam kes ini, panjang gelombang adalah empat kali panjang saluran pendengaran luaran. Salur telinga manusia adalah kira-kira 2.3 cm panjang; oleh itu, resonans akustik berlaku pada frekuensi

Bahagian telinga tengah yang paling penting ialah membran timpani 3 dan ossikel pendengaran: maleus 4, anvil 5 dan stirrup 6 dengan otot, tendon dan ligamen yang sepadan. Tulang menjalankan penghantaran getaran mekanikal dari persekitaran udara telinga luar ke persekitaran cecair telinga dalam. Media cecair telinga dalam mempunyai rintangan gelombang lebih kurang sama dengan rintangan gelombang air. Seperti yang telah ditunjukkan (lihat § 6.4), hanya 0.123% daripada keamatan kejadian dihantar dalam peralihan langsung gelombang bunyi dari udara ke air. Ini terlalu sedikit. Oleh itu, tujuan utama telinga tengah adalah untuk memudahkan penghantaran intensiti bunyi yang lebih besar ke telinga dalam. Dari segi teknikal, telinga tengah sepadan dengan impedans udara dan cecair di telinga dalam.

Sistem tulang (lihat Rajah 6.8) pada satu hujung disambungkan dengan tukul ke gegendang telinga (kawasan S 1 \u003d 64 mm 2), di sisi lain - dengan sanggur - dengan tingkap bujur 7 telinga dalam ( kawasan S 2 \u003d 3 mm 2).

Pada masa yang sama, daya F 2 bertindak pada tingkap bujur telinga dalam, mewujudkan tekanan Bunyi p 2 dalam medium cecair. Hubungan antara mereka:
Membahagikan (6.9) dengan (6.10) dan membandingkan hubungan ini dengan (6.11), kita memperoleh

di mana

atau dalam unit logaritma (lihat § 1.1)

Pada tahap ini, telinga tengah meningkatkan penghantaran tekanan bunyi luaran ke telinga dalam.

Satu lagi fungsi telinga tengah ialah melemahkan penghantaran getaran dalam kes bunyi yang sangat kuat. Ini dilakukan dengan kelonggaran refleks otot-otot ossikel telinga tengah.

Telinga tengah disambungkan ke atmosfera melalui tiub auditori (Eustachian).

Telinga luar dan tengah adalah sebahagian daripada sistem pengalir bunyi. Sistem penerima bunyi ialah telinga dalam.

Bahagian utama telinga dalam ialah koklea, yang menukarkan getaran mekanikal kepada isyarat elektrik. Sebagai tambahan kepada koklea, radas vestibular tergolong dalam telinga dalam (lihat § 4.3), yang tidak ada kaitan dengan fungsi pendengaran.

Koklea manusia adalah pembentukan tulang kira-kira 35 mm panjang dan mempunyai bentuk lingkaran berbentuk kon dengan 2 3/4 lingkaran. Diameter di pangkalan adalah kira-kira 9 mm, ketinggiannya kira-kira 5 mm.

Pada rajah. 6.8 koklea (terhad oleh garis putus-putus) ditunjukkan secara skematik untuk memudahkan tontonan. Tiga saluran mengalir di sepanjang koklea. Salah satu daripadanya, yang bermula dari tingkap bujur 7, dipanggil skala vestibular 8. Saluran lain berasal dari tingkap bulat 9, ia dipanggil skala tympani 10. Skala vestibular dan timpani disambungkan dalam kubah koklea. melalui bukaan kecil - helicotrema 11. Oleh itu, kedua-dua saluran ini dalam beberapa cara mewakili satu sistem yang dipenuhi dengan perilymph. Getaran stirrup 6 dihantar ke membran tingkap bujur 7, daripadanya ke perilimfa dan "menonjol" membran tingkap bulat 9. Ruang antara skala vestibular dan timpani dipanggil saluran koklea 12, ia dipenuhi dengan endolimfa. Di antara saluran koklea dan skala timpani, membran utama (basilar) 13 melalui koklea. Organ Corti yang mengandungi sel reseptor (rambut) terletak di atasnya, dan saraf pendengaran berasal dari koklea (butiran ini tidak ditunjukkan dalam Rajah. 6.8).

Organ Corti (organ lingkaran) adalah penukar getaran mekanikal kepada isyarat elektrik.

Panjang membran utama adalah kira-kira 32 mm, ia mengembang dan menipis ke arah dari tingkap bujur ke bahagian atas koklea (dari lebar 0.1 hingga 0.5 mm). Membran utama adalah struktur yang sangat menarik untuk fizik, ia mempunyai sifat selektif frekuensi. Helmholtz menarik perhatian ini,

mewakili membran utama dengan cara yang serupa dengan siri tali piano yang ditala. Pemenang Hadiah Nobel Bekesy mewujudkan kekeliruan teori resonator ini. Dalam karya Bekesy ditunjukkan bahawa membran utama adalah garis tidak homogen, penghantaran pengujaan mekanikal. Apabila terdedah kepada rangsangan akustik, gelombang merambat sepanjang membran utama. Gelombang ini dilemahkan secara berbeza bergantung pada frekuensi. Semakin rendah frekuensi, semakin jauh dari tingkap bujur gelombang merambat sepanjang membran utama sebelum ia mula mereput. Jadi, sebagai contoh, gelombang dengan frekuensi 300 Hz akan merambat sehingga lebih kurang 25 mm dari tingkap bujur sebelum pengecilan bermula, dan gelombang dengan frekuensi 100 Hz mencapai maksimum hampir 30 mm. Berdasarkan pemerhatian ini, teori telah dibangunkan mengikut mana persepsi pic ditentukan oleh kedudukan ayunan maksimum membran utama. Oleh itu, rantaian berfungsi tertentu boleh dikesan di telinga dalam: ayunan membran tingkap bujur - ayunan perilymph - ayunan kompleks membran utama - ayunan kompleks membran utama - kerengsaan sel rambut (reseptor organ Corti) - penjanaan isyarat elektrik.

Beberapa bentuk pekak dikaitkan dengan kerosakan pada radas reseptor koklea. Dalam kes ini, koklea tidak menghasilkan isyarat elektrik apabila tertakluk kepada getaran mekanikal. Adalah mungkin untuk membantu orang pekak seperti itu dengan menanam elektrod dalam koklea dan memberi mereka isyarat elektrik yang sepadan dengan isyarat yang timbul apabila terdedah kepada rangsangan mekanikal.

Prostetik seperti fungsi utama, koklea (prostesis koklea) sedang dibangunkan di beberapa negara. Di Rusia, prostetik koklea telah dibangunkan dan dilaksanakan di Universiti Perubatan Rusia. Prostesis koklea ditunjukkan dalam Rajah. 6.12, di sini 1 ialah badan utama, 2 ialah telinga dengan mikrofon, 3 ialah palam penyambung elektrik untuk menyambung kepada elektrod boleh implan.

Setiap daripada anda sudah biasa dengan fenomena bunyi seperti gema. Gema terbentuk akibat pantulan bunyi dari pelbagai halangan - dinding bilik kosong yang besar, hutan, peti besi gerbang tinggi dalam bangunan.

Gema kedengaran hanya apabila bunyi yang dipantulkan dirasakan secara berasingan daripada yang dituturkan. Untuk melakukan ini, adalah perlu bahawa selang masa antara kesan kedua-dua bunyi ini pada gegendang telinga adalah sekurang-kurangnya 0.06 s.

Mari tentukan berapa lama selepas anda melafazkan seruan pendek, bunyi yang dipantulkan dari dinding akan sampai ke telinga anda jika anda berdiri pada jarak 3 m dari dinding ini.

Bunyi mesti menempuh jarak ke dinding dan belakang, iaitu 6 m, merambat pada kelajuan 340 m/s. Ini akan mengambil masa t = s/v, i.e. t \u003d 6m / 340m / s \u003d 0.02 s.

Selang antara dua bunyi yang anda rasa - dituturkan dan dicerminkan - jauh lebih sedikit daripada yang diperlukan untuk mendengar gema. Di samping itu, pembentukan gema di dalam bilik dihalang oleh perabot, langsir dan objek lain yang terletak di dalamnya, yang sebahagiannya menyerap bunyi yang dipantulkan. Oleh itu, dalam bilik sedemikian, pertuturan orang dan bunyi lain tidak diputarbelitkan oleh gema dan bunyi dengan jelas dan boleh dibaca.

Bilik yang besar separa kosong dengan dinding, lantai dan siling licin cenderung memantulkan gelombang bunyi dengan baik. Di dalam bilik sedemikian, disebabkan oleh pencerobohan gelombang bunyi sebelumnya ke yang berikutnya, tindanan bunyi diperoleh, dan gemuruh terbentuk. Untuk menambah baik sifat bunyi dewan besar dan auditorium, dindingnya selalunya dipenuhi dengan bahan penyerap bunyi.

Tindakan hon adalah berdasarkan sifat bunyi yang dipantulkan dari permukaan licin - paip yang mengembang, biasanya keratan rentas bulat atau segi empat tepat. Apabila menggunakan hon, gelombang bunyi tidak berselerak ke semua arah, tetapi membentuk rasuk sempit, kerana kuasa bunyi meningkat dan ia merebak pada jarak yang lebih jauh.

Beberapa gema berbilang terkenal: di Woodstock Castle di England, gema itu mengulangi 17 suku kata dengan jelas. Runtuhan Istana Derenburg berhampiran Halberstadt memberikan gema 27 suku kata, yang, bagaimanapun, senyap kerana satu dinding diletupkan. Batu-batu itu, tersebar dalam bentuk bulatan berhampiran Adersbach di Czechoslovakia, berulang di tempat tertentu, tiga kali 7 suku kata; tetapi beberapa langkah dari titik ini, walaupun bunyi tembakan tidak memberikan sebarang bergema. Gema yang sangat berganda telah diperhatikan dalam satu istana (kini tidak berfungsi) berhampiran Milan: tembakan yang dilepaskan dari tingkap bangunan luar bergema 40-50 kali, dan perkataan yang kuat - 30 kali ... Dalam kes tertentu, gema adalah kepekatan bunyi dengan memantulkannya dari permukaan melengkung yang cekung. Jadi, jika sumber bunyi diletakkan dalam salah satu daripada dua fokus bilik kebal ellipsoidal, maka gelombang bunyi dikumpulkan dalam fokusnya yang lain. Ini menjelaskan, sebagai contoh, yang terkenal " telinga Dionysus"di Syracuse - sebuah gua atau ceruk di dinding, dari mana setiap perkataan yang diucapkan oleh banduan di dalamnya boleh didengari di beberapa tempat yang jauh daripadanya. Satu gereja di Sicily mempunyai sifat akustik yang serupa, di mana di tempat tertentu seseorang boleh mendengar bisikan perkataan dalam Juga dikenali dalam hal ini ialah kuil Mormon di Salt Lake di Amerika dan gua-gua di taman biara Oliva berhampiran Danzig. Di Olympia (Greece) di kuil Zeus, "Serambi Echo" telah kekal sehingga hari ini Di dalamnya, suara itu diulang 5 ... 7 kali. Di Siberia, terdapat tempat yang menakjubkan di Sungai Lena di utara Kirensk. Kelegaan pantai berbatu di sana sehingga gema tanduk kapal bermotor. menyusuri sungai boleh berulang sehingga 10 atau bahkan 20 kali (di bawah keadaan cuaca yang menggalakkan). Gema seperti itu kadangkala dianggap sebagai bunyi yang beransur pudar, dan kadangkala sebagai bunyi yang berkibar dari pelbagai arah. Gema berbilang juga boleh didengari di Tasik Teletskoye di Pergunungan Altai.Tasik ini sepanjang 80 km dan hanya beberapa kilometer trov dalam lebar; tebingnya tinggi dan curam, dilitupi hutan. Tembakan daripada pistol atau jeritan kuat yang tajam menghasilkan sehingga 10 isyarat gema yang berbunyi selama 10 ... 15 s. Adalah pelik bahawa selalunya respons bunyi kelihatan kepada pemerhati sebagai datang dari suatu tempat di atas, seolah-olah gema itu diambil oleh ketinggian pantai.

Bergantung pada rupa bumi, lokasi dan orientasi pemerhati, keadaan cuaca, masa tahun dan hari, gema mengubah volum, timbre dan tempohnya; bilangan lelaran berubah. Selain itu, kekerapan respons audio juga mungkin berubah; ia mungkin berubah menjadi lebih tinggi atau, sebaliknya, lebih rendah daripada kekerapan isyarat audio asal.

Tidak begitu mudah untuk mencari tempat di mana gema jelas boleh didengari walaupun sekali. Di Rusia, bagaimanapun, agak mudah untuk mencari tempat seperti itu. Terdapat banyak dataran yang dikelilingi oleh hutan, banyak kawasan lapang di dalam hutan; ia patut menjerit dengan kuat di kawasan lapang sedemikian supaya gema yang lebih kurang jelas datang dari dinding hutan.

Definisi 1

Gema- fenomena fizikal, yang terdiri daripada penerimaan oleh pemerhati gelombang yang dipantulkan daripada halangan (elektromagnet, bunyi, dll.)

Gema adalah pantulan yang sama, hanya cermin memantulkan cahaya, dan dalam kes gema, bunyi. Sebarang halangan boleh menjadi cermin untuk bunyi. Lebih tajam, lebih mendadak bunyi, lebih jelas gema. Cara terbaik untuk membangkitkan gema adalah dengan bertepuk tangan. Suara lelaki yang rendah dipantulkan dengan buruk, dan suara yang tinggi memberikan gema yang berbeza.

Gema boleh didengari jika bunyi itu dibuat di tempat kejadian, dikelilingi oleh bukit atau bangunan besar.

fenomena akustik

Gelombang akustik melantun dari dinding dan permukaan keras lain seperti gunung. Apabila bunyi bergerak melalui medium yang tidak mempunyai sifat fizikal yang tetap, ia boleh dibiaskan.

Rajah 1. Penerangan tentang cara gema berfungsi

Telinga manusia tidak dapat membezakan gema daripada bunyi asal jika kelewatan kurang daripada $1/15$ sesaat.

Kekuatan gema sering diukur dalam tahap tekanan bunyi dB (SPL) berbanding dengan gelombang yang dihantar itu sendiri. Gema boleh diingini (seperti dalam sonar) atau tidak diingini (seperti dalam sistem telefon).

Pantulan gelombang bunyi dari permukaan juga bergantung kepada bentuk permukaan. Permukaan rata memantulkan gelombang bunyi, sehingga sudut di mana gelombang menghampiri permukaan adalah sama dengan sudut di mana gelombang meninggalkan permukaan.

Pantulan gelombang bunyi dari permukaan melengkung membawa kepada fenomena yang lebih menarik. Permukaan melengkung dengan bentuk parabola mempunyai tabiat memfokuskan gelombang bunyi ke satu titik. Gelombang bunyi yang dipantulkan dari permukaan parabola menumpukan semua tenaganya pada satu titik di angkasa; pada ketika ini, bunyi dikuatkan. Para saintis telah lama percaya bahawa burung hantu mempunyai cakera sfera di muka mereka yang boleh digunakan untuk mengumpul dan memantulkan bunyi.

Menggunakan pantulan bunyi

Kelajuan bunyi di dalam air adalah berbeza daripada di udara. Pertimbangkan operasi pembunyi gema. Ia mengeluarkan bunyi yang tajam, yang, melalui lajur air, sampai ke dasar laut, dipantulkan dan berjalan kembali dalam bentuk gema. Pembunyi gema menangkapnya dan mengira jarak ke dasar laut.

Rajah 2. Operasi pembunyi gema

Pantulan bunyi digunakan dalam banyak peranti. Contohnya, pembesar suara, hon, stetoskop, alat bantu pendengaran, dsb.

Stetoskop digunakan untuk mendengar bunyi organ dalaman pesakit; untuk tujuan diagnostik. Ia berfungsi mengikut undang-undang pantulan bunyi.

Kelawar menggunakan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek) untuk meningkatkan keupayaan mereka untuk memburu. Mangsa kelawar yang biasa ialah rama-rama, objek yang tidak lebih besar daripada kelawar itu sendiri. Kelawar menggunakan teknik ekolokasi ultrasonik untuk mengesan saudara-mara mereka di udara. Tetapi mengapa ultrasound? Jawapan kepada soalan ini terletak pada fizik pembelauan. Apabila panjang gelombang menjadi lebih pendek daripada halangan yang dihadapinya, gelombang tidak lagi dapat melesap di sekelilingnya dan oleh itu dipantulkan. Kelawar menggunakan gelombang ultrasonik dengan panjang gelombang lebih kecil daripada saiz mangsanya. Gelombang bunyi ini akan berlanggar dengan mangsa, dan bukannya difraksi di sekeliling mangsa, ia akan melantun dari mangsa, membolehkan tetikus memburu dengan echolocation.

Jika gelombang bunyi tidak menemui halangan dalam laluannya, ia merambat secara seragam ke semua arah. Tetapi tidak setiap halangan menjadi penghalang untuknya.

Setelah menemui halangan di laluannya, bunyi boleh membengkok di sekelilingnya, dipantulkan, dibiaskan atau diserap.

pembelauan bunyi

Kita boleh bercakap dengan seseorang yang berdiri di sudut bangunan, di belakang pokok, atau di belakang pagar, walaupun kita tidak dapat melihatnya. Kami mendengarnya kerana bunyi itu mampu membengkokkan objek ini dan menembusi kawasan di belakangnya.

Keupayaan gelombang untuk mengelilingi halangan dipanggil pembelauan .

Pembelauan adalah mungkin apabila panjang gelombang gelombang bunyi melebihi saiz halangan. Gelombang bunyi frekuensi rendah agak panjang. Sebagai contoh, pada frekuensi 100 Hz, ia adalah 3.37 m. Apabila frekuensi berkurangan, panjangnya menjadi lebih panjang. Oleh itu, gelombang bunyi mudah membengkok di sekeliling objek yang sepadan dengannya. Pokok-pokok di taman tidak menghalang kami daripada mendengar bunyi sama sekali, kerana diameter batangnya jauh lebih kecil daripada panjang gelombang gelombang bunyi.

Disebabkan oleh pembelauan, gelombang bunyi menembusi melalui celah dan lubang dalam halangan dan merambat di belakangnya.

Mari kita letakkan skrin rata dengan lubang di laluan gelombang bunyi.

Apabila panjang gelombang bunyi ƛ jauh lebih besar daripada diameter lubang D , atau nilai ini lebih kurang sama, kemudian di belakang lubang bunyi akan mencapai semua titik kawasan yang berada di belakang skrin (kawasan bayangan bunyi). Hadapan gelombang keluar akan kelihatan seperti hemisfera.

Jika ƛ hanya lebih kecil sedikit daripada diameter slot, kemudian bahagian utama gelombang merambat secara langsung, dan sebahagian kecil menyimpang sedikit ke sisi. Dan dalam kes apabila ƛ lebih kurang D , seluruh gelombang akan pergi ke arah hadapan.

pantulan bunyi

Dalam kes gelombang bunyi memukul antara muka antara dua media, pelbagai pilihan untuk penyebaran selanjutnya adalah mungkin. Bunyi boleh dipantulkan dari antara muka, ia boleh pergi ke medium lain tanpa mengubah arah, atau ia boleh dibiaskan, iaitu, pergi, menukar arahnya.

Katakan halangan telah muncul di laluan gelombang bunyi, yang saiznya jauh lebih besar daripada panjang gelombang, contohnya, tebing belaka. Bagaimanakah bunyi itu akan bertindak? Oleh kerana ia tidak dapat mengatasi halangan ini, ia akan tercermin daripadanya. Di sebalik halangan adalah zon bayang akustik .

Bunyi yang dipantulkan daripada halangan dipanggil bergema .

Sifat pantulan gelombang bunyi boleh berbeza. Ia bergantung kepada bentuk permukaan reflektif.

refleksi dipanggil perubahan arah gelombang bunyi pada antara muka antara dua media yang berbeza. Apabila dipantulkan, gelombang kembali ke medium dari mana ia datang.

Jika permukaannya rata, bunyi dipantulkan daripadanya dengan cara yang sama seperti sinar cahaya dipantulkan dalam cermin.

Sinar bunyi yang dipantulkan dari permukaan cekung difokuskan pada satu titik.

Permukaan cembung menghilangkan bunyi.

Kesan serakan diberikan oleh tiang cembung, acuan besar, candelier, dsb.

Bunyi tidak berpindah dari satu medium ke medium lain, tetapi dipantulkan daripadanya jika ketumpatan media berbeza dengan ketara. Jadi, bunyi yang muncul di dalam air tidak masuk ke udara. Dicerminkan dari antara muka, ia kekal di dalam air. Seseorang yang berdiri di tebing sungai tidak akan mendengar bunyi ini. Ini disebabkan oleh perbezaan besar dalam rintangan gelombang air dan udara. Dalam akustik, rintangan gelombang adalah sama dengan produk ketumpatan medium dan kelajuan bunyi di dalamnya. Oleh kerana rintangan gelombang gas adalah lebih rendah daripada rintangan gelombang cecair dan pepejal, apabila ia mencecah sempadan udara dan air, gelombang bunyi dipantulkan.

Ikan di dalam air tidak mendengar bunyi yang muncul di atas permukaan air, tetapi mereka dengan jelas membezakan bunyi itu, yang sumbernya adalah badan yang bergetar di dalam air.

pembiasan bunyi

Menukar arah perambatan bunyi dipanggil pembiasan . Fenomena ini berlaku apabila bunyi melalui satu medium ke medium lain, dan kelajuan perambatannya dalam media ini adalah berbeza.

Nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut pantulan adalah sama dengan nisbah kelajuan perambatan bunyi dalam media.

di mana i - sudut tuju,

r ialah sudut pantulan,

v1 ialah kelajuan perambatan bunyi dalam medium pertama,

v2 ialah kelajuan perambatan bunyi dalam medium kedua,

n ialah indeks biasan.

Pembiasan bunyi dipanggil pembiasan .

Jika gelombang bunyi tidak jatuh berserenjang dengan permukaan, tetapi pada sudut selain 90°, maka gelombang terbias akan menyimpang dari arah gelombang kejadian.

Biasan bunyi boleh diperhatikan bukan sahaja pada antara muka antara media. Gelombang bunyi boleh mengubah arahnya dalam medium yang tidak homogen - atmosfera, lautan.

Di atmosfera, pembiasan disebabkan oleh perubahan suhu udara, kelajuan dan arah pergerakan jisim udara. Dan di lautan, ia muncul disebabkan oleh kepelbagaian sifat air - tekanan hidrostatik yang berbeza pada kedalaman yang berbeza, suhu yang berbeza dan kemasinan yang berbeza.

penyerapan bunyi

Apabila gelombang bunyi mengenai permukaan, sebahagian daripada tenaganya diserap. Dan berapa banyak tenaga yang boleh diserap oleh medium boleh ditentukan dengan mengetahui pekali penyerapan bunyi. Pekali ini menunjukkan bahagian tenaga getaran bunyi yang diserap oleh 1 m 2 halangan. Ia mempunyai nilai dari 0 hingga 1.

Unit ukuran untuk penyerapan bunyi dipanggil sabin . Ia mendapat namanya daripada ahli fizik Amerika Wallace Clement Sabin, pengasas akustik seni bina. 1 sabin ialah tenaga yang diserap oleh 1 m 2 permukaan, pekali penyerapan yang sama dengan 1. Iaitu, permukaan sedemikian mesti menyerap sepenuhnya semua tenaga gelombang bunyi.

Berkumandang

Wallace Sabin

Sifat bahan untuk menyerap bunyi digunakan secara meluas dalam seni bina. Semasa meneliti akustik Dewan Kuliah, sebahagian daripada Muzium Fogg, Wallace Clement Sabin menyimpulkan bahawa terdapat hubungan antara saiz auditorium, keadaan akustik, jenis dan kawasan bahan penyerap bunyi, dan masa bergema .

Reverb dipanggil proses pantulan gelombang bunyi daripada halangan dan pengecilan beransur-ansur selepas mematikan sumber bunyi. Dalam ruang tertutup, bunyi boleh melantun dari dinding dan objek beberapa kali. Akibatnya, pelbagai isyarat gema muncul, setiap satunya berbunyi seolah-olah terpisah. Kesan ini dipanggil kesan reverb .

Ciri yang paling penting bagi sesebuah bilik ialah masa bergema , yang diperkenalkan dan dikira oleh Sabin.

di mana V - kelantangan bilik,

TAPI – penyerapan bunyi umum.

di mana a i ialah pekali penyerapan bunyi bahan,

Si ialah luas setiap permukaan.

Jika masa bergemanya panjang, bunyi itu seolah-olah "berkeliaran" di sekeliling bilik. Mereka bertindih antara satu sama lain, menenggelamkan sumber utama bunyi, dan dewan menjadi berkembang pesat. Dengan masa bergema yang singkat, dinding dengan cepat menyerap bunyi, dan mereka menjadi pekak. Oleh itu, setiap bilik mesti mempunyai pengiraan tepatnya sendiri.

Berdasarkan hasil pengiraannya, Sabin menyusun bahan penyerap bunyi sedemikian rupa sehingga "kesan gema" dikurangkan. Dan Dewan Simfoni Boston, tempat dia menjadi perunding akustik, masih dianggap sebagai salah satu dewan terbaik di dunia.

Seperti dalam mana-mana proses gelombang, apabila gelombang bunyi jatuh pada halangan dengan saiz terhad, sebagai tambahan kepada gangguan, pantulan mereka diperhatikan (Rajah 1.10). Dalam kes ini, sudut tuju dan pantulan adalah sama antara satu sama lain. Oleh itu, permukaan rata dan cembung menyerakkan bunyi (Rajah 1.10 a, b dan c.), manakala permukaan cekung memfokuskannya dan menumpukan pada titik tertentu (Rajah 1.10 d).

Rajah 1.10 Pantulan gelombang bunyi daripada permukaan pelbagai bentuk

Apabila gelombang jatuh pada sempadan dua media (Rajah 1.11), sebahagian daripada tenaga bunyi dipantulkan, dan sebahagiannya melepasi medium kedua.

nasi. 1.11 Pantulan dan perambatan gelombang pada sempadan dua media

Mengikut undang-undang pemuliharaan tenaga, jumlah masa yang telah berlalu E lalu. dan dicerminkan E neg. tenaga adalah sama dengan tenaga gelombang kejadian E pad, , iaitu

Epad \u003d Eotr. + Eprosh.

(1.59)

Bahagikan sisi kanan dan kiri formula dengan E pad .

1 = (E neg./ Epad) +(Eprosh / Epad)

Istilah dalam nisbah di atas menunjukkan berapa bahagian tenaga kejadian yang dipantulkan, dan berapa bahagian yang dihantar. Ia adalah pekali pantulan dan penghantaran. Memperkenalkan untuk mereka notasi η dan τ, masing-masing, kami perolehi

Rajah 1.12 menunjukkan perubahan dalam pantulan dan pekali penghantaran bergantung kepada nisbah galangan akustik media bersebelahan. Dari graf dapat dilihat bahawa nilai pekali hanya bergantung pada nilai mutlak

nilai mutlak nisbah galangan akustik media, tetapi tidak bergantung pada galangan ini yang mana lebih besar. Ini boleh menjelaskan fakta bahawa bunyi yang merambat dalam mana-mana dinding besar mengalami pantulan yang sama dari antara muka dengan medium udara seperti bunyi yang merambat di udara apabila dipantulkan dari dinding ini.

nasi. 1.12. Kemungkinan η dan τ bergantung pada nisbah impedans akustik media bersebelahan (Z 1 / Z 2)

Dalam beberapa kes, adalah menarik untuk mengetahui bagaimana tekanan bunyi atau halaju getaran zarah akan berubah apabila melalui sempadan dua media. Oleh kerana keamatan tenaga bunyi adalah berkadar dengan kuasa dua tekanan bunyi dan halaju getaran, adalah jelas bahawa pekali pantulan untuk tekanan dan halaju boleh didapati dengan formula

Formula di atas untuk pantulan dan pekali penghantaran boleh digunakan dalam pengiraan panduan bunyi satu dimensi apabila keratan rentasnya berubah (Rajah 1.13), jika luas keratan rentas S1 dan S2 tidak terlalu berbeza. Pada

Rajah.1.13. Menukar bahagian panduan bunyi

Penyerapan bunyi

Penyerapan bunyi (redaman, pelesapan) - perubahan tenaga bunyi kepada haba. Ia disebabkan oleh kekonduksian terma dan kelikatan (penyerapan klasik) dan oleh pantulan intramolekul. Pada amplitud yang sangat besar, yang berlaku hanya berhampiran sumber bunyi yang sangat kuat atau semasa hentaman supersonik, proses tak linear berlaku, yang membawa kepada herotan bentuk gelombang dan kepada penyerapan yang dipertingkatkan.

Untuk bunyi dalam gas dan cecair, penyerapan adalah kepentingan praktikal hanya apabila bunyi merambat pada jarak yang jauh (sekurang-kurangnya beberapa ratus panjang gelombang) atau apabila jasad dengan permukaan yang sangat besar ditemui di laluan bunyi.

Pertimbangkan proses bunyi yang melepasi halangan (Rajah 1.14). Tenaga bunyi kejadian E pad . dibahagikan kepada tenaga yang dipantulkan daripada halangan E neg diserap di dalamnya E menyerap dan tenaga melepasi halangan

Mengikut undang-undang pemuliharaan tenaga

Rajah.1.14. Pengagihan tenaga semasa kejadian bunyi pada halangan.

Proses ini boleh dianggarkan dengan nisbah tenaga yang dihantar, diserap dan dipantulkan kepada kejadian tenaga pada halangan:

τ = E lalu. / E pad; η = E neg. / E pad; α = E menyerap. / E pad; (1.67)

Seperti yang dinyatakan di atas, dua nisbah pertama dipanggil pekali penghantaran τ dan refleksi η . Pekali ketiga mencirikan bahagian tenaga yang diserap dan dipanggil pekali penyerapan α. Jelas sekali, daripada (1.66) ia mengikuti

α + η + τ = 1

(1.68)

Penyerapan bunyi adalah disebabkan oleh peralihan tenaga getaran kepada haba akibat kehilangan geseran dalam bahan. Kehilangan geseran adalah tinggi dalam bahan gentian berliang dan longgar. Struktur yang diperbuat daripada bahan tersebut mengurangkan keamatan gelombang bunyi yang dipantulkan dari permukaan. Penyerap bunyi yang terletak di dalam bilik juga boleh mengurangkan keamatan bunyi langsung jika ia terletak di laluan gelombang bunyi.

Resonator.

Resonator yang dipanggil boleh berfungsi sebagai penyerap gelombang bunyi yang berkesan, dan dalam beberapa kes penguatnya. Di bawah resonator kuda

sistem jenis "mass-spring" sedang dibangunkan, di mana peranan jisim berayun dimainkan oleh jisim udara dalam lubang sempit atau dalam slot plat, dan peranan spring

ialah isipadu anjal udara dalam rongga di belakang plat. Perwakilan skematik resonator Helmholtz ditunjukkan dalam Rajah 1.15

nasi. 1.15. Resonator Helmholtz

Pertimbangkan resonator udara yang paling mudah, i.e. sebuah kapal dengan dinding tegar dan leher yang sempit. Apabila gelombang bunyi dengan frekuensi tertentu jatuh ke atasnya, "palam" udara di kerongkong kapal menjadi gerakan berayun yang kuat. Kelajuan getaran zarah dalam kerongkong adalah beberapa kali lebih tinggi daripada kelajuan getaran dalam medan bunyi bebas. ξ . Dalam isipadu dalaman resonator pada masa ini, tekanan juga meningkat R . Jika anda membawa tiub ke rongga dalaman resonator, maka bunyi yang dirasakan akan menjadi lebih kuat.

Pada masa yang sama, dengan kehilangan geseran yang cukup besar, resonator boleh bertindak bukan sebagai penguat, tetapi sebagai penyerap tenaga bunyi. Jika lapisan bahan penyerap bunyi dimasukkan ke dalam kerongkong resonator, penyerapan akan meningkat dengan ketara.

Kekerapan bulat semula jadi o dengan jisim m pada spring dengan kekakuan s boleh didapati dengan formula yang terkenal

suntingan, yang nilainya bergantung pada bentuk leher dan luas keratan rentasnya. Oleh itu, frekuensi semula jadi resonator ditakrifkan sebagai

fo=	s o			S	(1.72)
2π			V( l+l i+lα)

Dalam sistem resonans sedemikian, dengan adanya sumber bunyi luaran, udara yang tertutup dalam rongga berayun bersamanya dengan amplitud yang bergantung pada nisbah antara nilai tempoh ayunan semula jadi dan paksa. Apabila sumber dimatikan, resonator memberikan semula ayunan yang terkumpul di dalamnya, menjadi sumber sekunder untuk masa yang singkat.

Bergantung pada ciri-ciri, resonator boleh sama ada menguatkan atau menyerap getaran bunyi pada frekuensi tertentu.

Penyerapan bunyi resonator diterangkan menggunakan ciri bersyarat bahagian serap bunyi A . Ia difahami sebagai kawasan keratan rentas bersyarat yang berserenjang dengan arah perambatan gelombang kejadian, yang melaluinya gelombang bebas (tanpa ketiadaan resonator) menghantar kuasa yang sama dengan yang diserap oleh resonator.

Mari kita andaikan bahawa dimensi resonator adalah kecil berbanding dengan panjang gelombang kejadian. Kemudian, dalam anggaran pertama, kita boleh mengabaikan penyebaran tenaga bunyi pada bekas resonator. Jika kita mengambil lubang resonator ditutup secara akustik tegar, maka tekanan bunyi di leher p h = p l , dan kelajuan getaran υ = p h / Z h (jika resonator berada pada skrin, maka pengganda akan ditambah dalam formula di atas 2 ).

Impedans leher resonator ialah jumlah kerugian dalaman R i , rintangan sinaran aktif R r dan tindak balas jisim dan keanjalan.

2. AKUSTIK INDUSTRI