Интерференция и дифракция звуковых волн
Наложение в данной точке пространства звуковых волн вызывает явление интерференции (рис.1.7). Результат зависит от соотношения фаз колебанийчастиц среды во встречающихся волнах. В случае совпадения фаз наблюдается усиление колебаний. При движении частиц в противофазе – ослабление. Пер-вый случай характерен для стоячих волн изгиба в конструкциях, стоячих волн в звукопроводах (столб воздуха, труба, стержень). Второй тип явления интер-ференции используют для локального гашения акустических колебаний (в от-дельных точках помещений или транспортных средств). При этом частицы должны колебаться не только в противофазе, но и с одинаковой амплитудой.
Рис. 1.7. Отражение от поверхности и интерференция волн
В случае, когда интерферирующие волны имеют различную частоту, воз-никают биения, частота которых равна разности частот этих колебаний. Биения отчетливо различаются на слух и весьма неприятны для восприятия.
При падении звуковых волн на препятствие они огибают препятствие, т.е. наблюдается явление дифракции. При этом за препятствие образуется зона аку-стической тени, размеры которой зависят от соотношения длины волны λ и размеров препятствия. Если дифракция происходит в параллельных лучах (рис.1.8, а), то протяженность этой тени lт , за препятствием, имеющем попе-речный размер D, можно определить по формуле
| Lт = D2 / 4λ = D2f / 4с | (1.57) |
Эффект дифракции проявляется и при прохождении волн через щели и отверстия (рис.1.8, б, г). При этом будет наблюдаться картина, обратная выше-описанной, т.е. за отверстием вместо звуковой тени будет располагаться зона излучения отверстия. Чем меньше размеры отверстия по сравнению с длиной падающей волны, тем менее направленным будет излучение. Так, малое отвер-стие можно считать источником сферических волн. Если же размеры отверстия сравнимы с длиной волны или больше его, то его излучение за экраном локали-зуется в относительно узком пучке (рис.1.8, б).
Рис. 1.8. Дифракция звуковых волн на препятствиях, отверстиях и щелях
Размеры звуковой тени увеличиваются, если волны исходят из одной точки перед экраном. Очевидно, что в зоне звуковой тени будет наблюдаться ослабление звука. В зависимости от соотношения длины волны λ с высотой эк-рана Н и его расстоянием от источника r и до расчетной точки R, величина ос-лабление уровня звука колеблется от 2 – 3 до 20 дБ. На рис.1.9 приведен гра-фик, по которому снижение уровня звука за экраном можно найти с помощью вспомогательной величины N, определяемой по формуле
| H | H | ||||||||||||||
| r | + R | ||||||||||||||
| N = | 1 + | − 1 | 1 + | − 1 | (1.58) | ||||||||||
| λ | r | ||||||||||||||
| R | |||||||||||||||
Рис.1.9 Влияние параметра N на ослабление звука за экраном
В общем случае, любое тело, размеры которого соизмеримы с длиной волны, вследствие дифракции вносит искажение в звуковое поле. Этот факт следует учитывать при проведении акустических измерений, поскольку на вы-соких частотах, когда длина волны сопоставима с размерами микрофона, по-правки за дифракцию могут достигать 3 – 5 дБ.