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什么是声——无所不在的声波:声音是怎样传播的(4)

音频杂谈 小众声学 219浏览 0评论

声的反射、折射和透射(续)

光的人射反射和折射现象是更直观的。声和光的反射、折射和透射现象有许多共同之处。两个一起讲,可能产生更深刻的印象。

首先在光学和声学中平面波射到一个平面界面时都有一个规律,就是人射角等于反射角。平面声波或光波从一种介质射到与另一种介质相交的界面时,总有一部分声波或光波进人第二种介质,但波的前进方向会改变,这叫折射。折射的角度和人射的角度有关系,在声折射中也和两种介质的声速大小有关系。声波从第一种介质人射到第二种介质时,第一种介质声速为c1,第二种介质为c2,人射角为θ1,在第二种介质中折射的声波的折射角为θ2,则关系就是著名的斯奈尔定律。

如果第一种介质的声速。.比第二种介质声速。c2大,那么人射角θ1,就比折射角θ2大,即使人射角为90°时,折射角也达不到90°。如果第一种介质的声速比第二种介质声速小,则在第二种介质中的折射波角度就会大于人射角,在某一人射角下,折射角就会等于90°,人射角比这角度大的声波就会全部反射回第一种介质,一点也进人不了第二种介质中,这个角度叫全反射角。如果更详细一点,要了解人射波反射波的强度关系。
其中,rp为分界面上反射波与人射波声压幅度之比,tp为分界面上透射波与入射波声压幅度之比。p1、p2分别为第一介质与第二介质的密度。我们从这个公式可以看出会有全透射的情况。

全透射当p2 c2cosθ1一p1c1cosθ2=0时,rp=0,反射波声压为零,也就是声波全部透射到第二介质中,并  不向第一介质反射。这个角度叫全透射角。这情况出现在p2 c2>p1c1同时c1<c2的情况。例如声波由海水人射到低声速海底就会有这种情况,这时海水声速大于海底底质声速(略大),而海底底质密度比海水密度大约2倍。这时就会有全透射的情况。

正人射时的反射如果人射角为零。则折射角也为零。这时反射系数只决定于p1。.与p2c2的关系,两者相对差别愈大,反射愈强,两者愈接近,反射愈小。比如空气密度1.2千克/立方米,声速为340米/秒,则pc为1.2×340=408;水密度为1000千克/立方米声速为1500米/秒,PC=1500000;花岗岩密度为2500千克/立方米,声速为6000米/秒,pc=150000000所以从空气人射到花岗岩或水中的声波几乎全部反射回空气中。转自耳聆网

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