Рассеяние звуковых волн на препятствии

Рассеяние звуковых волн на препятствии [c.304]

РАССЕЯНИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН НА ПРЕПЯТСТВИИ 305 [c.305]

Это—общее свойство рассеяния звуковых волн на препятствиях с раз-мер ами, малыми по сравнению с длиной волны (ср. VI, 76). Ср. также аналогичную ситуацию для рассеяния длинных электромагнитных волн —II, 7% [c.361]

Рассмотрим прежде всего силу радиационного давления. Радиационное давление связано с изменением среднего по времени импульса, переносимого волной. При взаимодействии волны с препятствием изменение импульса происходит вследствие рассеяния и поглощения звуковой энергии препятствием. Таким образом, определение радиационной силы сводится к задаче о дифракции звуковой волны на препятствии. [c.647]

Когда звуковая волна встречает препятствие, некоторая её часть отклоняется от своего первоначального направления. Разность между действительной волной и волной, какая существовала бы при отсутствии препятствия, называют рассеянной волной. Например, когда плоская волна встречает на своём пути некоторое тело, то к начальной плоской волне добавляется рассеянная волна, которая распространяется от препятствия в различных направлениях, складываясь с ней и искажая её. Если препятствие очень велико по сравнению с длиной волны (как это обычно бывает со световыми волнами, но довольно редко со звуковыми), то половина рассеянной волны распространяется более или менее равномерно по всем направлениям от препятствия, другая же половина, сосредоточиваясь сзади препятствия, даёт сильную интерференцию с падающей плоской волной, в результате чего сзади препятствия образуется тень с резкими краями. Этот случай является характерным для геометрической оптики половина рассеянной волны, уходящая назад, называется в этом случае отражённой волной, а та часть, которая ответственна за область тени, называется интерференционной волной. Если препятствие очень мало сравнительно с длиной волны (как это часто бывает в случае звуковых волн), то рассеянная волна излучается почти равномерно по всем направлениям, обратным направлению падающей волны, и в этом случае тень с отчётливыми краями отсутствует, В промежуточном случае, когда препятствие имеет размеры того же порядка, как длина волны, происходят разнообразные и сложные явления интерференции. [c.378]

Большое влияние на дальность распространения звука оказывает дифракция, то есть искривление звуковых лучей. Чем разнороднее среда, тем больше искривляется звуковой луч и соответственно тем меньше дальность распространения звука. Звуковые поля, создаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещенных в среду, на неоднородностях самой среды, а также на неровностях и неоднородностях границ среды, называются рассеянными полями. И наоборот, рассеяние звука —это возникновение дополнительных звуковых полей в результате дифракции звука на препятствиях, находящихся в среде, на неоднородностях среды, а также на неровных и неоднородных границах среды. Следовательно, дифрак- [c.36]

На рис. 39 приведены диаграммы рассеяния цилиндрической волны на абсолютно жестком цилиндре, рассчитанные по формуле (19.7) при условии kp > 1 (сплошные линии). За единицу принята величина звукового давления в падающей волне при отсутствии препятствия. Углы ф соответствуют значениям ф = л — ф. Кривые позволяют проследить характер изменения диаграммы рассеяния при изменении параметра ka. [c.134]

Трехмерный случай. Существует простое, но весьма нетривиальное соотношение, связывающее мощность в рассеянной волне и звуковое давление в направлении падения плоской волны на препятствие. Рассмотрим полный поток энергии через некоторую поверхность, окружающую препятствие, и будем считать, что источник звука лежит вне этой поверхности. Для начала будем считать, что препятствие не поглощает звук, т. е. активные потери (диссипация) отсутствуют. В этом случае полный поток энергии через любую замкнутую поверхность 5, окружающую препятствие, должен быть равен нулю. Поток энергии можно записать следующим образом [c.187]

При Ro a и kRo 1 можно считать, что волна, излучаемая таким источником в пределах поверхности рассеивающего цилиндра, приближенно является плоской. Поэтому поле, рассеиваемое такой волной на препятствии в точке с координатами г, в, можно записать, используя ряд (5.3), заменив ро на р . Таким образом, для звукового давления в рассеянной волне получим [c.220]

Возникающее при падении звука на жесткое неподвижное препятствие звуковое поле можно рассчитать, предполагая, что в результате воздействия падающей волны на этом препятствии зарождается новая, рассеянная (или дифрагированная) волна, причем в сумме обе волны — падающая и рассеянная — должны дать на поверхности нормальную скорость, равную нулю. Обычно под дифракцией понимают загибание лучей в зону геометрической тени, а под рассеянием — возникновение системы волн, как бы исходящих от некоторого тела во все стороны при падении на него волны, приходящей от удаленного источника. Приводимое ниже решение задачи является общим — оно описывает полную волновую картину, охватывающую как дифрагированные, так и рассеянные волны, не давая какого-либо критерия их различия. [c.257]

Интересное приложение результатов этого раздела можно произвести для объяснения явления, названного гармоническим эхо ). Если первичный звук является сложной музыкальной нотой, то различные составляющие ее тоны рассеиваются в неодинаковой пропорции. Октава, например, в шестнадцать раз сильнее в сравнении с основным тоном во вторичном звуке, чем это было в первичном. Нетрудно, таким образом, понять, каким образом эхо, отраженное от такого препятствия, как группа деревьев, может оказаться повышенным на октаву. Это явление имеет также и дополнительную сторону. Если на пути звуковых волн лежит значительное число небольших тел, то колебания, испускаемые ими во всех направлениях, происходят за счет энергии главного потока, и там, где звук сложный, возбуждение более высоких гармоник в рассеянных волнах предполагает пропорциональное отсутствие их в прямой волне после прохождения препятствий. Это является, может быть, объяснением некоторых эхо, о которых сказано, что они возвращают звук ниже первоначального действительно известно, что высота чистого тона часто оценивается слишком низко. Однако факты противоречивы, и весь этот вопрос требует дальнейшего тщательного экспериментального исследования, которое можно рекомендовать вниманию располагающих необходимыми условиями. В то время как изменение характера звука легко понятно и, действительно, в ограниченной степени должно вообще происходить, изменение высоты простого [c.153]

Кроме того, в акустических задачах поверхность препятствия, на которую падают звуковые волны, может испытывать колебания под действием волн, и при определении радиационного давления часто требуется учитывать эти движения. Возникает необходимость принимать во внимание целый ряд обстоятельств каково акустическое поле и вид звуковой волны какова геометрия задачи — в свободном ли пространстве имеется акустическое поле или это пространство ограничено каково препятствие, на которое падают волны — поглощает оно звук или отражает и в какой степени нужно ли учитывать нелинейные свойства среды или можно ограничиться линейной акустикой велико или мало препятствие по сравнению с длиной звуковой волны и в какой степени следует учитывать рассеяние волн на этом препятствии существенную ли роль играют диссипативные свойства среды и т. д. [c.118]

Можно ли применять для нахождения результирующего поля принцип суперпозиции До сих пор принцип суперпозиции применялся нами только для полей без источников и означал, что -если пространственно-временные распределения давления Рх t, г) и р 1, г) являются свободными волнами, то и распределение р = Рх ( , г) + р-2 ((, г) — также свободная волна. Но теперь в среде имеются излучатели. Если они осуществлены, например, в виде пульсирующих сфер, то они явятся препятствиями, которые будут рассеивать звуковые волны, падающие на ннх со стороны других излучателей. Рассеяние на излучателях как на препятствиях приведет к тому, что поле нескольких одновременно действующих монополей (да и вообще излучателей любого типа) не будет удовлетворять принципу суперпозиции. [c.307]

Сделаем два замечания о самой постановке задачи о рассеянии. В гл. IX, рассматривая совместную работу нескольких излучателей, мы видели, что сами они могут явиться препятствиями для звуковых волн, создаваемых другими излучателями. Тогда мы пренебрегали рассеянным полем, потому что интересовались только особенностями прямого поля излучателей, к которому рассеяние на самих излучателях давало лишь малую поправку. Но теперь задача поставлена иначе препятствия пассивны, никакого самостоятельного излучения не создают, поле в отсутствие препятствий известно, а мы интересуемся, как основной величиной, именно добавкой к первичному полю, вносимой препятствиями. [c.350]

Если бы не было расхождения в,стороны, рассеяния на препятствиях и других причин затухания звуковых волн, помимо поглощения, то, например, звук мужского голоса (основная частота 100—150 гц) при распространении в атмосфере ослабел бы вдвое по амплитуде только после пробега примерно 60 км, т. е. только через 3 минуты свободного распространения. Звук громкого разговора в Ленинграде можно было бы услышать в Москве (по прошествии получаса, требующегося для пробега звуком этой дистанции) при громкости еще заметно большей порога слышимости потеря интенсивности составила бы всего 60 дб. Правда, слов разобрать бы не удалось, так как обертоны, отличающие речь от синусоидального звукового сигнала, затухают гораздо быстрее (поглощение звука растет с частотой). [c.385]

Пусть радиус рассеивающего цилиндра намного меньше длины волны звука ка 1). Если теперь для определения Ф воспользоваться формулой (18.39), то выражение (22.9) приведет к парадоксальному результату р > р1 , из которого следует, -1то рассеяние звука препятствием должно усиливать звуковое давление на оси главного максимума диаграммы излучателя. Это явно ошибочное заключение основано на том, что при выводе формулы (18.39) были отброшены все члены, имеющие порядок малости выше, чем (ка) . В частности, в формуле для Ф не учтены вещественные слагаемые, имеющие порядок (ка) . При вычислении же модуля комплексной величины (22.9) мнимые члены порядка (ка и вещественные члены порядка (ка) дают соизмеримые вклады. [c.167]

ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА — явление, возникаюш ее при падении звуковой волны на препятствие и состояш,ее в образовании волны, распространя-юш е11СЯ от препятствия обратно в среду, из к-рой пришла падаюш,ая волна. В узком смысле термином О. з. пользуются в случаях, когда поведе-Н1те волн удовлетворяет законам геометрической акустики. Если законы последней неприменимы (препятствия малы по сравнению с длиной волны звука, шероховатые препятствия и т. д.), то говорят о рассеянии звука или дифракции звука на препятствии. [c.240]

ДИФРАКЦИЯ ЗВУКА — отклонение распространения звука от законо) геометрической акустики, обусловленное его волновой природой. Результаты Д. з,— расхождение У 3-пучков при удалении от излучателя или после прохождения через отверстие в экране, загибание звуковых волн в область тони позади препятствий, больших по сравнению с длиной волны л, отсутствие тени позади препятствий, малых по сравнению с к, и т. п. Звуковые поля, создаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещённых в среду, на неоднородностях самой среды, а также па неровностях и неоднородностях границ среды, наа. рассеянными полями (см. Рассеяние звука). Для объектов, на к-рых происходит Д. 3., больших по сравнению с X, степень отклонений от геом. картины зависит от значения волнового параметра Р=Укг11), де D — поперечник объекта (папр., поперечник У 3-излучателя или пре- [c.667]

Задача определения радиационных сил, действующих в звуковом поле на препятствия, может быть разделена на несколько более простых. Отдельно можно рассмотреть радиационные силы в свободном звуковом поле, например силы, действующие на источник звука в свободном поле, или силы, действующие на какой-то выделенный объем однородной среды Более сложной задачей является определение радиашюнных сил, действующих на препятствия в звуковом поле. Поскольку препятствие изменяет звуковое поле, радиационные силы здесь создаются не только различием потоков импульса до препятствия л эа ним, но также и потоком импульса рассеянной волны. Таким образом, в этом случае для определения радиационной силы надо решить задачу о дифракции звуковой воины на препятствии. На величину радиационной силы, кроме того, может оказывагь влияние импеданс поверхности препятствия. [c.179]

Теперь мы рассмотрим возмущение, создаваемое в звуковой волне твердым препятствием, размеры которого малы по сравнению с длиной волны. Рассеянные волны, наблюдаемые на большом расстоянии, обусловлены главным образом двумя причинами. Если бы препятствие отсутствовало, то в пространстве, которое оно занимало, происходили бы попеременные сжатия и разрежения. На большом расстоянии влияние преиятствия, заключающееся в отсутствии соответственных расширений и сжатий его объема, приблизительно таково, как если бы в среде, находящейся в покое, этот объем испытывал бы периодические изменения в точности противоположного характера. Результат эквивалентен действию простого источника. На создаваемое таким образом возмущение накладывается вторая система волн, вызванная неподвижностью препятствия. Если бы препятствие могло колебаться свободно и, кроме того, имело ту же плотность, что и окружающий воздух, то оно колебалось бы вместе с частицами воздуха и второй системы воля не было бы. Эта вторая система волн такова же, как если бы препятствие совершало колебания, в точности равные и противоположные по фазе колебаниям в исходной невозмущепной волне. Как мы видели в 79, этот эффект эквивалентен действию двойного источника. На первый взгляд может показаться, что первый из рассмотренных эффектов много меньше, чем второй, однако вдали от препятствия оба эффекта оказываются сравнимыми по порядку, ввиду того, что волны от двойного источника сильно ослабляются наличием бокового обтекания. [c.304]

Дифракция (от лат. 11ГГгас1и — разломанный) волн — это отклонение волн от геометрических законов распространения при взаимодействии с препятствиями. Соответственно дифракция звука (и ультразвука) — отклонение поведения звука от законов геометрической (лучевой) акустики, обусловленное волно вой природой звука. Звуковые поля, созданные дифракцией исход ной волны на препятствиях, называют рассеянными или дифрагированными волнами. [c.46]

Для выяснения причин, вызывающих пондеромоторные силы, рассмотрим взвешенное в акустпч. поле тело, размеры к-рого много меньше длины волны. Если плотность тела равна плотпости окружающей среды, то под действием звуковых волн оно будет колебаться вместе с частицами среды, и на пего будет действовать сила, к-рая бы действовала на среду в объеме тела, если бы последнего не было. При различных плотностях тела и окружающей среды возникает движение тела относительно среды, причем, если плотность тела больше плотности среды, то тело отстает от среды, если меньше, — то опережает ее. Движение тела относительно среды вызовет дополнительное движение среды (рассеянную волну), а значит, и дополнительную силу реакции, действующую па тело. Если препятствие способно поглощать энергию звуковой волны, то появляется еще дополнительный механизм возникновения сил, т. к. вместе с поглощенной энергией препятствие получает и импульс. [c.172]

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ АКУСТИКА — упрощённая теория распространения звука, пренебрегающая дифракционными явлениями (см. Дифракция звука). Г. а. основана на представлении о звуковых лучах, вдоль каждого из к-рых звуковая энергия распространяется независимо от соседних лучей. В однородной среде звуковые лучи — прямые линии. Г. а. позволяет рассматривать образование звуковых теней позади препятствий, отражение и преломление лучей на границе между средами или на границе между средой и препятствием (см. Отражение звука, Преломление звука), фокусировку Звука акустич. линзами и зеркалами, рефракцию лучей в неоднородных средах, рассеяние звука в статистически-неоднородных средах с крупномасштабными неоднородностями и т. д. Расчёт звуковых полей при помощи Г. а. даёт удовлетворительную точность только при длине волны звука, достаточно малой по сравнению с характерными размерами параметров задачи (как, напр., размерами препятствия, фокусирующей линзы). Г. а. неприменима или даёт значительную погрешность в областях, где вследствие волновой природы звука существенны дифракцион- [c.77]

РАССЕЯНИЕ ЗВУКА — возникновение дополнительных звуковых полей в результате дифракции звука на препятствиях, находящихся в среде, на неоднородностях среды, а также на неровных и неоднородных границах среды. Р. 3. имеет место, если препятствия отличаются от среды либо сжимаемостью, либо плотностью, либо тем и другим. При наличии Р. з. результирующее звуковое поле можно представить в виде суммы первичной звуковой волны (существовавшей в отсутствии препятствий) и рассеянной (вторичной) волны, возникшей в результате взаимодействия первичной волны с препятствием. При наличии многих препятствий волны, рассеянные каждым из них, рассеиваются повторно и многократно другими препятствиями. Если вторичные волны малы по сравнейию с первичной, а число препятствий не слишком велико, так что повторным Р.З. можно пренебречь, то Р. 3. наз. однократным. Если накапливающиеся вторичные волны в сумме не остаются малыми и ими нельзя пренебрегать по сравнению с первичной волной, то говорят о многократном рассеянии. В первом случае задача расчёта поля рассеяния сводится к определению однократного Р. 3. на каждом отдельном препятствии и сложению полученных полей. Задачу о расчёте многократного Р. з. удаётся решить только в простейших случаях. [c.299]

Пусть звуковая волна ро (рис. 2.12) падает на поверхность тела 5. Требуется определить звуковое поле р , рассеянное телом при заданных граничных условиях на поверхности. В работе [148] рассмотрены граничные условия Дирихле и Неймана (акустически мягкая и жесткая поверхности соответственно), а также случай препятствия в виде некоторого объема жидкости, плотностью и сжимаемостью отличающимися от аналогичных параметров окружающей среды. В дальнейшем метод был распространен на упругие тела, а также на системы тел с учетом взаимодействия отдельных тел. [c.86]

Малость длины волны обусловливает лучевой характер распространения УЗ-вых волн. Даже при относительно небольшой величине характерного размера D параметр Р для среднего и высокочастотного диапазонов УЗ невелик, из чего следует, что вблизи излучателя УЗ-вые волны распространяются в виде пучков, поперечный размер к-рых сохраняется близким к размеру излучателя. Попадая на крупные препятствия или неоднородности в среде, такой пучок (УЗ-вой луч) испытывает регулярное отражение и преломление. При попадании УЗ-вого луча на малые препятствия или дефекты возникает рассеянная волна, что позволяет обнаруживать в среде весьма малые неоднородности, порядка десятых н сотых долей мм. Отражение и рассеяние УЗ на неоднородностях среды позволяют формировать в оптически непрозрачных средах звуковые изображения предметов, используя звуковые фокусирующие системы (см. Фокусировка звука) тюдобно тому, как это делается с помощью световых лучей. Сам процесс фо- [c.10]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...