Звуковое давление р зависит от скорости и колеблющихся частиц среды. Вычисления показывают, что
или (6.5)
где r — плотность среды, с — скорость звуковой волны в среде. Произведение r с называют удельным акустическим импедансом, для плоской волны его называют также волновым сопротивлением.
Волновое сопротивление — важнейшая характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на ее границе.
Представим себе, что звуковая волна попадает на границу раздела двух сред. Часть волны отражается, а часть — преломляется. Законы отражения и преломления звуковой волны аналогичны законам отражения и преломления света. Преломленная волна может поглотиться во второй среде, а может выйти из нее.
Допустим, что плоская волна падает нормально к границе раздела, интенсивность ее в первой среде I 1интенсивность преломленной (прошедшей) волны во второй среде I 2. Назовем
(6.6)
коэффициентом проникновения звуковой волны.
Рэлей показал, что коэффициент проникновения звука определяется формулой
|
|
(6.7)
Из (6.6) видно, что наибольшее значение, которое может иметь b, равно 1. Из (6.7) получаем, что b = 1, если c 1r1 = c 2r2. Итак, при равенстве волновых сопротивлений двух сред звуковая волна (при нормальном падении) пройдет границу раздела без отражения.
Если волновое сопротивление второй среды весьма велико по сравнению с волновым сопротивлением первой среды (c 2r2 >> c 1r1), то вместо (6.7) имеем
(6.8)
так как . Приведем волновые сопротивления некоторых веществ при 200С (табл. 14).
Таблица 14
Материал | r с, кг • м-2 • с-1 | Материал | r с, кг • м-2 • с-1 |
Железо Бетон Вода | 40 000 000 4 800 000 1440 000 | Резина Воздух Масло | 60 000 1 350 000 |
Используем (6.8) для вычисления коэффициента проникновения звуковой волны из воздуха в бетон и в воду:
Эти данные производят впечатление: оказывается, только очень малая часть энергии звуковой волны проходит из воздуха в бетон и в воду.
Во всяком закрытом помещении отраженный от стен, потолков, мебели звук падает на другие стены, полы и пр., вновь отражается и поглощается и постепенно угасает. Поэтому даже после того, как источник звука прекратит действие, в помещении все еще имеются звуковые волны, которые создают гул. Особенно это заметно в больших просторных залах. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения источника называют реверберацией.
Реверберация, с одной стороны, полезна, так как восприятие звука усиливается за счет энергии отраженной волны, но, с другой стороны, чрезмерно длительная реверберация может существенно ухудшить восприятие речи, музыки, так как каждая новая часть текста перекрывается предыдущими. В связи с этим обычно указывают некоторое оптимальное время реверберации, которое учитывается при постройке аудиторий, театральных и концертных залов и т. п. Например, время реверберации заполненного Колонного зала Дома союзов в Москве равно 1,70 с, заполненного Большого театра — 1,55 с. Для этих помещений (пустых) время реверберации соответственно 4,55 и 2,06 с.
|
|