Волновое сопротивление. Отражение звуковых волн. Реверберация

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 ₁ интенсивность 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.

Дата добавления: 2014-01-03