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第一节声波的传播(chuánbō)特性
声波是由物体振动产生的,当振动在一定的频率和强度范围内时,人耳就可以听到.
振动发声的物体称为声源,有声波传播的空间称为声场.
当声源在空气中发声时,媒质(méizhì)也产生振动,于是,振动形成波动,在空间传播开来,在声源周围形成疏密交替的空气压力波,即声波.
在15摄氏度时,大约以340米/,即波的前进方向与媒质质点的振动方向在一条直线上.
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尺寸比波长小的声源所发出的声波是以球面扩展的,波阵面为球面,.
现实中的声源,即使具有(jùyǒu)一定的尺寸,但在距离与声源尺寸相比充分远时,也可将它看作点声源,在这样距离里处得到球面声波.
当距离远到一定程度时,波阵面即与平面声波的波阵面相接近,可看做平面声波.
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一、声波(shēnɡbō)的反射
声波在前进过程中如果遇到尺寸甚大于声波波长的坚硬界面,会产生反射.
声波从界面反射的角度与声波入射到界面的角度相等,即反射角等于入射角.
反射的声波如同从界面后面与声源相对应位置处发射(fāshè)出来的一样,即如同在该位置处有一声源,称为虚声源,也称为镜像声源,它与界面的距离等于声源与界面的距离,如图1-1所示.
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当声源在一个凹界面前(miànqián),声波会产生聚焦,如图1-,为了良好扩散,应避免凹界面.
当声源在一个凸界面前,声波会产生扩散,如图1-,以增加声波的扩散,使声场中声能密度均匀.
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二、声波(shēnɡbō)的干涉
由几个声源产生的声波,同时在同一媒质中传播时,如果几个声波在某点相遇,在相遇处媒质质点的振动将是各个声波所引起的分位移和矢量和,就是声波的叠加原理.
也就是说,每个声波都独立地保持自己原有的特性(如频率、波长、振动方向等).
因而,几种乐器同时演奏或几个人同时说话时,我们也能分辨出各种乐器和各个人的声音.
两个声波传到媒质中的一点时,如果两声波在该点产生的振动是同相的,则这点的振动会加强;如果两声波在该点产生的振动是反相的,则该点的振动就会相互(xiānghù)减弱或抵消.
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当两个频率相同,振动方向相同,相位(xiàngwèi)相同或相位(xiàngwèi)差恒定的声源所发出的声波叠加时,会使某些点的振动加强,某些点的振动减弱,甚至被抵消而不振动,这种现象称为声波的干涉现象.
产生干涉的声波称为相干声波,相应的声源称为相干声源.
当一个声源处于两个具有很小吸声性能的平行界面之间时,垂直入射的声波与反射声波会产生干涉现象,干涉的结果在空间形成振幅分布恒定不变的振动,这种情况称为驻波.
两个频率相近,强度相差不多的声波相遇时,由于两者间的相位差时刻在变化而使叠加后的声波振幅做周期变化,合成的声波会在时间上有强弱的变化,,称为拍频.
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三、声波(shēnɡbō)的衍射和绕射
由于媒质中的障碍物或其他不连续性而引起声波波阵面畸变的现象称为衍射(或绕射).
如图1-4所示,当声波在传播过程中遇到有小孔的大障碍物时,如果小孔宽度大于声波波长,声波将从小孔穿过(chuānɡuò)向前传播;如果小孔宽度小于声波波长,,声波可绕过障碍物向前前进;当声波的波长远小于障碍物尺寸时,声波会被反射一部分,并在障碍物后面形成一无声区.
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