дифракция звука

ДИФРАКЦИЯ ЗВУКА - отклонение распространения звука от законов геометрической акустики, обусловленное его волновой природой. Результаты Д. з.- расхождение УЗ-пучков при удалении от излучателя или после прохождения через отверстие в экране, загибание звуковых волн в область тени позади препятствий, больших по сравнению с длиной волны , отсутствие тени позади препятствий, малых по сравнению с , и т. п. Звуковые поля, создаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещённых в среду, на неоднородностях самой среды, а также на неровностях и неоднородностях границ среды, наз. рассеянными полями (см. Рассеяние звука). Для объектов, на к-рых происходит Д. з., больших по сравнению с , степень отклонений от геом. картины зависит от значения волнового параметра , где D - поперечник объекта (напр., поперечник УЗ-излучателя или препятствия), r - расстояние точки наблюдения от этого объекта. Вблизи поршневого излучателя звука при ("ближняя", или "прожекторная", зона) поле в осн. образовано цилиндрич. пучком лучей, исходящих из излучателя, и в пределах пучка имеет в целом характер плоской волны с интенсивностью, постоянной по сечению и не зависящей от расстояния, в соответствии с законами геом. акустики, а дифракц. эффекты выражаются только в размывании границ пучка. По мере удаления от излучателя дифракц. эффекты усиливаются, и при Р~1 поле теряет характер плоской волны и представляет собой сложную интерференц. картину. На ещё больших расстояниях, при ("дальняя" зона), пучок превращается в сферически расходящуюся волну с интенсивностью, убывающей как 1/r², и с угл. распределением интенсивности, не зависящим от расстояния (см. Направленность акустических излучателей и приёмников); в этой области поле снова подчиняется законам геом. акустики. Аналогичная картина наблюдается в пучке, вырезаемом из плоской волны отверстием в экране (рис. 1). При размерах излучателя (или отверстия в экране), малых по сравнению с , прожекторная зона отсутствует и звуковое поле представляет собой расходящуюся волну уже на расстояниях порядка .

Рис. 1. Прохождение плоской волны через отверстие в экране при различных соотношениях между размером отверстия и длиной волны звука. Чем меньше отверстие, тем быстрее волна расходится в стороны после прохождения отверстия.

Аналогично размыванию пучка в прожекторной зоне размывается звуковая тень позади препятствия, большого по сравнению с (рис. 2, о); в области тень практически исчезает. За препятствием с размерами ~ и меньше звуковая тень практически не образуется (происходит "огибание" препятствия - рис. 2, б).

Д. з. при фокусировке звука приводит к тому, что вблизи фокусов и каустич. поверхностей, на к-рых, согласно геом. акустике, звуковое давление обращалось бы в бесконечность, образуются области давления с повышенными, но конечными значениями. Эти области тем уже, а значения поля в них тем выше, чем меньше фокусируемого звука.

Рис. 2. а - образование звуковой тени позади препятствия, большого по сравнению с длиной звуковой волны; б - огибание волной малого препятствия.

Расчёт Д. з. обычно базируется на Гюйгенса - Френеля принципе и сводится к определению производительности фиктивных источников, что, как правило, удаётся выполнить только приближённо.

При распространении приблизительно плоских волн (радиус кривизны фронтов велик по сравнению с , относит. изменение амплитуды вдоль фронта мало на расстоянии ) дифракц. эффекты могут быть рассчитаны как результат поперечной диффузии амплитуды волны вдоль фронта, происходящей согласно обычному ур-нию диффузии, но с мнимым коэф. диффузии (см. Дифракция волн),

Точный расчёт Д. з. удаётся выполнить только в исключит. случаях: для Д. з. на полуплоскости и на клине с идеальными границами, на пилообразных решётках, на отверстии цилиндрич. трубы с тонкими стенками, а также на сфере и др. поверхностях 2-го порядка. С точными решениями можно сравнивать результаты расчёта Д. з. разл. приближёнными методами; они могут использоваться также при оценке дифракции на телах, форма к-рых близка к форме тел, для к-рых имеются точные решения.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., M., 1959; Вайнштейн Л. А., Дифракция электромагнитных и звуковых волн на открытом конце волновода, M., 1953; Xайкин С. Э., Физические основы механики, 2 изд., M., 1971; Xенл X., Mауэ А., Вестпфаль К., Теория дифракции, пер. с нем., M., 1964. M. А. Исакович.

   <<      Предметный указатель      >>