Могут ли звуковые волны отражаться: что, почему, когда, где, типы и подробные факты

Когда вы слышите слово «отражение», вы сразу же думаете о свете. Вы можете задаться вопросом, могут ли звуковые волны отражаться? А что такое отражение звука? Подробно изучите статью, чтобы найти эти ответы.

Звук, как и свет, является разновидностью энергии. Энергия переносится в виде волны. И световые, и звуковые волны имеют некоторые общие черты, такие как отражение, преломление и дифракция.

Когда звуковые волны могут отражаться?

Звук, механическая волна, следует тем же правилам отражения, что и свет.

Это просто называется «отражением звука», когда звук отражается от любой полированной или неполированной поверхности. Другими словами, отражение звука происходит, когда звуковая волна проходит через одну среду, а затем ударяется о поверхность другой, возвращаясь в обратном направлении.

Законы отражения звуковых волн:

  • Угол отражения в случае отражения звука будет таким же, как и угол падения.

𝛉i =𝛉r

Где, 𝛉i = Угол падения

             𝛉r = угол отражения

  • Плоскость, от которой отражается звук, будет такой же, как и плоскость, от которой исходит падающий и нормальный звук.
могут ли звуковые волны отражаться

В результате мы можем сделать вывод, что световые и звуковые волны подчиняются одним и тем же законам отражения. 

Отличие в том, что для отражения звука, в отличие от света, не обязательно иметь полированную поверхность. Звук может отражаться и от любой шероховатой поверхности. Таким образом, требуется, чтобы любая поверхность или препятствие отражались обратно. Кроме того, на отражение звука влияет форма поверхности, от которой отражается звук.

Давайте подумаем об иллюстрации:

Допустим, вы бросаете мяч в стену, и он отскакивает обратно к вам. Теперь, когда вы освещаете стену факелом, вы испытываете явление отражения света. То же самое происходит, когда вы говорите близко к стене — вы слышите то, что только что сказали. Да, ваше предположение верно; это не что иное, как отражение звука.

Когда вы говорите, возникают звуковые волны, а когда вы слышите их в ответ, звуковые волны слышимой частоты отражаются обратно от поверхности стены. В результате отражение звука отвечает за то, чтобы вы слышали собственный звук.

Теперь давайте рассмотрим отражение звуковых волн с разных поверхностей.

Отражение звука на разных поверхностях:

Отражение звука также будет зависеть от типа поверхности, например, более редкая или плотная. Если звук отражается от более плотного материала, то происходит просто изменение фазы на 180 градусов. Однако при отражении от более разреженной среды сжатие отражается как разрежение, и наоборот. Давайте углубимся в это более подробно.

Отражение звука на твердых поверхностях ИЛИ жестких границах:

Из-за сжатия и разрежения, из которых состоят звуковые волны, их области чередуются между высоким и низким давлением. Сжатие и разрежение — термины, используемые для одновременного описания области высокого и низкого давления. В результате звуковые волны представляют собой своего рода волна давления так же.

Рассмотрим звуковую волну (волну давления или продольную волну), распространяющуюся по воздуху и сталкивающуюся с твердой поверхностью, например со стеной. Теперь, когда сжатие звуковой волны сталкивается с твердой поверхностью, она, по сути, пытается толкнуть стену, применяя силу. Однако, поскольку стена представляет собой твердую поверхность, она выталкивает сжатие, образующееся в воздухе из-за звука, в противоположном направлении, применяя равную и противоположную силу.

В результате сжатие, которое двигалось в правильном направлении, теперь будет двигаться в левом направлении. В результате смещение частицы среды при падении и отражении будет противоположным. В результате, если мы рассмотрим разность фаз между падающей и отраженной звуковыми волнами, она становится 𝜋 радиан, или 180°.

Подход будет таким же, если мы теперь примем во внимание случай разрежения. Разрежение, вызванное инцидентом, будет отражено как разрежение.

В качестве примера служит стена, которую мы уже видели. Поскольку поверхность стены твердая, ваш звук отражается от нее, когда вы говорите.

Отражение звуковых волн от более разреженной среды:

Подумайте о продольной звуковой волне, которая проходит через более плотную или твердую среду и сталкивается с поверхностью раздела или границей более разреженной среды. Когда сжатие падающей звуковой волны сталкивается с границей из более разреженного материала, к этой поверхности прикладывается сила. Поскольку поверхность более разреженной среды имеет меньшее сопротивление, а сжатие звуковой волны содержит высокое давление, граница более разреженной среды будет отодвинута назад. 

В отличие от более плотных сред, частицы в более разреженных средах могут свободно мигрировать. Поэтому на пересечении двух сред возникает разрежение. Следовательно, падающее сжатие возвращается в виде разрежения после отражения от поверхности более разреженного материала. В результате не замечается изменение фазы при отражении звуковой волны от более плотной среды от более разреженной среды. 

То же самое произойдет, если разрежение произойдет на поверхности более разреженной среды и отразится обратно в виде сжатия.

В качестве иллюстрации представьте, что звук проходит по трубе, наполненной водой. Теперь представьте, что на открытом конце трубы присутствует воздух. А мы уже знаем, что вода является более плотной средой для звука, чем воздух. В результате высокое давление заставляет молекулы воздуха в окружающей среде быстро удаляться, когда происходит сжатие на границе раздела вода-воздух. В результате сжатие будет преобразовано в разрежение перед отражением.

Отражение звуковых волн от изогнутой поверхности:

Как мы видели, разные поверхности по-разному отражают звук. Подобным образом кривизна поверхности влияет на отражение звука. Кривизна поверхности имеет свойство изменять интенсивность звука. 

Криволинейные поверхности делятся на два типа: 

  • Вогнутые поверхности и 
  • Выпуклые поверхности.

Теперь рассмотрим его основательно.

Отражение звука от вогнутой поверхности:

Когда звуковые волны ударяются о вогнутую поверхность, отраженные волны сходятся, как и со световыми волнами. Кроме того, отраженные волны также имели единую точку фокусировки. В результате интенсивность отраженной звуковой волны увеличивается по мере ее отражения от вогнутой поверхности.

Это явление используется и в природе. Из недавних научных исследований мы узнали два факта:

  • Лось-бык может использовать свои рога как спутниковый диск, с помощью которого он может легко собирать и фокусировать звук.
  • Согласно глубоким исследованиям и долгим размышлениям ученых, лицевые диски сов имеют сферическую форму, и их можно легко перемещать, чтобы собирать, а затем отражать звук к их ушам.

Несмотря на то, что это происходит в природе, мы часто держимся подальше от вогнутых поверхностей, когда пытаемся отразить звук. Причина этого в том, что фокусировка на геометрическом центре поверхности приведет к появлению громкой горячей точки в пространстве. В результате передача отраженного звука на большие расстояния будет необычной.

Если необходима вогнутая форма, вероятно, потребуется использовать звукопоглощающие материалы. Возможно, вы сможете уменьшить проблемы с шумом, изменив геометрию кривой с помощью специалиста по акустике. Театр использует это явление.

С точки зрения поддержания интенсивности отраженного звука вогнутые поверхности обычно используются перед динамиками в театрах. Однако, как мы уже говорили, он создает громкую точку доступа, поэтому шум или ненормальный звук отражается. Стены и потолок театра сделаны из шумопоглощающих материалов, чтобы уменьшить этот шум. В результате оба метода улучшают друг друга, уменьшая количество оставшихся ошибок.

Отражение звука от выпуклой поверхности:

Когда звуковые волны падают на выпуклую поверхность, отраженный звук расходится во всех возможных направлениях. По мере расхождения звука, очевидно, интенсивность звука уменьшается. 

Диффузия звука от выпуклой поверхности помогает музыкальному миксу распространяться во всех направлениях и избегать нежелательных отражений.

Различные геометрии помогают в распространении звука, в том числе:

  • Полусфера или полуцилиндр
  • Поверхность с различными углами, как рисунок зуба пилы

Другие значимые явления, связанные с отражением звука:

Отражение звука вызывает эхо и реверберацию. Однако между этими двумя явлениями есть некоторые различия. Давайте поговорим об этом.

Эхо:

Термин «эхо» относится к повторному прослушиванию отраженного звука. Эхо можно услышать, когда звук отражается в большом пространстве. 

Любое огромное пространство может создавать эхо, включая как открытые, так и закрытые пространства. Расстояние между источником и отражающим телом должно быть больше 50 футов, чтобы эффективно слышать эхо. Из-за относительно большого расстояния между слышимыми звуками будет временная задержка. Таким образом, мы можем слышать два или более различных звука.

Представьте, что вы стоите в большой пустой комнате и громко говорите «Привет». Затем из-за отражения звука на большой площади и через твердую поверхность вы слышите слово «привет» несколько раз, например «Привет»,….. «Привет»,….. «Привет». Звук будет выходить в комнату и отражаться от стен к вашим ушам. Чем больше времени требуется, чтобы звук достиг вашего уха, тем более тревожным он становится.

Возможно, вы сделали это во время отпуска на горной станции, выкрикивая свое имя в горах. Вы могли заметить, что эхо также возникает во время перекрестных помех в телефонных звонках.

Реверберация:

Когда расстояние между источником звука и отражающей поверхностью очень мало, исходный звук смешивается с отраженным звуком. В результате наложения различных звуков получается настойчивый или непрерывный звук. Это называется реверберацией.

Возможно, вы слышали их, если выступали в огромном куполе, аудитории или зале. В результате различных отражений звука в таких местах отраженные звуки часто смешиваются с исходным звуком. Вам часто нужно услышать эффект реверберации, если эти отражения происходят в течение 50 миллисекунд или 0.05 секунды.

Применение отражения звука:

Свойство звука отражаться используется для облегчения нашей жизни. Ниже приведены приложения отражения звука:

  1. Стетоскоп: Стетоскоп, которым пользуются врачи, работает по теории отражения звука. Врач использует его для прослушивания сердцебиения пациентов. Благодаря различным отражениям звука, происходящим внутри стетоскопа, врач может отчетливо слышать сердцебиение пациента.
  1. Слуховой аппарат: Еще одним медицинским устройством, использующим принцип отражения звука, является слуховой аппарат. Это устройство используют люди с проблемами слуха. В этом устройстве звук отражается в более тонкой области, поэтому его можно направить к ушам с высокой интенсивностью.
  2. Сонар: Да, теория отражения звука применима и к сонару. Устройство, использующее отраженный сигнал для расчета расстояния и скорости подводных объектов, называется гидролокатором. Он используется на кораблях для выявления любых угроз кораблю, чтобы избежать трагических происшествий, таких как Титаник. Военно-морской флот также использует его для поиска мин и подводных лодок.
  3. Дека: Деки — это просто изогнутые поверхности, расположенные таким образом, чтобы источник звука оставался в фокусе. Они равномерно отражают звуковые волны по всей комнате или аудитории. В результате использование деки улучшает качество звука.
  4. Мегафон: Многократные отражения также используются в мегафоне. Имеет воронкообразную форму. В результате при воспроизведении звука внутри воронки мегафона волны многократно отражаются, прежде чем двигаться по пути, ведущему к отверстию воронки. В результате амплитуда звука увеличивается в его начале.

Мы надеемся, что эта статья дала вам всю необходимую информацию об отражении звуковых волн в полезной форме. Пожалуйста, посетите наш веб-сайт, чтобы прочитать другие статьи, связанные с наукой, подобные этой.

Узнайте больше о Что такое страйк и дип?

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены * *

Наверх