声波在平面界面的反射、折射和透射

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1、第4章声波在平面界面的反射、折射和透射4.1声波垂直入射到平面界面4.2声波斜入射到平面界面4.3声波垂直入射到多层平面界面4.4隔声的基本规律14.1声波垂直入射到平面界面一垛普通的砖墙既可以隔掉部分声音，但又不能把全部的声音都隔掉；一垛木板墙将有更多的声音被透射进去。声波的这种反射、透射现象也是声传播的一个重要特征。声学边界条件质量元M的运动方程2静压强在分界面处连续1、分界面处声压连续2、分界面处法向速度连续平面声波垂直入射时的反射和透射3媒质I中——入射波和反射波媒质II中——只有透射波媒质I和II中的速度场4利用边界条件——与媒质的特性阻抗c有关！反射和透射系数5讨论1

2、、——没有反射！2、3、——硬边界，声压同位相，速度反相！——绝对硬边界，声压全反射！——边界上压强的静态传递，而不是疏密交替的声压！声波从空气入射到空气—水的分界面上！64、5、——软边界，声压反相，速度同相！——绝对软边界，声压全反射！——边界上速度的波腹，声压的波节。能量反射和透射系数7ReflectionfromaHARDboundary8ReflectionfromaSOFTboundary9FromhighacousticimpedancetolowacousticimpedanceReflectionfromanimpedancediscontinuity10Froml

3、owacousticimpedancetohighacousticimpedance114.2声波斜入射到平面界面x-y平面入射折射波12在媒质I中在媒质II中:只有透射波13边界条件注意：法向在x-方向所有y恒成立条件——Snell定律14折射和透射系数15Noticethatasthewavefrontscrosstheboundarythewavelengthchanges,butthefrequencyremainsconstant.16——法向声阻抗率——法向速度！全透射17全透射条件全反射18全反射条件WaterAir如果注意：角度变化<90°——意味着不存在真正的透射波

4、！——全反射临界角！19垂直透射——声波入射到多孔材料情况！能量关系——声强折射和透射系数20——能量不守恒？声强是单位面积通过的声能量流！斜入射使声束变化了！平均声能量流的透射系数——能量守恒！21Thismeansthatforasoundwavetravelingclosetotheground,thepartofthewaveclosesttothegroundistravelingthefastest,andthepartofthewavefarthestabovethegroundistravelingtheslowest.Asaresult,thewavechanges

5、directionandbendsupwards.Thiscancreatea"shadowzone"regionintowhichthesoundwavecannotpenetrate.Apersonstandingintheshadowzonewillnothearthesoundeventhoughhe/shemightbeabletoseethesource.Thesoundwavesarebeingrefractedupwardsandwillneverreachtheobserver.22Asphericalwavepulsepropagatesinamediumwher

6、ethewavespeedisconstantinalldirections.Thewaveexpandsoutwardsasaneverexpandingcircle,withthewavetravelingatthesamespeedinalldirections.Sincethewavespeedisthesameeverywhere,thereisnorefraction,andthewavedoesnotchangedirectionasitpropagates.23thepropagationofasphericalwavepulseinamediumwherethewa

7、vespeedinthex-directionisconstant,butwherethespeedintheverticaly-directiondecreaseswithheight(c=1-0.05y)Asaresultthewavechangesdirectionandbendsupwards.24thepropagationofasphericalwavepulseinamediumwherethewavespeedinthex-directio