Понятие Дифракции

Страница 1

Дифракция звука отклонение поведения звука от законов геометрической акустики, обусловленное волновой природой звука. Результат дифракции звука - расхождение УЗ-вых 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 длиной волны, и т. д. Звуковые поля, создаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещённых в среду, на неоднородностях самой среды, а также на неровностях и неоднородностях границ среды, называемых - Рассеянными полями. Для объектов, на которых происходит дифракция звука, больших по сравнению с длиной волны α, степень отклонений от геометрической картины зависит от значения волнового параметра

где D — поперечник объекта (например, поперечник УЗ-вого излучателя или препятствия), r — расстояние точки наблюдения от этого объекта. Вблизи поршневого излучателя звука при P<<1 («ближняя», или «прожекторная», зона) поле в основном образовано цилиндрическим 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 геометрической акустики, а дифракционные эффекты выражаются только в размывании границ пучка. По мере удаления от излучателя дифракционные эффекты усиливаются, и при P~1 поле теряет характер плоской волны и представляет собой сложную интерференционную картину. На ещё больших расстояниях, при р>1 («дальняя» зона), пучок превращается в сферически расходящуюся волну с интенсивностью, убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния, и с угловым распределением интёнсивности, не зависящим от расстояния; в этой области поле снова подчиняется законам геометрической акустики. Аналогичная картина наблюдается в пучке, вырезаемом из плоской волны отверстием в экране (рис.).

Угловая ширина главного лепестка характеристики направленности вдали от поршневого излучателя или экрана составляет по порядку величины α/D. Если требуется сузить УЗ-вой пучок в ближней зоне, то поперечник излучателя (или отверстия) следует уменьшить, а в дальней зоне — увеличить: сужение характеристики направленности требует увеличения размеров излучающей системы. При размерах излучателя (или отверстия в экране), малых по сравнению с α, прожекторная зона отсутствует и звуковое поле представляет собой расходящуюся волну ужо на расстояниях порядка α. При этом резко падают сопротивление излучения и акустическая мощность, передаваемая излучателем в среду. Удельная мощность малого излучателя в плоском экране в πS/α2 раз меньше удельной мощности большого излучателя при одинаковой колебательной скорости (где S — площадь малого излучателя). При излучении звука в твёрдую среду такого уменьшения передаваемой мощности малым излучателем нет.

Аналогично размыванию пучка в прожекторной зоне размывается звуковая тень позади препятствия, большого по сравнению с длиной волны (рис. а); в области P>>1 тень практически исчезает. За препятствием с размерами порядка длины волны и меньше звуковая тень практически не образуется (происходит «огибание» препятствия — рис. б).

Дифракция звука при фокусировке звука приводит к тому, что вблизи фокусов и каустических поверхностей, на которых, согласно геометрической акустике, звуковое давление обращалось бы в бесконечность, образуются целые области повышенных, но конечных значений давления. Эти области тем уже, а значения поля в них тем выше, чем короче длина волны фокусируемого звука.

Расчёт дифракции звука обычно базируется на принципе Гюйгенса—Френеля, согласно которому всякое звуковое поле можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн, излучаемых фиктивными источниками звука, расположенными на поверхностях, охватывающих источники звука и тела, обусловливающие дифракцию звука. Задача расчёта дифракции звука сводится, таким образом, к определению производительности этих фиктивных источников, что, как правило, удаётся выполнить только приближённо, в результате чего применимость этого метода расчёта ограничивается областями, где звуковое поле не слишком мало (вне глубокой тени и т. П.).

Страницы: 1 2