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声衍射

/sound diffraction/
条目作者杜功焕

杜功焕

最后更新 2023-06-07
浏览 260
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声波传播过程中遇到障碍物时,部分声波会绕至障碍物背后并继续向前传播的一种现象。又称声绕射。

英文名称
sound diffraction
又称
声绕射
所属学科
物理学

图1是声波遇到球形障碍物时产生衍射现象的简单示意。声波通过一带有孔径的声屏障时也会表现出明显的声衍射现象。如声波从该声屏障的左方入射而来,不仅会透过孔径向右方传去,也会部分地绕向屏障背后。图2是声波遇到带有圆孔的声屏障时所产生衍射现象的简单示意。

图1 声波遇到球形障碍物的衍射图1 声波遇到球形障碍物的衍射

图2 声波遇到带有圆孔的声屏障的衍射图2 声波遇到带有圆孔的声屏障的衍射

声波的波动过程也遵循惠更斯–菲涅耳原理。按照这一原理,声波会绕过障碍物或绕至带孔声屏障的背后继续行进的现象是不难理解的。声衍射产生的声场较为复杂,但现代已有完善的声波理论来处理声波的衍射问题,特别对于形状规则的物体,如声波通过球体、圆柱体等的障碍物而产生的衍射声场,理论处理已十分成熟。至于声波遇到较为复杂的实际障碍物体时的声衍射问题,借助计算机技术与计算方法已不成为很难的课题。

现已证明,声衍射的强与弱是同障碍的大小与声波波长的比值密切相关。这里可用:的值来描述。式中为声波的波数,分别为声波的频率、速度和波长。是代表障碍物尺度的量,如为球体就代表球体的半径。一切物体的大小是相对的,反映声学特性时物体的大小常可用声波波长作为尺度来度量。就代表物体线度与声波波长的相对大小。声衍射强弱与值密切有关,越小声衍射现象越强,越大声衍射现象越弱。图1a表示当时,球体线度与声波波长比值较小,有部分声波会绕过球体行进,图1b表示当时衍射很强,声波将会如同此球不存在那样维持原有传播路径继续行进,图1c表示当时衍射很弱,声波几乎只是沿着直线传播以至于被球体挡住去路而在其背面形成明显的声影。图2中的a、b、c也分别描述声波通过带有圆孔的声屏障时的衍射现象的简单示意。

声衍射现象在日常生活中很容易被觉察到。如果躲在较粗的柱子背后,仍能明显听到从柱子前方传来的谈话声,这就是一个很典型的声衍射现象的例子。

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