在房子里和两个人说话,隔个几m毫无问题,但两个人隔着一堵墙,即使贴着墙,墙对面的人也不一定能听清墙这边的人讲话。学过高中物理的就知道,声音是能在固体中传播的,但这是为什么?墙太厚了?我觉得原因主要体现在两方面:
- 室内信号反射造成的多径效应事声波能传播到人耳朵(回声大)
- 声波是不能从空气中穿透墙壁传播到另一面的,我们常常室内喊话室外能听见都是通过门口的缝隙空气传播出去的,所以饶了这么远,传到室外声音就弱了。
本文就是根据“声波的透射和反射系数”分析为什么声信号不能从空气中穿透到固体中传播。
介质临界面是一种特殊情况,我们更熟悉的是光波的传播,在介质分界面处会发生反射和折射,声波亦是如此,而且特性也几乎一样。都是“波”,就都满足波在介质表面反射规律:
依据以上的反射与透射系数,对介质情况分析如下:
- 当Z1>Z2时,在分界面处入射波与反射波的振动位移同相,又由于入射波与反射波不相等,在介质1中入射波和反射波将形成不等幅的驻波,且分界面是驻波的波腹。
- 当Z1<Z2时,在分界面处入射波与反射波的振动为位移反相,即反射波在分界面处存在所谓的半波损失的相差;又由于入射波和射波的不相等,在介质1中入射波和反射波将形成不等幅的驻波,且分界面是驻波的波节。
- 当Z1=Z2时,没有反射,只有透射,2种介质一致;
- 当Z2=0时,反射系数为1,则振动全部反射,没有透射。
这时,来看一看空气与钢块的接触表面反射系数和透射系数,参数如下:
介质 密度 声波速度
空气 1.293kg/m3 0.34km/s
钢块 7830kg/m3 5.95km/s
计算得到的反射系数R≈1,这就证明:从空气中入射到钢块的声波是不会在钢块中传播。
在现实中,经常听到关于使用超声切割、超声探测的例子,这又是怎么回事呢?其机理是:在空气和钢块之间添加某种粘合介质,空气中的声波先穿透粘合介质,再透射到钢块中,常见的粘合剂是环氧树脂(密度1738Kg/m3,波速2.240km/s)。