Волновое сопротивление. Отражение звуковых волн. Реверберация
Звуковое давление р зависит от скорости и колеблющихся частиц среды. Вычисления показывают, что
или 
(6.5)
где r — плотность среды, с — скорость звуковой волны в среде. Произведение rс называют удельным акустическим импедансом, для плоской волны его называют также волновым сопротивлением.
Волновое сопротивление — важнейшая характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на ее границе.
Представим себе, что звуковая волна попадает на границу раздела двух сред. Часть волны отражается, а часть — преломляется. Законы отражения и преломления звуковой волны аналогичны законам отражения и преломления света. Преломленная волна может поглотиться во второй среде, а может выйти из нее.
Допустим, что плоская волна падает нормально к границе раздела, интенсивность ее в первой среде I1 интенсивность преломленной (прошедшей) волны во второй среде I2. Назовем
(6.6)
коэффициентом проникновения звуковой волны.
Рэлей показал, что коэффициент проникновения звука определяется формулой
(6.7)
Из (6.6) видно, что наибольшее значение, которое может иметь b, равно 1. Из (6.7) получаем, что b = 1, если c1r1 = c2r2. Итак, при равенстве волновых сопротивлений двух сред звуковая волна (при нормальном падении) пройдет границу раздела без отражения.
Если волновое сопротивление второй среды весьма велико по сравнению с волновым сопротивлением первой среды (c2r2 >> c1r1), то вместо (6.7) имеем
(6.8)
так как 
. Приведем волновые сопротивления некоторых веществ при 200С (табл. 14).
Таблица 14
| Материал | rс, кг • м-2 • с-1 | Материал | rс, кг • м-2 • с-1 |
| Железо Бетон Вода | 40 000 000 4 800 000 1440 000 | Резина Воздух Масло | 60 000 1 350 000 |
Используем (6.8) для вычисления коэффициента проникновения звуковой волны из воздуха в бетон и в воду:
Эти данные производят впечатление: оказывается, только очень малая часть энергии звуковой волны проходит из воздуха в бетон и в воду.
Во всяком закрытом помещении отраженный от стен, потолков, мебели звук падает на другие стены, полы и пр., вновь отражается и поглощается и постепенно угасает. Поэтому даже после того, как источник звука прекратит действие, в помещении все еще имеются звуковые волны, которые создают гул. Особенно это заметно в больших просторных залах. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения источника называют реверберацией.
Реверберация, с одной стороны, полезна, так как восприятие звука усиливается за счет энергии отраженной волны, но, с другой стороны, чрезмерно длительная реверберация может существенно ухудшить восприятие речи, музыки, так как каждая новая часть текста перекрывается предыдущими. В связи с этим обычно указывают некоторое оптимальное время реверберации, которое учитывается при постройке аудиторий, театральных и концертных залов и т. п. Например, время реверберации заполненного Колонного зала Дома союзов в Москве равно 1,70 с, заполненного Большого театра — 1,55 с. Для этих помещений (пустых) время реверберации соответственно 4,55 и 2,06 с.