理论教育 波阵面及其能量传播特性

波阵面及其能量传播特性

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:它是由波动传播过程中某一瞬时振动相位相同的所有质点连成的面,以波阵面的形状来加以区分,有球面波、柱面波和平面波。由此可见,球面波单位面积上的声能与距离的二次方成反比。

波阵面及其能量传播特性

波形即波的形式。它是由波动传播过程中某一瞬时振动相位相同的所有质点连成的面,以波阵面的形状来加以区分,有球面波、柱面波和平面波

1.球面波

点状球体源在各向同性弹性介质中形成的波形为球面波。它的波阵面为一球面,如图1-8所示。设球半径为R,声源处于球心,在离声源不同距离上所得到的波阵面为一个个同心球面,而当R→∞时可视为平面波。由于球面积为4πR2,因此离声源的距离X越大,点声源的辐射面积也越大,而单位面积上的声能就越小,也就是:

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图1-8 球面波

式中 I1I2——单位面积上的声能;

X1X2——球面波与声源间的距离;

W平均——平均每个波的能量。

由此可见,球面波单位面积上的声能与距离的二次方成反比。(www.daowen.com)

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图1-9 平面波

2.平面波

一个无限大的平面声源,在各向同性的弹性介质中做简谐振动所传播的波动称为平面波,如图1-9所示。如果声源截面尺寸比它所产生的波长大得多,那么该声源发射的声波可近似地看作是指向一个方向的平面波。若不考虑材质衰减,则平面波声压不随着声源距离的变化而变化。当平面声源尺寸、声波波长和传播距离存在可比性时,若该平面片声源在一个大的刚性壁上沿轴向做简谐振动,且声源表面质点具有相同的相位和振幅,则在无限大各向同性的弹性介质中所激发的波动称为活塞波。

3.柱面波

如果声源具有无限长细长柱体的形状,那么它在各向同性的无限大介质中发出的同轴圆柱状波阵面的波动称为柱面波,如图1-10所示。

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图1-10 柱面波

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