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声波的扩散反射
发布时间:2022-10-09 09:27 浏览次数:70

如果反射面的表面是无规则的起伏,并且起伏的尺度和入射声波波长相当,则上述的几何反射定律就不再适用了,反射声能被分散到更宽的角度中,这种反射称为扩散反射,简称“散射”,或更准确地称之为“部分扩散反射”。

如果扩散反射中,反射声能的分布和入射声波方向无关,换句话说,无论声波从哪个方向入射,反射声波的分布都一样,这时的反射则是“完全扩散反射”。Lambert 余弦反射就是一种理想的“完全扩散反射”,见图1。

声波的扩散反射

图1

完全扩散反射在光线的反射中很普遍,而在室内声学中,绝大多数的反射都是部分扩散反射。反射的扩散程度和反射面的形状和尺度、反射面的阻抗特性、入射声波波长、入射声波方向等诸多因素密切相关。对于同一个反射面来说,不同频率、不同入射方向的声波所产生的反射都是不同的。因此,声波在室内表面的扩散反射是非常复杂的。

虽然声波和光波本质上都是波动,但是由于声波波长和室内表面的尺度在一个数量级上(人耳可听声的声波波长范围为0.017~17m),使得声波在室内传播时,其波动特性表现得很明显,除了上述散射外,还有衍射、干涉等波动现象。因此,声波在室内的传播比光线的传播要复杂得多。在计算机技术高度发展的今天,对于给定的光源和室内界面,光学模拟软件已经能够相当准确地计算出室内的光线分布,计算机做出的室内渲染图已经真实到让人分不清是表现图还是照片。而在室内声学领域,尚没有方法能够算出室内声场分布,甚至对于一种声学材料或结构,都没有一个公式能够准确描述声波的反射情况。因此迄今为止,室内声学在一定程度上仍是一门神秘的科学,这就使得经验的积累在厅堂的声学设计中尤为重要。

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