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声音传播,为什么距离越远声音越小?

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人气:-发表时间:2017-08-18 10:33【

声音传播可以有多种情况,最常见的是平面波,柱面波和球面波。
平面波是一种理想的情况,就是假定与波传播方向垂直的方向有一个无穷大的平面叫波阵面。在波阵面上各个点波的振幅和相位都是一样的,不论传多远在波阵面上都会保持一致。这样就像许多汽车,整整齐齐构成许多个横排,横排很长很长,横排上的汽车行进速度完全一样,这样一个大方阵不管什么时间,形状都不会变。

但声波如果从一个点声源出发,上下左右都没有障碍,介质也是到处一样的。那么理所当然地波应该向各个方向同样地对称地传播。这样每一瞬间到达同样距离处,声彼的相位应该是相同的。这相位相同的面就是波阵面。在各方面对称的情况下,波阵面应该是个球面。声波不断传播,波阵面也不断扩大,始终保持球形。球面面积S与半径r也就是波阵面到声源的距离的关系是S=4πr^2。不管r有多大多小,发射出的声能总是均匀的分布在这个球面上。因此单位面积上单位时间通过的能量也就是球面上的声强为I(r)=Io/4πr^2。如果在传播过程中声波的能量不转化为其他形式的能量,则随距离的增加,声强随距离平方倒数降低,这也叫平方反比规律。如果考虑的不是声强,而是声压,则由于声强与声压的平方成反比,随着r的增加,声压随距离倒数降低,即与r成反比。所以声强随距离增加,愈来愈小,就像旷野里的一盏灯,愈远就愈不亮。
假定有两块无穷大的刚性平面,一上一下,水平放置,距离为h,声音由一个线源发出。由于介质很均匀,声波就按轴对称向水平方向传播。这样,能量就分布在圆柱形的波阵面上。在距离为r时圆柱面积为2πrh。所以声强就是随距离r的倒数而衰减的。

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