Зеркало акустическое

Зе́ркало акусти́ческое — устройство для отражения и фокусировки акустических волн.

Акустическое зеркало представляет собой гладкую поверхность (кривизна поверхности зависит от цели использования акустического зеркала), геометрические размеры которой превышают длину волны отражаемых или фокусируемых звуковых волн.

Физические основы

Бетонное акустическое зеркало WW1 высотой 4,5 метра возле Килнси Грейндж, Восточный Йоркшир, Великобритания. Трубу, на которой крепилась «головка коллектора» (микрофон), можно увидеть в передней части конструкции

Поверхность акустического зеркала считается гладкой, если ей шероховатость не превышает величину $l/20$, где $l$ — длина звуковой волны. Характеристиками акустического зеркала являются коэффициент отражения $k_{ac}$, определяемый как отношение энергии отражённой волны к падающей:

$k_{ac}=W_{in}/W_{ref}$,

где $W_{in}$ — энергия падающей волны, $W_{ref}$ — отражённой. Величина коэффициента отражения зависит от геометрической формы поверхности акустического зеркала, поскольку она определяет вид волнового фронта отражённой волны. Так, плоское акустическое зеркало изменяет направление распространения звуковых волн, а акустические зеркала сложных форм (конические, параболические, гиперболические) изменяют вид звуковых волн.

Если на параболическое акустическое зеркало падает плоская звуковая волна, то после отражения она превратится в сходящуюся сферическую волну. Это свойство акустических зеркал использовалось для создания рефлекторов, улавливающих и фокусирующих акустические волны, исходящие от дирижаблей, самолётов и кораблей в годы Первой мировой войны в Великобритании.

В случае эллипсоидального акустического зеркала направление распространения звуковой волны изменяется, и расходящаяся сферическая волна преобразуется в сходящуюся сферическую волну.

При создании и проектировании акустических систем, в частности, с акустическими зеркалами, необходимо учитывать дифракционные явления, поскольку при фокусировании упругих акустических волн происходит частичное преобразование продольных волн в поперечные.

Разработаны и созданы также многозеркальные рефлекторы, расчёты которых аналогичны расчётам однозеркальных рефлекторов.

Применение

Параболическая шепчущая тарелка, являющаяся частью инсталляции в обсерватории Джодрелл Бэнк

Акустические зеркала применяются для фокусировки звуковых волн или изменения их распространения. Фокусирование звуковых волн необходимо в ряде случаев для увеличения концентрации звуковой энергии (например, в ультразвуковой диагностике), и с целью воздействия на вещество (диспергирование твёрдых тел, эмульгирование жидкостей, формирование «ультазвукового ножа» для воздействия на биологические ткани в нейрохирургии, интенсификацию таких процессов, как сушка, формирование аэрозолей, экстрагирование, коагуляция, и др.).

Кроме этого, акустические зеркала используются в системах получения изображений скрытых объектов (например, биологических — фотографирование внутренних органов, получение видеоизображений в реальном режиме времени, УЗИ-диагностика, наблюдение за плодом в ходе беременности, и т. д.).

Важным применением акустических зеркал является формирование акустических локаторов для гидролокации, рыболокации, эхо-офтальмоскопах, звуколокаторах для слепых, визуализация, например, косяков рыб с помощью эхолотов.

Литература

• Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. — М. : Издательство иностранной литературы, 1957.
• Блинова Л. П., Колесников А. Е., Ланганс Л. Б. Акустические измерения. — М. : Государственное издательство стандартов, 1971.
• Каневский И. Н. Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. — М. : Наука, 1977.
• Скучик Е. Основы акустики. — М. : Мир, 1976.
• Рэлей Д. В. С. Теория звука. — М. : Гостехиздат, 1955.
• Трубецков Д. И., Рожнев А. Г. Линейные колебания и волны : учебное. пособие для студентов вузов. — М. : Издательство физико-математической литературы, 2001.
• Михайлов И. Г., Соловьёв В. А., Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики. — М. : Наука, 1964.
• Мэзон У. Физическая акустика. Т. 2, ч. А. Свойства газов, жидкостей и растворов. — М. : Мир, 1968.
• Обухов А. М. Турбулентность и динамика атмосферы : избранные труды. — Л. : Гидрометеоиздат, 1988.
• Матвеев Л. Т. Физика атмосферы : учебник для студентов вузов. — СПб. : Гидрометеоиздат, 2000.
• Красненко Н. П. Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя. — Томск : Гидрометеоиздат, 2001.

Ссылки

• ГОСТ 30457.3— 2006 (ИСО 9614-3:2002)

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Зеркало акустическое», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Зеркало_акустическое» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».