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46音乐声学与心理声学(第三版)
1.5.10声波的散射
入射到物体表面的声波不仅发生衍射,部分能量将被反射或散射,如图1.43所示。和衍射的情况类似,物体相对于波长的大小决定了散射能量的多少。当物体相对于波长较大时,根据反射定律,大部分的入射声能将被散射,只有少量的入射声能发生衍射,如图1.44所示。然而,当物体相对于波长较小时,只会有少量的入射声能被散射,大量的入射声能发生衍射,如图143所示。通常以障碍物的尺寸为波长的三分之二(2/3A)做为衡量衍射强弱的基准。当物体尺寸小于这个基准时,散射往往是全方位的;当物体的尺寸大于这个基准时,散射的方向性变强。
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图1.43低频时声波遇到障碍物的散射图1.44高频时声波遇到障碍物的散射当引起散射的障碍物尺寸约为波长的三分之二(2/3A)时,除了发生散射,还会发生干涉。这是由于在这个频率下还会发生反射和衍射。在这种情况下,障碍物两侧的声波会相互影响而发生干涉,使得在某些特定的频率上障碍物附近的反射或衍射效果得到加强。具体的干涉效果取决于发生散射的障碍物前后之间的相互作用,因此与障碍物的形状有很大关系。所以,对于球面体和矩形板而言散射的效果是不同的。由于衍射和散射的能量总和是一个常量,所以反射和衍射的频率响应在很大程度上是互补的。
1.6时域和频域
到目前为止,我们考虑的是单频正弦声波的情况,这对描述与波长有关的传播现象非常有帮助。然而,大多数的音乐具有更加复杂的波形,