Отражение звука - возвращение звуковой волны при ее встрече с границей раздела двух сред, имеющих различную плотность и сжимаемость, обратно в первоначальную среду.
При падении на границу раздела двух однородных сред (воздух – стена, воздух – водная поверхность и т.д.) плоская звуковая волна может частично отражаться и частично преломляться (проходить во вторую среду) ,как показано на рисунке 1.

 

По закону отражения, отраженная волна (отраженный луч OL') лежит в одной плоскости с падающей волной (падающим лучом OL) и нормалью к поверхности раздела сред, проведенной в точке падения O, при этом угол отражения α’ равен углу падения α (α’=α).

Коэффициент отражения зависит от соотношения волновых сопротивлений двух сред, волновые сопротивления, в свою очередь, пропорциональны акустическим сопротивлениям (отношение избыточного давления к колебательной объемной скорости). Волновое сопротивление газов гораздо меньше, чем жидкостей и твердых тел. Поэтому если волна в воздухе падает на толстый твердый объект или на поверхность глубокой воды, то звук почти полностью отражается.

Интенсивность отраженной волны характеризуется коэффициентом отражения: R=I_отр/I_n , где I_отр - интенсивность отраженной волны, I_n - интенсивность падающей волны. При вычислении коэффициента отражения следует учесть следующие граничные условия: на границе двух сред должны быть равны давления и нормальные составляющие скорости частиц среды. При этом получается:

где ρ₂/ρ₁ - отношение плотностей масс сред, u₁/u₂ - отношение скоростей распространения волн (относительный показатель преломления сред).

При u₁<u₂ и углах падения, больших критического α*=arcsin(u₁/u₂), имеет место полное внутренне отражение. что может повлечь за собой образование зоны молчания.

Важной характеристикой среды, определяющей условия отражения звука на ее границе, является акустическое сопротивление. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред величина коэффициента отражения определяется только отношением акустических сопротивлений этих сред. Если акустические сопротивления сред равны, то волна проходит границу без отражения. При нормальное падение волны на границу двух сред коэффициент отражения волны определяется только акустическими сопротивлениями данных сред Z₁=ρ₁u₁ и Z₂=ρ₂u₂. Формула Френеля (для нормального падения) имеет вид:

 

При отражении от границы двух сред фаза звуковой волны φ может меняться на величину π, или не меняться.При нормальном падении волны (угол падения α=0) имеем: φ=π, если γ=Z₂/Z₁>1; φ=0, если γ=Z₂/Z₁<1. В первом случае говорят, что волна отражается от «более плотной» среды, а во втором – от «менее плотной» среды.

Связь между амплитудами падающей (А) и отражённой (Аотр) волн, в случае нормального падения имеет вид: .При γ=1 отражённая волна отсутствует.

Отраженная от какого-либо препятствия и принятая наблюдателем звуковая волна называется эхо. Эхо различимо на слух, если принятый и посланный звуковые импульсы разделены интервалом времени τ>50-60мс. Эхо становится многократным, если имеется несколько отражающих поверхностей. В замкнутых объемах отдельные многократные эхо сливаются в сплошной отзвук, вызывающий реверберацию.

 

Явление отражения звука играет большую роль в акустике, например при распространении звука в закрытых помещениях. Звуковые волны, падая на стену под углами α и α' (рисунок 1), отражаются от нее под теми же углами и кажутся наблюдателю выходящими из точки О', которая представляет собой зеркальное отображение источника звука (так называемый мнимый источник). Таким геометрическим построением, как на рисунке 1, можно пользоваться, конечно, только в том случае, когда отражающая поверхность имеет размеры, большие, чем длина звуковой волны. Если это не так, то важную роль начинает играть дифракция, и понятие звукового луча теряет смысл.

Если падающие волны не плоские, то в результате отражения форма волны, как правило, изменяется (шаровая волна после отражения зачастую меняет свою форму), потому что волна произвольной формы слагается из определенного числа плоских волн, которые, падая под различными углами, соответственно, по-разному отражаются. Следует упомянуть, что в некоторых случаях помимо отраженных и прошедших волн могут возникнуть также поверхностные волны (наведенные волны). Эти волны характеризуются тем, что они по обе стороны граничной поверхности затухают экспоненциально и что их скорость по сравнению с другими скоростями несколько ниже.

При отражении звуковой вибрации в принципе действуют закономерности, аналогичные закономерностям для воздушного звука, однако формулы значительно сложнее, так как требуется соблюсти ряд краевых условий, а так же возможно превращение одного типа волн в другой.

Явления отражения и поглощения звуковых воли играют особую роль при распространении звуков в замкнутых помещениях. При проектировании аудиторий, концертных залов, театров существенно учитывать возможность многократных отражений звуковых волн от стен, потолка и т. д. Наличием этих отражений обуславливаются акустические свойства помещения.
В настоящее время развилась особая отрасль техники, получившая название архитектурной акустики.

В помещениях средних размеров звуковая волна претерпевает несколько сот последовательных отражений от стен и потолка, пока ее энергия не упадет до порога слышимости. В больших помещениях звук может быть слышен в течение нескольких секунд после выключения источника за счет существования отраженных волн. Слишком медленное затухание ухудшает акустические свойства помещения, вызывает чрезмерную „гулкость" – каждая новая часть связного контекста (например, каждый попы» слог речи) перекрывается еще не затухшими предыдущими колебаниями. Но и чрезмерно быстрое затухание отраженных волн с акустической точки зрения также не выгодно – звуки в помещении получаются слишком слабыми и „глухими".

Для борьбы с шумом в большинстве случаев требуется понизить уровень звукового давления в помещении. Это особенно актуально для помещений, где вероятно возникновение значительного шума, например, в столовых, игровых комнатах, ресторанах и т.д. Один из способов понизить уровень шума - сократить количество звуковых отражений за счет применения звукопоглощающих материалов на потолке и стенах. Это поможет также сократить время реверберации.

Межкомнатная звукоизоляция (ослабление звука). Чтобы защитить помещение от шума, проникающего снаружи, его следует акустически изолировать. Акустические требования к ряду помещений описаны строительными нормативами, однако, в большинстве случаев достаточно правильно выбрать отделочные материалы для потолка и стен.

Уровень звукоизоляции зависит от характеристик материалов, используемых внутри самого помещения, и конструкций, отделяющих его от соседних помещений, например:

• разделяющих стен;

• перегородок, облицовки, напольных покрытий, потолков; а также от наличия каналов проникновения звука:

• по вентиляционным системам, воздуховодам, пр.

• по стыкам перегородок с потолками, каркасными структурами и фасадными элементами, установка которых требует должной квалификации.