江西省弋陽縣圭峰國家風景名勝區(qū)有一個有趣的景點——四聲谷,一聲“我——來——了!”,片刻便收到了三聲回應,環(huán)山而來的裊裊余音。加上自己的發(fā)聲,不多不少正好四聲,當我們發(fā)聲時。聲音在空氣中傳播到崖壁時一部分被反射,聲波反射到另外一個崖壁,這種聲波的連續(xù)反射。就形成了回音,由于距離的前后不同,也就產(chǎn)生了聲音的前后到達,
北京天壇公園內(nèi)皇穹宇的圍墻——回音壁,墻壁是用磨磚對縫砌成的。墻頭覆蓋著藍色琉璃瓦,只要兩個人分別站在東、西配殿后,貼墻而立,一個人靠墻向北說話,聲波就會沿著墻壁連續(xù)反射前進,傳到一二百米外的另一端,無論說話聲音多小,也可以使對方聽得清清楚楚,而且聲音悠長,堪稱奇趣,給人造成一種“天人感應”的神秘氣氛,回音壁的回音效果的原因是皇穹宇圍墻的建造暗合了聲學的傳音原理,圍墻由磨磚對縫砌成,光滑平整,弧度過度柔和,有利于聲波的規(guī)則反射,加之圍墻上端覆蓋著琉璃瓦使聲波不至于散漫地消失,更造成了回音壁的回音效果。
一、回聲的概念
當聲音在傳播過程中碰到障礙物被反射回來,反射回來的聲音再次被接收稱為回聲,回聲是山谷中或大廳中常有的現(xiàn)象。夏天響雷轟轟不絕,就是雷聲經(jīng)天空密云層多次反射的回聲,
回聲一般比原聲要弱得多。這是因為聲波在傳播過程中會有一部分能量損失,回聲的強弱還與聲波所撞擊的材料有關,有些材料反射聲波的能力強,有些材料則能吸收投射到它們上面的大部分聲波。
二、入耳能分辨回聲的條件
回聲是反射的聲波在人耳引起的感覺,回聲和原聲至少相差0.1 s以上才能被人耳感覺,根據(jù)s=vt=340m/sx(0.1×1/2)s=17m,可以得到:障礙物距離聲源17m以上,回聲到達人耳處才能跟原聲區(qū)分開來,如果原聲和回聲間隔不到0.1s,回聲與原聲會混在一起,可加強原聲,教室內(nèi)教師講課時比室外體育教師講課聲音聽起來洪亮,是由于教室左右跨度、前后距離都不超過17m,回聲與原聲混在一起從而加強原聲,而室外體育教師在操場上課時。發(fā)出的聲音沒有碰到障礙物被反射回來。
三、回聲利用
(1)產(chǎn)生美妙的聽覺效果,如四聲谷、回音壁、三音石、鶯鶯塔等產(chǎn)生的奇妙的聲現(xiàn)象,(2)測量反射面到聲源之間的距離,如用水聲測位儀測量海水的深度。用回聲探測儀、超聲波探傷儀等探測魚群和地下的油礦等。
四、防止回聲
人民大會堂的主體建筑萬人大禮堂為穹隆頂、大跨度、無立柱結構,寬76米、長60米、高33米,容積達93000立方米,是目前世界上最大的室內(nèi)禮堂,在這么大的禮堂里開會、講話、演節(jié)目,要讓每個座位上的聽眾都聽得清,能欣賞優(yōu)美的音樂,是一件很不容易的事,大家知道。在空無一人的大禮堂里說話,常常覺得聽不清,這是由于回聲在搗亂,在音質(zhì)設計方面遇到的最大問題就是回聲,假如不作處理,各個回聲互相干擾,根本就沒辦法開會。
(1)開會時按照分散聲源的原則,在每個人面前安一個小聲源,這樣就可以避免干擾,每個人主要聽自己面前的聲音就可以了。
(2)演出時與開會所采用的分散系統(tǒng)不同,因為揚聲器太小,發(fā)出的音質(zhì)不夠清晰,辦法是把同樣的信號送到兩邊、中間三組揚聲器里。這樣聽到的就是三個最大相差50毫秒的聲音,小于0.1秒,而人是分辨不出相差在50毫秒內(nèi)的相同聲音的,所以聽到的就是一個連續(xù)的聲音,這樣就沒有回聲的感覺了。
(3)采用塑料夾板的吸收構造,以加強對低頻部分的吸收,在二層和三層樓上的7000個皮椅底下,裝有穿孔吸聲結構,當座椅無人時。椅底反過來可以代替人對聲的吸收作用,這樣可以使?jié)M場時和僅用一樓開會(3000人)時,都有較高的語言清晰度。
五、例題講析
例1站在橋洞里說話時。聽不到回聲的原因是(
)
A,橋洞兩端是開口的。不能產(chǎn)生回聲
B,橋洞反射產(chǎn)生的回聲從洞口跑了
C,橋洞窄小,回聲與原聲混在一起
D,橋洞兩側(cè)的回聲正好抵消
解析 因為橋洞內(nèi)的距離短,回聲與原聲到達人耳的時間差小于0.1s,與原聲混在一起加強了原聲,所以選c。
例2將超聲波垂直向海底發(fā)射。測出從發(fā)射超聲波到接收反射波所用的時間是4 s,海底深度是多少?(聲音在水中的傳播速度是1 450 m/s)
解析超聲波往返海面與海底一次用了48,則海面到海底所用的時間為28,則海底的深度為:s=vt=1450m/s×2s=2900m
例3馳名中外的北京天壇里的回音壁高6m,直徑65m,當人站在回音壁中心(三音石處)拍手時,過()8聽到第一次回聲,過()s聽到第二次回聲,第三次回聲是在聽到第二次_回聲后(
)8聽到的,
解析第一次回聲:聲音從中心O到達墻面A第一次反射到中心處。聲音通過路程為兩個半徑(OA+AO)即射向墻面又反射到圓心:t=s/v=65m/340m/s=0.2s,第二次回聲:聲波到達O經(jīng)墻面B第二次被墻面反射,到達圓心O,第二次回聲所用時間t=s/v=(65+65)m/340m/s=0.4s,同理聽到第三次回聲是在聽到第二次回聲后0.2s
例4一位獵手在山谷間鳴槍后經(jīng)1s后聽到第一聲回聲,大約又經(jīng)過了28后又聽到了第二聲回聲,則這兩座山之間約相距多少米?
解析首先聽到的那聲回音是聲音反射距離較近的那座山。所以人和近的那座山相距s1=vt=340m/s×ls/2=170m,后來聽到的那聲回音是聲音反射距離較遠的那座山。所以人和遠的那座山相距sz=vt=340m/s×(1+2)s/2=510m,一共就是170m+510m=680m。