How do sound waves react to interfaces?
音の伝播では、異なる弾力特性を持つ 2 つの媒体が接合されていると制限が存在します。 平面波を持つ音波が 2 つの無限媒体の間の境界面にぶつかると、部分的に平面波として反射され、一部は境界面を通過します (図 28)。 反射された波の音圧 pr と到達する波の音圧 pe の比率は、反射係数 R です。
入射する波 pe に対する通過する波 pd の比率は、透過係数 D となります。
R と D の大きさを決定するのは、両方の媒体の音響インピーダンス Z = p、c および Z = p2c2 であり、方程式は (25) および (26) となります。
(調査は表 1 に示されています)
方程式 (25) と (26) の間に、関係 (27) があります。
境界面を通過する音圧と反射した圧力振幅が 1 になることは決してありません。つまり、合計は入射波の音圧ではないということになります。 この関係はエネルギーにのみ当てはまります。
境界面の配置が逆で、エコー手法を用いた場合、(25') が得られます。
反射する振幅の量は変わりません。位相だけが反対になります。
係数 Rand D または R' および D' は比率を表すので、dB 値として得られます。 これは、鋼から水へ音が伝わる例で表すことができます。
反射する振幅の大きさは、入射振幅よりも 0.6 dB 低いだけです (ほぼ理想的な反射)。
鋼から水へ伝わる波は、入射波の音圧より約 24 dB 低い音圧を持ちます。 音圧が斜めに境界面とぶつかると、反射波と境界面を通過する波の計算はより複雑になります。 しかし、斜め衝突のもう 1 つの重要な影響は次のように処理する必要があります。スネルの法則に従い、境界面を通過した時の屈折によって、音波の伝播方向は変わります (図 29)。
固体では、音波が境界面で屈折した場合、音波のモード変換も起こります。 図 29 の入射縦波は、媒体 2 で屈折した縦波を生成し、屈折した横波も生成します。 ここで屈折の法則 (32) が適用されます。
sin ß long = 1 の場合、制限角度は (図 30) 方程式 (33) のようになります。
屈折角度 a> の場合、媒体 2 に縦波はなくなり、横波になります。 sin f trans = 1 の場合、2 つ 目の制限角度は a" (図 31) 方程式 (34) になります。
屈折角度が a" より大きい場合、媒体 2 に縦波も横波もなくなり、表面波が境界面のみに存在します。 屈折の法則により、屈折波の伝播の方向だけ計算できますが、振幅は計算できません。 それとは別に、屈折の法則は、横波が反射または屈折した後に必ず直線偏光になるということを明らかにしていません。 テストでは、さらに複雑になり、平面波の面が際限なく存在することはありません。音のビームは制限され、波面は平面でなくなります。 それでも、材料の超音波検査では境界面での反射が最も重要な現象になります。 アングルビームプローブ (図 11) がある場合、材料で直線偏光の横波を 1 つだけ生成するために、a' より大きい屈折角度の屈折を利用します。 制限角度前後の反射波の動作は、材料の弾力特性を評価するために活用できます (臨界角反射)。
