Номер 37.30, страница 140 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 37. Звуковые волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 37.30, страница 140.

37.30 [н] Почему в некоторых концертных залах существуют «звуковые ямы», где звуки плохо слышны?

Решение

«Звуковые ямы» в концертных залах — это области, где наблюдается значительное ослабление звука. Это явление обусловлено физическим процессом, известным как интерференция звуковых волн.

Звук от источника (например, от музыкальных инструментов на сцене) распространяется в виде волн. В замкнутом пространстве, таком как концертный зал, до ушей слушателя доходит не только прямая звуковая волна, идущая непосредственно от источника, но и множество волн, отраженных от стен, потолка, пола и других поверхностей.

Поскольку все эти волны порождены одним и тем же источником, они являются когерентными. Когда несколько когерентных волн приходят в одну точку пространства (туда, где находится слушатель), они накладываются друг на друга. Результат этого наложения (усиление или ослабление) зависит от разности хода волн, то есть от разницы в расстояниях, которые они прошли от источника до точки прослушивания.

Возможны два основных исхода интерференции:

• Конструктивная интерференция: Если разность хода двух волн равна целому числу длин волн ($Δd = kλ$, где $k$ — целое число: 0, 1, 2, ...), то волны приходят в точку в одинаковой фазе (например, гребень одной волны совпадает с гребнем другой). Они усиливают друг друга, и в результате звук в этой точке становится громче.
• Деструктивная интерференция: Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн ($Δd = (k + 1/2)λ$), то волны приходят в точку в противофазе (гребень одной волны совпадает со впадиной другой). Они гасят друг друга, что приводит к резкому ослаблению или даже полному исчезновению звука.

«Звуковые ямы» как раз и являются теми местами в зале, где из-за его специфической геометрии для звуков определенных частот создаются условия для устойчивой деструктивной интерференции. В этих зонах прямая волна и одна или несколько сильных отраженных волн приходят в противофазе и взаимно ослабляют друг друга, из-за чего слышимость резко ухудшается.

Для предотвращения этого эффекта при проектировании современных концертных залов архитекторы и инженеры-акустики используют специальные формы поверхностей (выпуклые панели, рельефные потолки) и звукопоглощающие/рассеивающие материалы. Это позволяет добиться более равномерного распределения звуковой энергии по всему залу и избежать образования «мёртвых зон».

Ответ: «Звуковые ямы» в концертных залах существуют из-за явления деструктивной интерференции звуковых волн. В этих местах прямые звуковые волны от источника на сцене и волны, отраженные от поверхностей зала (стен, потолка), встречаются в противофазе и взаимно гасят друг друга, что приводит к значительному ослаблению громкости звука.