4-3-1 聲音的反射
聲音是波動的一種,遇到障礙物時也會反射。在空蕩的禮堂或空曠的山谷裡,大聲講話或喊叫後,所聽到的回聲便是由於聲波的反射。大致來說,回聲接收和原聲發出的時間相隔在0.1秒以上,才能為我們所辨別。
平常在室內不容易察覺有回聲,一是因為發出的聲音被周圍的物件,如衣服、家具所吸收;二則便是由於聲源與障礙物間的距離太短的緣故。原聲與回聲之時距若在0.1秒內,則混合而聽不出分別,若大於0.1秒則為混響。
在大型的禮堂裡,演講者發出的聲音常因為受到回聲的干擾,以致聽不清楚。為了消除回聲干擾,常在禮堂的四周牆壁貼上多孔的材料,以吸收入射的聲音,減少反射。
聲波的反射固然可能干擾聽覺,但若善加利用,卻可發展成有用的工具。
◎傳聲筒的形狀,使得發出的聲音經過筒壁反射後,其傳播方向變得較為集中,因此同樣強度的聲音,可傳至較遠的地方。用雙手在口邊做成喇叭狀,出聲呼叫,也能多少具有傳聲筒的功能。
◎音樂廳或歌劇院的舞臺上方或後方,常安裝有反射面,可使聲音能較完整地傳播到聽眾席上。
超聲波的反射
超聲波和普通聲波的性質一樣,
◎只是它的波長比較短,傳播時比較不會散開,所以可以朝固定的方向前進。
◎它還具有能被較小物體所反射的特性,因此超聲波常被用來作為探測的工具。
在航海上,船艦上裝有聲納(sonar),用來朝特定方向發射 超聲波,藉著測量其遇到障礙物反射而回的時間,可以偵測出魚群或其他船舶的位置,也可用以測定海床的深度和地形。
在工業上,有些不透明的材料或物件,其內部可能潛藏有裂縫、空洞等缺陷,無法以光學方法來檢測。這時聲學技術的應用便有其特殊的價值。由於聲波可經由任何物質的內部傳播,因此選用波長短的超聲波,在這些材料或物件表面上掃描,則當傳入其內部的超聲波遇到這些缺陷時,會反射而回,準確測量回聲的時間,便可測出其位置和大致的形狀。這種技術稱為「無破壞性檢測」,對於工業產品的品質管制和貴重機件設備的維修非常有用。
在醫學上,超聲波掃描成像術已廣泛用於人體內臟器官的檢驗和診斷。
醫生手持超聲波換能器(可產生和接收超聲波),在病人身上預先塗有薄薄一層乳膠的部分來回掃描。塗上乳膠的目的在使超聲波換能器和皮膚之間有密切的耦合接觸,使超聲波能有效地傳入人體,其回聲也易被偵測。由於超聲波從內臟器官反射回換能器的時間不一,因此將這些回聲的時間數據直接輸入電腦儲存,再組合成像,從螢幕上便可看到內臟器官的影像。
由於所使用的超聲波能量微小,對人體應該無害,應用時病人也不會有什麼痛苦的感覺。它不像X光那樣具有輻射的傷害危險,因此非常適用於檢驗孕婦內胎兒的健康情況。
超聲波掃描也特別適用於檢查如心臟、腎臟等敏感脆弱的內臟器官,或是囊腫、腫瘤等,這些器官或組織不適用或是無法以傳統的X光方法來檢查。除上述外,超聲波也可以用於探查出血管中的栓塞位置,從體外震碎腎結石,或是在腦部手術時,協助定位出潛藏的腦瘤位置。
算算看:
漁船上的聲納發出超音波,探得船下方魚群之位置,若聲波來回歷時0.024秒,海水聲速為1500公尺/秒,問魚群深度若干?
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