Различие по виду фронта зависит от формы источника и соотношения размеров источника и длины излучаемой им волны.

Классификация волн по виду фронта

Плоской волной называется волна с плоским фронтом. При этом лучи являются параллельными. Образуется поблизости от колеблющейся плоскости или если рассматривается небольшой участок волнового фронта точечного излучателя. Причем абсолютная площадь этого участка может быть тем больше, чем дальше мы находимся от излучателя. То, что излучатель считается точечным, также говорит о большом расстоянии до него. Лучи, охватывающие участок плоскости рассматриваемого волнового фронта, образуют "трубу". Амплитуда звукового давления в плоской волне не уменьшается при удалении от источника, т.к. не происходит растекания энергии за пределы стенок этой трубы. Если иметь ввиду реальные случаи, то это соответствует остронаправленному излучению, например, рупорных излучателей.

Рисунок 13
В плоской волне всем точкам среды, лежащим в любой плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, в каждый момент времени соответствуют одинаковые смещения и скорости частиц среды. Таким образом, все величины, характеризующие плоскую волну, являются функциями времени и только одной координаты, например х, если ось Ох совпадает с направлением распространения волны. Волновые поверхности или геометрические места точек среды, где в данный момент времени фаза волны имеет одно и то же значение, для плоской волны представляют собой систему параллельных плоскостей (рисунок 13).

Строго говоря, ни одна реальная волна не является плоской волной, т.к. распространяющаяся вдоль оси x плоская волна должна охватывать всю область пространства по координатам y и z от – до +. Однако, во многих случаях можно указать ограниченный по y, z участок волны, на котором она практически совпадает с плоской волной. Прежде всего, это возможно в однородной изотропной среде на достаточно больших расстояниях R от источника. Так, для гармонической плоской волны фаза во всех точках плоскости, перпендикулярной направлению ее распространения, одна и та же.

Волна, фронт которой представляет собой сферу, называется сферической (рисунок 14). Лучи при этом совпадают с радиусами сферы, а волновые поверхности имеют форму сферы. Сферическая волна формируется в следующих случаях:

1. Размеры источника много меньше длины волны и расстояние до источника позволяет считать его точкой. Такой источник называется точечным.

2. Источник представляет собой пульсирующую сферу.

В обоих случаях предполагается, что переотражения волны отсутствуют, т.е. рассматривается только прямая волна. Чисто сферических волн в сфере интересов электроакустики не бывает, это такая же абстракция, как и плоская волна. В области средневысоких частот конфигурация и размеры источников не позволяют считать их ни точкой, ни сферой. На больших расстояниях от излучателя сферическая волна вырождается в плоскую. Примером сферической волны может служить ультразвуковая волна на небольшом расстоянии от точечного источника.

Рисунок 14 – Распространение сферической волны с удалением от источника возбуждения.

 

Также в зависимости от формы фронта выделяетсяцилиндрическая волна, создаваемая протяженным источником.Цилиндрические волны образуются, например, за большим экраном с щелью при падении на него плоских звуковых волн, если щель имеет ширину намного меньше и длину намного больше длины этих волн.

В цилиндрической и сферической волне место изменения амплитуды по линии распространения. В цилиндрической волне амплитуда уменьшается пропорционально расстоянию ~ r1/2 и в сферической ~ r-1.