风会不会影响声音传播的速度?

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声音是一种波,是空气的振动,当空气流动起来之后,声波的传播可以分解成两种运动的叠加,空气的流动和声波相对于空气的运动。

除了温度、密度等条件外,影响声音传播的因素还包括“风速梯度”,风速梯度可以改变声音穿过空气的路径,或者说,风会导致声音弯曲,这是最有意思的地方。

我们取典型的声速340m/s ,空中刮着微风5m/s ,顺风因为刮风带来的声音强度是无风时的≈1.03倍,实在是太小了。但是如果风特别大,听者甚至可能因为风声强于人声而听不清说话的声音。

对于传播路径较远(大于50米)的声波来说,当风与声音传播方向相反时(也就是逆风时),声波会向上折射。这是因为不光滑的地表(大的树木,建筑物,小麦等)会阻碍风的传播而形成湍流Q,从而使风速在地面附近略低于高空中,或者说,高空风速更快(地表附近的风速通常会随着离地面距离的增加而增加),风速的这种差异产生了风速梯度。而上面说到,梯度反过来会影响音速,逆区中,风速越大声波传播速度越慢(实际声速=声速 - 风速),所以声音会向上弯折。

风会不会影响声音传播的速度?

风对声音传播的影响

理论上,对于每小时风速13公里的6级强风来说,平均每100米能减少几分贝,而根据实际测量,实际在较远距离可以观察到20分贝以上的损失。

同样的道理,当风向与声音传播方向相同时(顺风),声音会向地面折射,因此,条件有利于声音传播到地面,并且在地面外反弹,增加了声音的强度(声级)。

风速梯度导致声音的折射,这使得(下风处)顺风处更容易听到来自声源的声音(哪怕是来自树林的后方),而(上风处)逆风处时更难听到。

风会不会影响声音传播的速度?

当声源距听者距离有300米以上时,折射现象会比较明显的被观测到

当然,如果听者在离声源很近的逆风处,实际上是会听到更强的声音的。

这是因为地面的反射在起作用。但只要距离再远一些(300米),就会出现声音极速衰减的现象(如下图中的阴影区表示)。

风会不会影响声音传播的速度?

以上都是理论分析,下面这个是实际测量的数据,纵坐标值应为风的因素造成的修正量。

风会不会影响声音传播的速度?

在距离衰减上由于风引起的修正量

综上,风不光会影响声音传播速率,还会影响声音的传播方向。

文章来源:声振之家,https://mp.weixin.qq.com/s/M_ct4AmbARYKKj7ftdV6BQ

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