음파는 인터페이스에 어떻게 반응하나요?
서로 다른 탄성 특성을 가진 두 매체가 결합하는 경우 음향 전파 한계가 존재합니다. 평면파면을 가진 음파가 무한한 두 매체 사이의 인터페이스에 부딪히면 일부는 평면파로 반사되고 일부는 인터페이스를 통과합니다(그림 28). 반사파 pr의 음압과 수신파 pe의 음압 사이의 비율을 반사 계수 R이라고 합니다:
입사파 pe에 대한 통과파 pd의 비율은 투과 계수 D입니다.
R과 D의 크기에 결정적인 영향을 미치는 요소는 두 매체의 음향 임피던스 Z, = p, c 및 Z, = p2c2인 방정식 (25) 및 (26)입니다.
(조사 내용은 표 1에 나와 있습니다).
방정식 (25)와 (26) 사이에는 관계 (27)이 있습니다.
인터페이스를 통과하는 압력과 반사된 압력 진폭은 절대로 합계가 1이 되지 않습니다(즉, 둘의 합은 입사파의 압력이 아닙니다). 이 관계는 에너지에만 적용됩니다.
인터페이스의 배열이 반전된 경우, 즉 에코 방식에서 강제로 반전된 경우, ( 25')를 얻습니다:
반사된 진폭의 양은 동일하게 유지되며 위상만 반전됩니다.
계수 Rand D 또는 R'과 D'는 비율을 나타내며 dB 값으로도 주어질 수 있습니다. 이는 강철에서 물로 소리가 전달되는 예로 나타낼 수 있습니다.
따라서 반사된 진폭의 크기는 입사 진폭의 크기보다 고작 0.6dB 낮습니다(거의 이상적인 반사).
강철에서 물로 통과하는 파동은 입사파의 음압보다 약 24dB 낮은 음압을 갖습니다. 음파가 인터페이스에 비스듬히 부딪히면 반사된 파동과 인터페이스를 통과하는 파동은 계산하기가 더 복잡해집니다. 그러나 경사 충돌 중 인터페이스를 통과할 때 굴절이 스넬의 굴절 법칙에 따라 음파의 전파 방향을 바꾸는 효과가 있다는 것도 중요합니다(그림 29).
고체에서는 파동이 인터페이스에서 굴절될 때 파동 모드 변환이 발생하기도 합니다. 그림 29의 입사 종파는 매체 2에서 굴절된 종파와 굴절된 횡파를 발생시킵니다. 여기에 다음과 같은 굴절 법칙(32)가 적용됩니다.
sin ß long = 1이면 제한 각도는 (그림 30) 방정식 (33)입니다.
굴절각 a> a의 경우 매체 2에는 더 이상 종파가 없고 횡파만 있습니다. sin f trans = 1이면 두 번째 제한 각도 a"(그림 31) 방정식 (34)이 적용됩니다.
굴절각이 a"보다 큰 경우 매체 2에는 종파나 횡파가 없고 표면파가 있으며 표면파는 인터페이스에만 존재합니다. 굴절 법칙을 사용하면 굴절파의 전파 방향만 계산할 수 있으며 진폭은 계산할 수 없습니다. 이와 별개로 굴절 법칙은 횡파는 반사나 굴절이 이루어진 후에 항상 선형 편광이 된다는 것을 명확하게 설명하지 못합니다. 시험 실습에는 초음파 빔이 제한되어 있고 파면이 평면이 아니므로 무한 평면파면이 존재하지 않는다는 또 다른 복잡한 문제가 있습니다. 그럼에도 불구하고 인터페이스에서의 반사는 물질의 초음파 시험에서 일어나는 가장 중요한 현상입니다. 경사각 빔 프로브(그림 11)와 함께 물질에서 단 하나의 선형 편광 횡파만 생성하려면 a'보다 큰 굴절각을 적용합니다. 물질의 탄성 특성(임계 각도 반사율)을 평가하기 위해 임계각 근처에서 반사파의 작용 방식을 활용할 수 있습니다.
