探究聲波與界面相互作用的過程與結(jié)果
聲波在傳播時會受到兩種具有不同彈性特性介質(zhì)交界面的限制。當(dāng)攜帶平面波波前的聲波撞擊到兩種無限介質(zhì)的分界面時，部分聲波會以平面波的形式被反射回來，而另一部分會穿透這個界面（如圖28所示）。反射波的聲壓pr與入射波的聲壓pe之間的比例被定義為反射系數(shù)R：
透射波的聲壓pd與入射波的聲壓pe之間的比值定義為透射系數(shù)D:
影響反射系數(shù)R和透射系數(shù)D的幅值的主要因素是兩種介質(zhì)的聲阻抗，分別用Z1 = p1c1和Z2 = p2c2表示（見方程式25和26）。相關(guān)的調(diào)查結(jié)果和數(shù)據(jù)可以在表1中找到。
方程式 (25) 和 (26) 之間的關(guān)系式是 (27):
當(dāng)聲波穿過界面時，通過界面的聲壓與反射聲壓的振幅之和不會等于1，這意味著它們加起來不等于入射波的聲壓。這個規(guī)律只適用于能量的計(jì)算。
如果將界面的排列順序顛倒過來（這在使用回波法時是必需的），我們可以得到一個修改后的公式（記作25’）：
反射波的振幅大小保持不變，但是其相位會發(fā)生顛倒。
由于蘭德系數(shù)D或R’以及D’代表的是比率，因此它們也可以用分貝（dB）值來表示。以聲波從鋼材傳播到水中的情況為例：
在這個例子中，反射波的振幅相比于入射波的振幅僅減少了0.6分貝（dB），這幾乎可以視為是理想的反射情況。
當(dāng)聲波從鋼材穿過進(jìn)入水中時，其聲壓比入射波的聲壓低大約24分貝（dB）。如果聲波以一定角度撞擊界面，反射波和穿過界面的聲波的計(jì)算會變得更加復(fù)雜。此外，還需要考慮傾斜撞擊的另一個重要因素：根據(jù)斯涅耳折射定律（如圖29所示），聲波在通過界面時會發(fā)生折射，這改變了聲波的傳播方向。
在固體介質(zhì)中，當(dāng)聲波在界面上發(fā)生折射時，還會伴隨著波型的轉(zhuǎn)換。如圖29所示，入射的縱波在第二介質(zhì)中會產(chǎn)生折射縱波和折射橫波。在這種情況下，施應(yīng)用折射定律，具體表述為公式(32)：
如果 sin ? long = 1，則極限角為（圖 30）方程式 (33):
當(dāng)折射角a超過臨界角a時，在介質(zhì)2中將不再產(chǎn)生縱波，只會形成橫波。當(dāng)sin f trans等于1時，這意味著存在第二個極限角a”（如圖31所示），這可以通過方程式(34)來描述:
當(dāng)折射角超過極限角a”時，在介質(zhì)2中不僅不存在縱波，也不會有橫波，只有表面波存在，并且這些表面波僅存在于界面處。使用折射定律，我們可以計(jì)算折射波的傳播方向，但無法確定其振幅大小。此外，折射定律也無法解釋為什么橫波在經(jīng)過反射或折射后始終保持線性極化。
在超聲波檢測的實(shí)際操作中，面臨著更為復(fù)雜的問題：不存在無限大的平面波波前。聲束是有限的，聲波波前也不是完全的平面。盡管如此，界面反射依然是材料超聲波檢測中最關(guān)鍵的現(xiàn)象之一。在使用斜探頭（如圖11所示）時，可以選擇一個大于a’的折射角度，以便在材料中產(chǎn)生一個線性極化的橫波。通過觀察反射波在極限角附近的表現(xiàn)，可以評估材料的彈性特性（即臨界角反射率）。
