DYFRAKCJA DŹWIĘKU: Z CZEGO SIĘ SKŁADA, PRZYKŁADY, ZASTOSOWANIA - FIZYCZNY - 2024

Dźwięk dyfrakcja to zjawisko, które występuje, gdy krzywa dźwięku i rozprasza wokół otworu lub przeszkody. Jest to coś wspólnego dla wszystkich fal: kiedy fala dźwiękowa dociera do otworu lub przeszkody, punkty jej płaszczyzny stają się źródłami i emitują inne ugięte.

Dźwięk to właśnie fala ciśnieniowa, która przemieszcza się w powietrzu, a także w wodzie i ciałach stałych. W przeciwieństwie do światła, które jest również falą, dźwięk nie może rozprzestrzeniać się w próżni. Dzieje się tak, ponieważ światło działa zupełnie inaczej - jest to fala elektromagnetyczna.

Rysunek 1. Fala płaska padająca na rowek i uginająca się. Źródło: pixabay

Kluczem do zjawiska dyfrakcji jest rozmiar przeszkody w stosunku do długości fali: dyfrakcja jest bardziej intensywna, gdy przeszkoda ma wymiary porównywalne z długością fali.

W dźwięku długość fali jest rzędu metrów, podczas gdy długość światła jest rzędu setek nanometrów. Podczas gdy dźwięk ma skalę ludzką, światło ma skalę mikrobów.

Ta ogromna różnica w skali długości fal między dźwiękiem a światłem leży u podstaw tego, że możemy słuchać rozmowy za rogiem, nie będąc w stanie obserwować rozmawiających.

I to dlatego, że dźwięk jest w stanie zakrzywić się za rogiem, podczas gdy światło ciągnie się prosto. To zjawisko krzywizny w propagacji fali dźwiękowej jest właśnie dyfrakcją dźwięku.

Dźwięk

Dźwięk jest rozumiany jako fale ciśnienia, które przemieszczają się w powietrzu i mieszczą się w słyszalnym zakresie.

Zakres słyszalności dla ucha młodego człowieka z upośledzeniem słuchu mieści się w zakresie od 20 Hz do 20 000 Hz, który ma tendencję do zawężania się z wiekiem.

Niskie tony lub częstotliwości mieszczą się w zakresie od 20 Hz do 256 Hz. Średnie tony od 256 Hz do 2000 Hz. Wysokie tony mieszczą się w przedziale od 2 kHz do 20 kHz.

Prędkość dźwięku w powietrzu przy ciśnieniu atmosferycznym 1 atm i 0 ° C wynosi 331 m / s. Zależność między prędkością v propagacji fali a jej długością fali λ i częstotliwością f jest następująca:

v = λ⋅f

Z tej zależności wynika, że ​​długość fali ma następujące zakresy:

- Tony niskie: 16,5 m do 1,3 m.

- Tony średnie: 130 cm do 17 cm.

- Wysokie tony: 17 cm do 1,7 cm.

Przykłady dyfrakcji dźwięku

Otwarte drzwi audytorium

Audytorium lub sala koncertowa to z reguły przestrzeń zamknięta, której ściany pochłaniają dźwięk, zapobiegając jego odbiciu.

Jeśli jednak drzwi audytorium są otwarte, koncert słychać bez problemów, nawet jeśli orkiestra pozostaje poza zasięgiem wzroku.

Jeśli jesteś tuż przed drzwiami, możesz usłyszeć pełną gamę dźwięków. Jeśli jednak będzie z boku, to basy będą słyszalne, a wysokie nie.

Dźwięki basowe mają długie fale i dlatego mogą otaczać drzwi i być słyszalne za nimi. Wszystko za sprawą zjawiska dyfrakcji.

Za głośnikiem

Głośnik lub głośnik emituje szeroki zakres długości fal. Sam głośnik jest przeszkodą, która rzuca za siebie dźwiękowy cień.

Ten dźwiękowy cień jest wyraźny dla wysokich częstotliwości, których nie słychać za głośnikiem, podczas gdy basy i część środka są słyszalne, ponieważ odwracają urządzenie.

Powyższy eksperyment działa najlepiej na otwartej przestrzeni, ponieważ należy wziąć pod uwagę, że dźwięk może odbijać się od ścian i innych obiektów, dzięki czemu wszystkie dźwięki są słyszalne nawet za głośnikiem.

Zespół muzyków na ulicy

Zespół muzyków grających na ulicy słychać z skrzyżowania, z którego nie widać artystów.

Powodem, jak powiedzieliśmy wcześniej, jest to, że kierunek dźwięku jest w stanie zgiąć się i przekroczyć róg, podczas gdy światło porusza się po linii prostej.

Jednak efekt ten nie jest taki sam dla wszystkich długości fal. Długofalowe są ugięte lub podwojone bardziej niż fale krótkie.

Z tego powodu na poprzecznej ulicy, skąd nie widać muzyków, nie słychać dobrze ostrych instrumentów, takich jak trąbki i skrzypce, a bębny i bębny basowe wyraźniej.

Rysunek 2. Dyfrakcja dźwięku na ulicy. Źródło: wykonane samodzielnie

Ponadto niskie tony o dużej długości fali osłabiają się mniej wraz z odległością niż dźwięki o wysokiej częstotliwości o krótkich falach.

Zwierzęta wykorzystujące niskie częstotliwości

Słonie emitują fale infradźwiękowe o bardzo niskiej częstotliwości i bardzo długich falach, aby komunikować się ze swoimi rówieśnikami na duże odległości. Wieloryby też to robią, co pozwala im również na dobrą komunikację na odległość.

Zastosowania dyfrakcji dźwięku

Zwiększony obszar słyszenia

Aby głośnik miał duży obszar odsłuchu, szerokość głośnika musi być mniejsza niż długość fali emitowanego dźwięku.

Istnieje specyficzna konstrukcja tuby, która wykorzystuje dyfrakcję dźwięku: jest to tuba dyspersyjna.

Powszechnie uważa się, że im większa przepona rogu, tym większy obszar obejmuje. Natomiast w tubie dyspersyjnej membrana jest niewielka, a jej kształt powoduje wzmocnienie dźwięku, wykorzystując zjawisko dyfrakcji dźwięku.

Kształt rogu przypomina prostokątny otwór wylotowy lub róg wylotowy mniejszy niż długość fal, które emituje.

Prawidłowy montaż tego typu głośnika odbywa się z krótszym bokiem prostokątnych ust w poziomie, a długim bokiem w pionie. W ten sposób uzyskuje się większy zasięg poziomego pokrycia i kierunkowość dźwięku równolegle do podłoża.

Bibliografia

1. Fizyka / Akustyka / Rozprzestrzenianie się dźwięku. Odzyskany z: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Dyfrakcja dźwięku. Odzyskany z: construmatica.com
3. Dyfrakcja (dźwięk). Odzyskany z: esacademic.com
4. Sala lekcyjna fizyki. Dyfrakcja fal dźwiękowych. Odzyskany z: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Dyfrakcja (dźwięk). Odzyskany z wikipedia.com