ДИФРАКЦИЯ НА ЗВУКА: ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ, ПРИМЕРИ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В звука дифракция е явлението, което се случва, когато кривата на звук и той разпилява около отвор или препятствие. Тя е нещо общо за всички вълни: когато звуковата вълна достигне отвор или препятствие, точките на нейната равнина стават източници и излъчват други дифракционирани.

Звукът е именно вълна под налягане, която се движи през въздуха, а също и през водата и твърдите вещества. За разлика от светлината, която също е вълна, звукът не може да се разпространява чрез вакуум. Това е така, защото светлината работи напълно различно - това е електромагнитна вълна.

Фигура 1. Плоска вълна, падаща върху канала и дифракция. Източник: pixabay

Ключът в явлението дифракция е размерът на препятствието по отношение на дължината на вълната: дифракцията е по-интензивна, когато препятствието има размери, сравними с дължината на вълната.

По звук дължината на вълната е от порядъка на метри, докато тази на светлината е от порядъка на стотици нанометри. Докато звукът има човешка скала, светлината има скала на микробите.

Тази огромна разлика в скалата на дължината на вълната между звук и светлина е зад факта, че можем да слушаме разговор зад ъгъла, без да можем да наблюдаваме тези, които разговарят.

И е, че звукът е способен да се извива зад ъгъла, докато светлината продължава право. Това явление на кривина в разпространението на звуковата вълна е именно дифракцията на звука.

Звук

Под звук се разбират вълните под налягане, които пътуват през въздуха и които са включени в звуковия диапазон.

Звуковият обхват до ухото на млад човек с увреден слух е между 20 Hz и 20 000 Hz. Този диапазон има тенденция да се стеснява с възрастта.

Ниските тонове или честоти са между 20 Hz и 256 Hz, средните тонове между 256 Hz и до 2000 Hz, а високите са между 2 kHz и 20 kHz.

Скоростта на звука във въздуха при атмосферно налягане от 1 атм и 0 ° С е 331 m / s. Връзката между скоростта v на разпространение на една вълна с нейната дължина на вълната λ и нейната честота f е следната:

v = λ⋅f

От тази връзка имаме, че дължината на вълната има следните диапазони:

- Ниски тонове: 16,5 m до 1,3 m.

- Средни тонове: от 130 см до 17 см.

- Високи тонове: 17 см до 1,7 см.

Примери за дифракция на звука

Отворената врата на аудитория

Аудитория или концертна зала обикновено е затворено пространство със стени, които поглъщат звук, предотвратявайки отражението му.

Ако обаче вратата на аудиторията е отворена, концертът може да се чуе без проблеми, дори когато оркестърът остава извън полезрението.

Ако сте точно пред вратата, можете да чуете цялата гама звуци. Ако обаче е отстрани, ще се чуят басовите звуци, докато високите няма.

Басовите звуци имат големи дължини на вълната и затова могат да заобиколят вратата и да бъдат чути зад нея. Всичко се дължи на феномена на дифракцията.

Зад кутия за високоговорители

Един високоговорител или високоговорител излъчва широк диапазон от дължини на вълната. Кутията на високоговорителите сама по себе си е пречка, която хвърля звукова сянка зад нея.

Тази звукова сянка е ясна за високи честоти, които не могат да бъдат чути зад високоговорителя, докато басите и частта от средата могат да се чуят, защото преобръщат устройството.

Горният експеримент работи най-добре в открито пространство, тъй като трябва да се има предвид, че звукът може да се отразява от стените и други обекти, позволявайки да се чуват всички тонове дори зад кутията на високоговорителите.

Групата музиканти на улицата

Група от музиканти, които свирят на улицата, може да се чуе от пресечена улица, от която артистите не могат да се видят.

Причината, както казахме преди, е, че посоката на звука е в състояние да се огъва и да пресича ъгъла, докато светлината се движи по права линия.

Този ефект обаче не е еднакъв за всички дължини на вълната. Дълго вълновите са дифракционни или удвоени повече от дължините на късите вълни.

Поради тази причина в напречната улица, от която музикантите не могат да се видят, острите инструменти като тромпети и цигулки не могат да се чуят добре, докато барабаните и бас барабаните се чуват по-ясно.

Фигура 2. Звукова дифракция на улица. Източник: самостоятелно направен

В допълнение, ниските тонове на дълги вълни отслабват по-малко с разстояние, отколкото късо вълновите високочестотни звуци.

Животни, които използват ниски честоти

Слоновете излъчват много ниска честота, много дълги вълни инфразвукови вълни, за да общуват със своите връстници на големи разстояния. Китовете също го правят, което също им позволява добра комуникация на разстояние.

Приложения на звукова дифракция

Увеличена слухова зона

За да има висок високоговорител, ширината на високоговорителя трябва да е по-малка от дължината на вълната на звука, който излъчва.

Има специфичен дизайн на рога, който се възползва от дифракцията на звука: това е дисперсионният рог.

Обикновено се смята, че колкото по-голяма е диафрагмата на рога, толкова повече площ покрива. В дисперсионния рог обаче диафрагмата е малка и формата й е това, което кара звука да се усилва, като се възползва от феномена на звуковата дифракция.

Формата на рога е като правоъгълна уста или изходящ рог, по-малка от дължината на вълната, която излъчва.

Правилната инсталация на този тип високоговорители се извършва с късата страна на правоъгълната уста в хоризонтално положение и дългата вертикално. По този начин се постига по-голяма широчина на хоризонтално покритие и насоченост на звука, успореден на земята.

Препратки

1. Физика / Акустика / Разпространение на звук. Възстановено от: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Звукова дифракция. Възстановено от: construmatica.com
3. Дифракция (звук). Възстановено от: esacademic.com
4. Учебната зала по физика. Дифракция на звукови вълни. Възстановена от: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Дифракция (звук). Възстановено от wikipedia.com