DIFRAKCIA ZVUKU: Z ČOHO POZOSTÁVA, PRÍKLADY, APLIKÁCIE - FYZICKÝ - 2025

Zvuk difrakcie je jav, ktorý sa vyskytuje, keď je krivka zvuku a rozptyľuje okolo otvoru alebo prekážke. Je to niečo spoločné pre všetky vlny: keď zvuková vlna dosiahne otvor alebo prekážku, body jej roviny sa stanú zdrojmi a vyžarujú ďalšie rozptýlené.

Zvuk je presne tlaková vlna, ktorá prechádza vzduchom a tiež vodou a pevnými látkami. Na rozdiel od svetla, ktoré je tiež vlnou, sa zvuk nemôže šíriť vo vákuu. Dôvodom je, že svetlo funguje úplne inak - je to elektromagnetická vlna.

Obrázok 1. Nárazová vlna dopadajúca na drážku a rozptyľujúca sa. Zdroj: pixabay

Kľúčom vo fenoméne difrakcie je veľkosť prekážky vo vzťahu k vlnovej dĺžke: difrakcia je intenzívnejšia, ak prekážka má rozmery porovnateľné s vlnovou dĺžkou.

Vo zvuku je vlnová dĺžka rádovo metrov, zatiaľ čo svetlo je rádovo stovky nanometrov. Aj keď má zvuk ľudskú mierku, svetlo má mikrobiologickú mierku.

Tento obrovský rozdiel v rozsahu vlnových dĺžok medzi zvukom a svetlom je za skutočnosťou, že môžeme počúvať rozhovor za rohom bez toho, aby sme boli schopní pozorovať tých, ktorí hovoria.

A zvuk je schopný zakriviť sa za rohom, zatiaľ čo svetlo pokračuje rovno. Tento jav zakrivenia pri šírení zvukovej vlny je presne difrakciou zvuku.

zvuk

Zvukom sa rozumejú tlakové vlny, ktoré prechádzajú vzduchom a ktoré sú zahrnuté v počuteľnom rozsahu.

Počuteľný rozsah ucha mladého človeka s poruchou sluchu je medzi 20 Hz a 20 000 Hz. Tento rozsah sa s vekom znižuje.

Nízke tóny alebo frekvencie sú medzi 20 Hz a 256 Hz, stredné tóny medzi 256 Hz a 2 000 Hz a vysoké tóny sú medzi 2 kHz a 20 kHz.

Rýchlosť zvuku vo vzduchu pri atmosférickom tlaku 1 atm a 0 ° C je 331 m / s. Vzťah medzi rýchlosťou v šírenia vlny s jej vlnovou dĺžkou λ a jej frekvenciou f je nasledujúci:

v = λ⋅f

Z tohto vzťahu vyplýva, že vlnová dĺžka má nasledujúce rozsahy:

- Nízke tóny: 16,5 až 1,3 m.

- Stredné tóny: 130 cm až 17 cm.

- Vysoké tóny: 17 cm až 1,7 cm.

Príklady zvukovej difrakcie

Otvorené dvere hľadiska

Sála alebo koncertná sieň je zvyčajne uzavretý priestor so stenami, ktoré absorbujú zvuk a bránia jeho odrazu.

Ak sú však otvorené dvere do poslucháča, koncert možno počuť bez problémov, aj keď orchester zostáva mimo dohľadu.

Ak ste priamo pred dverami, môžete počuť celý rad zvukov. Ak je však na boku, budete počuť basové zvuky, zatiaľ čo výškové zvuky nebudú.

Basové zvuky majú dlhé vlnové dĺžky, a preto môžu dvere obklopovať a za nimi počuť. Je to všetko kvôli fenoménu difrakcie.

Za skrinkou pre reproduktory

Reproduktor alebo reproduktor vysiela širokú škálu vlnových dĺžok. Samotná skrinka reproduktora je prekážkou, ktorá za ňou vrhá zvukový tieň.

Tento zvukový tieň je jasný pre vysoké frekvencie, ktoré za reproduktorom nie je možné počuť, zatiaľ čo basy a časť stredu je možné počuť, pretože sú otočené.

Vyššie uvedený experiment funguje najlepšie v otvorenom priestore, pretože je potrebné vziať do úvahy, že zvuk sa môže odrážať od stien a iných predmetov, čo umožňuje počuť všetky tóny aj za skrinkou reproduktorov.

Skupina hudobníkov na ulici

Skupina hudobníkov hrajúcich na ulici je počuť z križovatky, z ktorej umelcov nemožno vidieť.

Dôvodom, ako sme už povedali, je to, že smer zvuku je schopný sa ohýbať a prechádzať za roh, zatiaľ čo svetlo prechádza priamou čiarou.

Tento efekt však nie je rovnaký pre všetky vlnové dĺžky. Dlhé vlny sú rozptylované alebo zdvojnásobené viac ako krátke vlnové dĺžky.

Z tohto dôvodu na priečnej ulici, odkiaľ nie sú hudobníci vidieť, nie je možné dobre počuť akútne nástroje, ako sú trúbky a husle, zatiaľ čo bubny a basové bubny sú počuť jasnejšie.

Obrázok 2. Difrakcia zvuku na ulici. Zdroj: vlastný

Nízke tóny s dlhou vlnovou dĺžkou navyše tlmia vzdialenosť so vzdialenosťou menej ako vysokofrekvenčné zvuky s krátkou vlnovou dĺžkou.

Zvieratá, ktoré využívajú nízke frekvencie

Slony vyžarujú infračervené vlny s veľmi nízkou frekvenciou a veľmi dlhou vlnovou dĺžkou, aby mohli komunikovať so svojimi rovesníkmi na veľké vzdialenosti. Veľryby to robia tiež, čo im tiež umožňuje dobrú komunikáciu na diaľku.

Aplikácie zvukovej difrakcie

Zväčšená oblasť sluchu

Aby reproduktor mal veľkú oblasť počúvania, musí byť šírka reproduktora menšia ako vlnová dĺžka zvuku, ktorý vysiela.

Existuje špecifický dizajn klaksónu, ktorý využíva zvukovú difrakciu: je to disperzný klaksón.

Všeobecne sa verí, že čím väčšia je bránica rohu, tým viac plochy pokrýva. Avšak v rozptyľovacom rohu je membrána malá a jej tvar spôsobuje zvuk, ktorý zosilňuje zvuk, pričom využíva fenomén zvukovej difrakcie.

Tvar klaksónu je ako obdĺžnikové ústie alebo výstupný roh menší ako vlnové dĺžky, ktoré vyžaruje.

Správna inštalácia tohto typu reproduktora sa vykonáva s krátkou stranou pravouhlého ústa vodorovne a dlhou stranou zvisle. Týmto spôsobom sa dosiahne väčšia šírka horizontálneho pokrytia a smerovania zvuku rovnobežného so zemou.

Referencie

1. Fyzika / Akustika / Šírenie zvuku. Obnovené z: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Difrakcia zvuku. Získané z: construmatica.com
3. Difrakcia (zvuk). Obnovené z: esacademic.com
4. Učebňa fyziky. Difrakcia zvukových vĺn. Obnovené z: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Difrakcia (zvuk). Obnovené z wikipedia.com