ДИФРАКЦІЯ ЗВУКУ: З ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ, ПРИКЛАДИ, ДОДАТКИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Дифракції звуку це явище , яке відбувається , коли звук кривої і розсіює навколо отвору або перешкоди. Це щось спільне для всіх хвиль: коли звукова хвиля досягає отвору чи перешкоди, точки її площини стають джерелами та випромінюють інші дифракційні.

Звук - це саме хвиля тиску, яка рухається повітрям, а також через воду та тверді речовини. На відміну від світла, який також є хвилею, звук не може поширюватися через вакуум. Це тому, що світло працює зовсім по-іншому - це електромагнітна хвиля.

Малюнок 1. Плоска хвиля, що падає на паз і дифракція. Джерело: pixabay

Ключовим явищем дифракції є розмір перешкоди по відношенню до довжини хвилі: дифракція є більш інтенсивною, коли перешкода має розміри, порівнянні з довжиною хвилі.

За звуком довжина хвилі знаходиться в порядку метрів, а у світла - близько сотень нанометрів. У той час як звук має людський масштаб, світло має мікробну шкалу.

Ця величезна різниця у шкалі довжини хвилі між звуком і світлом полягає в тому, що ми можемо слухати розмову за кутом, не маючи змоги спостерігати за тими, хто спілкується.

І це те, що звук здатний вигнутися за кут, а світло продовжується прямо. Це явище викривлення при поширенні звукової хвилі - саме дифракція звуку.

Звук

Під звуком розуміють хвилі тиску, які рухаються по повітрю і які входять у чутний діапазон.

Діапазон чутності до вуха молодої людини з вадами слуху становить від 20 Гц до 20000 Гц. Цей діапазон, як правило, звужується з віком.

Низькі тони або частоти становлять від 20 Гц до 256 Гц, середні - від 256 Гц до 2000 Гц, а високі - від 2 до 20 кГц.

Швидкість звуку в повітрі при атмосферному тиску 1 атм і 0ºС становить 331 м / с. Зв'язок між швидкістю v поширення хвилі з її довжиною хвилі λ та її частотою f такий:

v = λ⋅f

З цього співвідношення ми маємо, що довжина хвилі має такі діапазони:

- Низькі тони: від 16,5 м до 1,3 м.

- Середні тони: від 130 см до 17 див.

- Високі тони: від 17 см до 1,7 див.

Приклади дифракції звуку

Відкриті двері аудиторії

Аудиторія або концертний зал - це, як правило, закритий простір зі стінами, які поглинають звук, перешкоджаючи його відображенню.

Однак якщо двері в аудиторію відчинені, концерт можна почути без проблем, навіть коли оркестр залишається поза увагою.

Якщо ви знаходитесь прямо перед дверима, ви можете почути весь спектр звуків. Однак, якщо вона стоїть збоку, звучатимуть басові звуки, тоді як високі звуки не будуть.

Басові звуки мають велику довжину хвилі, тому можуть оточувати двері та чути за нею. Все це пов’язано з явищем дифракції.

За коробкою динаміків

Гучномовець або динамік випромінює широкий діапазон довжин хвиль. Колонка динаміків сама по собі є перешкодою, яка кидає за собою звукову тінь.

Ця звукова тінь зрозуміла для високих частот, які не чути за динаміком, тоді як баси та частина середини можна почути, оскільки вони перевертають пристрій.

Вищеописаний експеримент найкраще працює у відкритому просторі, оскільки потрібно враховувати, що звук може відбиватися від стін та інших предметів, дозволяючи чути всі тони навіть за коробкою динаміка.

Гурт музикантів на вулиці

Гурт музикантів, що грають на вулиці, можна почути з перехресної вулиці, з якої артистів не видно.

Причина, як ми вже говорили раніше, полягає в тому, що напрямок звуку здатний згинатися і перетинати кут, тоді як світло рухається по прямій лінії.

Однак цей ефект неоднаковий для всіх довжин хвиль. Довгохвильні дифракції або вдвічі більше, ніж короткохвильові.

З цієї причини на поперечній вулиці, звідки не видно музикантів, не чути високорозважених інструментів, таких як труби та скрипки, тоді як барабани та басові барабани чути чіткіше.

Малюнок 2. Дифракція звуку на вулиці. Джерело: саморобний

Крім того, низькі тони довгохвильових відхилень менше на відстані, ніж короткохвильові високочастотні звуки.

Тварини, які використовують низькі частоти

Слони випромінюють дуже низькі частоти, дуже довгі хвилі інфразвукових хвиль для спілкування з однолітками на великих відстанях. Кити це теж роблять, що також дозволяє їм добре спілкуватися на відстані.

Застосування дифракції звуку

Збільшена область слуху

Щоб гучномовець мав велику область прослуховування, ширина динаміка повинна бути меншою за довжину хвилі звуку, який він випромінює.

Існує специфічна конструкція рогу, яка використовує перевагу дифракції звуку: це дисперсійний ріг.

Загальноприйнято вважати, що чим більше рогова діафрагма, тим більше площі вона охоплює. Однак у дисперсійному ріжку діафрагма невелика, а її форма - це те, що змушує звук посилюватися, користуючись явищем дифракції звуку.

Форма рогу схожа на прямокутний рот або випускний ріг, менший за довжину хвилі, яку він випромінює.

Правильна установка цього типу динаміків робиться з короткою стороною прямокутного гирла по горизонталі і довгою стороною вертикально. Таким чином досягається більша ширина горизонтального покриття та спрямованості звуку, паралельного землі.

Список літератури

1. Фізика / Акустика / Поширення звуку. Відновлено з: es.wikibooks.org
2. Конструпедія. Дифракція звуку. Відновлено з сайту: construmatica.com
3. Дифракція (звук). Відновлено з: esacademic.com
4. Клас фізики. Дифракція звукових хвиль. Відновлено з: physicsclassroom.com
5. Вікіпедія. Дифракція (звук). Відновлено з wikipedia.com