SKAŅAS DIFRAKCIJA: NO KĀ TĀ SASTĀV, PIEMĒRI, PIELIETOJUMI - FIZISKĀ - 2025

Difrakcijas skaņa ir parādība, kas rodas, kad skaņas līkni un izkaisa ap atvēršanu vai šķērsli. Tas ir kaut kas kopīgs visiem viļņiem: kad skaņas vilnis sasniedz atveri vai šķērsli, tā plaknes punkti kļūst par avotiem un izstaro citus izkliedētus.

Skaņa ir precīzi spiediena vilnis, kas pārvietojas pa gaisu, kā arī caur ūdeni un cietām vielām. Atšķirībā no gaismas, kas ir arī vilnis, skaņa nevar izplatīties caur vakuumu. Tas notiek tāpēc, ka gaisma darbojas pilnīgi savādāk - tas ir elektromagnētiskais vilnis.

1. attēls. Plaknes viļņu izkrišana uz rievas un difrakcija. Avots: pixabay

Difrakcijas fenomenā galvenais ir šķēršļa lielums attiecībā pret viļņa garumu: difrakcija ir intensīvāka, ja šķēršļa izmēri ir salīdzināmi ar viļņa garumu.

Skaņā viļņa garums ir noteikts metros, bet gaismā - simtiem nanometru. Kamēr skaņai ir cilvēka skala, gaismai ir mikrobu skala.

Šīs milzīgās atšķirības viļņu garuma skalā starp skaņu un gaismu ir aiz tā, ka mēs varam klausīties sarunu ap stūri, nespējot novērot tos, kuri sarunājas.

Un tas ir tāds, ka skaņa spēj izliekties ap stūri, kamēr gaisma turpinās taisni. Šī izliekuma parādība skaņas viļņa izplatībā ir tieši skaņas difrakcija.

Skaņa

Ar skaņu saprot spiediena viļņus, kas pārvietojas pa gaisu un ir iekļauti dzirdamajā diapazonā.

Jaunā, vājdzirdīga cilvēka dzirdamais diapazons līdz ausij ir no 20 Hz līdz 20 000 Hz. Šim diapazonam ir tendence sašaurināties ar vecumu.

Zemie signāli vai frekvences ir no 20 Hz līdz 256 Hz, vidējie signāli ir no 256 Hz līdz 2000 Hz, bet augstie signāli ir no 2 kHz līdz 20 kHz.

Skaņas ātrums gaisā pie atmosfēras spiediena 1 atm un 0º C ir 331 m / s. Attiecība starp viļņa izplatīšanās ātrumu v ar tā viļņa garumu λ un frekvenci f ir šāda:

v = λ⋅f

No šīm attiecībām mums izriet, ka viļņa garumam ir šādi diapazoni:

- zemi toņi: no 16,5 m līdz 1,3 m.

- Vidēji toņi: no 130 līdz 17 cm.

- Augsti toņi: no 17 cm līdz 1,7 cm.

Skaņas difrakcijas piemēri

Auditorijas atvērtās durvis

Auditorija vai koncertzāle parasti ir slēgta telpa ar sienām, kas absorbē skaņu, novēršot tās atstarošanos.

Tomēr, ja auditorijas durvis ir atvērtas, koncertu var dzirdēt bez problēmām, pat ja orķestris paliek ārpus redzesloka.

Ja esat tieši durvju priekšā, jūs varat dzirdēt pilnu skaņu diapazonu. Tomēr, ja tas atrodas uz sāniem, būs dzirdamas basa skaņas, bet augstās - ne.

Basu skaņām ir garš viļņu garums, tāpēc tās var apņemt durvis un tikt dzirdamas aiz tām. Tas viss ir saistīts ar difrakcijas fenomenu.

Aiz skaļruņu kastes

Skaļrunis vai skaļrunis izstaro plašu viļņu garumu. Skaļruņu kaste pati par sevi ir šķērslis, kas aiz tā rada skaņas ēnu.

Šī skaņas ēna ir skaidra augstām frekvencēm, kuras nevar dzirdēt aiz skaļruņa, bet basu un daļu no vidus var dzirdēt, jo tie apvērš ierīci.

Iepriekš minētais eksperiments vislabāk darbojas atklātā telpā, jo jāņem vērā, ka skaņu var atstarot pie sienām un citiem objektiem, ļaujot visiem toņiem dzirdēt pat aiz skaļruņu kastes.

Mūziķu grupa uz ielas

Mūziķu grupa, kas spēlē uz ielas, ir dzirdama no šķērsielām, no kurām mākslinieki nav redzami.

Iemesls, kā jau teicām iepriekš, ir tāds, ka skaņas virziens spēj saliekties un šķērsot stūri, kamēr gaisma pārvietojas taisnā līnijā.

Tomēr šis efekts nav vienāds visiem viļņu garumiem. Garo viļņu difrakcijas vai divkāršās vērtības pārsniedz īsviļņu garumus.

Šī iemesla dēļ šķērsielā, no kurienes mūziķi nav redzami, augsti atskaņotie instrumenti, piemēram, trompetes un vijoles, nav labi dzirdami, savukārt bungas un basģitāras ir skaidrāk dzirdamas.

2. attēls. Skaņas difrakcija uz ielas. Avots: pašu gatavots

Turklāt zemu viļņu garuma zemie signāli ar attālumu vājina mazāk nekā īsviļņu augstfrekvences skaņas.

Dzīvnieki, kas izmanto zemas frekvences

Ziloņi izstaro ļoti zemas frekvences, ļoti gara viļņa garuma infraskaņas viļņus, lai sazinātos ar vienaudžiem lielos attālumos. Arī vaļi to dara, kas arī ļauj viņiem labi sazināties no attāluma.

Skaņas difrakcijas pielietojumi

Palielināta dzirdes zona

Lai skaļrunim būtu liels klausīšanās laukums, skaļruņa platumam jābūt mazākam par tā izstarotās skaņas viļņa garumu.

Ir īpaša raga konstrukcija, kas izmanto skaņas difrakcijas priekšrocības: tas ir izkliedes signāls.

Parasti tiek uzskatīts, ka, jo lielāka ir raga diafragma, jo vairāk platības tas aptver. Tomēr izkliedes ragā diafragma ir maza, un tās forma liek skaņai pastiprināties, izmantojot skaņas difrakcijas fenomenu.

Raga forma ir tāda kā taisnstūrveida mute vai izejas rags, kas ir mazāks par tā izstarotajiem viļņu garumiem.

Pareiza šāda veida skaļruņu uzstādīšana tiek veikta ar taisnstūrveida mutes īso pusi horizontāli un garo pusi vertikāli. Tādā veidā tiek panākts lielāks horizontālā pārklājuma platums un skaņas virzienrādījums paralēli zemei.

Atsauces

1. Fizika / Akustika / Skaņas izplatīšanās. Atgūts no: es.wikibooks.org
2. Konstrukcija. Skaņas difrakcija. Atgūts no: construmatica.com
3. Difrakcija (skaņa). Atgūts no: esacademic.com
4. Fizikas klase. Skaņas viļņu difrakcija. Atgūts no: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Difrakcija (skaņa). Atgūts no wikipedia.com