LJUDDIFFRAKTION: VAD DET BESTÅR AV, EXEMPEL, APPLIKATIONER - FYSISK - 2025

Den diffraktion ljud är det fenomen som uppstår när ljudet kurvan och skingrar runt en öppning eller hinder. Det är något som är gemensamt för alla vågor: när ljudvågen når en öppning eller ett hinder, blir dess punkter källor och avger andra diffrakterade.

Ljud är just en tryckvåg som rör sig genom luft och även genom vatten och fasta ämnen. Till skillnad från ljus, som också är en våg, kan ljudet inte spridas genom ett vakuum. Detta beror på att ljus fungerar helt annorlunda - det är en elektromagnetisk våg.

Figur 1. Planvågshändelse på spåret och diffraherande. Källa: pixabay

Nyckeln i fenomenet diffraktion är storleken på hindret i förhållande till våglängden: diffraktionen är mer intensiv när hindret har dimensioner som kan jämföras med våglängden.

I ljudet är våglängden i storleksordningen meter, medan ljuset är i storleksordningen hundratals nanometer. Medan ljudet har en mänsklig skala, har ljuset en mikroskala.

Denna enorma skillnad i våglängdsskalan mellan ljud och ljus ligger bakom det faktum att vi kan lyssna på en konversation runt ett hörn utan att kunna observera de som pratar.

Och det är så att ljudet kan böjas runt hörnet, medan ljuset fortsätter rakt. Detta fenomen med krökning vid utbredningen av ljudvågen är exakt ljudets diffraktion.

Ljud

Ljud förstås som de tryckvågor som rör sig genom luften och som ingår i det hörbara intervallet.

Det hörbara intervallet till örat hos en ung, hörselskadad människa är mellan 20 Hz och 20 000 Hz. Detta intervall tenderar att minska med åldern.

Låga toner eller frekvenser är mellan 20 Hz och 256 Hz. Mitttoner mellan 256 Hz till 2000 Hz. Och höga toner är de mellan 2 kHz och 20 kHz.

Ljudets hastighet i luft vid atmosfärstryck på 1 atm och 0 ° C är 331 m / s. Förhållandet mellan hastigheten v för spridning av en våg med dess våglängd λ och dess frekvens f är följande:

v = ⋅⋅f

Från denna relation har vi att våglängden har följande intervall:

- Låga toner: 16,5 m till 1,3 m.

- Mediumtoner: 130 cm till 17 cm.

- Höga toner: 17 cm till 1,7 cm.

Exempel på ljuddiffraktion

Den öppna dörren till ett auditorium

Ett auditorium eller en konserthus är i allmänhet ett stängt utrymme med väggar som absorberar ljud och förhindrar reflektion.

Men om auditoriumdörren är öppen kan konserten höras utan problem, även när orkestern förblir utom synhåll.

Om du är rätt framför dörren kan du höra hela ljudutbudet. Men om du är på sidan, kommer du att höra basljuden, medan diskanten inte kommer.

Basljud har långa våglängder och kan därför omge dörren och höras bakom den. Det beror på fenomenet diffraktion.

Bakom en högtalarlåda

En högtalare eller högtalare avger ett stort antal våglängder. Högtalarboxen är i sig ett hinder som kastar en ljudskugga bakom sig.

Denna ljudskugga är klar för höga frekvenser, som inte kan höras bakom högtalaren, medan basen och en del av mitten kan höras eftersom de vänder enheten.

Ovanstående experiment fungerar bäst i ett öppet utrymme, eftersom det måste beaktas att ljud kan reflekteras från väggar och andra föremål, så att alla toner hörs även bakom högtalarlådan.

Musikbandet på gatan

Ett musikband som spelar på gatan hörs från en tvärgata från vilken artisterna inte kan ses.

Anledningen, som vi sa tidigare, är att ljudriktningen kan böjas och korsa hörnet, medan ljuset rör sig i en rak linje.

Denna effekt är dock inte densamma för alla våglängder. Långvågsspridare diffraheras eller fördubblas mer än korta våglängder.

Av den anledningen, på den tvärgående gatan, varifrån musikerna inte kan ses, kan de höga instrumenten som trumpeter och fioliner inte höras väl, medan trummorna och bastrummorna hörs tydligare.

Bild 2. Ljuddiffraktion i en gata. Källa: självgjord

Dessutom dämpar låga toner med lång våglängd mindre med avståndet än högfrekvensljud med kort våglängd.

Djur som använder sig av låga frekvenser

Elefanter avger mycket låg frekvens, mycket lång våglängd infrasoundvågor för att kommunicera med sina kamrater över stora avstånd. Valarna gör det också, vilket också ger dem god kommunikation på avstånd.

Tillämpningar av ljuddiffraktion

Ökat hörselområde

För att en högtalare ska ha ett stort lyssningsområde måste högtalarens bredd vara mindre än våglängden för ljudet som den avger.

Det finns en specifik hornkonstruktion som utnyttjar ljuddiffraktion: det är spridningshornet.

Man tror allmänt att ju större membranet i hornet är, desto mer yta täcker det. I spridningshornet är emellertid membranet liten och dess form är det som gör att ljudet förstärks, med fördel av fenomenet ljuddiffraktion.

Formen på hornet är som en rektangulär mun eller utloppshorn mindre än våglängderna det avger.

Rätt installation av denna typ av högtalare görs med den korta sidan av den rektangulära munnen horisontellt och långsidan vertikalt. På detta sätt uppnås en större bredd av horisontell täckning och riktning av ljudet parallellt med marken.

referenser

1. Fysik / akustik / Förökning av ljud. Återställd från: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Ljuddiffraktion. Återställd från: construmatica.com
3. Diffraktion (ljud). Återställd från: esacademic.com
4. Fysik klassrummet. Diffraktion av ljudvågor. Återställd från: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Diffraktion (ljud). Återställs från wikipedia.com