GARSO DIFRAKCIJA: KĄ JI SUDARO, PAVYZDŽIAI, PROGRAMOS - FIZINIS - 2025

Difrakcijos garso yra reiškinys, kuri atsiranda, kai garsas kreivę ir išsklaido aplink angą ar kliūtis. Tai yra kažkas bendro visoms bangoms: kai garso banga pasiekia angą ar kliūtį, jos plokštumos taškai tampa šaltiniais ir skleidžia kitas difrakcijas.

Garsas yra būtent slėgio banga, sklindanti per orą, taip pat per vandenį ir kietąsias medžiagas. Skirtingai nuo šviesos, kuri taip pat yra banga, garsas negali sklisti vakuume. Taip yra todėl, kad šviesa veikia visiškai kitaip - tai yra elektromagnetinė banga.

1 pav. Plokštumos bangos kritimas ant griovelio ir difrakcija. Šaltinis: pixabay

Difrakcijos reiškinyje svarbiausia yra kliūties dydis, palyginti su bangos ilgiu: difrakcija yra intensyvesnė, kai kliūties matmenys yra panašūs į bangos ilgį.

Garso bangos ilgis yra maždaug metrų, o šviesos - šimtų nanometrų. Nors garsas turi žmogaus skalę, šviesa turi mikrobų skalę.

Šis didžiulis garso ir šviesos bangos ilgio skalės skirtumas yra tas, kad galime klausytis pokalbio už kampo, negalėdami stebėti tų, kurie kalbasi.

O garsas gali susisukti už kampo, o šviesa tęsiasi tiesiai. Šis kreivumo reiškinys skleidžiant garso bangą yra būtent garso difrakcija.

Garsas

Garsas suprantamas kaip oro bangos sklindančios slėgio bangos, kurios patenka į girdimąjį diapazoną.

Jauno, klausos negalią turinčio žmogaus girdimasis diapazonas iki ausies yra nuo 20 Hz iki 20 000 Hz.

Žemi tonai arba dažnis yra nuo 20 Hz iki 256 Hz, viduriniai - nuo 256 Hz iki 2000 Hz, o aukšti - nuo 2 kHz iki 20 kHz.

Garso greitis ore, kai atmosferos slėgis yra 1 atm ir 0ºC, yra 331 m / s. Ryšys tarp bangos sklidimo greičio v ir bangos ilgio λ bei dažnio f yra toks:

v = λ⋅f

Iš šio santykio matyti, kad bangos ilgis yra toks:

- Žemi tonai: nuo 16,5 m iki 1,3 m.

- Vidutiniai tonai: nuo 130 cm iki 17 cm.

- Aukšti tonai: nuo 17 cm iki 1,7 cm.

Garso difrakcijos pavyzdžiai

Atviros auditorijos durys

Auditorija ar koncertų salė paprastai yra uždara erdvė, kurios sienos sugeria garsą ir neleidžia atspindėti.

Tačiau jei auditorijos durys yra atviros, koncertą galima išgirsti be problemų, net kai orkestras lieka nepastebėtas.

Jei esate tiesiai priešais duris, galite išgirsti visą garsą. Tačiau, jei jis bus į šoną, bus girdėti bosiniai garsai, o aukštai - ne.

Boso garsai turi ilgą bangos ilgį, todėl gali apsupti duris ir būti girdimi už jų. Viskas dėl difrakcijos reiškinio.

Už kolonėlės dėžutės

Garsiakalbis ar garsiakalbis skleidžia platų bangų diapazoną. Garsiakalbių dėžė pati yra kliūtis, už kurios sklinda garso šešėlis.

Šis garso šešėlis yra aiškus esant aukštam dažniui, kurio negalima girdėti už garsiakalbio, tuo tarpu bosas ir dalis vidurio gali būti girdimi, nes jie apverčia įrenginį.

Aukščiau pateiktas eksperimentas geriausiai veikia atviroje erdvėje, nes reikia atsižvelgti į tai, kad garsas gali atsispindėti nuo sienų ir kitų objektų, leidžiant girdėti visus tonus net už garsiakalbių dėžutės.

Muzikantų grupė gatvėje

Gatvėje grojančių muzikantų grupę galima išgirsti iš sankryžos, iš kurios menininkai negali būti matomi.

Priežastis, kaip jau minėjome anksčiau, yra ta, kad garso kryptis gali sulenkti ir kirsti kampą, o šviesa juda tiesia linija.

Tačiau šis poveikis nėra vienodas visais bangos ilgiais. Ilgųjų bangų difrakcija arba dvigubai didesnė nei trumpųjų bangų.

Dėl šios priežasties skersinėje gatvėje, iš kurios nematyti muzikantų, aukštai girdimi instrumentai, tokie kaip trimitai ir smuikai, negali būti gerai girdimi, o būgnai ir bosiniai būgnai - aiškiau.

2 pav. Garso difrakcija gatvėje. Šaltinis: pačių sukurtas

Be to, ilgi bangos ilgio tonai silpnėja, kai atstumas mažesnis nei trumpo bangos ilgio, aukšto dažnio garsai.

Gyvūnai, kurie naudojasi žemu dažniu

Drambliai skleidžia labai žemo dažnio, labai ilgą infraraudonųjų bangų ryšį su savo bendraamžiais dideliais atstumais. Banginiai taip pat tai daro, o tai taip pat leidžia jiems gerai bendrauti per atstumą.

Garso difrakcijos taikymai

Padidėjęs klausos plotas

Kad garsiakalbis turėtų didelę klausymo sritį, garsiakalbio plotis turi būti mažesnis už jo skleidžiamo garso bangos ilgį.

Yra specifinis rago dizainas, kuriame atsižvelgiama į garso difrakciją: tai yra sklaidos signalas.

Paprastai manoma, kad kuo didesnė rago diafragma, tuo daugiau ploto jis apima. Tačiau dispersiniame rage diafragma yra maža, o jos forma yra tas, dėl kurio garsas sustiprėja, pasinaudojant garso difrakcijos reiškiniu.

Rago forma panaši į stačiakampį burnos ar išėjimo ragą, mažesnį nei jo skleidžiamas bangos ilgis.

Teisingas šio tipo garsiakalbių montavimas atliekamas trumpąja stačiakampio burnos puse horizontaliai, o ilgąją - vertikaliai. Tokiu būdu pasiekiamas didesnis horizontalios aprėpties plotis ir garso kryptingumas lygiagrečiai su žeme.

Nuorodos

1. Fizika / Akustika / Garso sklidimas. Atkurta iš: es.wikibooks.org
2. Konstrukcija. Garso difrakcija. Atkurta iš: construmatica.com
3. Difrakcija (garsas). Atkurta iš: esacademic.com
4. Fizikos klasė. Garso bangų difrakcija. Atkurta iš: physicsclassroom.com
5. Vikipedija. Difrakcija (garsas). Atgauta iš wikipedia.com