ÄÄNIDIFFRAKTIO: MISTÄ SE KOOSTUU, ESIMERKIT, SOVELLUKSET - FYYSINEN - 2025

Diffraktio ääni on ilmiö, joka tapahtuu silloin, kun ääni käyrä ja siroaa olevan aukon ympärille tai este. Se on jotain yhteistä kaikille aaltoille: kun ääniaalto saavuttaa aukon tai esteen, sen tason pisteistä tulee lähteitä ja säteilee muita diffragoituja.

Ääni on tarkalleen paineaalto, joka kulkee ilman ja myös veden ja kiinteiden aineiden läpi. Toisin kuin valo, joka on myös aalto, ääni ei voi levitä tyhjiön kautta. Tämä johtuu siitä, että valo toimii täysin eri tavalla - se on sähkömagneettinen aalto.

Kuva 1. Tason aallon tapahtuva urassa ja diffraktio. Lähde: pixabay

Difraktion ilmiön avain on esteen koko suhteessa aallonpituuteen: diffraktio on voimakkaampaa, kun esteen mitat ovat verrattavissa aallonpituuteen.

Äänessä aallonpituus on luokkaa metrejä, kun taas valo on satojen nanometrien luokkaa. Vaikka äänellä on ihmisen mittakaava, valolla on mikrobivaaka.

Tämä valtava aallonpituusasteikon ero äänen ja valon välillä takana on se, että voimme kuunnella keskustelua nurkan takana pystymättä tarkkailemaan niitä, jotka keskustelevat.

Ja se on, että ääni pystyy kaaremaan nurkan takana, kun valo jatkuu suoraan. Tämä kaarevuusilmiö ääniaallon etenemisessä on juuri äänen diffraktio.

Ääni

Äänellä tarkoitetaan ilman läpi kulkevia paineaaltoja, jotka sisältyvät kuuluvuusalueeseen.

Nuoren, kuulovammaisen ihmisen korvan kuuluvuusalue on välillä 20 Hz - 20 000 Hz. Tämä alue pyrkii kapenemaan iän myötä.

Matalat äänet tai taajuudet ovat välillä 20 Hz - 256 Hz, keskimmäiset äänet välillä 256 Hz - 2000 Hz, ja korkeat äänet ovat välillä 2 kHz - 20 kHz.

Äänen nopeus ilmassa ilmanpaineessa 1 atm ja 0º C on 331 m / s. Aallon etenemisnopeuden v suhde sen aallonpituuteen λ ja taajuuteen f on seuraava:

v = λ⋅f

Tästä suhteesta käy ilmi, että aallonpituudella on seuraavat alueet:

- Matalat äänet: 16,5 m - 1,3 m.

- Keskikokoiset äänet: 130–17 cm.

- Korkeat äänet: 17–1,7 cm.

Esimerkkejä äänidiffraktiosta

Auditorion avoin ovi

Auditorio tai konserttisali on yleensä suljettu tila, jonka seinät absorboivat ääntä ja estävät sen heijastumisen.

Jos auditorion ovi on auki, konsertti voidaan kuitenkin kuulla ilman ongelmia, jopa kun orkesteri on poissa näkyvistä.

Jos olet aivan oven edessä, kuulet kaikki äänet. Jos se on kuitenkin sivussa, bassoäänet kuuluu, kun taas diskantit eivät.

Bassoäänillä on pitkät aallonpituudet, ja siksi ne voivat ympäröitä ovea ja kuulua oven takana. Kaikki johtuu diffraktion ilmiöstä.

Kaiutinlaatikon takana

Kaiutin tai kaiutin emittoi laajan aallonpituusalueen. Kaiutinlaatikko on itsessään este, joka heittää äänivarjon taakse.

Tämä ääni varjo on selkeä korkeille taajuuksille, joita ei voi kuulla kaiuttimen takana, kun taas basso ja osa keskuksesta ovat kuultavia, koska ne kääntävät yksikön.

Yllä oleva kokeilu toimii parhaiten avoimessa tilassa, koska on otettava huomioon, että ääni voi heijastua seinistä ja muista esineistä, jolloin kaikki äänet voidaan kuulla jopa kaiutinlaatikon takana.

Muusikkoyhtye kadulla

Kadulla soivaa muusikkoyhtymää voidaan kuulla poikkikadulta, josta taiteilijoita ei voida nähdä.

Syynä, kuten aiemmin totesimme, on, että äänen suunta pystyy taivuttamaan ja ylittämään kulman, kun taas valo kulkee suorassa linjassa.

Tämä vaikutus ei kuitenkaan ole sama kaikilla aallonpituuksilla. Pitkäaallot ovat diffraktioituja tai kaksinkertaistuvia enemmän kuin lyhytaaltopituudet.

Tästä syystä poikittaisella kadulla, josta muusikoita ei voida nähdä, korkeita soittimia, kuten trumpetteja ja viuluja, ei voida kuulla hyvin, kun taas rummut ja bassorumput kuullaan selkeämmin.

Kuva 2. Äänten diffraktio kadulla. Lähde: itse tehty

Lisäksi pitkät aallonpituudet matalat äänet vaimentavat vähemmän etäisyydellä kuin lyhyen aallonpituuden korkeataajuiset äänet.

Eläimet, jotka käyttävät matalia taajuuksia

Elefantit lähettävät erittäin matalataajuisia, erittäin pitkän aallonpituuden infrapuna-aaltoja kommunikoidakseen ikäisensä kanssa suurilla etäisyyksillä. Myös valaat tekevät sen, mikä antaa heille myös hyvät yhteydet etäisyyteen.

Äänidiffraktion sovellukset

Lisääntynyt kuulopinta

Jotta kaiuttimella on suuri kuuntelualue, kaiuttimen leveyden on oltava pienempi kuin sen lähettämän äänen aallonpituus.

On erityinen torvisuunnittelu, joka hyödyntää äänidiffraktiota: se on dispersiotorvi.

Yleisesti uskotaan, että mitä suurempi on sarven kalvo, sitä enemmän aluetta se peittää. Hajontakynnyssä kalvo on kuitenkin pieni ja sen muoto on se, joka saa äänen vahvistumaan äänen diffraktiota hyödyntäen.

Sarven muoto on kuin suorakulmainen suu- tai poikkitorvi, joka on pienempi kuin sen lähettämät aallonpituudet.

Tämän tyyppiset kaiuttimet asennetaan oikein suorakulmaisen suun lyhyellä sivulla vaakasuorassa ja pitkällä sivulla pystysuunnassa. Tällä tavoin saavutetaan suurempi vaakapeiton leveys ja äänen suunta maan kanssa.

Viitteet

1. Fysiikka / akustiikka / äänen eteneminen. Palautettu osoitteesta: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Äänierotus. Palautettu osoitteesta: construmatica.com
3. Diffraktio (ääni). Palautettu osoitteesta: esacademic.com
4. Fysiikan luokkahuone. Ääniaaltojen diffraktio. Palautettu osoitteesta: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Diffraktio (ääni). Palautettu osoitteesta wikipedia.com