ДИФРАКЦИЯ ЗВУКА: ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ, ПРИМЕРЫ, ПРИМЕНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Дифракции звука это явление , которое происходит , когда звук кривой и рассеивает вокруг отверстия или препятствия. Это что-то общее для всех волн: когда звуковая волна достигает отверстия или препятствия, точки ее плоскости становятся источниками и испускают другие дифрагированные.

Звук - это волна давления, которая распространяется по воздуху, а также через воду и твердые тела. В отличие от света, который также является волной, звук не может распространяться в вакууме. Это потому, что свет работает совершенно иначе - это электромагнитная волна.

Рис. 1. Плоская волна, падающая на канавку и дифрагирующая. Источник: pixabay

Ключевым моментом в явлении дифракции является размер препятствия по отношению к длине волны: дифракция более интенсивна, когда препятствие имеет размеры, сопоставимые с длиной волны.

В звуке длина волны порядка метров, а в свете - порядка сотен нанометров. Звук имеет человеческий масштаб, а свет - микробный.

Эта огромная разница в шкале длин волн звука и света лежит в основе того факта, что мы можем слушать разговор за углом, не имея возможности наблюдать за теми, кто разговаривает.

И заключается в том, что звук способен изгибаться за угол, в то время как свет остается прямым. Это явление кривизны при распространении звуковой волны и есть дифракция звука.

Звук

Под звуком понимаются волны давления, которые распространяются по воздуху и входят в слышимый диапазон.

Слышимый диапазон для уха молодого человека с нарушениями слуха составляет от 20 Гц до 20 000 Гц. Этот диапазон имеет тенденцию сужаться с возрастом.

Низкие тона или частоты находятся в диапазоне от 20 Гц до 256 Гц, средние тона - от 256 Гц до 2000 Гц. Высокие тона - от 2 кГц до 20 кГц.

Скорость звука в воздухе при атмосферном давлении 1 атм и температуре 0º C составляет 331 м / с. Связь между скоростью v распространения волны с ее длиной волны λ и ее частотой f следующая:

v = λ⋅f

Из этого соотношения мы получаем, что длина волны имеет следующие диапазоны:

- Низкие тона: от 16,5 м до 1,3 м.

- Средние тона: от 130 см до 17 см.

- Высокие тона: от 17 см до 1,7 см.

Примеры дифракции звука

Открытая дверь зрительного зала

Аудитория или концертный зал - это, как правило, замкнутое пространство со стенами, которые поглощают звук, предотвращая его отражение.

Однако если дверь зала открыта, концерт можно будет услышать без проблем, даже когда оркестр остается вне поля зрения.

Если вы находитесь прямо перед дверью, вы можете услышать весь спектр звуков. Однако, если он находится в стороне, низкие звуки будут слышны, а высокие - нет.

Басовые звуки имеют длинные волны и поэтому могут окружать дверь и быть слышными за ней. Все из-за явления дифракции.

За динамиком

Громкоговоритель или динамик излучают волны широкого диапазона длин. Корпус динамика сам по себе является препятствием, которое отбрасывает за собой звуковую тень.

Эта звуковая тень отчетлива для высоких частот, которые не слышны за динамиком, в то время как басы и часть середины слышны, потому что они переворачивают устройство.

Описанный выше эксперимент лучше всего работает на открытом пространстве, потому что необходимо учитывать, что звук может отражаться от стен и других предметов, позволяя слышать все тона даже за динамиком.

Группа музыкантов на улице

Группа музыкантов, играющих на улице, слышна с перекрестка, откуда артистов не видно.

Причина, как мы говорили ранее, в том, что направление звука может изгибаться и пересекать угол, в то время как свет распространяется по прямой линии.

Однако этот эффект не одинаков для всех длин волн. Длинноволновые дифрагируют или удваиваются больше, чем коротковолновые.

По этой причине на поперечной улице, откуда музыкантов не видно, острые инструменты, такие как трубы и скрипки, плохо слышны, тогда как барабаны и бас-барабаны слышны более отчетливо.

Рис. 2. Дифракция звука на улице. Источник: самодельный

Кроме того, длинноволновые низкие тона меньше затухают с расстоянием, чем коротковолновые высокочастотные звуки.

Животные, использующие низкие частоты

Слоны излучают инфразвуковые волны очень низкой частоты и очень длинной волны, чтобы общаться со своими сверстниками на больших расстояниях. Киты тоже так делают, что также позволяет им хорошо общаться на расстоянии.

Применение дифракции звука

Увеличенная зона слуха

Чтобы громкоговоритель имел большую зону прослушивания, ширина громкоговорителя должна быть меньше длины волны звука, который он излучает.

Существует особая конструкция рупора, в которой используется преимущество дифракции звука: это рупор рассеивания.

Принято считать, что чем больше диафрагма рога, тем большую площадь он покрывает. Однако в дисперсионном рупоре диафрагма мала, и ее форма - это то, что заставляет звук усиливаться, используя явление дифракции звука.

Форма рожка похожа на прямоугольную горловину или выходной рупор, размер которой меньше длины волны, которую он излучает.

При правильной установке этого типа громкоговорителей короткая сторона прямоугольной горловины должна располагаться горизонтально, а длинная - вертикально. Таким образом достигается большая ширина горизонтального покрытия и направленность звука параллельно земле.

Ссылки

1. Физика / Акустика / Распространение звука. Получено с: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Звуковая дифракция. Получено с: construmatica.com
3. Дифракция (звук). Получено с: esacademic.com
4. Кабинет физики. Дифракция звуковых волн. Получено с: Physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Дифракция (звук). Восстановлено с wikipedia.com