LYDDIFFRAKTION: HVAD DET BESTÅR AF, EKSEMPLER, APPLIKATIONER - FYSISK - 2025

Den diffraktion lyd er det fænomen, der opstår, når lyden kurve og scatters omkring en åbning eller forhindring. Det er noget, der er fælles for alle bølger: når lydbølgen når en åbning eller en forhindring, bliver dens punkter kilder og udsender andre diffrakterede.

Lyd er netop en trykbølge, der bevæger sig gennem luft og også gennem vand og faste stoffer. I modsætning til lys, der også er en bølge, kan lyd ikke forplantes gennem et vakuum. Dette skyldes, at lys fungerer helt anderledes - det er en elektromagnetisk bølge.

Figur 1. Planbølgefald på rillen og diffraktion. Kilde: pixabay

Nøglen i fænomenet med diffraktion er størrelsen på hindringen i forhold til bølgelængden: diffraktionen er mere intens, når hindringen har dimensioner, der kan sammenlignes med bølgelængden.

I lyd er bølgelængden i størrelsesordenen meter, mens lysets er i størrelsesordenen hundreder af nanometer. Mens lyd har en menneskelig skala, har lys en mikrobeskala.

Denne enorme forskel i bølgelængdeskalaen mellem lyd og lys er bag det faktum, at vi kan lytte til en samtale rundt om et hjørne uden at være i stand til at observere dem, der snakker.

Og det er, at lyden er i stand til at krumme rundt om hjørnet, mens lyset fortsætter lige. Dette fænomen med krumning i udbredelsen af ​​lydbølgen er netop lyddiffraktionen.

Lyd

Lyd forstås som de trykbølger, der bevæger sig gennem luften, og som er inkluderet i det hørbare område.

Det hørbare interval for øret til et ungt, hørselshæmmet menneske er mellem 20 Hz og 20.000 Hz. Dette interval har en tendens til at blive mindre med alderen.

Lave toner eller frekvenser er mellem 20 Hz og 256 Hz. Mellemtoner mellem 256 Hz til 2000 Hz. Og høje toner er dem mellem 2 kHz og 20 kHz.

Lydens hastighed i luft ved atmosfæretryk på 1 atm og 0 ° C er 331 m / s. Forholdet mellem hastigheden v for udbredelse af en bølge med dens bølgelængde λ og dens frekvens f er følgende:

v = λ⋅f

Fra dette forhold har vi, at bølgelængden har følgende intervaller:

- Lave toner: 16,5 m til 1,3 m.

- Medium toner: 130 cm til 17 cm.

- Høje toner: 17 cm til 1,7 cm.

Eksempler på lyddiffraktion

Den åbne dør til et auditorium

Et auditorium eller en koncertsal er generelt et lukket rum med vægge, der optager lyd, og forhindrer dets refleksion.

Men hvis auditoriumsdøren er åben, kan koncerten høres uden problemer, selv når orkesteret forbliver ude af syne.

Hvis du er lige foran døren, kan du høre hele lyden. Hvis du er til siden, vil du høre baslydene, mens diskanten ikke gør det.

Basslyde har lange bølgelængder og kan derfor omringe døren og høres bag den. Det hele skyldes fænomenet diffraktion.

Bag en højttalerboks

En højttaler eller højttaler udsender en lang række bølgelængder. Højttalerboksen er i sig selv en hindring, der kaster en lydskygge bag sig.

Denne lydskygge er klar for høje frekvenser, som ikke kan høres bag højttaleren, mens basen og en del af midten kan høres, fordi de vender enheden.

Ovenstående eksperiment fungerer bedst i et åbent rum, fordi det skal tages i betragtning, at lyd kan reflekteres fra vægge og andre genstande, så alle toner kan høres, selv bag højttalerboksen.

Musikbandet på gaden

Et musikbånd, der spiller på gaden, kan høres fra en tværgade, hvor kunstnerne ikke kan ses.

Årsagen er, som vi sagde før, at lydretningen er i stand til at bøje og krydse hjørnet, mens lys bevæger sig i en lige linje.

Imidlertid er denne effekt ikke den samme for alle bølgelængder. Langbølgestoffer diffraheres eller fordobles mere end korte bølgelængder.

Af den grund, i den tværgående gade, hvorfra musikerne ikke kan ses, kan de høje toneinstrumenter som trompeter og violiner ikke høres godt, mens trommerne og bastrommene høres mere tydeligt.

Figur 2. Lyddiffraktion i en gade. Kilde: self made

Derudover dæmpes lange bølgelængde lave toner mindre med afstanden end høje frekvenslyde med kort bølgelængde.

Dyr, der bruger lave frekvenser

Elefanter udsender meget lav frekvens, meget lang bølgelængde infrasoundbølger for at kommunikere med deres kammerater over store afstande. Hvalerne gør det også, hvilket også giver dem mulighed for god kommunikation på afstand.

Anvendelser af lyddiffraktion

Forøget høreområde

For at en højttaler skal have et stort lytteområde, skal bredden af ​​højttaleren være mindre end bølgelængden af ​​den lyd, den udsender.

Der er et specifikt horndesign, der drager fordel af lyddiffraktion: det er spredningshornet.

Det menes generelt, at jo større hornets membran er, jo mere areal dækker det. I spredningshornet er membranen imidlertid lille, og dens form er det, der får lyden til at forstærke, idet den drager fordel af fænomenet lyddiffraktion.

Formen på hornet er som en rektangulær mund eller udløbshorn mindre end bølgelængderne det udsender.

Den rigtige installation af denne type højttaler udføres med den korte side af den rektangulære munding vandret og langsiden lodret. På denne måde opnås en større bredde af horisontal dækning og retningsbestemmelse af lyden parallelt med jorden.

Referencer

1. Fysik / akustik / forplantning af lyd. Gendannet fra: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Lyddiffraktion. Gendannes fra: construmatica.com
3. Diffraktion (lyd). Gendannet fra: esacademic.com
4. Fysik klasseværelset. Diffraktion af lydbølger. Gendannes fra: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Diffraktion (lyd). Gendannes fra wikipedia.com