DIFRAKCE ZVUKU: Z ČEHO SE SKLÁDÁ, PŘÍKLADY, APLIKACE - FYZICKÝ - 2025

Zvuk difrakce je jev, který se vyskytuje, když je křivka zvuku a rozptyluje okolo otvoru nebo překážce. Je to něco společného pro všechny vlny: když zvuková vlna dosáhne otvoru nebo překážky, body její roviny se stanou zdroji a vyzařují jiné rozptýlené.

Zvuk je přesně tlaková vlna, která prochází vzduchem a také vodou a pevnými látkami. Na rozdíl od světla, které je také vlnou, se zvuk nemůže šířit vakuem. Důvodem je, že světlo funguje úplně jinak - je to elektromagnetická vlna.

Obrázek 1. Incidence rovinné vlny na drážce a difrakce. Zdroj: pixabay

Klíčem ve fenoménu difrakce je velikost překážky ve vztahu k vlnové délce: difrakce je intenzivnější, když překážka má rozměry srovnatelné s vlnovou délkou.

Ve zvuku je vlnová délka řádově metrů, zatímco světlo je řádově stovek nanometrů. Zatímco zvuk má lidské měřítko, světlo má mikrobiální měřítko.

Tento obrovský rozdíl ve stupnici vlnových délek mezi zvukem a světlem je za tím, že můžeme poslouchat konverzaci za rohem, aniž bychom byli schopni pozorovat ty, kteří konverzují.

A to je to, že zvuk je schopen se ohýbat za rohem, zatímco světlo pokračuje rovně. Tento jev zakřivení v šíření zvukové vlny je přesně difrakcí zvuku.

Zvuk

Zvuk je chápán jako tlakové vlny, které prochází vzduchem a které jsou zahrnuty ve slyšitelném rozsahu.

Slyšitelný rozsah u ucha mladého člověka se sluchovým postižením je mezi 20 Hz a 20 000 Hz. Tento rozsah se s věkem zužuje.

Nízké tóny nebo frekvence jsou mezi 20 Hz a 256 Hz, střední tóny mezi 256 Hz až 2000 Hz a vysoké tóny jsou mezi 2 kHz až 20 kHz.

Rychlost zvuku ve vzduchu při atmosférickém tlaku 1 atm a 0 ° C je 331 m / s. Vztah mezi rychlostí v šíření vlny s její vlnovou délkou λ a její frekvencí f je následující:

v = λ⋅f

Z tohoto vztahu vyplývá, že vlnová délka má následující rozsahy:

- Nízké tóny: 16,5 až 1,3 m.

- Střední tóny: 130 cm až 17 cm.

- Vysoké tóny: 17 cm až 1,7 cm.

Příklady zvukové difrakce

Otevřené dveře hlediště

Hlediště nebo koncertní sál je obecně uzavřený prostor se stěnami, které pohlcují zvuk a brání jeho odrazu.

Jsou-li však dveře hlediště otevřené, lze koncert bez problémů slyšet, i když orchestr zůstává mimo dohled.

Pokud jste přímo přede dveřmi, uslyšíte celou škálu zvuků. Pokud je však na boku, budou slyšet basové zvuky, zatímco výškové zvuky nebudou.

Basové zvuky mají dlouhé vlnové délky, a proto mohou dveře obklopovat a slyšet za nimi. Je to všechno kvůli jevu difrakce.

Za reproduktorovou skříní

Reproduktor nebo reproduktor vydává širokou škálu vlnových délek. Samotná skříň reproduktoru je překážkou, která za ní vrhá zvukový stín.

Tento zvukový stín je jasný pro vysoké frekvence, které nelze slyšet za reproduktorem, zatímco basy a část středu je slyšet, protože jsou otočeny.

Výše uvedený experiment funguje nejlépe v otevřeném prostoru, protože je třeba vzít v úvahu, že zvuk se může odrážet od stěn a jiných objektů, což umožňuje slyšet všechny tóny i za reproduktorovou skříní.

Kapela hudebníků na ulici

Kapela hudebníků hrajících na ulici je slyšet z křižovatky, ze které umělci nevidí.

Důvodem, jak jsme již řekli, je to, že směr zvuku je schopen se ohýbat a procházet rohem, zatímco světlo se pohybuje v přímé linii.

Tento efekt však není stejný pro všechny vlnové délky. Dlouhé vlny jsou ohybové nebo zdvojené více než krátké vlnové délky.

Z tohoto důvodu nelze na příčné ulici, odkud hudebníci nevidí, slyšet nástroje s vysokým tónem, jako jsou trumpety a housle, dobře, zatímco bubny a basové bubny jsou slyšeny jasněji.

Obrázek 2. Difrakce zvuku v ulici. Zdroj: vlastní výroba

Nízké tóny s dlouhou vlnovou délkou navíc útlumem s odstupem méně než vysokofrekvenční zvuky s krátkou vlnovou délkou.

Zvířata, která využívají nízké frekvence

Sloni vysílají infračervené vlny o velmi nízké frekvenci a velmi dlouhé vlnové délce, aby mohli komunikovat se svými vrstevníky na velké vzdálenosti. Velryby to také dělají, což jim také umožňuje dobrou komunikaci na dálku.

Aplikace zvukové difrakce

Zvětšená oblast sluchu

Aby měl reproduktor velký prostor pro poslech, musí být šířka reproduktoru menší než vlnová délka zvuku, který vydává.

Existuje specifická konstrukce houkačky, která využívá zvukové difrakce: je to rozptylovací houkačka.

Obecně se věří, že čím větší je bránice rohů, tím více plochy pokrývá. Avšak v rozptylovacím rohu je membrána malá a její tvar je tím, co zesiluje zvuk a využívá fenomén zvukové difrakce.

Tvar houkačky je jako pravoúhlá ústa nebo výstupní houkačka menší než vlnové délky, které vyzařuje.

Správná instalace tohoto typu reproduktoru se provádí s krátkou stranou pravoúhlého ústí vodorovně a dlouhou stranou svisle. Tímto způsobem je dosaženo větší šířky horizontálního pokrytí a směrovosti zvuku rovnoběžného se zemí.

Reference

1. Fyzika / Akustika / Šíření zvuku. Obnoveno z: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Difrakce zvuku. Obnoveno z: construmatica.com
3. Difrakce (zvuk). Obnoveno z: esacademic.com
4. Učebna fyziky. Difrakce zvukových vln. Obnoveno z: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Difrakce (zvuk). Obnoveno z wikipedia.com