DIFRACȚIA SUNETULUI: DIN CE CONSTĂ, EXEMPLE, APLICAȚII - FIZIC - 2025

Sunetul de difracție este fenomenul care apare atunci când curba de sunet și scatters în jurul unei deschideri sau obstacol. Este ceva comun tuturor undelor: atunci când unda sonoră atinge o deschidere sau un obstacol, punctele planului său devin surse și emit alte difracte.

Sunetul este tocmai o undă de presiune care circulă prin aer și, de asemenea, prin apă și solide. Spre deosebire de lumină, care este și o undă, sunetul nu se poate propaga printr-un vid. Acest lucru se datorează faptului că lumina funcționează complet diferit - este o undă electromagnetică.

Figura 1. Incident de undă plană pe canelură și difracție. Sursa: pixabay

Cheia fenomenului de difracție este dimensiunea obstacolului în raport cu lungimea de undă: difracția este mai intensă atunci când obstacolul are dimensiuni comparabile cu lungimea de undă.

În sunet, lungimea de undă este de ordinul contoarelor, în timp ce cea a luminii este de ordinul a sute de nanometre. În timp ce sunetul are o scară umană, lumina are o scară de microbi.

Această diferență uriașă în scala lungimii de undă între sunet și lumină se află în spatele faptului că putem asculta o conversație în jurul unui colț, fără a fi în măsură să observăm pe cei care conversează.

Și este că sunetul este capabil să se curbeze după colț, în timp ce lumina continuă drept. Acest fenomen de curbură în propagarea undei sonore este tocmai difracția sunetului.

Sunet

Sunetul este înțeles ca undele de presiune care circulă prin aer și care sunt incluse în domeniul audibil.

Intervalul sonor până la urechea unui om tânăr, cu deficiențe de auz, este cuprins între 20 Hz și 20.000 Hz. Această gamă se restrânge adesea odată cu vârsta.

Tonurile joase sau frecvențele sunt cuprinse între 20 Hz și 256 Hz. Tonurile medii între 256 Hz până la 2000 Hz. Iar tonurile înalte sunt cele cuprinse între 2 kHz până la 20 kHz.

Viteza sunetului în aer la presiunea atmosferică de 1 atm și 0º C este de 331 m / s. Relația dintre viteza v de propagare a unei unde cu lungimea sa de undă λ și frecvența sa f este următoarea:

v = λ⋅f

Din această relație avem că lungimea de undă are următoarele intervale:

- Tonuri scăzute: 16,5 m până la 1,3 m.

- Tonuri medii: 130 cm până la 17 cm.

- Tonuri înalte: 17 cm până la 1,7 cm.

Exemple de difracție sonoră

Ușa deschisă a unui auditorium

Un auditorium sau o sală de concerte este în general un spațiu închis cu pereți care absorb sunetul, împiedicând reflectarea acestuia.

Cu toate acestea, dacă ușa auditoriului este deschisă, concertul poate fi auzit fără probleme, chiar și atunci când orchestra rămâne în afara ochilor.

Dacă vă aflați chiar în fața ușii, puteți auzi toată gama de sunete. Cu toate acestea, dacă este de partea, se vor auzi sunetele de bas, în timp ce cele trecute nu vor.

Sunetele de bas au lungimi de undă lungi și, prin urmare, pot înconjura ușa și pot fi auzite în spatele acesteia. Totul se datorează fenomenului de difracție.

În spatele unei cutii de difuzoare

Un difuzor sau difuzor emite o gamă largă de lungimi de undă. Cutia de boxe este în sine un obstacol care aruncă o umbră sonoră în spatele ei.

Această umbră sonoră este clară pentru frecvențele înalte, care nu pot fi auzite în spatele difuzorului, în timp ce basul și o parte din mijloc pot fi auzite, deoarece întorc unitatea.

Experimentul de mai sus funcționează cel mai bine într-un spațiu deschis, deoarece trebuie luat în considerare faptul că sunetul poate fi reflectat în pereți și alte obiecte, permițând auzirea tuturor tonurilor chiar și în spatele casetei de difuzoare.

Trupa de muzicieni din stradă

O trupă de muzicieni care cântă pe stradă poate fi auzită de pe o stradă de pe care artiștii nu pot fi văzuți.

Motivul, așa cum am mai spus, este că direcția sunetului este capabilă să se îndoaie și să traverseze colțul, în timp ce lumina călătorește în linie dreaptă.

Cu toate acestea, acest efect nu este același pentru toate lungimile de undă. Cele cu valuri lungi sunt difractate sau dublate mai mult decât lungimile de undă scurtă.

Din acest motiv, pe strada transversală, de unde nu se văd muzicienii, nu se pot auzi bine instrumentele înalte, precum trompele și viorile, în timp ce tobe și tobe de bas se aud mai clar.

Figura 2. Difracția sunetului într-o stradă. Sursa: creată de sine

În plus, tonurile joase cu lungime de undă lungă se atenuează mai puțin cu distanța decât sunetele de înaltă frecvență de lungime de undă scurtă.

Animale care folosesc frecvențe joase

Elefantii emit unde de infrasunete cu frecvență foarte mică, foarte lungă, pentru a comunica cu colegii lor pe distanțe mari. De asemenea, balenele o fac, ceea ce le permite și o bună comunicare la distanță.

Aplicații de difracție sonoră

Creșterea zonei auditive

Pentru ca un difuzor să aibă o zonă mare de ascultare, lățimea difuzorului trebuie să fie mai mică decât lungimea de undă a sunetului pe care îl emite.

Există un design specific de claxon care profită de difracția sunetului: este cornul de dispersie.

În general, se crede că, cu cât diafragma cornului este mai mare, cu atât are mai multă suprafață. Cu toate acestea, în cornul de dispersie, diafragma este mică, iar forma sa este ceea ce face ca sunetul să se amplifice, profitând de fenomenul de difracție a sunetului.

Forma cornului este ca o gură dreptunghiulară sau un corn de ieșire mai mic decât lungimile de undă pe care le emite.

Instalarea corectă a acestui tip de boxe se face cu latura scurtă a gurii dreptunghiulare pe orizontală și partea lungă pe verticală. În acest fel, se obține o largime mai mare de acoperire orizontală și direcționalitate a sunetului paralel cu solul.

Referințe

1. Fizică / Acustică / Propagarea sunetului. Recuperat din: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Difracțiunea sunetului. Recuperat de la: construmatica.com
3. Difracție (sunet). Recuperat de la: esacademic.com
4. Sala de fizică. Difracția undelor sonore. Recuperat de la: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Difracție (sunet). Recuperat de pe wikipedia.com