的绕射声音是发生当声音曲线和周围飞散的开口或障碍的现象。这是所有波的共同点:当声波到达开口或障碍物时,其平面的点成为源并发射其他衍射的点。
声音恰好是一个压力波,它通过空气以及水和固体传播。与光一样,光也是波,声音不能通过真空传播。这是因为光的工作原理完全不同-它是电磁波。
图1.平面波入射在凹槽上并发生衍射。资料来源:
衍射现象的关键是相对于波长的障碍物尺寸:当障碍物的尺寸与波长相当时,衍射会更加强烈。
在声音中,波长约为米,而光的波长约为数百纳米。声音具有人类规模,而光具有微生物规模。
声音和光之间的波长尺度上的巨大差异背后的事实是,我们可以听见拐角处的对话而看不到正在交谈的人。
声音可以在拐角处弯曲,而光线可以一直直射。声波传播中的这种曲率现象恰好是声音的衍射。
声音
声音被理解为通过空气传播并包含在可听范围内的压力波。
年轻人的听力障碍者的耳朵可听到的范围在20 Hz至20,000 Hz之间,该范围随着年龄的增长而趋于缩小。
低音或频率介于20 Hz至256 Hz之间,中间音介于256 Hz至2000 Hz之间,而高音则介于2 kHz至20 kHz之间。
大气压力为1 atm和0ºC时,空气中的声速为331 m / s。波长为λ的波的传播速度v与频率f之间的关系如下:
v =λ⋅f
根据这种关系,我们得出波长具有以下范围:
-低调:16.5 m至1.3 m。
-中色调:130厘米至17厘米。
-高音:17厘米至1.7厘米。
声音衍射的例子
礼堂的敞开的门
礼堂或音乐厅通常是一个封闭的空间,其墙壁吸收声音,防止声音反射。
但是,如果礼堂门打开,即使管弦乐队看不见音乐会,也可以毫无问题地听到音乐会的声音。
如果您就在门前,您会听到各种声音。但是,如果在侧面,则将听到低音,而不会听到高音。
低音声音的波长很长,因此可以环绕门并在门后听到。这都是由于衍射现象。
音箱后面
扬声器或扬声器发出的波长范围很广。扬声器箱本身就是一个障碍物,在其后方投射了声音阴影。
对于高频声音,此声音阴影是清晰的,在扬声器后面无法听到,而低音和中部的一部分则可以听到,因为它们被绕了过来。
上面的实验在空旷的地方效果最好,因为必须考虑到声音可以从墙壁和其他物体上反射,即使在扬声器箱后面也可以听到所有声音。
街上的音乐家乐队
从十字路口可以听到一群在街上演奏的音乐家,从那里看不到艺术家。
正如我们前面说过的,原因是声音的方向能够弯曲并越过角落,而光线沿直线传播。
但是,对于所有波长,此效果都不相同。长波的波长比短波的波长衍射或翻倍。
因此,在无法看到音乐家的横街上,无法很好地听到诸如小号和小提琴之类的高音乐器,而听到的鼓声和低音鼓则更加清晰。
图2.街道中的声音衍射。来源:自制
此外,长波低频音的衰减程度远小于短波高频音。
利用低频的动物
大象会发出非常低的频率,很长的波长的次声波,以便与他们的同龄人进行远距离通信。鲸鱼也这样做,这也使它们可以远距离良好地交流。
声音衍射的应用
听力增加
为了使扬声器具有较大的聆听区域,扬声器的宽度必须小于其发出的声音的波长。
有一种利用声音衍射的特殊喇叭设计:它是分散喇叭。
通常认为,喇叭的振动膜越大,其覆盖的面积越大。但是,在分散喇叭中,利用声音衍射现象,振动膜很小,其形状使声音放大。
喇叭的形状像一个矩形的嘴或出口喇叭,小于发出的波长。
正确安装这种类型的扬声器时,矩形嘴的短边应水平放置,长边应垂直放置。以这种方式,实现了更大的水平覆盖范围和平行于地面的声音的指向性。
参考文献
- 物理/声学/声音的传播。从以下位置恢复:es.wikibooks.org
- 建筑。声音衍射。从以下位置恢复:construmatica.com
- 衍射(声音)。从以下位置恢复:esacademic.com
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- 维基百科。衍射(声音)。从wikipedia.com恢复