GELUIDSDIFFRACTIE: WAARUIT HET BESTAAT, VOORBEELDEN, TOEPASSINGEN - FYSIEK - 2025

Het diffractiegeluid is het fenomeen dat optreedt wanneer het geluid kromt en verstrooit rond een opening of obstakel. Het is iets dat alle golven gemeen hebben: wanneer de geluidsgolf een opening of een obstakel bereikt, worden de punten van het vlak bronnen en zenden ze andere afgebogen uit.

Geluid is precies een drukgolf die door lucht reist, maar ook door water en vaste stoffen. In tegenstelling tot licht, dat ook een golf is, kan geluid zich niet voortplanten door een vacuüm. Dit komt omdat licht heel anders werkt - het is een elektromagnetische golf.

Figuur 1. Vlakgolf die op de groef valt en buigt. Bron: pixabay

De sleutel bij het fenomeen diffractie is de grootte van het obstakel in relatie tot de golflengte: de diffractie is intenser wanneer het obstakel afmetingen heeft die vergelijkbaar zijn met de golflengte.

Bij geluid is de golflengte in de orde van meters, terwijl die van licht in de orde van honderden nanometers ligt. Terwijl geluid een menselijke schaal heeft, heeft licht een microbe-schaal.

Dit enorme verschil in golflengteschaal tussen geluid en licht is de oorzaak van het feit dat we om een ​​hoek naar een gesprek kunnen luisteren zonder de gesprekspartners te kunnen observeren.

En het is dat het geluid in staat is om de hoek om te buigen, terwijl het licht recht doorgaat. Dit fenomeen van kromming in de voortplanting van de geluidsgolf is precies de diffractie van geluid.

Geluid

Onder geluid worden de drukgolven verstaan ​​die door de lucht reizen en die in het hoorbare bereik vallen.

Het hoorbare bereik tot het oor van een jonge, slechthorende mens ligt tussen 20 Hz en 20.000 Hz Dit bereik wordt met de leeftijd kleiner.

Lage tonen of frequenties liggen tussen 20 Hz en 256 Hz Middentonen tussen 256 Hz en 2000 Hz en hoge tonen zijn die tussen 2 kHz en 20 kHz.

De geluidssnelheid in lucht bij atmosferische druk van 1 atm en 0º C is 331 m / s. De relatie tussen de voortplantingssnelheid v van een golf met zijn golflengte λ en zijn frequentie f is als volgt:

v = λ⋅f

Uit deze relatie hebben we dat de golflengte de volgende bereiken heeft:

- Lage tonen: 16,5 m tot 1,3 m.

- Medium tinten: 130 cm tot 17 cm.

- Hoge tonen: 17 cm tot 1,7 cm.

Voorbeelden van geluidsdiffractie

De open deur van een auditorium

Een auditorium of concertzaal is over het algemeen een gesloten ruimte met wanden die geluid absorberen en de reflectie ervan voorkomen.

Als de zaaldeur echter open staat, is het concert zonder problemen te horen, ook als het orkest uit het zicht blijft.

Als je vlak voor de deur staat, hoor je het volledige scala aan geluiden. Als het echter opzij is, zijn de basgeluiden te horen, terwijl de hoge tonen dat niet zijn.

Basgeluiden hebben een lange golflengte en kunnen daarom de deur omringen en erachter worden gehoord. Het komt allemaal door het fenomeen diffractie.

Achter een luidsprekerbox

Een luidspreker of luidspreker zendt een breed scala aan golflengten uit. De speakerbox is zelf een obstakel dat er een geluidsschaduw achter werpt.

Deze geluidsschaduw is helder voor hoge frequenties, die niet hoorbaar zijn achter de speaker, terwijl de bas en een deel van het midden hoorbaar zijn doordat ze het toestel omdraaien.

Het bovenstaande experiment werkt het beste in een open ruimte, omdat er rekening mee moet worden gehouden dat geluid kan worden gereflecteerd door muren en andere objecten, waardoor alle tonen zelfs achter de luidsprekerbox te horen zijn.

De band van muzikanten op straat

Een bende muzikanten die op straat spelen, is te horen vanaf een zijstraat van waaruit de artiesten niet te zien zijn.

De reden, zoals we eerder zeiden, is dat de richting van het geluid kan buigen en de hoek kan passeren, terwijl het licht in een rechte lijn reist.

Dit effect is echter niet voor alle golflengten hetzelfde. Lange golflengtes worden meer afgebogen of verdubbeld dan korte golflengten.

Om die reden zijn in de transversale straat, vanwaar de muzikanten niet te zien zijn, de hoge instrumenten zoals trompetten en violen niet goed te horen, terwijl de drums en basdrums duidelijker te horen zijn.

Figuur 2. Geluidsdiffractie in een straat. Bron: zelf gemaakt

Bovendien worden lage tonen met een lange golflengte minder verzwakt met de afstand dan hoogfrequente geluiden met een korte golflengte.

Dieren die gebruik maken van lage frequenties

Olifanten zenden infrageluidsgolven met zeer lage frequentie en zeer lange golflengte uit om over grote afstanden met hun leeftijdsgenoten te communiceren. De walvissen doen het ook, waardoor ze ook op afstand goed kunnen communiceren.

Toepassingen van geluidsdiffractie

Verhoogd gehoorgebied

Om een ​​luidspreker een groot luistergebied te geven, moet de breedte van de luidspreker kleiner zijn dan de golflengte van het geluid dat hij uitzendt.

Er is een specifiek hoornontwerp dat profiteert van geluidsdiffractie: het is de dispersiehoorn.

Over het algemeen wordt aangenomen dat hoe groter het diafragma van de hoorn is, hoe meer oppervlak het beslaat. In de dispersiehoorn is het diafragma echter klein en door zijn vorm wordt het geluid versterkt, waarbij wordt geprofiteerd van het fenomeen van geluidsdiffractie.

De vorm van de hoorn is als een rechthoekige mond- of uitlaathoorn kleiner dan de golflengten die het uitzendt.

De juiste installatie van dit type luidspreker gebeurt met de korte zijde van de rechthoekige mond horizontaal en de lange zijde verticaal. Op deze manier wordt een grotere horizontale dekking en gerichtheid van het geluid parallel aan de grond bereikt.

Referenties

1. Fysica / Akoestiek / Voortplanting van geluid. Hersteld van: es.wikibooks.org
2. Construpedia. Geluidsdiffractie. Hersteld van: construmatica.com
3. Diffractie (geluid). Hersteld van: esacademic.com
4. De natuurkunde klas. Diffractie van geluidsgolven. Hersteld van: physicsclassroom.com
5. Wikipedia. Diffractie (geluid). Opgehaald van wikipedia.com