Интерференция и дифракция звуковых волн
Взаимодействие звуковых волн. Интерференция волн — сложение в пространстве двух или нескольких волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Когда мы слышим звуки разных, но достаточно близких частот сразу от двух источников, к нам приходят то гребни обеих звуковых волн, то гребень одной волны и впадина другой. В результате наложения двух волн звук то усиливается, то ослабевает, что воспринимается на слух как биения. Этот эффект называется интерференцией во времени.
Поиск данных по Вашему запросу:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
Демонстрационный эксперимент по изучению звуковых полей методом компьютерного сканирования
Взаимодействие звуковых волн. Интерференция волн — сложение в пространстве двух или нескольких волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Когда мы слышим звуки разных, но достаточно близких частот сразу от двух источников, к нам приходят то гребни обеих звуковых волн, то гребень одной волны и впадина другой. В результате наложения двух волн звук то усиливается, то ослабевает, что воспринимается на слух как биения.
Этот эффект называется интерференцией во времени. Он используется при настройке двух музыкальных тонов в унисон например, при настройке гитары : настройку производят до тех пор, пока биения перестают ощущаться. Звуковая волна при падении на границу раздела с другой средой может отразиться от нее, пройти в другую среду, изменить направление движения, т.
Степень поглощения и отражения зависит от свойств сред на границе раздела. Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой. Этот эффект называют поглощением звуковых волн. Важно отметить, что степень поглощения звуковой энергии зависит как от свойств среды температура, давление, плотность , так и от частоты звуковых колебаний: чем выше частота, тем большее рассеяние претерпевает на своем пути звуковая волна.
Стоячая волна — колебания в распределенных колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов пучностей и минимумов узлов амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую.
При этом, крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения. Чисто стоячая волна, строго говоря, может существовать только при отсутствии потерь в среде и полном отражении волн от границы. Обычно, кроме стоячих волн, в среде присутствуют и бегущие волны, подводящие энергию к местам её поглощения или излучения.
Примерами стоячей волны могут служить колебания струны, колебания воздуха в органной трубе. Собственная резонансная частота - это такая частота колебаний, с которой данное физическое тело начнет колебаться, будучи выведенным из состояния покоя какой-либо внешней возбуждающей силой, например толчком, как качели, маятник часов и др. Собственную резонансную частоту называют иногда частотой свободных колебаний.
Резонанс фр. Струны таких инструментов, как лютня, гитара, скрипка или фортепиано, имеют собственную резонансную частоту, напрямую зависящую от длины и силы натяжения струны. Длина волны первого резонанса струны равна её удвоенной длине. При этом, его частота зависит от скорости v, с которой волна распространяется по струне. Первый закон.
Резонатор является усилителем колебаний воздействующей на него возбуждающей силы. В этом легко убедиться, приставив звучащий камертон к корпусу резонатора: еле слышный звук камертона возрастает до такой силы, что становится слышным в большой аудитории. Второй закон. Резонатор избирательно реагирует на частоту воздействующей на него возбуждающей силы: усиливает только те колебания, которые соответствуют его собственной резонансной частоте. Максимальный подъем пик резонансных кривых происходит только в точке совпадения частоты воздействующей силы и собственной резонансной частоты резонирующего тела.
Третий закон. Резонатор усиливает колебания, соответствующие его собственной частоте, не требуя практически никакой дополнительной энергии. Формантами называют области устойчивых резонансов, характерных для той или иной акустической системы и существенно влияющих на тембр. Например, каждому звуку речи простейший звук речи называется фонемой соответствует своя форма вокального тракта, которая варьируется за счет изменения положения языка, губ, зубов и т.
Вместе с тем есть области частот, которые певческими резонаторами усиливаются наиболее значительно и постоянно.
Это так называемые высокая и низкая певческие форманты. Реверберация - сложный акустический процесс, возникающий при многократном отражении звуковой волны от различных объектов. Двигаясь в замкнутом пространстве комната, зал , звуковая волна претерпевает многократные отражения от поверхности стен, различных объектов и т.
Отраженные звуковые колебания, складываясь, могут сильно влиять на конечное восприятие звука — изменять его окраску, насыщенность, глубину, создавая характерное послезвучание, обусловленное приходом в точку измерения запоздавших отраженных или рассеянных звуковых волн. Способность огибать препятствия — еще одно ключевое свойство звуковых волн, называемое дифракцией. Степень огибания зависит от соотношения между длиной звуковой волны ее частотой и размером стоящего на ее пути препятствия или отверстия.
Если препятствие оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Если же размер препятствия сопоставим с длиной волны или меньше ее, то звуковая волна дифрагирует. Взаимодействие звуковых волн Интерференция волн — сложение в пространстве двух или нескольких волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.
Три закона резонанса: Первый закон.
§ 46. Интерференция звуковых волн
Солнечный свет, проходящий через малое отверстие, дает резко очерченный узкий прямолинейный луч. Если через то же отверстие пройдет звук, то он будет расходиться во все стороны сферическими волнами, центром которых явится отверстие. Это расхождение звука называется дифракцией и принадлежит к числу важнейших явлений при распространении звука в помещениях. При падении на грубо оштукатуренную стену свет будет рассеиваться и дифрагировать, в то время как звук, вопреки распространенному мнению, отразится совершенно правильным образом так же, как если бы стена была гладким зеркалом.
Интерференция и дифракция звуковых волн
Подобно дифракции, интерференция характерна для любых волновых явлений независимо от природы волн. Мы рассмотрели основные относящиеся сюда явления на примере волн, распространяющихся на поверхности воды. С явлением интерференции мы встречаемся и в акустике. Если частота камертонов около , а расстояние между ними около , то ширина чередующихся областей усиления и ослабления звука, расположение которых в горизонтальной плоскости такое же, как и на рис. К опыту с интерференцией звуковых волн. Если возбудить камертоны например, смычком и медленно поворачивать планку, то области усиления и ослабления звука будут перемещаться мимо наблюдателя и он услышит, как поочередно сменяются звук большой громкости и почти полное его замирание. Опыт удается лучше, если слушать только одним ухом, прикрыв другое рукой. Кроме того, помещение должно быть достаточно обширным и свободным от препятствий, так как отраженные от них волны могут сильно исказить интерференционную картину. В частности, планка с камертонами должна быть расположена подальше от пола и стен. Если имеется ламповый генератор звуковых частот, то вместо камертонов можно воспользоваться двумя одинаковыми телефонными трубками, соединив их последовательно и подключив к генератору.
ЗВУК И АКУСТИКА
Интерференция — это сложение колебаний. В результате интерференции в каких-то точках пространства происходит рост амплитуды колебаний, а в других — их уменьшение. Неизменная картина интерференции наблюдается только тогда, когда разность складываемых колебаний постоянна они когерентны. Очевидно, что когерентными могут быть колебания одинаковой частоты. Поэтому чаще всего изучают интерференцию монохроматических колебаний.
Интерференция волн.
Подобно дифракции, интерференция характерна для любых волновых явлений независимо от природы волн. Мы рассмотрели основные относящиеся сюда явления на примере волн, распространяющихся на поверхности воды. С явлением интерференции мы встречаемся и в акустике. Если частота камертонов около , а расстояние между ними около , то ширина чередующихся областей усиления и ослабления звука, расположение которых в горизонтальной плоскости такое же, как и на рис. К опыту с интерференцией звуковых волн Если возбудить камертоны например, смычком и медленно поворачивать планку, то области усиления и ослабления звука будут перемещаться мимо наблюдателя и он услышит, как поочередно сменяются звук большой громкости и почти полное его замирание. Опыт удается лучше, если слушать только одним ухом, прикрыв другое рукой.
Явления интерференции и дифракции
Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении волн в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция — характерная особенность распространения волн независимо от их природы. Именно дифракция звуковых волн объясняет возможность слышать голос человека, находящегося за углом дома. Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны и размером объекта, вызывающего дифракцию. Явление дифракции нагляднее всего демонстрируется с помощью волн на поверхности воды. Если размер отверстия или препятствия заметно меньше длины волны, то волна с ним не взаимодействует. Этим обусловлено то, что в шторм волны не проникают в бухту с узким входом.
Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы. Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как случай интерференции ограниченных в пространстве волн интерференция вторичных волн.
Звук — это колебания, то есть периодическое механическое возмущение в упругих средах — газообразных, жидких и твердых. Такое возмущение, представляющее собой некоторое физическое изменение в среде например, изменение плотности или давления, смещение частиц , распространяется в ней в виде звуковой волны. Область физики, рассматривающая вопросы возникновения, распространения приема и обработки звуковых волн, называется акустикой. Звук может быть неслышимым, если его частота лежит за пределами чувствительности человеческого уха, или он распространяется в такой среде, как твердое тело, которая не может иметь прямого контакта с ухом, или же его энергия быстро рассеивается в среде.
Нередки случаи, когда система одновременно участвует в двух или нескольких независимых друг от друга колебаниях. В этих случаях образуется сложное колебательное движение, которое создается путем наложения сложения колебаний друг на друга. Наблюдения за распространением волн на поверхности воды от двух или большего числа источников показывают, что волны проходят одна через другую, совершенно не влияя друг на друга. Точно так же не влияют друг на друга и звуковые волны: распространение звука от любого источника не испытывает никакого влияния со стороны других звуковых волн, как угодно распространяющихся в это время через те же области среды. Это объясняется тем, что в пределах упругой деформации сжатие или растяжение тел вдоль одного направления не влияет на их упругие свойства при деформации по любым другим направлениям. Поэтому в каждой точке, которой достигают волны от разных источников, результат действия нескольких волн в любой момент времени равен сумме результатов действия каждой волны в отдельности. Эта закономерность называется принципом суперпозиции.
Наблюдения за распространением волн на поверхности воды от двух или большего числа источников показывают, что волны проходят одна через другую, совершенно не влияя друг на друга. Точно так же не влияют друг на друга и звуковые волны. Когда играет оркестр, то звуки от каждого инструмента приходят к нам точно такими же, как если бы играл отдельно каждый инструмент. Этот экспериментально установленный факт объясняется тем, что в пределах упругой деформации сжатие или растяжение тел вдоль одного направления не влияет на их упругие свойства при деформации по любым другим направлениям.
Пока нет комментариев.