Jak můžete zaostřit zvuk?

Nemyslím si, že by někdo zde skutečně odpověděl na vaši otázku. V tomto případě je zvuk „zaměřen“ pomocí fázovaných polí . Tvář reflektoru zvuku má několik měničů:

Flickr

Na výstupu je stejný signál od každého z nich, ale mírně zpožděno o různé částky, takže vlnová fronta dosáhne stejného bodu před zařízením současně. Toto „virtuální zaměření“ se nazývá tvarování paprsků .

ref ref

Takhle i moderní radary zaměřují své paprsky. točí satelitní parabolu, mají hle malé prvky, které se nepohybují, ale signály jsou zpožděny, aby vytvořily různé tvary paprsku.

Komentáře

• To ' je ve skutečnosti difrakce, nikoli zaostření.
• Difrakce? Uvažujete o experimentu se dvěma štěrbinami?
• @ ptomato – jednotlivé paprsky se lámou jako jakýkoli jiný paprsek … ale účinek zavedení variabilního fázového zpoždění mezi paprsky k vytvoření nového vlnoplochy je analogický na vlnoplochu procházející čočkou, získávající fázový posun podle délky každého průchodu
• každého průchodu (překlep) – > každé cesty
• Ahoj, je pravda, že " bod " na který se zaměřuje, může být libovolně malý (mnohem menší než samotná vlnová délka? ) Také by mě zajímalo: Jsou-li všechny vlny sinusové, bude výsledná superostřená vlna v ohnisku také sinusová vlna (stejný tvar), nebo to bude upravený tvar se stejnou frekvencí? (Vidím intuitivně, bylo by to zjevně stejné frekvence, ale nejsem si jistý tvarem grafu, jak bude amplituda v tomto ohniskovém bodě stoupat a klesat)

Zvuk je typ vlny, takže má všechny vlnové vlastnosti podobné ostatním vlnám, například světelným vlnám. U světelných vln můžete k zaostření světla použít objektiv. Objektiv má vyšší index lomu nebo nižší rychlost světla než okolní prostředí. Totéž platí pro zvukovou vlnu, takže potřebujete vytvořit oblast s vysokou refrakcí [1].

Vzduch, který nás obklopuje, lze aproximovat ideálním plynem, takže rychlost zvuku je [2 ]

$ c = \ sqrt {\ gamma \ frac {P} {\ rho}} $

kde $ \ gamma $ je adiabatický index, $ p $ je tlak vzduch, $ \ rho $ je hustota vzduchu

Zde chceme vytvořit oblast s vysokou refrakční nebo ekvivalentně nízkou rychlostí zvuku. Existuje jen málo způsobů, jak toho dosáhnout, jedním je snížení tlaku, druhým způsobem je snížení teploty (zákonem ideálního plynu $ PV = NRT $). V obou případech však potřebujete buď tvrdou nádobu, nebo ledničku, abyste ji udrželi chladnou.

Na druhou stranu zvýšení hustoty lze snadno provést použitím těžkého plynu, jako je oxid uhličitý . Musíte jen naplnit plyn do balónku a může fungovat jako velmi jednoduchá akustická čočka. Pamatujte, že velikost balónku nebo jiné nádoby musí být ve srovnání s vlnovou délkou velká. Existují i jiné způsoby zaostření zvuku bez použití objektivu. [3]

Jak již bylo řečeno, stejný mechanismus lze použít i pro jiné vlny, například pro vodní vlny. V mělké vodní nádrži může přidání překážky ve tvaru čočky na dno konvergovat vodní vlnu, protože vodní vlna se v mělké oblasti pohybuje pomalu. Tento experiment lze snadno provést v domácnosti.

[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/refrac.html

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound#Speed_in_ideal_gases_and_in_air

[3] http://focus.aps.org/story/v14/st3

Komentáře

• I myslíte si, že stavba reflektorů by byla jednodušší než čočky

Tyto „zvukové reflektory“ fungují emitováním ultrazvuku ve dvou různé frekvence; je to krátká vlnová délka ultrazvuku, která způsobí, že paprsek bude tak nasměrován.Tyto dvě vlny interferují a vytvářejí součet a různé tóny na frekvencích $ f_1 + f_2 $ a $ f_1-f_2 $; jsou-li frekvence ultrazvuku, řekněme, $ f_1 = 45 \, $ kHz a $ f_2 = 44 \, $ kHz, bude rozdílový tón na $ 1 $ kHz, což je v slyšitelném rozsahu pro člověka.

Znal jsem několik lidí, kteří se před nějakou dobou dívali na používání zvukových reflektorů pro regulaci šumu, ale (IIRC) je obecná shoda v tom, že jelikož vystavujete své oběti velmi velkému množství ultrazvukového šumu (více než 100 dB), jsou tato zařízení pravděpodobně není příliš bezpečné pro nepřetržité používání. (Nebo alespoň nebyla v žádném případě zajištěna jejich bezpečnost.)

Na obecné úrovni zaostřujete zvuk stejným způsobem, jakým zaostřujete světlo – buď odrazem od parabolického povrchu, nebo jej necháte projít akustickou čočkou. Akustická čočka je jako optická čočka v tom, že se skládá z materiálu s jinou rychlostí šíření zvuku, s různou tloušťkou. Přečtěte si článek Wikipedie o akustických zrcadlech .

Komentáře

• vy může také zaostřit světlo pomocí difrakčních čoček
• Stejně jako u zvuku, ale chtěl jsem zachovat jednoduchou odpověď 😉
• @belisarius: en.wikipedia.org/wiki/Zone_plate
• Balón naplněný CO $ {} _ 2 $ je surová akustická čočka. Postavte se tváří v tvář příteli a promluvte si s ním. Poté mu mezi hlavu a vaši položte balón naplněný CO $ {} _ 2 $. Jeho hlas bude hlasitější.