Hoe kun je geluid focussen?

Ik denk niet dat iemand hier heeft uw vraag echt beantwoord. In dit geval is het geluid “gefocust” met behulp van phased arrays . De voorkant van de audiospotlight heeft meerdere transducers:

Flickr

Hetzelfde signaal wordt uitgevoerd van elk van hen, maar enigszins vertraagd met verschillende hoeveelheden, zodat de golffronten allemaal hetzelfde punt voor het apparaat tegelijkertijd bereiken. Deze virtuele focus wordt genoemd bundelvorming .

ref ref

Dit is hoe moderne radars ook hun stralen focussen. van het ronddraaien van een satellietschotel, ze hebben lo ts van kleine elementen die niet “bewegen, maar de signalen worden vertraagd om verschillende straalvormen te produceren.

Opmerkingen

• Dat ' eigenlijk diffractie is, niet focust.
• Diffractie? Denk je aan een experiment met twee spleetjes?
• @ ptomato- de individuele bundels buigen zoals elke bundel zou … maar het effect van het introduceren van een variabele fasevertraging tussen de bundels om een nieuw golffront te creëren is analoog naar een golffront dat door een lens gaat en faseverschuiving verkrijgt op basis van de lengte van elke doorgang
• elke doorgang (typfout) – > elk pad
• Hallo, is het waar dat het " punt " waarop het focust willekeurig klein kan zijn (veel kleiner dan de golflengte zelf? ) Ik vroeg me ook af: als alle golven sinusgolven zijn, zal de resulterende supergerichte golf in het brandpunt dan ook een sinusgolf zijn (dezelfde vorm), of zal het een gewijzigde vorm zijn met dezelfde frequentie? (Ik kan intuïtief zien dat het duidelijk dezelfde frequentie zou zijn, maar ik ben niet zeker van de vorm van de grafiek van hoe de amplitude op dat brandpunt op en neer gaat)

Geluid is een soort golf, dus het heeft alle golfeigenschappen die vergelijkbaar zijn met andere golven, zoals lichtgolven. Voor lichtgolven kun je een lens gebruiken om het licht te focussen. Een lens heeft een hogere brekingsindex of een lagere lichtsnelheid dan de omgeving. Hetzelfde geldt voor geluidsgolven, dus wat je nodig hebt is om een gebied met een hoge brekingsindex te maken [1].

De lucht om ons heen kan worden benaderd door het ideale gas, dus de geluidssnelheid is [2 ]

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

waar $ \ gamma $ de adiabatische index is, $ p $ de druk van de lucht, $ \ rho $ is de dichtheid van de lucht

Hier willen we een gebied creëren met een hoge refractieve of gelijkwaardige lage geluidssnelheid. Er zijn maar weinig manieren om dit te bereiken, de ene is om de druk te verlagen, een andere manier is om de temperatuur te verlagen (volgens de ideale gaswet $ PV = NRT $). In beide gevallen heeft u echter ofwel een harde container of een koelkast in de buurt nodig om het koud te houden.

Aan de andere kant kan het verhogen van de dichtheid eenvoudig worden gedaan door een zwaar gas zoals koolstofdioxide te gebruiken . U hoeft alleen maar het gas in een ballon te vullen en het kan als een heel eenvoudige akoestische lens werken. Merk op dat de grootte van de ballon of andere houder groot moet zijn in vergelijking met de golflengte. Er zijn ook andere methoden om geluid scherp te stellen zonder een lens te gebruiken. [3]

Zoals eerder gezegd, kan hetzelfde mechanisme worden toegepast op andere golven, bijvoorbeeld een watergolf. In een ondiepwatertank kan het toevoegen van een lensvormig obstakel aan de onderkant watergolven convergeren omdat watergolven langzaam in het ondiepe gebied bewegen. Dit experiment kan gemakkelijk bij iemand thuis worden uitgevoerd.

[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

Reacties

• I denk dat het bouwen van reflectoren gemakkelijker zou zijn dan lenzen.

Deze audiospots werken door ultrasoon geluid uit te zenden om twee uur verschillende frequenties; het is de korte golflengte van de echografie die ervoor zorgt dat de straal zo wordt gericht.De twee golven interfereren en produceren som- en verschillende tonen bij frequenties van $ f_1 + f_2 $ en $ f_1-f_2 $; als de ultrasone frequenties bijvoorbeeld $ f_1 = 45 \, $ kHz en $ f_2 = 44 \, $ kHz zijn, zal de verschiltoon $ 1 $ kHz bedragen, wat in het hoorbare bereik voor mensen ligt.

Ik kende een aantal mensen die enige tijd geleden keken naar het gebruik van audiospots voor lawaaibeheersing, maar (IIRC) de algemene consensus is dat, aangezien je je slachtoffers blootstelt aan zeer grote hoeveelheden ultrasoon geluid (meer dan 100 dB), deze apparaten waarschijnlijk niet te veilig voor continu gebruik. (Of, hun veiligheid was in ieder geval op geen enkele manier verzekerd.)

Op het algemene niveau focus je geluid op dezelfde manier als waarop je licht focust: ofwel door het te reflecteren vanaf een parabolisch oppervlak, ofwel door het door een akoestische lens te laten gaan. Een akoestische lens is net als een optische lens omdat hij uit een materiaal bestaat. met een verschillende voortplantingssnelheid van geluid, met verschillende dikte. Zie het Wikipedia-artikel over akoestische spiegels .

Opmerkingen

• Jij kan ook licht focussen met behulp van diffractieve lenzen.
• Net als bij geluid, maar ik wilde het antwoord simpel houden 😉
• @belisarius: en.wikipedia.org/wiki/Zone_plate
• Een met CO $ {} _ 2 $ gevulde ballon is een ruwe akoestische lens. Ga voor een vriend en praat met hem. Plaats vervolgens een met CO $ {} _ 2 $ gevulde ballon tussen zijn hoofd en dat van u. Zijn stem zal luider zijn.