Como você pode focar o som?

Acho que ninguém aqui realmente respondeu à sua pergunta. Neste caso, o som é “focado” usando matrizes em fases . A face do destaque de áudio tem vários transdutores:

Flickr

O mesmo sinal é emitido de cada um deles, mas atrasado ligeiramente por quantidades diferentes, de modo que todas as frentes de onda atinjam o mesmo ponto na frente do dispositivo ao mesmo tempo. Este “foco virtual” é chamado de beamforming .

ref ref

É assim que os radares modernos também focam seus feixes. de girar uma antena parabólica, eles têm ts de pequenos elementos que não se movem, mas os sinais são atrasados para produzir diferentes formatos de feixe.

Comentários

• Isso ' é realmente difração, sem foco.
• Difração? Você está pensando em um experimento de duas fendas?
• @ ptomato- os feixes individuais difratam como qualquer feixe faria … mas o efeito de introduzir um atraso de fase variável entre os feixes para criar uma nova frente de onda é análogo para uma frente de onda passando por uma lente, adquirindo mudança de fase de acordo com o comprimento de cada passagem
• cada passagem (erro de digitação) – > cada caminho
• Olá, é verdade que o " ponto " em que ele se concentra pode ser arbitrariamente pequeno (muito menor do que o próprio comprimento de onda? ) Além disso, eu estava me perguntando: se todas as ondas são ondas senoidais, a onda superfocada resultante no ponto focal também será uma onda senoidal (mesma forma) ou será uma forma modificada com a mesma frequência? (Posso ver intuitivamente que seria obviamente a mesma frequência, mas não tenho certeza sobre a forma do gráfico de como a amplitude naquele ponto focal vai subir e descer)

O som é um tipo de onda, portanto, tem todas as propriedades da onda semelhantes a outras ondas, como ondas de luz. Para ondas de luz, você pode usar uma lente para focar a luz. Uma lente tem índice de refração mais alto ou velocidade da luz mais baixa do que o ambiente. O mesmo é verdadeiro para a onda sonora, então o que você precisa é fazer uma região de alta refração [1].

O ar que nos rodeia pode ser aproximado pelo gás ideal, então a velocidade do som é [2 ]

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

onde $ \ gamma $ é o índice adiabático, $ p $ é a pressão de o ar, $ \ rho $ é a densidade do ar

Aqui, queremos criar uma região com alta refração ou velocidade do som equivalente baixa. Existem poucas maneiras de se conseguir isso, uma é diminuir a pressão, outra forma é diminuir a temperatura (pela lei do gás ideal $ PV = NRT $). No entanto, em ambos os casos, você precisa de um recipiente rígido ou de uma geladeira perto dele para mantê-lo frio.

Por outro lado, aumentar a densidade pode ser feito facilmente usando um gás pesado como o dióxido de carbono . Você só precisa encher o gás de um balão e ele pode funcionar como uma lente acústica muito simples. Observe que o tamanho do balão ou outro recipiente deve ser grande em comparação com o comprimento de onda. Existem também outros métodos para focar o som sem usar lentes. [3]

Como dito antes, o mesmo mecanismo pode ser aplicado para outra onda, por exemplo, uma onda de água. Em um tanque de água rasa, adicionar um obstáculo em forma de lente no fundo pode convergir a onda de água porque a onda de água se move lentamente na região rasa. Este experimento pode ser facilmente realizado na casa de alguém.

[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

Comentários

• I acho que construir refletores seria mais fácil do que lentes

Esses refletores de áudio funcionam emitindo ultrassom em dois frequências diferentes; é o comprimento de onda curto do ultrassom que faz com que o feixe seja direcionado dessa forma.As duas ondas interferem e produzem soma e tons diferentes nas frequências de $ f_1 + f_2 $ e $ f_1-f_2 $; se as frequências de ultrassom forem, digamos, $ f_1 = 45 \, $ kHz e $ f_2 = 44 \, $ kHz, a diferença de tom será $ 1 $ kHz, que está na faixa audível para humanos.

Conheci algumas pessoas que observaram o uso de refletores de áudio para controle de ruído há algum tempo, mas (IIRC) o consenso geral é que, uma vez que você “sujeita suas vítimas a grandes quantidades de ruído ultrassônico (maior que 100dB), esses dispositivos provavelmente não é muito seguro para uso contínuo. (Ou, pelo menos, sua segurança não foi de forma alguma garantida.)

No nível geral, você foca o som da mesma maneira que foca a luz – refletindo-o de uma superfície parabólica ou deixando-o passar por uma lente acústica. Uma lente acústica é como uma lente ótica, pois consiste em um material com uma velocidade de propagação de som diferente, com espessura variável. Consulte o artigo da Wikipedia sobre espelhos acústicos .

Comentários

• Você também pode focar a luz usando lentes difrativas
• Como com o som, mas eu queria manter a resposta simples 😉
• @belisarius: en.wikipedia.org/wiki/Zone_plate
• Um balão cheio de CO $ {} _ 2 $ é uma lente acústica rústica. Enfrente um amigo e converse com ele. Em seguida, coloque um balão cheio de CO $ {} _ 2 $ entre a cabeça dele e a sua. Sua voz ficará mais alta.