Hur kan du fokusera ljud?

Jag tror inte någon här har verkligen svarat på din fråga. I det här fallet ”fokuseras” ljudet med fasade arrayer . Ljudstrålkastarens ansikte har flera givare:

Flickr

Samma signal matas ut från var och en av dem, men försenas något av olika mängder, så att vågfronterna alla når samma punkt framför enheten samtidigt. Detta ”virtuella fokus” kallas strålformning .

ref ref

Så här fokuserar moderna radar också sina strålar. för att snurra en parabolantenn, de har ts av små element som inte rör sig, men signalerna fördröjs för att producera olika stråleformer.

Kommentarer

• Att ' faktiskt är diffraktion, utan fokus.
• Diffraktion? Tänker du på ett experiment med två slitsar?
• @ ptomato- de enskilda strålarna bryts som vilken stråle som helst … men effekten av att införa en variabel fasfördröjning mellan strålarna för att skapa en ny vågfront är analog till en vågfront som passerar genom en lins och får fasförskjutning enligt längden på varje pass
• varje pass (typfel) – > varje väg
• Hej, är det sant att " punkt " den fokuserar på kan vara godtyckligt liten (mycket mindre än själva våglängden? ) Jag undrade också: Om alla vågorna är sinusvågor, blir resultatet superfokuserad våg i kontaktpunkten också en sinusvåg (samma form), eller kommer det att vara en modifierad form med samma frekvens? (Jag kan se intuitivt att det uppenbarligen skulle vara samma frekvens, men inte säker på formen på grafen för hur amplituden vid den brännpunkten kommer att gå upp och ner)

Ljud är en typ av våg, så det har alla vågegenskaper som liknar andra vågor som ljusvågor. För ljusvågor kan du använda en lins för att fokusera ljuset. En lins har högre brytningsindex eller lägre ljushastighet än miljön. Detsamma gäller för ljudvåg, så vad du behöver är att skapa en hög brytningsregion [1].

Luften som omger oss kan approximeras av den ideala gasen, så ljudets hastighet är [2 ]

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

där $ \ gamma $ är adiabatiskt index, $ p $ är tryck på luften, $ \ rho $ är luftens densitet

Här vill vi skapa en region med hög brytnings- eller motsvarande låg ljudhastighet. Det finns få sätt att uppnå detta, ett är att sänka trycket, ett annat sätt är att sänka temperaturen (enligt den ideala gaslagen $ PV = NRT $). I båda fallen behöver du dock antingen en hård behållare eller ett kylskåp i närheten av det för att hålla det kallt.

Å andra sidan kan det öka lätt att öka densiteten genom att använda en tung gas som koldioxid . Du behöver bara fylla gasen i en ballong och den kan fungera som en mycket enkel akustisk lins. Observera att ballongens eller andra behållares storlek måste vara stor jämfört med våglängden. Det finns också andra metoder för att fokusera ljud utan att använda lins. [3]

Som sagt tidigare kan samma mekanism tillämpas på andra vågor, till exempel en vattenvåg. I en grundvattentank kan tillägg av ett linsformigt hinder i botten konvergera vattenvåg eftersom vattenvågen rör sig långsamt i det grunda området. Detta experiment kan enkelt utföras hemma.

[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

Kommentarer

• I tror att bygga reflektorer skulle vara enklare än linser

Dessa ”ljudspotljus” fungerar genom att avge ultraljud vid två olika frekvenser; det är ultraljudets korta våglängd som får strålen att riktas så.De två vågorna stör och producerar summan och olika toner vid frekvenser på $ f_1 + f_2 $ och $ f_1-f_2 $; om ultraljudfrekvenserna är, säg, $ f_1 = 45 \, $ kHz och $ f_2 = 44 \, $ kHz, kommer skillnadstonen att vara $ 1 $ kHz vilket är inom hörbart intervall för människor.

Jag kände några människor som tittade på att använda ljudstrålkastare för bullerkontroll för en tid sedan, men (IIRC) är det allmänna samförståndet att eftersom du utsätter dina offer för mycket stora mängder ultraljud (mer än 100 dB), så är dessa enheter förmodligen inte för säker för kontinuerlig användning. (Eller åtminstone var deras säkerhet på intet sätt garanterad.)

På den allmänna nivån fokuserar du ljud på samma sätt som du fokuserar ljus – antingen genom att reflektera det från en parabolisk yta eller låta det passera genom en akustisk lins. En akustisk lins är precis som en optisk lins genom att den består av ett material med en annan ljudutbredningshastighet, med varierande tjocklek. Se Wikipedia-artikeln om akustiska speglar .

Kommentarer

• Du kan också fokusera ljus med diffraktiva linser
• Som med ljud, men jag ville ha svaret enkelt 😉
• @belisarius: sv.wikipedia.org/wiki/Zone_plate
• En CO $ {} _ 2 $ -fylld ballong är en rå akustisk lins. Stå inför en vän och prata med honom. Lägg sedan en CO $ {} _ 2 $ -fylld ballong mellan hans huvud och ditt. Hans röst blir högre.