Wie können Sie den Ton fokussieren?

Ich glaube niemandem Hier hat Ihre Frage wirklich beantwortet. In diesem Fall wird der Ton mithilfe von phasengesteuerten Arrays „fokussiert“. Das Gesicht des Audio-Scheinwerfers verfügt über mehrere Wandler:

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Das gleiche Signal wird ausgegeben von jedem von ihnen, jedoch geringfügig um unterschiedliche Beträge verzögert, so dass alle Wellenfronten gleichzeitig denselben Punkt vor dem Gerät erreichen. Dieser „virtuelle Fokus“ wird als bezeichnet Strahlformung .

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So fokussieren moderne Radargeräte auch ihre Strahlen eine Satellitenschüssel herumzudrehen, haben sie lo Es gibt kleine Elemente, die sich nicht bewegen, aber die Signale werden verzögert, um unterschiedliche Strahlformen zu erzeugen.

Kommentare

• Das ' ist tatsächlich Beugung, nicht Fokussierung.
• Beugung? Denken Sie an ein Zwei-Spalt-Experiment?
• @ ptomato- die einzelnen Strahlen beugen sich wie jeder Strahl … aber der Effekt der Einführung einer variablen Phasenverzögerung zwischen den Strahlen zur Erzeugung einer neuen Wellenfront ist analog zu einer Wellenfront, die durch eine Linse verläuft und eine Phasenverschiebung entsprechend der Länge jedes Durchlaufs
• jedes Durchgangs (Tippfehler) – > jedes Pfades

erfasst

• Hallo, stimmt es, dass der " Punkt ", auf den es sich konzentriert, beliebig klein sein kann (viel kleiner als die Wellenlänge selbst? ) Außerdem habe ich mich gefragt: Wenn alle Wellen Sinuswellen sind, ist die resultierende superfokussierte Welle im Brennpunkt auch eine Sinuswelle (gleiche Form) oder eine modifizierte Form mit derselben Frequenz? (Ich kann intuitiv sehen, dass es offensichtlich dieselbe Frequenz ist, aber nicht sicher über die Form des Graphen, wie die Amplitude an diesem Brennpunkt auf und ab geht)

Schall ist eine Art von Welle, daher weist er alle Welleneigenschaften auf, die anderen Wellen wie Lichtwellen ähnlich sind. Für Lichtwellen können Sie eine Linse verwenden, um das Licht zu fokussieren. Eine Linse hat einen höheren Brechungsindex oder eine niedrigere Lichtgeschwindigkeit als die Umgebung. Das Gleiche gilt für Schallwellen. Sie müssen also einen Bereich mit hoher Brechung erzeugen [1].

Die uns umgebende Luft kann durch das ideale Gas angenähert werden, sodass die Schallgeschwindigkeit [2] beträgt ]

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

wobei $ \ gamma $ der adiabatische Index ist, $ p $ der Druck von die Luft, $ \ rho $ ist die Dichte der Luft

Hier wollen wir einen Bereich mit hoher Brechung oder gleichwertig niedriger Schallgeschwindigkeit erzeugen. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, dies zu erreichen. Eine besteht darin, den Druck zu verringern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Temperatur zu senken (nach dem idealen Gasgesetz $ PV = NRT $). In beiden Fällen benötigen Sie jedoch entweder einen harten Behälter oder einen Kühlschrank in der Nähe, um ihn kalt zu halten.

Andererseits kann die Dichte leicht mit einem schweren Gas wie Kohlendioxid erhöht werden . Sie müssen nur das Gas in einen Ballon füllen und er kann als sehr einfache akustische Linse fungieren. Beachten Sie, dass die Größe des Ballons oder eines anderen Behälters im Vergleich zur Wellenlänge groß sein muss. Es gibt auch andere Methoden, um den Ton ohne Verwendung eines Objektivs zu fokussieren. [3]

Wie bereits erwähnt, kann der gleiche Mechanismus für andere Wellen angewendet werden, beispielsweise für eine Wasserwelle. In einem Flachwassertank kann das Hinzufügen eines Hindernisses in Linsenform am Boden die Wasserwelle konvergieren, da sich die Wasserwelle im Flachbereich langsam bewegt. Dieses Experiment kann problemlos zu Hause durchgeführt werden.

[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

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• I. Denken Sie, Reflektoren zu bauen wäre einfacher als Linsen.

Diese Audio-Scheinwerfer senden Ultraschall mit zwei verschiedene Frequenzen, es ist die kurze Wellenlänge des Ultraschalls, die bewirkt, dass der Strahl so gerichtet wird.Die zwei Wellen interferieren und erzeugen Summen und unterschiedliche Töne bei Frequenzen von $ f_1 + f_2 $ und $ f_1-f_2 $; Wenn die Ultraschallfrequenzen beispielsweise $ f_1 = 45 \, $ kHz und $ f_2 = 44 \, $ kHz sind, liegt der Differenzton bei $ 1 $ kHz, was im für Menschen hörbaren Bereich liegt.

Ich kannte einige Leute, die sich vor einiger Zeit mit der Verwendung von Audio-Scheinwerfern zur Geräuschreduzierung befasst haben, aber (IIRC) ist der allgemeine Konsens, dass diese Geräte, da Sie Ihre Opfer mit sehr großen Mengen an Ultraschallgeräuschen (über 100 dB) belasten, dies sind wahrscheinlich nicht zu sicher für den Dauereinsatz. (Oder zumindest war ihre Sicherheit in keiner Weise gewährleistet.)

Im Allgemeinen fokussieren Sie den Schall genauso, wie Sie das Licht fokussieren – entweder indem Sie es von einer parabolischen Oberfläche reflektieren oder durch eine akustische Linse lassen. Eine akustische Linse ist wie eine optische Linse, da sie aus einem Material besteht mit einer anderen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls mit unterschiedlicher Dicke. Siehe den Wikipedia-Artikel über akustische Spiegel .

Kommentare

• Sie kann auch Licht mit diffraktiven Linsen fokussieren
• Wie beim Ton, aber ich wollte die Antwort einfach halten 😉
• @belisarius: en.wikipedia.org/wiki/Zone_plate
• Ein mit CO $ {} _ 2 $ gefüllter Ballon ist eine grobe akustische Linse. Stelle dich einem Freund und sprich mit ihm. Legen Sie dann einen mit CO $ {} _ 2 $ gefüllten Ballon zwischen seinen und Ihren Kopf. Seine Stimme wird lauter.