Взаємодія звукових хвиль

Інтерференція хвиль - додавання в просторі двох (або декількох) хвиль, при якому в різних точках виходить посилення або ослаблення амплітуди результуючої хвилі.

Коли ми чуємо звуки різних, але досить близьких частот відразу від двох джерел, до нас приходять то гребені обох звукових хвиль, то гребінь однієї хвилі і западина інший. В результаті накладання двох хвиль звук то посилюється, то слабшає, що сприймається на слух як биття. Цей ефект називається інтерференцією в часі. Він використовується при налаштуванні двох музичних тонів в унісон (наприклад, під час налаштування гітари): налаштування виробляють до тих пір, поки биття перестають відчуватися.

Звукова хвиля при падінні на межу розділу з іншим середовищем може відбитися від неї, пройти в інше середовище, змінити напрямок руху, т. Е. Переломити від кордону розділу (це явище називають рефракцією), поглинутися або одночасно зробити кілька з перерахованих дій. Ступінь поглинання і відображення залежить від властивостей середовищ на кордоні розділу.

Енергія звукової хвилі в процесі її розповсюдження поглинається середовищем. Цей ефект називають поглинанням звукових хвиль. Важливо відзначити, що ступінь поглинання звукової енергії залежить як від властивостей середовища (температура, тиск, щільність), так і від частоти звукових коливань: чим вище частота, тим більше розсіювання зазнає на своєму шляху звукова хвиля.

Стояча хвиля - коливання в розподілених коливальних системах з характерним розташуванням чергуються максимумів (пучностей) і мінімумів (вузлів) амплітуди. Практично така хвиля виникає при відображеннях від перешкод і неоднорідностей в результаті накладення відбитої хвилі на падаючу. При цьому, вкрай важливе значення має частота, фаза і коефіцієнт загасання хвилі в місці відображення. Чисто стояча хвиля, строго кажучи, може існувати тільки при відсутності втрат в середовищі і повному відображенні хвиль від кордону. Зазвичай, крім стоячих хвиль, в середовищі присутні і біжать хвилі, що підводять енергію до місць її поглинання або випромінювання. Прикладами стоячій хвилі можуть служити коливання струни, коливання повітря в органної трубі.

Власна резонансна частота - це така частота коливань, з якої дане фізичне тіло почне коливатися, будучи виведеним зі стану спокою будь-якої зовнішньої збудливою силою, наприклад поштовхом, як гойдалки, маятник годинника і ін. Або ударом, як ніжки камертона, корпус дзвони, струна рояля, або потоком повітря, як труба органу або пляшка, якщо подути в її шийку і т.д. Власну резонансну частоту називають іноді частотою вільних коливань.

Резонанс (фр. Resonance, від лат. Resono - відгукуюся) - це явище виникнення і посилення коливань будь-якого тіла або його частини під дією збудливою ці коливання зовнішньої сили, частота впливу якої збігається з власною резонансною частотою даного тіла.

Струни таких інструментів, як лютня, гітара, скрипка чи фортепіано, мають власну резонансну частоту, безпосередньо залежить від довжини і сили натягу струни. Довжина хвилі першого резонансу струни дорівнює її подвоєною довжині. При цьому, його частота залежить від швидкості v, з якою хвиля поширюється по струні.

Три закони резонансу:

Перший закон. Резонатор є підсилювачем коливань впливає на нього збудливою сили. У цьому легко переконатися, приставивши звучить камертон до корпусу резонатора: ледве чутний звук камертона зростає до такої сили, що стає чутним у великій аудиторії.

Другий закон. Резонатор вибірково реагує на частоту впливає на нього збудливою сили: підсилює тільки ті коливання, які відповідають його власній резонансній частоті. Максимальний підйом (пік) резонансних кривих відбувається тільки в точці збігу частоти впливає сили і власної резонансної частоти резонуючого тіла.

Третій закон. Резонатор підсилює коливання, відповідні його власній частоті, не вимагаючи ніякої додаткової енергії.

Формант називають області стійких резонансів, характерних для тієї чи іншої акустичної системи і суттєво впливають на тембр. Наприклад, кожного звуку мови (найпростіший звук мови називається фонемой) відповідає своя форма вокального тракту, яка варіюється за рахунок зміни положення язика, губ, зубів і т.п. і, відповідно, своє становище формант на частотної шкалою. Разом з тим є області частот, які співочими резонаторами посилюються найзначніше і постійно. Це так звані висока і низька співочі форманти.

Відлуння - складний акустичний процес, що виникає при багаторазовому відбитті звукової хвилі від різних об'єктів. Рухаючись в замкнутому просторі (кімната, зал), звукова хвиля зазнає багаторазові відбиття від поверхні стін, різних об'єктів і т.п. Відображені звукові коливання, складаючись, можуть сильно впливати на кінцеве сприйняття звуку - змінювати його забарвлення, насиченість, глибину, створюючи характерне післязвучання, обумовлене приходом в точку вимірювання запізнілих відображених або розсіяних звукових хвиль.

Здатність огинати перешкоди - ще одне ключове властивість звукових хвиль, зване дифракцией. Ступінь огибания залежить від співвідношення між довжиною звукової хвилі (її частотою) і розміром стоїть на її шляху перешкоди або отвори. Якщо перешкода виявляється набагато більше довжини хвилі, то звукова хвиля відбивається від нього. Якщо ж розмір перешкоди можна порівняти з довжиною хвилі або менше її, то звукова хвиля дифрагує.

Взаємодія звукових хвиль

Схожі статті