پراش صوتی

[Only Math]

پراش صوتی
بازتابش ، شكست و پراش فيزيك امواج صوتي عينا مانند بازتاب ، شكست و پراش نور صورت ميگيرد. زيرا آثار امواج نوري از بسياري جهات شباهت به آثار امواج صوتي دارند و تنها فرق موجود اين است كه طول موج فيزيك امواج نوراني نسبت به طول موج فيزيك امواج صوتي بسيار كوچك ميباشد. ولي قوانين هندسي آنها كاملا با هم شباهت دارد.

وقتي كه بين منبع صوت و گوش مانعي قرار دهيم بر حسب بزرگي و كوچكي مانع نسبت به طول موج ، ممكن است آثار مختلف پيدا شود. اگر فيزيك امواج صوتي به جدار محكمي كه در آن سوراخي تعبيه شده است برخورد كنند، قسمتي از فيزيك امواج كه به سطح ديواره برخورد ميكنند منعكس ميگردند و قسمت ديگر كه به لبه جداره و يا به لبه سوراخ برخورد ميكنند ممكن است پراشيده شوند.

مشاهده پديده تفرق در زندگي روزمره

پديده تفرق فيزيك امواج صوتي در مشاهدات روزانه ما زياد است. مثلا وقتي اشخاص در مقابل دهنه بوقي شكل بلندگو واقع ميشوند، آنهايي كه در وسط و در نزديكي محور قرار دارند، تمام صداها را ميشنوند، ولي آنهايي كه در اطراف محور و خارج از ميدان بوق شده‌اند فقط آن كلمات و با قسمتي از موزيك را ميشنوند كه با صداي بم ادا نشده باشد. همچنين وقتي دو نفر در اطاقي مكالمه ميكنند اگر در ديوار مشترك با اطاق مجاور ، سوراخ كوچكي باشد ممكن است صداي آنها را در اتاق مجاور تشخيص داد. در صورتيكه اگر درب همان دو اطاق باز باشد آنكه در همسايگي واقع است ممكن است درست صداي مكالمه در همان اطاق مجاور را بخوبي و مانند سابق نشنود.

همينطور وقتي كه در سينما يا تئاتر پشت سر شخص چاق يا قد بلندي بنشينم ، به گونه‌اي كه مشاهده صحنه براي ما مقدور نباشد باز صداي آرتيستها را ميشنويم. فيزيك امواج صوتي كه به بدن آن شخص ميرسند قسمتي جذب شده و قسمتي منعكس ميگردند و قسمتي كه به حدود اطراف بدن او برخورد ميكنند، به واسطه پديده پراش در پشت سر او در هر نقطه كه گوش ما قرار گيرد قابل شنيدن ميباشند.

يك آزمايش ساده

قطعه‌اي از نمد را كه تقريبا به مساحت يك متر مربع باشد اختيار كنيد و در وسط آن سوراخي به قطر 15 سانتي متر ايجاد نمائيد. اگر يك فرفره آلماني (نوعي فرفره است كه در جدار آن چند سوراخ وجود دارد، وقتي كه ميچرخد، توليد صدا ميكند) را در فاصله 30 سانتي متري از سوراخ بچرخانيم در هر جايي كه در پشت نمد قرار گيريم صداي آن به آهستگي و به طور يكنواخت شنيده ميشود. و اگر خود را در مقابل سوراخ طوري قرار دهيم كه فرفره را با چشم خود ببينيم، صداي آن از وقتي كه خود را در جاي ديگر قرار دهيم بلندتر شنيده نميشود. تنها وقتي در ناحيه پشت قطعه نمد صداي قويتر شنيده ميشود كه نمد را از ميان برداريم و اين مطلب براي اين است كه در صورت اخير انرژي صوتي بيشتري در گوش ما داخل ميشود.

اگر بجاي فرفره ، يك ساعت جيبي قرار دهيم (طول موج امواجي كه ساعتها توليد ميكنند از يك الي هشت سانتي متر تغيير ميكند) در اين حالت براي اينكه صداي تيك تيك آن را در پشت قطعه نمد بشنويم بايد خود را در روي محور قرار دهيم، به گونه‌اي كه ساعت از پشت نمد قابل رويت باشد. وقتي كه اين شرط حاصل شد‌، صداي آن عينا مانند وقتي شنيده ميشود كه نمد وجود نداشته باشد و چون در خارج محور واقع باشيم صداي ساعت تقريبا ديگر شنيده نميشود.

شرايط پراش

- فرض كنيد فيزيك امواج صوتي به سطح ديواري كه سوراخي در آن تعبيه شده است، برخورد ميكنند. امواج صوتي را با طول موج معيني در نظر ميگيريم. هرگاه طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد، چون طبقه متراكم (موج) به ديوار برسد، قسمت كوچكي از آن كه از سوراخ عبور ميكند خود مانند مركز صوت شد. و با آن طرف جدار طبقات كروي متراكم و منبسط ، پشت سر هم بمركز سوراخ درست ميشوند. نتيجه اينكه در پشت مانع در همه جا صدا وجود خواهد داشت.

- برعكس اگر طول موج نسبت به قطر سوراخ كوچك باشد ، فيزيك امواج در حين عبور از سوراخ عينا به همان حالت باقي ميمانند. بديهي است كه در اين حالت قسمتي از موج تابشي كه با ديوار برخورد ميكند، خود به خود حذف ميگردد، و فقط قسمت مواجه با سوراخ از آن عبور مي كند.

- بنابراين در حالت اول ، در هر نقطه از پشت جدار كه واقع باشيم، صداي منبع آهسته‌تر ولي به يك اندازه شنيده ميشود، در صورتي كه در حالت دوم ، فقط اگر در ناحيه مقابل سوراخ باشيم صداي منبع را به خوبي ميشنويم و در خارج آن صداي منبع مسموع نيست. علت اينكه در حالت اول صدا آهسته‌تر شنيده ميشود، آنست كه انرژي صوتي كه از سوراخ عبور ميكند روي سطح كروي توزيع شده و ضعيف ميگردد، در صورتي كه در حالت دوم تمام مقدار انرژي صوتي كه از سوراخ عبور ميكند روي فيزيك امواج با سطوح كوچك در پشت مانع متمركز ميباشند.


منبع : آموزش و پرورش خراسان