Visszatükrözhetők-e a hanghullámok: mit, miért, mikor, hol, típusokat és részletes tényeket

Amikor „visszaverődést” hallasz, azonnal a fény jut eszedbe. Elgondolkodhat azon, hogy a hanghullámok visszaverődnek-e? És mi a hang visszaverődése? Olvassa el részletesen a cikket, hogy megtalálja ezeket a válaszokat.

A hang, akárcsak a fény, egyfajta energia. Az energiát hullám formájában szállítják. Mind a fény-, mind a hanghullámoknak van néhány közös vonása, mint például a visszaverődés, a fénytörés és a diffrakció.

Mikor verődnek vissza a hanghullámok?

A hang, egy mechanikai hullám, ugyanazokat a visszaverődési szabályokat követi, mint a fény.

Egyszerűen csak „hangvisszaverődésnek” nevezik, amikor a hang visszaverődik bármilyen polírozott vagy polírozatlan felületről. Más szóval, a hangvisszaverődés akkor következik be, amikor egy hanghullám áthalad az egyik közegen, majd egy másik felületére ütközik, és az ellenkező módon tér vissza.

A hanghullámok visszaverődésének törvényei:

  • A visszaverődés szöge hangvisszaverődés esetén megegyezik a beesési szöggel.

𝛉i =𝛉r

Hol, 𝛉i = Beesési szög

             𝛉r = Reflexiós szög

  • Az a sík, amelyről a hang visszaverődik, megegyezik azzal a síkkal, amelyről a beeső és a normál hang keletkezik.
visszaverődnek-e a hanghullámok

Ebből arra következtethetünk, hogy a fény- és hanghullámok ugyanazoknak a visszaverődési törvényeknek engedelmeskednek. 

A különbség az, hogy a hang visszaveréséhez a fénnyel ellentétben nem szükséges polírozott felület. A hang bármilyen durva felületről is visszaverődhet. Így csak az szükséges, hogy bármilyen felület vagy akadály visszaverődjön. Ezenkívül annak a felületnek az alakja, amelyről a hang visszaverődik, befolyásolja a hangvisszaverődést.

Gondoljunk egy illusztrációra:

Tegyük fel, hogy falnak dobsz egy labdát, és az rögtön visszapattan rád. Most, hogy meggyújtod a falat a fáklyával, a fényvisszaverődés jelenségét tapasztalod. Ugyanez történik, ha a falhoz közel beszél – hallja, amit az imént mondott. Igen, a sejtésed helyes; ez nem más, mint a hang visszaverődése.

Amikor beszélsz, hanghullámok keletkeznek, amikor pedig visszahallod, hallható frekvenciájú hanghullámok verődnek vissza a fal felületéről. Ennek eredményeként a hangvisszaverődés felelős azért, hogy Ön hallja saját hangját.

Most pedig vegyük figyelembe a hanghullámok visszaverődése különböző felületekről.

Hangvisszaverődés különböző felületeken:

A hangvisszaverődés a felület típusától is függ, például attól, hogy ritkább vagy sűrűbb. Ha a hang sűrűbb anyagról verődik vissza, akkor csak 180 fokos fázisváltás történik. Ha azonban ritkább közegről tükröződik, a tömörítés ritkaságként tükröződik, és fordítva. Menjünk bele részletesebben.

Hangvisszaverődés kemény felületeken VAGY merev határokon:

A hanghullámokat alkotó tömörítés és ritkítás miatt területeik magas és alacsony nyomás között váltakoznak. A tömörítés és a ritkítás olyan kifejezések, amelyeket a magas és alacsony nyomású régió egyidejű leírására használnak. Ennek eredményeként a hanghullámok egyfajta nyomáshullám is.

Tekintsünk egy hanghullámot (nyomáshullám vagy hosszanti hullám), amely a levegőben halad át, és kemény felülettel, például fallal ütközik. Most, amikor a hanghullám kompressziója kemény felülethez ütközik, lényegében erővel próbálja megnyomni a falat. Mivel azonban a fal kemény felület, a hang hatására a levegőben kialakuló kompressziót egyenlő és ellentétes erő kifejtésével ellentétes irányba tolja.

Ennek eredményeként a tömörítés, amely a megfelelő irányba mozgott, most balra fog mozogni. Ennek eredményeként a közegrészecske elmozdulása a beesés és a visszaverődés során ellentétes irányú lesz. Ennek eredményeként, ha figyelembe vesszük a beeső és a visszavert hanghullámok közötti fáziskülönbséget, akkor az 𝜋 radián, vagyis 180° lesz.

A megközelítés ugyanaz lesz, ha most figyelembe vesszük a ritkaság esetét. Az incidens által okozott ritkaság ritkaságként jelenik meg.

A fal példaként szolgál, amit már láttunk. Mivel a fal felülete kemény, a hangja visszaverődik róla, amikor beszél.

Hanghullámok visszaverődése ritkább közegből:

Gondoljon egy longitudinális hanghullámra, amely sűrűbb vagy szilárd közegen halad át, és egy ritkább közeg határfelületét vagy határát érinti. Amikor a beeső hanghullám kompressziója ütközik egy ritkább anyagból készült határvonallal, erő hat erre a felületre. Mivel a ritkább közeg felülete kisebb ellenállású és a hanghullám kompressziója nagy nyomást tartalmaz, a ritkább közeg határa kitolódik. 

A sűrűbb közeggel ellentétben a ritkább közegben lévő részecskék szabadon vándorolnak. Ezért a ritkítás a két közeg metszéspontjában jön létre. Ezért a beeső tömörítés ritkításként tér vissza a ritkább anyag felületéről való visszaverődés után. Ennek eredményeként nem észlelhető fázisváltozás, ha egy sűrűbb közegből származó hanghullám visszaverődik egy ritkább közegről. 

Ugyanez történik, ha ritkítás történik egy ritkább közeg felületén, és tömörítésként tükröződik vissza.

Illusztrációként képzelje el, hogy a hang egy vízzel teli csövön halad át. Most képzelje el, hogy levegő van jelen a cső nyitott végén. Azt pedig már tudjuk, hogy a víz sűrűbb közeg a hang számára, mint a levegő. Ennek eredményeként a nagy nyomás hatására a környező területen lévő levegőmolekulák gyorsan eltávolodnak, amikor a víz-levegő határfelületen összenyomódik. Ennek eredményeként a tömörítés ritkítássá alakul, mielőtt tükröződne.

Hanghullámok visszaverődése ívelt felületről:

Amint láttuk, a különböző felületek eltérően verik vissza a hangot. Hasonló módon a felület görbülete befolyásolja a hang visszaverődését. A felület görbülete képes megváltoztatni a hang intenzitását. 

Az ívelt felületek két típusra oszthatók: 

  • Homorú felületek és 
  • Konvex felületek.

Most vizsgáljuk meg alaposan.

Hang visszaverődése a homorú felületről:

Amikor a hanghullámok homorú felületet érnek, a visszavert hullámok összefolynak, hasonlóan a fényhullámokhoz. Ezenkívül a visszavert hullámoknak is egyetlen fókuszpontjuk volt. Ennek eredményeként a visszavert hanghullám intenzitása növekszik, ahogy visszaverődik a homorú felületről.

Ezt a jelenséget a természetben is alkalmazzák. A legújabb tudományos kutatásokból két tényt tudtunk meg:

  • A jávorszarvas bika használhatja agancsát műholdlemezként, amellyel könnyen összegyűjtheti és fókuszálhatja a hangot.
  • A tudósok mélyreható kutatása és hosszas gondolatai szerint a baglyok arckorongjai gömb alakúak, és könnyen mozgathatók, hogy összegyűjtsék, majd visszaverjék a hangot a fülük felé.

Annak ellenére, hogy a természetben előfordul, gyakran távol maradunk a homorú felületektől, amikor hangot próbálunk visszaverni. Ennek az az oka, hogy a felület geometriai középpontjára fókuszálva hangos hotspot keletkezik a térben. Ennek eredményeként a nagy távolságra visszavert hangátvitel szokatlan lesz.

Ha homorú alakra van szükség, valószínűleg hangelnyelő anyagokat kell használni. Lehetséges, hogy csökkentheti a zajproblémákat, ha akusztikai szakember segítségével módosítja a görbe geometriáját. A színház kihasználja ezt a jelenséget.

A visszavert hang intenzitásának megőrzése érdekében a mozikban jellemzően homorú felületeket alkalmaznak a hangszórók előtt. Azonban, mint már említettük, hangos hotspotot produkált, ami miatt zaj vagy abnormális hang tükröződik. A színház falai és mennyezetei zajelnyelő anyagokból készülnek, hogy csökkentsék ezt a zajt. Ennek eredményeként mindkét technika javítja egymást azáltal, hogy csökkenti a hiba mértékét.

Hang visszaverődése a domború felületről:

Ha hanghullámok érik a domború felületet, a visszavert hang minden lehetséges irányba eltér. Ahogy a hang eltér, nyilvánvalóan csökken a hang intenzitása. 

A hang diffúziója a domború felületről elősegíti, hogy a zenei keverék minden irányba elterjedjen, és elkerülje a nem kívánt visszaverődést.

Különböző geometriák segítik a hang diffúzióját, beleértve:

  • Félgömb vagy félhenger
  • Különböző szögű felület, mint a fűrészfog minta

A hangvisszaverődéssel kapcsolatos további jelentős jelenségek:

A hang visszaverődése visszhangot és visszhangot okoz. A két jelenség között azonban van némi különbség. Beszéljünk róla.

Visszhang:

A visszhang kifejezés a visszavert hang ismételt hallására utal. Visszhang hallható, ha egy hang nagy térben visszaverődik. 

Bármilyen hatalmas tér visszhangot kelthet, beleértve a nyitott és zárt tereket is. A visszhang hatékony hallásához a forrás és a visszaverő test közötti távolságnak 50 lábnál nagyobbnak kell lennie. A viszonylag nagy távolság miatt a hallható hangok között időbeli késés lép fel. Ezért két vagy több különböző hangot hallhatunk.

Képzelje el magát, mint aki egy nagy üres szobában áll, és hangosan azt mondja, hogy „Helló”. Ekkor a hang nagy területen és a kemény felületen keresztül történő visszaverődése miatt többször hallja a hello szót, mint például: „Hello”,…..Hello”,…..Hello. A hang kijut a szobába, és a falakról visszaverődik a füledbe. Minél több időbe telik, amíg a hang eljut a füledbe, annál zavaróbb lesz.

Lehetséges, hogy ezt megtette egy dombállomáson nyaralva, és kiáltotta a nevét a hegyekben. Talán észrevette, hogy a visszhang a telefonhívások átbeszélései során is előfordul.

Visszaverődés:

Ha a hangforrás és a visszaverő felület közötti távolság nagyon kicsi, az eredeti hang keveredik a visszavert hanggal. A különböző hangok átfedésének eredményeként a tartós vagy folyamatos hang keletkezik. Ezt visszhangnak nevezik.

Lehet, hogy meghallotta ezeket, ha egy hatalmas kupolában, előadóteremben vagy teremben beszélt. Az ilyen helyeken a különböző hangvisszaverődések következtében a visszavert hangok gyakran keverednek az eredeti hanggal. Gyakran hallania kell a visszhanghatást, ha ezek a visszaverődések 50 ezredmásodperc vagy 0.05 másodpercen belül jelentkeznek.

A hangvisszaverődés alkalmazásai:

A hang visszaverődő tulajdonságát arra használjuk, hogy megkönnyítsük életünket. A hangvisszaverődés alkalmazásai a következők:

  1. Sztetoszkóp: Az orvosok által használt sztetoszkóp a hangvisszaverődés elméletén dolgozik. Az orvos arra használja, hogy meghallgatja a betegek szívverését. A sztetoszkóp belsejében fellépő hang különféle visszaverődése miatt az orvos tisztán hallja a páciens szívverését.
  1. Hallókészülék: Egy másik orvosi eszköz, amely kihasználja a hangvisszaverődés elvét, a hallókészülék. Hallássérültek használják ezt a készüléket. A hang a készülékben egy vékonyabb területen tükröződik, így nagy intenzitással a fülek felé irányítható.
  2. Hanglokátor: Igen, a hangvisszaverődés elmélete a szonárra is vonatkozik. Szonárnak nevezzük azt az eszközt, amely a visszaverő jelet használja a víz alatti objektumok távolságának és sebességének kiszámításához. Hajókon alkalmazzák a hajót fenyegető veszélyek azonosítására, hogy elkerüljék az olyan tragikus baleseteket, mint a Titanic. A haditengerészet aknák és tengeralattjárók felkutatására is alkalmazza.
  3. Hangtábla: A hangtáblák egyszerűen ívelt felületek, amelyek úgy vannak elhelyezve, hogy a hangforrás fókuszban maradjon. Egyenletesen veri vissza a hanghullámokat az egész teremben vagy nézőtéren. Ennek eredményeként a hangtábla alkalmazása javítja a hangminőséget.
  4. Megafon: Egy megafonban is többszörös tükröződést használnak. Tölcsérszerű formája van. Ennek eredményeként, amikor hang keletkezik a megafon tölcséren belül, a hullámok sokszor visszaverődnek, mielőtt továbbhaladnának a tölcsér nyílásához vezető úton. Ennek eredményeként a hang amplitúdója az elején megnő.

Reméljük, hogy ez a cikk hasznos módon megadta az összes szükséges információt a hanghullámok visszaverődéséről. Kérjük, látogasson el weboldalunkra, ha további, ehhez hasonló tudományos cikkeket szeretne olvasni.

További információ Mi az a Strike and Dip?

Írj hozzászólást

E-mail címed nem kerül nyilvánosságra. Kötelező kitölteni *

Lapozzon a lap tetejére