回折音は、開口部又は障害物の周囲音曲線と散乱する際に発生する現象です。それはすべての波に共通するものです。音波が開口部または障害物に到達すると、その平面の点がソースになり、他の回折されたものを放出します。
音は、正確には空気中、さらには水と固体の中を伝わる圧力波です。波でもある光とは異なり、音は真空を伝わることができません。これは、光の作用がまったく異なるためです-それは電磁波です。
図1.溝に入射して回折する平面波。ソース：pixabay
回折現象の鍵は、波長に対する障害物のサイズです。障害物が波長に匹敵する寸法を持っている場合、回折はより強くなります。
音では、波長はメートルのオーダーですが、光の波長は数百ナノメートルのオーダーです。音には人間のスケールがありますが、光には微生物のスケールがあります。
音と光の波長スケールのこの大きな違いは、会話している人を観察することなく、角を曲がったところの会話を聞くことができるという事実の背後にあります。
そして、それは光が直進している間、音が角を曲がるように曲がることができるということです。音波の伝播におけるこの曲率の現象は、正確には音の回折です。
音
音は、空気中を伝わり、可聴域に含まれる圧力波として理解されます。
若い聴覚障害者の耳の可聴範囲は20 Hz〜20,000 Hzで、この範囲は年齢とともに狭くなる傾向があります。
低音または周波数は20 Hz〜256 Hz、中音は256 Hz〜2000 Hz、高音は2 kHz〜20 kHzです。
大気圧1 atm、0ºCでの空気中の音速は331 m / sです。波長λの波の伝播速度vと周波数fの関係は次のとおりです。
v =λ⋅f
この関係から、波長には次の範囲があることがわかります。
-低音：16.5 m〜1.3 m。
-ミディアムトーン：130 cm〜17 cm。
-高音：17cm〜1.7cm。
音の回折の例
講堂の開かれた扉
講堂やコンサートホールは、一般に、音を吸収して反射を防ぐ壁のある閉じた空間です。
ただし、講堂のドアが開いていると、オーケストラが見えない場所にいても問題なくコンサートを聞くことができます。
ドアの真正面にいると、あらゆる音が聞こえます。ただし、横にすると低音は聞こえますが、高音は聞こえません。
低音は波長が長いため、ドアを囲んで背後で聞くことができます。それはすべて回折現象によるものです。
スピーカーボックスの後ろ
スピーカーまたはスピーカーは、広範囲の波長を放射します。スピーカーボックス自体は、背後に音の影を落とす障害物です。
このサウンドシャドウは、スピーカーの背後では聞こえない高周波数ではクリアですが、ユニットをひっくり返しているため、低音と中央の一部が聞こえます。
上記の実験は、音が壁やその他の物体で反射され、スピーカーボックスの後ろでもすべてのトーンが聞こえることを考慮する必要があるため、オープンスペースで最適に機能します。
通りのミュージシャンのバンド
通りで演奏しているミュージシャンのバンドが、アーティストが見えない交差点から聞こえます。
先に述べたように、光は直進しながら音の方向は曲がって角を横切ることができるからです。
ただし、この効果はすべての波長で同じというわけではありません。長波長のものは、短波長のものよりも回折または倍増します。
そのため、ミュージシャンが見えないトランスバーサルストリートでは、トランペットやバイオリンなどの高音がよく聞こえず、ドラムやバスドラムがはっきりと聞こえます。
図2.通りでの音の回折。出典：自作
さらに、長波長の低音は、短波長の高周波音よりも距離による減衰が小さくなります。
低周波を利用する動物
象は非常に低い周波数、非常に長い波長の超音波を発して、遠く離れた場所にいる仲間と通信します。クジラもそれを行うので、離れた場所でも良好なコミュニケーションが可能です。
音響回折の応用
聴覚領域の拡大
スピーカーのリスニングエリアを大きくするには、スピーカーの幅を、スピーカーが発する音の波長よりも小さくする必要があります。
音響回折を利用する特定のホーン設計があります。それは分散ホーンです。
ホーンの横隔膜が大きいほど、それがカバーする領域が増えると一般に考えられています。しかし、分散ホーンでは振動板が小さく、その形状が音の回折現象を利用して音を増幅させています。
ホーンの形状は、放出する波長よりも小さい長方形の口または出口ホーンのようなものです。
このタイプのスピーカーの正しい取り付けは、長方形の口の短辺を水平に、長辺を垂直にして行われます。このようにして、地面に平行な音の水平カバレッジと音の指向性のより広い幅が達成されます。
参考文献
- 物理学/音響学/音の伝播。回復元：es.wikibooks.org
- Construpedia。音の回折。回収元：construmatica.com
- 回折（音）。から回復：esacademic.com
- 物理教室。音波の回折。から回復：physicsclassroom.com
- ウィキペディア。回折（音）。wikipedia.comから復元