Дифракцийн үзэгдэл нь ямар ч долгион, тухайлбал цахилгаан соронзон долгион эсвэл усны гадаргуу дээрх долгионы шинж чанар юм. Энэ нийтлэлд дууны дифракцийн тухай өгүүлдэг. Энэ үзэгдлийн онцлогийг авч үзэж, түүний өдөр тутмын амьдрал, хүний хэрэглээнд илэрч буй жишээг өгсөн болно.
Дууны долгион
Дууны дифракцийг авч үзэхийн өмнө дууны долгион гэж юу болох талаар хэдэн үг хэлэх нь зүйтэй. Энэ нь аливаа материалыг хөдөлгөхгүйгээр энергийг шилжүүлэх физик процесс юм. Долгион гэдэг нь орчинд тархаж буй бодисын хэсгүүдийн гармоник чичиргээ юм. Жишээлбэл, агаарт эдгээр чичиргээ нь өндөр ба нам даралтын хэсгүүдийг бий болгоход хүргэдэг бол хатуу биед эдгээр нь аль хэдийн шахалтын болон суналтын хэсгүүд байдаг.
Дууны долгион нь орчинд тодорхой хурдтайгаар тархдаг бөгөөд энэ нь тухайн орчны шинж чанараас (температур, нягтрал болон бусад) хамаардаг. Агаарт 20 oC температурт дуу чимээ ойролцоогоор 340 м/с хурдтай тархдаг. Хүн 20 Гц-ээс 20 кГц хүртэлх давтамжийг сонсдог гэдгийг харгалзан үзэхэд үүнийг тодорхойлох боломжтой.харгалзах хязгаарлах долгионы урт. Үүнийг хийхийн тулд та томъёог ашиглаж болно:
v=fλ.
Энд f нь хэлбэлзлийн давтамж, λ нь долгионы урт, v нь хөдөлгөөний хурд юм. Дээрх тоонуудыг орлуулбал хүн 1.7 сантиметрээс 17 метр хүртэлх долгионы урттай долгионыг сонсдог болох нь харагдаж байна.
Долгионы дифракцийн тухай ойлголт
Дууны дифракци гэдэг нь долгионы фронт замдаа тунгалаг бус саадтай тулгарах үед нугалах үзэгдэл юм.
Дифракцийн өдөр тутмын гайхалтай жишээ бол: хоёр хүн орон сууцны өөр өрөөнд байгаа бөгөөд бие биенээ хардаггүй. Тэдний нэг нь нөгөөдөө ямар нэг юм хашгирах үед хоёр дахь нь түүний эх үүсвэр нь өрөөнүүдийг холбосон үүдэнд байгаа мэт чимээ сонсогддог.
Дууны дифракцийн хоёр төрөл байдаг:
- Хэмжээ нь долгионы уртаас бага саадыг тойрон гулзайлгах. Хүн нэлээд том долгионы урттай (17 метр хүртэл) дуу авианы долгионыг сонсдог тул ийм төрлийн дифракц нь өдөр тутмын амьдралд тохиолддог.
- Далгианы фронтын нарийхан нүхээр дамжин өнгөрөхөд гарсан өөрчлөлт. Хэрэв та хаалгыг бага зэрэг онгорхой орхивол бага зэрэг онгорхой хаалганы нарийхан завсраар гаднаас гарах аливаа чимээ өрөөг бүхэлд нь дүүргэдэг гэдгийг бүгд мэднэ.
Гэрлийн болон дууны дифракцын ялгаа
Бид долгионы шинж чанараас үл хамаарах ижил үзэгдлийн тухай ярьж байгаа тул дууны дифракцийн томъёо нь гэрлийнхтэй яг ижил байна. Жишээлбэл, хаалганы цоорхойгоор дамжин өнгөрөхдөө дифракцийнхтай адил хамгийн бага нөхцөлийг бичиж болно. Фраунхофер нарийхан завсар, өөрөөр хэлбэл:
sin(θ)=mλ/d, энд m=±1, 2, 3, …
Энд d нь хаалганы завсарын өргөн юм. Энэ томьёо нь өрөөний гаднах дуу чимээ сонсогдохгүй хэсгийг тодорхойлно.
Дууны болон гэрлийн дифракцийн ялгаа нь зөвхөн тоон шинж чанартай байдаг. Гэрлийн долгионы урт нь хэдэн зуун нанометр (400-700 нм) бөгөөд энэ нь хамгийн жижиг дууны долгионы уртаас 100,000 дахин бага юм. Долгион ба саадуудын хэмжээсүүд ойрхон байвал дифракцийн үзэгдэл хүчтэй илэрдэг. Ийм учраас дээр дурдсан жишээн дээр өөр өрөөнд байгаа хоёр хүн бие биенээ хардаггүй, харин сонсдог.
Богино ба урт долгионы дифракц
Өмнөх догол мөрөнд долгионы фронт тэгш байх нөхцөлд ангарлаар дууны дифракцийн томъёог өгсөн. Томъёоноос харахад d-ийн тогтмол утгад θ өнцөг нь бага байх тусам λ долгион нь завсарт унах болно. Өөрөөр хэлбэл, богино долгион нь урт долгионоос илүү муу дифракцтай байдаг. Энэ дүгнэлтийг батлах бодит жишээнүүд энд байна.
- Хүн хотын гудамжаар явж байгаад хөгжимчид тоглож байгаа газар ирэхэд эхлээд нам давтамж (басс) сонсдог. Тэр хөгжимчид рүү ойртох тусам илүү өндөр давтамжийг сонсож эхэлдэг.
- Ажиглагчаас холгүйхэн болсон аянгын цуваа хэдэн арван километрийн цаана байгаа ижилхэн эргэлдэж байснаас хамаагүй өндөр (эрчимтэй андуурч болохгүй) мэт санагдана.
Эдгээр жишээнд дурдсан нөлөөллийн тайлбар нь өндөр давтамжтай харьцуулахад дууны бага давтамжийн дифракц илүү их, шингээх чадвар багатай байдаг.
Хэт авианы байршил
Энэ нь тухайн бүс нутагт дүн шинжилгээ хийх эсвэл чиг баримжаа олгох арга юм. Аль ч тохиолдолд эх үүсвэрээс хэт авианы долгион (λ<1, 7 см) ялгаруулж, дараа нь судалж буй объектоос тусгаж, хүлээн авагчийн туссан долгионыг шинжлэх санаа юм. Энэ аргыг хүн хатуу материалын гэмтэлтэй бүтцийг шинжлэх, далайн гүний топографийг судлах болон бусад зарим газарт ашигладаг. Хэт авианы байршлыг ашиглан сарьсан багваахай болон далайн гахайнууд сансарт хөдөлдөг.
Дууны дифракци ба хэт авианы байршил нь хоорондоо холбоотой хоёр үзэгдэл юм. Долгионы урт богино байх тусмаа дифракц мууддаг. Түүнчлэн, хүлээн авсан ойсон дохионы нарийвчлал нь долгионы уртаас шууд хамаардаг. Дифракцийн үзэгдэл нь дифракцийн долгионы уртаас бага зайтай хоёр объектыг ялгах боломжийг олгодоггүй. Эдгээр шалтгааны улмаас энэ нь дууны эсвэл хэт авианы байршлаас илүүтэйгээр хэт авианы шинж чанартай байдаг.
