Fenomena difraksi adalah ciri mutlak semua gelombang, misalnya gelombang elektromagnetik atau gelombang di permukaan air. Artikel ini berbicara tentang difraksi suara. Fitur dari fenomena ini dipertimbangkan, contoh manifestasinya dalam kehidupan sehari-hari dan penggunaan manusia diberikan.
Gelombang suara
Sebelum mempertimbangkan difraksi suara, ada baiknya mengatakan beberapa patah kata tentang apa itu gelombang suara. Ini adalah proses fisik mentransfer energi dalam media material apa pun tanpa memindahkan materi. Gelombang adalah getaran harmonik partikel materi yang merambat dalam medium. Sebagai contoh, di udara, getaran ini menyebabkan munculnya area bertekanan tinggi dan rendah, sedangkan di benda padat, ini sudah menjadi area tegangan tekan dan tarik.
Gelombang suara merambat dalam suatu medium dengan kecepatan tertentu, yang bergantung pada sifat-sifat medium tersebut (suhu, massa jenis, dan lain-lain). Pada 20 oC di udara, suara merambat dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Mengingat bahwa seseorang mendengar frekuensi dari 20 Hz sampai 20 kHz, adalah mungkin untuk menentukanpanjang gelombang pembatas yang sesuai. Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan rumus:
v=fλ.
Di mana f adalah frekuensi osilasi, adalah panjang gelombangnya, dan v adalah kecepatan gerak. Substitusikan angka-angka di atas, ternyata seseorang mendengar gelombang dengan panjang gelombang dari 1,7 sentimeter hingga 17 meter.
Konsep difraksi gelombang
Difraksi suara adalah fenomena di mana muka gelombang menekuk ketika bertemu hambatan buram di sepanjang jalurnya.
Contoh difraksi sehari-hari yang mencolok adalah sebagai berikut: dua orang berada di ruangan yang berbeda di sebuah apartemen dan tidak saling melihat. Ketika salah satu dari mereka meneriakkan sesuatu kepada yang lain, yang kedua mendengar suara, seolah-olah sumbernya ada di ambang pintu yang menghubungkan kamar.
Ada dua jenis difraksi suara:
- Membengkokkan rintangan yang dimensinya lebih kecil dari panjang gelombang. Karena seseorang mendengar gelombang suara dengan panjang gelombang yang cukup besar (sampai 17 meter), jenis difraksi ini sering ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.
- Perubahan muka gelombang saat melewati lubang sempit. Semua orang tahu bahwa jika Anda membiarkan pintu sedikit terbuka, maka suara apa pun dari luar, yang menembus celah sempit dari pintu yang sedikit terbuka, memenuhi seluruh ruangan.
Perbedaan antara difraksi cahaya dan suara
Karena kita berbicara tentang fenomena yang sama, yang tidak bergantung pada sifat gelombang, rumus difraksi suara persis sama dengan cahaya. Misalnya, ketika melewati celah di pintu, seseorang dapat menulis kondisi minimum yang mirip dengan difraksi. Fraunhofer pada celah sempit, yaitu:
sin(θ)=mλ/d, dimana m=±1, 2, 3, …
Di sini d adalah lebar celah pintu. Rumus ini menentukan area di dalam ruangan di mana suara dari luar tidak akan terdengar.
Perbedaan antara suara dan difraksi cahaya murni kuantitatif. Faktanya adalah bahwa panjang gelombang cahaya adalah beberapa ratus nanometer (400-700 nm), yaitu 100.000 kali lebih kecil dari panjang gelombang suara terkecil. Fenomena difraksi sangat nyata jika dimensi gelombang dan hambatannya berdekatan. Untuk alasan ini, dalam contoh yang dijelaskan di atas, dua orang, berada di ruangan yang berbeda, tidak melihat satu sama lain, tetapi mendengar.
Difraksi gelombang pendek dan panjang
Pada paragraf sebelumnya, rumus difraksi suara oleh celah diberikan, asalkan muka gelombangnya datar. Dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa pada nilai konstanta d, sudut akan semakin kecil, semakin pendek gelombang akan jatuh pada celah. Dengan kata lain, gelombang pendek difraksi lebih buruk daripada gelombang panjang. Berikut adalah beberapa contoh kehidupan nyata untuk mendukung kesimpulan ini.
- Ketika seseorang berjalan di jalan kota dan datang ke tempat musisi bermain, ia pertama kali mendengar frekuensi rendah (bass). Saat dia mendekati para musisi, dia mulai mendengar frekuensi yang lebih tinggi.
- Gulungan guntur, yang terjadi tidak jauh dari pengamat, baginya tampaknya cukup tinggi (jangan bingung dengan intensitasnya) daripada gulungan yang sama beberapa puluh kilometer jauhnya.
Penjelasan untuk efek yang dicatat dalam contoh ini adalah kemampuan yang lebih besar dari suara frekuensi rendah untuk difraksi dan kemampuan mereka untuk diserap lebih kecil dibandingkan dengan frekuensi tinggi.
Lokasi ultrasonik
Ini adalah metode analisis atau orientasi di area tersebut. Dalam kedua kasus, idenya adalah untuk memancarkan gelombang ultrasonik (λ<1, 7 cm) dari sumbernya, kemudian memantulkannya dari objek yang diteliti dan menganalisis gelombang yang dipantulkan oleh penerima. Metode ini digunakan oleh manusia untuk menganalisis cacat struktur bahan padat, mempelajari topografi kedalaman laut, dan di beberapa daerah lainnya. Menggunakan lokasi ultrasonik, kelelawar dan lumba-lumba bernavigasi di luar angkasa.
Difraksi suara dan lokasi ultrasonik adalah dua fenomena yang terkait. Semakin pendek panjang gelombang, semakin buruk difraksi. Selain itu, resolusi sinyal pantul yang diterima tergantung langsung pada panjang gelombang. Fenomena difraksi tidak memungkinkan seseorang untuk membedakan antara dua objek, yang jaraknya kurang dari panjang gelombang difraksi. Untuk alasan ini, lokasi ultrasonik daripada sonik atau infrasonik yang digunakan.
