Помехи звук: Звуки помех, искажений и шумов скачать, слушать аудио онлайн

Содержание

Плохое качество звука или помехи при воспроизведении музыки или совершении вызовов при помощи Bluetooth-устройства

Проблема

Во время воспроизведения музыки или совершения вызовов при помощи подключенного к телефону Bluetooth-устройства звук воспроизводится с задержкой, слышно помехи или посторонние звуки. Однако качество звука во время воспроизведения музыки или совершения вызовов при помощи динамика телефона высокое.

Решение

  1. Переместитесь во избежание источников помех или отрегулируйте расстояние между телефоном и Bluetooth-устройством и повторите попытку.

    На работу Bluetooth может влиять большое расстояние между телефоном и Bluetooth-устройством (10 метров и более), источники беспроводных помех (например, микроволновая печь) или физические объекты.

  2. Убедитесь, что задняя панель телефона направлена в обратную от тела сторону и не закрыта посторонними предметами. Если держать телефон обеими руками или хранить телефон в кармане, Bluetooth-антенна на задней панели может быть заблокирована.
  3. Выключите Wi-Fi и мобильные точки доступа или подключитесь к сети Wi-Fi 5 ГГц (если поддерживается) и повторите попытку.

    Подключение Bluetooth работает на той же частоте, что и сети Wi-Fi 2,4 ГГц. Поэтому сеть Wi-Fi 2,4 ГГц может мешать приему Bluetooth-сигнала.

  4. Использование Bluetooth для передачи файлов влияет на качество воспроизведения аудио. Чтобы решить проблему, приостановите передачу файлов по Bluetooth.
  5. Закройте фоновые приложения, чтобы снизить нагрузку на процессор.
  6. Откройте Настройки, найдите опцию Сброс настроек сети и сбросьте сетевые настройки телефона. Примечание. Все данные о соединениях Wi-Fi и Bluetooth будут удалены.
  7. Попробуйте подключить Bluetooth-устройство к другим телефонам, чтобы выявить и устранить проблему.
    • Если проблема возникает на всех других телефонах, Bluetooth-устройство может быть неисправно.
    • Если с другими телефонами Bluetooth-устройство работает корректно, неисправен может быть телефон. В этом случае сделайте резервную копию личных данных и обратитесь в авторизованный сервисный центр Huawei.

удаление помех с аудиозаписей / Программное обеспечение

В понимании непосвященных пользователей редактирование звука означает конвертирование дисков в MP3 или FLAC, а также нарезку треков из образа диска с файлом разметки CUE. Самые продвинутые «профи» умеют даже делать рингтоны, вырезая из музыкальной композиции понравившийся фрагмент. Это, конечно, довольно востребованные действия, однако термин «обработка звука» хранит в себе совсем иной смысл.

Как можно изменить звук? Прежде всего, можно повлиять на частотные характеристики аудиосигнала. Частотная коррекция сродни фильтру резкости при обработке изображения — визуально объект делается четче и разборчивее, однако это не означает, что после редактирования добавились детали. При обработке частот звукового сигнала происходит примерно то же самое. Полагаю, все кто носил наушники с плеером, иногда испытывал необходимость «подкрутить эквалайзер», чтобы добавить бас или вытянуть высокие частоты. Но вот что интересно — сильно выпяченные высокие частоты увеличивали шум, который не украшал аудиотрека. Обратная процедура — подавление шума с помощью частотной коррекции — несет в себе другую проблему. Вместе с шумом исчезает определенный спектр вокала и музыки, что приводит к потере полезной информации.

Другой способ «изменения» звука — использование эффектов. На наш взгляд, подобный прием обработки звука оправдан только тогда, когда звукорежиссер работает над сведением аудиоматериала и имеет четкое представление о том, что он делает. Иногда даже фильтр искажения может заставить аудиофрагмент звучать естественно. Кроме этого, аудиофильтры часто помогают скрыть или завуалировать какие-то дефекты звуковой дорожки. Например, если в конце записанной партии инструмента слышен сторонний звук или эхо, это можно исправить, вырезав или приглушив проблемный участок и «погрузив» концовку в плавное эхо с эффектом затухания.

Есть и третий способ редактирования цифрового аудио. Именно на нем построен принцип обработки звука в большинстве современных аудиоредакторов. Для исходной записи создается волновая форма — диаграмма, по которой можно визуально проследить изменение амплитуды звука во времени. Если открыть любой аудиофайл в звуковом редакторе, например Sound Forge или Goldwave, можно увидеть, что именно такой вариант представления звука в программе выбран по умолчанию. Современные пакеты для редактирования звука позволяют вносить изменения в форму этой «синусоиды» — изменять форму пиков, сжимать или раздвигать их, удалять фрагменты и видоизменять характер кривой. Перед пользователем, который задался целью обработать звук, это открывает широкие возможности: в исходном аудиоматериале на волновой форме можно легко найти щелчки и помехи, а затем удалить их и т.д.

Шум — это одна из самых актуальных проблем, возникающих при обработке звука. Шум — это естественное явление. Он присутствует везде и во всем — на кухне журчит вода, льющаяся из-под крана, на улице шумят автомобили, в офисе гудят компьютеры и принтеры. Сопровождает шум и любую аудиозапись, будь то сообщение на автоответчике или музыкальные композиции с аудиодиска. Конечно, уровень шума во всех этих случаях различается однако, избавиться от него полностью невозможно. Природа шума бывает самая разная — от жужжания дрели до шелеста листьев, поэтому идеальный алгоритм, который бы очищал звук от шума, придумать невозможно. Кроме этого, аудиопомехи сродни пыли и царапинам на фотографии — артефакты можно «маскировать» под основной звук и делать менее заметными, а точнее неслышимыми, и можно удалить полностью.

Самый главный вопрос, который встает перед пользователями, — какой выбрать инструмент для борьбы с шумами?. Выбор инструмента для обработки звука зависит от финансовых предпочтений. Конечно, существуют профессиональные приложения, которые используют уникальные алгоритмы обработки звука и стоят тысячи долларов. Возможности специализированного ПО могут быть куда шире и не ограничиваться одним удалением шумов. Например, некоторые приложения могут удалять из звуковой дорожки определенные звуки, такие как случайный шум проезжающего автомобиля. Однако такой вариант могут себе позволить только крупные компании, скажем, киностудии, в распоряжении которых имеется достаточно солидный бюджет. Для пользователя со средним достатком довольно неплохой вариант — Sound Forge Pro или Adobe Audition. Ну, а как эконом-вариант можно предложить Audacity, только обязательно последней, пусть и бета-версии. Не стоит бояться тестового варианта редактора. На самом деле эта программа работает очень стабильно и не хуже официального релиза. Кроме того, в ней есть некоторые инструменты, которых явно недоставало в предыдущей версии.

⇡#Удаление шума в паузах между аудиотреками в Sound Forge Pro

Этот профессиональный пакет для обработки звука содержит два главных инструмента, с помощью которых можно «победить» шум. Первый называется Noise Gate. Представьте себе старенькую запись с аудиокассеты, где в паузах слышен резкий шипящий звук. Возможно, кто-то сочтет этот шум обязательным атрибутом музыки восьмидесятых и не захочет избавляться от него при оцифровке раритетных записей. Но если вы не находите в этом шуме никакой романтики, можно легко подавить его, причем, без вреда для основной композиции. Для этого используется фильтр, который убирает сигнал, если он опускается до некоторого порогового значения.

Откройте аудиофайл в Sound Forge Pro и выделите участок трека, который необходимо обработать. Теперь в меню программы выберите Effects и Noise Gate. Как и большинство других инструментов приложения, фильтр имеет несколько предустановок и возможность предварительного прослушивания результата с выбранными настройками.

⇡#Удаление фонового шума в Sound Forge Pro

Второй инструмент Sound Forge Pro для борьбы с шумами — модуль Noise Reduction, который можно вызвать из меню Tools. Присутствие шума обычно означает потерю исходной информации. Компьютер при устранении случайных помех должен каким-то образом восстановить эти данные. Однако, по большому счету, это невозможно, поскольку удаление частот, содержащих шум, приводит к потере оригинального звучания и возникновению булькающих артефактов.

Когда шум имеет случайную природу, его трудно описать математически. Другое дело — если этот шум вызван циклическими процессами, скажем, электромагнитными колебаниями. В этом случае можно предугадать, как следует откорректировать волновую форму, чтобы получить на выходе неискаженный сигнал. Для борьбы с такими «предсказуемыми» типами помех используется метод захвата фонового шума. Суть его сводится к тому, что программа записывает фрагмент "чистого" шума, а затем вычитает его из аудиозаписи. Такой фрагмент может быть очень коротким, продолжительностью менее секунды.

Sony Noise Reduction позволяет или автоматически выполнять захват шума, или делать это в ручном режиме. В режиме ручного подавления модуль генерирует картину частотного спектра и отмечает на нем контрольные точки, определяющие характер подавления шума. Те данные на графике, которые расположены над огибающей, будут оставлены без изменений. А к тем, которые расположены под ней, будет применено затухание. Соответственно, при ручном переносе контрольных точек вверх эффект подавления шумов будет сильнее, и наоборот.

Sony Noise Reduction может использовать один из четырех алгоритмов подавления помех, которые так и называются — Mode 0, Mode 1, Mode 2 и Mode 3.

По умолчанию используется режим Mode 2, который хорошо подходит для большинства случаев. Но разработчики рекомендуют всегда проверять, как программа справляется с удалением шума во всех возможных режимах, и выбирать наилучший результат.

  • Mode 0, как правило, подходит для устранения шумов с низким уровнем амплитуды. Однако при его использовании увеличивается вероятность появления искажающих артефактов;
  • Mode 1 похож на режим Mode 0, но при его использовании меньше шансов получить артефакты. С другой стороны, и шума он удаляет меньше;
  • Mode 3 — это наиболее щадящий режим подавления шумов, при котором вероятность возникновения дефектов звука сведена к минимуму.

⇡#Удаление щелчков с аудиозаписей в Sound Forge Pro

Обычно музыкальную запись, переведенную в цифровой вид с виниловой пластинки, сопровождают треск и щелчки. В этом случае недостаточно использовать профиль шума, поскольку треск пластинки непредсказуем. В Sound Forge Pro есть специальный инструмент для устранения наиболее часто встречающихся помех при оцифровке аудиозаписей. Для его вызова выполните команду «Tools → Audio Restoration».

Помимо выбора порогового значения шума и прочих параметров подавления фонового шума, этот инструмент также дает возможность настроить подавление щелчков. За это отвечает ползунок Click Removal Amount. По умолчанию его значение установлено посередине и для большинства записей подходит оптимально. Если переместить ползунок вправо, будет удалено больше щелчков, однако при этом программа может также случайно удалить элементы основной аудиозаписи, например звук барабана.

⇡#Удаление фонового шума в Audacity

Для удаления шума в бесплатном редакторе Audacity можно использовать те же приемы, что и в случае с Sound Forge. Например, подойдет модуль «Удаление шума», написанный Домиником Маццони, собственно, одним из авторов Audacity. Чтобы воспользоваться этим фильтром, нужно выделить несколько секунд для создания профиля шума, а затем выбрать команду «Эффекты → Удаление шума».

После этого нужно нажать на кнопку «Создать модель шума» и, выделив весь обрабатываемый аудиофрагмент, снова вызвать данный фильтр. Теперь в окне с настройками можно подобрать силу подавления шума (Noise reduction), настроить чувствительность фильтра, указать частоту сглаживания и время атаки, характеризирующее реакцию фильтра на появление шумов.

Иногда метод с профилем шума не срабатывает или же запись выполнена настолько плотно, что неоткуда взять этот профиль. В этом случае можно прибегнуть к такому трюку. Чтобы получить профиль, нужно просто сделать дополнительную запись в тех же условиях, в которых был записан редактируемый материал. Далее профиль можно брать из новой записи. К сожалению, воссоздать исходные условия можно далеко не всегда, поэтому этот прием подходит не для всех случаев.

⇡#Удаление противного писка в Audacity

Если хорошо знать инструменты звуковых редакторов, можно устранять помехи, используя средства звукового редактора комплексно, а не только одним фильтром «шумодава». Предположим, вы столкнулись с еще одной разновидностью шума — постоянным писком на определенной частоте. Такой тип помех может возникнуть, например, при сильных наводках радиоаппаратуры. В этом случае используется принцип вырезания полосы частот, которая содержит нежелательный шум.

Прежде всего, для этого нужно выполнить частотный анализ трека. Чтобы получить такой график в Audacity, выполните команду «Анализ → Построить график спектра».

Теперь внимательно изучите диаграмму — частотный шум на звуковой дорожке будет виден как выпирающий горбик. Подведите курсор к этому участку, чтобы узнать точную частоту этого пика. Запомните это значение. Теперь выделите весь трек и выберите в меню программы «Эффекты → Запрос Nyquist».

В появившемся окне напишите примерно такое выражение:

  • (vector (notch3 (aref s 0) 6230 50) (notch3 (aref s 1) 6230 50) ) для стереотрека,
  • (notch3 s 6230 50) — если у вас одна аудиодорожка.

Число 6230 — это частота, на которой слышны помехи. Цифра 50 — это параметр, с которым вам, возможно, придется поэкспериментировать, чтобы вырезаемая частота не делала слишком заметного провала в частотном спектре аудиозаписи. Убедиться в том, что шум удален, можно как по заново сгенерированному частотному спектру, так и просто на слух.

⇡#Заключение

Использование качественной аппаратуры — дорогих микрофонов, высококлассных усилителей и т.д. — несомненно, способствует уменьшению количества шумов. Но в тех случаях, когда невозможно повлиять на качество записи, стоит вспомнить о цифровой обработке звука. И даже если полностью избавиться от сторонних помех не удастся, во многих случаях запись станет приятнее для слуха. Поэтому если вы зададитесь целью восстановить старые записи с катушечного или кассетного магнитофона, обязательно пробуйте все возможные варианты для устранения шумов, ведь, как известно, совершенству нет предела.

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

SKAT-OVP16 RACK: фото, характеристики, сертификаты

Код товара: 2180

Сетевой фильтр 19", 1U, 6 выходов/3 канала, максимальная нагрузка — 16 А (3,5 кВА). Защита от импульсных перенапряжений до 6000 В, защита нагрузок от проникновения ВЧ помех и взаимного влияния по сети 220 В, защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок. Для систем речевого оповещения, телекоммуникационного оборудования, комплексов CCTV.

Гарантия: 5 лет

Особенности

Особенности SKAT-OVP16 RACK

  • защита от импульсных перенапряжений до 6000 В;
  • защита нагрузок от проникновения ВЧ помех;
  • защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок;
  • встроенная защита цепей ограничения напряжения от перегрева;
  • защита нагрузок от взаимного влияния по сети 220 В.
Характеристики

Технические характеристики SKAT-OVP16 RACK

1 Максимальная мощность, Вт 3500
2 Максимальный ток импульсной помехи
(волны 8/20 мкс), кА
10
3 Ослабление ВЧ помех, не менее, дБ 20
4 Напряжение питающей сети 220 В, частотой 50±1 Гц,
с пределами изменения от 187 до 242 В
5 Суммарная максимальная нагрузка по всем
выходам, А
16
6 Максимальная нагрузка по каждой паре
выходов, А
10
7 Количество  выходов, шт 6
 8 Длина сетевого кабеля, м  1,5
 9 Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более 483х281х45
10 Масса, кг, не более 3,9

Код товара: 2180

Сетевой фильтр 19", 1U, 6 выходов/3 канала, максимальная нагрузка — 16 А (3,5 кВА). Защита от импульсных перенапряжений до 6000 В, защита нагрузок от проникновения ВЧ помех и взаимного влияния по сети 220 В, защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок. Для систем речевого оповещения, телекоммуникационного оборудования, комплексов CCTV.

Гарантия: 5 лет

Все наверняка слышали невнятные объявления по громкой связи на вокзале. Качество звукового оповещения зависит не только от класса используемого оборудования (микрофоны, усилители, громкоговорители). Нестабильное напряжение и шумовой фон значительно понижают качество абсолютно всего, что вы слышите. Шум внутри системы оповещения может возникнуть по многим причинам, включая работу различного оборудования, ламп дневного света и т. д. Возможности современного дорогостоящего оборудования систем оповещения значительно превышают то, что вы получаете, включая её в обычную розетку. Получение качественного звука на цифровом оборудовании невозможно без использования специальных сетевых фильтров. Сетевой фильтр необходим, чтобы получить по-настоящему чистый звук, устранить всяческие помехи и защитить ваше оборудование от импульсных перенапряжений.

Защита оборудования от импульсных перенапряжений — ещё более важная задача. Импульсные перенапряжения в сети появляются при разрядах молнии, при авариях на линиях электропередач. При этом на нагрузку подаётся повышенное напряжение, которое может вывести её из строя. SKAT-OVP16 надёжно защитит нагрузку от таких аварий.

Особенности SKAT-OVP16 RACK

  • защита от импульсных перенапряжений до 6000 В;
  • защита нагрузок от проникновения ВЧ помех;
  • защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок;
  • встроенная защита цепей ограничения напряжения от перегрева;
  • защита нагрузок от взаимного влияния по сети 220 В.

Технические характеристики SKAT-OVP16 RACK

1 Максимальная мощность, Вт 3500
2 Максимальный ток импульсной помехи
(волны 8/20 мкс), кА
10
3 Ослабление ВЧ помех, не менее, дБ 20
4 Напряжение питающей сети 220 В, частотой 50±1 Гц,
с пределами изменения от 187 до 242 В
5 Суммарная максимальная нагрузка по всем
выходам, А
16
6 Максимальная нагрузка по каждой паре
выходов, А
10
7 Количество  выходов, шт 6
 8 Длина сетевого кабеля, м  1,5
 9 Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более 483х281х45
10 Масса, кг, не более 3,9

Сетевой фильтр 19", 1U, 6 выходов/3 канала, максимальная нагрузка — 16 А (3,5 кВА). Защита от импульсных перенапряжений до 6000 В, защита нагрузок от проникновения ВЧ помех и взаимного влияния по сети 220 В, защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок. Для систем речевого оповещения, телекоммуникационного оборудования, комплексов CCTV.

Гарантия: 5 лет

Код товара: 2180

Цена с НДС

39 320

Все наверняка слышали невнятные объявления по громкой связи на вокзале. Качество звукового оповещения зависит не только от класса используемого оборудования (микрофоны, усилители, громкоговорители). Нестабильное напряжение и шумовой фон значительно понижают качество абсолютно всего, что вы слышите. Шум внутри системы оповещения может возникнуть по многим причинам, включая работу различного оборудования, ламп дневного света и т. д. Возможности современного дорогостоящего оборудования систем оповещения значительно превышают то, что вы получаете, включая её в обычную розетку. Получение качественного звука на цифровом оборудовании невозможно без использования специальных сетевых фильтров. Сетевой фильтр необходим, чтобы получить по-настоящему чистый звук, устранить всяческие помехи и защитить ваше оборудование от импульсных перенапряжений.

Защита оборудования от импульсных перенапряжений — ещё более важная задача. Импульсные перенапряжения в сети появляются при разрядах молнии, при авариях на линиях электропередач. При этом на нагрузку подаётся повышенное напряжение, которое может вывести её из строя. SKAT-OVP16 надёжно защитит нагрузку от таких аварий.

Особенности SKAT-OVP16 RACK

  • защита от импульсных перенапряжений до 6000 В;
  • защита нагрузок от проникновения ВЧ помех;
  • защита сети 220 В от проникновения ВЧ помех от нагрузок;
  • встроенная защита цепей ограничения напряжения от перегрева;
  • защита нагрузок от взаимного влияния по сети 220 В.

Технические характеристики SKAT-OVP16 RACK

1 Максимальная мощность, Вт 3500
2 Максимальный ток импульсной помехи
(волны 8/20 мкс), кА
10
3 Ослабление ВЧ помех, не менее, дБ 20
4 Напряжение питающей сети 220 В, частотой 50±1 Гц,
с пределами изменения от 187 до 242 В
5 Суммарная максимальная нагрузка по всем
выходам, А
16
6 Максимальная нагрузка по каждой паре
выходов, А
10
7 Количество  выходов, шт 6
 8 Длина сетевого кабеля, м  1,5
 9 Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более 483х281х45
10 Масса, кг, не более 3,9

Почему плохо показывает цифровое телевидение, и как это исправить

Что делать, если цифровое телевидение, которое еще недавно показывало как надо, вдруг стало работать с помехами? Изображение на экране телевизора распадается на кубики, раздваивается или зависает. А звук заикается, исчезает или, наоборот, работает, в то время как экран становится черным. 

Плохо показывать может один канал или весь список. Причины могут быть разными: от погодных условий до неисправностей на линии. Но не спешите вызывать мастера — иногда решить проблему можно самостоятельно. Только сначала надо понять причину помех.

Не связаны с телевизором и оборудованием в квартире.

Погода — одна из причин, почему плохо показывает цифровое тв. Во время ливней и снегопадов сигнал, идущий от спутника или с ближайшей телевышки, ослабевает, потому что встречает на своем пути препятствия в виде капель воды или кристаллов льда. В результате изображение зависает, раздваивается, а звук не успевает за видеорядом.

Следующий фактор — аварии на телестанции или профилактические работы на линии. В таких ситуациях происходит плановое или аварийное отключение передающего цифровой сигнал оборудования. Поэтому ваш телевизор не показывает каналы или показывает, но с перерывами.

Как проверить, что причина помех — внешние факторы

Если картинка на экране или звук зависают, поговорите с соседями, которые тоже пользуются цифровым телевидением, и узнайте, как все работает у них. Если у всех жильцов проблемы с телеканалами, то причины плохого сигнала цифрового телевидения кроются во внешних факторах.

Зайдите на сайт РТРС и проверьте, есть ли в вашем регионе плановые мероприятия, профилактические работы или аварии на телестанции. Если вы нашли об этом информацию на сайте, то, скорее всего, там будет указано, когда перерывы в передаче сигнала прекратятся, и все снова заработает.

Если погода за окном улучшилась, а помехи прошли, значит причиной сбоев было ненастье.

Что делать, чтобы исправить ситуацию

Чтобы как можно меньше зависеть от погодных условий, приобретите усилитель сигнала. Тогда даже в облачную или дождливую погоду вы будете смотреть телевизор без помех.

К внутренним причинам относятся неправильная настройка оборудования в квартире, поломка кабелей, антенны, неисправность ТВ-приставки или телевизора.

Проблемы с антенной

Неправильно подобранная или установленная антенна — одна из частых причин плохой трансляции телеканалов. Если вы пользуетесь антенной, которая шла в комплекте к телевизору, то она может быть слабой для обеспечения нормального приема телесигнала. Тогда лучше заменить ее на более мощную комнатную или на наружную, которая устанавливается на козырек дома.

Также стоит проверить направление антенны. Она должна «смотреть» в сторону телевышки. Чтобы узнать, в какую сторону направлять антенну, достаточно зайти на сайт интерактивной карты эфирного телевещания. В поисковой строке набрать свой адрес проживания, щелкнуть на свой дом на карте и посмотреть на стрелку компаса. Эта стрелка будет указывать в сторону ближайшей телевышки. Направляйте антенну согласно компасу.

Также убедитесь, что антенну не заслоняют крупные предметы. Перенесите ее в другое место, если перед ней есть препятствия. Старайтесь разместить ее подальше от других электрических приборов, которые тоже могут вызвать помехи.

Проблемы с кабелем

Проверьте состояние всех кабелей и шнуров, штекеров и разъемов. Все должно быть целым, без скруток и повреждений. Старайтесь не пользоваться двойниками или  тройниками, которые ухудшают качество передачи.

Проблемы с приставкой

Если цифровое телевидение работает через ТВ-приставку, то каналы могут пропадать из-за ее сбившихся настроек. Тогда на корпусе зажжется красный индикатор. Проверьте приставку, и, если нужно, перенастройте согласно документации.

ТВ-приставка — это, по сути, маленький компьютер, который работает через собственное программное обеспечение. Если программное обеспечение устарело, то часть каналов может пропасть. Зайдите на сайт производителя и обновите программное обеспечение согласно инструкции.

Также не стоит забывать, что приставка может просто сломаться. Она не реагирует на пульт и нажатие кнопок, на ней не зажигаются индикаторы. Тогда обратитесь в ремонтную мастерскую или сервисный центр.

Проблемы с телевизором

Неполадки могут произойти и с самим телевизором. Возможно, телевизор нужно перепрошить — обновить программное обеспечение или перенастроить все каналы заново. Если это не сработало, то обратитесь в сервисный центр за ремонтом или диагностикой.

При подключении цифрового телевидения Дом.ru, техник проследит, чтобы все настройки были установлены правильно, провода подключены как надо, а оборудование установлено в нужном месте. 

А если вдруг возникнут сбои, то круглосуточная техническая поддержка примет ваше обращение даже в праздники, а специалисты быстро устранят причину сбоев.

Как подключить саундбар к телевизору LG — журнал LG MAGAZINE Россия

Телевизоры LG могут похвастаться отличным изображением и звуком благодаря реализации в них современных технологий. Тем не менее многие владельцы телевизоров, особенно с OLED-экранами приобретают дополнительное акустическое оборудование, при помощи которого можно добиться дома объемного звука, сравнимого по качеству со звуком в кинотеатре. Это могут быть домашние кинотеатры или их более демократичные аналоги – саундбары (мощные, но достаточно компактные моноколонки с несколькими динамиками). 

Плюсы саундбара

  • Более качественный звук телевизора и других подключенных к нему внешних устройств. 
  • Возможность проигрывания аудио- и видеоконтента различных форматов через внешние накопители. 
  • Возможность поддержки  мобильных устройств через Bluetooth. 
  • Компактные размеры (в сравнении с домашним кинотеатром) при сопоставимой мощности и качестве звучания.
  • Интуитивно понятное управление (при помощи пульта или в отдельных современных моделях голосовыми командами). 

Какой саундбар подобрать к телевизору LG?

Главный параметр саундбара, на который стоит обращать внимание при выборе, это его мощность. Ее важно соотносить с габаритами помещения, в которой находится ваш телевизор LG и куда вы планируете установку и подключение саундбара. Если комната довольно просторная (более 55 квадратных метров), то нужно искать саундбара мощностью 200 Вт. В комнату 30-40 квадратных метров можно установить саундбар мощностью 100-150 Вт. В небольшое помещение (до 20 квадратных метров) подойдет звуковая панель 60 Вт. 

Важно: чтобы насладиться всеми нюансами звука, не рекомендуется делать громкость саундбара выше 70% от полной мощности. Так что стоит выбирать такую модель, которая сможет обеспечить такой уровень звука. 

Как установить саундбар?

Перед тем, как подключать саундбар к телевизору, нужно правильно установить панель, иначе добиться объемного звука высокого качества не получится. Сделать это очень просто. Все зависит от расположения вашего телевизора LG. Если он находится на специальной тумбе или стойке, то размещать саундбар нужно непосредственно перед ним, предварительно убедившись, что панель не будет загораживать экран телевизора и не создаст помех для управления телевизором при помощи пульта ДУ. 

Некоторые модели саундбаров можно закрепить прямо на стойке телевизора. Если вы размещаете панель внутри тумбы / стойки, то необходимо проследить, чтобы она была максимально сильно выдвинута вперед и боковые и задняя стенки не создавали помехи звуку. Также само собой разумеется, что перед саундбаром не должно находиться никаких посторонних предметов или препятствий, таких, как стенки или дверцы тумбы. 

Важно: если приобретенная вами модель саундбара поддерживает опцию Dolby Atmos или DTS:X, при которой звук отражается от потолка, от расположения внутри тумбы придется отказаться. 

В том случае, если ваш телевизор LG расположен на стене, то оптимально разместить саундбар прямо под ним. Большинство разновидностей современных настенных крепежных систем под телевизоры предполагают подобное размещение и обладают дополнительными креплениями под медиа-панель. 

После того, как вы разместили саундбар, время приступать к подключению панели к телевизору LG и настройке всех необходимых параметров. 

Подключение саундбара к телевизору LG: пошаговая инструкция

Саундбары делятся на две категории по способу подключения к телевизору: активные и пассивные. 

Активный саундбар – это по сути независимая аудиосистема, которую можно подключить к телевизору напрямую. 

Пассивный саундбар можно подключить к телевизору исключительно при помощи AV-ресивера. 

Cамый распространенный способ подключения саундбаров к телевизорам – при помощи HDMI-интерфейса. В редких случаях для этой цели используются RCA или аналоговые разъемы. Аналоговые разъемы (тюльпаны) не смогут обеспечить высокое качество звучания, так что прибегать к этому способу следует только в самых крайних случаях. Также нежелательно подключать сандбар к телевизору при помощи разъема для наушников (кабелем miniJack-2RCA). 

Самый важный плюс способа с HDMI  в том, что в этом случае активна опция возвратного звукового канала (ARC). Это значит, что саундбар включается одновременно с вашим телевизором LG, а уровень звука на обоих устройствах возможно регулировать при помощи одного пульта дистанционного управления. 

После подключения саундбара выставьте нужные параметры. Для этого нужно:

1. При помощи пульта дистанционного управления зайти в меню «Настройки».

2. Выбрать раздел «аудио» и в нем установить пункт «Цифровой аудиовыход» в режим «авто». В некоторых моделях телевизоров LG также понадобится включить опцию Simplink. 

Также хорошо зарекомендовал себя способ подключения саундбара к телевизору LG при помощи оптического кабеля. При этом качество звука также оптимально, а также на него не влияют электромагнитное излучение, которое может создавать помехи в передаче звука. Подключение осуществляется при помощи разъемов, помеченных Optical Out (на некоторых моделях Digital Out) на телевизоре и Optical In (Digital In) на саундбаре. 

Еще один способ подключения активного саундбара – беспроводной. Этот способ подойдет обладалелям телевизоров LG современных моделей с функцией Smart TV. Чтобы подключить саундбар к телевизору через Bluetooth, убедитесь, что модель вашего телевизора поддерживает функцию LG Soundsync. Cделать это можно в разделе «Настроек» «Звук». Включите данную опцию, после чего на экране вашего телевизора LG появится список устройств, доступных для синхронизации. Выберите среди них ваш саундбар и установите соединение, следуя инструкциям на экране телевизора. 

Важно: Иногда может понадобиться ввести пароль после подключения саундбара к телевизору. По умолчанию это 0000 или 1111.

Что делать, если у телевизора нет звука, плохой звук или слышны негромкие шумы (щелчки, треск, помехи)?

Слышны странные шумы

Если ваш телевизор находится в режиме ожидания или работает при отключенном звуке, время от времени могут быть слышны странные шумы (щелчки, треск).

Эти шумы являются результатом простого механического сжатия и расширения некоторых деталей внутри вашего телевизора. Такие шумы можно услышать во время работы телевизора, до часа после его выключения или при включении телевизора из холодного состояния. Также щелчки могут наблюдаться при выполнении фоновых служебных операций телевизором (проверка обновлений каналов, ПО), когда телевизор находится в дежурном режиме.
Пожалуйста, имейте в виду, что такие явления являются нормальными и не требуют никакого устранения со стороны Sony.

 

Нет звука совсем или плохой звук

 

Если нет никакого звука или  качество звука неудовлетворительное, пожалуйста, воспользуйтесь приведенными ниже шагами для поиска и устранения неисправности. Каждый из этих шагов в отдельности может стать решением проблемы.

 

Проверьте встроенные динамики (внутренние динамики телевизора)

1. Чтобы определить, связана ли проблема с внутренними динамиками телевизора, а не с внешней аудиосистемой, пожалуйста, отсоедините кабель HDMI от всех аудио устройств.

2. Нажмите кнопку Volume+ (повышение уровня громкости) на пульте дистанционного управления BRAVIA для увеличения уровня громкости. Если громкость пультом не меняется, воспользуйтесь статьёй Кажется, мой пульт дистанционного управления не работает

3. Нажмите кнопку MUTE на пульте дистанционного управления, чтобы проверить, не был ли звук случайно отключен. Если звука все еще нет, нажмите кнопку MUTE еще раз, чтобы вернуться в предыдущее состояние.

4. Если звук все еще не такой, как нужно, сбросьте все настройки звука, нажав Home >  Settings (Установки) > Sound (Звук) > Reset (Сброс), и введите необходимые настройки звука.

5. В настройках [Sound] (звук) убедитесь, что для параметра [Speakers] (Динамики) установлено [TV Speakers] (Динамики ТВ). Если же установлено [Audio System] (аудиосистема), звук не будет воспроизводиться динамиками телевизора, независимо от настройки на нем уровня громкости.

Проверьте внешнюю акустику (аудиотумба / саундбар / система домашнего кинотеатра)

1. Если используются внешние акустические системы и соединение HDMI, обязательно используйте высокоскоростной (High Speed) кабель HDMI.

  • Если не используется никакой ресивер телевещания: Убедитесь, что аудиосистема подключена к разъему HDMI на телевизоре, который имеет обозначение HDMI ARC (Audio Return Channel - канал возврата звука).
  • Если используется ресивер телевещания: Обязательно подключайте внешнюю аудиосистему к ресиверу, а не напрямую к телевизору!

2. Если к телевизору подключена внешняя система, звука не будет, пока в меню телевизора не будут выбраны следующие настройки: На пульте дистанционного управления телевизора нажмите кнопку Options или Action Menu > переместитесь вниз на пункт Speakers (динамики) > Audio System (Аудиосистема).

Проверьте кабели и подключение внешних устройств

1. Убедитесь, что все кабели подключены правильно. При необходимости отсоедините их и снова подсоедините.

2. Один из кабелей может быть неисправен. Следовательно, если возможно, замените кабели другими кабелями того же типа.

3. Если используется внешнее устройство, проверьте работу с другим похожим устройством.

Убедитесь, что установлена новейшая версия прошивки на телевизоре и всех аудиоустройствах

Если установлена устаревшая версия программного обеспечения, некоторые или все каналы могут иметь искажения. Проверьте версию своего программного обеспечения и обновите его, если потребуется.

Автоматическое обновление программного обеспечения телевизора

Как обновить прошивку/программное обеспечение на моем телевизоре Sony с операционной системой Android?

Обновление программного обеспечения телевизора вручную

Как обновить прошивку/программное обеспечение на моем телевизоре Sony с операционной системой Android?

 

Сбросьте настройки телевизора

В качестве последнего средства сбросьте настройки телевизора на заводские значения.

ВАЖНО: Ваши персональные настройки, настроенные телевизионные каналы и службы будут удалены, после чего их потребуется восстановить.
 

Как восстановить оригинальные заводские настройки телевизора

Как мне сбросить параметры своего телевизора Sony с операционной системой Android на заводские настройки по умолчанию?

Решение все еще не найдено? Свяжитесь с нами.

Как убрать шум в наушниках на компьютере (ПК)

Рассмотрим простые способы, как убрать шум в наушниках на ПК, под Windows или MAC, на ноутбуке или стационарном компьютере. Причины фонового шума, шипения, писка и помех могут быть как в наушниках, так и в устройстве к которому они подключаются. Конечно же, в первую очередь проверяем наушники на другом телефоне, плеере, ПК и другие наушники на «подозрительном» источнике.

Довольно распространенная причина шума в наушниках на ПК – это старая встроенная звуковая карта, старое расшатанное гнездо и плохая изоляция контактов.

1. Перед подключением к ПК — проверяем повреждение кабеля и штекера наушников

Если при подключении к ПК в наушниках появляется шум, в первую очередь стоит проверить кабель и штекер самих наушников. Это самая распространённая причина шума в наушниках.

  • Переключите звук на колонки или подключите другие наушники в тот же разъём. Если шума нет то проблема точно в наушниках.
  • Проверяем кабель наушников. Подключаем наушники к другому источнику, например к телефону. Шум должен остаться
  • Методом «тыка» проверяем, на каком отрезке кабеля проблема. Чаще всего – около штекера или корпусов наушников. Аккуратно гнём кабель в разных местах и слушаем, когда шум станет сильнее, или пропадёт звук.

Если, конечно, сразу видно, где кабель был переехан креслом или прогрызен котом, искать другие повреждения не обязательно. 😉 Хотя, это не значит, что их нет.

 

Более подробно о ремонте кабеля и штекера можно почитать в наших специализированных и подробных статьях. Но проще всего отнести наушники в сервисный центр. Или купить новые, если наушники недорогие, так как ремонт может обойтись дороже.

⭐ Цены на лучшие беспроводные наушники в 2021 году: 

2. Пробуем устранить поломку в наушниках

Помехи в наушниках при подключении к ПК могут быть вызваны их поломкой. Если вы в предыдущем пункте поняли, что проблема не в источнике (ПК), а в наушниках, но кабель в порядке, значит повредилось что-то ещё (спасибо, кэп ©). Роняли ли вы наушники в последнее время? Может быть есть видимые повреждения: трещины, развалившиеся швы и так далее.

На данном этапе 2 пути:

  • Разобрать наушники, найти повреждение и попытаться его устранить.
  • Или отнести в сервисный центр или просто на ремонт профессионалу.

 

Если отошёл проводок в чаше от динамика, можно перепаять и самому, но более хитрые поломки лучше доверить профи. Если наушники на гарантии, естественно, любой самостоятельный ремонт не рекомендован.

Я серьезно, разобрать наушники довольно просто, но починить и собрать в 10 раз сложнее =) . Если вы без опыта, то скорее всего вы их просто сломаете. Отдайте в сервис, не рискуйте.

⭐ Цены на лучшие беспроводные TWS наушники в 2021 году: 

3. Исправляем треск в наушниках из-за неисправного разъёма на ПК

Вы проверили наушники на другом источнике и поняли, что проблема не в них: при подключении к компьютеру они гудят, а к телефону – шума нет. Тогда начинаем проверять возможные неисправности в ПК. Начнём с самой простой и очевидной – сломанный разъём.

Подключаем наушники в другой разъём. Обычно их, как минимум, 2: на задней панели корпуса и на передней. Если наушники шумят в обоих случаях, переходим к следующему пункту. Если в другом работает, проще всего его и использовать. Ремонт может быть непростым.

 

Почему мог сломаться разъём? Вариантов несколько: «расшатался», плохая «китайская» пайка контактов (кольцевое заземление, просто отвалился какой-то контакт, оголился и тому подобное), механические повреждения (кто-то сильно дёрнул провод в этом разъёме), плохое внутреннее экранирование проводов к этому разъёму и не только. Бывает и так, что штекер входит в разъём не целиком, но это легко заметить.

4. Исправляем некорректную работу драйверов и ПО

Шумы в наушниках (на Windows 10 или более ранних версиях) могут быть вызваны некорректной работой программ и\или драйверов. Во-первых, стоит разобраться, наушники шипят только в какой-то конкретной ситуации (при прослушивании музыки через конкретный плеер, например) или всё время. Если только в одной программе, естественно, проверяем настройки этого приложения, можно обратиться в службу поддержки.

Если помехи в наушниках есть во время работы любой программы на компьютере, стоит проверить работу драйверов для звука. Панель управления – диспетчер устройств (в Windows 10 просто набираем в строке поиска), находим свою звуковую карту.

Если напротив неё есть восклицательный знак, то обновляем драйверы. Правый клик на строчке – контекстное меню. Если автоматическое обновление не помогает, заходим на сайт производителя своей аудио-карты (например, Realtek), скачиваем нужные и обновляем принудительно. Перед этим стоит удалить все имеющиеся драйверы для звука и вообще можно удалить устройство в диспетчере.

Обновить драйверы можно и тогда, когда тот самый восклицательный знак отсутствует. Иногда помогает. Кроме того, обновить драйверы можно с помощью специального ПО, которое анализирует систему и при необходимости может скачать нужные драйверы. Например, IObit Driver Booster.

Посторонний шум в наушниках на ноутбуке может быть вызван режимом энергосбережения. Если он включён, звуковой карте в те или иные моменты может банально не хватать энергии, будет некорректно работать встроенный усилитель и так далее.

Изменение режима энергосбережения

Панель управления – Система и безопасность – Электропитание. Выбираем «Высокая производительность», перезагружаем компьютер (на всякий случай, не обязательно) и слушаем, пропал ли треск. Если не пропал, возвращаем сбалансированный. Экономим. 😛

В плане настроек ПО есть ещё вариант – обновление BIOS. Иногда шипение в наушниках на ПК возникает именно от BIOS и особенностей работы конкретной версии оболочки.

5. Настраиваем разъёмы правильно

Треск в наушниках может быть из-за одного из неиспользуемых разъёмов на аудио-карте и\или из-за микрофона. Проверяем, постепенно отключая все разъёмы. Это можно сделать в настройках ПО для звуковой карты или в стандартных настройках звука.

В первом случае открываем приложение для звуковой карты и находим вкладку, где перечислены все разъёмы (Line-In, CD, Mic и другие). В зависимости от ПО их можно отключить или отрегулировать звук. Советую отключать постепенно, слушая изменения, чтобы понять, какой конкретно разъём фонит.

Во втором случае открываем настройки звука, как было описано выше (например, в Windows 10: правой кнопкой по значку динамика у часов, «открыть параметры звука», дальше в правом углу «панель управления звуком»). Открываем вкладку «Уровни» и отключаем всё, кроме основного (верхнего).

Настройка уровней звука

В старых материнских платах бывала проблема шума в наушниках от работы встроенной «пищалки». В параметрах – это «PC Beep». В современных платах таких проблем обычно нет. Но стоит обратить внимание на этот параметр. Отключить его также можно консольной командой «net stop beep». В поиске набираем «cmd» или «командная строка» и вводим данную команду. Слушаем, есть ли разница.

Кроме того рекомендуем выключить все программные «улучшения» и обработку звука. В специальных приложениях (фирменное ПО от наушников, например), программах от звуковой карты и в стандартных настройках (в том же окне, на вкладке «Улучшения» и других похожих, например, «DTS»).

Шум может быть и от микрофона. Так же открываем в звуковых устройствах свойства своего микрофона. Сначала можно попробовать включить подавление шума во вкладке «Улучшения». Если это не помогает, выключаем звук микрофона на вкладке «Уровни».

Включаем подавление шума

6. Находим наводки от подключённых устройств

Наушники на компьютере могут фонить от подключённых устройств – USB и не только. Просто отключаем все устройства (лучше по очереди) и слушаем, пропал ли треск. В первую очередь, конечно, отключаем USB-девайсы. Но наводки могут быть и от колонок, мышки и прочего, поэтому проверить нужно всё.

Стоит также проверить, есть ли шум в колонках, и не пропадёт ли он при различных регулировках звука (отдельно на колонках и в системе). А если громкость можно менять и на самих наушниках, пробуем выставить в системе максимальную громкость, а в наушниках убавить до удобной.

7. Находим части компьютера которые фонят

Такое тоже может быть: треск в наушниках от составляющих ПК. Поочерёдно отключаем всё, что можно отключить, чтобы компьютер при этом работал. Начинаем с DVD-приводов (и тому подобных), жёстких дисков (кроме системного). Можно отключить видео-карту, если в процессоре есть видео-чип (переключаем обработку видео на него и проверяем). Либо запускаем какой-то звук и слушаем при выключенной «картинке».

Это может быть также связано с плохими контактами, заземлением и многими другими причинами. Если внутри корпуса около плат «висят» провода, пробуем отодвинуть их. Возможно, фонят они из-за «китайской» изоляции.

 

8. Исправляем треск в наушниках от неправильного заземления

Если всё вышеописанное не помогло, и наушники при подключении к компьютеру всё ещё гудят, пришло время проверить заземление. Особенно это актуально, если вы «слышите», как перемещается курсор мышки и прочие рабочие процессы в ПК.

Самый простой, хоть и странный, способ – кинуть кабель от компьютера к батарее. Да да, к отопительной. Прелесть батарей в том, что они заземлены. Берём медный кабель небольшого сечения, оголяем контакты с двух сторон, прислоняем одну сторону к корпусу (лучше, к задней стенке, к решётке вентилятора), другую – к батарее.

 

Желательно найти неокрашенный сегмент и использовать именно его. Чаще всего такие места бывают сзади.

Если после такой операции шумы пропали, у вас впереди много интересных часов. Проблема с заземлением может быть в розетке или в самом компьютере. И неясно, что хуже. Сначала пробуем подключить ПК к другой розетке (лучше все вилки, которые имеют отношение к компьютеру, «переткнуть», например, от монитора, колонок). Если всё пропало, оставляем так и заземляем розетку. Эту работу стоит предоставить профессионалу. Есть вероятность, что придётся работать с большой частью проводки в квартире.

Если проблема с заземлением не в розетке, ищем её в компьютере. Изолируем, чистим, контакты, ищем утечки. Однозначного порядка действий тут нет, лучше обратиться к знающим людям. Кроме того – самый неприятный случай – когда проблема с заземлением есть во всех розетках. В старых домах такое можно встретить. Это можно понять, например, подключив свой компьютер к сети у друга (лучше, в другом доме).

Трюк с проводом и батареей – это не решение проблемы, а проверка. Нельзя оставлять такое заземление надолго. Иначе могут появиться, например, проблемы с соседями, которых ударит током при выполнении похожей операции. 😀

Заземляем компьютер с помощью батареи – видео:

9. Определяем и исправляем поломку звуковой карты

Если всё вышеописанное не решило проблему шума в наушниках, скорее всего, сломана звуковая карта. Если она дискретная (или внешняя), то стоит отключить её (вытащить физически) и подключить наушники к встроенному аудио-чипу. Тут, возможно, потребуется драйверы, если они не установлены.

Собственно, это всё можно (и нужно) было провести и в предыдущих пунктах 1.6 и 1.7. 😉

А вот если звуковая встроенная, то стоит приобрести хотя бы недорогую внешнюю или дискретную. Скорее всего, это решит все проблемы. В крайнем случае – обращаемся к профессионалу по ремонту компьютеров.


Помехи со звуком

Если вы ударите камертон и поверните его рядом с ухом, вы заметите, что звук чередуется между громкий и мягкий когда вы поворачиваетесь по углам, где интерференция является конструктивной и деструктивной. Визуализировать это на диаграмме сложно из-за большой разницы в масштабе между камертоном и длинами волн производимого звука. Камертон для создания равномерного умеренного среднего C (C 4 , 261.6 Гц) будет иметь размер несколько сантиметров, но длина волны звука при комнатной температуре будет около 1,3 м или более четырех футов.

Это попытка качественно визуализировать интерференцию от бинарного источника, используя фотографию интерференционной картины в резервуаре пульсации с двойным вибратором. Эта фотография наложена на набросок камертона в надежде, что это может дать некоторое представление о природе интерференции волн от двойного источника.Но масштаб здесь совершенно другой: расстояние между двумя источниками волн пульсационного резервуара составляет несколько длин волн, тогда как расстояние между двумя зубцами С-образной вилки составляет примерно 1/50 длины волны. Этот образец предполагает несколько минимумов громкости, тогда как камертон дает четыре минимума под углом 45 ° от плоскости двух зубцов при повороте.

Анимации интерференционных картин с одним и несколькими источниками можно найти на сайте Дэна Рассела в Пенсильвании.Образец справа взят из анимации бокового квадрупольного источника. Это наилучшее приближение интерференции камертона, поскольку два зубца вилки не совпадают по фазе, и Рассел отмечает, что два противоположных фазовых диполя составляют боковой квадрупольный источник. Эта диаграмма приближается к тому, что вы испытываете, вращая камертон около уха, но проблема масштаба все еще присутствует, поскольку длина звуковой волны для камертона C в пятьдесят раз превышает размер физического вибратора.

Эта диаграмма показывает, что боковой квадруполь Рассела дает равные интенсивности при 90 °. Но с камертоном ваше ухо говорит вам, что максимумы в плоскости двух зубцов значительно сильнее, чем максимумы, перпендикулярные этой плоскости.

Каждый зубец вилки создает волну давления, которая распространяется наружу со скоростью звука. Одна часть волны имеет давление выше атмосферного, другая ниже.Под некоторыми углами области высокого давления двух волн совпадают, и вы слышите более громкий звук. При других углах часть одной волны с высоким давлением совпадает с частью другой волны с низким давлением.

Индекс

Концепции бегущей волны

Концепции распространения звука

Дифракция и интерференция (звук) - Проблемы - Гип учебник по физике

  • … удар
  • интерференционный звук
  • стоячие волны…
Гипертекст по физике
© 1998–2021 Гленн Элерт
Автор, иллюстратор, веб-мастер

Нет постоянных условий.

  1. Механика
    1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
    2. Dynamics I: Force
      1. Силы
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Кодовые рамки
    3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые станки
    4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
    5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Динамика вращения
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокатный
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
    6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
    7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Простой генератор гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
    8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
  2. Теплофизика
    1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа материи
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
    2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химическая потенциальная энергия
    3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
    4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
  3. Волны и оптика
    1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
    2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
    3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (световой)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
    4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
  4. Электричество и магнетизм
    1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводников
    2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
    3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
    4. Цепи постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
    5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
    6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
    7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. LC цепи
    8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
  5. Современная физика
    1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
    2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
    3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
    4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
    5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика аромата
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
  6. Фундаменты
    1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британо-американская система единиц
      4. Разные единицы
      5. Время
      6. Преобразование единиц
    2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
    3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка кривой
      4. Исчисление
    4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение вектора
    5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
  7. Назад дело
    1. Предисловие
      1. Об этой книге
    2. Связаться с автором
      1. glennelert.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
    3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

2.3: Эффекты интерференции - Physics LibreTexts

Стоячие волны

Звук может создавать различные эффекты интерференции, как и любая другая волна.К таким интерференционным эффектам относятся стоячие волны. Они формируются точно так, как описано в разделе 1.5, с двумя бегущими волнами, отражающимися назад и вперед между двумя конечными точками. В случае звука в газе не сразу понятно, что представляет собой «фиксированные» и «свободные» конечные точки, поскольку звуковые волны в газе не включают частицы среды, которые могут когда-либо удерживаться на месте. Мы должны расширить наше представление о том, что значит иметь фиксированную границу, чтобы просто означать, что любая физическая величина, играющая роль «смещения» для волны, неизменна.В случае звука это будет означать давление или плотность. Мы скоро увидим, как это может быть.

Мы привыкли говорить об одномерных стоячих волнах, поэтому справедливо спросить, как это можно устроить для звука в газе. Если в какой-то области газа давление выше, чем давление окружающей среды, газ естественным образом расширяется в область с более низким давлением, поэтому для создания одномерной стоячей звуковой волны мы должны создать такие условия, чтобы сжатые области не развивались. t расширяться во все три измерения.Мы можем сделать это, создавая звук внутри полой трубы. Фиксированные или свободные граничные условия на концах трубы тогда зависят от того, открыт конец трубы или закрыт, но какой корпус фиксированный, а какой свободный?

Давайте сначала посмотрим на закрытый конец. Когда сжатие распространяется к закрытому концу, средства для восстановления сжатия до равновесия ограничены - оно не может продолжать движение вперед. Сжатие увеличивается на даже больше, чем на , чем амплитуда волны, точно так же, как смещение струны в точке отражения от свободного конца увеличивается выше амплитуды (см. Рисунок 1.5.5). Фактически, закрытый конец полой трубы представляет собой «свободный» конец для стоячей звуковой волны.

Открытый конец совсем другой. Фактически, он ведет себя вовсе не как конец, а как точка перехода. Мы знаем, что это правда, если проследить за энергией - звуковая волна, направленная к открытому концу, будет передавать энергию из этого открытого конца, поскольку сжатия и разрежения передаются в область газа за пределами трубы. Так почему вообще должно быть какое-то отражение обратно в трубу? Как и в случае перехода от медленной к быстрой или от быстрой к медленной среде, математика граничного взаимодействия выходит за рамки этого курса, но результат тот же.Очевидное возражение здесь состоит в том, что скорость волны в воздухе в трубе ничем не отличается от скорости звука вне трубы. Это правда, и на самом деле это требует некоторой корректировки этого наблюдения. Возможно, лучший способ описать явление отражения / прохождения - сказать, что существует по крайней мере частичное отражение всякий раз, когда волновое уравнение, управляющее волной, изменяется . Один из способов изменения волнового уравнения - изменение скорости волны. Другой - это переход волны от одного измерения к трем.Именно это и происходит, когда звук в трубе выходит из открытого конца.

Мы знаем, что волны в трехмерном пространстве очень быстро распространяют энергию, вызывая уменьшение амплитуды пропорционально расстоянию. Поэтому неплохое приближение утверждать, что на открытом конце (или немного за ним) имеется фиксированное давление / плотность (давление / плотность окружающей среды). Это означает, что если мы вынуждены выбирать, открытый конец трубы в хорошем приближении ведет себя как неподвижный конец, а звуковая волна, которая отражается обратно в трубу, сдвигается по фазе.

Из этих соображений мы теперь знаем, что стоячие звуковые волны в трубе создают пучности давления на близких концах и узлы давления на открытых концах. Вооружившись этой информацией, мы можем использовать все те же механизмы в отношении стоячих волн, которые мы узнали в Разделе 1.5. Что интересно в случае звука, так это то, как его можно использовать для создания тонов в органных трубах и духовых инструментах. Эти устройства используют два особых аспекта стоячих волн в трубах. О первом мы уже упоминали - открытый конец позволяет частично передавать звуковые волны, что означает, что мы можем слышать создаваемый тон, не ползая по трубе.Второй имеет отношение к идее резонанса .

Отступление: Резонанс

Резонанс - очень важное понятие во многих областях физики, и у нас, к сожалению, нет времени подробно описывать его здесь, хотя он снова появится в Physics 9C и 9D. Основная идея заключается в том, что если вибрирующие системы взаимодействуют друг с другом, количество энергии, которое может быть передано от одной к другой, во многом зависит от того, насколько близко «собственные частоты» (представьте себе массы на пружинах с частотами, которые выглядят как \ (\ omega = \ sqrt {\ frac {k} {m}} \)) этих систем совпадают.Если частоты хорошо совпадают, то суперпозиция смещений двух систем приводит к конструктивной интерференции. Если они не совпадают, то смещения не синхронизируются, и общее конструктивное вмешательство очень мало. Хорошая аналогия - толкать ребенка на качелях. Если вы толкаете их вперед каждый раз, когда они достигают пика обратного замаха, тогда частота ваших толчков соответствует собственной частоте замаха, и энергия передается на замах.Если, однако, вы должны толкать с другой частотой, то некоторые толчки добавят энергии маху, но многие другие толкнут мах вперед по мере того, как он движется назад, забирая энергию у маха.

Если мы заставим воздух двигаться около конца трубы, например, когда мы дуем в канавку, в результате получится турбулентный поток. Это добавляет энергии системе, но создаваемые волны бывают самых разных частот. Все эти звуковые волны проходят по длине трубы, частично отражаясь и передаваясь туда.Но, как мы видели в нашем исследовании стоячей волны, только те волны, которые имеют одну из гармонических длин волн, будут демонстрировать конструктивную интерференцию, необходимую для стоячей волны. Те волны, которые имеют правильную частоту, демонстрируют резонанс, создавая энергию для стоячей волны на этой частоте. В результате из множества звуковых волн, выходящих из трубы, волны на резонансной частоте трубы (определяемой ее длиной) обладают наибольшей энергией и являются единственными слышимыми звуками. Оказывается, что большая часть энергии идет на основную гармонику, хотя часто можно услышать и обертоны.Таким образом, регулировка частоты ускользающего звука сводится к изменению длины трубы. Орган обозначает трубу для каждой клавиши на клавиатуре; слайд-тромбон позволяет игроку физически увеличивать длину трубы; Клапаны и отверстия в других духовых инструментах также служат той же цели. Также обратите внимание, что все эти инструменты полагаются на турбулентный поток, чтобы обеспечить спектр звуковых волн, будь то вибрирующий язычок, вибрирующие губы или воздух, проходящий через открытый конец.(Примечание : воздух, нагнетаемый в , открытый конец не вызывает большой турбулентности по сравнению с воздухом, нагнетаемым через отверстие. )

Наконец, следует отметить, что для получения устойчивого тона нужно постоянно добавлять энергию. Это потому, что энергия всегда выходит из трубы через переданную волну. Скорость добавления энергии равна скорости утечки энергии через звуковые волны, в то время как энергия стоячей волны внутри трубы остается постоянной.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Струна защипывается над трубой, открытой с одного конца, и слышен основной гармонический тон, исходящий из трубки.Если закрытый конец трубы теперь открыт, как нужно изменить натяжение струны, чтобы возбудить новую основную гармонику?

Решение

Открытые концы труб служат фиксированными точками (узлами) для стоячих звуковых волн. Основная гармоника трубы с одним закрытым концом соответствует одной четверти волны между концами трубы (от узла к первой пучности), в то время как первая гармоника с обоими открытыми концами соответствует половине длины волны (от узла к узлу).Следовательно, открытие закрытого конца сокращает длину волны основной гармоники в 2 раза. Скорость звуковой волны не изменяется, поэтому ее частота основной гармоники увеличивается в 2 раза. Стоячая звуковая волна движется (т. Е. Становится энергии от стоячей волны в струне, поэтому их частоты должны совпадать, чтобы возник этот резонанс, а это означает, что когда конец трубы открывается, частота стоячей волны в струне также должна увеличиваться в 2 раза. длина не изменилась, поэтому единственный другой способ изменить ее частоту - это изменить скорость бегущей волны по струне.Чтобы удвоить скорость волны струны (и, следовательно, удвоить частоту), натяжение должно быть увеличено в четыре раза, поскольку скорость волны на струне пропорциональна квадратному корню из натяжения, и линейная плотность струны не может быть изменена.

Конструктивное и деструктивное вмешательство

Когда мы обсуждаем интерференцию волн, таких как звук и свет, наиболее поразительными результатами являются крайности - места и моменты, когда интерференция является полностью конструктивной (удвоение амплитуды и учетверение интенсивности), и особенно когда интерференция является полностью разрушительной.Поразительно, что тон исходит из двух разных источников, и в результате ничего не слышно! Теперь мы вернемся к нашему обсуждению из Раздела 1.4 в контексте звука.

Начнем с выражения, полученного нами для интенсивности наложенных волн, Уравнения 1.4.10. Понятно, что это значение будет равно нулю (т.е. возникнет полная деструктивная интерференция) всякий раз, когда общая разность фаз кратна \ (\ pi \):

\ [\ text {деструктивная интерференция:} \; \; \; \; \; \ Delta \ Phi = \ frac {2 \ pi} {\ lambda} \ Delta x \ pm \ frac {2 \ pi} {T } \ Delta t + \ Delta \ phi = n \ pi \;, \; \; \; \; \; n = \ pm 1, \; \ pm 3, \; \ pm 5 \ dots \]

Это достаточно легко увидеть математически, но нам нужно понять физически, что это означает.Сделаем это с некоторыми упрощениями. Во-первых, должно быть ясно, что две волны, не совпадающие по фазе на \ (3 \ pi \), выглядят в точности как волны, которые не совпадают по фазе на \ (\ pi \), поэтому пока мы не будем беспокоиться о бесконечности возможностей за пределами \ (\ пм \ пи \). Во-вторых, деструктивную интерференцию легче увидеть графически, если сопоставить изображения волн для облегчения сравнения. Но читателя призывают помнить, что волны могут распространяться в любом направлении - они разрушительно интерферируют, когда разрежение одной волны накладывается на сжатие другой, а различия в плотности газа не являются направленными.Конечно, общая интерференционная картина различается в зависимости от направления волн, но когда мы говорим о полной деструктивной интерференции, мы смотрим на единственную точку в пространстве.

В выражении для общей разности фаз есть три члена, которые могут повлиять на его значение: \ (\ Delta x \), \ (\ Delta t \) и \ (\ Delta \ phi \). Чтобы упростить задачу, мы рассмотрим, как каждый в отдельности может привести к деструктивному вмешательству. В каждом случае мы будем рассматривать два источника звука с одинаковыми частотами.Поскольку они находятся в одной среде, они имеют одинаковые скорости и, следовательно, длины волн.

Рисунок 2.3.1 - Разрушающие помехи только из-за расстояния перемещения

На приведенной выше диаграмме показано, что происходит, когда два источника звука находятся на разном расстоянии от приемника звука. В частности, один источник находится на половине длины волны дальше от слушателя. На этой диаграмме показаны сжатия и разрежения с синусоидальными / косинусоидальными волнами (это не картина - звуковые волны не являются поперечными!), Движущимися вдоль одной оси в одном и том же направлении (опять же, не обязательно то, что происходит на самом деле).С помощью этого простого рисунка мы можем видеть, что везде на оси \ (x \) (пока прибыли обе волны) наложение двух волн всегда дает ноль - слушатель ничего не слышит. Это потому, что везде на оси \ (x \) расстояния прохождения двух волн как раз подходят для создания разности фаз в \ (\ pi \). Важно отметить, что два других фактора, влияющих на разность фаз, \ (\ Delta t \) и \ (\ Delta \ phi \), в этом случае равны нулю: волны исходили из динамиков одновременно. , что мы можем сказать, потому что на снимке показано 2.Из обоих динамиков вышло 25 длин волн - если бы кто-то начал издавать тон первым, выходило бы больше длин волн. Волны также исходят из динамиков с той же фазой (передний фронт синусоидальной волны находится на оси и движется вверх).

Рисунок 2.3.2 - Разрушающие помехи только из-за времени начала

В этом случае источники волн находятся на одинаковом расстоянии от слушателя (как и раньше, выберите место на оси \ (x \) для слушателя, которого обе волны успели достичь).Нижний динамик начал свой тон на половину периода раньше, чем верхний динамик, поэтому из нижнего динамика вышла дополнительная половина длины волны. Как и в предыдущем случае, обе волны выходят из динамиков с одинаковой фазой. И снова мы видим, что наложение двух волн приводит к полному подавлению звука.

Рисунок 2.3.3 - Деструктивная помеха только из-за постоянной фазы

Наш третий случай включает звуковые волны, которые начинаются в одном и том же месте в пространстве (поэтому они равноудалены от слушателя) и в одно и то же время (такое же количество длин волн выходит из динамиков), но они исходят из своих соответствующих динамики сдвинуты по фазе на \ (\ pi \) радиан, как видно на передних кромках.

Как мы увидим, когда мы будем работать с такими ситуациями, на самом деле довольно редко учитывать время включения двух источников звука. Если мы предположим, что они излучали звук в неопределенном прошлом, мы можем легко переопределить любую разницу во времени на разницу в фазе. То есть, если мы определим \ (t = 0 \) как любой момент, когда оба динамика уже посылают волны, то по определению \ (\ Delta t = 0 \), и разница в фазах волн возникает из-за разнице в фазовой постоянной.Это становится очевидным, когда сравниваются две последние цифры и игнорируются красные части волн.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Два динамика, оба направленные в направлении \ (+ x \), размещены на оси Y на расстоянии \ (2,00 \; м \) друг от друга. Они издают один и тот же тон с частотой \ (784 \; Гц \) в фазе друг с другом. Микрофон помещается непосредственно перед и очень близко к одному из динамиков и постепенно перемещается по оси \ (x \) все дальше и дальше от динамика.Предположим, что тот факт, что микрофон находится немного дальше от одного динамика, чем другой, не приводит к заметной разнице в интенсивности между двумя динамиками, так что звуковые волны, исходящие из динамиков, имеют одинаковую амплитуду, когда достигают микрофона.

  1. Найдите расстояние от ближайшего динамика, на котором микрофон не улавливает звук.
  2. Найдите расстояние от ближайшего динамика, на котором звук становится наиболее громким (т. Е. Конструктивные помехи).
  3. Предположим, тон, исходящий из динамиков, имеет регулируемую частоту и постепенно понижается. Найдите частоту, ниже которой микрофон не имеет положения на оси \ (x \), где он измеряет полную тишину.
Решение

а. T Пусковая фаза и время одинаковы, поэтому единственный источник разности фаз - это разница пройденного расстояния. Из вклада \ (\ Delta x \) в разность фаз, вызывающую деструктивную интерференцию, получаем:

\ [\ dfrac {2 \ pi} {\ lambda} \ Delta x = n \ pi \; \; \; \ Rightarrow \; \; \; \ Delta x = \ frac {1} {2} n \ lambda \ ;, \; \; \; \; \; n = 1, \; 3, \; 5, \; \ dots \ nonumber \]

Разница в расстояниях, пройденных двумя волнами, найденная нами с помощью теоремы Пифагора, поэтому приведенное выше значение дает:

\ [\ Delta x = \ sqrt {x ^ 2 + \ left (2. {th} \) для \ (x \) "\ (x_n \)", мы получаем:

\ [x_1 = 9.00 м, \; \; \; x_3 = 2,71 м, \; \; \; x_5 = 1,27 м, \; \; \; x_7 = 0,531 м, \; \; \; x_9 = 0,022 м \ nonumber \]

б. Конструктивная интерференция возникает, когда разность хода составляет четное число полуволн (то есть некоторое количество полных длин волн). Мы можем получить наш ответ непосредственно из части (а), просто взяв четные значения \ (n \) вместо нечетных значений. Еще раз, количество значений \ (n \) ограничено ограничением, что знак \ (x \) должен быть положительным.

\ [x_2 = 4.34 м, \; \; \; x_4 = 1,84 м, \; \; \; x_6 = 0,858 м, \; \; \; x_8 = 0,259 м \ nonumber \]

г. Значение \ (\ Delta x \) явно уменьшается по мере увеличения \ (x \) (гипотенуза становится все ближе и ближе к равному значению \ (x \) по мере увеличения \ (x \)), поэтому наибольшее возможное значение \ (\ Delta x \) - это просто разделение динамиков. Если громкоговорители разделены менее чем половиной длины волны, то \ (\ Delta x \) никогда не может достигнуть половины длины волны, и полностью разрушительная интерференция невозможна.Эти громкоговорители разделены знаком \ (2,00 \; м \), поэтому длина волны звука должна быть короче \ (4,00 м \), чтобы мог быть какой-либо случай полной деструктивной интерференции. Эта длина волны соответствует частоте:

.

\ [f = \ frac {v} {\ lambda} = \ dfrac {344 \ frac {m} {s}} {4.00m} = 86 Гц \ nonumber \]

Частоты ниже этой создают такие длины волн, что \ (\ Delta x \) никогда не будет достаточно большой, чтобы вызвать полную деструктивную интерференцию.

ударов

До сих пор во всех наших случаях интерференции использовались волны с одинаковыми частотами. Но возникает очень интересное явление, когда две звуковые волны имеют несколько разные частоты (на самом деле подойдут любые две разные частоты, но это явление легче обнаружить, когда частоты находятся в пределах 1 или 2 герц, по причинам, которые мы увидим). Мы начнем с другой упрощенной схемы, подобной тем, которые мы использовали выше.На этот раз две волны, выходящие из динамиков, будут иметь разные частоты и, следовательно, разные длины волн (хотя для простоты мы предположим, что они имеют одинаковую амплитуду).

Рисунок 2.3.4 - Наложение двух звуковых волн разной частоты

Конечно, диаграмма - это моментальный снимок. Если в этот момент слушатель находится на левой вертикальной линии, то суперпозиция двух волн приводит к конструктивной интерференции, что означает, что слышимый звук громкий.Если же, с другой стороны, кто-то находится на правой вертикальной линии, то деструктивная интерференция приводит к тишине. Но теперь предположим, что человек остается на правой вертикальной линии в течение короткого времени после того, как сделан этот снимок. Обе волны движутся с одинаковой скоростью (они обе находятся в одной среде), поэтому разрежения, совпадающие на левой вертикальной линии, скоро окажутся на правой вертикальной линии. То есть человек, слушающий на правой вертикальной линии, в один момент услышит тишину, а затем, спустя короткое время, громкий тон.Этот паттерн на самом деле будет повторяться с регулярностью, и эта пульсация звука обозначается как ударов .

Математика, управляющая этим явлением, является результатом прямого применения тригонометрических тождеств. Начнем с волновой функции для каждой волны. Поскольку мы говорим о звуке, для которого «смещение» - это давление, мы представим волновую функцию переменной \ (P \ left (x, t \ right) \). Обратите внимание, что мы также сохраняем простоту, оставаясь в одном измерении:

\ [P_1 \ left (x, t \ right) = P_o \ cos \ left (\ frac {2 \ pi} {\ lambda_1} x- \ frac {2 \ pi} {T_1} t + \ phi_1 \ right) \ ;, \; \; \; \; \; P_2 \ left (x, t \ right) = P_o \ cos \ left (\ frac {2 \ pi} {\ lambda_2} x- \ frac {2 \ pi} { T_2} t + \ phi_2 \ right) \]

Нас интересует, что происходит со звуком в одной точке пространства (т.е. мы хотим показать, что он становится громче и тише), и подойдет любая точка, поэтому для простоты мы выберем начало координат, \ (x = 0 \). Это сокращает наши две функции до:

\ [P_1 \ left (t \ right) = P_o \ cos \ left (- \ frac {2 \ pi} {T_1} t + \ phi_1 \ right) \;, \; \; \; \; \; P_2 \ left (t \ right) = P_o \ cos \ left (- \ frac {2 \ pi} {T_2} t + \ phi_2 \ right) \]

Эти функции колеблются с разными частотами, поэтому они не синхронизированы. Если мы подождем достаточно долго, их смещения - на мгновение - совпадут.Если мы подождем еще дольше, эти совпадающие смещения будут на своих пиках. Мы определим момент, когда это произойдет, как «\ (t = 0 \)». Это дает эффект простой установки двух фазовых постоянных равными нулю. Выше мы обсуждали, как мы можем переопределить фазовую константу, чтобы синхронизировать время (\ (\ Delta t = 0 \)) - это просто делает тот же процесс в обратном порядке. Когда переменная времени определена так, что фазовые константы равны нулю, теперь у нас есть простая пара функций для работы (обратите внимание, что мы можем опустить знаки минус на временах, так как \ (\ cos \ left (x \ right) = \ соз \ влево (-х \ вправо) \)).Их совмещение и замена периодов частотами дает:

\ [P_ {tot} \ left (t \ right) = P_1 \ left (t \ right) + P_2 \ left (t \ right) = P_o \ cos \ left (2 \ pi f_1 t \ right) + P_o \ cos \ left (2 \ pi f_2 t \ right) \]

Теперь примените тригонометрическое тождество:

\ [\ cos X + \ cos Y = 2 \ cos \ left (\ dfrac {XY} {2} \ right) \ cos \ left (\ dfrac {X + Y} {2} \ right) \\ \ Rightarrow \; \; \; P_ {tot} \ left (t \ right) = 2P_o \ cos \ left [2 \ pi \ left (\ dfrac {f_1-f_2} {2} \ right) t \ right] \ cos \ left [2 \ pi \ влево (\ dfrac {f_1 + f_2} {2} \ right) t \ right] \]

Это похоже на запутанный беспорядок, но есть разумный способ его интерпретировать.Если мы идентифицируем вторую функцию косинуса как изменение давления, которое определяет временную часть звуковой волны (часто называемой несущей волны ), создаваемый тон имеет частоту, которая является средней из двух отдельных частот. Затем первая функция косинуса может быть объединена с \ (2P_o \), и вместе они могут обрабатываться как зависящая от времени амплитуда . Амплитуда напрямую связана с интенсивностью, которая является мерой громкости звука, поэтому гармонически колеблющаяся амплитуда будет проявляться как равномерное увеличение и уменьшение громкости (ударов).На диаграмме немного легче увидеть, как это работает.

Рисунок 2.3.5 - График зависимости давления от времени в фиксированной точке, демонстрирующий биения

Показанная синим цветом функция представляет колебания давления (в положении \ (x = 0 \) как функцию времени, когда звуковая волна проходит через эту точку. Обратите внимание, что пики имеют разную высоту, отражая изменяющуюся во времени амплитуду. красная функция "конверт" отслеживает только амплитуду волны.Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, поэтому звук громкий везде, где возникает красный удар, и тишина слышна, когда красная функция пересекает ось.

Предупреждение

Громкость звука не падает до нуля каждый раз, когда синий график пересекает ось! Это просто, когда давление проходит через точку равновесия, и в волне все еще есть энергия, когда смещение среды проходит через точку равновесия (в форме кинетической энергии среды).Но когда амплитуда колебаний обращается в ноль, энергия равна нулю, а в случае звука это означает тишину.

Мы можем спросить, как часто происходят биения. Биение происходит каждый раз, когда на красном графике появляется выпуклость. Обратите внимание, не имеет значения, находится ли выпуклость вверх или вниз в функции красного косинуса, поскольку интенсивность равна квадрату амплитуды. Следовательно, для каждого полного периода функции красного косинуса слышны два удара; один для выпуклости на пике и один для выпуклости на впадине.Это означает, что частота ударов в два раза больше частоты функции красного косинуса:

\ [f_ {beat} = 2 \ left (\ dfrac {f_1-f_2} {2} \ right) = f_1-f_2 \]

[ Примечание. Мы предположили, что \ (f_1 \) является большей из двух частот, поскольку отрицательные частоты не имеют значения. От этого предположения можно избавиться, определив частоту биений по абсолютной величине. ] Мы можем измерить промежутки времени между пиками для синей функции. Это период несущей волны, который, как мы уже указали, является средним из частот двух звуковых волн:

\ [f_ {carrier} = \ dfrac {f_1 + f_2} {2} \]

Мы действительно четко слышим удары только тогда, когда две отдельные частоты близки друг к другу - если разница слишком велика, то частота ударов очень высока, и удары появляются слишком часто.В этом случае человеческое ухо не может определить, когда начинается один удар и заканчивается другой. В этом случае для человеческого уха он больше похож на смесь двух звуков - одного со средней частотой, а другого с гораздо более низкой «частотой биений».

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Стоячая волна звука сохраняется внутри полой трубы, открытой с обоих концов. Жук внутри трубы ходит по всей длине со скоростью \ (4.0 \ frac {cm} {s} \). При этом он проходит через узлы и пучности стоячей волны, слыша тон, становясь то громким, то тихим, с временем между моментами тишины, равным 2.0 с. Из того, что мы узнали о стоячих волнах, мы можем вычислить частоту тона. Расстояние между узлами составляет половину длины волны бегущей звуковой волны, и мы можем определить это расстояние на основе скорости муравья и времени между узлами. Затем, используя длину волны и скорость звука, мы получаем частоту:

\ [\ text {расстояние между узлами} = v_ {bug} t = \ frac {\ lambda} {2} \; \; \; \ Rightarrow \; \; \; \ lambda = 2 \ left (4.0 \ frac {cm} {s} \ right) \ left (2.0s \ right) = 16cm \; \; \; \ Rightarrow \; \; \; f = \ frac {v} {\ lambda} = \ dfrac {344 \ frac {m} {s}} {0.16m} = 2150 Гц \ nonumber \]

Когда его спросили об опыте, жук заявил, что понятия не имеет, что он ходит через громкие и тихие районы. Он описал этот опыт как периодические "биения" каждые 2 секунды в тоне. Восстановите частоту звука с точки зрения ошибки.

Решение

Эта проблема является сложной, потому что не сразу понятно, как могут возникать биения, когда для биений требуются две звуковые волны разных частот.Здесь есть две звуковые волны - одна отражается каждым концом трубы - но обе имеют одинаковую частоту ... или нет? С нашей точки зрения, они имеют одинаковую частоту, но - не ! Жук движется к одному концу трубы и от другого, поэтому одна из волн смещается по доплеровскому сдвигу на более высокую частоту, а другая волна смещается на более низкую частоту. Эти волны разной частоты мешают воспроизвести ритм с точки зрения муравья. Итак, теперь, когда мы понимаем, что это имеет смысл, нам нужно провести некоторую математику. Оба доплеровских сдвига включают неподвижный источник (концы трубы) и движущийся приемник (жучок):

\ [f_1 = \ left (\ dfrac {v + v_ {ant}} {v} \ right) f \; \; \; \; \; \; f_2 = \ left (\ dfrac {v-v_ { ant}} {v} \ right) f \ nonumber \]

Частота \ (f_1 \) - это то, что муравей слышит от волны, идущей впереди него, а \ (f_2 \) - это частота звука, идущего сзади, а \ (f \) - это частота звука с точки зрения неподвижных концов труб (т.е. частота стоячей волны). Частота биений, которую слышит муравей, - это просто разница этих двух частот, поэтому:

\ [f_ {beat} = f_1-f_2 = \ left (\ dfrac {v + v_ {ant}} {v} \ right) f - \ left (\ dfrac {v-v_ {ant}} {v} \ right) f = 2 \ dfrac {v_ {ant}} {v} f \ nonumber \]

Мы знаем, что ошибка слышит тишину каждые 2,0 секунды, поэтому частота биений равна \ (0,50 Гц \). Подставляя это, скорость муравья и скорость звука в это уравнение, получаем:

\ [f = \ dfrac {v} {2v_ {ant}} f_ {beat} = \ dfrac {344 \ frac {m} {s}} {2 \ left (0.040 \ frac {m} {s} \ right)} \ left (0,5 Гц \ справа) = 2150 Гц \ nonumber \]

Хотя мы вычислили это для некоторых конкретных чисел, в целом это, конечно, верно. Если бы жук двигался быстрее, то импульсы в пучностях приходили бы чаще. С точки зрения жука, доплеровские сдвиги будут сильнее разделять две отдельные звуковые частоты, что приведет к большей разнице и более высокой частоте биений, что идентично скорости прохождения через пучности.

Звуковые помехи и резонанс: стоячие волны в воздушных столбах

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите пучность, узел, основную частоту, обертоны и гармоники.
  • Определите случаи звуковых помех в повседневных ситуациях.
  • Опишите, как звуковые помехи, возникающие внутри открытых и закрытых трубок, изменяют характеристики звука и как это применимо к звукам, издаваемым музыкальными инструментами.
  • Рассчитайте длину трубки, используя измерения звуковой волны.

Рис. 1. В некоторых типах наушников для подавления посторонних шумов используются явления конструктивных и деструктивных помех. (Источник: JVC America, Flickr)

Интерференция - отличительная черта волн, каждая из которых демонстрирует конструктивную и деструктивную интерференцию, точно аналогичную той, которая наблюдается для водных волн. Фактически, один из способов доказать, что что-то «является волной», - это наблюдать за интерференционными эффектами.Итак, поскольку звук является волной, мы ожидаем, что он будет иметь интерференцию; мы уже упоминали несколько таких эффектов, например, удары двух одинаковых нот, сыгранных одновременно.

На рис. 2 показано разумное использование звуковых помех для подавления шума. Предполагается более крупномасштабное применение активного снижения шума за счет деструктивных помех для целых пассажирских салонов коммерческих самолетов. Чтобы получить деструктивную интерференцию, выполняется быстрый электронный анализ, и вводится второй звук, максимумы и минимумы которого полностью противоположны входящему шуму.Звуковые волны в жидкостях - это волны давления, соответствующие принципу Паскаля; давление из двух разных источников складывается и вычитается, как простые числа; то есть положительное и отрицательное избыточное давление добавляют к гораздо меньшему давлению, производя звук меньшей интенсивности. Хотя полностью разрушительные помехи возможны только в самых простых условиях, с помощью этого метода можно снизить уровень шума на 30 дБ и более.

Рисунок 2. Наушники, предназначенные для подавления шума с помощью разрушительных помех, создают звуковую волну, прямо противоположную входящему звуку.Эти наушники могут быть более эффективными, чем простое пассивное затухание, используемое в большинстве средств защиты слуха. Такие наушники использовались во время рекордного кругосветного беспосадочного полета самолета "Вояджер", чтобы защитить слух пилотов от шума двигателя.

Где еще можно наблюдать звуковые помехи? Все звуковые резонансы, например, в музыкальных инструментах, возникают из-за конструктивных и деструктивных помех. Только резонансные частоты конструктивно интерферируют, образуя стоячие волны, тогда как другие интерферируют деструктивно и отсутствуют.Резонанс и стоячие волны играют жизненно важную роль - от гудка, издаваемого надуванием бутылки, до характерного аромата звуковой коробки скрипки и узнаваемости голоса великого певца.

Помехи

Интерференция - это такой фундаментальный аспект волн, что наблюдение интерференции является доказательством того, что что-то является волной. Волновая природа света была установлена ​​экспериментами, показывающими интерференцию. Точно так же, когда электроны, рассеянные кристаллами, проявляли интерференцию, их волновая природа была подтверждена в точности такой, как предсказывается симметрией с некоторыми волновыми характеристиками света.

Предположим, мы держим камертон около конца трубки, которая закрыта на другом конце, как показано на рисунках 3, 4, 5 и 6. Если камертон имеет только правильную частоту, столб воздуха в трубке громко резонирует, но на большинстве частот очень мало вибрирует. Это наблюдение просто означает, что столб воздуха имеет только определенные собственные частоты. На рисунках показано, как формируется резонанс на самой низкой из этих собственных частот. Возмущение распространяется по трубке со скоростью звука и отскакивает от закрытого конца.Если трубка правильной длины, отраженный звук возвращается к камертону ровно через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку, производимому камертоном. Входящие и отраженные звуки образуют в трубке стоячую волну, как показано на рисунке.

Рис. 3. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Возмущение движется по трубе.

Рис. 4. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном.Возмущение отражается от закрытого конца трубки.

Рис. 5. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Если длина трубки L подходящая, помеха возвращается к камертону через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку камертона. Эта интерференция образует стоячую волну, и столб воздуха резонирует.

Рис. 6. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном.График вытеснения воздуха по длине трубы показывает отсутствие на закрытом конце, где движение ограничено, и максимум на открытом конце. Эта стоячая волна имеет в трубке одну четвертую своей длины волны, так что λ = 4 L .

Стоячая волна, сформированная в трубе, имеет максимальное смещение воздуха (пучность ) на открытом конце, где движение не ограничено, и отсутствие смещения (узел ) на закрытом конце, где движение воздуха остановился.Расстояние от узла до пучности составляет одну четвертую длины волны, и это равно длине трубки; таким образом, λ = 4 L . Такой же резонанс может быть вызван вибрацией, возникающей на закрытом конце трубы или около него, как показано на рисунке 7. Лучше всего рассматривать это как естественную вибрацию столба воздуха, независимо от того, как она вызвана.

Рис. 7. Такая же стоячая волна создается в трубке за счет вибрации, вносимой около ее закрытого конца.

Рисунок 8.{\ prime} = \ frac {4L} {3} \\ [/ latex]. Продолжая этот процесс, вы обнаружите целую серию коротковолновых и высокочастотных звуков, резонирующих в трубке. Мы используем определенные термины для обозначения резонансов в любой системе. Самая низкая резонансная частота называется основной частотой , а все более высокие резонансные частоты называются обертонами . Все резонансные частоты являются целыми кратными основной гармоники, и вместе они называются гармониками . Основная гармоника - это первая гармоника, первый обертон - это вторая гармоника и так далее.На рисунке 9 показаны основная гармоника и первые три обертона (первые четыре гармоники) в трубке, закрытой с одного конца.

Рис. 9. Основной и три нижних обертона закрытой с одного конца трубки. У всех есть максимальные вытеснения воздуха на открытом конце и нет - на закрытом конце.

Основная и обертоны могут присутствовать одновременно в различных комбинациях. Например, средний C на трубе имеет звук, отчетливо отличающийся от среднего C на кларнете, причем оба инструмента являются модифицированными версиями закрытой с одного конца трубы.Основная частота одна и та же (и обычно самая интенсивная), но обертоны и их сочетание интенсивности различны и могут быть затемнены музыкантом. Этот микс - это то, что придает различным музыкальным инструментам (и человеческим голосам) их отличительные характеристики, независимо от того, есть ли у них воздушные колонны, струны, звуковые коробки или барабанные пластинки. Фактически, большая часть нашей речи определяется формированием полости, образованной горлом и ртом, и расположением языка для регулировки основных и сочетания обертонов.Например, простые резонансные полости могут резонировать со звуком гласных. (См. Рис. 10.) У мальчиков в период полового созревания растет гортань и изменяется форма резонансной полости, что приводит к разнице в преобладающих частотах речи мужчин и женщин.

Рис. 10. Горло и рот образуют закрытый с одного конца столб воздуха, который резонирует в ответ на вибрации голосового аппарата. Спектр обертонов и их интенсивность меняются в зависимости от формы рта и положения языка для формирования разных звуков.Голосовой аппарат можно заменить механическим вибратором, при этом возможна понятная речь. Вариации основных форм делают разные голоса узнаваемыми.

Теперь давайте поищем закономерность в резонансных частотах для простой трубки, закрытой с одного конца. Основная частота имеет λ = 4 L , а частота связана с длиной волны и скоростью звука, как указано в формуле v w = fλ.

Решение относительно f в этом уравнении дает

[латекс] f = \ frac {v _ {\ text {w}}} {\ lambda} = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex],

, где v w - скорость звука в воздухе.{\ prime} = 3 \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} = 3f \\ [/ latex].

Поскольку f ′ = 3 f , мы называем первый обертон третьей гармоникой. Продолжая этот процесс, мы видим закономерность, которую можно обобщить в одном выражении. Резонансные частоты трубки, закрытой с одного конца, равны

.

[латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L}, n ​​= 1,3,5 \\ [/ latex],

, где f 1 - основной тон, f 3 - первый обертон и т. Д.Интересно, что резонансные частоты зависят от скорости звука и, следовательно, от температуры. Эта зависимость представляет собой заметную проблему для органов в старых неотапливаемых соборах, а также является причиной того, что музыканты обычно доводят свои духовые инструменты до комнатной температуры перед тем, как играть на них.

Пример 1. Найдите длину трубки с фундаментальной частотой 128 Гц

  1. Какой длины должна быть закрытая с одного конца трубка в день, когда температура воздуха составляет 22,0 ° C, если ее основная частота должна быть 128 Гц (C ниже средней C)?
  2. Какова частота его четвертого обертона?
Стратегия

Длина L может быть найдена из соотношения в [latex] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex], но сначала нам нужно найти скорость звука v w .

Решение для Части 1

Определить известных:

  • основная частота 128 Гц
  • температура воздуха 22,0ºС

Используйте [latex] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex], чтобы найти основную частоту ( n = 1):

[латекс] f_1 = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex]

Решите это уравнение для длины: [латекс] L = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4f_1} \\ [/ latex].

Найдите скорость звука, используя [latex] v _ {\ text {w}} = \ left (331 \ text {m / s} \ right) \ sqrt {\ frac {T} {273 \ text {K}}} \\[/латекс].

[латекс] v _ {\ text {w}} = \ left (331 \ text {m / s} \ right) \ sqrt {\ frac {295 \ text {K}} {273 \ text {K}}} = 344 \ text {m / s} \\ [/ latex]

Введите значения скорости звука и частоты в выражение для L .

[латекс] L = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4f_1} = \ frac {344 \ text {m / s}} {4 (128 \ text {Hz})} = 0,672 \ text { м} \\ [/ латекс]

Обсуждение части 1

Многие духовые инструменты представляют собой модифицированные трубки с отверстиями для пальцев, клапанами и другими устройствами для изменения длины резонирующего столба воздуха и, следовательно, частоты проигрываемой ноты.Для рожков, воспроизводящих очень низкие частоты, таких как тубы, нужны лампы такой длины, чтобы они были свернуты в петли.

Решение для Части 2

Определить известных:

  • первый обертон имеет n = 3
  • второй обертон имеет n = 5
  • третий обертон имеет n = 7
  • четвертый обертон имеет n = 9

Введите значение четвертого обертона в [латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex]:

[латекс] f_9 = 9 \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} = 9f_1 = 1.15 \ text {кГц} \\ [/ latex]

Обсуждение части 2

Возникает ли этот обертон в простой трубке или музыкальном инструменте, зависит от того, как он стимулируется к вибрации, и от деталей его формы. Например, тромбон не производит своей основной частоты, а только издает обертоны.

Другой тип трубок - открытых с обоих концов. Примеры - органные трубы, флейты и гобои. Резонансы трубок, открытых с обоих концов, можно анализировать так же, как резонансы трубок, закрытых с одного конца.Столбы воздуха в трубках, открытых с обоих концов, имеют максимальное смещение воздуха на обоих концах, как показано на рисунке 11. Стоячие волны формируются, как показано.

Рис. 11. Показаны резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов, включая основной тон и первые три обертона. Во всех случаях максимальное смещение воздуха происходит на обоих концах трубы, что дает ей собственные частоты, отличные от собственных частот трубы, закрытой с одного конца.

Основываясь на том факте, что труба, открытая с обоих концов, имеет максимальное смещение воздуха с обоих концов, и используя рисунок 11 в качестве ориентира, мы можем видеть, что резонансные частоты трубы, открытой с обоих концов, составляют:

[латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {2L}, n ​​= 1,2,3, \ dots, \\ [/ latex]

, где f 1 - основной обертон, f 2 - первый обертон, f 3 - второй обертон и т. Д.Обратите внимание, что труба, открытая с обоих концов, имеет основную частоту в два раза больше, чем она была бы, если бы она была закрыта с одного конца. Он также имеет другой спектр обертонов, чем трубка, закрытая с одного конца. Итак, если у вас есть две лампы с одинаковой основной частотой, но одна открыта с обоих концов, а другая закрыта с одного конца, они будут звучать по-разному при игре, потому что у них разные обертоны. Средняя до, например, будет звучать богаче при игре на открытой трубе, потому что она имеет как четные, так и нечетные значения основной гармоники.В закрытой трубке есть только нечетные кратные.

Реальные приложения: резонанс в повседневных системах

Резонанс возникает во многих различных системах, включая струны, воздушные столбы и атомы. Резонанс - это управляемые или вынужденные колебания системы на ее собственной частоте. В резонансе энергия быстро передается колебательной системе, и амплитуда ее колебаний растет до тех пор, пока система больше не может быть описана законом Гука. Примером этого является намеренно искаженный звук в определенных типах рок-музыки.

Рис. 12. Струнные инструменты, такие как скрипки и гитары, используют резонанс в своих звуковых коробках, чтобы усилить и обогатить звук, создаваемый их вибрирующими струнами. Бридж и опоры передают колебания струны звуковым коробам и воздуху внутри. (кредиты: гитара, Фелисиано Гимарес, Fotopedia; скрипка, Стив Снодграсс, Flickr)

Рис. 13. Резонанс использовался в музыкальных инструментах с доисторических времен. Эта маримба использует тыквы в качестве резонансных камер для усиления звука.(кредит: APC Events, Flickr)

Духовые инструменты используют резонанс в воздушных столбах для усиления тонов, издаваемых губами или вибрирующими язычками. Другие инструменты также используют воздушный резонанс для усиления звука. На рисунке 12 показаны скрипка и гитара, у обеих есть звуковые коробки, но разной формы, что приводит к разным структурам обертонов. Вибрирующая струна создает звук, который резонирует в звуковой коробке, значительно усиливая звук и создавая обертоны, придающие инструменту его характерный аромат.Чем сложнее форма звуковой коробки, тем выше ее способность резонировать в широком диапазоне частот. Маримба, подобная той, что изображена на Рисунке 13, использует горшки или тыквы под деревянными планками, чтобы усилить их тон. Резонанс горшка можно отрегулировать, добавив воды.

Мы подчеркивали звуковые приложения в наших обсуждениях резонансных и стоячих волн, но эти идеи применимы к любой системе, которая имеет волновые характеристики. Например, вибрирующие струны на самом деле резонируют и имеют основы и обертоны, аналогичные таковым для воздушных колонн.Более тонкие резонансы в атомах из-за волнового характера их электронов. Их орбитали можно рассматривать как стоячие волны, которые имеют фундаментальное (основное состояние) и обертоны (возбужденные состояния). Удивительно, что волновые характеристики применимы к такому широкому кругу физических систем.

Проверьте свое понимание

Часть 1

Опишите, чем наушники с шумоподавлением отличаются от стандартных наушников, используемых для блокировки посторонних звуков.

Решение

Обычные наушники блокируют звуковые волны только физическим барьером.Наушники с шумоподавлением используют разрушительные помехи для уменьшения громкости внешних звуков.

Часть 2

Как можно использовать узел и пучность стоячей волны для определения длины трубы с закрытым концом?

Решение

Когда трубка резонирует на своей собственной частоте, узел волны находится на закрытом конце трубки, а пучность - на открытом. Длина трубки равна одной четвертой длины волны этой волны.Таким образом, зная длину волны, мы можем определить длину трубки.

Исследования PhET: звук

Это моделирование позволяет видеть звуковые волны. Отрегулируйте частоту или громкость, и вы сможете увидеть и услышать, как меняется волна. Перемещение слушателя вокруг и услышать то, что она слышит.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

  • Звуковые помехи и резонанс имеют те же свойства, что и все волны.
  • В воздушных столбах резонанс на самой низкой частоте называется основной, а все более высокие резонансные частоты - обертонами. Все вместе они называются гармониками.
  • Резонансные частоты трубки, закрытой с одного конца: [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {{v} _ {w}} {4L} \ text {,} n = 1, 3, 5 \ dots \\ [/ latex], f 1 - основная, а L - длина трубки.
  • Резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов: [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {{v} _ {w}} {2L} \ text {,} n = 1, 2, 3 \ точки \ [/ латекс]

Концептуальные вопросы

  1. Каким образом гитара без усиления издает звуки намного более интенсивные, чем звуки натянутой струны, натянутой простой палкой?
  2. Вам выдаются два духовых инструмента одинаковой длины.Один открыт с обоих концов, а другой закрыт с одного конца. Что может производить самую низкую частоту?
  3. В чем разница между обертоном и гармоникой? Все ли гармоники обертоны? Все ли обертоны гармоничны?

Задачи и упражнения

1. «Эффектный» изготовленный по индивидуальному заказу автомобиль имеет два латунных рожка, которые должны выдавать одинаковую частоту, но на самом деле излучают 263,8 и 264,5 Гц. Какая частота ударов производится?

2. Какие частоты ударов будут присутствовать: (a) Если музыкальные ноты A и C играются вместе (частоты 220 и 264 Гц)? (б) Если D и F играть вместе (частоты 297 и 352 Гц)? (c) Если все четверо играют вместе?

3.Какие частоты ударов возникают, если молоток фортепиано ударяет по трем струнам, излучающим частоты 127,8, 128,1 и 128,3 Гц?

4. Настройщик пианино слышит ритм каждые 2,00 с при прослушивании камертона 264,0 Гц и одиночной струны пианино. Какие две возможные частоты струны?

5. а) Какова основная частота трубы длиной 0,672 м, открытой с обоих концов, в день, когда скорость звука составляет 344 м / с? б) Какова частота его второй гармоники?

6.Если духовой инструмент, такой как туба, имеет основную частоту 32,0 Гц, каковы его первые три обертона? Он закрыт с одного конца. (Обертоны настоящей тубы сложнее, чем в этом примере, потому что это коническая трубка.)

7. Каковы первые три обертона фагота с основной частотой 90,0 Гц? Он открыт с обоих концов. (Обертоны настоящего фагота более сложны, чем в этом примере, потому что его двойная трость заставляет его действовать как труба, закрытая с одного конца.)

8. Какой длины должна быть флейта, чтобы иметь основную частоту 262 Гц (эта частота соответствует средней C на равномерно темперированной хроматической шкале) в день, когда температура воздуха составляет 20,0 ° C? Он открыт с обоих концов.

9. Какой длины должен быть гобой, чтобы воспроизводить основную частоту 110 Гц в день, когда скорость звука составляет 343 м / с? Он открыт с обоих концов.

10. Какова длина трубки с основной частотой 176 Гц и первым обертоном 352 Гц, если скорость звука составляет 343 м / с?

11.(a) Найдите длину трубы для органа, закрытой с одного конца, которая дает основную частоту 256 Гц при температуре воздуха 18,0 ° C. (б) Какова его основная частота при 25,0 ° C?

12. На какую долю изменятся частоты, создаваемые духовым инструментом, при изменении температуры воздуха с 10,0 ° C до 30,0 ° C? То есть найти соотношение частот при этих температурах.

13. Ушной канал резонирует, как трубка, закрытая с одного конца. (См. Рисунок 5 в разделе Слух.) Если длина ушных каналов колеблется от 1 до 1.От 80 до 2,60 см в среднем у населения, каков диапазон основных резонансных частот? Возьмем температуру воздуха 37,0 ° C, что соответствует температуре тела. Как этот результат соотносится с графиком зависимости интенсивности от частоты человеческого уха (рис. 14)?

Рис. 14. Заштрихованная область представляет частоты и уровни интенсивности, встречающиеся в нормальной разговорной речи. Линия 0-фоновой представляет собой нормальный порог слуха, тогда как значения 40 и 60 представляют пороги для людей с 40- и 60-фоновой потерей слуха, соответственно.

14. Вычислите первый обертон в слуховом проходе, который резонирует как трубка длиной 2,40 см, закрытая с одного конца, принимая температуру воздуха равной 37,0 ° C. Неужели ухо особенно чувствительно к такой частоте? (Резонансы слухового прохода усложняются его неоднородной формой, на что мы не будем обращать внимания.)

15. Грубое приближение к воспроизведению голоса состоит в том, чтобы рассматривать дыхательные пути и рот как резонирующую трубку, закрытую с одного конца. (См. Рисунок 10.) (a) Какова основная частота, если трубка равна 0.Длина 240 м, если принять температуру воздуха 37,0 ° С? б) Какой стала бы эта частота, если бы человек заменил воздух гелием? Предположим такую ​​же температурную зависимость для гелия, что и для воздуха.

16. (a) Студентов в физической лаборатории просят определить длину столба воздуха в закрытой с одного конца трубке, имеющей основную частоту 256 Гц. Они держат трубку вертикально и наполняют ее водой до верха, затем опускают воду, пока вибрирует камертон с частотой 256 Гц, и прислушиваются к первому резонансу.Какова температура воздуха, если резонанс происходит на длине 0,336 м? б) Как долго они будут наблюдать второй резонанс (первый обертон)?

17. Какие частоты будет воспроизводить трубка длиной 1,80 м в слышимом диапазоне при 20,0 ° C, если: (a) Трубка закрыта с одного конца? б) он открыт с обоих концов?

Глоссарий

пучность: точка максимального смещения

узел: точка нулевого смещения

основной: низкочастотный резонанс

обертонов: все резонансные частоты выше основной

гармоник: термин, используемый для коллективного обозначения основной гармоники и ее обертонов

Избранные решения проблем и упражнения

1.0,7 Гц

3. 0,3 Гц, 0,2 Гц, 0,5 Гц

5. (а) 256 Гц; (б) 512 Гц

7. 180 Гц, 270 Гц, 360 Гц

9. 1,56 м

11. (а) 0,334 м; (б) 259 Гц

13. от 3,39 до 4,90 кГц

15. (а) 367 Гц; (б) 1,07 кГц

17. (а) f n = n (47,6 Гц), n = 1, 3, 5,…, 419; (b) f n = n (95,3 Гц), n = 1, 2, 3,…, 210

17.4 нормальных режима стоячей звуковой волны

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните механизм шумоподавляющих наушников
  • Опишите резонанс в трубке, закрытой с одного конца и открытой с другого конца.
  • Опишите резонанс в трубке, открытой с обоих концов

Интерференция - отличительная черта волн, каждая из которых демонстрирует конструктивную и деструктивную интерференцию, точно аналогичную той, которая наблюдается для водных волн.Фактически, один из способов доказать, что что-то «является волной», - это наблюдать за интерференционными эффектами. Поскольку звук - это волна, мы ожидаем, что он будет иметь помехи.

Интерференция звуковых волн

В «Волнах» мы обсуждали интерференцию волновых функций, которые различаются только фазовым сдвигом. Мы обнаружили, что волновая функция, полученная в результате суперпозиции [латекс] {y} _ {1} (x, t) = A \, \ text {sin} (kx- \ omega t + \ varphi) [/ latex] и [ латекс] {y} _ {2} (x, t) = A \, \ text {sin} (kx- \ omega t) [/ latex] равно

[латекс] y (x, t) = [2A \, \ text {cos} (\ frac {\ varphi} {2})] \ text {sin} (kx- \ omega t + \ frac {\ varphi} { 2}).[/ латекс]

Один из способов сдвинуть по фазе две идентичные волны, которые изначально находятся в фазе друг с другом, - это заставить волны распространяться на разные расстояния; то есть у них разная длина пути. Звуковые волны являются прекрасным примером фазового сдвига из-за разности хода. Как мы уже обсуждали, звуковые волны можно в основном моделировать как продольные волны, в которых молекулы среды колеблются вокруг положения равновесия, или как волны давления.

Когда волны покидают динамики, они выходят в виде сферических волн ((Рисунок)).Волны мешают; конструктивный вывод производится комбинацией двух гребней или двух впадин, как показано. Деструктивная интерференция создается комбинацией желоба и гребня.

Рисунок 17.16 Когда звуковые волны излучаются динамиком, они распространяются со скоростью звука и выходят в виде сферических волн. Здесь два динамика воспроизводят одинаковый устойчивый тон (частоту). Результатом являются точки сильного звука (выделены), которые возникают в результате наложения двух гребней (сжатие) или двух впадин (разрежение).Деструктивная интерференция возникает в результате наложения гребня и впадины. Точки, где есть конструктивная интерференция на рисунке, возникают потому, что две волны в этих точках находятся в фазе. Точки деструктивной интерференции ((Рисунок)) являются результатом того, что две волны не совпадают по фазе.

Рисунок 17.17 Два динамика приводятся в действие одним генератором сигналов. Звуковые волны, создаваемые динамиками, синфазны и имеют одну частоту. Звуковые волны мешают друг другу.Когда два гребня или две впадины совпадают, возникает конструктивная интерференция, отмеченная красными и синими точками. При совпадении впадины и гребня возникает деструктивная интерференция, отмеченная черными точками. Разность фаз возникает из-за длины пути, пройденного отдельными волнами. Две идентичные волны проходят две разные длины пути к точке P. (a) Разница в длине пути составляет одну длину волны, что приводит к общей конструктивной интерференции и результирующей амплитуде, равной удвоенной исходной амплитуде.(b) Разница в длинах пути меньше одной длины волны, но больше половины длины волны, в результате чего амплитуда больше нуля и меньше двойной исходной амплитуды. (c) Разница в длинах пути составляет половину длины волны, что приводит к полной деструктивной интерференции и результирующей амплитуде, равной нулю.

Разность фаз в каждой точке возникает из-за разной длины пути, пройденного каждой волной. Когда разница в длинах пути кратна длине волны,

[латекс] \ text {Δ} r = | {r} _ {2} - {r} _ {1} | = n \ lambda, \, \ text {where} \, n = 0,1,2, 3 \ text {,…,} [/ latex]

волны синфазны и есть конструктивная интерференция.Когда разница в длине пути кратна половине длины волны,

[латекс] \ text {Δ} r = | {r} _ {2} - {r} _ {1} | = n \ frac {\ lambda} {2}, \, \ text {where} \, n = 1,3,5 \ text {,…,} [/ latex]

волны [latex] 180 \ text {°} (\ pi \, \ text {rad}) [/ latex] не совпадают по фазе, и в результате возникает деструктивная интерференция. Эти точки могут быть обнаружены с помощью измерителя уровня звука.

Пример

Интерференция звуковых волн

Два динамика разделены расстоянием 5,00 м и приводятся в действие генератором сигналов неизвестной частоты.Учащийся с шумомером проходит 6,00 м и вниз 2,00 м и находит первую минимальную интенсивность, как показано ниже. Какая частота выдает генератор сигналов? Предположим, что скорость звука составляет [латекс] v = 343,00 \, \ text {м / с} \ text {.} [/ Latex]

Стратегия

Скорость волны равна [latex] v = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f. [/ latex] Тогда частота будет [latex] f = \ frac {v} {\ lambda}. [/ latex] Минимальная интенсивность указывает на деструктивную интерференцию, и первая такая точка возникает там, где существует разность путей [latex] \ text {Δ} r = \ lambda \ text {/} 2, [/ latex], которую можно найти из геометрия.{2}} = 6,71 \, \ text {m} [/ latex]

  • Используйте разницу в длине пути, чтобы найти длину волны.

    [латекс] \ text {Δ} r = | {r} _ {2} - {r} _ {1} | = | 6.71 \, \ text {m} -6.32 \, \ text {m} | = 0.39 \, \ text {m} [/ latex]

    [латекс] \ lambda = 2 \ text {Δ} r = 2 (0,39 \, \ text {m}) = 0,78 \, \ text {m} [/ latex]

  • Найдите частоту.

    [латекс] f = \ frac {v} {\ lambda} = \ frac {343.00 \, \ text {m / s}} {0.78 \, \ text {m}} = 439.74 \, \ text {Hz} [ / латекс]

  • Значение

    Если бы точка P была точкой максимальной интенсивности, тогда длина пути была бы целым числом, кратным длине волны.

    Проверьте свое понимание

    Если вы ходите вокруг двух динамиков, играющих музыку, почему вы не замечаете места, где музыка очень громкая или очень тихая, то есть где есть конструктивные и деструктивные помехи?

    В этом примере два динамика воспроизводили звук на одной частоте. Музыка имеет разные частоты и длины волн.

    Концепция фазового сдвига из-за разницы в длине пути очень важна.Вы снова будете использовать эту концепцию в «Интерференции» во втором томе текста и «Фотоны и волны материи» в третьем, где мы обсудим, как Томас Янг использовал этот метод в своем знаменитом эксперименте с двумя щелями, чтобы предоставить доказательства того, что свет имеет волнообразные свойства.

    Уменьшение шума за счет разрушающих помех

    (рисунок) показывает умное использование звуковых помех для подавления шума. Более крупномасштабные применения активного снижения шума за счет деструктивных помех были предложены для целых пассажирских салонов в коммерческих самолетах.Чтобы получить деструктивную интерференцию, выполняется быстрый электронный анализ, и вводится второй звук [латекс] 180 \ text {°} [/ latex], не совпадающий по фазе с исходным звуком, причем его максимумы и минимумы точно противоположны входящему шуму. . Звуковые волны в жидкостях - это волны давления, соответствующие принципу Паскаля; то есть давление из двух разных источников складывается и вычитается, как простые числа. Следовательно, положительное и отрицательное избыточное давление добавляют к гораздо меньшему давлению, производя звук меньшей интенсивности.Хотя полностью разрушительные помехи возможны только в самых простых условиях, с помощью этого метода можно снизить уровень шума на 30 дБ и более.

    Рисунок 17.18 Наушники, предназначенные для подавления шума с деструктивными помехами, создают звуковую волну, прямо противоположную входящему звуку. Эти наушники могут быть более эффективными, чем простое пассивное затухание, используемое в большинстве средств защиты слуха. Такие наушники использовались во время рекордного кругосветного беспосадочного полета самолета "Вояджер" в 1986 году, чтобы защитить слух пилотов от шума двигателя.

    Проверьте свое понимание

    Опишите, чем наушники с шумоподавлением отличаются от стандартных наушников, используемых для блокировки посторонних звуков.

    Обычные наушники блокируют звуковые волны только физическим барьером. Наушники с шумоподавлением используют разрушительные помехи для уменьшения громкости внешних звуков.

    Где еще можно наблюдать звуковые помехи? Все звуковые резонансы, например, в музыкальных инструментах, возникают из-за конструктивных и деструктивных помех.Только резонансные частоты конструктивно интерферируют, образуя стоячие волны, тогда как другие интерферируют деструктивно и отсутствуют.

    Резонанс в трубке, замкнутой на одном конце

    Как мы обсуждали в «Волнах», стоячих волн образованы двумя волнами, движущимися в противоположных направлениях. Когда две идентичные синусоидальные волны движутся в противоположных направлениях, они могут быть смоделированы как

    .

    [латекс] {y} _ {1} (x, t) = A \, \ text {sin} (kx- \ omega t) \, \ text {and} \, {y} _ {2} (x , t) = A \, \ text {sin} (kx + \ omega t).[/ латекс]

    Когда эти две волны интерферируют, результирующая волна является стоячей волной:

    [латекс] {y} _ {\ text {R}} (x, t) = [2A \, \ text {sin} (kx)] \ text {cos} (\ omega t). [/ латекс]

    Резонанс может возникнуть из-за граничных условий, наложенных на волну. В «Волнах» мы показали, что резонанс может возникать в струне при натяжении, которая имеет симметричные граничные условия, в частности, узел на каждом конце. Мы определили узел как фиксированную точку, в которой струна не двигалась. Мы обнаружили, что симметричные граничные условия приводят к тому, что некоторые частоты резонируют и создают стоячие волны, в то время как другие частоты мешают деструктивно.Звуковые волны могут резонировать в полой трубке, а частоты резонирующих звуковых волн зависят от граничных условий.

    Предположим, у нас есть трубка, которая закрыта с одного конца и открыта с другого. Если мы поднесем вибрирующий камертон к открытому концу трубки, падающая звуковая волна пройдет через трубку и отразится от закрытого конца. Отраженный звук имеет ту же частоту и длину волны, что и падающая звуковая волна, но распространяется в противоположном направлении. В закрытом конце трубки молекулы воздуха имеют очень небольшую свободу колебаться, и возникает узел.На открытом конце молекулы могут свободно двигаться, и при правильной частоте возникает пучность. В отличие от симметричных граничных условий для стоячих волн на струне, граничные условия для трубы, открытой на одном конце и закрытой на другом конце, антисимметричны: узел на закрытом конце и пучность на открытом конце.

    Если камертон имеет правильную частоту, столб воздуха в трубке громко резонирует, но на большинстве частот он очень мало вибрирует. Это наблюдение просто означает, что столб воздуха имеет только определенные собственные частоты.Рассмотрим самую низкую частоту, которая заставит трубку резонировать, производя громкий звук. На закрытом конце будет узел, а на открытом - пучность, как показано на (Рисунок).

    Рисунок 17.19 Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном, который вибрирует на самой низкой частоте, которая может вызвать резонанс (основная частота). На закрытом конце существует узел, а на открытом - пучность.

    Стоячая волна, образованная в трубке, имеет пучность на открытом конце и узел на закрытом конце.Расстояние от узла до пучности составляет одну четвертую длины волны, и это равно длине трубки; таким образом, [латекс] {\ lambda} _ {1} = 4L. [/ latex] Такой же резонанс может быть вызван вибрацией, возникающей на закрытом конце трубки или около него ((Рисунок)). Лучше всего считать это естественной вибрацией столба воздуха, независимо от того, как она вызвана.

    Рисунок 17.20 Та же стоячая волна создается в трубке из-за вибрации, вносимой около ее закрытого конца.

    Учитывая, что максимальное смещение воздуха возможно на открытом конце, а не на закрытом, другие более короткие длины волн могут резонировать в трубке, например, показанная на (Рисунок). Здесь стоячая волна имеет в трубке три четверти своей длины волны, или [латекс] \ frac {3} {4} {\ lambda} _ {3} = L, [/ latex], так что [латекс] {\ lambda } _ {3} = \ frac {4} {3} L. [/ latex] Продолжая этот процесс, вы обнаружите целую серию коротковолновых и высокочастотных звуков, которые резонируют в трубке.Мы используем определенные термины для обозначения резонансов в любой системе. Самая низкая резонансная частота называется основной , а все более высокие резонансные частоты называются обертонами . Все резонансные частоты являются целыми кратными основной гармоники, и вместе они называются гармониками . Основная гармоника - это первая гармоника, первый обертон - это вторая гармоника и так далее. (Рисунок) показывает основную частоту и первые три обертона (первые четыре гармоники) в трубке, закрытой с одного конца.

    Рисунок 17.21 Другой резонанс для трубы, закрытой с одного конца. Эта стоячая волна имеет максимальное смещение воздуха на открытом конце и отсутствует на закрытом конце. Длина волны короче, три четверти [latex] \ lambda \ prime [/ latex] равны длине трубки, так что [latex] \ lambda \ prime \, = \, 4L \ text {/} 3 [/ латекс]. Эта высокочастотная вибрация - первый обертон.

    Рисунок 17.22 Основной и три нижних обертона для трубы, закрытой с одного конца.У всех есть максимальные вытеснения воздуха на открытом конце и нет - на закрытом конце.

    Соотношение резонансных длин волн трубки, закрытой с одного конца, равно

    [латекс] {\ lambda} _ {n} = \ frac {4} {n} L \ enspace {n} = 1,3,5,… [/ latex]

    Теперь давайте поищем закономерность в резонансных частотах для простой трубки, закрытой с одного конца. Основной имеет [latex] \ lambda = 4L, [/ latex], а частота связана с длиной волны и скоростью звука, как указано в

    .

    [латекс] v = f \ лямбда.[/ латекс]

    Решение относительно f в этом уравнении дает

    [латекс] f = \ frac {v} {\ lambda} = \ frac {v} {4L}, [/ latex]

    , где v - скорость звука в воздухе. Точно так же первый обертон имеет [latex] \ lambda = 4L \ text {/} 3 [/ latex] (см. (Рисунок)), так что

    [латекс] {f} _ {3} = 3 \ frac {v} {4L} = 3 {f} _ {1}. [/ латекс]

    Поскольку [latex] {f} _ {3} = 3 {f} _ {1}, [/ latex] мы называем первый обертон третьей гармоникой. Продолжая этот процесс, мы видим закономерность, которую можно обобщить в одном выражении.Резонансные частоты трубки, закрытой с одного конца, равны

    .

    [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {v} {4L}, \ enspace {n} = 1,3,5,…, [/ latex]

    , где [latex] {f} _ {1} [/ latex] - основной тон, [latex] {f} _ {3} [/ latex] - первый обертон и так далее. Интересно, что резонансные частоты зависят от скорости звука и, следовательно, от температуры. Эта зависимость представляет собой заметную проблему для органов в старых неотапливаемых соборах, а также является причиной того, что музыканты обычно доводят свои духовые инструменты до комнатной температуры перед тем, как играть на них.

    Резонанс в трубке, открытой с обоих концов

    Еще один источник стоячих волн - открытая с обоих концов трубка. В этом случае граничные условия симметричны: пучности на каждом конце. Резонансы трубок, открытых с обоих концов, можно анализировать так же, как резонансы трубок, закрытых с одного конца. Воздушные столбы в трубках, открытых с обоих концов, имеют максимальное вытеснение воздуха с обоих концов ((Рисунок)). Стоячие волны формируются, как показано.

    Рисунок 17.23 Резонансные частоты трубки открыты с обоих концов, включая основную частоту и первые три обертона. Во всех случаях максимальные перемещения воздуха происходят на обоих концах трубы, что дает ей собственные частоты, отличные от собственных частот трубы, закрытой с одного конца.

    Соотношение резонансных длин волн трубки, открытой с обоих концов, равно

    [латекс] {\ lambda} _ {n} = \ frac {2} {n} L, \ enspace {n} = 1,2,3 \ text {,…}. [/ латекс]

    Основываясь на том факте, что трубка, открытая с обоих концов, имеет максимальное смещение воздуха на обоих концах, и используя (рисунок) в качестве ориентира, мы можем видеть, что резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов, равны

    [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {v} {2L}, \ enspace {n} = 1,2,3…, [/ latex]

    , где [latex] {f} _ {1} [/ latex] - это основной тон, [latex] {f} _ {2} [/ latex] - это первый обертон, [latex] {f} _ {3} [ / latex] - второй обертон и так далее.Обратите внимание, что труба, открытая с обоих концов, имеет основную частоту в два раза больше, чем она была бы, если бы она была закрыта с одного конца. Он также имеет другой спектр обертонов, чем трубка, закрытая с одного конца.

    Обратите внимание на то, что труба, открытая с обоих концов, имеет симметричные граничные условия, аналогичные закрепленной на обоих концах струне, обсуждаемой в разделе «Волны». Соотношения длин волн и частот струнного инструмента такие же, как указано в (Уравнение) и (Уравнение). Скорость волны на струне (от Waves) равна [latex] v = \ sqrt {\ frac {{F} _ {T}} {\ mu}}.[/ latex] Воздух вокруг струны колеблется с той же частотой, что и струна, производя звук той же частоты. Звуковая волна движется со скоростью звука, и длину волны можно найти с помощью [латекс] v = \ lambda f. [/ латекс]

    Проверьте свое понимание

    Как можно использовать узел и пучность стоячей волны для определения длины трубы с закрытым концом?

    Показать решение

    Когда трубка резонирует на своей собственной частоте, узел волны находится на закрытом конце трубки, а пучность - на открытом.Длина трубки равна одной четвертой длины волны этой волны. Таким образом, зная длину волны, мы можем определить длину трубки.

    Проверьте свое понимание

    Вы видите два музыкальных инструмента, которые не можете опознать. Один воспроизводит высокие звуки, а другой - низкие. Как вы могли определить, что есть что, не слыша, как они играют?

    Показать решение

    Сравните их размеры. Инструменты с высоким тоном обычно меньше по размеру, чем инструменты с низким тоном, потому что они генерируют меньшую длину волны.

    Сводка

    • Нежелательный звук можно уменьшить с помощью деструктивных помех.
    • Звук имеет те же свойства интерференции и резонанса, которые определены для всех волн.
    • В воздушных столбах резонанс на самой низкой частоте называется основной, а все более высокие резонансные частоты - обертонами. Все вместе они называются гармониками.

    Концептуальные вопросы

    Вам даются два духовых инструмента одинаковой длины.Один открыт с обоих концов, а другой закрыт с одного конца. Что может производить самую низкую частоту?

    Показать решение

    Основная длина волны трубки, открытой на каждом конце, составляет 2 L , где длина волны трубки, открытой на одном конце и закрытой на одном конце, составляет 4 L . Трубка, открытая с одного конца, имеет более низкую основную частоту, если предположить, что скорость звука одинакова в обеих трубках.

    В чем разница между обертоном и гармоникой? Все ли гармоники обертоны? Все ли обертоны гармоничны?

    Две одинаковые колонны, открытые с обоих концов, находятся в разных комнатах.В комнате A температура [латекс] T = 20 \ text {°} \ text {C} [/ latex], а в комнате B температура [латекс] T = 25 \ text {°} \ text {C} [/ латекс]. К концу каждой трубки прикреплен динамик, заставляющий трубки резонировать на основной частоте. Частота у обеих ламп одинаковая? У кого частота выше?

    Показать решение

    Длина волны в каждой в два раза больше длины трубки. Частота зависит от длины волны и скорости звуковых волн.Частота в помещении B выше, потому что скорость звука выше там, где выше температура.

    Проблемы

    (а) Какова основная частота трубы длиной 0,672 м, открытой с обоих концов, в день, когда скорость звука составляет 344 м / с? б) Какова частота его второй гармоники?

    Какова длина трубки с основной частотой 176 Гц и первым обертоном 352 Гц, если скорость звука составляет 343 м / с?

    Ушной проход резонирует, как трубка, закрытая с одного конца.(См. [Ссылка] Рисунок 17_03_HumEar [/ link].) Если длина слуховых проходов в среднем составляет от 1,80 до 2,60 см, каков диапазон основных резонансных частот? Возьмем температуру воздуха [латекс] 37,0 \ text {°} \ text {C,} [/ latex], что совпадает с температурой тела.

    Вычислите первый обертон в слуховом проходе, который резонирует как трубка длиной 2,40 см, закрытая с одного конца, приняв температуру воздуха [латекс] 37,0 \ text {°} \ text {C} [/ latex]. Неужели ухо особенно чувствительно к такой частоте? (Резонансы слухового прохода усложняются его неоднородной формой, на что мы не будем обращать внимания.)

    Показать решение

    11,0 кГц; Ухо не особенно чувствительно к этой частоте, поэтому мы не слышим обертоны из-за слухового прохода.

    Грубое приближение к воспроизведению голоса состоит в том, чтобы рассматривать дыхательные пути и рот как резонирующую трубку, закрытую с одного конца. (a) Какова основная частота, если длина трубки 0,240 м, если принять температуру воздуха [латекс] 37,0 \ text {°} \ text {C} [/ latex]? б) Какой стала бы эта частота, если бы человек заменил воздух гелием? Предположим такую ​​же температурную зависимость для гелия, что и для воздуха.

    Труба длиной 4,0 м, открытая с одного конца и закрытая с одного конца, находится в комнате с температурой [латекс] T = 22 \ text {°} \ text {C} \ text {.} [/ латекс] Динамик, способный воспроизводить переменные частоты, помещается на открытый конец и используется для того, чтобы трубка резонировала. а) Какова длина волны и частота основной частоты? б) Какова частота и длина волны первого обертона?

    а. [латекс] v = 344,08 \, \ text {м / с,} \ enspace {\ lambda} _ {1} = 16,00 \, \ text {m,} \ enspace {f} _ {1} = 21.51 \, \ text {Hz;} [/ latex]

    г. [латекс] {\ lambda} _ {3} = 5,33 \, \ text {m,} \ enspace {f} _ {3} = 64,56 \, \ text {Hz} [/ latex]

    Труба длиной 4,0 м, открытая с обоих концов, помещается в комнату с температурой [латекс] T = 25 \ text {°} \ text {C} \ text {.} [/ Latex] Динамик. способный производить переменные частоты, помещается на открытом конце и используется для того, чтобы трубка резонировала. а) Каковы длина волны и частота основной частоты? б) Каковы частота и длина волны первого обертона?

    Нейлоновая гитарная струна закреплена между двумя лабораторными стойками 2.00 м друг от друга. Струна имеет линейную массовую плотность [латекс] \ mu = 7,20 \, \ text {g / m} [/ latex] и находится под натяжением 160,00 Н. Струна помещается рядом с трубкой, открытая с обеих сторон. концы, длиной L . Струна выдергивается, и трубка резонирует в режиме [латекс] n = 3 [/ латекс]. Скорость звука 343 м / с. Какая длина трубки?

    Показать решение

    [латекс] \ begin {array} {cc} {v} _ {\ text {string}} = 149.07 \, \ text {m / s,} \ enspace {\ lambda} _ {3} = 1.33 \, \ текст {m,} \ enspace {f} _ {3} = 112.08 \, \ text {Hz} \ hfill \\ {\ lambda} _ {1} = \ frac {v} {{f} _ {1}}, \ enspace {L} = 1.53 \, \ text {m} \ hfill \ end {array} [/ latex]

    Ударяют по камертону с частотой 512 Гц и помещают рядом с трубкой с подвижным поршнем, создавая трубку переменной длины. Поршень скользит по трубе, и резонанс достигается, когда поршень находится на расстоянии 115,50 см от открытого конца. Следующий резонанс достигается, когда поршень находится на расстоянии 82,50 см от открытого конца. а) Какова скорость звука в трубке? (b) На каком расстоянии от открытого конца поршень вызовет следующий режим резонанса?

    Студентов физической лаборатории просят определить длину столба воздуха в закрытой с одного конца трубке, имеющей основную частоту 256 Гц.Они держат трубку вертикально и наполняют ее водой до верха, затем опускают воду, пока вибрирует камертон с частотой 256 Гц, и прислушиваются к первому резонансу. а) Какова температура воздуха, если резонанс происходит на длине 0,336 м? б) Как долго они будут наблюдать второй резонанс (первый обертон)?

    Показать решение

    а. [латекс] 22.0 \ текст {° C} [/ латекс]; б. 1.01 м

    Глоссарий

    основной
    низкочастотный резонанс
    гармоники
    термин, используемый для коллективного обозначения фундаментального и его обертонов
    обертон
    все резонансные частоты выше основной

    Лекция 38

    Лекция 38 Сводка
    • Преломляющие изображения
    • Тонкие линзы
    • Отражение и пропускание волн
    • Письменная викторина Ch.34
    • Оптические помехи
    • Практика:
      Попробуйте эти дополнительные примеры
    • Пример # 3

      Пример # 4

      Пример # 5
    • Подготовить:
      Прочитать разделы 35-3 и 35-4 учебника перед следующей лекцией

    PSE6 37,1
    Лазерный луч λ = 632,8 нм попадает в две щели, равные 0.200 мм друг от друга. Как далеко находятся ли яркие полосы на экране на расстоянии 5,00 м?
    A. 3,16 мм
    B. 25,3 мм
    C. 4,57 мм
    D. 15,8 мм
    Ответ

    POP5 27,17
    Стены прибрежного склада имеют две открытые двери, а стены облицованы звукопоглощающим материалом. материал. Два человека y = 20 м друг от друга на расстоянии L = 150 м от дверей. Человек А может слышать λ = 3,00 м звуковые волны из лодочного гудка громко, но они едва слышны человеку Б.Если предположить, что человек B находится в положении первого минимума, Определите расстояние d между дверьми, от центра к центру.
    А. 11,3 м
    Б. 8,81 м
    C. 7,50 м
    Д. 5,33 м
    Ответ

    кВт4
    Почему мы не замечаем интерференционных узоров, когда включаем два источника света в комнате?
    A. Свет не совпадает по фазе.
    B. Свет слишком яркий.
    C. Свет слишком тусклый.
    D. Молекулы воздуха нарушают интерференционную картину.
    Ответ

    Walker5e 28.EYU.2 мод
    Если увеличить частоту света в эксперименте с двумя щелями, угол к первой яркой полосе над центральной яркой полосой будет _____.
    A. увеличение
    B. уменьшение
    C. оставаться прежним
    Ответ

    Walker5e 28.11
    Мо, Ларри и Кёрли выстраиваются в линию на расстоянии 1,00 м. Ларри 3 года.00 м перед парой стереодинамиков на расстоянии 0,800 м друг от друга. Если динамики вибрируют синхронно, какие две самые низкие частоты позволяют Ларри слышать громкий тон, в то время как Мо и Керли слышат очень мало? Скорость звука 343 м / с.
    А. 226 Гц и 678 Гц
    Б. 339 Гц и 1017 Гц
    С. 1085 Гц и 2170 Гц
    D. 678 Гц и 2034 Гц
    Ответ

    D. 15,8 мм

    А.11,3 м

    A. Фары не совпадают по фазе.
    Чтобы увидеть конструктивную и деструктивную интерференцию, должно быть фиксированное фазовое соотношение между волнами, исходящими от различных источников. Для световых волн, испускаемых двумя разными лампочками, такой связи нет. Лампочки также излучают одновременно множество волн различной длины, что еще больше затрудняет обнаружение помех.

    Б. Уменьшение
    Более высокая частота соответствует более короткой длине волны.Волны более короткой длины волны распространяются (дифрагируют) меньше после прохождения через щели, а короткая длина волны ведет к меньшему углу, при котором возникает конструктивная интерференция (разность хода одной длины волны между двумя волнами). Вы также можете увидеть, что угол уменьшается при уменьшении длины волны, изучив формулу: d sin ( θ bright ) = .

    D. 678 Гц и 2034 Гц
    Нам нужно найти две самые низкие частоты, которые создают деструктивную интерференцию в позициях Мо и Керли.Ларри всегда будет слышать громкий звук (конструктивную помеху) в своем местоположении, независимо от частоты.

    Как помехи влияют на звуковые волны?

    Мы можем видеть (слышать?) Это с помощью стационарных звуковых волн.

    Если динамик излучает когерентные звуковые волны (одинаковой частоты, одинаковой длины волны, постоянной разности фаз), а расстояние до стены # l # является полуцелым числом, кратным длине волны # lamda #, то волны будут интерферировать сами с собой и суперпозиция образует стационарную волну[email protected], pi # будут усиливать друг друга. Это когда у нас в звуке максимумы. Эти точки образуют пучности с максимальным смещением, обозначенным буквой A.

    .

    Так же, как с волнами на веревках, или со светом, или микроволнами, или с волнами на воде, или с любыми другими волнами, это формирует гармоники. На этой диаграмме показана вторая гармоника; есть три узла и две пучности, образующие 3 «петли». Расстояние между двумя узлами всегда составляет половину длины волны, # lamda / 2 # - это объясняет, почему стационарные волны образуются только тогда, когда расстояние вдвое кратно длине волны.


    И звук тоже делает двойную щель!

    Если вы можете получить источник двух когерентных звуковых волн - одинаковой частоты и длины волны, а также постоянной разности фаз - то они будут интерферировать, как двойная щель.

    Когда звуковые волны проходят через зазор, они дифрагируют, как и другие волны. Поскольку две волны дифрагируют, они интерферируют друг с другом.

    Если разность хода - дополнительное расстояние, которое проходит одна волна по сравнению с другой - равна целому числу длин волн, то две волны будут в фазе.Они будут конструктивно мешать, а это приводит к пикам интенсивности. Если вы пройдете вдоль стены (которая действует как экран для двойной щели), вы услышите эти точки, как будто звук самый громкий.

    Между этими точками будут области, в которых звук будет самым тихим, фактически нулевым. Если разность хода составляет половину числа длин волн - разность фаз # lamda / 2 # - тогда две волны будут уравновешиваться, поэтому интенсивность будет минимальной.

    Это также соответствует уравнениям, которые мы имеем для двойной щели Юнга.Расстояние между максимумами звука, # w # будет:

    # w = (lamdaD) / с #

    , где
    # w # = расстояние между полосами (расстояние между максимумами) в метрах
    # D # - расстояние до экрана / стены в метрах
    # lamda # - длина волны в метрах
    # s # - расстояние между щелями

    Очевидно, поскольку звук имеет длину волны намного большую, чем свет, расстояние между щелями будет намного больше, чем для типичной двойной щели. Однако они ведут себя точно так же, как и другие волны.

    Единственное отличие - поляризация

    Не мешает, но стоит отметить. Звуковые волны нельзя поляризовать.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *