Rezonans akustyczny

Stronę tą wyświetlono już: 51 razy

Ciekawą i bardzo istotną właściwością fal akustycznych jest to, że potrafią się one nakładać i rezonować. Rezonans akustyczny to inaczej rzecz ujmując wzmocnienie sygnału akustycznego poprzez wielokrotne jego odbicie i nałożenie lub poprzez nakładanie się kilku różnych źródeł fal akustycznych. Bardzo ciekawym przypadkiem negatywnego rezonansu fali była katastrofa mostu mostu Tacoma, który 7 listopada 1940 roku zawalił się pod wpływem powstałych w nim drgań.

Dla lepszego zrozumienia tego zjawiska weźmy dwie fale akustyczne: pierwszą o częstotliwości 30 [Hz] i drugą o częstotliwości 60 [Hz], które w chwili t0 były zgodne w fazie. Poniżej został pokazany wykres takich dwóch fal akustycznych.

Zmiana ciśnienia ośrodka drgańP [Pa]P [Pa]t [s]-2-1.6-1.2-0.8-0.400.40.81.21.6200.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05y1 (t) = A · sin(2 · π · 60 · t)y2 (t) = A · sin(2 · π · 30 · t)y3 (t) = y1 (t) + y2 (t) = A · sin(2 · π · 30 · t) + A · sin(2 · π · 60 · t)
Rys. 1
Wykresy funkcji wychylenia ciśnienia w miejscu powstawania fali akustycznej dla dwóch różnych fal akustycznych oraz dla fali złożonej z nich.
Źródło:
Wykres wygenerowany przes skrypt PHP autora strony opisany na stronie Programowanie → Skrypty PHP → Skrypt PHP generujący wykres funkcji 2W

Jak widać amplituda drgań samych fal podstawowych jest mniejsza od zmiennej amplitudy drgań tych fal po ich skumulowaniu. Rezonans akustyczny wykorzystuje wiele instrumentów strunowych do wzmocnienia dźwięku wytwarzanego przez strunę co jest akurat zjawiskiem jak najbardziej pozytywnym.

O wiele bardziej niekorzystną sytuacją byłoby, gdyby falę o częstotliwości 30 [Hz] przesunąć o 1 / 240 [s] w fazie tak jak to zostało pokazane na poniższym rysunku.

Zmiana ciśnienia ośrodka drgańP [Pa]P [Pa]t [s]-2-1.6-1.2-0.8-0.400.40.81.21.6200.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05y1 (t) = A · sin(2 · π · 60 · t)y2 (t) = A · sin(2 · π · 30 · (t + 1 / 240))y3 (t) = y1 (t) + y2 (t) = A · sin(2 · π · 30 · (t + 1 / 240)) + A · sin(2 · π · 60 · t)
Rys. 2
Wykresy funkcji wychylenia ciśnienia w miejscu powstawania fali akustycznej dla dwóch różnych fal akustycznych oraz dla fali złożonej z nich.
Źródło:
Wykres wygenerowany przes skrypt PHP autora strony opisany na stronie Programowanie → Skrypty PHP → Skrypt PHP generujący wykres funkcji 2W

Jak widać w tym przypadku amplituda drgań wzrasta momentami dwukrotnie tylko dlatego, że przesunąłem jedną z nich w fazie.

Komentarze