विवर्तन की घटना बिल्कुल किसी भी तरंग की विशेषता है, उदाहरण के लिए, पानी की सतह पर विद्युत चुम्बकीय तरंगें या तरंगें। यह लेख ध्वनि के विवर्तन के बारे में बात करता है। इस घटना की विशेषताओं पर विचार किया जाता है, दैनिक जीवन में इसके प्रकट होने और मानव उपयोग के उदाहरण दिए गए हैं।
ध्वनि तरंग
ध्वनि के विवर्तन पर विचार करने से पहले, ध्वनि तरंग क्या है, इसके बारे में कुछ शब्द कहने योग्य है। यह बिना गतिमान पदार्थ के किसी भी भौतिक माध्यम में ऊर्जा को स्थानांतरित करने की एक भौतिक प्रक्रिया है। एक तरंग पदार्थ के कणों का एक हार्मोनिक कंपन है जो एक माध्यम में फैलता है। उदाहरण के लिए, हवा में, ये कंपन उच्च और निम्न दबाव के क्षेत्रों के उद्भव की ओर ले जाते हैं, जबकि एक ठोस शरीर में, ये पहले से ही संपीड़न और तन्यता तनाव के क्षेत्र होते हैं।
एक ध्वनि तरंग एक निश्चित गति से माध्यम में फैलती है, जो माध्यम के गुणों (तापमान, घनत्व और अन्य) पर निर्भर करती है। हवा में 20 oC पर, ध्वनि लगभग 340 मीटर/सेकेंड पर यात्रा करती है। यह देखते हुए कि एक व्यक्ति 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज़ तक आवृत्तियों को सुनता है, यह निर्धारित करना संभव हैसंगत सीमित तरंग दैर्ध्य। ऐसा करने के लिए, आप सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:
वी=चλ.
जहां f दोलनों की आवृत्ति है, उनकी तरंग दैर्ध्य है, और v गति की गति है। उपरोक्त संख्याओं को प्रतिस्थापित करने पर, यह पता चलता है कि एक व्यक्ति तरंग दैर्ध्य के साथ तरंग दैर्ध्य 1.7 सेंटीमीटर से 17 मीटर तक सुनता है।
तरंग विवर्तन की अवधारणा
ध्वनि विवर्तन एक ऐसी घटना है जिसमें एक तरंगाग्र अपने रास्ते में एक अपारदर्शी बाधा का सामना करने पर झुक जाता है।
विवर्तन का एक आकर्षक दैनिक उदाहरण निम्नलिखित है: दो लोग एक अपार्टमेंट के अलग-अलग कमरों में हैं और एक दूसरे को नहीं देखते हैं। जब उनमें से एक दूसरे को कुछ चिल्लाता है, तो दूसरा एक आवाज सुनता है, जैसे कि इसका स्रोत कमरों को जोड़ने वाले द्वार में है।
ध्वनि विवर्तन दो प्रकार के होते हैं:
- एक बाधा के चारों ओर झुकना जिसका आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा है। चूँकि एक व्यक्ति ध्वनि तरंगों की बड़ी तरंग दैर्ध्य (17 मीटर तक) सुनता है, इस प्रकार का विवर्तन अक्सर रोजमर्रा की जिंदगी में पाया जाता है।
- लहर के अग्रभाग में परिवर्तन क्योंकि यह एक संकरे छेद से होकर गुजरता है। सभी जानते हैं कि अगर आप दरवाजे को थोड़ा अजर छोड़ देते हैं, तो बाहर से कोई भी शोर, थोड़े से खुले दरवाजे की संकरी खाई को भेदते हुए, पूरे कमरे को भर देता है।
प्रकाश और ध्वनि के विवर्तन के बीच का अंतर
चूंकि हम उसी घटना के बारे में बात कर रहे हैं, जो तरंगों की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है, ध्वनि विवर्तन सूत्र बिल्कुल प्रकाश के समान होते हैं। उदाहरण के लिए, दरवाजे में एक झिरी से गुजरते समय, व्यक्ति विवर्तन के लिए न्यूनतम के समान एक शर्त लिख सकता हैफ्रौनहोफर एक संकीर्ण अंतर पर, वह है:
sin(θ)=mλ/d, जहां m=±1, 2, 3, …
यहाँ d डोर गैप की चौड़ाई है। यह सूत्र कमरे में उन क्षेत्रों को निर्धारित करता है जहां बाहर से आवाज नहीं सुनाई देगी।
ध्वनि और प्रकाश के विवर्तन के बीच का अंतर विशुद्ध रूप से मात्रात्मक है। तथ्य यह है कि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य कई सौ नैनोमीटर (400-700 एनएम) है, जो कि सबसे छोटी ध्वनि तरंगों की लंबाई से 100,000 गुना कम है। तरंग के आयाम और बाधाओं के करीब होने पर विवर्तन की घटना दृढ़ता से प्रकट होती है। इस कारण से, ऊपर वर्णित उदाहरण में, दो लोग, अलग-अलग कमरों में होने के कारण, एक-दूसरे को नहीं देखते, बल्कि सुनते हैं।
छोटी और लंबी तरंगों का विवर्तन
पिछले पैराग्राफ में, एक भट्ठा द्वारा ध्वनि के विवर्तन का सूत्र दिया गया है, बशर्ते कि तरंग सामने सपाट हो। सूत्र से यह देखा जा सकता है कि d के स्थिर मान पर, कोण θ जितना छोटा होगा, तरंगें उतनी ही छोटी स्लॉट पर गिरेंगी। दूसरे शब्दों में, छोटी तरंगें लंबी तरंगों की तुलना में बदतर होती हैं। इस निष्कर्ष का समर्थन करने के लिए यहां कुछ वास्तविक जीवन के उदाहरण दिए गए हैं।
- जब कोई व्यक्ति शहर की सड़क पर चलता है और उस स्थान पर आता है जहां संगीतकार खेल रहे हैं, तो वह सबसे पहले कम आवृत्तियों (बास) को सुनता है। जैसे ही वह संगीतकारों के पास जाता है, उसे उच्च आवृत्तियाँ सुनाई देने लगती हैं।
- गड़गड़ाहट की गड़गड़ाहट, जो पर्यवेक्षक से बहुत दूर नहीं हुई, उसे कुछ दसियों किलोमीटर दूर उसी रोल की तुलना में काफी अधिक (तीव्रता से भ्रमित नहीं होना) लगता है।
इन उदाहरणों में नोट किए गए प्रभावों के लिए स्पष्टीकरण ध्वनि की कम आवृत्तियों की विवर्तन की अधिक क्षमता और उच्च आवृत्तियों की तुलना में अवशोषित होने की उनकी कम क्षमता है।
अल्ट्रासोनिक स्थान
यह क्षेत्र में विश्लेषण या अभिविन्यास की एक विधि है। दोनों ही मामलों में, स्रोत से अल्ट्रासोनिक तरंगों (λ<1, 7 सेमी) का उत्सर्जन करने का विचार है, फिर उन्हें अध्ययन के तहत वस्तु से प्रतिबिंबित करें और रिसीवर द्वारा परावर्तित तरंग का विश्लेषण करें। इस पद्धति का उपयोग मनुष्य द्वारा ठोस पदार्थों की दोषपूर्ण संरचना का विश्लेषण करने, समुद्र की गहराई की स्थलाकृति का अध्ययन करने और कुछ अन्य क्षेत्रों में किया जाता है। अल्ट्रासोनिक स्थान का उपयोग करते हुए, चमगादड़ और डॉल्फ़िन अंतरिक्ष में नेविगेट करते हैं।
ध्वनि विवर्तन और अल्ट्रासोनिक स्थान दो संबंधित घटनाएं हैं। तरंग दैर्ध्य जितना छोटा होता है, उतना ही खराब होता है। इसके अलावा, प्राप्त परावर्तित संकेत का संकल्प सीधे तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। विवर्तन की घटना किसी को दो वस्तुओं के बीच अंतर करने की अनुमति नहीं देती है, जिसके बीच की दूरी विवर्तित तरंग की लंबाई से कम होती है। इन कारणों से, यह ध्वनि या इन्फ्रासोनिक स्थान के बजाय अल्ट्रासोनिक है जिसका उपयोग किया जाता है।
