Dudnienie

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Przykładowy przebieg dudnienia

Dudnienieokresowe zmiany amplitudy drgania wypadkowego powstałego ze złożenia dwóch drgań o zbliżonych częstotliwościach[1]. Dudnienia obserwuje się dla wszystkich rodzajów drgań, w tym i wywołanych falami.

W roku 1955 A. T. Forrester, R. A. Gudmundsen i P. O. Johnson obserwowali dudnienie światła pochodzącego z dwóch niezależnych źródeł światła widzialnego o prawie identycznej częstotliwości. Uzyskano częstotliwość dudnień w zakresie mikrofal.

Przykłady dudnień:

  • dudniący dźwięk powstający ze złożenia dwóch dźwięków źle zestrojonych instrumentów muzycznych
  • dźwięk (drgania) powstający ze złożenia dźwięku odbieranego bezpośrednio i odbitego od poruszającej się powierzchni odbijającej (wskutek zjawiska Dopplera dźwięk odbity od ruchomej powierzchni jest odbierany jako dźwięk o zmienionej częstotliwości)

Za dudnienie uznaje się także okresowe zmiany amplitudy drgań w układzie dwóch słabo sprzężonych oscylatorów.

Dudnienie drgań harmonicznych[edytuj | edytuj kod]

W przypadku dwóch drgań harmonicznych o częstościach ω1, ω2 i jednakowej amplitudzie, przebieg drgań można opisać funkcjami[2]:

\psi_1 \,=\, A\,\sin(\omega_1 t) \,
\psi_2 \,=\, A\,\sin(\omega_2 t) \,

Przebieg powstały w wyniku dodania tych drgań:

\psi \,=\,\psi_1\,+\,\psi_2

z sumowania funkcji trygonometrycznych wynika:

\psi \,=\; A\left[\sin(\omega_1 t)\,+\,\sin(\omega_2 t)\right]\;=\;2\,A\;\cos\!\left(\frac{\omega_1 t \!-\! \omega_2 t}{2}\right)\,\sin\!\left(\frac{\omega_1 t \!+\! \omega_2 t}{2}\right)

lub, po wprowadzeniu nowych oznaczeń:

\psi \,=\, 2\,A\;\cos(\omega_m t)\;\sin(\omega_w t)

gdzie:

\omega_m \,=\, \frac{\omega_1 - \omega_2} {2}
\omega_w \,=\, \frac{\omega_1 + \omega_2} {2}

Powstające w wyniku złożenia drganie można traktować jako drganie, którego częstość jest równa średniej arytmetycznej częstości drgań składowych, zaś amplituda zmienia się znacznie wolniej, co można ująć matematycznie:

\psi \,=\, B(t)\,\sin(\omega_w t)

gdzie:

 B(t) \,=\, 2 A\, \cos(\omega_m t)

Funkcja B(t) przyjmuje na przemian wartości dodatnie i ujemne. Jej wartość bezwzględna |B(t)| nosi nazwę obwiedni; jest to funkcja zmieniająca się z częstością \;2\,\omega_m\;, a zatem równą różnicy częstości składanych drgań (nie zaś połowie tej różnicy).

Efektem fizycznym opisanego sumowania drgań jest to, że zachowują one swój szybkooscylujący charakter (z częstością \,\omega_w\,), a przy tym ich obwiednia zmienia się powoli w czasie, co dla dźwięku oznacza słyszalną, pulsacyjną modulację głośności z częstością \;2\,\omega_m\; .

Wybrane zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Wykres sumy funkcji sin(x) i sin(0,95*x), z zaznaczoną (kolor czarny) obwiednią o postaci 2 cos(0,025*x)

Efekt dudnień jest wykorzystywany do:

  • strojenia instrumentów muzycznych, ponieważ im dwie częstotliwości są sobie bliższe, tym dudnienie jest wyraźniejsze i znika dopiero przy idealnym dobraniu częstotliwości
  • zmiany częstości odbieranych drgań w odbiornikach fal radiowych (superheterodyna z mieszaczem)
  • określania częstotliwości drgań lub fal poprzez sumowanie fali odebranej i wzorcowej, stosowane np. w radarach dopplerowskich
  • uzyskiwania tzw. różnicowych współtonów kombinacyjnych - popularny "bas akustyczny" w organach: współbrzmienie głosu 16' i 10 2/3' daje złudzenie głosu 32'

Dudnienia dla częstotliwości 440 i 441 Hz (plik w formacie Ogg Vorbis) i

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Jerzy Krajewski: Głośniki i zestawy głośnikowe. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 2003, s. 16. ISBN 83-206-1491-0.
  2. Poniższe wzory ilustrują jedynie zjawisko, w ogólności drgania mogą być dowolnie przesunięte w fazie, jednak pełny opis jedynie utrudniłby zapis