¿Cómo puedes enfocar el sonido?

No creo que nadie aquí haya respondido realmente a tu pregunta. En este caso, el sonido se "enfoca" utilizando arreglos en fase . La cara del foco de audio tiene varios transductores:

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La misma señal sale de cada uno de ellos, pero se retrasa ligeramente en diferentes cantidades, de modo que todos los frentes de onda alcanzan el mismo punto frente al dispositivo al mismo tiempo. Este "foco virtual" se llama formación de haces .

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Así es como los radares modernos también enfocan sus haces. En lugar de hacer girar una antena parabólica, tienen muchos elementos pequeños que no se mueven, pero las señales se retrasan para producir diferentes formas de haz.

El sonido es un tipo de onda, por lo que tiene todas las propiedades ondulatorias similares a otras ondas, como las ondas luminosas. Para las ondas de luz, puede usar una lente para enfocar la luz. Una lente tiene un índice de refracción más alto o una velocidad de la luz más baja que el entorno. Lo mismo es cierto para la onda de sonido, por lo que lo que necesita es crear una región de alta refracción [1].

El aire que nos rodea se puede aproximar al gas ideal, por lo que la velocidad del sonido es [2]

$c=\sqrt{\gamma\frac{P}{\rho}}$

dónde$\gamma$es el índice adiabático,$p$es la presión del aire,$\rho$es la densidad del aire

Aquí, queremos crear una región con alta refracción o una velocidad de sonido equivalentemente baja. Hay pocas formas de lograr esto, una es disminuir la presión, otra forma es disminuir la temperatura (por la ley de los gases ideales$PV=NRT$). Sin embargo, en ambos casos, necesitas un recipiente duro o un refrigerador cerca para mantenerlo frío.

Por otro lado, el aumento de la densidad se puede hacer fácilmente usando un gas pesado como el dióxido de carbono. Solo necesita llenar el gas en un globo y puede actuar como una lente acústica muy simple. Tenga en cuenta que el tamaño del globo u otro recipiente debe ser grande en comparación con la longitud de onda. También hay otros métodos para enfocar el sonido sin usar lentes. [3]

Como se dijo antes, el mismo mecanismo se puede aplicar para otras olas, por ejemplo, una ola de agua. En un tanque de agua poco profundo, agregar un obstáculo en forma de lente en la parte inferior puede hacer converger las ondas de agua porque las ondas de agua se mueven lentamente en la región poco profunda. Este experimento se puede realizar fácilmente en casa.

[1] http: //hiperfísica.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/refrac.html

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound#Speed_in_ideal_gases_and_in_air

[3] http://focus.aps.org/story/v14/st3

Estos 'focos de audio' funcionan emitiendo ultrasonidos en dos frecuencias diferentes; es la longitud de onda corta del ultrasonido lo que hace que el haz se dirija de esa manera. Las dos ondas interfieren y producen tonos sumados y diferentes a frecuencias de$f_1+f_2$y$f_1-f_2$; si las frecuencias de ultrasonido son, digamos,$f_1=45\,$kHz y$f_2=44\,$kHz, el tono de diferencia estará en$1$kHz que está en el rango audible para los humanos.

Conocí a algunas personas que consideraron el uso de focos de audio para controlar el ruido hace algún tiempo, pero (IIRC) el consenso general es que, dado que somete a sus víctimas a grandes cantidades de ruido ultrasónico (más de 100 dB), estos dispositivos son probablemente no demasiado seguro para el uso continuo. (O, al menos, su seguridad no estaba garantizada de ninguna manera).

A nivel general, enfoca el sonido de la misma manera que enfoca la luz, ya sea reflejándolo desde una superficie parabólica o dejándolo pasar a través de una lente acústica. Una lente acústica es como una lente óptica en el sentido de que consta de un material con una velocidad de propagación del sonido diferente, con un grosor variable. Consulte el artículo de Wikipedia sobre espejos acústicos .