第三節 聲音的繞射
觀察聲波的繞射


繞射也是波的其中一項特性。當波經過障礙物的邊緣時,會繞過其邊緣,擴散到障礙物的後方;而當波要穿過小縫時,亦會在縫後散開。那麼,聲波又會造成甚麼繞射現象呢?試考慮以下情境:

小明站在一房間的門外,向站在房間內的三位同學呼叫;他的三位同學 A、B 和 C 的位置如中所示。設房間內鋪上了吸聲材料,令聲波在房間裡的反射可以忽略。哪位/哪些同學會聽到小明的呼叫聲?

同學 A
同學 B
同學 C


聲波從小明的口中發出,並不是一個線波源,波會朝不同方向傳播(見)。由此可理解,除位於小明正前方的同學 C 外,站在一旁的同學 B 也會聽到小明的聲音。另一方面,由於聲波越過房門口時會發生繞射,令聲波能傳播至同學 A 的位置,所以同學 A 也會聽到小明的聲音。

聲波的繞射現象經常發生在日常生活中。例如,當一台收音機在牆壁轉角處的一邊播放音樂時(),轉角處另一邊的人會聽到其播出的聲音,儘管這人因視線受阻而看不見收音機。


來自小明的聲音能傳播至房間內三位同學的耳中嗎?您可切換至波陣面圖,觀看和比較有否繞射現象時,聲波的傳播情況。
聲波能繞過轉角處
比較聲波與光波的繞射


事實上,由於聲波的波長較大,所以會很容易發生繞射現象的。

由於空氣中聲波的速率等於 340 \(\text{m }{{\text{s}}^{-1}}\),以日常說話的頻率主要集中於 300 至 4000 \(\text{Hz}\) 這個範圍為例,可知:

      一般說話的聲波波長約等於
  • 1 \(\text{mm}\) ~ 1 \(\text{cm}\)
  • 10 \(\text{cm}\) ~ 1 \(\text{m}\)
  • 10 \(\text{m}\) ~ 100 \(\text{m}\)
這數量級。

留意這個大小,剛好就與中那門口的寬度同屬一個數量級,所以聲波越過門口等障礙物時,繞射現象顯著。


聲音與光也是波、有繞射的特性。我們不妨比較兩者的繞射現象,了解它們在諸如這類常見的情境,皆很容易發生繞射嗎?在所示的一幅牆,牆的一邊有一台正在播放的電視機。由於聲波會藉繞射傳播到牆的另一邊(見),站在那邊的路人亦能聽到電視機發出的聲音。然而:

      路人
  • 也能看見
  • 卻看不見
從電視機傳出的光影。

儘管光也有繞射這特性,由於光的波長很短,光只會在穿越很小的狹縫或障礙物時(< 0.01 \(\text{mm}\)),繞射才顯著。換言之,中電視機發出的光束,不能藉繞射傳至牆的另一邊。所以日常生活中:

聲波的繞射較光波的顯著。


藉著繞射,電視機發出的聲音能傳播至牆的另一邊,那麼,電視機發出的光影,也能藉繞射傳至牆的另一邊嗎?
分別以波陣面和光束展示電視機的聲音和光的傳播,比較聲波與光波的繞射(請在圖上打開光束的路徑)
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