Hoofdmenu openen

Herschel-Quincke-Interferometer

meetinstrument om geluid te meten

De Herschel-Quincke-Interferometer, ook wel bekend als de 'Buis van Quincke' is een akoestische interferometer, die gebruikt kan worden om de geluidssnelheid in een gasmedium te meten alsook om de golflengte van een enkelvoudige toon te bepalen. Het idee om geluidsgolven op deze manier te meten werd voor het eerst geopperd door de Engelse wetenschapper John Herschel en het experiment, ook bekend als 'De Proef van Quincke', werd nadien uitgevoerd door de Duitse natuurkundige Georg Hermann Quincke.[1][2][3]

Principe en TheorieBewerken

 
Schematische voorstelling van de interferometer van Quincke

Schematisch bestaat de interferometer uit een hoofdpijp die zich splitst in twee zijtakken om zich op een bepaalde afstand van de vertakking weer te verenigen tot één enkele eindpijp. De lengte van een van de zijtakken kan meestal continu gevarieerd worden zodat het geluid in de zijtakken een verschillende weg moet afleggen. Op de plaats waar de twee geluidsgolven terug samenkomen treedt interferentie op. Wanneer het lengteverschil tussen de twee zijtakken gelijk is aan de halve golflengte van de geluidsgolf wordt de geluidsoverdruk op die plaats gelijk aan nul en komt er geen geluid uit de eindpijp. Er treedt dan een totale reflectie op van de geluidsgolf. De oppervlakten van de doorsneden worden in de figuur voorgesteld door   en   en de lengte van de zijtakken door   en  . Het gedrag van de interferometer kan het best worden beschreven met behulp van de vermogenstransmissieverhouding tussen de ingang en de uitgang. Deze kan worden berekend aan de hand van het kwadraat van de amplituden van de inkomende en uitgaande geluidsgolven op voorwaarde dat hun golflengte veel groter is dan de diameter van de pijpen. Deze voorwaarde garandeert dat de geluidsgolven in de pijpen zich zullen voortplanten als vlakke golven. De uitdrukking voor de vermogenstransmissieverhouding wanneer men ervan uitgaat dat er geen reflectie is van de geluidsgolf in de eindpijp met doorsnede   luidt dan

 

Deze uitdrukking is in het algemene geval (bij willekeurige   en   en willekeurige   en  ) gecompliceerd[4] maar wordt eenvoudiger en meer overzichtelijk als er bepaalde verhoudingen bestaan tussen de oppervlakten van de pijpdoorsneden. De vermogenstransmissieverhouding voor het geval dat   en   of   luidt

 [5]

 
Grafiek van Pt in functie van de frequentie
met het golfgetal  
waarin   de golflengte voorstelt,   de frequentie en   de geluidssnelheid (343 m/s)

Deze uitdrukking leert ons dat er geen vermogen meer wordt uitgestraald als   of   en als   of   met  . De gevallen   en   werden besproken in de werken vam Quincke en Rayleigh.[6] De nevenstaande grafiek geeft een visueel beeld van het verloop van de vermogenstransmissieverhouding in het frequentiegebied tussen 0 en 5000 Hz.voor   cm en   cm.

ToepassingBewerken

Zoals uit de grafiek blijkt gedraagt de buis van Quincke zich als een akoestisch filter met een aantal frequentiegebieden waarbinnen zich een sterk verminderde transmissie van het geluid voordoet. Ze kan dan ook met voordeel worden toegepast in ruisonderdrukkers en geluidsdempers.