Seisova aalto

Seisova aalto. Punaiset pisteet ovat solmukohtia.

Seisova aalto on fysiikan aalto-opissa ilmiö, jossa heijastuvat aallot vahvistavat toisiaan eli interferoivat. Seisovassa aaltoliikkeessä on ns. solmuja ja kupuja. Solmut ovat kohtia, joissa aallon amplitudi on koko ajan nolla; kuvut sijaitsevat solmujen puolivälissä.

Akustiikka

Akustiikassa seisovia aaltoja kutsutaan myös huonemoodeiksi. Ilmiö syntyy kun huoneen mitta on puolet ääniaallon pituudesta tai sen monikerta.^[1] Aalto vahvistaa itseään kimmotessaan seinästä. Huonemoodit ovat hyvin paikallisia: Niiden olemassaolon voi todeta soittamalla pistetaajuuksia stereoista ja kävelemällä huoneessa, joissain kohtaa ääni vaimentuu ja toisessa korostuu. Ero voimakkuudessa voi olla merkittävä jo metrin murto-osien siirtymisellä.

Moodit ovat varsinkin lähes kuutionmallisten betoniseinäisten huoneiden ongelma äänentoistossa, sillä mitä lähempänä huoneen mitat ovat toisiaan, sitä epätasaisemmin moodien aiheuttamat piikit taajuusvasteessa sijoittuvat. Kevytseinäisissä huoneissa matalat taajuudet kulkevat helposti rakenteiden läpi, eivätkä siksi jää voimakkaasti soimaan.

Paikallisuutensa vuoksi huonemoodien vaikutusta äänentoistoon voi vähentää äänilähteiden sekä kuuntelupaikan sijoituksella: Nyrkkisääntönä seinien, ja erityisesti nurkkien, lähistöllä moodit ovat voimakkaimmillaan kun taas huoneen keskellä on vaimentumia.

BBC on määrittänyt, millainen on pienin huone, jossa voidaan käsitellä, tuottaa tai tallentaa ääntä huonemoodit huomioiden:^[2]

• 41 m³, mikäli huonekorkeus on 3,0 metriä
• 65 m³, mikäli huonekorkeus on 3,5 metriä
• 97 m³, mikäli huonekorkeus on 4,0 metriä

Huoneen mittasuhteet tulisi olla 1,294:1,176:1. ^[2]

Laskukaavoja

Seisovan aallon taajuuden ja monikerran laskeminen onnistuu kaavalla ${\displaystyle f=n(c/2D)}$, jossa ${\displaystyle f}$ on seisovan aallon taajuus, ${\displaystyle c}$ = äänen nopeus, n = aallon solmukohtien määrä ja D = huoneen sivun mitta. Esimerkiksi huone, jonka vastakkaisten pintojen välillä olisi neljä metriä, näyttäisi kaava seuraavalta: ${\displaystyle f=1(343/2\cdot 4)=21,4Hz}$. Kerrannaistaajuudet ratkaistaan muuttamalla n arvoa. ^[3]

Seisova aalto ei aina kaksinkertaista ääniaallon liike-energiaa. Aaltojen kokonaisenergia lasketaan kaavalla ${\displaystyle E_{tot}=E_{incident}+E_{reflected}+2\cdot {\sqrt {(}}E_{incident}\cdot E_{reflected})\cdot \cos(\delta )}$, jossa ${\displaystyle \delta =0}$, kun aallot ovat täydellisessä myötävaiheessa. ^[3]

Elektroniikka ja radiotekniikka

Elektroniikassa seisova aalto syntyy helposti siirtolinjassa, kun signaalin aallot johtimen impedanssisovittamattomista päistä heijastuessaan menevät samaan vaiheeseen. Vähän alle valonnopeuden oleva signaali muodostaa korkeilla radiotaajuuksilla ja tiedonsiirrossa helposti tällaisen tilanteen jo metrien etäisyyksillä ja allekin.

Jos syöttöjohtoa, tavallisesti koaksiaalikaapelia, ei ole päätetty sen ominaisimpedanssia vastaavaan puhtaaseen resistanssiin, syntyy seisova aalto. Syöttöjohtoon lähetetty teho ei siirry kohteeseensa vaan osa siitä heijastuu takaisin lähtöpistettä kohti. Näin syöttöjohtoon syntyy paikallaan olevia virta- ja jännitevaihteluita. Seisovan aallon suhde on U_max / U _min, myös SAS, V.S.W.R ja SWR nimityksiä käytetään.

Radiotekniikassa seisova aalto syntyy helposti johtimessa tai heijastavien seinämien välille, kun aaltoja mahtuu välille jokin tasamäärä. Ilmiötä käytetään hyväksikin resonoivissa ontelorakenteissa.

Lähteet

1. Aaltoliike Peda.net, Kotkansaaren koulu. Viitattu 8.7.2022.
2. R. Walker: BBC RD1993-08 downloads.bbc.co.uk.
3. Daniel M. Thompson: Understanding audio : getting the most out of your project or professional recording studio. Boston, MA: Berklee Press, 2018. 982089520 ISBN 978-1-4950-2875-5 Teoksen verkkoversio (viitattu 22.4.2023).

Katso myös

• seiche