diffractiekleuren op een grammofoonplaat

[jkien]

Hoe ontstaan de interferentiekleuren op een ouderwetse vinyl langspeelplaat als je hem in het zonlicht houdt? De sterkste kleuren krijg ik met de zon in mijn rug, en de langspeelplaat schuin onder een hoek van β ≈ 45°. Die hoek β is onverwacht groot, bij een cd is hij kleiner (β ≈ 10°) terwijl het cd-tralie een veel grotere lijndichtheid heeft (circa 600 lijnen per mm, versus 8 lijnen per mm voor een langspeelplaat).

Bij de cd zie ik het 1e orde spectrum bij sin β = λ / 2a → β = 10° als λ = 500 nm en a = 1/600 mm. De factor 2 in de formule komt doordat ik de zon in de rug heb, zodat de invallende lichtstraal dezelfde hoek β maakt als de teruggekaatste lichtstraal.

Ik begrijp niet waarom de hoek β bij de langspeelplaat zo groot is. Op grond van de formule verwachtte ik β = 0,1° als λ = 500 nm en a = 1/8 mm.

Onstaan de kleuren bij een grammofoonplaat op dezelfde manier als bij een cd?

[Xilvo]

Ik heb ook maar eens een LP uit de hoes gehaald.
1. Ik krijg minder spectaculaire kleuren dan op jouw foto.
2. Ik zie de kleuren ook in de individuele inloopgroeven helemaal aan de buitenkant van de plaat.

Misschien is het geen traliewerking van de naast elkaar liggende groeven maar meer te vergelijken met buiging aan een spleet, per groef?

[OOOVincentOOO]

Misschien zit er een dunne transparante laag op net zoals olie op water?

[Xilvo]

@Vincent
Dan zou je de kleuren ook verwachten op de vlakke stukken vinyl tussen de groeven. Maar daar zie je ze niet.

[jkien]

1. Ik krijg minder spectaculaire kleuren dan op jouw foto.

Dit was de mooiste foto uit een serie. De mooie kleuren hangen sterk af van de positie van de camera, veel meer dan bij een cd. De camera geeft de kleuren redelijk natuurgetrouw weer.

Misschien is het geen traliewerking van de naast elkaar liggende groeven maar meer te vergelijken met buiging aan een spleet, per groef?

Mogelijk is dat het. Het kleurenspectrum zou dan de muziek in die ene groef weergeven, een toon van 2 kHz zou een breder spectrum geven dan een toon va 4 kHz. De hoek van 45 is dan nodig om loodrecht op de wand van de groef te kijken, zodat de reflectie het sterkst is.

[Xilvo]

Ik dacht aan de breedte van de groef zelf.
Een zuivere toon van 4 kHz zou een groefgolflengte hebben vergelijkbaar met de onderlinge afstand tussen de groeven.

Ik zag de kleuren met name in de (stille) inloopgroef.

[jkien]

Als de muziek de kleurschifting veroorzaakt moet het mogelijk zijn om, vanaf een geschikt gezichtspunt, kleurdispersie parallel met groef te zien. Dat is bij de onderstaande foto gelukt, met een zaklantaarn als lichtbron (omdat de zon weg is). Het moet dan wel eentonige muziek zijn, daar het spectrum van alle groeven bijna gelijk is.

[Xilvo]

Het moet dan wel eentonige muziek zijn, daar het spectrum van alle groeven bijna gelijk is.

Juist daar heb ik wat twijfel over. Muziek is zelden zo eentonig, het bevat vele frequenties van instrumenten, plus hun boventonen, die veranderen als de melodie of akkoorden veranderen. Daarbij nog wat "ruis" (drums. bekkens etc.).
Daarnaast, de tralieconstante is klein, in de orde van 0,1 mm voor een zelfs tamelijk hoge frequentie als 4 kHz.

Het kan natuurlijk dat iedere oorzaak (groefafstand, groefbreedte en golf in de groef) elk een zichtbare bijdrage levert.

Het zou mooi zijn een plaat te hebben met inderdaad alleen één toon.

Van welke kant en onder welke hoek heb je de LP belicht?

[jkien]

Deze plaat vertoont wel enige eentonigheid. Het is het album Naturally van J J Cale (youtube).

De cirkel van de middelste groef heeft een straal van 10 cm. Een muziektoon van 1 kHz heeft in die groef een golflengte van λ = v/f = 2πr (33/60) / 1000 = 0,35 mm. Aha, dus 4 kHz hoort bij 0,1 mm, dat had je blijkbaar al uitgerekend.

De belichting is vrijwel retroreflectie onder een hoek β = 45° met de plaat, maar dan parallel aan de groef de zaklantaarn 3° verder dan het oog.

[jkien]

Vandaag de lichtverstrooiing loodrecht op de groef onderzocht met een laserpointer. De meetresultaten zijn samengevat in de figuur hieronder. Klik erop voor een vergrote versie. In de serie figuren 1, 2, 3 veranderde ik β (d.w.z. ik kantelde de LP), en ik mat de hoek φ bij elke β.

Wat me ineens duidelijk werd is dat de groef vanwege de twee schuine wanden die precies loodrecht op elkaar staan een retroreflector is. Als de laserpointer bij B is, dan gaat de retro-gereflecteerde bundel terug naar B. De retrogereflecteerde bundel waaiert iets uit en vertoont knopen en buiken. De waargenomen hoek tussen twee buiken is 2°, terwijl de tralie van de groeven een hoek van 0,2° voorspelt (sin φ ≈ d/λ), dus de tralie verklaart de knopen en buiken niet. Dat moet een andere oorzaak hebben.

45° wanden

[Xilvo]

Interessante plaatjes!

Kun je uitleggen hoe de plaatjes tot stand gekomen zijn?
Is 4 een scherm met een gaatje bij B? Is een foto van dat scherm gemaakt? Waarom is er een heldere spot bij D?

[jkien]

De opstelling was simpel. De langspeelplaat A lag schuin op een tafel, tegenover de muur. Grafisch vond ik het duidelijker om in figuur 4 de laserpointer achter de muur te tekenen, maar in de werkelijkheid hield ik hem voor de muur, een klein beetje opzij verplaatst. Als je goed kijkt zie je op de foto bij B een contour van mijn hand die de laserpointer vasthoudt. De fotocamera (mijn telefoon) hield ik met mijn andere hand ergens boven de langspeelplaat. Het lukte met enige moeite om de ontspanknop te bedienen. De kamer moest pikkedonker zijn om het interferentiepatroon bij B te kunnen zien.

De heldere spot bij de D wordt verklaard in figuur 5. Er zijn drie invallende stralen. Eentje wordt tweemaal gereflecteerd, die gaat terug naar B. Een andere wordt eenmaal gereflecteerd, die gaat naar D.

[Xilvo]

Duidelijk!

De vraag is, waar komen die interferentielijnen onder een hoek van ca 2 graden vandaan?
Zoals je schrijft is de groefafstand daarvoor te groot. Maar het is wel een patroon dat bij twee of meer "lijnen" hoort, het brede centrale maximum dat je ziet bij buiging aan één spleet ontbreekt.

De groefbreedte is trouwens 25 μm, volgens Wikipedia. Ik vermoed dat we het daar moeten zoeken.

Correctie: De groefbreedte is niet 25 μm, dat is de straal van de naald waarmee de plaat afgespeeld wordt.

Een ander document noemt een breedte van 55 μm voor mono-, 40 μm voor stereoplaten.
https://musicalifeiten.nl/images/storie ... nplaat.pdf

[jkien]

Aanvankelijk zag ik de kleuren alleen vanaf vrij grote afstand (1 m) tot de plaat, zodat ik geen individuele groeven zag.

Maar met een loep kan ik nu toch ook vanaf 10 cm afstand individuele groeven en hun kleuren zien. Het vereist wel even zoeken naar een geschikte lichtinval van achteren. Met een smartphonecamera, die op 10 cm afstand moeiteloos kan focusseren, heb ik er de onderstaande foto's van gemaakt. Het blijkt dat je kleur in de groef kunt zien, en dat naburige groeven soms verschillende kleuren hebben, dus de kleur ontstaat in de groef.

Ik heb inmiddels ook op physics forums gevraagd naar dit fenomeen. Daar heeft iemand nog veel mooiere foto's van de groeven en hun kleur gemaakt m.b.v. een goede microscoop (en geringe vergroting).

[Xilvo]

Het blijkt dat je kleur in de groef kunt zien, en dat naburige groeven verschillende kleuren hebben, dus de kleur ontstaat in de groef.

Dat is in overeenstemming met wat ik in de (stille) inloopgroeven zag, die onderling een grote afstand hebben.
Vraag is wat dan het verschil in kleur van naast elkaar liggende groeven verklaart - die inloopgroeven hadden allemaal dezelfde kleur.