<div dir="ltr"><div dir="ltr">At yesterday&#39;s Virtual Friam I asked a question on diffraction and said I would send more background.<br><br>The gist of my question is: <br><br><b>Even though I completely understand the micro-level rules that generate diffraction in the wave model described below,  I still don&#39;t have an intuition **how** the gaps in an obstacle have the emergent effect of diffracting waves when wavelengths &gt;= gap width. Can anyone help?</b><br><br><br>Background:<br>The question arose from my mentoring NM School for the Arts high school students in the <a href="http://nmsupercomputingchallenge.org">NM Supercomputing Challenge</a> where the students simulated spatial acoustics by appropriating Saint-Venant equations used for shallow water waves to instead model acoustic pressure waves. We wrote a Netogo agent-based model with Python extension for reading / writing the sound files and simulating spatial acoustics.</div><div dir="ltr"><br><img src="cid:ii_ksbvdqhk0" alt="image.png" width="516" height="315"><br><br></div><div dir="ltr"><br>The students explored the effects of different room configurations on acoustics.  <br><br>One configuration of interest was a wall gap illustrated below in the top right under Madelyn&#39;s video below. The wall gap is hard to see on right side.<br><br><img src="cid:ii_ksbz1gwy3" alt="image.png" width="183" height="202"><br><br>They simulated microphones in Netlogo by recording amplitudes at a patch (red dot below in top-right visualization of room) and simulated speakers (hard-to-see blue dot below red dot on other side of wall) by driving amplitudes at a patch from the time series of amplitudes in  .wav files (recordings of a singer and viola performance). They could hear, and through Fourier analysis, see the gap acting as a low-pass filter on the acoustic signal. ie, only the low frequencies were &quot;bending&quot; around the wall to reach the microphone. </div><div dir="ltr"><br></div><div dir="ltr">You can see and listen to this effect and the spectrogram visualization <a href="https://youtu.be/61p97NWJiQ8?t=2117">at time 33:11 in their presentation</a>.<br><br><img src="cid:ii_ksbx6zhp1" alt="image.png" width="741" height="474" style="margin-right: 0px;"><br><br>It took me a few weeks after their presentation in the NM Supercomputing Challenge - they got second place - to connect the low pass filter behavior to the concept of diffraction. Had this been a light model and I saw the rainbow effects I would have clued in much faster.  Their presentation was a month after finals and they <a href="https://youtu.be/61p97NWJiQ8?t=2761">added this epilogue in the presentation above to identify the effect as diffraction.</a><br><br>Their presentation included this <a href="https://youtu.be/BH0NfVUTWG4" target="_blank">physical wavepool video demonstration</a> which was helpful to me to begin to understand the diffraction relationship with frequency and gap width.<br><br>Note: my question is not about &quot;describing&quot; the behavior with macroscopic equations or geometric models but fundamentally how does the gap become a point source ala Huygens Principle at the micro-level of the patches interacting with the emergent waves. To help with the distinction, I consider t<a href="https://www.olympus-lifescience.com/en/microscope-resource/primer/java/diffraction/">his interactive model </a> a great macroscopic description of the phenomenon that nicely illustrates the relationship of frequency and gap width but doesn&#39;t help me interpret the micro-level interactions giving rise to the diffraction effect in our simple shallow-water model.<br><br>The students describe the details of the shallow water model at <a href="https://youtu.be/61p97NWJiQ8?t=870">this point in their presentation</a>:<br><img src="cid:ii_ksbzby8c5" alt="image.png" width="423" height="263" style="margin-right: 0px;"><br><br><br>Here is my <a href="https://anysurface.com/sguerin/models/shallowWaterDoubleSlit.html">simplified Netlogo wave model</a> of the same shallow water equations without the acoustics. It&#39;s set up to explore double slit but you can change it to single slit and mess with frequency and gap and watch the wave propagations, diffractions and interference patterns<br><a href="https://anysurface.com/sguerin/models/shallowWaterDoubleSlit.html">https://anysurface.com/sguerin/models/shallowWaterDoubleSlit.html</a><br><img src="cid:ii_ksbz5z8m4" alt="image.png" width="562" height="306"><br><br>As a related aside, with some follow-up discussions with Ed Angel and Steve Smith I am also trying to understand how the gap might be considered a sampling function on the signal. My intuition is that the diffraction of the wave creates a spreader Sinc function and the gap is Rect function which are Fourier duals. In some way, i see <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem">Nyquist-Shannon Sampling Theorem</a> related to the gap. Note that diffraction creates a spreader function on the back wall in single gap experiments and the gap may be considered a Rect pulse when smaller than the wavelength.<br><br><img src="cid:ii_ksbxffke2" alt="image.png" width="434" height="292"><br><br></div><div dir="ltr"><br><br clear="all"><div><div dir="ltr" data-smartmail="gmail_signature"><div dir="ltr"><div><div dir="ltr"><div><div dir="ltr">_______________________________________________________________________<br><a href="mailto:stephen.guerin@simtable.com" target="_blank">Stephen.Guerin@Simtable.com</a><div>CEO, Simtable  <a href="http://www.simtable.com/" target="_blank">http://www.simtable.com</a><br><div>1600 Lena St #D1, Santa Fe, NM 87505<div><div>office: (505)995-0206 <span style="font-size:12.8px">mobile: (505)577-5828</span></div><div><span style="font-size:12.8px">twitter: @simtable</span></div><div><span style="font-size:12.8px"><a href="http://zoom.com/j/5055775828" target="_blank">z</a><a href="http://oom.simtable.com" target="_blank">oom.simtable.com</a></span></div></div></div></div></div></div></div></div></div></div></div></div><div class="gmail_quote"><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">
</blockquote></div></div>