Cilat janë tingujt? Llojet e valëve të zërit dhe karakteristikat e tyre. Shkalla e kampionimit të audios

Valët zanore (ose akustike) janë valë elastike që përhapen në një mjedis me frekuenca në intervalin 16-20,000 Hz. Valët e këtyre frekuencave, që ndikojnë në sistemin e dëgjimit të njeriut, shkaktojnë ndjesinë e zërit. Valët me v< 16 Гц (ннфразвуковые) и v >20 kHz (ultratinguj) nuk perceptohen nga organet e dëgjimit të njeriut.

Valët e zërit në gazra dhe lëngje mund të jenë vetëm gjatësore, pasi këto media janë elastike vetëm në lidhje me deformimet e ngjeshjes (tensionit). Në trupat e ngurtë, valët e zërit mund të jenë gjatësore dhe tërthore, pasi trupat e ngurtë kanë elasticitet në lidhje me deformimet e ngjeshjes (tensionit) dhe prerjes.

Intensiteti i zërit (ose fuqia e zërit) është një sasi e përcaktuar nga energjia mesatare në kohë e transferuar nga një valë zanore për njësi të kohës përmes një njësie sipërfaqeje pingul me drejtimin e përhapjes së valës:

Njësia SI e intensitetit të zërit është vat për metër në katror (W/m2).

Ndjeshmëria e veshit të njeriut ndryshon për frekuenca të ndryshme. Për të shkaktuar një ndjesi zëri, vala duhet të ketë një intensitet të caktuar minimal, por nëse ky intensitet kalon një kufi të caktuar, atëherë zëri nuk dëgjohet dhe shkakton vetëm një ndjesi të dhimbshme. Kështu, për çdo frekuencë lëkundjeje ka një intensitet të zërit minimal (pragu i dëgjimit) dhe një maksimum (pragu i dhimbjes) që mund të shkaktojë perceptimin e zërit. Në Fig. 223 tregon varësinë e pragjeve të dëgjueshmërisë dhe dhimbjes nga frekuenca e zërit. Zona e vendosur midis këtyre dy kthesave është zona e dëgjueshme.

Nëse intensiteti i zërit është një sasi që karakterizon objektivisht tingullin proces i ri, atëherë karakteristika subjektive e zërit që lidhet me intensitetin e tij është forca e zërit, e cila varet nga frekuenca. Sipas ligjit fiziologjik Weber-Fechner, me rritjen e intensitetit të zërit, zëri rritet në mënyrë logaritmike. Mbi këtë bazë, bëhet një vlerësim objektiv i vëllimit të zërit bazuar në vlerën e matur të intensitetit të tij:

ku I 0 është intensiteti i zërit në pragun e dëgjueshmërisë, i marrë për të gjithë tingujt që të jetë 10 -12 W/m 2 . Vlera L quhet niveli i intensitetit të zërit dhe shprehet në bels (për nder të shpikësit të telefonit Bell). Zakonisht ata përdorin njësi që janë 10 herë më të vogla - decibel (dB).

Karakteristika fiziologjike e zërit është niveli i volumit, i cili shprehet në fon (fon). Vëllimi për një tingull në 1000 Hz (frekuenca e një tonin standard të pastër) është i barabartë me 1 fon nëse niveli i intensitetit të tij është 1 dB. Për shembull, zhurma në një makinë metroje me shpejtësi të lartë korrespondon me "90 von, dhe një pëshpëritje në një distancë prej 1 m korrespondon me" 20 von.

Tingulli real është një mbivendosje e lëkundjeve harmonike me një grup të madh frekuencash, d.m.th. tingulli ka një spektër akustik që mund të jetë i vazhdueshëm (lëkundjet e të gjitha frekuencave janë të pranishme në një interval të caktuar) dhe të rreshtuar (lëkundjet e frekuencave të caktuara të ndara nga njëra-tjetra janë të pranishme. ).

Përveç volumit, tingulli karakterizohet nga lartësia dhe timbri. Lartësia e zërit është cilësia e zërit e përcaktuar nga një person subjektivisht nga veshi dhe në varësi të frekuencës së zërit. Me rritjen e frekuencës, lartësia e zërit rritet, d.m.th. zëri bëhet "më i lartë". Natyra e spektrit akustik dhe shpërndarja e energjisë midis frekuencave të caktuara përcakton veçantinë e ndjesisë së zërit, e quajtur timbri i zërit. Kështu, këngëtarë të ndryshëm që luajnë të njëjtën notë kanë një spektër akustik të ndryshëm, domethënë zërat e tyre kanë një timbër të ndryshëm.

Burimi i tingullit mund të jetë çdo trup që vibron në një mjedis elastik me një frekuencë zëri (për shembull, në instrumentet me tela, burimi i tingullit është një varg i lidhur me trupin e instrumentit).

Duke u lëkundur, një trup shkakton dridhje të grimcave ngjitur të mediumit me të njëjtën frekuencë. Gjendja e lëvizjes lëkundëse transmetohet në mënyrë të njëpasnjëshme tek grimcat e mediumit që janë gjithnjë e më të largëta nga trupi, d.m.th., një valë përhapet në mjedis me një frekuencë lëkundjeje të barabartë me frekuencën e burimit të saj dhe me një shpejtësi të caktuar në varësi të densitetit. dhe vetitë elastike të mediumit. Shpejtësia e përhapjes së valëve të zërit në gaze llogaritet me formulën

(158.1)

ku R është konstantja molare e gazit, M është masa molare, g = C p / C v është raporti i kapaciteteve molare të nxehtësisë së gazit në presion dhe vëllim konstant, T është temperatura termodinamike. Nga formula (158.1) rrjedh se shpejtësia e zërit në një gaz nuk varet nga presioni r gaz, por rritet me rritjen e temperaturës. Sa më e madhe të jetë masa molare e një gazi, aq më e ulët është shpejtësia e zërit. Për shembull, në T = 273 K, shpejtësia e zërit në ajër (M = 29×10 -3 kg/mol) v = 331 m/s, në hidrogjen (M = 2×10 -3 kg/mol) v = 1260 m/s . Shprehja (158.1) korrespondon me të dhënat eksperimentale.

Gjatë përhapjes së zërit në atmosferë, është e nevojshme të merren parasysh një sërë faktorësh: shpejtësia dhe drejtimi i erës, lagështia e ajrit, struktura molekulare e mediumit të gaztë, dukuritë e përthyerjes dhe reflektimi i zërit në kufirin e dy mediave. Përveç kësaj, çdo medium real ka viskozitet, kështu që vërehet zbutje e zërit, d.m.th., një rënie në amplituda e tij dhe, rrjedhimisht, intensiteti i valës së zërit ndërsa përhapet. Dobësimi i zërit është kryesisht për shkak të përthithjes së tij në medium, i shoqëruar me kalimin e pakthyeshëm të energjisë së zërit në forma të tjera të energjisë (kryesisht termike).

Për akustikën e dhomës vlerë të madhe ka jehonë të zërit - procesi i dobësimit gradual të zërit në hapësirat e mbyllura pasi burimi i tij është fikur. Nëse dhomat janë bosh, atëherë zëri zbehet ngadalë dhe krijohet një "bumi" i dhomës. Nëse tingujt zbehen shpejt (kur përdoren materiale thithëse të zërit), atëherë ato perceptohen si të mbytur. Koha e kumbimit është koha gjatë së cilës intensiteti i zërit në një dhomë zbutet me miliona dhe niveli i tij me 60 dB. Dhoma ka akustikë të mirë nëse koha e reverberimit është 0,5-1,5 s.

Ndjesia specifike që ne e perceptojmë si tingull është rezultat i ndikimit në aparatin e dëgjimit të njeriut të lëvizjes osciluese të një mediumi elastik - më shpesh ajri. Dridhjet në medium ngacmohen nga një burim zëri dhe, duke u përhapur përmes mediumit, arrijnë në aparatin marrës - veshin tonë. Kështu, shumëllojshmëria e pafundme e tingujve që dëgjojmë shkaktohet nga proceset oshiluese që ndryshojnë nga njëri-tjetri në frekuencë dhe amplitudë. Nuk duhet ngatërruar dy anë të së njëjtës dukuri: tingulli si proces fizik është një rast i veçantë i lëvizjes osciluese; si një fenomen psiko-fiziologjik, tingulli është një ndjesi specifike, mekanizmi i shfaqjes së tij tani është studiuar në detaje.

Duke folur për anën fizike të fenomenit, ne e karakterizojmë tingullin nga intensiteti (forca), përbërja e tij dhe shpeshtësia e proceseve oshiluese që lidhen me të; Duke pasur parasysh ndjesitë e zërit, flasim për volumin, timbrin dhe lartësinë.

Në trupat e ngurtë, tingulli mund të përhapet si në formën e dridhjeve gjatësore dhe tërthore. Meqenëse lëngjet dhe gazrat nuk kanë elasticitet prerës, është e qartë se në mediat e gazta dhe të lëngëta tingulli mund të përhapet vetëm në formën e dridhjeve gjatësore. Në gazet dhe lëngjet, valët e zërit përfaqësojnë kondensime dhe rrallime të alternuara të mediumit, duke u larguar nga burimi i zërit me një shpejtësi të caktuar karakteristike për secilin medium. Sipërfaqja e një valë zanore është vendndodhja gjeometrike e grimcave të mediumit që kanë të njëjtën fazë lëkundjeje. Sipërfaqet e valëve të zërit mund të vizatohen, për shembull, në mënyrë që midis sipërfaqeve të valëve ngjitur të ketë një shtresë kondensimi dhe një shtresë rrallimi. Drejtimi pingul me sipërfaqen e valës quhet rreze.

Valët e zërit në një mjedis të gaztë mund të fotografohen. Për këtë qëllim, a

një pllakë fotografike mbi të cilën një rreze drite nga një shkëndijë elektrike drejtohet nga pjesa e përparme në mënyrë që këto rreze nga një ndezje e menjëhershme e dritës të bien mbi pllakën fotografike pasi kalojnë nëpër ajër, burim ambienti tingull. Në Fig. 158-160 tregojnë fotografi të valëve të zërit të marra duke përdorur këtë metodë. Burimi i zërit ndahej nga pllaka fotografike me një ekran të vogël në një stendë.

Në Fig. 158, por është e qartë se vala e zërit sapo ka dalë nga prapa ekranit; në Fig. 158, b e njëjta valë u filmua për herë të dytë disa të mijta të sekondës më vonë. Sipërfaqja e valës në këtë rast është një sferë. Në fotografi, imazhi i valës është marrë në formën e një rrethi, rrezja e të cilit rritet me kalimin e kohës.

Oriz. 158. Fotografi e një valë zanore në dy pika të kohës (a dhe b). Reflektimi i valës së zërit (c).

Në Fig. 158, c tregon një fotografi të një vale zanore sferike të reflektuar nga një mur i sheshtë. Këtu duhet t'i kushtoni vëmendje faktit që pjesa e reflektuar e valës duket se vjen nga një pikë e vendosur prapa sipërfaqes reflektuese në të njëjtën distancë nga sipërfaqja reflektuese si burimi i zërit. Dihet mirë se jehona shpjegohet me fenomenin e reflektimit të valëve të zërit.

Në Fig. 159 tregon ndryshimin në sipërfaqen e valës kur një valë zanore kalon përmes një qese në formë lente të mbushur me hidrogjen. Ky ndryshim në sipërfaqen e valës së zërit është pasojë e përthyerjes (përthyerjes) të rrezeve të zërit: në ndërfaqen e dy mediave, ku shpejtësia e valëve është e ndryshme, ndryshon drejtimi i përhapjes së valës.

Oriz. 160 riprodhon një fotografi të valëve të zërit, në rrugën e së cilës vendoset një ekran me katër të çara. Duke kaluar nëpër të çarat, valët përkulen rreth ekranit. Ky fenomen i përkuljes së valëve rreth pengesave të hasura quhet difraksion.

Ligjet e përhapjes, reflektimit, thyerjes dhe difraksionit të valëve të zërit mund të rrjedhin nga parimi i Huygens, sipas të cilit çdo grimcë vibronte

mjedisi mund të konsiderohet si një qendër (burim) i ri valësh; ndërhyrja e të gjitha këtyre valëve prodhon valën e vëzhguar në të vërtetë (zbatimi i parimit të Huygens-it do të shpjegohet në vëllimin e tretë duke përdorur shembullin e valëve të dritës).

Valët zanore mbartin me vete një sasi të caktuar lëvizjeje dhe, si rezultat, ushtrojnë presion mbi pengesat që hasin.

Oriz. 159. Përthyerja e valës zanore.

Oriz. 160. Difraksioni i valëve të zërit.

Për të shpjeguar këtë fakt, le t'i drejtohemi Fig. 161. Në këtë figurë, vija me pika tregon një sinusoid të zhvendosjeve të grimcave të mediumit në një moment të caktuar kohor gjatë përhapjes së valëve gjatësore në mjedis. Shpejtësitë e këtyre grimcave në momentin në kohë në shqyrtim do të përfaqësohen nga një valë kosinus, ose, e njëjta gjë, një sinusoid përpara sinusoidit të zhvendosjes me një çerek periode (vijë e ngurtë në Fig. 161). Nuk është e vështirë të imagjinohet se kondensimet e mjedisit do të vërehen aty ku, në një moment të caktuar, zhvendosja e grimcave është zero ose afër zeros dhe ku shpejtësia drejtohet në drejtim të përhapjes së valës. Përkundrazi, rrallimi i mediumit do të vërehet aty ku zhvendosja e grimcave është gjithashtu zero ose afër zeros, por ku shpejtësia e grimcave drejtohet në drejtim të kundërt me përhapjen e valëve. Pra, në kondensim grimcat lëvizin përpara, në rrallime ato lëvizin prapa. Por në

Oriz. 161. Në kondensimet e një valë zanore që kalon, grimcat lëvizin përpara,

Ka një numër më të madh të grimcave në shtresat e kondensuar sesa në rrallim. Kështu, në çdo moment të kohës në lëvizjet e valëve zanore gjatësore, numri i grimcave që lëvizin përpara është pak më i madh se numri i grimcave që lëvizin prapa. Si rezultat, vala zanore mbart me vete një sasi të caktuar lëvizjeje, e cila manifestohet në presionin që valët e zërit ushtrojnë mbi pengesat që hasin.

Presioni i zërit u studiua eksperimentalisht nga Rayleigh dhe Pyotr Nikolaevich Lebedev.

Teorikisht, shpejtësia e zërit përcaktohet nga formula e Laplace [§ 65, formula (5)]:

ku K është moduli i elasticitetit të gjithanshëm (kur shtypja kryhet pa hyrje dhe humbje nxehtësie), dendësia.

Nëse ngjeshja e një trupi kryhet duke ruajtur temperaturën e trupit konstante, atëherë vlerat e marra për modulin e elasticitetit janë më të vogla se në rastin kur ngjeshja kryhet pa fluks dhe transferim të nxehtësisë. Këto dy vlera të modulit të elasticitetit gjithëpërfshirës, siç vërtetohet në termodinamikë, lidhen në të njëjtën mënyrë si kapaciteti i nxehtësisë i një trupi në presion konstant me kapacitetin e nxehtësisë së një trupi me vëllim konstant.

Për gazrat (jo shumë të ngjeshur), moduli izotermik i elasticitetit të gjithanshëm është thjesht i barabartë me presionin e gazit nëse, pa ndryshuar temperaturën e gazit, e ngjeshim gazin (rrisim densitetin e tij) me një faktor, atëherë presioni. e gazit do të rritet me një faktor. Rrjedhimisht, sipas formulës së Laplasit, rezulton se shpejtësia e zërit në një gaz nuk varet nga dendësia e gazit.

Nga ligjet e gazit dhe formula e Laplasit mund të konkludohet (§ 134) se shpejtësia e zërit në gaze është proporcionale me rrënjën katrore të temperaturës absolute të gazit:

ku është nxitimi i gravitetit, raporti i kapaciteteve të nxehtësisë dhe konstanta universale e gazit.

Në C, shpejtësia e zërit në ajrin e thatë është e barabartë në temperatura mesatare dhe lagështia mesatare, shpejtësia e zërit në ajër konsiderohet e barabartë me;

Në ujë, shpejtësia e zërit është në xhami në hekur

Duhet theksuar se valët zanore goditëse të shkaktuara nga një e shtënë ose shpërthim, në fillim të rrugës së tyre, kanë një shpejtësi

dukshëm superiore shpejtësi normale tingull në një mjedis të caktuar. Një valë zanore goditëse në ajër e shkaktuar nga një shpërthim i fortë mund të ketë një shpejtësi pranë burimit të zërit që është disa herë më e lartë se shpejtësia normale e zërit në ajër, por tashmë në një distancë prej dhjetëra metrash nga vendi i shpërthimit, shpejtësia e përhapjes së valës zvogëlohet në një vlerë normale.

Siç u përmend tashmë në § 65, valët e zërit me gjatësi të ndryshme kanë pothuajse të njëjtën shpejtësi. Përjashtim bëjnë ato rajone të frekuencës që karakterizohen nga zbutja veçanërisht e shpejtë e valëve elastike ndërsa ato përhapen në mjedisin në fjalë. Në mënyrë tipike, këto frekuenca janë shumë përtej dëgjueshmërisë (për gazrat në presion atmosferik, këto janë frekuenca të renditjes së dridhjeve për sekondë). Analiza teorike tregon se shpërndarja dhe përthithja e valëve të zërit shoqërohet me faktin se rishpërndarja e energjisë midis lëvizjeve përkthimore dhe vibruese të molekulave kërkon pak kohë, megjithëse të shkurtër. Kjo bën që valët e gjata (valët në intervalin audio) të udhëtojnë disi më ngadalë se valët shumë të shkurtra "të padëgjueshme". Kështu, në avujt e dioksidit të karbonit në presionin atmosferik, zëri ka shpejtësi, ndërsa valët shumë të shkurtra "të padëgjueshme" përhapen me shpejtësi.

Një valë zanore që përhapet në një medium mund të ketë forma të ndryshme, në varësi të madhësisë dhe formës së burimit të zërit. Në rastet më interesante teknikisht, burimi i zërit (emetuesi) është një sipërfaqe vibruese, siç është, për shembull, një membranë telefoni ose një shpërndarës i altoparlantit. Nëse një burim i tillë zëri lëshon valë zanore në hapësirën e hapur, atëherë forma e valës varet ndjeshëm nga dimensionet relative të emetuesit; Emituesi, dimensionet e të cilit janë të mëdha në krahasim me gjatësinë e valës së zërit, lëshon energji zanore vetëm në një drejtim, përkatësisht në drejtimin e lëvizjes së tij osciluese. Përkundrazi, një radiator me përmasa të vogla në lidhje me gjatësinë e valës lëshon energji të zërit në të gjitha drejtimet. Forma e frontit të valës në të dyja rastet padyshim do të jetë e ndryshme.

Le të shqyrtojmë së pari rastin e parë. Le të imagjinojmë një sipërfaqe të ngurtë të sheshtë me një madhësi mjaft të madhe (në krahasim me gjatësinë e valës), duke kryer lëvizje oshiluese në drejtim të normales së saj. Duke ecur përpara, një sipërfaqe e tillë krijon një kondensim para vetes, i cili, për shkak të elasticitetit të mediumit, do të përhapet në drejtim të zhvendosjes së emetuesit). Duke u kthyer prapa, emetuesi krijon një vakum prapa vetes, i cili do të lëvizë në medium pas kondensimit fillestar. Gjatë një lëkundjeje afatshkurtër të emetuesit, do të vëzhgojmë një valë zanore në të dy anët e tij, e karakterizuar nga fakti se të gjitha grimcat e mediumit të vendosura në një distancë të barabartë nga sipërfaqja rrezatuese e densitetit mesatar të mediumit dhe shpejtësia e zërit c:

Prodhimi i densitetit mesatar të mediumit dhe shpejtësisë së zërit quhet rezistencë akustike mjedisi.

Rezistenca akustike në 20°C

(shih skanimin)

Le të shqyrtojmë tani rastin e valëve sferike. Kur dimensionet e sipërfaqes emetuese bëhen të vogla në krahasim me gjatësinë e valës, pjesa e përparme e valës është dukshëm e lakuar. Kjo ndodh sepse energjia e vibrimit përhapet në të gjitha drejtimet nga emetuesi.

Fenomeni mund të kuptohet më së miri nga shembulli i thjeshtë vijues. Le të imagjinojmë që një trung i gjatë ra në sipërfaqen e ujit. Valët që rezultojnë udhëtojnë në rreshta paralelë në të dy anët e regjistrit. Situata është e ndryshme kur një gur i vogël hidhet në ujë dhe valët përhapen në rrathë koncentrikë. Regjistri është relativisht i madh

me gjatësinë e valës në sipërfaqen e ujit; Rreshtat paralele të valëve që dalin prej saj përfaqësojnë një model vizual të valëve të rrafshët. Guri ka përmasa të vogla; rrathët që ndryshojnë nga vendi i rënies së tij na japin një model valësh sferike. Kur një valë sferike përhapet, sipërfaqja e frontit të valës rritet në proporcion me katrorin e rrezes së saj. Me një fuqi konstante të burimit të zërit, energjia që rrjedh nëpër çdo centimetër katror të një sipërfaqe sferike me rreze është në përpjesëtim të zhdrejtë meqenëse energjia e lëkundjeve është proporcionale me katrorin e amplitudës, është e qartë se amplituda e lëkundjeve në një. vala sferike duhet të ulet si inversi i fuqisë së parë të distancës nga burimi i zërit. Pra, ekuacioni i valës sferike ka formën e mëposhtme:

Ndodhet në media të gazta, të lëngshme dhe të ngurta, të cilat, kur arrijnë në organet e dëgjimit të njeriut, perceptohen prej tij si zë. Frekuenca e këtyre valëve varion nga 20 deri në 20,000 dridhje në sekondë. Le të paraqesim formulat për një valë zanore dhe të shqyrtojmë më në detaje vetitë e saj.

Pse shfaqet një valë zanore?

Shumë njerëz pyesin se çfarë është një valë zanore. Natyra e zërit qëndron në shfaqjen e shqetësimit në një medium elastik. Për shembull, kur një shqetësim i presionit në formën e ngjeshjes ndodh në një vëllim të caktuar ajri, ky rajon tenton të përhapet në hapësirë. Ky proces bën që ajri të kompresohet në zonat ngjitur me burimin, të cilat gjithashtu tentojnë të zgjerohen. Ky proces mbulon një gjithnjë e më të madhe dhe shumica e hapësirë derisa të arrijë një marrës, për shembull, në veshin e njeriut.

Karakteristikat e përgjithshme të valëve të zërit

Le të shqyrtojmë pyetjet se çfarë është një valë zanore dhe si perceptohet nga veshi i njeriut. Vala e zërit është gjatësore kur hyn në konka të veshit, shkakton dridhje të daulles së veshit me një frekuencë dhe amplitudë të caktuar. Ju gjithashtu mund t'i imagjinoni këto luhatje si ndryshime periodike të presionit në një mikrovolum ajri ngjitur me membranën. Së pari rritet në raport me presionin normal atmosferik, dhe më pas zvogëlohet, duke iu bindur ligjeve matematikore të lëvizjes harmonike. Amplituda e ndryshimeve në kompresimin e ajrit, domethënë diferenca midis presionit maksimal ose minimal të krijuar nga një valë zanore me presion atmosferik është proporcionale me amplituda e vetë valës së zërit.

Shumë eksperimente fizike kanë treguar se presioni maksimal që veshi i njeriut mund të perceptojë pa e dëmtuar atë është 2800 µN/cm2. Për krahasim, le të themi se presioni atmosferik pranë sipërfaqes së tokës është 10 milion μN/cm2. Duke marrë parasysh proporcionalitetin e presionit dhe amplituda e lëkundjeve, mund të themi se vlera e fundit është e parëndësishme edhe për valët më të forta. Nëse flasim për gjatësinë e valës së zërit, atëherë për një frekuencë prej 1000 dridhjesh në sekondë do të jetë një e mijëta e centimetrit.

Tingujt më të dobët krijojnë luhatje presioni të rendit prej 0,001 μN/cm 2, amplituda përkatëse e lëkundjeve valore për një frekuencë prej 1000 Hz është 10 -9 cm, ndërsa diametri mesatar i molekulave të ajrit është 10 -8 cm, d.m.th. veshi i njeriut është një organ jashtëzakonisht i ndjeshëm.

Koncepti i intensitetit të valës së zërit

Nga pikëpamja gjeometrike, një valë zanore është një lëkundje një formë të caktuar, nga pikëpamja fizike, vetia kryesore e valëve të zërit është aftësia e tyre për të transferuar energji. Shembulli më i rëndësishëm i transferimit të energjisë valore është dielli, valët elektromagnetike të emetuara të të cilit sigurojnë energji për të gjithë planetin tonë.

Intensiteti i një valë zanore në fizikë përcaktohet si sasia e energjisë së transferuar nga vala përmes një sipërfaqeje njësi që është pingul me përhapjen e valës dhe për njësi të kohës. Shkurtimisht, intensiteti i një valë është fuqia e saj e transferuar përmes një zone njësi.

Forca e valëve të zërit zakonisht matet në decibel, të cilat bazohen në një shkallë logaritmike, të përshtatshme për analizën praktike të rezultateve.

Intensiteti i tingujve të ndryshëm

Shkalla e mëposhtme në decibel jep një ide për kuptimin e të ndryshmeve dhe ndjesitë që ajo shkakton:

pragu i ndjesive të pakëndshme dhe të pakëndshme fillon në 120 decibel (dB);
një çekiç me thumba krijon një zhurmë prej 95 dB;
tren me shpejtësi të lartë - 90 dB;
rrugë me trafik të rënduar - 70 dB;
volumi i një bisede normale midis njerëzve është 65 dB;
një makinë moderne që lëviz me shpejtësi të moderuar krijon një nivel zhurme prej 50 dB;
vëllimi mesatar i radios - 40 dB;
bisedë e qetë - 20 dB;
zhurma e gjetheve të pemës - 10 dB;
Pragu minimal i ndjeshmërisë së zërit të njeriut është afër 0 dB.

Ndjeshmëria e veshit të njeriut varet nga frekuenca e zërit dhe është maksimale për valët e zërit me frekuencë 2000-3000 Hz. Për zërin në këtë interval të frekuencës, pragu më i ulët i ndjeshmërisë njerëzore është 10 -5 dB. Frekuencat më të larta dhe më të ulëta se intervali i specifikuar çojnë në një rritje të pragut më të ulët të ndjeshmërisë në atë mënyrë që një person dëgjon frekuenca afër 20 Hz dhe 20,000 Hz vetëm me një intensitet prej disa dhjetëra dB.

Sa i përket pragut të sipërm të intensitetit, pas së cilës tingulli fillon të shkaktojë bezdi për një person dhe madje edhe dhimbje, duhet thënë se është praktikisht i pavarur nga frekuenca dhe shtrihet në intervalin 110-130 dB.

Karakteristikat gjeometrike të valës së zërit

Një valë e vërtetë zanore është një paketë komplekse osciluese e valëve gjatësore, të cilat mund të zbërthehen në dridhje të thjeshta harmonike. Çdo lëkundje e tillë përshkruhet nga një këndvështrim gjeometrik nga karakteristikat e mëposhtme:

Amplituda është devijimi maksimal i çdo seksioni të valës nga ekuilibri. Emërtimi A është miratuar për këtë sasi.
Periudha. Kjo është koha gjatë së cilës një valë e thjeshtë përfundon lëkundjen e saj të plotë. Pas kësaj kohe, çdo pikë e valës fillon të përsërisë procesin e saj oscilues. Periudha zakonisht shënohet me shkronjën T dhe matet në sekonda në sistemin SI.
Frekuenca. Kjo është një sasi fizike që tregon se sa lëkundje bën një valë e caktuar në sekondë. Kjo do të thotë, në kuptimin e saj është një sasi reciproke me periudhën. Është caktuar f. Për frekuencën e një valë zanore, formula për përcaktimin e saj përmes një periode është si më poshtë: f = 1/T.
Gjatësia e valës është distanca që përshkon në një periudhë lëkundjeje. Gjeometrikisht, gjatësia e valës është distanca midis dy maksimumeve më të afërta ose dy minimumeve më të afërta në një kurbë sinusi. Gjatësia e lëkundjes së një valë zanore është distanca midis zonave më të afërta të ngjeshjes së ajrit ose vendeve më të afërta të rrallimit të saj në hapësirën ku lëviz vala. Zakonisht shënohet me shkronjën greke λ.
Shpejtësia e përhapjes së një valë zanore është distanca mbi të cilën rajoni i ngjeshjes ose rajoni i rrallimit të valës përhapet për njësi të kohës. Kjo vlerë shënohet me shkronjën v. Për shpejtësinë e valës zanore, formula është: v = λ*f.

Gjeometria e një vale të pastër zanore, domethënë një valë e pastërtisë konstante, i bindet ligjit sinusoidal. Në rastin e përgjithshëm, formula për një valë zanore ka formën: y = A*sin(ωt), ku y është vlera koordinative e një pike të caktuar në valë, t është koha, ω = 2*pi*f është frekuenca ciklike e lëkundjeve.

Tingull periodik

Shumë burime tingulli mund të konsiderohen periodike, për shembull, tingulli nga instrumentet muzikore si kitara, piano, flauti, por ka edhe numër i madh tingujt në natyrë që janë aperiodikë, domethënë dridhjet e zërit ndryshojnë frekuencën dhe formën e tyre në hapësirë. Teknikisht, ky lloj tingulli quhet zhurmë. Shembuj të gjallë të tingullit aperiodik janë zhurma e qytetit, zhurma e detit, tingujt nga instrumentet e goditjes, për shembull, nga një daulle dhe të tjera.

Mjet për përhapjen e valëve zanore

Ndryshe nga rrezatimi elektromagnetik, fotonet e të cilit nuk kanë nevojë për asnjë mjet material për përhapjen e tyre, natyra e zërit është e tillë që kërkon një mjedis të caktuar për përhapjen e tij, domethënë, sipas ligjeve të fizikës, valët e zërit nuk mund të përhapen në vakum.

Tingulli mund të udhëtojë në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë. Karakteristikat kryesore të një valë zanore që përhapet në një medium janë si më poshtë:

vala përhapet në mënyrë lineare;
ai përhapet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet në një mjedis homogjen, domethënë, zëri ndryshon nga burimi, duke formuar një sipërfaqe ideale sferike.
Pavarësisht nga amplituda dhe frekuenca e zërit, valët e tij përhapen me të njëjtën shpejtësi në një mjedis të caktuar.

Shpejtësia e valëve të zërit në media të ndryshme

Shpejtësia e përhapjes së zërit varet nga dy faktorë kryesorë: mjedisi në të cilin lëviz vala dhe temperatura. Në përgjithësi, zbatohet rregulli i mëposhtëm: sa më i dendur të jetë mediumi dhe sa më e lartë të jetë temperatura e tij, aq më shpejt zëri lëviz në të.

Për shembull, shpejtësia e përhapjes së një valë zanore në ajër afër sipërfaqes së tokës në një temperaturë prej 20 ℃ dhe një lagështi prej 50% është 1235 km/h ose 343 m/s. Në ujë në një temperaturë të caktuar, zëri lëviz 4.5 herë më shpejt, domethënë rreth 5735 km/h ose 1600 m/s. Sa i përket varësisë së shpejtësisë së zërit nga temperatura në ajër, ajo rritet me 0,6 m/s me një rritje të temperaturës për çdo gradë Celsius.

Timbri dhe toni

Nëse një varg ose pllakë metalike lejohet të dridhet lirshëm, ai do të prodhojë tinguj me frekuenca të ndryshme. Është shumë e rrallë të gjesh një trup që prodhon një tingull të një frekuence specifike, zakonisht tingulli i një objekti ka një grup frekuencash në një interval të caktuar.

Timbri i një tingulli përcaktohet nga numri i harmonikëve të pranishëm në të dhe intensiteti i tyre përkatës. Timbri është një vlerë subjektive, domethënë është perceptimi i një objekti që tingëllon nga një person specifik. Timbre zakonisht karakterizohet nga mbiemrat e mëposhtëm: i lartë, i shkëlqyeshëm, i zëshëm, melodik, etj.

Toni është një ndjesi zëri që e lejon atë të klasifikohet si i lartë ose i ulët. Kjo vlerë është gjithashtu subjektive dhe nuk mund të matet me asnjë instrument. Toni shoqërohet me një sasi objektive - frekuencën e valës së zërit, por nuk ka asnjë lidhje të qartë midis tyre. Për shembull, për një tingull me një frekuencë me intensitet konstant, toni rritet ndërsa frekuenca rritet. Nëse frekuenca e zërit mbetet konstante dhe intensiteti i tij rritet, atëherë toni bëhet më i ulët.

Forma e burimeve të zërit

Sipas formës së trupit që kryen dridhjet mekanike dhe kështu gjeneron valë të tre llojeve kryesore:

Burimi i pikës. Ai prodhon valë zanore sferike që prishen shpejt me distancën nga burimi (afërsisht 6 dB nëse distanca nga burimi dyfishohet).
Burimi i linjës. Krijon valë cilindrike, intensiteti i të cilave zvogëlohet më ngadalë sesa nga një burim pikësor (për çdo rritje të distancës në dyfishin e burimit, intensiteti zvogëlohet me 3 dB).
Burim i sheshtë ose dydimensional. Ai gjeneron valë vetëm në një drejtim të caktuar. Një shembull i një burimi të tillë do të ishte një pistoni që lëviz në një cilindër.

Burimet elektronike të zërit

Për të krijuar një valë zanore, burimet elektronike përdorin një membranë të veçantë (altoparlant), i cili kryen dridhje mekanike për shkak të fenomenit. induksioni elektromagnetik. Burime të tilla përfshijnë sa vijon:

luajtës të disqeve të ndryshme (CD, DVD dhe të tjerë);
kasetofon;
radio;
TV dhe disa të tjerë.

Tingulli është dridhje mekanike që përhapet në një mjedis material elastik kryesisht në formën e valëve gjatësore.

Në një vakum, zëri nuk përhapet, pasi transmetimi i zërit kërkon një mjedis material dhe kontakt mekanik midis grimcave të mediumit material.

Në një medium, tingulli udhëton në formën e valëve të zërit. Valët e zërit janë dridhje mekanike që transmetohen në një medium duke përdorur grimcat e tij të kushtëzuara. Grimcat konvencionale të një mediumi nënkuptojnë mikrovolumet e tij.

Karakteristikat themelore fizike të një valë akustike:

1. Frekuenca.

Frekuenca vala e zërit është madhësia e barabartë me numrin e lëkundjeve të plota për njësi të kohës. Tregohet nga simboli v (lakuriq) dhe të matura në herc. 1 Hz = 1 numërim/sek = [ s -1 ].

Shkalla e dridhjeve të zërit ndahet në intervalet e mëposhtme të frekuencës:

· infratinguj (nga 0 në 16 Hz);

· tingull i dëgjueshëm (nga 16 në 16,000 Hz);

· ultratinguj (mbi 16,000 Hz).

Frekuenca e një valë zanore është e lidhur ngushtë me sasinë e saj të kundërt - periudhën e valës së zërit. Periudha Vala e zërit është koha e një dridhjeje të plotë të grimcave të mediumit. I caktuar T dhe matet në sekonda [s].

Sipas drejtimit të dridhjes së grimcave të mediumit që mbart valën e zërit, valët e zërit ndahen në:

· gjatësore;

· tërthore.

Për valët gjatësore, drejtimi i dridhjes së grimcave të mediumit përkon me drejtimin e përhapjes së valës së zërit në mjedis (Fig. 1).

Për valët tërthore, drejtimet e dridhjeve të grimcave të mediumit janë pingul me drejtimin e përhapjes së valës së zërit (Fig. 2).

Oriz. 1 Fig. 2

Valët gjatësore përhapen në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë. Tërthore - vetëm në trupat e ngurtë.

3. Forma e dridhjeve.

Sipas formës së dridhjeve, valët e zërit ndahen në:

· valë të thjeshta;

valë komplekse.

Grafiku i një vale të thjeshtë është një valë sinus.

Grafiku i një vale komplekse është çdo kurbë periodike jo sinusoidale .

4. Gjatësia valore.

Gjatësia e valës është sasia e barabartë me distancën në të cilën kalon një valë zanore në një kohë të barabartë me një periudhë. Është caktuar λ (lambda) dhe matet në metra (m), centimetra (cm), milimetra (mm), mikrometra (µm).

Gjatësia e valës varet nga mediumi në të cilin lëviz zëri.

5. Shpejtësia e valës së zërit.

Shpejtësia e valës së zëritështë shpejtësia e përhapjes së zërit në një mjedis me një burim tingulli të palëvizshëm. Shënohet me simbolin v, i llogaritur me formulën:

Shpejtësia e valës së zërit varet nga lloji i mediumit dhe temperatura. Shpejtësia e zërit është më e lartë në trupat elastikë të ngurtë, më pak në lëngje dhe më e ulëta në gaze.

ajri, presioni normal atmosferik, temperatura - 20 gradë, v = 342 m/s;

uji, temperatura 15-20 gradë, v = 1500 m/s;

metale, v = 5000-10000 m/s.

Shpejtësia e zërit në ajër rritet me rreth 0,6 m/s me një rritje të temperaturës prej 10 gradë.

LEKTURA 3 AKUSTIKA. TINGURI

1. Tingulli, llojet e tingujve.

2. Karakteristikat fizike tingull.

3. Karakteristikat e ndjeshmërisë dëgjimore. Matjet e zërit.

4. Kalimi i zërit nëpër ndërfaqe.

5. Metodat e tingullit kërkimore.

6. Faktorët që përcaktojnë parandalimin e zhurmës. Mbrojtje nga zhurma.

7. Konceptet dhe formulat bazë. Tabelat.

8. Detyrat.

Akustika. Në një kuptim të gjerë, është një degë e fizikës që studion valët elastike nga frekuencat më të ulëta deri tek ato më të lartat. Në një kuptim të ngushtë, është studimi i tingullit.

Tingulli në një kuptim të gjerë është dridhje elastike dhe valë që përhapen në substanca të gazta, të lëngshme dhe të ngurta; në një kuptim të ngushtë, një fenomen i perceptuar subjektivisht nga organet e dëgjimit të njerëzve dhe kafshëve.

Normalisht, veshi i njeriut dëgjon tinguj në intervalin e frekuencës nga 16 Hz deri në 20 kHz. Sidoqoftë, me moshën, kufiri i sipërm i këtij diapazoni zvogëlohet:

Tingulli me frekuencë nën 16-20 Hz quhet infratinguj, mbi 20 kHz - ultratinguj, dhe valët elastike me frekuencë më të lartë në rangun nga 10 9 në 10 12 Hz - hipertingulli.

Tingujt që gjenden në natyrë ndahen në disa lloje.

Toni -është një tingull që është një proces periodik. Karakteristika kryesore e tonit është frekuenca. Ton i thjeshtë krijuar nga një trup që vibron sipas një ligji harmonik (për shembull, një pirun akordimi). Toni kompleks krijohet nga lëkundjet periodike që nuk janë harmonike (për shembull, tingulli i një instrumenti muzikor, tingulli i krijuar nga aparati i të folurit të njeriut).

Zhurmaështë një tingull që ka një varësi kohore komplekse, që nuk përsëritet dhe është një kombinim i toneve komplekse që ndryshojnë rastësisht (shfërima e gjetheve).

Bum zërit- ky është një ndikim zanor afatshkurtër (duartrokitje, shpërthim, goditje, bubullimë).

Një ton kompleks, si një proces periodik, mund të përfaqësohet si një shumë e toneve të thjeshta (të zbërthyera në tone përbërëse). Ky zbërthim quhet spektrit.

Spektri akustik i një tone është shuma e të gjitha frekuencave të tij, duke treguar intensitetin ose amplituda të tyre relative.

Frekuenca më e ulët në spektër (ν) korrespondon me tonin themelor, dhe frekuencat e mbetura quhen mbitone ose harmonikë. Mbitonet kanë frekuenca që janë shumëfish të frekuencës themelore: 2ν, 3ν, 4ν, ...

Në mënyrë tipike, amplituda më e madhe e spektrit korrespondon me tonin themelor. Është kjo që perceptohet nga veshi si lartësia e tingullit (shih më poshtë). Tonet krijojnë "ngjyrën" e tingullit. Tingujt e të njëjtit lartësi të krijuar nga instrumente të ndryshme perceptohen ndryshe nga veshi pikërisht për shkak të marrëdhënieve të ndryshme midis amplitudave të mbitoneve. Figura 3.1 tregon spektrat e së njëjtës notë (ν = 100 Hz) të luajtur në një piano dhe një klarinetë.

Oriz. 3.1. Spektra të notave të pianos (a) dhe klarinetës (b).

Spektri akustik i zhurmës është të vazhdueshme.