Ovoz (yoki akustik) to'lqinlar - 16-20 000 Gts diapazonidagi chastotali muhitda tarqaladigan elastik to'lqinlar. Insonning eshitish tizimiga ta'sir qiluvchi bu chastotalarning to'lqinlari tovush hissini keltirib chiqaradi. V bilan toʻlqinlar< 16 Гц (ннфразвуковые) и v >20 kHz (ultratovush) inson eshitish organlari tomonidan sezilmaydi.
Gazlar va suyuqliklardagi tovush to'lqinlari faqat uzunlamasına bo'lishi mumkin, chunki bu muhitlar faqat siqilish (kesish) deformatsiyalariga nisbatan elastikdir. Qattiq jismlarda tovush to'lqinlari bo'ylama va ko'ndalang bo'lishi mumkin, chunki qattiq jismlar siqilish (taranglik) va siljish deformatsiyalariga nisbatan elastiklikka ega.
Ovoz intensivligi (yoki tovush kuchi) - bu to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan birlik maydoni bo'ylab vaqt birligida tovush to'lqini tomonidan uzatiladigan o'rtacha vaqt energiyasi bilan belgilanadigan miqdor:
Ovoz intensivligining SI birligi kvadrat metr uchun vatt (Vt / m2).
Inson qulog'ining sezgirligi turli chastotalar uchun farq qiladi. Tovush hissi paydo bo'lishi uchun to'lqin ma'lum bir minimal intensivlikka ega bo'lishi kerak, ammo agar bu intensivlik ma'lum chegaradan oshsa, u holda ovoz eshitilmaydi va faqat og'riqli his-tuyg'ularni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, har bir tebranish chastotasi uchun tovush idrokini keltirib chiqaradigan minimal (eshitish chegarasi) va maksimal (og'riq chegarasi) tovush intensivligi mavjud. Shaklda. 223 eshitish va og'riq chegaralarining tovush chastotasiga bog'liqligini ko'rsatadi. Ushbu ikki egri chiziq o'rtasida joylashgan maydon eshitish zonasi hisoblanadi.
Agar tovush intensivligi tovushni ob'ektiv tavsiflovchi miqdor bo'lsa yangi jarayon, keyin uning intensivligi bilan bog'liq tovushning sub'ektiv xarakteristikasi chastotaga bog'liq bo'lgan tovushning balandligi. Fiziologik Weber-Fechner qonuniga ko'ra, tovush intensivligi oshgani sayin, ovoz balandligi logarifmik ravishda ortadi. Shu asosda ovoz balandligini ob'ektiv baholash uning intensivligining o'lchangan qiymatiga asoslangan holda kiritiladi:
bu erda I 0 - eshitilish ostonasidagi tovush intensivligi, barcha tovushlar 10 -12 Vt/m 2 bo'lishi uchun olingan. L qiymati tovush intensivligi darajasi deb ataladi va bellarda ifodalanadi (Bell telefonining ixtirochisi sharafiga). Odatda ular 10 baravar kichikroq birliklardan foydalanadilar - desibellar (dB).
Ovozning fiziologik xarakteristikasi tovush darajasi bo'lib, u fon (fon) bilan ifodalanadi. 1000 Gts chastotali tovush uchun ovoz balandligi (standart sof ohangning chastotasi), agar uning intensivligi darajasi 1 dB bo'lsa, 1 fonga teng. Masalan, metro vagonidagi yuqori tezlikdagi shovqin "90 von" ga, 1 m masofadagi shivirlash esa 20 vonga to'g'ri keladi.
Haqiqiy tovush - bu katta chastotalar to'plamiga ega bo'lgan garmonik tebranishlarning superpozitsiyasi, ya'ni tovush uzluksiz (barcha chastotalarning tebranishlari ma'lum oraliqda mavjud) va chiziqli (bir-biridan ajratilgan ma'lum chastotalarning tebranishlari mavjud) bo'lishi mumkin bo'lgan akustik spektrga ega. ).
Ovoz balandligidan tashqari, tovush balandligi va tembri bilan tavsiflanadi. Ovoz balandligi - bu odam tomonidan sub'ektiv ravishda quloq tomonidan va tovush chastotasiga qarab belgilanadigan tovush sifati. Chastotaning ortishi bilan tovush balandligi ortadi, ya'ni tovush "yuqori" bo'ladi. Akustik spektrning tabiati va energiyaning ma'lum chastotalar o'rtasida taqsimlanishi tovush tembri deb ataladigan tovush hissiyotining o'ziga xosligini belgilaydi. Shunday qilib, bir xil notada ijro etuvchi turli qo'shiqchilar turli xil akustik spektrga ega, ya'ni ularning ovozlari turli xil tembrga ega.
Tovush manbai elastik muhitda tovush chastotasi bilan tebranuvchi har qanday jism boʻlishi mumkin (masalan, torli cholgʻu asboblarida tovush manbai cholgʻu korpusiga tutashgan tordir).
Tebranish orqali tana bir xil chastotali muhitning qo'shni zarrachalarining tebranishlarini keltirib chiqaradi. Tebranish harakati holati jismdan tobora uzoqlashib borayotgan muhit zarralariga ketma-ket uzatiladi, ya'ni to'lqin muhitda tebranish chastotasi o'z manbasining chastotasiga teng va zichligiga qarab ma'lum tezlikda tarqaladi. muhitning elastik xususiyatlari. Gazlarda tovush to'lqinlarining tarqalish tezligi formula bo'yicha hisoblanadi
(158.1)
Bu erda R - molyar gaz konstantasi, M - molyar massa, g = C p / C v gazning doimiy bosim va hajmdagi molyar issiqlik sig'imlarining nisbati, T - termodinamik harorat. (158.1) formuladan gazdagi tovush tezligi bosimga bog'liq emasligi kelib chiqadi r gaz, lekin harorat oshishi bilan ortadi. Gazning molyar massasi qanchalik katta bo'lsa, tovush tezligi shunchalik past bo'ladi. Masalan, T = 273 K da tovushning havodagi tezligi (M = 29×10 -3 kg/mol) v = 331 m/s, vodorodda (M = 2×10 -3 kg/mol) v = 1260 m/s. Ifoda (158.1) eksperimental ma'lumotlarga mos keladi.
Atmosferada tovushni tarqatishda bir qator omillarni hisobga olish kerak: shamol tezligi va yo'nalishi, havo namligi, gaz muhitining molekulyar tuzilishi, ikki muhit chegarasida tovushning sinishi va aks etishi hodisalari. Bundan tashqari, har qanday haqiqiy muhit viskoziteye ega, shuning uchun tovushning susayishi kuzatiladi, ya'ni uning amplitudasining pasayishi va natijada ovoz to'lqinining tarqalish intensivligi. Tovushning zaiflashishi ko'p jihatdan uning muhitda yutilishi bilan bog'liq bo'lib, tovush energiyasining boshqa energiya turlariga (asosan issiqlik) qaytarilmas o'tishi bilan bog'liq.
Xona akustikasi uchun katta qiymat tovush reverberatsiyasiga ega - uning manbai o'chirilgandan so'ng, yopiq joylarda tovushning asta-sekin susayishi jarayoni. Agar xonalar bo'sh bo'lsa, unda tovush asta-sekin o'chib ketadi va xonaning "boomness" yaratiladi. Agar tovushlar tezda so'nib qolsa (tovushni yutuvchi materiallardan foydalanilganda), ular bo'g'iq sifatida qabul qilinadi. Reverberatsiya vaqti - xonadagi tovush intensivligi millionlab, uning darajasi esa 60 dB ga pasaygan vaqt. Reverberatsiya vaqti 0,5-1,5 s bo'lsa, xona yaxshi akustikaga ega.
Biz tovush sifatida qabul qiladigan o'ziga xos tuyg'u elastik muhit - ko'pincha havoning tebranish harakatining inson eshitish apparatiga ta'siri natijasidir. Muhitdagi tebranishlar tovush manbai tomonidan qo'zg'atiladi va vosita orqali tarqalib, qabul qiluvchi apparatga - qulog'imizga etib boradi. Shunday qilib, biz eshitadigan tovushlarning cheksiz xilma-xilligi bir-biridan chastotasi va amplitudasi bilan farq qiladigan tebranish jarayonlari tufayli yuzaga keladi. Bir hodisaning ikki tomonini aralashtirib yubormaslik kerak: jismoniy jarayon sifatida tovush tebranish harakatining alohida holatidir; psixo-fiziologik hodisa sifatida tovush o'ziga xos sezgi bo'lib, uning paydo bo'lish mexanizmi hozir biroz batafsil o'rganilgan.
Hodisaning jismoniy tomoni haqida gapirganda, biz tovushni uning intensivligi (kuchliligi), tarkibi va u bilan bog'liq tebranish jarayonlarining chastotasi bilan tavsiflaymiz; Ovoz hissiyotlarini hisobga olgan holda, biz tovush, tembr va balandlik haqida gapiramiz.
Qattiq jismlarda tovush bo'ylama va ko'ndalang tebranishlar shaklida ham tarqalishi mumkin. Suyuqliklar va gazlar siljish elastikligiga ega bo'lmagani uchun gaz va suyuq muhitda tovush faqat bo'ylama tebranishlar shaklida tarqalishi mumkinligi aniq. Gazlar va suyuqliklarda tovush to'lqinlari har bir muhitga xos bo'lgan ma'lum tezlikda tovush manbasidan uzoqlashib, muhitning o'zgaruvchan kondensatsiyasi va kamdan-kam uchraydiganligini anglatadi. Ovoz to'lqinining yuzasi - tebranish fazalari bir xil bo'lgan muhit zarralarining geometrik joylashuvi. Ovoz to'lqinlarining sirtlari, masalan, qo'shni to'lqinlar sirtlari orasida kondensatsiya qatlami va kamdan-kam uchraydigan qatlam paydo bo'lishi uchun chizilishi mumkin. To'lqin yuzasiga perpendikulyar yo'nalish nur deyiladi.
Gazsimon muhitdagi tovush to'lqinlarini suratga olish mumkin. Shu maqsadda a
old tomondan elektr uchqunining yorug'lik dastasi yo'naltirilgan fotografiya plitasi, shunda yorug'likning bir lahzali chaqnashidan kelib chiqadigan bu nurlar havodan o'tgandan keyin fotografik plastinkaga tushadi; atrof-muhit manbai ovoz. Shaklda. 158-160 bu usul yordamida olingan tovush to'lqinlarining fotosuratlarini ko'rsatadi. Ovoz manbai fotografiya plitasidan stenddagi kichik ekran bilan ajratilgan.
Shaklda. 158, lekin tovush to'lqini endigina ekran ortidan chiqqani aniq; rasmda. 158, b xuddi shu to'lqin soniyaning bir necha mingdan bir qismidan keyin ikkinchi marta suratga olingan. Bu holda to'lqin yuzasi shar shaklida bo'ladi. Fotosuratda to'lqinning tasviri doira shaklida olinadi, uning radiusi vaqt o'tishi bilan ortadi.
Guruch. 158. Vaqtning ikki nuqtasida (a va b) tovush to'lqinining fotosurati. Ovoz to'lqinining aks etishi (c).
Shaklda. 158, c tekis devordan aks ettirilgan sferik tovush to'lqinining fotosuratini ko'rsatadi. Bu erda to'lqinning aks ettirilgan qismi aks ettiruvchi sirt orqasida tovush manbai bilan bir xil masofada joylashgan nuqtadan kelganga o'xshaydi. Ma'lumki, aks-sado tovush to'lqinlarining aks etish hodisasi bilan izohlanadi.
Shaklda. 159 tovush to'lqini vodorod bilan to'ldirilgan linza shaklidagi sumkadan o'tganda to'lqin yuzasining o'zgarishini ko'rsatadi. Ovoz to'lqinining sirtidagi bunday o'zgarish tovush nurlarining sinishi (sinishi) oqibatidir: to'lqinlarning tezligi har xil bo'lgan ikkita muhitning interfeysida to'lqinning tarqalish yo'nalishi o'zgaradi.
Guruch. 160 tovush to'lqinlarining fotosuratini aks ettiradi, uning yo'lida to'rtta tirqishli ekran joylashgan. Yoriqlardan o'tib, to'lqinlar ekran atrofida egiladi. To'lqinlarning duch kelgan to'siqlar atrofida egilishining bu hodisasi diffraktsiya deb ataladi.
Ovoz to'lqinlarining tarqalishi, aks etishi, sinishi va difraksiyasi qonunlarini Gyuygens printsipidan olish mumkin, unga ko'ra har bir zarracha tebranadi.
atrof-muhitni to'lqinlarning yangi markazi (manbai) deb hisoblash mumkin; bu barcha to'lqinlarning interferensiyasi haqiqatda kuzatilgan to'lqinni hosil qiladi (Gyuygens printsipining qo'llanilishi uchinchi jildda yorug'lik to'lqinlari misolida tushuntiriladi).
Ovoz to'lqinlari o'zlari bilan ma'lum miqdordagi harakatni olib yuradi va buning natijasida ular duch keladigan to'siqlarga bosim o'tkazadi.
Guruch. 159. Tovush to‘lqinining sinishi.
Guruch. 160. Tovush to‘lqinlarining diffraksiyasi.
Bu haqiqatni tushuntirish uchun rasmga murojaat qilaylik. 161. Bu rasmda nuqtali chiziq bo'ylama to'lqinlarning muhitda tarqalishi vaqtida ma'lum bir vaqt oralig'ida muhit zarrachalarining siljishi sinusoidini ko'rsatadi. Ushbu zarrachalarning ko'rib chiqilayotgan vaqtdagi tezliklari kosinus to'lqini yoki xuddi shunday bo'lsa, davrning to'rtdan biriga siljish sinusoididan oldinda bo'lgan sinusoid bilan ifodalanadi (161-rasmdagi qattiq chiziq). Muhitning kondensatsiyasi ma'lum bir vaqtda zarrachalarning siljishi nolga teng yoki nolga yaqin bo'lgan va tezlik to'lqin tarqalish yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan joyda kuzatilishini tasavvur qilish qiyin emas. Aksincha, zarrachalarning siljishi ham nolga teng yoki nolga yaqin bo'lsa, lekin zarracha tezligi to'lqinlar tarqalishiga teskari yo'nalishda yo'naltirilgan bo'lsa, muhitning kamayishi kuzatiladi. Demak, kondensatsiyalarda zarrachalar oldinga, kamdan-kam hollarda esa orqaga siljiydi. Lekin ichida
Guruch. 161. O'tuvchi tovush to'lqinining kondensatsiyalarida zarralar oldinga siljiydi,
Kondensatsiyalangan qatlamlarda kamdan-kam uchraydigan zarrachalar soni ko'proq. Shunday qilib, harakatlanuvchi uzunlamasına tovush to'lqinlarida vaqtning har qanday momentida oldinga harakatlanuvchi zarrachalar soni orqaga harakatlanuvchi zarrachalar sonidan bir oz ko'proq bo'ladi. Natijada, tovush to'lqini o'zi bilan ma'lum miqdordagi harakatni olib yuradi, bu tovush to'lqinlarining ular duch keladigan to'siqlarga ta'sir qiladigan bosimida namoyon bo'ladi.
Ovoz bosimini Reley va Pyotr Nikolaevich Lebedevlar eksperimental ravishda o'rgandilar.
Nazariy jihatdan tovush tezligi Laplas formulasi bilan aniqlanadi [§ 65, formula (5)]:
bu erda K - har tomonlama elastiklik moduli (siqilish issiqlik oqimi va yo'qotishsiz amalga oshirilganda), zichlik.
Agar tananing siqilishi tananing harorati doimiy bo'lgan holda amalga oshirilsa, elastiklik moduli uchun olingan qiymatlar siqilish issiqlik oqimisiz va uzatilmasdan amalga oshirilgandan ko'ra kichikroq bo'ladi. Termodinamikada tasdiqlanganidek, keng qamrovli elastiklik modulining bu ikki qiymati doimiy bosimdagi tananing issiqlik sig'imi bilan doimiy hajmdagi tananing issiqlik sig'imi bilan bir xil tarzda bog'liq.
Gazlar uchun (juda siqilmagan) har tomonlama elastiklikning izotermik moduli oddiygina gaz bosimiga teng bo'lsa, gazning haroratini o'zgartirmasdan, biz gazni bir omil bilan siqsak (uning zichligini oshirsak), u holda bosim. gaz miqdori bir barobar ortadi. Binobarin, Laplas formulasiga ko'ra, gazdagi tovush tezligi gazning zichligiga bog'liq emasligi ma'lum bo'ladi.
Gaz qonunlari va Laplas formulasidan shunday xulosa qilish mumkin (§ 134) gazlardagi tovush tezligi gazning mutlaq haroratining kvadrat ildiziga proportsionaldir:
bu erda tortishish tezlashishi, issiqlik sig'imlarining nisbati va universal gaz doimiysi.
C da, quruq havodagi tovush tezligi o'rtacha haroratda va o'rtacha namlikda, havodagi tovush tezligi teng deb hisoblanadi;
Suvdagi tovush tezligi temirdagi shishada
Shuni ta'kidlash kerakki, otishma yoki portlash natijasida yuzaga kelgan zarba tovush to'lqinlari o'z yo'lining boshida tezlikka ega.
sezilarli darajada ustundir normal tezlik ma'lum bir muhitda ovoz. Kuchli portlash natijasida havodagi zarba tovush to'lqini tovush manbasi yaqinida havodagi tovush tezligidan bir necha baravar yuqori tezlikka ega bo'lishi mumkin, ammo portlash joyidan o'nlab metrlar masofasida tezlik to'lqinning tarqalishi normal qiymatga kamayadi.
§ 65 da aytib o'tilganidek, turli uzunlikdagi tovush to'lqinlari deyarli bir xil tezlikka ega. Istisno - bu ko'rib chiqilayotgan muhitda tarqaladigan elastik to'lqinlarning ayniqsa tez susayishi bilan tavsiflangan chastota mintaqalari. Odatda, bu chastotalar eshitilishi mumkin bo'lmagan darajada yotadi (atmosfera bosimidagi gazlar uchun bu chastotalar soniyada tebranishlar tartibida). Nazariy tahlil shuni ko'rsatadiki, tovush to'lqinlarining tarqalishi va yutilishi molekulalarning translatsiya va tebranish harakatlari o'rtasidagi energiyani qayta taqsimlash qisqa bo'lsa-da, biroz vaqt talab qilishi bilan bog'liq. Bu uzoq to'lqinlarning (audio diapazonidagi to'lqinlar) juda qisqa "eshitilmaydigan" to'lqinlarga qaraganda biroz sekinroq harakatlanishiga olib keladi. Shunday qilib, atmosfera bosimidagi karbonat angidrid bug'ida tovush tezlikka ega, juda qisqa, "eshitilmaydigan" to'lqinlar tezlik bilan tarqaladi.
Muhitda tarqaladigan tovush to'lqini tovush manbasining o'lchami va shakliga qarab turli shakllarga ega bo'lishi mumkin. Texnik jihatdan eng qiziqarli holatlarda tovush manbai (emitter) ba'zi tebranish yuzasi, masalan, telefon membranasi yoki dinamik diffuzerdir. Agar bunday tovush manbai tovush to'lqinlarini ochiq kosmosga chiqarsa, u holda to'lqinning shakli emitentning nisbiy o'lchamlariga sezilarli darajada bog'liq; O'lchamlari tovush to'lqinining uzunligiga nisbatan katta bo'lgan emitent tovush energiyasini faqat bitta yo'nalishda, ya'ni uning tebranish harakati yo'nalishida chiqaradi. Aksincha, to'lqin uzunligiga nisbatan kichik o'lchamdagi radiator barcha yo'nalishlarda tovush energiyasini chiqaradi. Ikkala holatda ham to'lqin jabhasining shakli har xil bo'lishi aniq.
Keling, birinchi ishni ko'rib chiqaylik. Keling, etarlicha katta o'lchamdagi (to'lqin uzunligiga nisbatan) qattiq tekis sirtni tasavvur qilaylik, uning normal yo'nalishi bo'yicha tebranish harakatlarini amalga oshiradi. Oldinga harakatlanayotganda, bunday sirt o'z oldida kondensatsiya hosil qiladi, bu muhitning elastikligi tufayli emitentning siljishi yo'nalishi bo'yicha tarqaladi). Orqaga harakatlanayotganda, emitent o'zining orqasida vakuum hosil qiladi, u dastlabki kondensatsiyadan keyin muhitda harakat qiladi. Emitentning qisqa muddatli tebranishi paytida biz uning har ikki tomonida tovush to'lqinini kuzatamiz, bu muhitning barcha zarralari muhitning o'rtacha zichligi va nurlanish sirtidan teng masofada joylashganligi bilan tavsiflanadi. tovush tezligi c:
Muhitning o'rtacha zichligi va tovush tezligining mahsuloti deyiladi akustik qarshilik muhit.
20 ° C da akustik qarshilik
(qarang skanerlash)
Keling, sferik to'lqinlar misolini ko'rib chiqaylik. Chiqaruvchi sirtning o'lchamlari to'lqin uzunligiga nisbatan kichik bo'lganda, to'lqin old tomoni sezilarli darajada egri bo'ladi. Bu tebranish energiyasi emitentdan barcha yo'nalishlarda tarqalishi tufayli sodir bo'ladi.
Ushbu hodisani quyidagi oddiy misol orqali yaxshiroq tushunish mumkin. Tasavvur qilaylik, uzun yog'och suv yuzasiga tushdi. Olingan to'lqinlar logning ikkala tomonida parallel qatorlar bo'ylab harakatlanadi. Suvga kichik tosh otilganda vaziyat boshqacha bo'lib, to'lqinlar konsentrik doiralarda tarqaladi. Jurnal nisbatan katta
suv yuzasida to'lqin uzunligi bilan; Undan chiqadigan to'lqinlarning parallel qatorlari tekis to'lqinlarning vizual modelini ifodalaydi. Toshning o'lchami kichik; uning tushgan joyidan ajralib chiqadigan doiralar bizga sferik to'lqinlar modelini beradi. Sferik to'lqin tarqalganda, to'lqin frontining yuzasi uning radiusi kvadratiga mutanosib ravishda ortadi. Ovoz manbaining doimiy kuchida, radiusli sharsimon sirtning har bir kvadrat santimetri orqali o'tadigan energiya tebranishlar energiyasi amplitudaning kvadratiga proportsional bo'lganligi sababli, tebranishlar amplitudasi aniq. sferik to'lqin tovush manbasidan masofaning birinchi kuchining teskarisi sifatida kamayishi kerak. Shunday qilib, sferik to'lqin tenglamasi quyidagi shaklga ega:
Gazsimon, suyuq va qattiq muhitda paydo bo'lgan, inson eshitish organlariga etib borganda, u tomonidan tovush sifatida qabul qilinadi. Ushbu to'lqinlarning chastotasi sekundiga 20 dan 20 000 tebranishgacha. Keling, tovush to'lqini uchun formulalarni taqdim qilaylik va uning xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqaylik.
Nima uchun tovush to'lqini paydo bo'ladi?
Ko'pchilik tovush to'lqini nima ekanligini qiziqtiradi. Ovozning tabiati elastik muhitda buzilishning paydo bo'lishidadir. Masalan, havoning ma'lum bir hajmida siqilish ko'rinishidagi bosim buzilishi sodir bo'lganda, bu mintaqa kosmosda tarqalishga intiladi. Bu jarayon manbaga ulashgan joylarda havoning siqilishiga olib keladi, bu ham kengayish tendentsiyasiga ega. Bu jarayon tobora katta va qamrab oladi aksariyati ma'lum bir qabul qiluvchiga, masalan, inson qulog'iga yetguncha bo'sh joy.
Ovoz to'lqinlarining umumiy xususiyatlari
Keling, tovush to'lqini nima va u inson qulog'i tomonidan qanday qabul qilinadi degan savollarni ko'rib chiqaylik. Ovoz to'lqini uzunlamasına bo'lib, u quloqning konkasiga kirganda, u ma'lum bir chastota va amplituda bilan quloqning tebranishini keltirib chiqaradi. Shuningdek, siz ushbu tebranishlarni membranaga ulashgan havo mikro hajmidagi bosimning davriy o'zgarishi sifatida tasavvur qilishingiz mumkin. Avval u normal atmosfera bosimiga nisbatan ortadi, keyin esa garmonik harakatning matematik qonunlariga bo'ysungan holda kamayadi. Havoning siqilishidagi o'zgarishlar amplitudasi, ya'ni atmosfera bosimi bilan tovush to'lqini tomonidan yaratilgan maksimal yoki minimal bosim o'rtasidagi farq tovush to'lqinining o'zi amplitudasiga proportsionaldir.
Ko'pgina jismoniy tajribalar shuni ko'rsatdiki, inson qulog'i unga zarar etkazmasdan qabul qiladigan maksimal bosim 2800 mkN / sm 2 ni tashkil qiladi. Taqqoslash uchun, deylik, yer yuzasi yaqinidagi atmosfera bosimi 10 million mkN/sm2. Bosim va tebranishlar amplitudasining mutanosibligini hisobga olsak, oxirgi qiymat hatto eng kuchli to'lqinlar uchun ham ahamiyatsiz ekanligini aytishimiz mumkin. Agar tovush to'lqinining uzunligi haqida gapiradigan bo'lsak, u holda soniyada 1000 tebranish chastotasi uchun u santimetrning mingdan bir qismi bo'ladi.
Eng zaif tovushlar bosimning 0,001 mkN/sm 2 o'zgarishini hosil qiladi, 1000 Gts chastota uchun to'lqin tebranishlarining tegishli amplitudasi 10-9 sm, havo molekulalarining o'rtacha diametri esa 10-8 sm, ya'ni inson qulog'i juda sezgir organdir.
Ovoz to'lqinining intensivligi haqida tushuncha
Geometrik nuqtai nazardan, tovush to'lqini tebranishdir ma'lum bir shakl, jismoniy nuqtai nazardan, tovush to'lqinlarining asosiy xususiyati energiyani uzatish qobiliyatidir. To'lqin energiyasini uzatishning eng muhim misoli quyoshdir, uning chiqaradigan elektromagnit to'lqinlari butun sayyoramizni energiya bilan ta'minlaydi.
Fizikada tovush toʻlqinining intensivligi toʻlqinning tarqalishiga perpendikulyar boʻlgan birlik sirt maydoni orqali va vaqt birligida toʻlqin tomonidan uzatiladigan energiya miqdori sifatida aniqlanadi. Muxtasar qilib aytganda, to'lqinning intensivligi uning birlik maydoni orqali uzatiladigan kuchidir.
Ovoz to'lqinlarining kuchi odatda desibellarda o'lchanadi, ular logarifmik shkalaga asoslanadi, natijalarni amaliy tahlil qilish uchun qulaydir.
Turli xil tovushlarning intensivligi
Quyidagi desibel shkalasi turli xil va u keltirib chiqaradigan hislarning qiymati haqida fikr beradi:
- yoqimsiz va noqulay his-tuyg'ularning chegarasi 120 desibeldan (dB) boshlanadi;
- perchinli bolg'a 95 dB shovqin hosil qiladi;
- tezyurar poyezd - 90 dB;
- tirbandligi yuqori bo'lgan ko'cha - 70 dB;
- odamlar o'rtasidagi oddiy suhbatning hajmi 65 dB;
- o'rtacha tezlikda harakatlanadigan zamonaviy avtomobil 50 dB shovqin darajasini yaratadi;
- o'rtacha radio hajmi - 40 dB;
- jim suhbat - 20 dB;
- daraxt barglari shovqini - 10 dB;
- Inson tovush sezgirligining minimal chegarasi 0 dB ga yaqin.
Inson qulog'ining sezgirligi tovush chastotasiga bog'liq va 2000-3000 Gts chastotali tovush to'lqinlari uchun maksimaldir. Ushbu chastota diapazonidagi tovush uchun inson sezgirligining pastki chegarasi 10 -5 dB ni tashkil qiladi. Belgilangan intervaldan yuqori va past chastotalar pastki sezuvchanlik chegarasining oshishiga olib keladi, shunda odam 20 Gts va 20 000 Gts ga yaqin chastotalarni faqat bir necha o'n dB intensivlikda eshitadi.
Intensivlikning yuqori chegarasiga kelsak, shundan so'ng tovush odam uchun noqulaylik va hatto og'riqni keltirib chiqara boshlaydi, aytish kerakki, u amalda chastotadan mustaqil va 110-130 dB oralig'ida yotadi.
Ovoz to'lqinining geometrik xususiyatlari
Haqiqiy tovush to'lqini oddiy garmonik tebranishlarga parchalanishi mumkin bo'lgan uzunlamasına to'lqinlarning murakkab tebranish paketidir. Har bir bunday tebranish geometrik nuqtai nazardan quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:
- Amplituda - to'lqinning har bir qismining muvozanatdan maksimal og'ishi. Ushbu miqdor uchun A belgisi qabul qilinadi.
- Davr. Bu oddiy to'lqin o'zining to'liq tebranishini tugatadigan vaqt. Bu vaqtdan keyin to'lqinning har bir nuqtasi o'zining tebranish jarayonini takrorlay boshlaydi. Davr odatda T harfi bilan belgilanadi va SI tizimida soniyalarda o'lchanadi.
- Chastotasi. Bu ma'lum bir to'lqin soniyada qancha tebranishlarni ko'rsatadigan jismoniy miqdor. Ya'ni, o'z ma'nosida davrga o'zaro bog'liq miqdordir. U f bilan belgilanadi. Ovoz to'lqinining chastotasi uchun uni davr orqali aniqlash formulasi quyidagicha: f = 1/T.
- To'lqin uzunligi - bu uning bir tebranish davrida bosib o'tgan masofasi. Geometrik nuqtai nazardan, to'lqin uzunligi sinus egri chizig'idagi ikkita eng yaqin maksimal yoki ikkita eng yaqin minimal o'rtasidagi masofadir. Tovush to'lqinining tebranish uzunligi - havo siqilishning eng yaqin joylari yoki to'lqin harakatlanadigan bo'shliqda uning kam uchraydigan eng yaqin joylari orasidagi masofa. Odatda u yunoncha l harfi bilan belgilanadi.
- Ovoz to'lqinining tarqalish tezligi - bu to'lqinning siqilish mintaqasi yoki kamdan-kam uchraydigan hududi vaqt birligida tarqaladigan masofa. Bu qiymat v harfi bilan belgilanadi. Ovoz to'lqinining tezligi uchun formula: v = l * f.
Sof tovush to'lqinining geometriyasi, ya'ni doimiy tozalik to'lqini sinusoidal qonunga bo'ysunadi. Umumiy holatda tovush to'lqinining formulasi quyidagi ko'rinishga ega: y = A*sin(ōt), bu erda y - to'lqindagi berilgan nuqtaning koordinata qiymati, t - vaqt, ō = 2*pi*f. tebranishlarning siklik chastotasi.
Aperiodik tovush
Ko'pgina tovush manbalarini davriy deb hisoblash mumkin, masalan, gitara, pianino, nay kabi musiqa asboblari ovozi, lekin ular ham mavjud. katta raqam tabiatdagi aperiodik tovushlar, ya'ni tovush tebranishlari kosmosda o'z chastotasini va shaklini o'zgartiradi. Texnik jihatdan bu turdagi tovush shovqin deb ataladi. Aperiodik tovushning yorqin misollari shahar shovqini, dengiz shovqini, zarbli cholg'u asboblari tovushlari, masalan, barabandan va boshqalar.
Ovoz to'lqinining tarqalish muhiti
Fotonlari tarqalishi uchun hech qanday moddiy muhitga muhtoj bo'lmagan elektromagnit nurlanishdan farqli o'laroq, tovush tabiati shundayki, uning tarqalishi uchun ma'lum bir muhit kerak, ya'ni fizika qonunlariga ko'ra, tovush to'lqinlari vakuumda tarqala olmaydi.
Ovoz gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlarda tarqaladi. Muhitda tarqaladigan tovush to'lqinining asosiy xususiyatlari quyidagilardan iborat:
- to'lqin chiziqli ravishda tarqaladi;
- u bir hil muhitda barcha yo'nalishlarda teng tarqaladi, ya'ni tovush manbadan ajralib, ideal sharsimon sirt hosil qiladi.
- Ovozning amplitudasi va chastotasidan qat'i nazar, uning to'lqinlari ma'lum muhitda bir xil tezlikda tarqaladi.
Turli ommaviy axborot vositalarida tovush to'lqinlarining tezligi
Ovozning tarqalish tezligi ikkita asosiy omilga bog'liq: to'lqin tarqaladigan muhit va harorat. Umuman olganda, quyidagi qoida qo'llaniladi: muhit qanchalik zichroq bo'lsa va uning harorati qanchalik baland bo'lsa, unda tovush tezroq harakat qiladi.
Masalan, 20 ℃ haroratda va 50% namlikda yer yuzasiga yaqin havoda tovush to'lqinining tarqalish tezligi 1235 km / s yoki 343 m / s ni tashkil qiladi. Suvda ma'lum bir haroratda tovush 4,5 marta tezroq harakat qiladi, ya'ni taxminan 5735 km / soat yoki 1600 m / s. Ovoz tezligining havodagi haroratga bog'liqligiga kelsak, u har bir daraja Selsiy uchun harorat oshishi bilan 0,6 m / s ga oshadi.
Tembr va ohang
Agar sim yoki metall plastinka erkin tebranishiga ruxsat berilsa, u turli chastotalardagi tovushlarni chiqaradi. Ma'lum bir chastotali tovushni chiqaradigan jismni topish juda kam uchraydi, odatda ob'ektning ovozi ma'lum bir intervalda chastotalar to'plamiga ega;
Tovushning tembri undagi garmonikalar soni va ularning tegishli intensivligi bilan belgilanadi. Tembr - sub'ektiv qiymat, ya'ni aniq bir shaxs tomonidan tovushli ob'ektni idrok etishdir. Tembr odatda quyidagi sifatlar bilan ifodalanadi: baland, yorqin, jarangdor, ohangdor va hokazo.
Ohang - bu tovushni yuqori yoki past deb tasniflash imkonini beruvchi tovush hissi. Bu qiymat ham sub'ektivdir va uni hech qanday asbob bilan o'lchab bo'lmaydi. Ton ob'ektiv miqdor - tovush to'lqinining chastotasi bilan bog'liq, ammo ular o'rtasida aniq bog'liqlik yo'q. Masalan, doimiy intensivlikdagi bir chastotali tovush uchun chastota oshgani sayin ohang kuchayadi. Agar tovush chastotasi doimiy bo'lib qolsa va uning intensivligi oshsa, ohang pastroq bo'ladi.
Ovoz manbalarining shakli
Bajaradigan tananing shakliga ko'ra mexanik tebranishlar va shuning uchun uchta asosiy turdagi to'lqinlarni hosil qiladi:
- Nuqta manbai. U manbadan masofa bilan tez parchalanadigan sferik tovush to'lqinlarini hosil qiladi (agar manbadan masofa ikki baravar oshsa, taxminan 6 dB).
- Chiziq manbai. U silindrsimon to'lqinlarni hosil qiladi, ularning intensivligi nuqta manbasidan ko'ra sekinroq kamayadi (manbaga nisbatan masofaning har ikki baravar oshishi uchun intensivlik 3 dB ga kamayadi).
- Yassi yoki ikki o'lchovli manba. U faqat ma'lum bir yo'nalishda to'lqin hosil qiladi. Bunday manbaning misoli silindrda harakatlanadigan piston bo'lishi mumkin.
Elektron tovush manbalari
Ovoz to'lqinini yaratish uchun elektron manbalar hodisa tufayli mexanik tebranishlarni amalga oshiradigan maxsus membranani (karnay) ishlatadi. elektromagnit induksiya. Bunday manbalarga quyidagilar kiradi:
- turli xil disklarning pleyerlari (CD, DVD va boshqalar);
- kassetali magnitofonlar;
- radiolar;
- televizorlar va boshqalar.
Ovoz elastik moddiy muhitda asosan uzunlamasına to'lqinlar shaklida tarqaladigan mexanik tebranishlardir.
Vakuumda tovush tarqalmaydi, chunki tovushni uzatish uchun moddiy muhit va moddiy muhit zarralari orasidagi mexanik aloqa kerak.
Muhitda tovush tovush to'lqinlari shaklida tarqaladi. Ovoz to'lqinlari - bu muhitda uning shartli zarralari yordamida uzatiladigan mexanik tebranishlar. Muhitning an'anaviy zarralari uning mikrohajmlarini bildiradi.
Akustik to'lqinning asosiy fizik xususiyatlari:
1. Chastotasi.
Chastotasi tovush to'lqini kattalikdir vaqt birligidagi to'liq tebranishlar soniga teng. Belgi bilan ko'rsatilgan v (yalang'och) va o'lchanadi gertsda. 1 Hz = 1 hisob/sek = [ s -1 ].
Ovoz tebranish shkalasi quyidagi chastota intervallariga bo'linadi:
· infratovush (0 dan 16 Gts gacha);
· eshitiladigan tovush (16 dan 16 000 Gts gacha);
· ultratovush (16 000 Gts dan ortiq).
Ovoz to'lqinining chastotasi uning teskari miqdori - tovush to'lqinining davri bilan chambarchas bog'liq. Davr Tovush to'lqini - bu muhit zarralarining bir marta to'liq tebranish vaqti. Belgilangan T va soniyalar [s] bilan o'lchanadi.
Ovoz to'lqinini olib yuruvchi muhit zarralarining tebranish yo'nalishiga ko'ra tovush to'lqinlari quyidagilarga bo'linadi.
· uzunlamasına;
· ko'ndalang.
Uzunlamasına to'lqinlar uchun muhit zarrachalarining tebranish yo'nalishi tovush to'lqinining muhitda tarqalish yo'nalishiga to'g'ri keladi (1-rasm).
Ko'ndalang to'lqinlar uchun muhit zarrachalarining tebranish yo'nalishlari tovush to'lqinining tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar (2-rasm).
Guruch. 1-rasm. 2
Uzunlamasına to'lqinlar gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlarda tarqaladi. Transvers - faqat qattiq jismlarda.
3. Tebranishlarning shakli.
Tebranish shakliga ko'ra tovush to'lqinlari quyidagilarga bo'linadi.
· oddiy to'lqinlar;
murakkab to'lqinlar.
Oddiy to'lqinning grafigi sinus to'lqinidir.
Murakkab to'lqinning grafigi har qanday davriy sinusoidal bo'lmagan egri chiziqdir .
4. To‘lqin uzunligi.
To'lqin uzunligi - bu miqdor tovush to'lqini bir davrga teng vaqt ichida o'tadigan masofaga teng. U l (lambda) bilan belgilanadi va metr (m), santimetr (sm), millimetr (mm), mikrometr (mkm) bilan o'lchanadi.
To'lqin uzunligi tovush tarqaladigan muhitga bog'liq.
5. Ovoz to'lqinining tezligi.
Ovoz to'lqinining tezligi statsionar tovush manbai bo'lgan muhitda tovushning tarqalish tezligi. v belgisi bilan belgilanadi, formula bilan hisoblanadi:
Ovoz to'lqinining tezligi muhit turiga va haroratga bog'liq. Ovoz tezligi qattiq elastik jismlarda eng yuqori, suyuqliklarda kamroq, gazlarda esa eng past.
havo, normal atmosfera bosimi, harorat - 20 daraja, v = 342 m / s;
suv, harorat 15-20 daraja, v = 1500 m / s;
metallar, v = 5000-10000 m / s.
Havodagi tovush tezligi haroratning 10 darajaga ko'tarilishi bilan taxminan 0,6 m / s ga oshadi.
3-MA'RUZA AKUSTIKA. OVOZ
1. Tovush, tovush turlari.
2. Jismoniy xususiyatlar ovoz.
3. Eshitish sezgisining xususiyatlari. Ovoz o'lchovlari.
4. Ovozning interfeys bo'ylab o'tishi.
5. Ovoz usullari tadqiqot.
6. Shovqinning oldini olishni belgilovchi omillar. Shovqin himoyasi.
7. Asosiy tushunchalar va formulalar. Jadvallar.
8. Vazifalar.
Akustika. Keng ma'noda bu fizikaning eng past chastotalardan eng yuqori chastotalargacha bo'lgan elastik to'lqinlarni o'rganadigan bo'limidir. Tor ma'noda bu tovushni o'rganishdir.
Keng ma'noda tovush gazsimon, suyuq va qattiq moddalarda tarqaladigan elastik tebranishlar va to'lqinlardir; tor ma'noda, odam va hayvonlarning eshitish organlari tomonidan sub'ektiv ravishda qabul qilinadigan hodisa.
Odatda, inson qulog'i 16 Gts dan 20 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonidagi tovushni eshitadi. Biroq, yosh bilan bu diapazonning yuqori chegarasi kamayadi:
16-20 Gts dan past chastotali tovush deyiladi infratovush, 20 kHz dan yuqori - ultratovush, va 10 9 dan 10 12 Gts gacha bo'lgan eng yuqori chastotali elastik to'lqinlar - gipertovush.
Tabiatda uchraydigan tovushlar bir necha turlarga bo'linadi.
Ohang - bu davriy jarayon bo'lgan tovushdir. Ohangning asosiy xususiyati chastotadir. Oddiy ohang garmonik qonunga muvofiq tebranuvchi jism tomonidan yaratilgan (masalan, kamar). Murakkab ohang garmonik bo'lmagan davriy tebranishlar (masalan, cholg'u asbobining ovozi, inson nutq apparati tomonidan yaratilgan tovush) natijasida hosil bo'ladi.
Shovqin murakkab, takrorlanmaydigan vaqtga bog'liq bo'lgan va tasodifiy o'zgaruvchan murakkab ohanglarning (barglarning shitirlashi) birikmasidan iborat tovushdir.
Sonik bum- bu qisqa muddatli tovush ta'siri (qarsak chalish, portlash, zarba, momaqaldiroq).
Murakkab ohang, davriy jarayon sifatida, oddiy ohanglar yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin (komponent ohanglarga ajraladi). Bu parchalanish deyiladi spektr.
Ohangning akustik spektri uning barcha chastotalarining yig'indisi bo'lib, ularning nisbiy intensivligi yoki amplitudasini ko'rsatadi.
Spektrdagi eng past chastota (n) asosiy tonga to'g'ri keladi, qolgan chastotalar esa overtonlar yoki garmonikalar deb ataladi. Overtonlar asosiy chastotaning ko'paytmalari bo'lgan chastotalarga ega: 2n, 3n, 4n, ...
Odatda, spektrning eng katta amplitudasi asosiy ohangga to'g'ri keladi. Aynan shu narsa quloq tomonidan tovush balandligi sifatida qabul qilinadi (pastga qarang). Overtones tovushning "rangini" yaratadi. Turli xil asboblar tomonidan yaratilgan bir xil balandlikdagi tovushlar, ohanglarning amplitudalari o'rtasidagi turli munosabatlar tufayli quloq tomonidan turlicha qabul qilinadi. 3.1-rasmda pianino va klarnetda chalinadigan bir xil notaning (n = 100 Hz) spektrlari ko'rsatilgan.
Guruch. 3.1. Pianino (a) va klarnet (b) notalarining spektrlari
Shovqinning akustik spektri uzluksiz.
