این بیماری در رسانه های گازی ، مایع و جامد رخ می دهد ، که با رسیدن به اندام شنوایی انسان ، او را سالم می دانند. فرکانس این امواج از 20 تا 20،000 نوسان در ثانیه متغیر است. ما فرمول هایی برای موج صوتی ارائه می دهیم و جزئیات آن را با جزئیات بیشتر در نظر می گیریم.

چرا موج صدا ظاهر می شود؟

بسیاری از مردم تعجب می کنند که موج صوتی چیست. ماهیت صدا بروز اختلالات در یک محیط الاستیک است. به عنوان مثال ، هنگامی که یک آشفتگی فشار در حجم معینی از هوا به صورت فشرده سازی رخ می دهد ، این منطقه تمایل به گسترش در فضا دارد. این فرایند منجر به فشرده سازی هوا در مناطق مجاور منبع می شود ، که تمایل به گسترش دارند. این فرآیند بیشتر و بیشتر فضای را تحت تأثیر قرار می دهد تا اینکه به گیرنده برسد ، به عنوان مثال گوش یک فرد.

مشخصات عمومی امواج صوتی

این سؤال را در نظر بگیرید که موج صوتی چیست و چگونه توسط گوش انسان درک می شود. موج صدا به صورت طولی است ، وقتی با ورود به حلقه گوش باعث لرزش پرده گوش با فرکانس و دامنه خاصی می شود. همچنین شما می توانید به عنوان تغییرات دوره ای فشار در ریزگرد هوا در مجاورت غشاء ، این نوسانات را نمایندگی کنید. ابتدا با رعایت قوانین ریاضی حرکت هارمونیک ، نسبت به فشار عادی جوی افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد. دامنه تغییرات در فشرده سازی هوا ، یعنی تفاوت بین حداکثر یا حداقل فشار ایجاد شده توسط موج صدا ، با فشار جوی متناسب با دامنه خود موج صدا است.

بسیاری از آزمایشات فیزیکی نشان داده اند که حداکثر فشاری که گوش انسان می تواند بدون آسیب رساندن به آن جذب کند ، 2800 میکرون بر سانتیمتر مربع است. برای مقایسه ، می گوییم فشار جو در نزدیکی سطح زمین 10 میلیون میکرون بر سانتیمتر مربع است. با توجه به تناسب فشار و دامنه نوسانات ، می توان گفت مقدار دوم حتی برای قویترین امواج ناچیز است. اگر در مورد طول موج صدا صحبت کنیم ، برای فرکانس 1000 لرزش در ثانیه ، یک هزارم سانتی متر خواهد بود.

ضعیف ترین صداها نوسانات فشار را به ترتیب از 0.001 میکرون بر سانتیمتر مربع ایجاد می کند ، دامنه مربوط به نوسانات موج برای فرکانس 1000 هرتز 10-9 سانتی متر است ، در حالی که متوسط \u200b\u200bقطر مولکول های هوا 10-8 سانتی متر است ، یعنی گوش انسان یک ارگان بسیار حساس است.

مفهوم شدت موج صدا

از منظر هندسی ، موج صوتی نوسان یک شکل خاص است ، اما از دیدگاه فیزیکی ، ویژگی اصلی امواج صوتی توانایی آنها در انتقال انرژی است. مهمترین نمونه انتقال انرژی توسط یک موج ، خورشید است که امواج الکترومغناطیسی تابش شده اش انرژی کل سیاره ما را تأمین می کنند.

شدت یک موج صوتی در فیزیک به عنوان میزان انرژی حاصل از یک موج از طریق یک واحد سطح تعریف می شود که عمود بر انتشار موج و برای واحد زمان است. به طور خلاصه ، شدت یک موج ، قدرت آن است که از طریق یک واحد واحد انجام می شود.

قدرت امواج صوتی معمولاً در دسی بل ها اندازه گیری می شود ، که بر اساس مقیاس لگاریتمی ساخته شده اند ، برای تجزیه و تحلیل عملی نتایج مناسب است.

شدت صداهای مختلف

مقیاس دسیبل زیر ایده ای از تفاوت های مختلف و احساساتی که ایجاد می کند ارائه می دهد:

• آستانه احساسات ناخوشایند و ناراحت کننده با 120 دسی بل (dB) شروع می شود.
• چکش پرچینگ سر و صدای 95 دسی بل ایجاد می کند.
• قطار پر سرعت - 90 دسی بل؛
• خیابان ترافیک سنگین - 70 دسی بل؛
• حجم مکالمه عادی بین افراد - 65 دسی بل؛
• یک ماشین مدرن که با سرعت متوسط \u200b\u200bحرکت می کند ، سر و صدای 50 دسی بل ایجاد می کند.
• حجم متوسط \u200b\u200bرادیو - 40 دسی بل؛
• مکالمه آرام - 20 دسی بل؛
• سر و صدای شاخ و برگ درخت - 10 dB؛
• حداقل آستانه حساسیت به صدای انسان نزدیک به 0 dB است.

حساسیت گوش انسان به فرکانس صدا بستگی دارد و حداکثر مقدار برای امواج صوتی با فرکانس 2000-3000 هرتز است. برای صدا در این محدوده فرکانس ، آستانه پایین برای حساسیت انسان 10 -5 دسی بل است. فرکانسهای بالاتر و پایین تر از بازه مشخص شده منجر به افزایش آستانه پایین تر از حساسیت می شوند به گونه ای که فرد فرکانس های نزدیک به 20 هرتز و 20،000 هرتز را فقط در شدت های خود از چند ده دسی بل می شنود.

در مورد آستانه بالای شدت ، که پس از آن صدا شروع به ایجاد ناراحتی برای انسان و حتی درد می کند ، باید گفت که عملا به فرکانس بستگی ندارد و در دامنه 110-130 دسی بل قرار دارد.

مشخصات هندسی موج صدا

موج صدای واقعی یک بسته پیچیده نوسان موجهای طولی است که می تواند در ارتعاشات هارمونیکی ساده تجزیه شود. هر نوع نوسان از نظر هندسی با مشخصات زیر شرح داده شده است:

1. دامنه - حداکثر انحراف هر بخش از موج از تعادل. برای این مقدار ، عنوان A.
2. عادت زنانه. این زمانی است که طی آن یک موج ساده نوسان کامل خود را انجام می دهد. پس از این مدت ، هر نقطه از موج شروع به تکرار روند نوسان خود می کند. این دوره معمولاً با حرف T مشخص می شود و در سیستم SI در ثانیه اندازه می گیرد.
3. فرکانس. این یک مقدار فیزیکی است که نشان می دهد در یک ثانیه چند موج ارتعاش ایجاد می شود. یعنی به معنای آن ، وارونگی دوره است. مشخص شده است f. برای فراوانی موج موج صدا ، فرمول تعیین آن از طریق یک دوره به شرح زیر است: f \u003d 1 / T.
4. طول موج مسافت طی شده در یک دوره نوسان است. از نظر هندسی ، طول موج فاصله بین نزدیکترین حداکثر یا دو نزدیکترین حداقل در یک منحنی سینوسی است. طول موج موج صدا فاصله ای است که نزدیکترین مناطق فشرده سازی هوا یا نزدیکترین مکانهای رخساره انفجار آن در فضایی که موج حرکت می کند دارد. معمولاً با حرف یونانی λ ذکر شده است.
5. سرعت انتشار یک موج صوتی مسافتی است که بیش از آن منطقه فشرده سازی یا ناحیه ناهمواری موج در هر واحد واحد گسترش می یابد. این مقدار با حرف v مشخص شده است. برای سرعت موج صدا ، فرمول فرم دارد: v \u003d λ * f.

هندسه موج صوتی خالص ، یعنی موجی از خلوص ثابت ، از قانون سینوسی تبعیت می کند. در حالت کلی فرمول موج صدا به این شکل است: y \u003d A * sin (ωt) ، در جایی که y مقدار مختصات یک نقطه معین از موج است ، t زمان است ، ω \u003d 2 * pi * f فرکانس نوسانات چرخشی است.

صدای بی هوازی

بسیاری از منابع صوتی را می توان دوره ای در نظر گرفت ، به عنوان مثال ، صدا از سازهای موسیقی مانند گیتار ، پیانو ، فلوت ، اما تعداد زیادی از صداها نیز در طبیعت وجود دارد که به صورت غیرقانونی است ، یعنی ارتعاشات صدا فرکانس و شکل آنها را در فضا تغییر می دهد. از نظر فنی به این نوع صدا نویز گفته می شود. نمونه های بارز صدای آپریودیک عبارتند از: سر و صدای شهر ، سر و صدای دریا ، صداهای سازهای کوبه ای ، برای مثال ، از یک درام و دیگران.

رسانه انتشار موج صدا

برخلاف تشعشع الکترومغناطیسی ، که فوتون های آن برای انتشار آن به هیچ ماده مادی احتیاج ندارند ، ماهیت صدا به گونه ای است که برای انتشار آن به یک رسانه خاص احتیاج دارد ، یعنی طبق قوانین فیزیک ، امواج صوتی نمی توانند در خلاء انتشار یابند.

صدا می تواند در گازها ، مایعات و مواد جامد پخش شود. ویژگی های اصلی انتشار موج صدا در یک رسانه به شرح زیر است:

• موج بصورت خطی پخش می شود.
• آن را به طور مساوی در همه جهات در یک محیط همگن پخش می شود ، یعنی صدا از منبع دور می شود و یک سطح کروی ایده آل را تشکیل می دهد.
• صرف نظر از دامنه و فرکانس صدا ، امواج آن با همان سرعت در یک محیط معین پخش می شوند.

سرعت امواج صوتی در محیط های مختلف

سرعت انتشار صدا به دو عامل اصلی بستگی دارد: متوسطی که در آن موج حرکت می کند و درجه حرارت. به طور کلی ، قانون زیر اعمال می شود: هر چقدر متوسطی متراکم تر باشد و هرچه درجه حرارت آن بیشتر باشد ، صدا در آن سریعتر حرکت می کند.

به عنوان مثال ، سرعت انتشار امواج صوتی در هوا در نزدیکی سطح زمین با دمای 20 درجه و رطوبت 50٪ برابر با 1235 کیلومتر در ساعت یا 343 متر در ثانیه است. در آب ، در دمای معین ، صدا 4.5 برابر سریعتر حرکت می کند ، یعنی حدود 5735 کیلومتر در ساعت یا 1600 متر بر ثانیه. در مورد وابستگی سرعت صدا به دما در هوا ، با افزایش دما در هر درجه سانتیگراد 0.6 متر بر ثانیه افزایش می یابد.

تیمبر و لحن

اگر اجازه دهید رشته یا صفحه فلزی آزادانه ارتعاش شود ، صداهای با فرکانس های مختلف ایجاد می کند. پیدا کردن جسمی که صدایی با یک فرکانس خاص ایجاد کند ، بسیار نادر است ، معمولاً صدای یک جسم مجموعه ای از فرکانس ها را در یک بازه مشخص دارد.

تایم صدا با توجه به تعداد هارمونیک های موجود در آن و شدت مربوط به آنها تعیین می شود. تیمبر یک مقدار ذهنی است ، یعنی این درک یک شیء صدایی توسط یک شخص خاص است. تایم معمولاً با صفت های زیر مشخص می شود: زیاد ، درخشان ، صوت ، ملودیک و غیره.

Tone یک احساس صدا است که امکان طبقه بندی بالا یا پایین را می دهد. این مقدار نیز ذهنی است و توسط هیچ ابزاری قابل اندازه گیری نیست. تن با یک مقدار هدف مرتبط است - فرکانس یک موج صوتی ، اما هیچ ارتباط مبهم بین آنها وجود ندارد. به عنوان مثال ، برای صدای تک فرکانس با شدت ثابت ، تن با افزایش فرکانس افزایش می یابد. اگر فرکانس صدا ثابت بماند ، اما شدت آن افزایش یابد ، تن کم می شود.

شکل منابع صوتی

مطابق شکل بدن که ارتعاشات مکانیکی را انجام می دهد و از این طریق امواج ایجاد می کند ، سه نوع اصلی وجود دارد:

1. منبع نقطه این امواج صوتی کروی ایجاد می کند که هنگام دور شدن از منبع به سرعت کاهش می یابد (اگر فاصله از منبع دو برابر شود حدود 6 دسی بل).
2. منبع خطی. امواج به شکل استوانه ای ایجاد می کند ، شدت آن با کندتر از یک منبع نقطه کاهش می یابد (با هر افزایش فاصله توسط یک عامل دو نسبت به منبع ، شدت آن با 3 دسی بل کاهش می یابد).
3. منبع تخت یا دو بعدی. این موج فقط در یک جهت خاص تولید می شود. نمونه ای از چنین منبع می تواند پیستونی باشد که در سیلندر حرکت می کند.

منابع صوتی الکترونیکی

برای ایجاد موج صوتی ، منابع الکترونیکی از غشای مخصوص (بلندگو) استفاده می کنند که به دلیل پدیده القاء الکترومغناطیسی ، ارتعاشات مکانیکی را انجام می دهد. این منابع شامل موارد زیر است:

• بازیکنان دیسک های مختلف (سی دی ، دی وی دی و دیگران)؛
• ضبط های کاست؛
• رادیوها
• تلویزیون و برخی دیگر.

1. صدا. ویژگی های اصلی زمینه صدا. توزیع صدا

و. پارامترهای موج صدا

ارتعاشات صوتی ذرات یک محیط الاستیک پیچیده است و می تواند به عنوان تابعی از زمان نمایان شود a \u003d a (t) (شکل 3.1 ، و).

شکل 3

1 . نوسانات ذرات هوا.

ساده ترین فرآیند توسط سینوسی توضیح داده شده است (شکل 3).

1, ب)

,

جایی که حداکثر دامنه ارتعاشات؛w \u003d 2 p f - فرکانس زاویه ای؛ f - فراوانی نوسانات.

نوسانات هارمونیک با دامنه حداکثر و فرکانس f نامیده می شوند لحن.

ارتعاشات پیچیده با یک مقدار موثر در طی یک دوره زمانی T مشخص می شوند

برای یک فرآیند سینوسی ، رابطه

برای منحنی های یک شکل متفاوت ، نسبت مقدار موثر به حداکثر از 0 به 1 است.

بسته به روش تحریک نوسانات ، موارد زیر وجود دارد:

· موج صاف صاف ایجاد شده توسط یک سطح نوسان مسطح.

· استوانه ای موج صدا, توسط سطح جانبی استوانه ای نوسان شده استوانه ایجاد شده است.

· کروی موج صدا , ایجاد شده توسط یک منبع نوسان از نقطه مانند توپ ضربان دار.

پارامترهای اصلی مشخص کننده موج صدا عبارتند از:

· فشار صدا پ sv ، Pa؛

· شدت صدا من، W / m 2.

· طول موج صدا l ، m؛

· سرعت انتشار موج از جانب، اماس؛

· فرکانس نوسان fهرتز

اگر ارتعاشات در یک محیط مداوم برانگیخته می شوند ، در همه جهات متفاوت می شوند. مثال خوب نوسان امواج روی آب است. در این حالت ، سرعت انتشار لرزشهای مکانیکی باید از هم متمایز شود. تو (در مورد ما ، ارتعاشات عرضی قابل مشاهده در آب) و سرعت انتشار مزاحم از جانب(ارتعاشات طولی)

از دیدگاه فیزیکی ، انتشار ارتعاشات شامل انتقال حرکت از یک مولکول به مولکول دیگر است. به دلیل پیوندهای بین مولکولی الاستیک ، حرکت هر یک از آنها حرکت قبلی را تکرار می کند. انتقال ضربه به زمان معینی نیاز دارد ، در نتیجه ، حرکت مولکولها در نقاط مشاهده با تأخیر نسبت به حرکت مولکولها در منطقه تحریک ارتعاش رخ می دهد. بنابراین ، نوسانات با سرعت مشخصی پخش می شوند. سرعت انتشار موج صدا از جانبیک خاصیت فیزیکی محیط است.

طول موج ل برابر با طول مسیر طی شده توسط موج صدا در یک دوره T:

جایی که از جانب - سرعت صدا , T \u003d1/ f.

لرزش صدا در هوا منجر به فشرده سازی و ضعف آن می شود. در مناطق فشرده سازی ، فشار هوا افزایش می یابد ، و در مناطق نادری کاهش می یابد.تفاوت بین فشار موجود در یک محیط آشفته است پ لحظه به لحظه و فشار جوی پ اتم نامیده می شود فشار صدا (شکل 3.3). در آکوستیک ، این پارامتر اصلی ترین پارامتر است که از طریق آن همه بقیه تعیین می شوند.

پ صدا \u003d پ گوه - پ اتمسفر (3.1)

شکل 3-3. فشار صدا

محیطی که صدا در آن توزیع می شود خاص امپدانس آکوستیک z A ، که در Pa اندازه گیری می شود* s / m (یا در kg / (m 2) * c) و نسبت فشار صدا است پ sv به سرعت ارتعاش ذرات محیط تو

z A \u003d پ ستاره / تو \u003d r * s, (3.2)

جایی که از جانب - سرعت صدا , متر؛r - چگالی متوسط \u200b\u200b، کیلوگرم بر متر مکعب.

به معنای مختلف z A متفاوت هستند.

موج صوتی حامل انرژی در جهت حرکت خود است. به مقدار انرژی منتقل شده توسط یک موج صوتی در یک ثانیه از طریق یک قطعه 1 m 2 عمود بر جهت حرکت گفته می شود. شدت صدا . شدت صدا با نسبت فشار صدا به مقاومت آکوستیک محیط تعیین می شود W / m 2:

برای یک موج کروی از یک منبع صوتی با قدرت W، شدت صدا W بر روی سطح کره شعاع rبرابر است با

من= W / (4 پr 2),

یعنی شدت موج کروی با افزایش فاصله از منبع صدا کاهش می یابد. چه زمانی موج هواپیما شدت صدا مستقل از فاصله است.

هدف، واقعگرایانه

برای مطالعه مبانی نظریه ضبط صدا و تولید مثل ، ویژگی های اصلی صدا ، روش های تبدیل صدا ، دستگاه و ویژگی های استفاده از تجهیزات برای تبدیل و تقویت صدا و همچنین مهارت های لازم برای کاربرد عملی آنها.

پیش زمینه نظری

صدا به عنوان حرکت ارتعاشی ذرات یک محیط الاستیک ، به شکل امواج در یک محیط گاز ، مایع یا جامد پخش می شود که با استفاده از آنالایزر شنوایی انسان باعث ایجاد احساس شنوایی می شوند. منبع صدا بدنه نوسانی است ، به عنوان مثال: ارتعاشات رشته ، تنظیم لرزش چنگال ، حرکت مخروط بلندگو و غیره.

موج صدا فرایند انتشار جهت ارتعاشات یک رسانه الاستیک از یک منبع صوتی نامیده می شود. منطقه فضایی که در آن موج موج پخش می شود ، میدان صدا نامیده می شود. موج صوتی نوعی فشرده سازی و تخلیه هوا است. در منطقه فشرده سازی ، فشار هوا از فشار اتمسفر فراتر می رود ، در منطقه ناهمواری کمتر از آن است. به متغیر فشار فشار اتمسفر فشار صدا گفته می شود. ر . واحد اندازه گیری فشار صدا پاسکال است ( بله) (Pa \u003d N / m 2). نوسانات دارای شکل سینوسی (شکل 1) هارمونیک نامیده می شوند. اگر بدن که از بدن ساطع می کند مطابق قانون سینوسی نوسان می کند ، فشار صوتی نیز مطابق قانون سینوسی تغییر می کند. مشخص است که هر نوسان پیچیده می تواند به عنوان مجموع نوسانات هارمونیک ساده نشان داده شود. به ترتیب مجموعه دامنه ها و فرکانس های این نوسانات هارمونیک گفته می شود طیف دامنه و طیف فرکانس.

حرکت نوسانی ذرات هوا در یک موج صوتی با تعدادی پارامتر مشخص می شود:

دوره چرخش(T) ، کمترین دوره زمانی است که پس از آن مقادیر تمام مقادیر بدنی مشخص کننده حرکت نوسان تکرار می شود ، در این مدت یک نوسان کامل انجام می شود. دوره نوسان در چند ثانیه اندازه گیری می شود ( از جانب).

فرکانس نوسان (ح) , تعداد کل ارتعاشات در هر واحد زمان.

جایی که: f - فرکانس نوسان تی - دوره نوسان.

واحد فرکانس - هرتز ( هرتز) - یک نوسان کامل در هر ثانیه (1 کیلوهرتز = 1000 هرتز).

شکل. 1. نوسان هارمونیک ساده:
A دامنه نوسان است ، T دوره نوسان است

طول موج (λ ) ، مسافتی که یک دوره از نوسانات متناسب است. طول موج در متر اندازه گیری می شود ( م) طول موج و فرکانس نوسانات با نسبت مرتبط است:

جایی که از جانب - سرعت انتشار صدا.

دامنه ارتعاش (و) بزرگترین انحراف از مقدار نوسان از حالت استراحت.

مرحله نوسان

دایره ای را تصور کنید که طول آن برابر با فاصله بین نقاط A و Ε باشد (شکل 2) یا طول موج در یک فرکانس خاص. با چرخش این دایره ، خط شعاعی آن در هر مکان جداگانه سینوسی در فاصله مشخصی از نقطه شروع قرار خواهد گرفت که در هر نقطه از این مقدار ، مقدار فاز خواهد بود. فاز به صورت درجه ای اندازه گیری می شود.

یک موج صوتی در برخورد با یک سطح تا حدی با همان زاویه ای که در این سطح قرار می گیرد بازتاب می یابد ؛ فاز آن تغییر نمی کند. در شکل 3 وابستگی فاز موجهای منعکس شده را نشان می دهد.

شکل. 2. موج سینوسی: دامنه و فاز.
اگر دور مساوی با طول موج در یک فرکانس معین (فاصله از A تا E) باشد ، پس از چرخش ، خط شعاعی این دایره زاویه ای مطابق با مقدار فاز سینوسی را در یک نقطه خاص نشان می دهد.

شکل. 3. وابستگی فاز موجهای منعکس شده.
امواج صوتی با فرکانس های مختلف ساطع شده توسط یک منبع صوتی با همان فاز ، پس از طی مسافت یکسان ، با یک فاز متفاوت به سطحی می رسند

اگر موج آن بیشتر از اندازه مانع باشد ، موج صوتی قادر به عبور از موانع است. این پدیده نامیده می شود انکسار. پراش به ویژه در نوسانات با فرکانس پایین که طول موج قابل توجهی دارند ، قابل توجه است.

اگر دو موج صدا فرکانس یکسانی دارند ، پس از آن با یکدیگر تعامل دارند. روند تعامل را دخالت می گویند. در تعامل نوسانات درون فاز (همزمان در فاز) ، تقویت موج صدا اتفاق می افتد. در مورد تعامل نوسانات ضد فاز ، موج صوتی حاصل ضعیف می شود (شکل 4). امواج صوتی ، که فرکانس آنها به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت است ، هیچ تعامل با یکدیگر ندارند.

شکل. 4- تعامل نوسانات در مرحله (الف) و آنتی فاز (b):
1 ، 2 - ارتعاشات متقابل ، ارتعاشات 3 - نتیجه

ارتعاشات صدا می توانند از بین بروند و از بین بروند. دامنه نوسانات مرطوب به تدریج کاهش می یابد. نمونه ای از نوسانات ضعیف ، صدایی است که وقتی رشته یک بار هیجان زده می شود یا گونگ بازدید می کند ، رخ می دهد. دلیل سد شدن لرزشهای رشته ای اصطکاک رشته در برابر هوا و همچنین اصطکاک بین ذرات رشته ارتعاشی است. نوسانات پایدار می تواند وجود داشته باشد اگر تلفات اصطکاک با هجوم انرژی از خارج جبران شود. نمونه ای از لرزش های بدون لرزش ، ارتعاشات یک زنگ مدرسه است. در حالی که دکمه پاور فشار داده شده است ، در تماس لرزش های بدون فشار وجود دارد. پس از متوقف شدن انرژی زنگ ، نوسانات از بین می روند.

موج در فضای اتاق از منبع آن پخش می شود ، موج صدا انرژی را منتقل می کند ، گسترش می یابد تا رسیدن به سطوح مرزی این اتاق: دیوارها ، کف ، سقف و غیره. انتشار امواج صوتی با کاهش شدت آنها همراه است. این به دلیل از دست دادن انرژی صوتی برای غلبه بر اصطکاک بین ذرات هوا است. علاوه بر این ، با گسترش در تمام جهات از منبع ، موج مساحت فزاینده زیادی را در بر می گیرد که منجر به کاهش میزان انرژی صوتی در واحد سطح می شود ، با هر دو برابر شدن فاصله از یک منبع کروی ، نیروی ارتعاش ذرات هوا 6 دسی بل (چهار برابر قدرت) کاهش می یابد. (شکل 5).

شکل. 5- انرژی یک موج صوتی کروی در یک ناحیه موج فزاینده موج توزیع می شود ، به طوری که فشار صدا با هر دو برابر کردن فاصله از منبع ، 6 دسی بل را از دست می دهد.

در مواجهه با مانعی در مسیر خود ، بخشی از انرژی یک موج صدا می گذرد از طریق دیوارها ، بخشی جذب می شود داخل دیوارها و بخشی منعکس شده برگشت داخل اتاق انرژی موج صدای منعکس شده و جذب شده در کل برابر با انرژی موج صدای حادثه است. درجات مختلف ، هر سه نوع توزیع انرژی صوتی تقریباً در همه موارد وجود دارد
(شکل 6).

شکل. 6. انعکاس و جذب انرژی صوتی

موج صدای منعکس شده ، با از دست دادن بخشی از انرژی ، جهت را تغییر داده و پخش خواهد کرد تا رسیدن به سایر سطوح اتاق ، که از آن دوباره بازتاب می یابد ، در حالی که بخش دیگری از انرژی را از دست می دهد و غیره این کار ادامه خواهد یافت تا سرانجام انرژی موج صدا خاموش شود.

بازتاب موج صوتی مطابق قوانین اپتیک هندسی اتفاق می افتد. خوب صدای مواد با چگالی بالا (بتن ، فلز و غیره) را منعکس کنید. جذب موج صوتی به دلایل مختلفی وجود دارد. یک موج صوتی انرژی خود را بر روی ارتعاشات خود مانع و بر روی ارتعاشات هوا در منافذ لایه سطح مانع صرف می کند. از این رو نتیجه می گیرد که مواد متخلخل (نمد ، کف و غیره) صدا را به شدت جذب می کنند. در اتاقی مملو از تماشاگران ، جذب صدا از اتاق خالی بیشتر است. میزان بازتاب و جذب صدا توسط یک ماده با ضرایب بازتاب و جذب مشخص می شود. این ضرایب می توانند از صفر تا یک متغیر باشند. ضریب وحدت نشان دهنده بازتاب کامل یا جذب صدا است.

اگر منبع صدا در اتاق باشد ، نه تنها مستقیم ، بلکه انرژی صوتی منعکس شده از سطوح مختلف به شنونده می رسد. میزان صدا در یک اتاق به قدرت منبع صدا و میزان جذب مواد صوتی بستگی دارد. هرچه ماده جاذب صدا بیشتری در اتاق قرار گیرد ، میزان صدا نیز کمتر می شود.

پس از خاموش کردن منبع صدا به دلیل بازتاب انرژی صوتی از سطوح مختلف برای مدتی فیلد صدا وجود دارد. فرآیند ضعف تدریجی صدا در فضاهای محصور شده پس از خاموش کردن منبع آن نامیده می شود reverb مدت زمان Reverb با به اصطلاح مشخص می شود زمان Reverberation، یعنی مدت زمانی که شدت صدا 10 6 بار کاهش می یابد ، و سطح آن 60 دسی بل است . به عنوان مثال ، اگر صدای یک ارکستر در یک سالن کنسرت به یک سطح 100 دسی بل با سطح سر و صدای پس زمینه حدود 40 دسی بل برسد ، و سپس آکورد نهایی ارکستر هنگام ضعف ، در هنگام سر و صدای سطح آنها در حدود 60 dB کاهش می یابد. زمان واژگونی مهمترین عامل تعیین کننده کیفیت آکوستیک یک اتاق است. هر چه این اتاق بیشتر باشد ، حجم اتاق بیشتر می شود و میزان جذب آن در سطوح محدود کننده کمتر می شود.

میزان زمان واکنشی بر میزان قابل فهم گفتار و کیفیت صدای موسیقی تأثیر می گذارد. اگر زمان واژگونی خیلی طولانی باشد ، سخنرانی ناپسند می شود. با گذشت زمان بسیار زیاد تکرار ، گفتار خوانا است ، اما صدای موسیقی غیر طبیعی می شود. زمان واكنش مطلوب ، بسته به حجم اتاق ، حدود 1 تا 2 ثانیه است.

ویژگی های اصلی صدا.

سرعت صدا در هوا 332.5 متر در ثانیه در 0 درجه سانتی گراد است. در دمای اتاق (20 درجه سانتیگراد) سرعت صدا در حدود 340 متر بر ثانیه است. سرعت صدا توسط نماد مشخص شده است " از جانب ».

فرکانس.صداهای درک شده توسط آنالایزر شنوایی انسان طیف وسیعی از فرکانس های صدا را تشکیل می دهند. به طور کلی پذیرفته می شود که این محدوده با فرکانس های 16 تا 20،000 هرتز محدود است. این مرزها بسیار دلخواه است ، که با خصوصیات فردی شنوایی افراد ، تغییرات وابسته به سن در حساسیت آنالایزر شنوایی و روش ضبط احساس شنوایی همراه است. یک فرد می تواند بین فرکانس 0.3 at تغییر فرکانس سفارش 1 کیلوهرتز را تشخیص دهد.

مفهوم فیزیکی صدا هر دو فرکانس لرزش شنیداری و غیر قابل شنیدن را در بر می گیرد. امواج صوتی با فرکانس زیر 16 هرتز معمولاً فراصوت ، بالای 20 کیلوهرتز - سونوگرافی نامیده می شوند . دامنه فرکانسهای infrasonic از پایین عملا نامحدود است - در طبیعت ارتعاشات فراصوت با فرکانس دهم و صدم هرتز وجود دارد. .

دامنه صدا به طور شرطی به چندین محدوده باریک تر تقسیم می شود (جدول 1).

میز 1

دامنه فرکانس های صوتی معمولاً به زیر باند ها تقسیم می شود

شدت صدا(W / m 2) با مقدار انرژی منتقل شده توسط موج در واحد زمان از طریق واحد سطح سطح عمود بر جهت انتشار موج تعیین می شود. گوش انسان صدا را با شدت بسیار گسترده ای درک می کند: از ضعیف ترین صداهای شنیدنی تا بلندترین آنها ، برای مثال ، که توسط یک موتور جت ایجاد شده است.

حداقل شدت صدا که در آن احساس شنوایی رخ می دهد ، آستانه درک شنوایی نامیده می شود. این به فرکانس صدا بستگی دارد (شکل 7). گوش انسان به ترتیب در فرکانس 1 تا 5 کیلو هرتز بیشترین حساسیت را نسبت به صدا دارد و آستانه درک شنیداری در اینجا کمترین مقدار 10 -12 W / m 2 را دارد. این مقدار به عنوان سطح صفر شنیداری گرفته می شود. تحت تأثیر سر و صدا و سایر محرک های صدا ، آستانه شنوایی برای صدای معین افزایش می یابد (پوشش صدا یک پدیده فیزیولوژیکی است به این صورت که وقتی دو یا بیشتر صدایی با حجم های مختلف به طور همزمان شنیده می شوند ، صداهای ساکت تر متوقف می شوند) و افزایش ارزش برای مدتی پس از آن باقی می ماند خاتمه عامل دخالت ، و سپس به تدریج به سطح اصلی خود باز می گردد. در افراد مختلف و در افراد مشابه در زمانهای مختلف ، آستانه شنوایی بسته به سن ، وضعیت فیزیولوژیکی و تناسب اندام می تواند متفاوت باشد.

شکل. 7. وابستگی فرکانس آستانه استاندارد شنیداری
موج سینوسی

صداهای با شدت زیاد باعث احساس فشار در گوش می شود. حداقل شدت صدا که در آن احساس فشار در گوش وجود دارد (10 W / m 2) آستانه درد نامیده می شود. مانند آستانه درک شنوایی ، آستانه درد به فرکانس ارتعاشات صدا بستگی دارد. صداها ، شدت آن به آستانه درد نزدیک می شود ، در شنوایی تأثیر مضر دارد.

در صورتي كه شدت صدا بين آستانه شنيدن و آستانه درد باشد ، احساس طبيعي صدا امكان پذير است.

ارزیابی صدا براساس سطح مناسب ( ل) شدت (فشار صدا) ، محاسبه شده توسط فرمول:

جایی که J 0 - آستانه درک شنوایی ، ج -شدت صدا (جدول. 2).

جدول 2

ویژگی های صدا بر حسب شدت و ارزیابی آن توسط سطح شدت نسبت به آستانه درک شنیداری

ویژگی صدا	شدت (W / m 2)	میزان شدت نسبت به آستانه درک شنیداری (dB)
آستانه شنوایی	10 -12
صداهای قلب از طریق یک ستاره بینی ساخته می شوند	10 -11
نجوا	10 -10 –10 -9	20–30
گفتار در یک مکالمه آرام به نظر می رسد	10 -7 –10 -6	50–60
سر و صدای ترافیک سنگین	10 -5 –10 -4	70–80
سر و صدای ایجاد شده توسط یک کنسرت راک	10 -3 –10 -2	90–100
سر و صدا در نزدیکی یک موتور هواپیما در حال کار	0,1–1,0	110–120
آستانه درد

سمعک ما قادر به درک دامنه گسترده پویا است. تغییر در فشار هوا ناشی از کمترین صداهای درک شده توسط گوش در حدود 2 × 10-5 درجه سانتیگراد است. در همین زمان ، فشار صوتی با سطح نزدیک به آستانه درد برای گوش ما حدود 20 Pa است. در نتیجه ، نسبت بین کم صدا ترین و بلندترین صداهایی که سمعک ما می توانند بشنوند 1: 1،000،000 است. اندازه گیری چنین سیگنالهای سطح متفاوتی در مقیاس خطی بسیار ناخوشایند است.

به منظور فشرده سازی چنین طیف گسترده ای پویا ، مفهوم "bel" معرفی شد. Bel لگاریتم ساده ای با نسبت دو درجه است؛ و دسی بل برابر است با یک دهم کمربند.

برای بیان فشار آکوستیک در دسیبل ها ، لازم است فشار (در پاسکال) را در یک مربع مربع قرار دهید و آن را با مربع فشار مرجع تقسیم کنید. برای راحتی ، مربع دو فشار در خارج از لگاریتم (که خاصیت لگاریتم ها است) انجام می شود.

برای تبدیل فشار صوتی به دسی بل ، از این فرمول استفاده می شود:

جایی که: P فشار صوتی مورد علاقه ما است. P 0 - فشار اولیه.

هنگامی که 2 2 10-5 Pa به عنوان فشار مرجع در نظر گرفته می شود ، فشار صوتی که در دسی بل ها بیان شده است ، فشار فشار صدا (SPL - از سطح فشار صدا انگلیسی) نامیده می شود. بنابراین ، فشار صدا برابر با 3 است بلهمعادل فشار فشار 103.5 دسی بل است ، بنابراین:

دامنه پویا آکوستیک فوق الذکر را می توان به صورت میزان فشار صوت زیر به صورت دسی بل بیان کرد: از 0 dB برای ساکت ترین صداها ، 120 دسی بل برای صداها در سطح آستانه درد و حداکثر 180 دسی بل برای بلندترین صداها. در 140 دسی بل ، درد شدید احساس می شود ، در 150 دسی بل ، آسیب گوش رخ می دهد.

حجم صدا مقداری که حس شنوایی را برای صدای معین مشخص می کند. حجم صدا به روشی پیچیده بستگی دارد فشار صدا (یا شدت صدا) فرکانسها و شکل موجها. با وجود فرکانس ثابت و شکل نوسانات ، با افزایش فشار صدا ، حجم صدا افزایش می یابد (شکل 8.). میزان صدای یک فرکانس معین با مقایسه آن با حجم یک صدای ساده با فرکانس 1000 هرتز ارزیابی می شود. سطح فشار صوت (به میزان dB) با صدای خالص با فرکانس 1000 هرتز ، با صدای بلند (از طریق گوش) به عنوان صدای اندازه گیری شده ، سطح صدا آن صدا (در زمینه ها) (شکل 8).

شکل. 8- منحنی های بلندی صدا - وابستگی به سطح فشار صدا (در dB) به فرکانس در یک حجم معین (در پس زمینه).

طیف صدا.

ماهیت درک صدا توسط اندام های شنوایی بستگی به طیف فرکانس آن دارد.

نویزها طیف مداوم دارند ، یعنی فرکانس نوسانات سینوسی ساده موجود در آنها یک سری مقادیر مداوم را تشکیل می دهد که یک بازه مشخص را کاملاً پر می کند.

صداهای موسیقی (تنال) دارای یک طیف خطی فرکانس هستند. فرکانس نوسانات هارمونیکی ساده آنها یک سری مقادیر گسسته را تشکیل می دهد.

هر نوسان هارمونیک یک لحن (لحن ساده) نامیده می شود. قدم به فرکانس بستگی دارد: هرچه فرکانس بالاتر باشد ، صدای آن بیشتر می شود. احساس زمین با فراوانی آن مشخص می شود. یک تغییر صاف در فرکانس ارتعاشات صدا از 16 تا 20،000 هرتز در ابتدا به عنوان وزوز با فرکانس پایین و سپس به عنوان سوت تلقی می شود و به تدریج به یک جرقه تبدیل می شود.

لحن اصلی صدای پیچیده موسیقی ، لحن مربوط به کمترین فرکانس در طیف آن است. تون های مربوط به فرکانس باقیمانده طیف را overtones می نامند. اگر فرکانس های اورتون ها چند برابر فرکانس f از لحن اساسی باشد ، سپس اورتون ها هارمونیک نامیده می شوند ، و تن اساسی با فرکانس f o اولین هارمونیک نامیده می شود ، سبقت با بالاترین فرکانس بعدی 2f о ، هارمونیک دوم و غیره است.

صداهای موسیقی با همان لحن اساسی ممکن است در تنبلی متفاوت باشد. تایم بر اساس ترکیب اورتون ها - فرکانس ها و دامنه های آنها و همچنین ماهیت افزایش دامنه ها در ابتدای صدا و کاهش آنها در انتهای صدا تعیین می شود.

اطلاعات مشابه

2.2 امواج صوتی و خصوصیات آنها

صدا ارتعاشات مکانیکی است که در یک محیط الاستیک پخش می شود: هوا ، آب ، جامد و غیره.

توانایی فرد در درک لرزشهای الاستیک ، گوش دادن به آنها به اسم دکترین صدا - آکوستیک منعکس می شود.

به طور کلی ، گوش انسان فقط وقتی صدا می زند که لرزش های مکانیکی با فرکانس نه کمتر از 16 هرتز بلکه بالاتر از 20،000 هرتز در سمعک گوش عمل نمی کند. نوسانات با فرکانس های پایین تر یا بالاتر برای گوش انسان غیر قابل شنیدن است.

این واقعیت که هوا رسانای صدا است با تجربه رابرت بویل در سال 1660 اثبات شد. اگر بدنه صدا مانند زنگ الکتریکی در زیر زنگ پمپ هوا قرار گیرد ، در نتیجه هوا از زیر آن پمپ می شود ، صدا ضعیف تر می شود و سرانجام متوقف می شود.

در طول ارتعاشات ، بدن به طور متناوب لایه ای از هوا را در مجاورت سطح خود فشرده می کند ، یا برعکس ، در این لایه خلا ایجاد می کند. بنابراین ، انتشار صدا در هوا با نوسانات چگالی هوا در سطح یک بدن نوسان کننده آغاز می شود.

فرایند انتشار نوسانات در فضا با گذشت زمان ، موج نامیده می شود. طول موج فاصله بین دو نزدیکترین ذره محیط در همان حالت است.

مقدار فیزیکی برابر با نسبت طول موج به دوره نوسان ذرات آن ، سرعت موج گفته می شود.

نوسانات ذرات رسانه ای که در آن موج پخش می شود مجبور می شود. بنابراین ، دوره آنها برابر با دوره نوسان موج پاتوژن است. با این حال ، سرعت انتشار موج در محیط های مختلف متفاوت است.

صداها متفاوت است. ما به راحتی بین سوت و رول طبل ، صدای مرد (باس) از زن (سوپرانو) تمایز قائل می شویم.

گفته می شود برخی از اصوات دارای سطح پایین هستند ، برخی دیگر صداهای مرتفع را صدا می کنیم. گوش به راحتی بین آنها تمایز قایل می شود. صدایی که توسط طبل بزرگ ایجاد شده است صدای کم صدا است ، سوت صدای صدای بلند است.

اندازه گیری های ساده (جابجایی ارتعاشات) نشان می دهد که زنگ های پایین ارتعاشات با فرکانس پایین در یک موج صدا هستند. صدای پر صدا با فرکانس نوسان بالا مطابقت دارد. فراوانی نوسانات در موج صدا ، لحن صدا را تعیین می کند.

منابع ویژه ای از صدا وجود دارد که یک فرکانس واحد ، به اصطلاح صدای خالص را ساطع می کنند. این تنظیمات چنگال در اندازه های مختلف - دستگاه های ساده ، که میله های فلزی خمیده روی پاها هستند. چنگال تنظیم هر چه بزرگتر باشد ، صدا در هنگام برخورد آن از صدای آن کمتر می شود.

اگر چندین چنگال تنظیم در اندازه های مختلف بگیرید ، ترتیب آن ها به وسیله افزایش گوش دشوار نخواهد بود. بنابراین ، آنها در اندازه قرار خواهند گرفت: بزرگترین چنگال تنظیم صدای کم ، و کوچکترین - بالاترین.

صداهای حتی یک تن می تواند از حجم متفاوتی برخوردار باشد. حجم صدا مربوط به انرژی نوسانات در منبع و موج است. انرژی نوسانات توسط دامنه نوسانات تعیین می شود. بنابراین حجم به دامنه نوسانات بستگی دارد.

این واقعیت که انتشار امواج صوتی فوراً رخ نمی دهد ، از ساده ترین مشاهدات قابل مشاهده است. اگر در فاصله رعد و برق ، یک تیر ، یک انفجار ، سوت یک لوکوموتیو بخار ، ضربه تبر و غیره وجود داشته باشد ، در ابتدا همه این پدیده ها قابل مشاهده است و تنها پس از مدتی ، صدایی شنیده می شود.

مانند هر موج ، موج صوتی با سرعت انتشار نوسانات موجود در آن مشخص می شود.

سرعت صدا در محیط های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال ، در هیدروژن ، سرعت انتشار امواج صوتی به هر طول 1284 متر بر ثانیه ، در لاستیک - 1800 متر بر ثانیه و در آهن - 5850 متر بر ثانیه است.

اکنون آکوستیک ، به عنوان یک رشته فیزیک ، طیف وسیع تری از ارتعاشات الاستیک را در نظر می گیرد - از پایین ترین تا بالاترین ، تا 1012 - 1013 هرتز. امواج صوتی با فرکانسهای کمتر از 16 هرتز که توسط شخص شنیده نمی شود ، فراصوت نامیده می شوند ، امواج صوتی با فرکانس ها از 20،000 هرتز تا 109 هرتز سونوگرافی نامیده می شوند ، و ارتعاشات با فرکانس های بالاتر از 109 هرتز فراصوت گفته می شود.

این صداهای نامفهوم کاربردهای بسیاری پیدا کرده اند.

سونوگرافی و سونوگرافی نقش مهمی در دنیای زنده دارند. به عنوان مثال ، ماهی ها و سایر حیوانات دریایی با حساسیت امواج فراصوت ایجاد شده توسط امواج طوفانی را ضبط می کنند. بنابراین ، آنها از قبل طوفان یا طوفان را حس می کنند و به مکان امن تری شناور می شوند. سونوگرافی جزئی از صداهای جنگل ، دریا ، جو است.

هنگامی که ماهی ها حرکت می کنند ، ارتعاشات التراسونیک الاستیک ایجاد می شود و در آب پخش می شود. این نوسانات برای بسیاری از کیلومترها کوسه ها را به خوبی حس می کنند و به سمت طعمه شنا می کنند.

سونوگرافی را می توان توسط حیواناتی مانند سگ ، گربه ، دلفین ، مورچه ها ، خفاش ها و غیره ساطع و درک کرد. خفاش ها در طول پرواز صداهای کوتاه بلند مرتفع می کنند. در پرواز خود ، با بازتاب این صداها از اشیاء مواجه شده در مسیر هدایت می شوند. آنها حتی می توانند حشرات را بگیرند ، فقط با صدای اکو از طعمه کوچک خود هدایت می شوند. گربه ها و سگ ها می توانند صداهای سوت بسیار پر صدا (سونوگرافی) بشنوند.

پژواک موجی است که از یک مانع منعکس شده و توسط یک ناظر دریافت می شود. اکو صدا توسط گوش به طور جداگانه از سیگنال اولیه درک می شود. روش تعیین مسافت از اشیاء مختلف و تشخیص مکان آنها براساس پدیده اکو است. فرض کنید که یک سیگنال صوتی توسط برخی منبع صدا منتشر می شود و لحظه انتشار آن ضبط می شود. صدا با یک مانع مواجه شد ، آن را خاموش کرد ، برگشت و توسط گیرنده صدا دریافت شد. اگر در همان زمان فاصله زمانی بین لحظات انتشار و دریافت اندازه گیری شود ، در این صورت می توان فاصله مانع را به راحتی پیدا کرد. در طول زمان t اندازه گیری شده ، صدا مسافت 2s را در بر می گیرد ، جایی که s فاصله آن از مانع است و 2s فاصله از منبع صدا تا مانع و از مانع گیرنده صدا است.

با استفاده از این فرمول می توانید فاصله تا بازتابنده سیگنال را پیدا کنید. اما شما همچنین باید بدانید که در کجا واقع شده است ، در چه جهتی از منبع سیگنال آن را ملاقات کرده است. در همین حال ، صدا در همه جهات پخش می شود ، و سیگنال منعکس شده می تواند از جهات مختلف به وجود آید. برای جلوگیری از این مشکل ، آنها از صدای معمولی استفاده نمی کنند بلکه از سونوگرافی استفاده می کنند.

ویژگی اصلی امواج مافوق صوت این است که می توان آنها را جهت داد ، از جهت مشخصی از منبع پخش می شوند. با تشکر از این ، با انعکاس سونوگرافی نه تنها می توانید مسافت را پیدا کنید ، بلکه می توانید در جایی که جسم مورد نظر آنها را منعکس کرده است نیز پیدا کنید. بنابراین ، برای مثال می توانید عمق دریا را زیر کشتی اندازه گیری کنید.

مکان یاب صدا به شما امکان می دهد صدمات مختلفی را در محصولاتی از قبیل حفره ها ، ترک ها ، قرارگیری خارج از بدن و غیره کشف کنید و در پزشکی از سونوگرافی برای تشخیص ناهنجاری های مختلف در بدن بیمار استفاده کنید - تومورها ، اعوجاج در شکل اندام ها یا قسمت های آن و غیره. هرچه طول موج مافوق صوت کوتاه تر باشد ، ابعاد قطعات تشخیص داده شده نیز کوچکتر است. همچنین از سونوگرافی برای معالجه بیماری های خاص استفاده می شود.

آکوستیک اقیانوس

دومین شخص غیرمستقیم کمی شناخته شده ، نوعی حرکت آب دریا امواج داخلی است. اگرچه آنها برای مدت طولانی در اقیانوس کشف شدند ، اما در نوبت قرن های XIX و XX. (اعزامی نانسن به "فریم" و کار اکمن ، که مشاهدات ملوانان را توضیح داد) ...

آکوستیک اقیانوس

در مورد امواج سطح ، در مورد دریا خودشان موج می زنند. شاید در دریا هیچ پدیده دیگری وجود نداشته باشد که بسیار مشهور باشد. از دریانوردان و فیلسوفان باستان گرفته تا هنرمندان و شاعران زمان ما ، از پدربزرگ پیر ...

امواج بروگلی و تفسیر بدنی آنها

بگذارید سرعت انتشار گروهی امواج De Broglie را محاسبه کنیم ، همانطور که در همه موارد ، سرعت فاز و گروه ، سرعت فاز خواهد بود (6) از آنجا که ، سرعت فاز امواج د بروگللی از سرعت نور در درجه اعتبار ساقط بیشتر است ...

تحقیقات موج صدا

مشخص است که صدا فقط در حضور هر رسانه الاستیک پخش می شود. این رسانه برای انتقال لرزش از یک منبع صوتی به گیرنده ، به عنوان مثال ، به گوش شخص ضروری است. به عبارت دیگر...

مطالعه امواج مکانیکی با شکل گیری ایده های کلی در مورد حرکت موج آغاز می شود. حالت حرکت نوسانی در صورت وجود ارتباط بین آنها از یک بدن نوسان کننده به بدن دیگر منتقل می شود ...

استفاده از امواج الکترومغناطیسی

موج به ارتعاشاتی که در طول زمان در فضا پخش می شوند اشاره دارد. مهمترین ویژگی موج سرعت آن است. امواج از هر طبیعت فوراً در فضا پخش نمی شوند. سرعت آنها محدود است ...

توسعه نوری

مرحله بعدی در توسعه تئوری موج نور توسط هویگنس انجام شد. در اصل ، او تئوری موج نور را ایجاد کرد و بر اساس آن همه پدیده های شناخته شده در آن زمان را توضیح داد. برای اولین بار ایده ماهیت موج نور توسط مارتى در سال 1648 و در سال 1665 بیان شد ...

امواج قبلاً شرح داده شده به دلیل نیروهای الاستیک است ، اما امواج نیز وجود دارد که شکل گیری آن به دلیل گرانش است. امواج منتشر شده بر روی سطح یک مایع طولی نیستند ...

اصول بدنی صدا

صدا هدف احساس شنوایی است ، بنابراین ، توسط شخص نیز ذهنی ارزیابی می شود. با درک لحن ، فرد آنها را از نظر قد مشخص می کند. قد یک ویژگی ذهنی است ، در درجه اول به دلیل فراوانی لحن اساسی ...

ویژگی حرکت بدن

2.1 Kinematics حرکت ارتعاش سؤالات آزمون 1. نوسانات فرآیندهای با تکرار زمان هستند. نوسانات هارمونیک - نوسانات مطابق قانون سینوس و کسین رخ می دهد ...

امواج الکترومغناطیسی و خصوصیات آنها

امواج الکترومغناطیسی انتشار میدانهای الکترومغناطیسی در فضا و زمان است. همانطور که قبلاً نیز اشاره شد ، وجود امواج الکترومغناطیسی از نظر تئوریک توسط فیزیکدان بزرگ انگلیسی J. J. پیش بینی شده بود ...

آواز پرنده ، صدای باران و باد ، گل های رعد و برق ، موسیقی - همه آنچه را می شنویم ، صدا را در نظر می گیریم.

از نظر علمی ، صدا یک پدیده فیزیکی است که نشان دهنده آن است ارتعاشات مکانیکی انتشار در محیط جامد ، مایع و گازی. آنها باعث ایجاد احساس شنوایی می شوند.

چگونه موج صدا ظاهر می شود

روی تصویر کلیک کنید

همه صداها به صورت امواج الاستیک پخش می شوند. و امواج تحت عمل نیروهای الاستیک ایجاد می شوند که هنگام تغییر شکل بدن ظاهر می شوند. این نیروها به دنبال بازگشت بدن به حالت اولیه خود هستند. به عنوان مثال ، یک رشته کشیده هنگام ثابت صدا نمی شود. اما فقط لازم است که آن را کنار بگذاریم ، زیرا تحت عمل نیروی ارتجاعی تمایل به اشغال موقعیت اصلی خود خواهد داشت. با لرزش ، منبع صدا می شود.

منبع صدا می تواند هر بدن نوسان کننده باشد ، به عنوان مثال ، یک صفحه فلزی نازک که از یک طرف ثابت شده است ، هوا در یک ساز بادی موسیقی ، تارهای صوتی انسان ، زنگ و غیره.

چه اتفاقی در هوا می افتد وقتی نوسان رخ می دهد؟

هوا مانند هر گاز ، خاصیت ارتجاعی دارد. در برابر فشار مقاومت می کند و بلافاصله با کاهش فشار شروع به گسترش می کند. او به طور مساوی فشارهای مختلفی را به او منتقل می کند.

اگر هوا به کمک پیستون به شدت فشرده شود ، فوراً فشار در این مکان افزایش می یابد. بلافاصله به لایه های مجاور هوا منتقل می شود. آنها فشرده می شوند ، و فشار در آنها افزایش می یابد ، و در لایه قبلی کاهش می یابد. بنابراین در یک زنجیره مناطق متناوب فشار بالا و پایین منتقل می شود.

به نوبه خود به طرفین متکی است ، یک رشته صدا هوا را فشرده می کند ، ابتدا در یک جهت و سپس در طرف مقابل. در آن جهت ، جایی که رشته انحراف پیدا می کند ، فشار به فشار جوی تبدیل می شود. در طرف مقابل ، فشار به همان میزان کاهش می یابد ، زیرا هوا در آنجا رقیق می شود. فشرده سازی و ضعف در جهات مختلف متناوب و پخش می شوند و باعث ایجاد لرزش هوا می شوند. به این نوسانات گفته می شود موج صدا . و تفاوت بین فشار اتمسفر و فشار در لایه فشرده سازی یا کمیاب شدن هوا نامیده می شود آکوستیک یا فشار صدا.

روی تصویر کلیک کنید

یک موج صوتی نه تنها در هوا بلکه در یک مایع و در یک محیط جامد پخش می شود. به عنوان مثال ، آب صدای عالی دارد. ما صدای سنگ زیر آب را می شنویم. سر و صدای پروانه های کشتی سطح توسط آکوستیک زیر دریایی ضبط می شود. اگر یک ساعت مکانیکی را روی یک انتهای یک تخته چوبی قرار دهیم ، پس با گوش دادن به انتهای مخالف تخته ، صدای تیک آنها را خواهیم شنید.

آیا صداها در خلاء متفاوت خواهند بود؟ روبرت بویل ، فیزیکدان ، شیمی دان و متکلمان انگلیسی ، که در قرن هفدهم زندگی می کرد ، ساعت خود را در یک ظرف شیشه ای قرار داد که از آن هوا تخلیه شده است. صدای تیک ساعت را نمی شنید. این بدان معناست که امواج صوتی در فضای هوایی پخش نمی شوند.

ویژگی های موج صدا

شکل ارتعاشات صدا به منبع صدا بستگی دارد. ساده ترین شکل لرزش های یکنواخت یا هارمونیک هستند. آنها می توانند به عنوان سینوسی معرفی شوند. این ارتعاشات با دامنه ، طول موج و فراوانی انتشار ارتعاشات مشخص می شود.

دامنه

دامنه در حالت کلی ، حداکثر انحراف بدن از موقعیت تعادل نامیده می شود.

از آنجا که موج صدا از نواحی متناوب فشار بالا و پایین تشکیل شده است ، اغلب به عنوان فرایند انتشار نوسانات فشار در نظر گرفته می شود. بنابراین در مورد صحبت کنید دامنه فشار هوا در موج.

میزان صدا به دامنه بستگی دارد. هرچه بزرگتر باشد ، صدای بلندتر است.

هر صدای گفتار انسان نوعی لرزش دارد که فقط برای او مشخص است. بنابراین ، شکل ارتعاش صدا "a" با شکل ارتعاشی صدا "b" متفاوت است.

فرکانس و دوره موج

به تعداد لرزش در ثانیه گفته می شود فرکانس موج .

f \u003d 1 / T

جایی که تی - دوره نوسانات. این دوره زمانی است که در طی آن یک نوسان کامل انجام می شود.

هرچه دوره بزرگتر باشد ، فرکانس پایین تر است و برعکس.

واحد اندازه گیری فرکانس در سیستم اندازه گیری بین المللی SI است هرتز (هرتز) 1 هرتز یک نوسان در ثانیه است.

1 هرتز \u003d 1 ثانیه -1.

به عنوان مثال ، فرکانس 10 هرتز به معنی 10 نوسان در 1 ثانیه است.

1000 هرتز \u003d 1 کیلو هرتز

قدم بستگی به فرکانس نوسان دارد. هرچه فرکانس بالاتر باشد ، صدای صدا بیشتر می شود.

گوش انسان قادر به درک همه امواج صوتی نیست بلکه فقط آنهایی که فرکانس 16 تا 20،000 هرتز دارند. این امواج هستند که صدا در نظر گرفته می شوند. امواج که فرکانس آنها کمتر از 16 هرتز است ، اولتراسونیک و بالاتر از 20،000 هرتز نامیده می شوند.

فرد امواج اولتراسونیک یا اولتراسونیک را درک نمی کند. اما حیوانات و پرندگان می توانند سونوگرافی را بشنوند. به عنوان مثال ، یک پروانه معمولی صداهای با فرکانس 8000 تا 160،000 هرتز را تشخیص می دهد. دامنه درک شده توسط دلفین ها حتی گسترده تر است ؛ از 40 تا 200 هزار هرتز.

طول موج

موج بلند فاصله بین دو نزدیکترین نقطه موج هارمونیک را در همان مرحله ، به عنوان مثال ، بین دو پشته تماس بگیرید. تعیین شده به عنوان ƛ .

در یک زمان برابر با یک دوره ، موج مسافت مساوی با طول آن را طی می کند.

سرعت موج

v = ƛ / تی

مانند T \u003d 1 / f ،

سپس v \u003d

سرعت صدا

تلاش برای تعیین سرعت صدا با استفاده از آزمایشات در نیمه اول قرن شانزدهم انجام شد. فرانسیس بیکن ، فیلسوف انگلیسی ، در اثر "New Organon" راه خود را برای حل این مشکل بر اساس تفاوت در سرعت نور و صدا پیشنهاد کرد.

مشخص است که سرعت نور بسیار بیشتر از سرعت صدا است. بنابراین ، در هنگام رعد و برق ، ابتدا یک فلاش رعد و برق را می بینیم و تنها پس از آن رعد و برق را می شنویم. دانستن فاصله بین منبع نور و صدا با مشاهده گر و همچنین زمان بین فلاش نور و صدا ، می توان سرعت صدا را محاسبه کرد.

ایده بیکن توسط دانشمند فرانسوی مارن مارسن استفاده شد. ناظری که در فاصله ای از شخصی که از مشکین شلیک کرده بود ، فاصله داشت و زمان سپری شده از فلاش نور تا صدای تیر را ضبط کرد. سپس فاصله با زمان تقسیم شد و سرعت صدا را دریافت کرد. مطابق با نتایج آزمایش ، سرعت معادل 448 متر بر ثانیه معلوم شد. این یک تخمین تقریبی بود

در آغاز قرن 19 ، گروهی از دانشمندان آکادمی علوم پاریس این آزمایش را تکرار کردند. طبق محاسبات آنها ، سرعت نور مقدار 350-390 متر بر ثانیه داشته است. اما این رقم دقیق نبود.

از لحاظ نظری ، سرعت نور سعی در محاسبه نیوتن داشت. او محاسبات خود را براساس قانون Boyle-Marriott انجام داد ، که رفتار گاز موجود در آن را توصیف می کند ایزوترمال فرآیند (در دمای ثابت) و این اتفاق می افتد وقتی که حجم گاز بسیار آهسته تغییر می کند ، گرما می تواند گرمای ناشی از آن را به محیط بدهد.

نیوتن اظهار داشت که بین مناطق فشرده سازی و ضعف ، درجه حرارت به سرعت برابر است. اما این شرایط در موج صدا نیست. هوا گرما را ضعیف انجام می دهد و فاصله بین لایه های فشرده سازی و نادرست زیاد است. گرما از لایه فشرده سازی زمان لازم برای انتقال به لایه ناهنجاری را ندارد. و بین آنها اختلاف دما وجود دارد. بنابراین ، محاسبات نیوتن نادرست بود. آنها رقمی برابر با 280 متر بر ثانیه نشان دادند.

دانشمند فرانسوی لاپلاس توانست توضیح دهد كه خطای نیوتن این بود كه موج صوتی در هوا پخش می شود آدیاباتیک شرایط تحت درجه حرارتهای مختلف. طبق محاسبات لاپلاس سرعت صدا در هوا با دمای 0 درجه سانتی گراد 331.5 متر در ثانیه است. علاوه بر این ، با افزایش دما افزایش می یابد. و هنگامی که درجه حرارت به 20 درجه سانتی گراد افزایش می یابد ، برابر است با 344 متر بر ثانیه.

در محیط های مختلف ، امواج صوتی با سرعت های مختلف پخش می شوند.

برای گازها و مایعات سرعت صدا توسط فرمول محاسبه می شود:

جایی که از جانب سرعت صدا ،

β - فشرده سازی adiabatic از محیط ،

ρ - تراکم.

همانطور که از فرمول مشخص است ، سرعت به چگالی و تراکم محیط بستگی دارد. در هوا ، کمتر از مایع است. به عنوان مثال ، در آب با دمای 20 درجه سانتی گراد برابر است با 1484 متر بر ثانیه. علاوه بر این ، هرچه شوری آب بیشتر باشد ، صدا در آن سریعتر پخش می شود.

سرعت صدا در آب برای اولین بار در سال 1827 اندازه گیری شد. این آزمایش تا حدودی یادآور اندازه گیری سرعت نور توسط مارن مارسن بود. یک زنگ از کنار یک قایق پایین آمد. با فاصله بیش از 13 کیلومتر از قایق اول دومین کشتی بود. در قایق اول آنها به زنگ برخوردند و در همان زمان باروت را آتش زدند. در قایق دوم ، زمان فلش ضبط شده و سپس زمان رسیدن صدا از زنگ. فاصله را بر حسب زمان تقسیم می کنیم ، سرعت موج صوتی را در آب بدست آوردیم.

صدا دارای بیشترین سرعت در یک محیط جامد است. به عنوان مثال ، در فولاد به بیش از 5000 متر بر ثانیه می رسد.