ध्वनि तरंगें किस वातावरण में उत्पन्न हो सकती हैं? स्कूल विश्वकोश

ध्वनि प्रसार के बुनियादी नियमों में विभिन्न मीडिया की सीमाओं पर इसके प्रतिबिंब और अपवर्तन के नियम शामिल हैं, साथ ही माध्यम में और मीडिया के बीच इंटरफेस में बाधाओं और असमानताओं की उपस्थिति में ध्वनि का विवर्तन और इसका बिखराव भी शामिल है।

ध्वनि प्रसार की सीमा ध्वनि अवशोषण कारक से प्रभावित होती है, यानी ध्वनि तरंग ऊर्जा का अन्य प्रकार की ऊर्जा, विशेष रूप से गर्मी में अपरिवर्तनीय संक्रमण। एक महत्वपूर्ण कारकविकिरण की दिशा और ध्वनि प्रसार की गति भी है, जो माध्यम और उसकी विशिष्ट स्थिति पर निर्भर करती है।

ध्वनि स्रोत से ध्वनि तरंगें सभी दिशाओं में फैलती हैं। यदि कोई ध्वनि तरंग अपेक्षाकृत छोटे छिद्र से गुजरती है, तो वह सभी दिशाओं में फैलती है, और एक निर्देशित किरण में यात्रा नहीं करती है। उदाहरण के लिए, एक खुली खिड़की के माध्यम से कमरे में प्रवेश करने वाली सड़क की आवाज़ें सभी बिंदुओं पर सुनी जाती हैं, न कि खिड़की के ठीक सामने।

किसी बाधा के निकट ध्वनि तरंगों के प्रसार की प्रकृति बाधा के आकार और तरंग दैर्ध्य के बीच संबंध पर निर्भर करती है। यदि तरंग दैर्ध्य की तुलना में बाधा का आकार छोटा है, तो तरंग इस बाधा के चारों ओर बहती है, सभी दिशाओं में फैलती है।

ध्वनि तरंगें एक माध्यम से दूसरे माध्यम में प्रवेश करते हुए अपनी मूल दिशा से विचलित हो जाती हैं, अर्थात अपवर्तित हो जाती हैं। अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक या कम हो सकता है। यह इस बात पर निर्भर करता है कि ध्वनि किस माध्यम में प्रवेश करती है। यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति अधिक है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक होगा, और इसके विपरीत।

अपने रास्ते में किसी बाधा का सामना करते समय, ध्वनि तरंगें एक कड़ाई से परिभाषित नियम के अनुसार उससे परावर्तित होती हैं - प्रतिबिंब का कोण घटना के कोण के बराबर होता है - प्रतिध्वनि की अवधारणा इसके साथ जुड़ी हुई है। यदि ध्वनि अलग-अलग दूरी पर कई सतहों से परावर्तित होती है, तो कई प्रतिध्वनियाँ उत्पन्न होती हैं।

ध्वनि एक अपसारी गोलाकार तरंग के रूप में यात्रा करती है जो तेजी से बड़े आयतन को भरती है। जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है, माध्यम के कणों का कंपन कमजोर हो जाता है और ध्वनि विलुप्त हो जाती है। यह ज्ञात है कि संचरण सीमा को बढ़ाने के लिए ध्वनि को एक निश्चित दिशा में केंद्रित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, जब हम सुनना चाहते हैं तो हम अपनी हथेलियाँ अपने मुँह पर रख लेते हैं या मेगाफोन का उपयोग करते हैं।

बड़ा प्रभावध्वनि प्रसार की सीमा विवर्तन, यानी ध्वनि किरणों की वक्रता से प्रभावित होती है। माध्यम जितना अधिक विषम होगा, ध्वनि किरण उतनी ही अधिक मुड़ेगी और, तदनुसार, ध्वनि प्रसार सीमा उतनी ही कम होगी।

ध्वनि प्रसार

ध्वनि तरंगें हवा, गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में यात्रा कर सकती हैं। वायुहीन अंतरिक्ष में तरंगें उत्पन्न नहीं होतीं। इसे सत्यापित करना आसान है सरल अनुभव. यदि बिजली की घंटी को किसी एयरटाइट ढक्कन के नीचे रखा जाए, जिसमें से हवा निकाली गई हो, तो हमें कोई आवाज नहीं सुनाई देगी। लेकिन जैसे ही टोपी में हवा भर जाती है तो एक आवाज आती है.

कण से कण तक दोलन गति के प्रसार की गति माध्यम पर निर्भर करती है। प्राचीन समय में, योद्धा अपने कान ज़मीन पर रखते थे और इस तरह दुश्मन की घुड़सवार सेना को सामने आने से पहले ही पहचान लेते थे। और प्रसिद्ध वैज्ञानिक लियोनार्डो दा विंची ने 15वीं शताब्दी में लिखा था: "यदि आप, समुद्र में रहते हुए, एक पाइप के छेद को पानी में नीचे करें, और उसके दूसरे सिरे को अपने कान पर रखें, तो आपको जहाजों का शोर बहुत सुनाई देगा।" आपसे दूर।”

हवा में ध्वनि की गति पहली बार 17वीं शताब्दी में मिलान एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा मापी गई थी। पहाड़ियों में से एक पर एक तोप स्थापित की गई थी, और दूसरी पर एक अवलोकन चौकी स्थित थी। समय को शॉट के क्षण (फ़्लैश द्वारा) और ध्वनि प्राप्त होने के क्षण दोनों में रिकॉर्ड किया गया था। अवलोकन बिंदु और बंदूक के बीच की दूरी और सिग्नल की उत्पत्ति के समय के आधार पर, ध्वनि प्रसार की गति की गणना करना अब मुश्किल नहीं था। यह 330 मीटर प्रति सेकंड के बराबर निकला।

पानी में ध्वनि की गति पहली बार 1827 में जिनेवा झील पर मापी गई थी। दोनों नावें एक-दूसरे से 13,847 मीटर की दूरी पर स्थित थीं। पहले पर, एक घंटी को नीचे लटका दिया गया था, और दूसरे पर, एक साधारण हाइड्रोफोन (हॉर्न) को पानी में उतारा गया था। पहली नाव पर, घंटी बजने के साथ ही बारूद में आग लगा दी गई; दूसरी नाव पर, फ्लैश के क्षण में पर्यवेक्षक ने स्टॉपवॉच शुरू कर दी और घंटी से ध्वनि संकेत आने का इंतजार करने लगा। यह पता चला कि ध्वनि हवा की तुलना में पानी में 4 गुना अधिक तेजी से चलती है, अर्थात। 1450 मीटर प्रति सेकंड की रफ़्तार से.

ध्वनि की गति

माध्यम की लोच जितनी अधिक होगी, गति उतनी ही अधिक होगी: रबर में 50, हवा में 330, पानी में 1450, और स्टील में - 5000 मीटर प्रति सेकंड। यदि हम, जो मास्को में थे, इतनी जोर से चिल्ला सकें कि आवाज सेंट पीटर्सबर्ग तक पहुंच जाए, तो हमें आधे घंटे बाद ही वहां सुना जाएगा, और यदि ध्वनि स्टील में समान दूरी तक फैलती है, तो वह प्राप्त हो जाएगी दो मिनट में.

ध्वनि प्रसार की गति उसी माध्यम की स्थिति से प्रभावित होती है। जब हम कहते हैं कि ध्वनि पानी में 1450 मीटर प्रति सेकंड की गति से चलती है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि किसी भी पानी में और किसी भी परिस्थिति में। पानी के बढ़ते तापमान और लवणता के साथ-साथ बढ़ती गहराई और इसलिए हाइड्रोस्टेटिक दबाव के साथ, ध्वनि की गति बढ़ जाती है। या चलो स्टील ले लो. यहां भी ध्वनि की गति तापमान और दोनों पर निर्भर करती है गुणवत्तापूर्ण रचनास्टील: इसमें जितना अधिक कार्बन होता है, यह उतना ही सख्त होता है और इसमें ध्वनि उतनी ही तेज गति से चलती है।

जब वे अपने रास्ते में किसी बाधा का सामना करते हैं, तो कड़ाई से परिभाषित नियम के अनुसार ध्वनि तरंगें इससे परावर्तित होती हैं: प्रतिबिंब का कोण घटना के कोण के बराबर होता है। हवा से आने वाली ध्वनि तरंगें पानी की सतह से लगभग पूरी तरह से ऊपर की ओर परावर्तित होंगी, और पानी में स्थित किसी स्रोत से आने वाली ध्वनि तरंगें इससे नीचे की ओर परावर्तित होंगी।

ध्वनि तरंगें, एक माध्यम से दूसरे माध्यम में प्रवेश करते हुए, अपनी मूल स्थिति से विचलित हो जाती हैं, अर्थात। अपवर्तित. अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक या कम हो सकता है। यह इस बात पर निर्भर करता है कि ध्वनि किस माध्यम में प्रवेश करती है। यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति पहले माध्यम से अधिक है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से अधिक होगा और इसके विपरीत।

हवा में, ध्वनि तरंगें एक अपसारी गोलाकार तरंग के रूप में फैलती हैं, जो तेजी से बड़ी मात्रा में भर जाती है, क्योंकि ध्वनि स्रोतों के कारण होने वाले कण कंपन वायु द्रव्यमान में संचारित होते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है, कणों का कंपन कमजोर हो जाता है। यह ज्ञात है कि संचरण सीमा को बढ़ाने के लिए ध्वनि को एक निश्चित दिशा में केंद्रित किया जाना चाहिए। जब हम बेहतर तरीके से सुनना चाहते हैं, तो हम अपनी हथेलियाँ अपने मुँह पर रख लेते हैं या मेगाफोन का उपयोग करते हैं। इस स्थिति में, ध्वनि कम क्षीण हो जाएगी, और ध्वनि तरंगें आगे तक चलेंगी।

जैसे-जैसे दीवार की मोटाई बढ़ती है, कम मध्य-आवृत्ति पर ध्वनि स्थान बढ़ता है, लेकिन "कपटी" संयोग प्रतिध्वनि, जो ध्वनि स्थान की घुटन का कारण बनती है, अधिक दिखाई देने लगती है कम आवृत्तियाँआह और उनमें से एक व्यापक क्षेत्र को कवर करता है।

1. ध्वनि का स्रोत कोई भी कंपन करने वाला पिंड हो सकता है।

2. ध्वनि कैसे यात्रा करती है?

2. ध्वनि हवा में अनुदैर्ध्य तरंगों के रूप में यात्रा करती है।

3. क्या ध्वनि पदार्थ रहित अंतरिक्ष में भी फैल सकती है?

3. पदार्थ रहित स्थान में ध्वनि का प्रसार नहीं होगा। चूँकि ध्वनि तरंग प्रसारित नहीं हो सकेगी।

4. क्या मानव श्रवण अंग तक पहुंचने वाली प्रत्येक तरंग ध्वनि की अनुभूति का कारण बनती है?

4. नहीं, यह सब तरंग में दोलनों की आवृत्ति पर निर्भर करता है।

5. हृदय की धड़कनों से उत्पन्न तरंगों को ध्वनि क्यों नहीं माना जाता? सांस लेने के दौरान फेफड़ों की मात्रा में उतार-चढ़ाव?

5. सांस लेने के दौरान हृदय की धड़कन और फेफड़ों के आयतन से उत्पन्न तरंगों को ध्वनि नहीं माना जाता है, क्योंकि उनकी आवृत्ति बहुत कम (20 हर्ट्ज से कम) होती है। उदाहरण के लिए, दिल की धड़कन के मामले में, अगर हम इस बात को ध्यान में रखें कि औसत मानव नाड़ी 100 बीट प्रति मिनट है, तो हम पाते हैं कि दिल की धड़कन की आवृत्ति v ≈ 1.67 हर्ट्ज है, जो 20 हर्ट्ज से बहुत कम है। सांस लेने के दौरान फेफड़ों की मात्रा में उतार-चढ़ाव के मामले में भी यही होता है।

लेख की सामग्री

ध्वनि और ध्वनिकी.ध्वनि कंपन है, अर्थात्। लोचदार मीडिया में आवधिक यांत्रिक गड़बड़ी - गैसीय, तरल और ठोस। ऐसा आक्रोश, जो कुछ का प्रतिनिधित्व करता है भौतिक परिवर्तनकिसी माध्यम में (उदाहरण के लिए, घनत्व या दबाव में परिवर्तन, कणों का विस्थापन), ध्वनि तरंग के रूप में उसमें फैलता है। भौतिकी का वह क्षेत्र जो ध्वनि तरंगों की उत्पत्ति, प्रसार, ग्रहण और प्रसंस्करण से संबंधित है, ध्वनिकी कहलाता है। यदि ध्वनि की आवृत्ति संवेदनशीलता की सीमा से परे है तो ध्वनि अश्रव्य हो सकती है मानव कान, या तो यह किसी माध्यम से फैलता है, जैसे कि ठोस, जिसका कान से सीधा संपर्क नहीं हो सकता है, या इसकी ऊर्जा माध्यम में तेजी से नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, ध्वनि को समझने की प्रक्रिया जो हमारे लिए सामान्य है, ध्वनिकी का केवल एक पक्ष है।

ध्वनि तरंगें

हवा से भरे एक लंबे पाइप पर विचार करें। एक पिस्टन जो दीवारों से कसकर फिट होता है उसे बाएं छोर से इसमें डाला जाता है (चित्र 1)। यदि पिस्टन को तेजी से दाईं ओर ले जाया जाता है और रोक दिया जाता है, तो इसके तत्काल आसपास की हवा एक पल के लिए संपीड़ित हो जाएगी (चित्र 1, ए). फिर संपीड़ित हवा का विस्तार होगा, जो उसके बगल की हवा को दाईं ओर धकेल देगी, और संपीड़न क्षेत्र, जो शुरू में पिस्टन के पास दिखाई देता था, एक स्थिर गति से पाइप के साथ चलेगा (चित्र 1, बी). यह संपीड़न तरंग गैस में ध्वनि तरंग है।

गैस में ध्वनि तरंग की विशेषता अतिरिक्त दबाव, अधिक घनत्व, कणों का विस्थापन और उनकी गति होती है। ध्वनि तरंगों के लिए, संतुलन मूल्यों से ये विचलन हमेशा छोटे होते हैं। इस प्रकार, तरंग से जुड़ा अतिरिक्त दबाव गैस के स्थिर दबाव से बहुत कम होता है। अन्यथा, हम एक और घटना से निपट रहे हैं - एक सदमे की लहर। सामान्य वाणी के अनुरूप ध्वनि तरंग में, अतिरिक्त दबाव केवल लगभग दस लाखवां होता है वायु - दाब.

महत्वपूर्ण तथ्य यह है कि पदार्थ ध्वनि तरंग द्वारा दूर नहीं ले जाया जाता है। लहर हवा से गुजरने वाली एक अस्थायी गड़बड़ी है, जिसके बाद हवा संतुलन की स्थिति में लौट आती है।

तरंग गति, निश्चित रूप से, ध्वनि के लिए अद्वितीय नहीं है: प्रकाश और रेडियो सिग्नल तरंगों के रूप में यात्रा करते हैं, और हर कोई पानी की सतह पर तरंगों से परिचित है। सभी प्रकार की तरंगों को तथाकथित तरंग समीकरण द्वारा गणितीय रूप से वर्णित किया जाता है।

हार्मोनिक तरंगें.

चित्र में पाइप में तरंग। 1 को ध्वनि नाड़ी कहते हैं। जब पिस्टन स्प्रिंग से लटके हुए भार की तरह आगे-पीछे दोलन करता है तो एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रकार की तरंग उत्पन्न होती है। ऐसे दोलनों को सरल हार्मोनिक या साइनसॉइडल कहा जाता है, और इस मामले में उत्तेजित तरंग को हार्मोनिक कहा जाता है।

सरल हार्मोनिक दोलनों के साथ, आंदोलन समय-समय पर दोहराया जाता है। गति की दो समान अवस्थाओं के बीच के समय अंतराल को दोलन की अवधि कहा जाता है, और प्रति सेकंड पूर्ण अवधि की संख्या को दोलन की आवृत्ति कहा जाता है। आइए हम अवधि को इससे निरूपित करें टी, और आवृत्ति - के माध्यम से एफ; तो हम उसे लिख सकते हैं एफ= 1/टी।यदि, उदाहरण के लिए, आवृत्ति 50 चक्र प्रति सेकंड (50 हर्ट्ज) है, तो अवधि एक सेकंड का 1/50 है।

गणितीय रूप से, सरल हार्मोनिक दोलनों का वर्णन एक साधारण फ़ंक्शन द्वारा किया जाता है। समय में किसी भी क्षण के लिए सरल हार्मोनिक दोलनों के दौरान पिस्टन विस्थापन टीफॉर्म में लिखा जा सकता है

यहाँ डी -संतुलन स्थिति से पिस्टन का विस्थापन, और डी– स्थिर गुणक, जो मात्रा के अधिकतम मान के बराबर है डीऔर इसे विस्थापन आयाम कहा जाता है।

आइए मान लें कि पिस्टन हार्मोनिक दोलन सूत्र के अनुसार दोलन करता है। फिर, जब यह दाईं ओर जाता है, तो संपीड़न होता है, पहले की तरह, और जब यह बाईं ओर जाता है, तो दबाव और घनत्व उनके संतुलन मूल्यों के सापेक्ष कम हो जाएगा। जो होता है वह संपीड़न नहीं है, बल्कि गैस का विरलन है। इस मामले में, दाईं ओर फैल जाएगा, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 2, प्रत्यावर्ती संपीड़न और विरलन की एक लहर। समय के प्रत्येक क्षण में, पाइप की लंबाई के साथ दबाव वितरण वक्र एक साइनसॉइड की तरह दिखेगा, और यह साइनसॉइड ध्वनि की गति से दाईं ओर चलेगा वी. समान तरंग चरणों (उदाहरण के लिए, आसन्न मैक्सिमा के बीच) के बीच पाइप के साथ की दूरी को तरंग दैर्ध्य कहा जाता है। इसे आमतौर पर ग्रीक अक्षर से दर्शाया जाता है एल(लैम्ब्डा)। वेवलेंथ एलसमय में तरंग द्वारा तय की गई दूरी है टी. इसीलिए एल = टीवी, या वी = एल एफ.

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगें.

यदि कण तरंग के प्रसार की दिशा के समानांतर दोलन करते हैं, तो तरंग को अनुदैर्ध्य कहा जाता है। यदि वे प्रसार की दिशा के लंबवत दोलन करते हैं, तो तरंग को अनुप्रस्थ कहा जाता है। गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य होती हैं। ठोसों में दोनों प्रकार की तरंगें विद्यमान होती हैं। किसी ठोस में अनुप्रस्थ तरंग उसकी कठोरता (आकार में परिवर्तन का प्रतिरोध) के कारण संभव है।

इन दोनों प्रकार की तरंगों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि अनुप्रस्थ तरंग का गुण होता है ध्रुवीकरण(दोलन एक निश्चित तल में होते हैं), लेकिन अनुदैर्ध्य नहीं होते। कुछ घटनाओं में, जैसे कि क्रिस्टल के माध्यम से ध्वनि का परावर्तन और संचरण, बहुत कुछ कणों के विस्थापन की दिशा पर निर्भर करता है, जैसे कि प्रकाश तरंगों के मामले में।

ध्वनि तरंगों की गति.

ध्वनि की गति उस माध्यम की विशेषता है जिसमें तरंग फैलती है। यह दो कारकों द्वारा निर्धारित होता है: सामग्री की लोच और घनत्व। ठोस पदार्थों के लोचदार गुण विरूपण के प्रकार पर निर्भर करते हैं। इस प्रकार, धातु की छड़ के लोचदार गुण मरोड़, संपीड़न और झुकने के दौरान समान नहीं होते हैं। और संबंधित तरंग कंपन अलग-अलग गति से फैलते हैं।

इलास्टिक एक ऐसा माध्यम है जिसमें विरूपण, चाहे वह मरोड़ हो, संपीड़न हो या झुकना हो, विरूपण पैदा करने वाले बल के समानुपाती होता है। ऐसी सामग्रियाँ हुक के नियम का पालन करती हैं:

वोल्टेज = सीґ सापेक्ष विकृति,

कहाँ साथ– लोच का मापांक, सामग्री और विरूपण के प्रकार पर निर्भर करता है।

ध्वनि की गति वीकिसी दिए गए प्रकार के लोचदार विरूपण के लिए अभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है

कहाँ आर- सामग्री का घनत्व (द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन)।

ठोस छड़ में ध्वनि की गति.

एक लंबी छड़ को सिरे पर लगाए गए बल द्वारा खींचा या दबाया जा सकता है। माना छड़ की लंबाई है एल,लागू तन्य बल - एफ, और लंबाई में वृद्धि D है एल. मान डी एल/एलहम सापेक्ष विरूपण कहेंगे, और छड़ के प्रति इकाई क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र पर लगने वाले बल को तनाव कहा जाएगा। तो वोल्टेज है एफ/ए, कहाँ ए -छड़ का अनुप्रस्थ-अनुभागीय क्षेत्र। जब ऐसी छड़ पर लागू किया जाता है, तो हुक के नियम का रूप आ जाता है

कहाँ वाई- यंग का मापांक, यानी तनाव या संपीड़न के लिए छड़ की लोच का मापांक, छड़ की सामग्री को दर्शाता है। यंग का मापांक रबर जैसी आसानी से फैलने वाली सामग्री के लिए छोटा होता है, और स्टील जैसी कठोर सामग्री के लिए बड़ा होता है।

यदि अब हम छड़ के सिरे पर हथौड़े से प्रहार करके इसमें एक संपीड़न तरंग को उत्तेजित करें, तो यह उस गति से प्रसारित होगी जहाँ आर, पहले की तरह, उस सामग्री का घनत्व है जिससे छड़ बनाई जाती है। कुछ विशिष्ट सामग्रियों के लिए तरंग गति मान तालिका में दिए गए हैं। 1.

तालिका 1. ठोस पदार्थों में विभिन्न प्रकार की तरंगों के लिए ध्वनि की गति
सामग्री	विस्तारित ठोस नमूनों में अनुदैर्ध्य तरंगें (एम/एस)	कतरनी और मरोड़ तरंगें (एम/एस)	छड़ों में संपीड़न तरंगें (एम/एस)
अल्युमीनियम
पीतल
नेतृत्व करना
लोहा
चाँदी
स्टेनलेस स्टील
चकमक पत्थर का कांच
क्राउन ग्लास
प्लेक्सीग्लास
polyethylene
polystyrene

छड़ में मानी जाने वाली तरंग एक संपीड़न तरंग है। लेकिन इसे सख्ती से अनुदैर्ध्य नहीं माना जा सकता है, क्योंकि संपीड़न रॉड की पार्श्व सतह के आंदोलन से जुड़ा हुआ है (चित्र 3, ए).

छड़ में दो अन्य प्रकार की तरंगें भी संभव हैं - एक झुकने वाली तरंग (चित्र 3, बी) और मरोड़ तरंग (चित्र 3, वी). झुकने वाली विकृतियाँ एक तरंग के अनुरूप होती हैं जो न तो पूरी तरह से अनुदैर्ध्य होती है और न ही पूरी तरह से अनुप्रस्थ होती है। मरोड़ वाली विकृतियाँ, अर्थात्। छड़ के अक्ष के चारों ओर घूमने से विशुद्ध रूप से अनुप्रस्थ तरंग प्राप्त होती है।

छड़ में झुकने वाली तरंग की गति तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है। ऐसी तरंग को "फैलाने वाली" कहा जाता है।

छड़ में मरोड़ तरंगें विशुद्ध रूप से अनुप्रस्थ और गैर-फैलाने वाली होती हैं। उनकी गति सूत्र द्वारा दी गई है

कहाँ एम- कतरनी मापांक, कतरनी के संबंध में सामग्री के लोचदार गुणों की विशेषता। कुछ विशिष्ट कतरनी तरंग वेग तालिका में दिए गए हैं। 1.

विस्तारित ठोस मीडिया में वेग.

बड़ी मात्रा वाले ठोस मीडिया में, जहां सीमाओं के प्रभाव को नजरअंदाज किया जा सकता है, दो प्रकार की लोचदार तरंगें संभव हैं: अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ।

एक अनुदैर्ध्य तरंग में तनाव एक समतल तनाव है, अर्थात। तरंग प्रसार की दिशा में एक आयामी संपीड़न (या विरलन)। अनुप्रस्थ तरंग के अनुरूप विरूपण तरंग के प्रसार की दिशा के लंबवत एक कतरनी विस्थापन है।

ठोस पदार्थों में अनुदैर्ध्य तरंगों का वेग किसके द्वारा दिया जाता है?

कहाँ सी एल -सरल समतल तनाव के लिए लोच का मापांक। यह थोक मापांक से संबंधित है में(जिसकी परिभाषा नीचे दी गई है) और संबंध द्वारा सामग्री का कतरनी मापांक एम सी एल = बी + 4/3एम।तालिका में तालिका 1 विभिन्न ठोस सामग्रियों के लिए अनुदैर्ध्य तरंग वेगों के मूल्यों को दर्शाती है।

विस्तारित ठोस मीडिया में अपरूपण तरंगों की गति उसी सामग्री की छड़ में मरोड़ तरंगों की गति के समान होती है। इसलिए इसे अभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है। सामान्य ठोस पदार्थों के लिए इसका मान तालिका में दिया गया है। 1.

गैसों में गति.

गैसों में, केवल एक प्रकार की विकृति संभव है: संपीड़न - विरलन। लोच का संगत मापांक मेंथोक मापांक कहा जाता है। यह संबंध द्वारा निर्धारित होता है

-डी पी = बी(डी वी/वी).

यहां डी पी- दबाव परिवर्तन, डी वी/वी – सापेक्ष परिवर्तनआयतन। ऋण चिह्न इंगित करता है कि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, आयतन कम होता जाता है।

परिमाण मेंयह इस बात पर निर्भर करता है कि संपीड़न के दौरान गैस का तापमान बदलता है या नहीं। ध्वनि तरंग के मामले में, यह दिखाया जा सकता है कि दबाव बहुत तेज़ी से बदलता है और संपीड़न के दौरान निकलने वाली गर्मी को सिस्टम छोड़ने का समय नहीं मिलता है। इस प्रकार, ध्वनि तरंग में दबाव में परिवर्तन आसपास के कणों के साथ ताप विनिमय के बिना होता है। इस परिवर्तन को रुद्धोष्म कहते हैं। यह स्थापित हो चुका है कि गैस में ध्वनि की गति केवल तापमान पर निर्भर करती है। किसी दिए गए तापमान पर, ध्वनि की गति सभी गैसों के लिए लगभग समान होती है। 21.1 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, शुष्क हवा में ध्वनि की गति 344.4 मीटर/सेकेंड है और बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है।

द्रवों में वेग.

तरल पदार्थों में ध्वनि तरंगें, गैसों की तरह, संपीड़न-दुर्लभ तरंगें होती हैं। गति उसी सूत्र द्वारा दी गई है। हालाँकि, एक तरल गैस की तुलना में बहुत कम संपीड़ित होता है, और इसलिए इसके लिए मूल्य कई गुना बड़ा होता है में, अधिक और घनत्व आर. तरल पदार्थ में ध्वनि की गति गैसों की तुलना में ठोस पदार्थों में गति के करीब होती है। यह गैसों की तुलना में बहुत कम है और तापमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, ताजे पानी में गति 15.6 डिग्री सेल्सियस पर 1460 मीटर/सेकेंड है। सामान्य लवणता वाले समुद्री जल में समान तापमान पर यह गति 1504 मीटर/सेकेंड है। पानी का तापमान और नमक की सघनता बढ़ने से ध्वनि की गति बढ़ जाती है।

खड़ी तरंगें।

जब एक हार्मोनिक तरंग एक सीमित स्थान में उत्तेजित होती है ताकि वह सीमाओं से प्रतिबिंबित हो, तो तथाकथित खड़ी तरंगें उत्पन्न होती हैं। एक खड़ी लहर दो तरंगों के सुपरपोजिशन का परिणाम है, एक आगे की दिशा में यात्रा करती है और दूसरी विपरीत दिशा में। दोलनों का एक पैटर्न, जो अंतरिक्ष में नहीं चल रहा है, वैकल्पिक एंटीनोड्स और नोड्स के साथ प्रकट होता है। एंटीनोड्स पर, उनकी संतुलन स्थिति से दोलन कणों का विचलन अधिकतम होता है, और नोड्स पर वे शून्य होते हैं।

एक डोरी में खड़ी लहरें.

तनी हुई डोरी में अनुप्रस्थ तरंगें उठती हैं और डोरी अपनी मूल, सीधी स्थिति के सापेक्ष विस्थापित हो जाती है। एक स्ट्रिंग में तरंगों का फोटो खींचते समय, मौलिक टोन और ओवरटोन के नोड्स और एंटीनोड्स स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।

खड़ी तरंगों की तस्वीर किसी दी गई लंबाई की स्ट्रिंग के दोलन संबंधी आंदोलनों के विश्लेषण को बहुत सुविधाजनक बनाती है। लम्बाई की एक डोरी हो एल, सिरों पर तय किया गया। ऐसी डोरी के किसी भी प्रकार के कंपन को खड़ी तरंगों के संयोजन के रूप में दर्शाया जा सकता है। चूँकि डोरी के सिरे स्थिर हैं, केवल ऐसी स्थायी तरंगें ही संभव हैं जिनमें सीमा बिंदुओं पर नोड हों। स्ट्रिंग की कंपन की न्यूनतम आवृत्ति अधिकतम संभव तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। चूँकि नोड्स के बीच की दूरी है एल/2, आवृत्ति न्यूनतम होती है जब स्ट्रिंग की लंबाई तरंग दैर्ध्य के आधे के बराबर होती है, यानी। पर एल= 2एल. यह स्ट्रिंग के कंपन का तथाकथित मौलिक तरीका है। इसकी संगत आवृत्ति, जिसे मौलिक आवृत्ति या मौलिक स्वर कहा जाता है, द्वारा दी जाती है एफ = वी/2एल, कहाँ वी- स्ट्रिंग के साथ तरंग प्रसार की गति।

उच्च आवृत्तियों के दोलनों का एक पूरा क्रम होता है जो बड़ी संख्या में नोड्स के साथ खड़ी तरंगों के अनुरूप होता है। अगली उच्च आवृत्ति, जिसे दूसरा हार्मोनिक या पहला ओवरटोन कहा जाता है, द्वारा दी गई है

एफ = वी/एल.

हार्मोनिक्स का क्रम सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है एफ = एनवी/2एल, कहाँ एन= 1, 2, 3, वगैरह। यह तथाकथित है स्ट्रिंग कंपन की प्राकृतिक आवृत्तियाँ। वे प्राकृतिक श्रृंखला की संख्याओं के अनुपात में बढ़ते हैं: 2, 3, 4...आदि पर उच्च हार्मोनिक्स। मौलिक कंपन की आवृत्ति का गुना। ध्वनियों की इस श्रृंखला को प्राकृतिक या हार्मोनिक स्केल कहा जाता है।

यह सब संगीत ध्वनिकी में महत्वपूर्ण है, जिस पर नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी। अभी के लिए, आइए ध्यान दें कि एक स्ट्रिंग द्वारा उत्पन्न ध्वनि में उसकी अपनी सभी आवृत्तियाँ होती हैं। उनमें से प्रत्येक का सापेक्ष योगदान उस बिंदु पर निर्भर करता है जिस पर स्ट्रिंग कंपन उत्तेजित होते हैं। यदि, उदाहरण के लिए, आप बीच में एक स्ट्रिंग खींचते हैं, तो मौलिक आवृत्ति सबसे अधिक उत्तेजित होगी, क्योंकि यह बिंदु एंटीनोड से मेल खाता है। दूसरा हार्मोनिक अनुपस्थित होगा, क्योंकि इसका नोड केंद्र में स्थित है। अन्य हार्मोनिक्स के बारे में भी यही कहा जा सकता है ( नीचे देखेंसंगीत ध्वनिकी)।

डोरी में तरंगों की गति बराबर होती है

कहाँ टी -स्ट्रिंग तनाव, और आर एल -स्ट्रिंग की प्रति इकाई लंबाई का द्रव्यमान। इसलिए, स्ट्रिंग का प्राकृतिक आवृत्ति स्पेक्ट्रम द्वारा दिया गया है

इस प्रकार, स्ट्रिंग तनाव में वृद्धि से कंपन आवृत्तियों में वृद्धि होती है। किसी दिए गए के लिए दोलन आवृत्ति कम करें टीआप एक भारी डोरी (बड़ी) ले सकते हैं आर एल) या इसकी लंबाई बढ़ाना।

ऑर्गन पाइपों में खड़ी लहरें।

डोरी के संबंध में प्रस्तुत सिद्धांत को किसी अंग जैसे पाइप में वायु कंपन पर भी लागू किया जा सकता है। एक ऑर्गन पाइप को सरल रूप से एक सीधे पाइप के रूप में देखा जा सकता है जिसमें खड़ी तरंगें उत्तेजित होती हैं। पाइप में बंद और खुले दोनों सिरे हो सकते हैं। खुले सिरे पर एक स्थायी तरंग एंटीनोड दिखाई देता है, और बंद सिरे पर एक गाँठ दिखाई देती है। इसलिए, दो खुले सिरों वाले एक पाइप की मौलिक आवृत्ति ऐसी होती है कि आधी तरंग दैर्ध्य पाइप की लंबाई के साथ फिट बैठती है। एक पाइप, जिसका एक सिरा खुला है और दूसरा बंद है, में एक मौलिक आवृत्ति होती है जिस पर तरंग दैर्ध्य का एक चौथाई पाइप की लंबाई के साथ फिट बैठता है। इस प्रकार, दोनों सिरों पर खुले पाइप के लिए मौलिक आवृत्ति है एफ =वी/2एल, और एक छोर पर खुले पाइप के लिए, एफ = वी/4एल(कहाँ एल- पाइप की लंबाई)। पहले मामले में, परिणाम एक स्ट्रिंग के समान ही होता है: ओवरटोन दोगुना, तिगुना, आदि होता है। मौलिक आवृत्ति का मान. हालाँकि, एक पाइप के लिए जो एक छोर पर खुला है, ओवरटोन 3, 5, 7, आदि के कारकों द्वारा मौलिक आवृत्ति से अधिक होगा। एक बार।

चित्र में. 4 और 5 योजनाबद्ध रूप से मौलिक आवृत्ति की खड़ी तरंगों की तस्वीर और विचार किए गए दो प्रकार के पाइपों के लिए पहले ओवरटोन को दिखाते हैं। यहां सुविधा के लिए विस्थापनों को अनुप्रस्थ के रूप में दिखाया गया है, लेकिन वास्तव में वे अनुदैर्ध्य हैं।

गुंजायमान दोलन.

खड़ी तरंगें अनुनाद की घटना से निकटता से संबंधित हैं। ऊपर चर्चा की गई प्राकृतिक आवृत्तियाँ एक स्ट्रिंग या ऑर्गन पाइप की गुंजयमान आवृत्तियाँ भी हैं। मान लीजिए कि ऑर्गन पाइप के खुले सिरे के पास एक लाउडस्पीकर रखा गया है, जो एक विशिष्ट आवृत्ति का संकेत उत्सर्जित कर रहा है, जिसे इच्छानुसार बदला जा सकता है। फिर, जब लाउडस्पीकर सिग्नल की आवृत्ति पाइप की मौलिक आवृत्ति या उसके किसी ओवरटोन से मेल खाती है, तो पाइप बहुत तेज़ आवाज़ करेगा। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि लाउडस्पीकर महत्वपूर्ण आयाम के साथ वायु स्तंभ के कंपन को उत्तेजित करता है। वे कहते हैं कि पाइप इन परिस्थितियों में प्रतिध्वनि करता है।

फूरियर विश्लेषण और ध्वनि की आवृत्ति स्पेक्ट्रम।

व्यवहार में, एकल आवृत्ति की ध्वनि तरंगें दुर्लभ हैं। लेकिन जटिल ध्वनि तरंगों को हार्मोनिक्स में विघटित किया जा सकता है। इस पद्धति को फ्रांसीसी गणितज्ञ जे. फ़ोरियर (1768-1830) के नाम पर फ़ोरियर विश्लेषण कहा जाता है, जो इसका उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे (ऊष्मा के सिद्धांत में)।

ध्वनि कंपन बनाम आवृत्ति की सापेक्ष ऊर्जा के ग्राफ को ध्वनि का आवृत्ति स्पेक्ट्रम कहा जाता है। ऐसे स्पेक्ट्रा के दो मुख्य प्रकार हैं: असतत और निरंतर। एक असतत स्पेक्ट्रम में खाली स्थानों द्वारा अलग की गई आवृत्तियों के लिए अलग-अलग लाइनें होती हैं। एक सतत स्पेक्ट्रम में उसके बैंड के भीतर सभी आवृत्तियाँ शामिल होती हैं।

आवधिक ध्वनि कंपन.

ध्वनि कंपन आवधिक होते हैं यदि दोलन प्रक्रिया, चाहे वह कितनी भी जटिल क्यों न हो, एक निश्चित समय अंतराल के बाद दोहराई जाती है। इसका स्पेक्ट्रम हमेशा अलग होता है और इसमें एक निश्चित आवृत्ति के हार्मोनिक्स होते हैं। इसलिए शब्द "हार्मोनिक विश्लेषण"। एक उदाहरण आयताकार दोलन है (चित्र 6, ए) से आयाम बदलने के साथ +एपहले - एऔर अवधि टी= 1/एफ. एक और सरल उदाहरण चित्र में दिखाई गई त्रिकोणीय सॉटूथ तरंग है। 6, बी. संबंधित हार्मोनिक घटकों के साथ अधिक जटिल आकार के आवधिक दोलनों का एक उदाहरण चित्र में दिखाया गया है। 7.

संगीतमय ध्वनियाँ आवधिक कंपन हैं और इसलिए उनमें हार्मोनिक्स (ओवरटोन) होते हैं। हम पहले ही देख चुके हैं कि एक स्ट्रिंग में, मौलिक आवृत्ति के कंपन के साथ, अन्य हार्मोनिक्स एक डिग्री या किसी अन्य तक उत्तेजित होते हैं। प्रत्येक ओवरटोन का सापेक्ष योगदान स्ट्रिंग के उत्तेजित होने के तरीके पर निर्भर करता है। ओवरटोन का एक सेट एक बड़ी हद तकदृढ़ निश्चय वाला लयसंगीतमय ध्वनि. इन मुद्दों पर नीचे संगीत ध्वनिकी अनुभाग में अधिक विस्तार से चर्चा की गई है।

ध्वनि नाड़ी का स्पेक्ट्रम.

सामान्य प्रकार की ध्वनि छोटी अवधि की ध्वनि होती है: ताली बजाना, दरवाजा खटखटाना, फर्श पर किसी वस्तु के गिरने की आवाज, कोयल कूक। ऐसी ध्वनियाँ न तो आवर्ती होती हैं और न ही संगीतमय। लेकिन इन्हें आवृत्ति स्पेक्ट्रम में भी विघटित किया जा सकता है। इस मामले में, स्पेक्ट्रम निरंतर होगा: ध्वनि का वर्णन करने के लिए, एक निश्चित बैंड के भीतर सभी आवृत्तियों की आवश्यकता होती है, जो बहुत व्यापक हो सकती है। ऐसी ध्वनियों को विरूपण के बिना पुन: उत्पन्न करने के लिए इस आवृत्ति स्पेक्ट्रम को जानना आवश्यक है, क्योंकि संबंधित इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम को इन सभी आवृत्तियों को समान रूप से अच्छी तरह से "पास" करना होगा।

ध्वनि नाड़ी की मुख्य विशेषताओं को एक साधारण आकार की नाड़ी पर विचार करके स्पष्ट किया जा सकता है। आइए मान लें कि ध्वनि D अवधि का कंपन है टी, जिस पर दबाव में परिवर्तन चित्र में दिखाया गया है। 8, ए. इस मामले के लिए एक अनुमानित आवृत्ति स्पेक्ट्रम चित्र में दिखाया गया है। 8, बी. केंद्रीय आवृत्ति उन दोलनों से मेल खाती है जो हमारे पास होंगे यदि समान संकेत अनिश्चित काल तक बढ़ाया गया हो।

आवृत्ति स्पेक्ट्रम की लंबाई को बैंडविड्थ डी कहा जाएगा एफ(चित्र 8, बी). बैंडविड्थ अत्यधिक विरूपण के बिना मूल पल्स को पुन: उत्पन्न करने के लिए आवश्यक आवृत्तियों की अनुमानित सीमा है। डी के बीच एक बहुत ही सरल मौलिक संबंध है एफऔर डी टी, अर्थात्

डी एफडी टी" 1.

यह संबंध सभी ध्वनि स्पंदनों के लिए मान्य है। इसका अर्थ यह है कि नाड़ी जितनी छोटी होगी, उसमें आवृत्तियाँ उतनी ही अधिक होंगी। आइए मान लें कि एक सोनार का उपयोग पनडुब्बी का पता लगाने के लिए किया जाता है, जो 30 kHz की सिग्नल आवृत्ति के साथ 0.0005 s तक चलने वाली पल्स के रूप में अल्ट्रासाउंड उत्सर्जित करता है। बैंडविड्थ 1/0.0005 = 2 किलोहर्ट्ज़ है, और वास्तव में रडार पल्स के स्पेक्ट्रम में निहित आवृत्तियाँ 29 से 31 किलोहर्ट्ज़ की सीमा में हैं।

शोर।

शोर का तात्पर्य एकाधिक, असंगत स्रोतों द्वारा निर्मित किसी भी ध्वनि से है। इसका एक उदाहरण हवा द्वारा पेड़ों के पत्तों के उड़ने की आवाज़ है। जेट इंजन का शोर उच्च गति निकास प्रवाह की अशांति के कारण होता है। शोर जैसा कष्टप्रद ध्वनिकला में चर्चा की गई। पर्यावरण का ध्वनिक प्रदूषण.

ध्वनि की तीव्रता.

ध्वनि की मात्रा भिन्न हो सकती है. यह कल्पना करना कठिन नहीं है कि यह ध्वनि तरंग द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा के कारण है। प्रबलता की मात्रात्मक तुलना करने के लिए, आपको ध्वनि की तीव्रता की अवधारणा का परिचय देना होगा। ध्वनि तरंग की तीव्रता को प्रति इकाई समय तरंग अग्र भाग के एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से औसत ऊर्जा प्रवाह के रूप में परिभाषित किया गया है। दूसरे शब्दों में, यदि आप एक ऐसा क्षेत्र लेते हैं (उदाहरण के लिए, 1 सेमी 2), जो पूरी तरह से ध्वनि को अवशोषित करेगा, और इसे तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत स्थित करेगा, तो ध्वनि की तीव्रता एक सेकंड में अवशोषित ध्वनिक ऊर्जा के बराबर होगी। तीव्रता आमतौर पर W/cm2 (या W/m2) में व्यक्त की जाती है।

आइए हम कुछ परिचित ध्वनियों के लिए इस मात्रा का मान दें। सामान्य बातचीत के दौरान होने वाले अतिरिक्त दबाव का आयाम वायुमंडलीय दबाव का लगभग दस लाखवां हिस्सा होता है, जो 10-9 W/cm 2 के क्रम की ध्वनिक ध्वनि तीव्रता से मेल खाता है। सामान्य बातचीत के दौरान उत्पन्न ध्वनि की कुल शक्ति लगभग केवल 0.00001 W होती है। ऐसी छोटी ऊर्जाओं को समझने की मानव कान की क्षमता उसकी अद्भुत संवेदनशीलता की गवाही देती है।

हमारे कानों द्वारा महसूस की जाने वाली ध्वनि की तीव्रता की सीमा बहुत व्यापक है। की तीव्रता तेज आवाज, जिसे कान सहन कर सकता है, वह सुनने में सक्षम न्यूनतम से लगभग 10 14 गुना अधिक है। ध्वनि स्रोतों की पूरी शक्ति समान रूप से विस्तृत श्रृंखला को कवर करती है। इस प्रकार, बहुत शांत फुसफुसाहट में उत्सर्जित शक्ति 10 -9 W के क्रम पर हो सकती है, जबकि उत्सर्जित शक्ति जेट इंजिन, 10 5 डब्ल्यू तक पहुंचता है। पुनः, तीव्रताओं में 10 14 का अंतर होता है।

डेसीबल.

चूँकि ध्वनियाँ तीव्रता में बहुत भिन्न होती हैं, इसलिए इसे लघुगणकीय मान के रूप में सोचना और डेसीबल में मापना अधिक सुविधाजनक है। लघुगणकीय तीव्रता मान विचाराधीन मूल्य के मूल्य और प्रारंभिक मूल्य के रूप में लिए गए मूल्य के अनुपात का लघुगणक है। तीव्रता का स्तर जेकुछ सशर्त रूप से चयनित तीव्रता के संबंध में जे 0 बराबर है

ध्वनि तीव्रता स्तर = 10 एलजी ( जे/जे 0)डीबी.

इस प्रकार, एक ध्वनि जो दूसरे की तुलना में तीव्रता में 20 डीबी अधिक है, तीव्रता में 100 गुना अधिक है।

ध्वनिक माप के अभ्यास में, ध्वनि की तीव्रता को संबंधित अतिरिक्त दबाव आयाम के संदर्भ में व्यक्त करने की प्रथा है दोबारा. जब दबाव को कुछ मनमाने ढंग से चयनित दबाव के सापेक्ष डेसीबल में मापा जाता है आर 0, तथाकथित ध्वनि दबाव स्तर प्राप्त होता है। चूँकि ध्वनि की तीव्रता परिमाण के समानुपाती होती है पी.ई 2, और एलजी( पी.ई 2) = 2एलजी पी.ई, ध्वनि दबाव स्तर निम्नानुसार निर्धारित किया जाता है:

ध्वनि दबाव स्तर = 20 एलजी ( पी.ई/पी 0)डीबी.

सशर्त दबाव आर 0 = 2H 10 –5 Pa, 1 kHz की आवृत्ति वाली ध्वनि के लिए मानक श्रवण सीमा से मेल खाता है। तालिका में तालिका 2 कुछ सामान्य ध्वनि स्रोतों के लिए ध्वनि दबाव स्तर दिखाती है। ये संपूर्ण के औसत से प्राप्त अभिन्न मूल्य हैं श्रव्य सीमाआवृत्ति

तालिका 2. विशिष्ट ध्वनि दबाव स्तर
ध्वनि स्रोत	ध्वनि दबाव स्तर, dB (rel. 2H 10 -5 पा)
मुद्रांकन की दुकान
जहाज़ पर इंजन कक्ष
कताई और बुनाई कार्यशाला
एक सबवे कार में
ट्रैफ़िक में गाड़ी चलाते समय कार में
टाइपराइटिंग ब्यूरो
लेखांकन
कार्यालय
अंतरिक्ष
रात में आवासीय क्षेत्र
रेडियो प्रसारण स्टूडियो

आयतन।

ध्वनि दबाव का स्तर केवल तीव्रता की मनोवैज्ञानिक धारणा से संबंधित नहीं है। इनमें से पहला कारक वस्तुनिष्ठ है, और दूसरा व्यक्तिपरक है। प्रयोगों से पता चलता है कि तीव्रता की अनुभूति न केवल ध्वनि की तीव्रता पर निर्भर करती है, बल्कि उसकी आवृत्ति और प्रायोगिक स्थितियों पर भी निर्भर करती है।

ध्वनियों की मात्रा जो तुलनात्मक स्थितियों से बंधी नहीं है, उनकी तुलना नहीं की जा सकती। फिर भी, शुद्ध स्वरों की तुलना दिलचस्प है। ऐसा करने के लिए, ध्वनि दबाव स्तर निर्धारित करें जिस पर किसी दिए गए स्वर को 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति वाले मानक स्वर के समान तेज़ माना जाता है। चित्र में. चित्र 9 फ्लेचर और मैनसन प्रयोगों में प्राप्त समान प्रबलता वक्र दिखाता है। प्रत्येक वक्र के लिए, मानक 1000 हर्ट्ज टोन का संबंधित ध्वनि दबाव स्तर इंगित किया गया है। उदाहरण के लिए, 200 हर्ट्ज की आवृत्ति वाले एक टोन को 50 डीबी के ध्वनि दबाव स्तर के साथ 1000 हर्ट्ज के टोन के समान तेज़ महसूस करने के लिए 60 डीबी के ध्वनि स्तर की आवश्यकता होती है।

इन वक्रों का उपयोग पृष्ठभूमि निर्धारित करने के लिए किया जाता है, जो ध्वनि स्तर की एक इकाई है जिसे डेसीबल में भी मापा जाता है। पृष्ठभूमि ध्वनि की मात्रा का स्तर है जिसके लिए समान रूप से तेज़ मानक शुद्ध टोन (1000 हर्ट्ज) का ध्वनि दबाव स्तर 1 डीबी है। इस प्रकार, 60 डीबी के स्तर पर 200 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली ध्वनि का वॉल्यूम स्तर 50 पृष्ठभूमि है।

चित्र में निचला वक्र। 9 एक अच्छे कान की श्रवण सीमा वक्र है। श्रव्य आवृत्तियों की सीमा लगभग 20 से 20,000 हर्ट्ज तक फैली हुई है।

ध्वनि तरंगों का प्रसार.

शांत जल में फेंके गए कंकड़ से निकलने वाली तरंगों की तरह, ध्वनि तरंगें भी सभी दिशाओं में यात्रा करती हैं। ऐसी प्रसार प्रक्रिया को तरंग मोर्चे द्वारा चिह्नित करना सुविधाजनक है। तरंग अग्रभाग अंतरिक्ष में एक सतह है, जिसके सभी बिंदुओं पर दोलन एक ही चरण में होते हैं। पानी में गिरने वाले एक कंकड़ से तरंग के अग्र भाग वृत्त होते हैं।

सपाट लहरें.

तरंग अग्रभाग का सबसे सरल प्रकार समतल होता है। एक समतल तरंग केवल एक ही दिशा में यात्रा करती है और यह एक आदर्शीकरण है जो व्यवहार में केवल लगभग साकार होता है। किसी पाइप में ध्वनि तरंग को स्रोत से काफी दूरी पर गोलाकार तरंग की तरह लगभग सपाट माना जा सकता है।

गोलाकार लहरें.

को सरल प्रकारतरंगों को गोलाकार अग्रभाग वाली तरंग भी माना जा सकता है, जो एक बिंदु से निकलती है और सभी दिशाओं में फैलती है। ऐसी तरंग को एक छोटे स्पंदित गोले का उपयोग करके उत्तेजित किया जा सकता है। वह स्रोत जो गोलाकार तरंग को उत्तेजित करता है, बिंदु स्रोत कहलाता है। ऐसी तरंग की तीव्रता फैलने के साथ-साथ कम हो जाती है, क्योंकि ऊर्जा अधिक से अधिक त्रिज्या वाले गोले पर वितरित होती है।

यदि एक बिंदु स्रोत गोलाकार तरंग बनाते हुए 4 की शक्ति उत्सर्जित करता है पी क्यू, तो त्रिज्या के साथ एक गोले का सतह क्षेत्र के बाद से आर 4 के बराबर है पी आर 2, गोलाकार तरंग में ध्वनि की तीव्रता बराबर होती है

जे = क्यू/आर 2 ,

कहाँ आर-स्रोत से दूरी. इस प्रकार, गोलाकार तरंग की तीव्रता स्रोत से दूरी के वर्ग के विपरीत अनुपात में घट जाती है।

किसी भी ध्वनि तरंग की तीव्रता उसके प्रसार के दौरान ध्वनि अवशोषण के कारण कम हो जाती है। इस घटना पर नीचे चर्चा की जाएगी।

ह्यूजेन्स का सिद्धांत.

ह्यूजेन्स का सिद्धांत तरंग अग्र प्रसार के लिए मान्य है। यह जानने के लिए, आइए किसी भी समय हमें ज्ञात तरंग अग्रभाग के आकार पर विचार करें। इसे समय D के बाद भी पाया जा सकता है टी, यदि प्रारंभिक तरंग अग्र भाग के प्रत्येक बिंदु को प्राथमिक गोलाकार तरंग के स्रोत के रूप में माना जाता है जो इस अंतराल पर कुछ दूरी तक फैल गया है वीडी टी. इन सभी प्रारंभिक गोलाकार तरंग मोर्चों का आवरण नया तरंग अग्रभाग होगा। ह्यूजेन्स का सिद्धांत पूरे प्रसार प्रक्रिया के दौरान तरंगाग्र के आकार को निर्धारित करने की अनुमति देता है। इससे यह भी पता चलता है कि तरंगें, समतल और गोलाकार दोनों, प्रसार के दौरान अपनी ज्यामिति बरकरार रखती हैं, बशर्ते कि माध्यम सजातीय हो।

ध्वनि विवर्तन.

विवर्तन एक बाधा के चारों ओर तरंगों का झुकना है। ह्यूजेंस के सिद्धांत का उपयोग करके विवर्तन का विश्लेषण किया जाता है। इस झुकने की सीमा तरंग दैर्ध्य और बाधा या छेद के आकार के बीच संबंध पर निर्भर करती है। चूँकि ध्वनि की तरंगदैर्घ्य प्रकाश से कई गुना अधिक लंबी होती है, इसलिए ध्वनि तरंगों का विवर्तन हमारे लिए प्रकाश के विवर्तन की तुलना में कम आश्चर्यजनक होता है। तो, आप इमारत के कोने के आसपास खड़े किसी व्यक्ति से बात कर सकते हैं, भले ही वह दिखाई न दे। एक ध्वनि तरंग आसानी से एक कोने के चारों ओर झुक जाती है, जबकि प्रकाश, अपनी छोटी तरंग दैर्ध्य के कारण, तेज छाया उत्पन्न करता है।

आइए एक छेद वाली ठोस सपाट स्क्रीन पर आपतित समतल ध्वनि तरंग के विवर्तन पर विचार करें। स्क्रीन के दूसरी ओर तरंगाग्र का आकार निर्धारित करने के लिए, आपको तरंगदैर्घ्य के बीच संबंध जानने की आवश्यकता है एलऔर छेद का व्यास डी. यदि ये मान लगभग समान हैं या एलबहुत अधिक डी, तो पूर्ण विवर्तन परिणाम: उभरती हुई तरंग का तरंगाग्र गोलाकार होगा, और तरंग स्क्रीन के पीछे सभी बिंदुओं तक पहुंच जाएगी। अगर एलकुछ हद तक कम डी, तो उभरती हुई लहर मुख्य रूप से आगे की दिशा में फैल जाएगी। और अंत में, यदि एलकाफी कम डी, तो उसकी सारी ऊर्जा एक सीधी रेखा में फैल जाएगी। ये मामले चित्र में दिखाए गए हैं। 10.

ध्वनि के मार्ग में कोई बाधा आने पर भी विवर्तन देखा जाता है। यदि बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़ा है, तो ध्वनि परावर्तित होती है, और बाधा के पीछे एक ध्वनिक छाया क्षेत्र बनता है। जब बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे छोटा होता है, तो ध्वनि सभी दिशाओं में कुछ हद तक विचलित हो जाती है। वास्तुशिल्प ध्वनिकी में इसे ध्यान में रखा जाता है। उदाहरण के लिए, कभी-कभी किसी इमारत की दीवारें ध्वनि तरंग दैर्ध्य के क्रम पर आयामों वाले प्रक्षेपणों से ढकी होती हैं। (100 हर्ट्ज की आवृत्ति पर, हवा में तरंग दैर्ध्य लगभग 3.5 मीटर है।) इस स्थिति में, दीवारों पर गिरने वाली ध्वनि सभी दिशाओं में बिखर जाती है। वास्तुशिल्प ध्वनिकी में, इस घटना को ध्वनि प्रसार कहा जाता है।

ध्वनि का परावर्तन एवं संचरण.

जब एक माध्यम में यात्रा करने वाली ध्वनि तरंग दूसरे माध्यम के इंटरफ़ेस से टकराती है, तो तीन प्रक्रियाएँ एक साथ हो सकती हैं। एक तरंग को एक इंटरफ़ेस से परावर्तित किया जा सकता है, यह दिशा बदले बिना दूसरे माध्यम में जा सकती है, या यह सीमा पर दिशा बदल सकती है, अर्थात। अपवर्तित करना चित्र में. चित्र 11 सबसे सरल मामला दिखाता है जब एक समतल तरंग दो को अलग करने वाली समतल सतह पर समकोण पर आपतित होती है विभिन्न पदार्थ. यदि तीव्रता परावर्तन गुणांक, जो परावर्तित ऊर्जा का अंश निर्धारित करता है, के बराबर है आर, तो संचरण गुणांक बराबर होगा टी = 1 – आर.

एक ध्वनि तरंग के लिए, अतिरिक्त दबाव और दोलनशील आयतन वेग के अनुपात को ध्वनिक प्रतिबाधा कहा जाता है। परावर्तन और संचरण गुणांक दो मीडिया के तरंग प्रतिबाधा के अनुपात पर निर्भर करते हैं; तरंग प्रतिबाधा, बदले में, ध्वनिक प्रतिबाधा के समानुपाती होती है। गैसों का तरंग प्रतिरोध तरल और ठोस पदार्थों की तुलना में बहुत कम होता है। इसलिए, यदि हवा में कोई लहर किसी मोटी ठोस वस्तु या गहरे पानी की सतह से टकराती है, तो ध्वनि लगभग पूरी तरह से परावर्तित हो जाती है। उदाहरण के लिए, वायु-जल इंटरफ़ेस के लिए तरंग प्रतिबाधा अनुपात 0.0003 है। तदनुसार, हवा से पानी में गुजरने वाली ध्वनि की ऊर्जा आपतित ऊर्जा के केवल 0.12% के बराबर है। परावर्तन और संचरण गुणांक प्रतिवर्ती हैं: परावर्तन गुणांक विपरीत दिशा में संचरण गुणांक है। इस प्रकार, ध्वनि व्यावहारिक रूप से हवा से पानी के कुंड में या पानी के नीचे से बाहर तक प्रवेश नहीं करती है, जो कि पानी के नीचे तैरने वाले सभी लोगों को अच्छी तरह से पता है।

ऊपर विचारित परावर्तन के मामले में, यह माना गया कि तरंग प्रसार की दिशा में दूसरे माध्यम की मोटाई बड़ी है। लेकिन ट्रांसमिशन गुणांक काफी अधिक होगा यदि दूसरा माध्यम दो समान वातावरणों को अलग करने वाली दीवार है, जैसे कि कमरों के बीच एक ठोस विभाजन। तथ्य यह है कि दीवार की मोटाई आमतौर पर ध्वनि तरंग दैर्ध्य से कम या उसके बराबर होती है। यदि दीवार की मोटाई दीवार में ध्वनि की तरंग दैर्ध्य के आधे का गुणक है, तो लंबवत घटना पर तरंग का संचरण गुणांक बहुत बड़ा है। यदि अवशोषण न हो तो विभाजन इस आवृत्ति की ध्वनि के लिए बिल्कुल पारदर्शी होगा, जिसे हम यहां उपेक्षित कर रहे हैं। यदि दीवार की मोटाई उसमें मौजूद ध्वनि की तरंग दैर्ध्य से बहुत कम है, तो प्रतिबिंब हमेशा छोटा होता है और संचरण बड़ा होता है, सिवाय इसके कि जब ध्वनि अवशोषण बढ़ाने के लिए विशेष उपाय किए जाते हैं।

ध्वनि का अपवर्तन.

जब एक समतल ध्वनि तरंग इंटरफ़ेस पर एक कोण पर आपतित होती है, तो उसके परावर्तन का कोण आपतन कोण के बराबर होता है। यदि आपतन कोण 90° से भिन्न हो तो संचरित तरंग आपतित तरंग की दिशा से विचलित हो जाती है। तरंग गति की दिशा में इस परिवर्तन को अपवर्तन कहते हैं। समतल सीमा पर अपवर्तक ज्यामिति चित्र में दिखाई गई है। 12. तरंगों की दिशा और सतह के अभिलंब के बीच के कोण दर्शाए गए हैं क्यू 1 घटना तरंग के लिए और क्यू 2- अपवर्तित अतीत के लिए. इन दो कोणों के बीच के संबंध में केवल दो मीडिया के लिए ध्वनि की गति का अनुपात शामिल है। जैसा कि प्रकाश तरंगों के मामले में होता है, ये कोण स्नेल के नियम के अनुसार एक दूसरे से संबंधित होते हैं:

इस प्रकार, यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति पहले माध्यम से कम है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होगा, लेकिन यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति अधिक है, तो अपवर्तन कोण होगा आपतन कोण से अधिक.

तापमान प्रवणता के कारण अपवर्तन।

यदि किसी अमानवीय माध्यम में ध्वनि की गति एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर लगातार बदलती रहती है, तो अपवर्तन भी बदल जाता है। चूँकि हवा और पानी दोनों में ध्वनि की गति तापमान पर निर्भर करती है, तापमान प्रवणता की उपस्थिति में, ध्वनि तरंगें अपनी गति की दिशा बदल सकती हैं। वायुमंडल और महासागर में, ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता आमतौर पर क्षैतिज स्तरीकरण के कारण देखी जाती है। इसलिए, तापमान प्रवणता के कारण ध्वनि की ऊर्ध्वाधर गति में परिवर्तन के कारण, ध्वनि तरंग को ऊपर या नीचे विक्षेपित किया जा सकता है।

उस स्थिति पर विचार करें जब पृथ्वी की सतह के पास किसी स्थान पर हवा ऊंची परतों की तुलना में अधिक गर्म होती है। फिर ऊंचाई बढ़ने के साथ यहां की हवा का तापमान कम हो जाता है और इसके साथ ही ध्वनि की गति भी कम हो जाती है। पृथ्वी की सतह के निकट किसी स्रोत द्वारा उत्सर्जित ध्वनि अपवर्तन के कारण ऊपर की ओर बढ़ेगी। यह आकृति में दिखाया गया है। 13, जो ध्वनि "किरणें" दिखाता है।

ध्वनि किरणों का विक्षेपण चित्र में दिखाया गया है। 13, स्नेल के नियम द्वारा सामान्य रूप में वर्णित है। यदि के माध्यम से क्यू, पहले की तरह, ऊर्ध्वाधर और विकिरण की दिशा के बीच के कोण को निर्दिष्ट करें, फिर सामान्यीकृत स्नेल के नियम का रूप पाप है क्यू/वी= स्थिरांक, किरण पर किसी बिंदु को संदर्भित करता है। इस प्रकार, यदि किरण ऐसे क्षेत्र में गुजरती है जहां गति होती है वीघटता है, फिर कोण क्यूभी कम होना चाहिए. इसलिए, ध्वनि किरणें हमेशा घटती ध्वनि गति की दिशा में विक्षेपित होती हैं।

चित्र से. 13 यह देखा जा सकता है कि स्रोत से कुछ दूरी पर एक क्षेत्र स्थित है जहां ध्वनि किरणें बिल्कुल भी प्रवेश नहीं करती हैं। यह तथाकथित मौन क्षेत्र है।

यह बहुत संभव है कि चित्र में दिखाई गई ऊंचाई से कहीं अधिक ऊंचाई पर हो। 13, तापमान प्रवणता के कारण ध्वनि की गति ऊंचाई के साथ बढ़ती है। इस मामले में, ध्वनि तरंग जो शुरू में ऊपर की ओर विक्षेपित हुई थी, पृथ्वी की सतह की ओर विक्षेपित हो जाएगी बड़ी दूरी. ऐसा तब होता है जब वायुमंडल में तापमान व्युत्क्रमण की एक परत बन जाती है, जिसके परिणामस्वरूप संभावित स्वागतअति-लंबी सीमा ध्वनि संकेत. इसके अलावा, दूर स्थित स्थानों पर रिसेप्शन की गुणवत्ता पास की तुलना में और भी बेहतर है। इतिहास में अल्ट्रा-लॉन्ग-रेंज रिसेप्शन के कई उदाहरण हैं। उदाहरण के लिए, प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, जब वातावरणीय स्थितियांध्वनि के संगत अपवर्तन के कारण, फ्रांसीसी मोर्चे पर तोपों की आवाज़ इंग्लैंड में सुनी जा सकती थी।

पानी के नीचे ध्वनि का अपवर्तन.

ऊर्ध्वाधर तापमान परिवर्तन के कारण ध्वनि का अपवर्तन भी समुद्र में देखा जाता है। यदि तापमान, और इसलिए ध्वनि की गति, गहराई के साथ कम हो जाती है, तो ध्वनि किरणें नीचे की ओर विक्षेपित हो जाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप चित्र में दिखाए गए के समान मौन का क्षेत्र बन जाता है। 13 वातावरण के लिए. समुद्र के लिए, यदि इस चित्र को बस पलट दिया जाए तो संबंधित चित्र प्राप्त हो जाएगा।

मौन क्षेत्रों की उपस्थिति से सोनार के साथ पनडुब्बियों का पता लगाना मुश्किल हो जाता है, और अपवर्तन, जो ध्वनि तरंगों को नीचे की ओर विक्षेपित करता है, सतह के पास उनके प्रसार की सीमा को काफी सीमित कर देता है। हालाँकि, ऊपर की ओर अपवर्तन भी देखा जाता है। वह और अधिक सृजन कर सकती है अनुकूल परिस्थितियांसोनार के लिए.

ध्वनि तरंगों का हस्तक्षेप.

दो या का ओवरले अधिकतरंगों को तरंग व्यतिकरण कहा जाता है।

हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप खड़ी लहरें।

ऊपर चर्चा की गई स्थायी तरंगें हस्तक्षेप का एक विशेष मामला है। स्थिर तरंगें समान आयाम, चरण और आवृत्ति की विपरीत दिशाओं में प्रसारित होने वाली दो तरंगों के सुपरपोजिशन के परिणामस्वरूप बनती हैं।

एक खड़ी तरंग के एंटीनोड पर आयाम प्रत्येक तरंग के आयाम के दोगुने के बराबर होता है। चूँकि किसी तरंग की तीव्रता उसके आयाम के वर्ग के समानुपाती होती है, इसका मतलब है कि एंटीनोड पर तीव्रता प्रत्येक तरंग की तीव्रता का 4 गुना या दो तरंगों की कुल तीव्रता का 2 गुना है। यहां ऊर्जा संरक्षण के नियम का कोई उल्लंघन नहीं है, क्योंकि नोड्स पर तीव्रता शून्य है।

पिटाई।

विभिन्न आवृत्तियों की हार्मोनिक तरंगों का हस्तक्षेप भी संभव है। जब दो आवृत्तियों में थोड़ा अंतर होता है, तो तथाकथित धड़कनें घटित होती हैं। बीट्स ध्वनि के आयाम में परिवर्तन हैं जो मूल आवृत्तियों के अंतर के बराबर आवृत्ति पर होते हैं। चित्र में. चित्र 14 धड़कनों का एक ऑसिलोग्राम दिखाता है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि बीट आवृत्ति ध्वनि की आयाम मॉड्यूलेशन आवृत्ति है। हार्मोनिक सिग्नल के विरूपण के परिणामस्वरूप होने वाली अंतर आवृत्ति के साथ बीटिंग को भी भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।

दो स्वरों को एक सुर में ट्यून करते समय अक्सर बीट्स का उपयोग किया जाता है। आवृत्ति को तब तक समायोजित किया जाता है जब तक धड़कनें नहीं सुनी जा सकतीं। भले ही धड़कन की आवृत्ति बहुत छोटी हो, मानव कानध्वनि की मात्रा में आवधिक वृद्धि और कमी का पता लगाने में सक्षम। इसलिए, बीट्स ऑडियो रेंज में ट्यूनिंग का एक बहुत ही संवेदनशील तरीका है। यदि ट्यूनिंग सटीक नहीं है, तो आवृत्ति अंतर को एक सेकंड में बीट्स की संख्या की गणना करके कान द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। संगीत में, उच्च हार्मोनिक घटकों की धड़कन को कान द्वारा भी पहचाना जाता है, जिसका उपयोग पियानो को ट्यून करते समय किया जाता है।

ध्वनि तरंगों का अवशोषण.

ध्वनि तरंगों की तीव्रता उनके प्रसार के दौरान सदैव इसी कारण से कम हो जाती है निश्चित भागध्वनिक ऊर्जा नष्ट हो जाती है। ताप विनिमय, अंतरआण्विक संपर्क और आंतरिक घर्षण की प्रक्रियाओं के कारण ध्वनि तरंगें किसी भी माध्यम में अवशोषित हो जाती हैं। अवशोषण की तीव्रता ध्वनि तरंग की आवृत्ति और माध्यम के दबाव और तापमान जैसे अन्य कारकों पर निर्भर करती है।

किसी माध्यम में तरंग अवशोषण को मात्रात्मक रूप से अवशोषण गुणांक द्वारा दर्शाया जाता है ए. यह दर्शाता है कि प्रसार तरंग द्वारा तय की गई दूरी के आधार पर अतिरिक्त दबाव कितनी जल्दी कम हो जाता है। अतिरिक्त दबाव आयाम में कमी -D दोबारादूरी पार करते समय डी एक्सप्रारंभिक अतिरिक्त दबाव के आयाम के समानुपाती दोबाराऔर दूरी डी एक्स. इस प्रकार,

-डी पी.ई = एक पी ईडी एक्स.

उदाहरण के लिए, जब हम कहते हैं कि अवशोषण हानि 1 डीबी/एम है, तो इसका मतलब है कि 50 मीटर की दूरी पर ध्वनि दबाव स्तर 50 डीबी कम हो जाता है।

आंतरिक घर्षण और तापीय चालकता के कारण अवशोषण।

ध्वनि तरंग के प्रसार से जुड़े कणों की गति के दौरान माध्यम के विभिन्न कणों के बीच घर्षण अपरिहार्य है। द्रवों और गैसों में इस घर्षण को श्यानता कहते हैं। चिपचिपापन, जो ध्वनिक तरंग ऊर्जा को गर्मी में अपरिवर्तनीय रूपांतरण का कारण बनता है, गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि के अवशोषण का मुख्य कारण है।

इसके अलावा, गैसों और तरल पदार्थों में अवशोषण तरंग में संपीड़न के दौरान गर्मी के नुकसान के कारण होता है। हम पहले ही कह चुके हैं कि जब कोई तरंग गुजरती है, तो संपीड़न चरण में गैस गर्म हो जाती है। इस तेज़ गति वाली प्रक्रिया में, गर्मी को आमतौर पर गैस के अन्य क्षेत्रों या बर्तन की दीवारों तक स्थानांतरित होने का समय नहीं मिलता है। लेकिन वास्तव में, यह प्रक्रिया अपूर्ण है, और जारी तापीय ऊर्जा का कुछ हिस्सा सिस्टम छोड़ देता है। यह तापीय चालकता के कारण ध्वनि अवशोषण से जुड़ा है। यह अवशोषण गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में संपीड़न तरंगों में होता है।

ध्वनि अवशोषण, चिपचिपाहट और तापीय चालकता दोनों के कारण, आम तौर पर आवृत्ति के वर्ग के साथ बढ़ता है। इस प्रकार, उच्च-आवृत्ति ध्वनियाँ कम-आवृत्ति ध्वनियों की तुलना में अधिक दृढ़ता से अवशोषित होती हैं। उदाहरण के लिए, जब सामान्य दबावऔर तापमान, हवा में 5 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर अवशोषण गुणांक (दोनों तंत्रों के कारण) लगभग 3 डीबी/किमी है। चूँकि अवशोषण आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होता है, 50 kHz पर अवशोषण गुणांक 300 dB/km होगा।

ठोस पदार्थों में अवशोषण.

तापीय चालकता और चिपचिपाहट के कारण ध्वनि अवशोषण का तंत्र, जो गैसों और तरल पदार्थों में होता है, ठोस पदार्थों में भी संरक्षित होता है। हालाँकि, यहाँ इसमें नए अवशोषण तंत्र जोड़े गए हैं। वे ठोस पदार्थों की संरचना में दोषों से जुड़े हैं। तथ्य यह है कि पॉलीक्रिस्टलाइन कठोर सामग्रीछोटे क्रिस्टलीय से मिलकर बनता है; जब ध्वनि उनके बीच से गुजरती है, तो विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं, जिससे ध्वनि ऊर्जा का अवशोषण होता है। ध्वनि क्रिस्टलीयों की सीमाओं पर भी बिखरी हुई है। इसके अलावा, एकल क्रिस्टल में भी अव्यवस्था जैसे दोष होते हैं जो ध्वनि अवशोषण में योगदान करते हैं। अव्यवस्थाएं परमाणु विमानों के समन्वय का उल्लंघन हैं। जब एक ध्वनि तरंग परमाणु कंपन का कारण बनती है, तो अव्यवस्थाएं विस्थापित हो जाती हैं और फिर अपनी मूल स्थिति में लौट आती हैं, जिससे आंतरिक घर्षण के कारण ऊर्जा नष्ट हो जाती है।

अव्यवस्थाओं के कारण अवशोषण बताता है, विशेष रूप से, सीसे से बनी घंटी क्यों नहीं बजती। सीसा एक नरम धातु है जिसमें बहुत अधिक अव्यवस्थाएं होती हैं और इसलिए इसमें होने वाले ध्वनि कंपन बहुत तेजी से क्षय होते हैं। लेकिन तरल हवा से ठंडा करने पर यह अच्छी तरह बजेगा। कम तापमान पर, अव्यवस्थाएं एक निश्चित स्थिति में "जमी" होती हैं, और इसलिए हिलती नहीं हैं और ध्वनि ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित नहीं करती हैं।

संगीत ध्वनिकी

संगीतमय ध्वनियाँ.

संगीत ध्वनिकी संगीतमय ध्वनियों की विशेषताओं, हम उन्हें कैसे समझते हैं उससे संबंधित उनकी विशेषताओं और ध्वनि के तंत्र का अध्ययन करता है। संगीत वाद्ययंत्र.

संगीतमय ध्वनि, या स्वर, एक आवधिक ध्वनि है, अर्थात। उतार-चढ़ाव जो एक निश्चित अवधि के बाद बार-बार दोहराए जाते हैं। यह ऊपर कहा गया था कि आवधिक ध्वनि को उन आवृत्तियों के साथ दोलनों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है जो मौलिक आवृत्ति के गुणक हैं एफ: 2एफ, 3एफ, 4एफवगैरह। यह भी नोट किया गया कि कंपन करने वाले तार और वायु स्तंभ संगीतमय ध्वनियाँ उत्पन्न करते हैं।

संगीत की ध्वनियाँ तीन तरह से भिन्न होती हैं: मात्रा, पिच और समय। ये सभी संकेतक व्यक्तिपरक हैं, लेकिन इन्हें मापने योग्य मूल्यों से जोड़ा जा सकता है। प्रबलता मुख्य रूप से ध्वनि की तीव्रता से संबंधित है; किसी ध्वनि की पिच, जो संगीत संरचना में उसकी स्थिति को दर्शाती है, स्वर की आवृत्ति से निर्धारित होती है; वह समय जिसके द्वारा एक उपकरण या आवाज दूसरे से भिन्न होती है, हार्मोनिक्स में ऊर्जा के वितरण और समय के साथ इस वितरण में परिवर्तन की विशेषता है।

ध्वनि की पिच.

संगीतमय ध्वनि की पिच का आवृत्ति से गहरा संबंध है, लेकिन यह उसके समान नहीं है, क्योंकि पिच का मूल्यांकन व्यक्तिपरक है।

उदाहरण के लिए, यह स्थापित किया गया है कि एकल-आवृत्ति ध्वनि की ऊंचाई का आकलन कुछ हद तक उसके वॉल्यूम स्तर पर निर्भर करता है। आयतन में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ, मान लीजिए 40 डीबी, स्पष्ट आवृत्ति 10% तक कम हो सकती है। व्यवहार में, ज़ोर की आवाज़ पर यह निर्भरता कोई मायने नहीं रखती, क्योंकि संगीतमय ध्वनियाँ एकल-आवृत्ति ध्वनि की तुलना में बहुत अधिक जटिल होती हैं।

पिच और आवृत्ति के बीच संबंध का प्रश्न अधिक मौलिक है: यदि संगीतमय ध्वनियाँ हार्मोनिक्स से बनी हैं, तो कथित पिच किस आवृत्ति से जुड़ी है? यह पता चला है कि यह वह आवृत्ति नहीं हो सकती है जो अधिकतम ऊर्जा से मेल खाती है, और न ही स्पेक्ट्रम में सबसे कम आवृत्ति। उदाहरण के लिए, 200, 300, 400 और 500 हर्ट्ज की आवृत्तियों के सेट से युक्त एक संगीतमय ध्वनि को 100 हर्ट्ज की पिच वाली ध्वनि के रूप में माना जाता है। अर्थात्, ध्वनि की पिच हार्मोनिक श्रृंखला की मौलिक आवृत्ति से जुड़ी होती है, भले ही वह ध्वनि स्पेक्ट्रम में न हो। सच है, अक्सर मौलिक आवृत्ति स्पेक्ट्रम में एक डिग्री या किसी अन्य तक मौजूद होती है।

किसी ध्वनि की पिच और उसकी आवृत्ति के बीच संबंध के बारे में बोलते हुए, हमें विशेषताओं के बारे में नहीं भूलना चाहिए मानव अंगसुनवाई यह एक विशेष ध्वनिक रिसीवर है जो अपनी विकृतियों का परिचय देता है (इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि सुनने के मनोवैज्ञानिक और व्यक्तिपरक पहलू हैं)। कान कुछ आवृत्तियों की पहचान करने में सक्षम है; इसके अलावा, इसमें ध्वनि तरंग अरेखीय विकृतियों से गुजरती है। आवृत्ति चयनात्मकता ध्वनि की तीव्रता और उसकी तीव्रता के बीच अंतर के कारण होती है (चित्र 9)। अरेखीय विकृतियों की व्याख्या करना अधिक कठिन है, जो मूल सिग्नल में अनुपस्थित आवृत्तियों की उपस्थिति में व्यक्त होती हैं। कान की प्रतिक्रिया की गैर-रैखिकता इसके विभिन्न तत्वों की गति की विषमता के कारण होती है।

एक अरेखीय प्राप्त प्रणाली की एक विशेषता यह है कि जब यह एक आवृत्ति के साथ ध्वनि से उत्तेजित होती है एफइसमें 1 हार्मोनिक ओवरटोन उत्तेजित होते हैं 2 एफ 1 , 3एफ 1,..., और कुछ मामलों में प्रकार 1/2 के सबहार्मोनिक्स भी एफ 1 . इसके अलावा, जब दो आवृत्तियों के साथ एक गैर-रेखीय प्रणाली का उत्तेजना होता है एफ 1 और एफ 2 इसमें योग और अंतर आवृत्तियाँ उत्तेजित होती हैं एफ 1 + एफ 2 और एफ 1 - एफ 2. प्रारंभिक दोलनों का आयाम जितना अधिक होगा, "अतिरिक्त" आवृत्तियों का योगदान उतना ही अधिक होगा।

इस प्रकार, कान की ध्वनिक विशेषताओं की गैर-रैखिकता के कारण, ध्वनि में मौजूद नहीं होने वाली आवृत्तियाँ प्रकट हो सकती हैं। ऐसी आवृत्तियों को व्यक्तिपरक स्वर कहा जाता है। आइए मान लें कि ध्वनि में 200 और 250 हर्ट्ज आवृत्तियों के शुद्ध स्वर शामिल हैं। प्रतिक्रिया की गैर-रैखिकता के कारण, अतिरिक्त आवृत्तियाँ दिखाई देंगी: 250 - 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2ґ 200 = 400, 2ґ 250 = 500 हर्ट्ज, आदि। श्रोता को ऐसा प्रतीत होगा कि ध्वनि में संयोजन आवृत्तियों का एक पूरा सेट है, लेकिन उनकी उपस्थिति वास्तव में कान की अरेखीय प्रतिक्रिया के कारण होती है। जब एक संगीतमय ध्वनि में मौलिक आवृत्ति और उसके हार्मोनिक्स शामिल होते हैं, तो यह स्पष्ट है कि मौलिक आवृत्ति को अंतर आवृत्तियों द्वारा प्रभावी ढंग से बढ़ाया जाता है।

सच है, जैसा कि अध्ययनों से पता चला है, व्यक्तिपरक आवृत्तियाँ तभी उत्पन्न होती हैं जब मूल सिग्नल का आयाम पर्याप्त रूप से बड़ा होता है। इसलिए, यह संभव है कि अतीत में संगीत में व्यक्तिपरक आवृत्तियों की भूमिका को बहुत बढ़ा-चढ़ाकर पेश किया गया हो।

संगीत के मानक और संगीत की पिच का माप।

संगीत के इतिहास में, विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनियों को मौलिक स्वर के रूप में लिया गया जो संपूर्ण संगीत संरचना को निर्धारित करता है। अब पहले सप्तक के नोट "ए" के लिए आम तौर पर स्वीकृत आवृत्ति 440 हर्ट्ज है। लेकिन पहले यह 400 से 462 हर्ट्ज तक था।

किसी ध्वनि की पिच निर्धारित करने का पारंपरिक तरीका इसकी तुलना एक मानक ट्यूनिंग कांटा के स्वर से करना है। मानक से दी गई ध्वनि की आवृत्ति का विचलन धड़कनों की उपस्थिति से आंका जाता है। ट्यूनिंग फोर्क्स का उपयोग आज भी किया जाता है, हालाँकि अब ध्वनि की पिच निर्धारित करने के लिए अधिक सुविधाजनक उपकरण हैं, जैसे एक मानक स्थिर आवृत्ति जनरेटर (क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर के साथ), जिसे संपूर्ण ऑडियो रेंज के भीतर आसानी से ट्यून किया जा सकता है। सच है, ऐसे उपकरण का सटीक अंशांकन काफी कठिन है।

पिच को मापने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली स्ट्रोबोस्कोपिक विधि है जिसमें एक संगीत वाद्ययंत्र की ध्वनि स्ट्रोबोस्कोपिक लैंप की चमक की आवृत्ति निर्धारित करती है। लैंप एक ज्ञात आवृत्ति पर घूमने वाली डिस्क पर पैटर्न को रोशन करता है, और टोन की मौलिक आवृत्ति स्ट्रोबोस्कोपिक प्रकाश व्यवस्था के तहत डिस्क पर पैटर्न की गति की स्पष्ट आवृत्ति से निर्धारित होती है।

कान पिच में बदलाव के प्रति बहुत संवेदनशील है, लेकिन इसकी संवेदनशीलता आवृत्ति पर निर्भर करती है। यह श्रव्यता की निचली सीमा के निकट अधिकतम है। यहां तक ​​कि अप्रशिक्षित कान भी 500 से 5000 हर्ट्ज की सीमा में केवल 0.3% की आवृत्ति अंतर का पता लगा सकता है। प्रशिक्षण से संवेदनशीलता बढ़ाई जा सकती है। संगीतकारों के पास पिच की बहुत विकसित समझ होती है, लेकिन यह हमेशा एक संदर्भ ऑसिलेटर द्वारा उत्पादित शुद्ध स्वर की आवृत्ति निर्धारित करने में सहायक नहीं होती है। इससे पता चलता है कि कान द्वारा ध्वनि की आवृत्ति निर्धारित करते समय, इसका समय एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

टिम्ब्रे।

टिम्ब्रे संगीत ध्वनियों की उन विशेषताओं को संदर्भित करता है जो संगीत वाद्ययंत्रों और आवाज़ों को उनकी अद्वितीय विशिष्टता प्रदान करते हैं, यहां तक ​​कि समान पिच और मात्रा की ध्वनियों की तुलना करने पर भी। यह, इसलिए कहा जाए तो, ध्वनि की गुणवत्ता है।

टिम्बरे ध्वनि की आवृत्ति स्पेक्ट्रम और समय के साथ इसके परिवर्तनों पर निर्भर करता है। यह कई कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है: ओवरटोन पर ऊर्जा का वितरण, ध्वनि प्रकट होने या बंद होने के समय उत्पन्न होने वाली आवृत्तियाँ (तथाकथित संक्रमण स्वर) और उनका क्षीणन, साथ ही ध्वनि का धीमा आयाम और आवृत्ति मॉड्यूलेशन ( "वाइब्रेटो")

ओवरटोन तीव्रता.

आइए एक तनी हुई डोरी पर विचार करें, जो अपने मध्य भाग में खींचकर उत्तेजित होती है (चित्र 15, ए). चूँकि सभी सम हार्मोनिक्स के बीच में नोड्स होते हैं, वे अनुपस्थित होंगे, और दोलनों में मौलिक आवृत्ति के विषम हार्मोनिक्स शामिल होंगे एफ 1 = वी/2एल, कहाँ वी -स्ट्रिंग में तरंग की गति, और एल- इसकी लंबाई. इस प्रकार, केवल आवृत्तियाँ मौजूद रहेंगी एफ 1 , 3एफ 1 , 5एफ 1, आदि इन हार्मोनिक्स के सापेक्ष आयाम चित्र में दिखाए गए हैं। 15, बी.

यह उदाहरण हमें निम्नलिखित महत्वपूर्ण कार्य करने की अनुमति देता है सामान्य निष्कर्ष. एक गुंजयमान प्रणाली के हार्मोनिक्स का सेट इसके विन्यास से निर्धारित होता है, और हार्मोनिक्स के बीच ऊर्जा का वितरण उत्तेजना विधि पर निर्भर करता है। जब कोई स्ट्रिंग उत्तेजित होती है, तो उसके मध्य में मौलिक आवृत्ति हावी हो जाती है और सम हार्मोनिक्स पूरी तरह से दब जाते हैं। यदि डोरी को उसके मध्य भाग में स्थिर कर कहीं और खींच दिया जाए तो मौलिक आवृत्ति एवं विषम हार्मोनिक्स दब जाएंगे।

यह सब अन्य प्रसिद्ध संगीत वाद्ययंत्रों पर लागू होता है, हालाँकि विवरण बहुत भिन्न हो सकते हैं। ध्वनि उत्सर्जित करने के लिए वाद्ययंत्रों में आमतौर पर एक वायु गुहा, साउंडबोर्ड या हॉर्न होता है। यह सब ओवरटोन की संरचना और फॉर्मेंट की उपस्थिति को निर्धारित करता है।

फॉर्मेंट।

जैसा कि ऊपर कहा गया है, संगीत वाद्ययंत्रों की ध्वनि गुणवत्ता हार्मोनिक्स के बीच ऊर्जा के वितरण पर निर्भर करती है। जब कई उपकरणों और विशेष रूप से मानव आवाज की पिच बदलती है, तो हार्मोनिक्स का वितरण बदल जाता है ताकि मौलिक ओवरटोन हमेशा लगभग एक ही आवृत्ति रेंज में स्थित हों, जिसे फॉर्मेंट रेंज कहा जाता है। फॉर्मेंट के अस्तित्व का एक कारण ध्वनि को बढ़ाने के लिए गुंजयमान तत्वों का उपयोग है, जैसे कि साउंडबोर्ड और एयर रेज़ोनेटर। प्राकृतिक अनुनादों की चौड़ाई आमतौर पर बड़ी होती है, जिसके कारण संबंधित आवृत्तियों पर विकिरण दक्षता अधिक होती है। पीतल के वाद्ययंत्रों के लिए, फॉर्मेंट उस घंटी से निर्धारित होते हैं जिससे ध्वनि निकलती है। फॉर्मेंट रेंज के भीतर ओवरटोन पर हमेशा जोर दिया जाता है, क्योंकि वे अधिकतम ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं। फॉर्मेंट बड़े पैमाने पर विशेषता निर्धारित करते हैं गुणवत्ता सुविधाएँकिसी वाद्य यंत्र या आवाज की ध्वनि।

समय के साथ बदलते स्वर.

किसी भी वाद्ययंत्र का स्वर शायद ही कभी समय के साथ स्थिर रहता है, और समय का इससे महत्वपूर्ण संबंध है। यहां तक ​​कि जब उपकरण एक लंबे नोट को बनाए रखता है, तब भी आवृत्ति और आयाम का थोड़ा आवधिक मॉड्यूलेशन होता है जो ध्वनि को समृद्ध करता है - "वाइब्रेटो"। यह विशेष रूप से वायलिन और मानव आवाज जैसे तार वाले वाद्ययंत्रों के लिए सच है।

कई उपकरणों के लिए, उदाहरण के लिए पियानो, ध्वनि की अवधि ऐसी होती है कि एक स्थिर स्वर बनने का समय नहीं होता है - उत्तेजित ध्वनि तेजी से बढ़ती है, और फिर जल्दी ही कम हो जाती है। चूँकि ओवरटोन क्षीणन आमतौर पर आवृत्ति-निर्भर प्रभावों (जैसे ध्वनिक विकिरण) के कारण होता है, यह स्पष्ट है कि ओवरटोन का वितरण टोन की ध्वनि के दौरान बदलता रहता है।

कुछ उपकरणों के लिए समय के साथ स्वर में परिवर्तन की प्रकृति (ध्वनि की वृद्धि और गिरावट की गति) को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 18. जैसा कि देखना आसान है, स्ट्रिंग वाद्ययंत्रों (प्लक्ड और कीबोर्ड) में वस्तुतः कोई स्थिर स्वर नहीं होता है। ऐसे मामलों में, हम केवल सशर्त रूप से ओवरटोन के स्पेक्ट्रम के बारे में बात कर सकते हैं, क्योंकि समय के साथ ध्वनि तेजी से बदलती है। उत्थान और पतन विशेषताएँ भी ऐसे उपकरणों के समय का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं।

संक्रमणकालीन स्वर.

किसी स्वर की हार्मोनिक संरचना आमतौर पर तेजी से बदलती है छोटी अवधिध्वनि उत्तेजित होने के बाद. उन उपकरणों में जिनमें तारों को पीटने या छेड़ने से ध्वनि उत्तेजित होती है, उच्च हार्मोनिक्स (साथ ही कई गैर-हार्मोनिक घटकों) के कारण ऊर्जा ध्वनि शुरू होने के तुरंत बाद अधिकतम होती है, और एक सेकंड के विभाजन के बाद ये आवृत्तियाँ समाप्त हो जाती हैं बाहर। ऐसी ध्वनियाँ, जिन्हें संक्रमणकालीन कहा जाता है, वाद्ययंत्र की ध्वनि को एक विशिष्ट रंग देती हैं। पियानो में, वे एक तार पर हथौड़े से प्रहार करने की क्रिया के कारण होते हैं। कभी-कभी समान ओवरटोन संरचना वाले संगीत वाद्ययंत्रों को केवल उनके संक्रमणकालीन स्वरों से ही पहचाना जा सकता है।

संगीत वाद्ययंत्रों की ध्वनि

संगीतमय ध्वनियों को कई तरीकों से उत्तेजित और संशोधित किया जा सकता है, यही कारण है कि संगीत वाद्ययंत्र विभिन्न आकारों में आते हैं। वाद्य यंत्रों का निर्माण और सुधार अधिकांशतः स्वयं संगीतकारों और कुशल कारीगरों द्वारा किया जाता था, जिनका सहारा नहीं लिया जाता था वैज्ञानिक सिद्धांत. इसलिए, उदाहरण के लिए, ध्वनिक विज्ञान यह नहीं समझा सकता कि वायलिन का आकार ऐसा क्यों होता है। हालाँकि, इसके आधार पर वायलिन के ध्वनि गुणों का वर्णन करना काफी संभव है सामान्य सिद्धांतोंइस पर गेम और इसके डिज़ाइन।

किसी उपकरण की आवृत्ति रेंज आमतौर पर उसके मौलिक स्वरों की आवृत्तियों की सीमा को संदर्भित करती है। मानव आवाज लगभग दो सप्तक तक फैली होती है, और एक संगीत वाद्ययंत्र कम से कम तीन (एक बड़ा अंग दस तक फैला होता है) तक फैला होता है। ज्यादातर मामलों में, ओवरटोन श्रव्य सीमा के बिल्कुल किनारे तक विस्तारित होते हैं।

संगीत वाद्ययंत्रों के तीन मुख्य भाग होते हैं: एक कंपन करने वाला तत्व, इसे उत्तेजित करने के लिए एक तंत्र, और कंपन करने वाले तत्व और आसपास की हवा के बीच ध्वनिक संचार के लिए एक सहायक अनुनादक (हॉर्न या साउंडबोर्ड)।

संगीतमय ध्वनि समय में आवधिक होती है, और आवधिक ध्वनियों में हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला होती है। चूंकि तारों और एक निश्चित लंबाई के वायु स्तंभों के कंपन की प्राकृतिक आवृत्तियां एक-दूसरे से सामंजस्यपूर्ण रूप से संबंधित होती हैं, कई उपकरणों में मुख्य कंपन तत्व तार और वायु स्तंभ होते हैं। कुछ अपवादों को छोड़कर (बांसुरी उनमें से एक है), वाद्ययंत्र एकल-आवृत्ति ध्वनि उत्पन्न नहीं कर सकते। जब मुख्य वाइब्रेटर उत्तेजित होता है, तो ओवरटोन युक्त ध्वनि प्रकट होती है। कुछ वाइब्रेटरों के लिए, गुंजयमान आवृत्तियाँ हार्मोनिक घटक नहीं हैं। इस प्रकार के वाद्ययंत्रों (उदाहरण के लिए, ड्रम और झांझ) का उपयोग आर्केस्ट्रा संगीत में विशेष अभिव्यक्ति के लिए और लय पर जोर देने के लिए किया जाता है, लेकिन मधुर विकास के लिए नहीं।

तारवाला बाजा।

कंपन करने वाली स्ट्रिंग स्वयं एक खराब ध्वनि उत्सर्जक है, और इसलिए ध्यान देने योग्य तीव्रता की ध्वनि को उत्तेजित करने के लिए स्ट्रिंग उपकरण में एक अतिरिक्त अनुनादक होना चाहिए। यह हवा की एक बंद मात्रा, एक साउंडबोर्ड या दोनों का संयोजन हो सकता है। वाद्ययंत्र का ध्वनि चरित्र तारों के उत्तेजित होने के तरीके से भी निर्धारित होता है।

हमने पहले देखा कि लंबाई की एक निश्चित स्ट्रिंग के कंपन की मौलिक आवृत्ति एलअभिव्यक्ति द्वारा दिया गया है

कहाँ टीस्ट्रिंग का तनाव बल है, और आर एल- स्ट्रिंग की प्रति इकाई लंबाई का द्रव्यमान। इसलिए, हम आवृत्ति को तीन तरीकों से बदल सकते हैं: लंबाई, तनाव या द्रव्यमान को बदलकर। कई उपकरण समान लंबाई की छोटी संख्या में तारों का उपयोग करते हैं, जिनकी मूलभूत आवृत्तियों को तनाव और द्रव्यमान के उचित चयन द्वारा निर्धारित किया जाता है। अन्य आवृत्तियाँ अपनी उंगलियों से स्ट्रिंग की लंबाई को छोटा करके प्राप्त की जाती हैं।

अन्य वाद्ययंत्रों, जैसे कि पियानो, में प्रत्येक नोट के लिए कई पूर्व-ट्यून किए गए तारों में से एक होता है। पियानो को ट्यून करना, जहां फ़्रीक्वेंसी रेंज बड़ी है, कोई आसान काम नहीं है, खासकर कम फ़्रीक्वेंसी क्षेत्र में। सभी पियानो तारों का तनाव बल लगभग समान (लगभग 2 kN) होता है, और तारों की लंबाई और मोटाई को बदलकर विभिन्न प्रकार की आवृत्तियाँ प्राप्त की जाती हैं।

किसी तार वाले वाद्ययंत्र को छेड़ना (उदाहरण के लिए, वीणा या बैंजो पर), बजाकर (पियानो पर), या धनुष का उपयोग करके (वायलिन परिवार के संगीत वाद्ययंत्रों के मामले में) किया जा सकता है। सभी मामलों में, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, हार्मोनिक्स की संख्या और उनका आयाम स्ट्रिंग के उत्तेजना की विधि पर निर्भर करता है।

पियानो.

ऐसे वाद्ययंत्र का एक विशिष्ट उदाहरण जहां तार को ठोकने से उत्तेजित होता है वह है पियानो। उपकरण का बड़ा साउंडबोर्ड फॉर्मेंट की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है, इसलिए किसी भी उत्साहित नोट के लिए इसका समय बहुत समान है। मुख्य फॉर्मेंट 400-500 हर्ट्ज के आसपास आवृत्तियों पर चरम पर होते हैं, और कम आवृत्तियों पर स्वर विशेष रूप से हार्मोनिक्स में समृद्ध होते हैं, मौलिक आवृत्ति का आयाम कुछ ओवरटोन की तुलना में छोटा होता है। एक पियानो में, सबसे छोटे तारों को छोड़कर सभी तारों पर हथौड़े को उसके एक सिरे से तार की लंबाई के 1/7 भाग पर स्थित एक बिंदु पर मारा जाता है। यह आमतौर पर इस तथ्य से समझाया जाता है कि इस मामले में सातवां हार्मोनिक, मौलिक आवृत्ति के संबंध में असंगत, काफी हद तक दबा हुआ है। लेकिन हथौड़े की सीमित चौड़ाई के कारण सातवें के पास स्थित अन्य हार्मोनिक्स भी दब जाते हैं।

वायलिन परिवार.

वायलिन परिवार के वाद्ययंत्रों में, धनुष द्वारा लंबी ध्वनियाँ उत्पन्न की जाती हैं, जिसकी सहायता से तार पर एक परिवर्तनशील प्रेरक बल लगाया जाता है, जो तार के कंपन को बनाए रखता है। गतिशील धनुष की क्रिया के तहत, डोरी को घर्षण के कारण एक ओर खींचा जाता है जब तक कि तनाव बल में वृद्धि के कारण यह टूट न जाए। प्रारंभिक स्थिति में लौटते हुए, वह फिर से धनुष से दूर हो जाती है। इस प्रक्रिया को दोहराया जाता है ताकि एक आवधिक बाहरी बल स्ट्रिंग पर कार्य करे।

बढ़ते आकार और घटती आवृत्ति सीमा के क्रम में, मुख्य झुके हुए तार वाले वाद्ययंत्रों को निम्नानुसार व्यवस्थित किया जाता है: वायलिन, वायोला, सेलो, डबल बास। इन उपकरणों की आवृत्ति स्पेक्ट्रा विशेष रूप से ओवरटोन में समृद्ध है, जो निस्संदेह उनकी ध्वनि को विशेष गर्मी और अभिव्यक्ति प्रदान करती है। वायलिन परिवार में, कंपन करने वाली स्ट्रिंग ध्वनिक रूप से वायु गुहा और उपकरण के शरीर से जुड़ी होती है, जो मुख्य रूप से फॉर्मेंट की संरचना निर्धारित करती है, जो बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज पर कब्जा करती है। वायलिन परिवार के बड़े प्रतिनिधियों के पास फॉर्मेंट का एक सेट कम आवृत्ति क्षेत्र में स्थानांतरित हो गया है। इसलिए, वायलिन परिवार के दो वाद्ययंत्रों पर बजाया जाने वाला एक ही स्वर ओवरटोन की संरचना में अंतर के कारण एक अलग समय रंग प्राप्त कर लेता है।

वायलिन के शरीर के आकार के कारण इसकी प्रतिध्वनि 500 ​​हर्ट्ज़ के करीब होती है। जब कोई ऐसा नोट बजाया जाता है जिसकी आवृत्ति इस मान के करीब होती है, तो एक अवांछित कंपन वाली ध्वनि उत्पन्न हो सकती है जिसे "वुल्फ टोन" कहा जाता है। वायलिन बॉडी के अंदर वायु गुहा की भी अपनी गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं, जिनमें से मुख्य 400 हर्ट्ज के करीब स्थित होती है। अपने विशेष आकार के कारण, वायलिन में निकट दूरी पर असंख्य प्रतिध्वनियाँ होती हैं। वे सभी, भेड़िया स्वर को छोड़कर, निकाले गए ध्वनि के समग्र स्पेक्ट्रम में बहुत अधिक खड़े नहीं होते हैं।

हवा उपकरण।

वुडविंड यंत्र.

सीमित लंबाई के एक बेलनाकार पाइप में हवा के प्राकृतिक कंपन पर पहले चर्चा की गई थी। प्राकृतिक आवृत्तियाँ हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला बनाती हैं, जिसकी मौलिक आवृत्ति पाइप की लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती होती है। वायु वाद्ययंत्रों में संगीतमय ध्वनियाँ वायु के एक स्तंभ की गुंजयमान उत्तेजना के कारण उत्पन्न होती हैं।

वायु कंपन या तो अनुनादक दीवार के तेज किनारे पर पड़ने वाली वायु धारा में कंपन से या वायु प्रवाह में रीड की लचीली सतह के कंपन से उत्तेजित होते हैं। दोनों ही मामलों में, टूल बैरल के स्थानीय क्षेत्र में आवधिक दबाव परिवर्तन होते हैं।

उत्तेजना के इन तरीकों में से पहला "एज टोन" की उपस्थिति पर आधारित है। जब हवा की एक धारा तेज धार वाली पच्चर के आकार की बाधा से टूटकर अंतराल से निकलती है, तो समय-समय पर भंवर उठते हैं, पहले एक तरफ, फिर पच्चर के दूसरी तरफ। वायु प्रवाह की गति जितनी अधिक होगी, उनके गठन की आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी। यदि इस तरह के उपकरण को ध्वनिक रूप से एक प्रतिध्वनि वाले वायु स्तंभ से जोड़ा जाता है, तो किनारे के स्वर की आवृत्ति को वायु स्तंभ की गुंजयमान आवृत्ति द्वारा "कैप्चर" किया जाता है, अर्थात। भंवर गठन की आवृत्ति वायु स्तंभ द्वारा निर्धारित की जाती है। ऐसी परिस्थितियों में, वायु स्तंभ की मौलिक आवृत्ति तभी उत्तेजित होती है जब वायु प्रवाह की गति एक निश्चित न्यूनतम मान से अधिक हो जाती है। इस मान से अधिक गति की एक निश्चित सीमा में, एज टोन की आवृत्ति इस मौलिक आवृत्ति के बराबर होती है। और भी अधिक वायु प्रवाह गति पर (जिस पर किनारे की आवृत्ति, अनुनादक के साथ कनेक्शन की अनुपस्थिति में, अनुनादक के दूसरे हार्मोनिक के बराबर होगी), किनारे की आवृत्ति दोगुनी हो जाती है और टोन की पिच संपूर्ण प्रणाली द्वारा उत्सर्जित उत्सर्जन एक सप्तक उच्चतर हो जाता है। इसे ओवरब्लोइंग कहा जाता है.

ऑर्गन, बांसुरी और पिकोलो जैसे वाद्ययंत्रों में एज टोन वायु स्तंभों को उत्तेजित करते हैं। बांसुरी बजाते समय, वादक एक छोर के पास साइड होल में फूंक मारकर किनारे के स्वर को उत्तेजित करता है। डी और ऊपर से एक सप्तक के नोट्स, बैरल की प्रभावी लंबाई को बदलकर, सामान्य किनारे टोन के साथ साइड छेद खोलकर उत्पन्न किए जाते हैं। ओवरब्लोइंग से उच्च सप्तक प्राप्त होते हैं।

पवन उपकरण की ध्वनि को उत्तेजित करने का एक अन्य तरीका एक दोलनशील रीड के साथ वायु प्रवाह को समय-समय पर बाधित करने पर आधारित है, जिसे रीड कहा जाता है, क्योंकि यह रीड से बना होता है। इस विधि का उपयोग विभिन्न वुडविंड और पीतल के उपकरणों में किया जाता है। एकल रीड के साथ विकल्प मौजूद हैं (उदाहरण के लिए, शहनाई, सैक्सोफोन और अकॉर्डियन-प्रकार के उपकरणों में) और एक सममित डबल रीड के साथ (उदाहरण के लिए, ओबो और बैसून में)। दोनों मामलों में, दोलन प्रक्रिया समान है: हवा को एक संकीर्ण अंतराल के माध्यम से उड़ाया जाता है, जिसमें बर्नौली के नियम के अनुसार दबाव कम हो जाता है। बेंत को गैप में खींच लिया जाता है और उसे बंद कर दिया जाता है। प्रवाह की अनुपस्थिति में, लोचदार बेंत सीधा हो जाता है और प्रक्रिया दोहराई जाती है।

वायु वाद्ययंत्रों में, बांसुरी की तरह, पैमाने के स्वरों का चयन पार्श्व छिद्रों को खोलकर और फूंक मारकर किया जाता है।

एक तुरही के विपरीत जो दोनों सिरों पर खुली होती है, जिसमें ओवरटोन की पूरी श्रृंखला होती है, एक तुरही जो केवल एक छोर पर खुली होती है उसमें केवल अजीब हार्मोनिक्स होते हैं ( सेमी. उच्च). यह शहनाई का विन्यास है, और इसलिए इसके सम हार्मोनिक्स कमजोर रूप से व्यक्त किए जाते हैं। शहनाई में ओवरब्लोइंग मुख्य आवृत्ति की तुलना में 3 गुना अधिक आवृत्ति पर होती है।

ओबो में, दूसरा हार्मोनिक काफी तीव्र है। यह शहनाई से इस मायने में भिन्न है कि इसका बोर आकार में शंक्वाकार है, जबकि शहनाई में बोर का क्रॉस-सेक्शन इसकी अधिकांश लंबाई पर स्थिर रहता है। एक बेलनाकार पाइप की तुलना में शंक्वाकार बैरल में कंपन की आवृत्तियों की गणना करना अधिक कठिन होता है, लेकिन अभी भी ओवरटोन की एक पूरी श्रृंखला होती है। इस मामले में, एक बंद संकीर्ण सिरे वाले शंक्वाकार पाइप की कंपन आवृत्तियाँ दोनों सिरों पर खुले बेलनाकार पाइप के समान होती हैं।

पीतल के उपकरण।

हॉर्न, तुरही, कॉर्नेट-ए-पिस्टन, ट्रॉम्बोन, बिगुल और टुबा सहित पीतल के वाद्ययंत्र होठों से उत्तेजित होते हैं, जो एक विशेष आकार के मुखपत्र के साथ संयुक्त होने पर, डबल रीड की क्रिया के समान होते हैं। रोमांचक ध्वनि के समय हवा का दबाव वुडविंड की तुलना में यहां बहुत अधिक होता है। पीतल की हवाओं में आम तौर पर एक बेलनाकार और शंक्वाकार खंड के साथ एक धातु बैरल होता है, जो एक घंटी में समाप्त होता है। हार्मोनिक्स का पूर्ण स्पेक्ट्रम प्रदान करने के लिए अनुभागों का चयन किया जाता है। बैरल की कुल लंबाई एक पाइप के लिए 1.8 मीटर से लेकर एक ट्यूब के लिए 5.5 मीटर तक होती है। ट्यूब को संचालन में आसानी के लिए घोंघे के आकार में पेंच किया गया है, न कि ध्वनिक कारणों से।

एक निश्चित बैरल लंबाई के साथ, कलाकार के पास केवल बैरल की प्राकृतिक आवृत्तियों द्वारा निर्धारित नोट्स होते हैं (और मौलिक आवृत्ति आमतौर पर "अनप्लकेबल" होती है), और मुखपत्र में वायु दबाव बढ़ने से उच्च हार्मोनिक्स उत्तेजित होते हैं। इस प्रकार, एक निश्चित लंबाई के बिगुल पर आप केवल कुछ नोट्स (दूसरा, तीसरा, चौथा, पांचवां और छठा हार्मोनिक्स) बजा सकते हैं। अन्य पीतल के उपकरणों पर, बैरल की लंबाई को बदलकर हार्मोनिक्स के बीच की आवृत्तियों को लिया जाता है। ट्रॉम्बोन इस अर्थ में अद्वितीय है, इसकी बैरल की लंबाई वापस लेने योग्य यू-आकार की स्लाइड के सुचारू आंदोलन द्वारा नियंत्रित होती है। संपूर्ण पैमाने के नोटों की गणना सात द्वारा सुनिश्चित की जाती है विभिन्न पदबैरल के उत्तेजित स्वर में बदलाव के साथ दृश्य। अन्य पीतल के उपकरणों में यह अलग-अलग लंबाई के तीन साइड चैनलों और विभिन्न संयोजनों का उपयोग करके बैरल की कुल लंबाई को प्रभावी ढंग से बढ़ाकर हासिल किया जाता है। यह सात अलग-अलग बैरल लंबाई देता है। ट्रॉम्बोन की तरह, पूरे पैमाने के नोट इन सात बैरल लंबाई के अनुरूप ओवरटोन की रोमांचक विभिन्न श्रृंखलाओं से प्रभावित होते हैं।

सभी पीतल के वाद्ययंत्रों के स्वर हार्मोनिक्स से भरपूर होते हैं। यह मुख्य रूप से एक घंटी की उपस्थिति के कारण होता है, जो उच्च आवृत्तियों पर ध्वनि विकिरण की दक्षता को बढ़ाता है। तुरही और हॉर्न को बिगुल की तुलना में अधिक व्यापक रेंज के हार्मोनिक्स बजाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आई. बाख के कार्यों में एकल तुरही भाग में पंक्ति के चौथे सप्तक में कई अंश शामिल हैं, जो इस उपकरण के 21वें हार्मोनिक तक पहुंचते हैं।

आघाती अस्त्र।

ताल वाद्ययंत्रों को वाद्ययंत्र के शरीर पर प्रहार करके ध्वनि उत्पन्न की जाती है और इस प्रकार इसके मुक्त कंपन को उत्तेजित किया जाता है। ऐसे उपकरण पियानो से भिन्न होते हैं, जिसमें कंपन भी प्रभाव से उत्तेजित होते हैं, दो मामलों में: कंपन करने वाला शरीर हार्मोनिक ओवरटोन उत्पन्न नहीं करता है और यह स्वयं एक अतिरिक्त अनुनादक के बिना ध्वनि उत्सर्जित कर सकता है। ताल वाद्ययंत्रों में ड्रम, झांझ, जाइलोफोन और त्रिकोण शामिल हैं।

ठोस पदार्थों के कंपन समान आकार के वायु अनुनादक की तुलना में बहुत अधिक जटिल होते हैं, क्योंकि ठोस पदार्थों में अधिक प्रकारसंकोच। इस प्रकार, संपीड़न, झुकने और मरोड़ की तरंगें धातु की छड़ के साथ फैल सकती हैं। इसलिए, एक बेलनाकार छड़ में एक बेलनाकार वायु स्तंभ की तुलना में कई अधिक कंपन मोड होते हैं और इसलिए गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं। इसके अलावा, ये गुंजयमान आवृत्तियाँ एक हार्मोनिक श्रृंखला नहीं बनाती हैं। ज़ाइलोफोन ठोस सलाखों के झुकने वाले कंपन का उपयोग करता है। कंपन करने वाले ज़ाइलोफोन बार के ओवरटोन का मौलिक आवृत्ति से अनुपात है: 2.76, 5.4, 8.9 और 13.3।

ट्यूनिंग कांटा एक दोलनशील घुमावदार छड़ है, और इसके कंपन का मुख्य तरीका तब होता है जब दोनों भुजाएं एक साथ एक-दूसरे के पास आती हैं या एक-दूसरे से दूर जाती हैं। ट्यूनिंग फ़ोर्क में ओवरटोन की कोई हार्मोनिक श्रृंखला नहीं होती है, और केवल इसकी मौलिक आवृत्ति का उपयोग किया जाता है। इसके प्रथम ओवरटोन की आवृत्ति मौलिक आवृत्ति से 6 गुना अधिक है।

एक दोलनशील ठोस पिंड का दूसरा उदाहरण जो संगीतमय ध्वनि उत्पन्न करता है वह घंटी है। घंटियों का आकार अलग-अलग हो सकता है - छोटी घंटी से लेकर बहु-टन चर्च की घंटियों तक। घंटी जितनी बड़ी होगी, उसकी आवाज उतनी ही कम होगी। सदियों से चले आ रहे विकास के दौरान घंटियों के आकार और अन्य विशेषताओं में कई बदलाव आए हैं। बहुत कम उद्यम अपने उत्पादन में लगे हुए हैं, जिसके लिए महान कौशल की आवश्यकता होती है।

घंटी की प्रारंभिक ओवरटोन श्रृंखला हार्मोनिक नहीं है, और विभिन्न घंटियों के लिए ओवरटोन अनुपात समान नहीं हैं। उदाहरण के लिए, एक बड़ी घंटी के लिए, ओवरटोन और मौलिक आवृत्तियों का मापा अनुपात 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97, और 5.33 था। लेकिन घंटी बजने के तुरंत बाद स्वरों के बीच ऊर्जा का वितरण तेजी से बदलता है, और घंटी का आकार इस तरह से चुना हुआ प्रतीत होता है कि प्रमुख आवृत्तियाँ एक दूसरे से लगभग सामंजस्यपूर्ण रूप से संबंधित होती हैं। घंटी की पिच मौलिक आवृत्ति से नहीं, बल्कि बजने के तुरंत बाद प्रमुख स्वर से निर्धारित होती है। यह घंटी के लगभग पांचवें स्वर से मेल खाता है। कुछ समय बाद घंटी की ध्वनि में निचले स्वर हावी होने लगते हैं।

ड्रम में, दोलन करने वाला तत्व एक चमड़े की झिल्ली होती है, जो आमतौर पर गोल होती है, जिसे एक तनी हुई स्ट्रिंग के द्वि-आयामी एनालॉग के रूप में माना जा सकता है। संगीत में ढोल का ऐसा कोई स्थान नहीं है महत्वपूर्ण, एक स्ट्रिंग की तरह, क्योंकि इसकी प्राकृतिक आवृत्तियों का प्राकृतिक सेट हार्मोनिक नहीं है। एक अपवाद टिमपनी है, जिसकी झिल्ली एक वायु अनुनादक पर फैली हुई है। रेडियल दिशा में सिर की मोटाई को अलग-अलग करके ड्रम के ओवरटोन अनुक्रम को हार्मोनिक बनाया जा सकता है। ऐसे ड्रम का एक उदाहरण होगा तबला, शास्त्रीय भारतीय संगीत में उपयोग किया जाता है।

हम जानते हैं कि ध्वनि हवा में यात्रा करती है। इसीलिए तो हम सुन पाते हैं. शून्य में कोई भी ध्वनि मौजूद नहीं हो सकती। लेकिन यदि ध्वनि वायु के माध्यम से, उसके कणों की परस्पर क्रिया के कारण प्रसारित होती है, तो क्या यह अन्य पदार्थों द्वारा भी प्रसारित नहीं होगी? इच्छा।

विभिन्न मीडिया में ध्वनि का प्रसार और गति

ध्वनि केवल वायु द्वारा प्रसारित नहीं होती। शायद हर कोई जानता है कि यदि आप दीवार पर अपना कान लगाते हैं, तो आप अगले कमरे में बातचीत सुन सकते हैं। इस मामले में, ध्वनि दीवार द्वारा प्रसारित होती है। ध्वनियाँ पानी और अन्य माध्यमों में यात्रा करती हैं। इसके अलावा, ध्वनि का प्रसार विभिन्न वातावरणअलग-अलग तरीकों से होता है. ध्वनि की गति भिन्न-भिन्न होती हैपदार्थ पर निर्भर करता है.

यह दिलचस्प है कि पानी में ध्वनि की गति हवा की तुलना में लगभग चार गुना अधिक है। अर्थात्, मछलियाँ हमसे "तेज़" सुनती हैं। धातुओं और कांच में ध्वनि और भी तेज गति से चलती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ध्वनि एक माध्यम का कंपन है, और ध्वनि तरंगें बेहतर प्रवाहकीय मीडिया में तेजी से यात्रा करती हैं।

पानी का घनत्व और चालकता हवा की तुलना में अधिक है, लेकिन धातु की तुलना में कम है। तदनुसार, ध्वनि अलग तरह से प्रसारित होती है। एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर ध्वनि की गति बदल जाती है।

एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर ध्वनि तरंग की लंबाई भी बदल जाती है। केवल इसकी आवृत्ति वही रहती है। लेकिन यही कारण है कि हम दीवारों के माध्यम से भी यह पहचान सकते हैं कि वास्तव में कौन बोल रहा है।

चूँकि ध्वनि कंपन है, कंपन और तरंगों के सभी नियम और सूत्र ध्वनि कंपन पर अच्छी तरह से लागू होते हैं। हवा में ध्वनि की गति की गणना करते समय यह भी ध्यान में रखना चाहिए कि यह गति हवा के तापमान पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ध्वनि प्रसार की गति बढ़ जाती है। सामान्य परिस्थितियों में हवा में ध्वनि की गति 340,344 मीटर/सेकेंड होती है।

ध्वनि तरंगें

ध्वनि तरंगें, जैसा कि भौतिकी से ज्ञात है, लोचदार मीडिया में फैलती हैं। यही कारण है कि ध्वनियाँ पृथ्वी द्वारा अच्छी तरह प्रसारित होती हैं। अपना कान ज़मीन पर लगाकर आप दूर से क़दमों की आवाज़, खुरों की खड़खड़ाहट आदि सुन सकते हैं।

एक बच्चे के रूप में, शायद हर किसी को अपने कान पटरी पर रखने में मज़ा आता था। ट्रेन के पहियों की आवाज़ कई किलोमीटर तक पटरियों पर प्रसारित होती है। बनाने के लिए विपरीत प्रभावध्वनि अवशोषण, नरम और झरझरा सामग्री का उपयोग करें।

उदाहरण के लिए, बचाव के लिए बाहरी ध्वनियाँकिसी भी कमरे में, या, इसके विपरीत, आवाज़ को कमरे से बाहर तक जाने से रोकने के लिए, कमरे को उपचारित और ध्वनिरोधी बनाया जाता है। दीवारें, फर्श और छत फोमयुक्त पॉलिमर पर आधारित विशेष सामग्रियों से ढके हुए हैं। ऐसे असबाब में सभी ध्वनियाँ बहुत जल्दी फीकी पड़ जाती हैं।