चाहे ध्वनि तरंगें. ध्वनि तरंग क्यों प्रकट होती है? गहराइयों की ध्वनि

ध्वनि ध्वनि तरंगें हैं जो हवा, अन्य गैसों और तरल और ठोस मीडिया के छोटे कणों में कंपन पैदा करती हैं। ध्वनि केवल वहीं उत्पन्न हो सकती है जहां कोई पदार्थ है, चाहे वह एकत्रीकरण की किसी भी स्थिति में हो। निर्वात स्थितियों में, जहां कोई माध्यम नहीं है, ध्वनि प्रसारित नहीं होती है, क्योंकि वहां कोई कण नहीं होते हैं जो ध्वनि तरंगों के वितरक के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष में. ध्वनि को संशोधित, परिवर्तित, ऊर्जा के अन्य रूपों में बदला जा सकता है। इस प्रकार, रेडियो तरंगों या विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित ध्वनि को दूरियों तक प्रसारित किया जा सकता है और सूचना मीडिया पर रिकॉर्ड किया जा सकता है।

ध्वनि की तरंग

वस्तुओं और पिंडों की हलचलें लगभग हमेशा पर्यावरण में उतार-चढ़ाव का कारण बनती हैं। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह पानी है या हवा। इस प्रक्रिया के दौरान शरीर का कंपन जिस माध्यम में संचारित होता है, उसके कण भी कंपन करने लगते हैं। ध्वनि तरंगें उठती हैं. इसके अलावा, आंदोलनों को आगे और पीछे की दिशाओं में किया जाता है, उत्तरोत्तर एक दूसरे की जगह लेते हुए। अतः ध्वनि तरंग अनुदैर्ध्य होती है। इसमें कभी भी पार्श्विक गति ऊपर-नीचे नहीं होती।

ध्वनि तरंगों के लक्षण

किसी भी भौतिक घटना की तरह इनकी भी अपनी मात्राएँ होती हैं, जिनकी सहायता से गुणों का वर्णन किया जा सकता है। ध्वनि तरंग की मुख्य विशेषताएँ उसकी आवृत्ति और आयाम हैं। पहला मान दर्शाता है कि प्रति सेकंड कितनी तरंगें बनती हैं। दूसरा तरंग की ताकत निर्धारित करता है। कम आवृत्ति वाली ध्वनियों में कम आवृत्ति मान होते हैं, और इसके विपरीत। ध्वनि की आवृत्ति हर्ट्ज़ में मापी जाती है, और यदि यह 20,000 हर्ट्ज़ से अधिक हो, तो अल्ट्रासाउंड होता है। प्रकृति और हमारे आस-पास की दुनिया में कम-आवृत्ति और उच्च-आवृत्ति ध्वनियों के बहुत सारे उदाहरण हैं। कोकिला की चहचहाहट, गड़गड़ाहट की गड़गड़ाहट, पहाड़ी नदी की गर्जना और अन्य सभी अलग-अलग ध्वनि आवृत्तियाँ हैं। तरंग का आयाम सीधे तौर पर इस बात पर निर्भर करता है कि ध्वनि कितनी तेज़ है। बदले में, ध्वनि स्रोत से दूरी के साथ मात्रा कम हो जाती है। तदनुसार, लहर उपकेंद्र से जितनी दूर होगी, आयाम उतना ही छोटा होगा। दूसरे शब्दों में, ध्वनि तरंग का आयाम ध्वनि स्रोत से दूरी के साथ घटता जाता है।

ध्वनि की गति

ध्वनि तरंग का यह संकेतक सीधे उस माध्यम की प्रकृति पर निर्भर करता है जिसमें वह फैलती है। आर्द्रता और वायु तापमान दोनों ही यहां महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। औसत मौसम की स्थिति में ध्वनि की गति लगभग 340 मीटर प्रति सेकंड होती है। भौतिकी में सुपरसोनिक गति जैसी कोई चीज़ होती है, जो हमेशा ध्वनि की गति से अधिक होती है। यह वह गति है जिस पर विमान चलते समय ध्वनि तरंगें चलती हैं। विमान सुपरसोनिक गति से चलता है और इससे पैदा होने वाली ध्वनि तरंगों से भी आगे निकल जाता है। विमान के पीछे धीरे-धीरे बढ़ते दबाव के कारण ध्वनि की एक शॉक वेव बनती है। इस गति को मापने की इकाई दिलचस्प है और बहुत कम लोग इसके बारे में जानते हैं। इसे मैक कहा जाता है. मैक 1 ध्वनि की गति के बराबर है। यदि कोई तरंग मैक 2 की गति से चलती है, तो वह ध्वनि की गति से दोगुनी तेज़ गति से चलती है।

शोर

मनुष्य के दैनिक जीवन में सदैव शोर रहता है। शोर का स्तर डेसीबल में मापा जाता है। कारों की आवाजाही, हवा, पत्तों की सरसराहट, लोगों की आवाज़ों का आपस में जुड़ना और अन्य ध्वनि शोर हमारे दैनिक साथी हैं। लेकिन मानव श्रवण विश्लेषक में ऐसे शोर का अभ्यस्त होने की क्षमता होती है। हालाँकि, ऐसी घटनाएँ भी हैं जिनका सामना मानव कान की अनुकूली क्षमताएँ भी नहीं कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, 120 डीबी से अधिक शोर दर्द का कारण बन सकता है। सबसे तेज़ आवाज़ वाला जानवर ब्लू व्हेल है। जब यह आवाज करता है तो इसे 800 किलोमीटर दूर तक सुना जा सकता है।

गूंज

प्रतिध्वनि कैसे होती है? यहां सब कुछ बहुत सरल है. ध्वनि तरंग में विभिन्न सतहों से प्रतिबिंबित होने की क्षमता होती है: पानी से, चट्टान से, खाली कमरे की दीवारों से। यह तरंग हमारी ओर लौटती है, इसलिए हमें द्वितीयक ध्वनि सुनाई देती है। यह मूल तरंग की तरह स्पष्ट नहीं है क्योंकि बाधा की ओर बढ़ने पर ध्वनि तरंग की कुछ ऊर्जा नष्ट हो जाती है।

एचोलोकातिओं

ध्वनि परावर्तन का उपयोग विभिन्न व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, इकोलोकेशन। यह इस तथ्य पर आधारित है कि अल्ट्रासोनिक तरंगों की सहायता से उस वस्तु की दूरी निर्धारित करना संभव है जिससे ये तरंगें परावर्तित होती हैं। अल्ट्रासाउंड द्वारा किसी स्थान की यात्रा करने और वापस लौटने में लगने वाले समय को मापकर गणना की जाती है। कई जानवरों में इकोलोकेशन की क्षमता होती है। उदाहरण के लिए, चमगादड़ और डॉल्फ़िन भोजन खोजने के लिए इसका उपयोग करते हैं। इकोलोकेशन को चिकित्सा में एक और अनुप्रयोग मिला है। अल्ट्रासाउंड जांच के दौरान व्यक्ति के आंतरिक अंगों की तस्वीर बनती है। इस विधि का आधार यह है कि अल्ट्रासाउंड हवा के अलावा किसी अन्य माध्यम में प्रवेश करके वापस लौट आता है, जिससे एक छवि बनती है।

संगीत में ध्वनि तरंगें

संगीत वाद्ययंत्र कुछ निश्चित ध्वनियाँ क्यों निकालते हैं? गिटार की झनकार, पियानो की झनकार, ड्रम और तुरही की धीमी धुन, बांसुरी की आकर्षक पतली आवाज। ये सभी और कई अन्य ध्वनियाँ वायु कंपन के कारण या दूसरे शब्दों में, ध्वनि तरंगों के प्रकट होने के कारण उत्पन्न होती हैं। लेकिन संगीत वाद्ययंत्रों की ध्वनि इतनी विविध क्यों है? यह पता चला है कि यह कई कारकों पर निर्भर करता है। पहला है उपकरण का आकार, दूसरा है वह सामग्री जिससे इसे बनाया गया है।

आइए एक उदाहरण के रूप में स्ट्रिंग वाद्ययंत्रों का उपयोग करके इसे देखें। तारों को छूने पर वे ध्वनि का स्रोत बन जाते हैं। परिणामस्वरूप, वे कंपन करना शुरू कर देते हैं और वातावरण में विभिन्न ध्वनियाँ भेजते हैं। किसी भी तार वाले वाद्ययंत्र की धीमी ध्वनि तार की अधिक मोटाई और लंबाई के साथ-साथ उसके तनाव की कमजोरी के कारण होती है। और इसके विपरीत, तार को जितना अधिक कसकर खींचा जाता है, वह उतना ही पतला और छोटा होता है, बजाने के परिणामस्वरूप प्राप्त होने वाली ध्वनि उतनी ही अधिक होती है।

माइक्रोफ़ोन क्रिया

यह ध्वनि तरंग ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने पर आधारित है। इस मामले में, वर्तमान ताकत और ध्वनि की प्रकृति सीधे निर्भर हैं। किसी भी माइक्रोफोन के अंदर धातु से बनी एक पतली प्लेट होती है। ध्वनि के संपर्क में आने पर, यह दोलनशील गतियाँ करना शुरू कर देता है। जिस सर्पिल से प्लेट जुड़ी होती है वह भी कंपन करता है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह होता है। वह क्यों प्रकट होता है? ऐसा इसलिए है क्योंकि माइक्रोफ़ोन में अंतर्निर्मित मैग्नेट भी होते हैं। जब सर्पिल अपने ध्रुवों के बीच दोलन करता है, तो एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जो सर्पिल के साथ चलता है और फिर ध्वनि स्तंभ (लाउडस्पीकर) या सूचना माध्यम (कैसेट, डिस्क, कंप्यूटर) पर रिकॉर्डिंग के लिए उपकरण तक जाता है। वैसे, फोन में माइक्रोफोन की संरचना एक जैसी होती है। लेकिन माइक्रोफोन लैंडलाइन और मोबाइल फोन पर कैसे काम करते हैं? प्रारंभिक चरण उनके लिए समान है - मानव आवाज की ध्वनि अपने कंपन को माइक्रोफोन प्लेट तक पहुंचाती है, फिर सब कुछ ऊपर वर्णित परिदृश्य का पालन करता है: एक सर्पिल, जो चलते समय, दो ध्रुवों को बंद कर देता है, एक करंट बनता है। आगे क्या होगा? लैंडलाइन टेलीफोन के साथ, सब कुछ कमोबेश स्पष्ट होता है - ठीक उसी तरह जैसे एक माइक्रोफोन में, ध्वनि, विद्युत प्रवाह में परिवर्तित होकर, तारों के माध्यम से चलती है। लेकिन सेल फ़ोन या, उदाहरण के लिए, वॉकी-टॉकी के बारे में क्या? इन मामलों में, ध्वनि रेडियो तरंग ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है और उपग्रह से टकराती है। बस इतना ही।

अनुनाद घटना

कभी-कभी ऐसी स्थितियाँ निर्मित हो जाती हैं जब भौतिक शरीर के कंपन का आयाम तेजी से बढ़ जाता है। यह मजबूर दोलनों की आवृत्ति और वस्तु (शरीर) के दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति के मूल्यों के अभिसरण के कारण होता है। अनुनाद लाभदायक और हानिकारक दोनों हो सकता है। उदाहरण के लिए, किसी कार को गड्ढे से बाहर निकालने के लिए, उसे स्टार्ट किया जाता है और आगे-पीछे धकेला जाता है ताकि प्रतिध्वनि पैदा हो सके और कार को जड़ता मिल सके। लेकिन अनुनाद के नकारात्मक परिणामों के मामले भी सामने आए हैं। उदाहरण के लिए, सेंट पीटर्सबर्ग में, लगभग सौ साल पहले, एक साथ मार्च कर रहे सैनिकों के नीचे एक पुल ढह गया था।

यह पाठ "ध्वनि तरंगें" विषय को कवर करता है। इस पाठ में हम ध्वनिकी का अध्ययन जारी रखेंगे। सबसे पहले, आइए ध्वनि तरंगों की परिभाषा को दोहराएं, फिर उनकी आवृत्ति सीमाओं पर विचार करें और अल्ट्रासोनिक और इन्फ़्रासोनिक तरंगों की अवधारणा से परिचित हों। हम विभिन्न माध्यमों में ध्वनि तरंगों के गुणों पर भी चर्चा करेंगे और जानेंगे कि उनकी विशेषताएँ क्या हैं। .

ध्वनि तरंगें -ये यांत्रिक कंपन हैं, जो श्रवण के अंग के साथ फैलते और बातचीत करते हुए, एक व्यक्ति द्वारा महसूस किए जाते हैं (चित्र 1)।

चावल। 1. ध्वनि तरंग

भौतिकी की वह शाखा जो इन तरंगों से संबंधित है ध्वनिविज्ञान कहलाती है। जिन लोगों को लोकप्रिय रूप से "श्रोता" कहा जाता है उनका पेशा ध्वनिविज्ञानी है। ध्वनि तरंग एक लोचदार माध्यम में फैलने वाली तरंग है, यह एक अनुदैर्ध्य तरंग है, और जब यह एक लोचदार माध्यम में फैलती है, तो संपीड़न और निर्वहन वैकल्पिक होता है। यह समय के साथ दूर तक प्रसारित होता है (चित्र 2)।

चावल। 2. ध्वनि तरंग प्रसार

ध्वनि तरंगों में 20 से 20,000 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ होने वाले कंपन शामिल हैं। इन आवृत्तियों के लिए संगत तरंग दैर्ध्य 17 मीटर (20 हर्ट्ज के लिए) और 17 मिमी (20,000 हर्ट्ज के लिए) हैं। इस रेंज को श्रव्य ध्वनि कहा जाएगा। ये तरंग दैर्ध्य हवा के लिए दिए गए हैं, जिसमें ध्वनि की गति के बराबर है।

ऐसी श्रेणियाँ भी हैं जिनसे ध्वनिकी विशेषज्ञ निपटते हैं - इन्फ़्रासोनिक और अल्ट्रासोनिक। इन्फ्रासोनिक वे होते हैं जिनकी आवृत्ति 20 हर्ट्ज से कम होती है। और अल्ट्रासोनिक वे हैं जिनकी आवृत्ति 20,000 हर्ट्ज से अधिक है (चित्र 3)।

चावल। 3. ध्वनि तरंग श्रेणियाँ

प्रत्येक शिक्षित व्यक्ति को ध्वनि तरंगों की आवृत्ति रेंज से परिचित होना चाहिए और यह जानना चाहिए कि यदि वह अल्ट्रासाउंड के लिए जाता है, तो कंप्यूटर स्क्रीन पर चित्र 20,000 हर्ट्ज से अधिक की आवृत्ति के साथ बनाया जाएगा।

अल्ट्रासाउंड -ये ध्वनि तरंगों के समान यांत्रिक तरंगें हैं, लेकिन 20 किलोहर्ट्ज़ से एक अरब हर्ट्ज़ तक की आवृत्ति के साथ।

एक अरब हर्ट्ज़ से अधिक आवृत्ति वाली तरंगें कहलाती हैं हाइपरसाउंड.

कास्ट भागों में दोषों का पता लगाने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है। लघु अल्ट्रासोनिक संकेतों की एक धारा जांच किए जा रहे हिस्से की ओर निर्देशित की जाती है। उन स्थानों पर जहां कोई दोष नहीं है, सिग्नल रिसीवर द्वारा पंजीकृत किए बिना भाग से गुजरते हैं।

यदि भाग में कोई दरार, वायु गुहा या अन्य विषमता है, तो अल्ट्रासोनिक संकेत इससे परिलक्षित होता है और, लौटकर, रिसीवर में प्रवेश करता है। इस विधि को कहा जाता है अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाना.

अल्ट्रासाउंड अनुप्रयोगों के अन्य उदाहरण अल्ट्रासाउंड मशीनें, अल्ट्रासाउंड मशीनें, अल्ट्रासाउंड थेरेपी हैं।

इन्फ्रासाउंड -यांत्रिक तरंगें ध्वनि तरंगों के समान होती हैं, लेकिन उनकी आवृत्ति 20 हर्ट्ज से कम होती है। वे मानव कान द्वारा नहीं समझे जाते हैं।

इन्फ्रासाउंड तरंगों के प्राकृतिक स्रोत तूफान, सुनामी, भूकंप, तूफान, ज्वालामुखी विस्फोट और तूफान हैं।

इन्फ्रासाउंड भी एक महत्वपूर्ण तरंग है जिसका उपयोग सतह को कंपन करने के लिए किया जाता है (उदाहरण के लिए, कुछ बड़ी वस्तुओं को नष्ट करने के लिए)। हम मिट्टी में इन्फ्रासाउंड छोड़ते हैं - और मिट्टी टूट जाती है। इसका उपयोग कहाँ किया जाता है? उदाहरण के लिए, हीरे की खदानों में, जहां वे हीरे के घटकों वाले अयस्क को लेते हैं और इन हीरे के समावेशन को खोजने के लिए इसे छोटे कणों में कुचलते हैं (चित्र 4)।

चावल। 4. इन्फ्रासाउंड का अनुप्रयोग

ध्वनि की गति पर्यावरणीय परिस्थितियों और तापमान पर निर्भर करती है (चित्र 5)।

चावल। 5. विभिन्न माध्यमों में ध्वनि तरंग प्रसार की गति

कृपया ध्यान दें: हवा में ध्वनि की गति के बराबर होती है, और गति में वृद्धि हो जाती है। अगर आप एक शोधकर्ता हैं तो यह जानकारी आपके काम आ सकती है। आप किसी प्रकार के तापमान सेंसर के साथ भी आ सकते हैं जो माध्यम में ध्वनि की गति को बदलकर तापमान अंतर को रिकॉर्ड करेगा। हम पहले से ही जानते हैं कि माध्यम जितना सघन होगा, माध्यम के कणों के बीच परस्पर क्रिया उतनी ही गंभीर होगी, तरंग उतनी ही तेजी से फैलती है। पिछले पैराग्राफ में हमने शुष्क हवा और नम हवा के उदाहरण का उपयोग करके इस पर चर्चा की। पानी के लिए, ध्वनि प्रसार की गति है। यदि आप एक ध्वनि तरंग (ट्यूनिंग कांटा पर दस्तक) बनाते हैं, तो पानी में इसके प्रसार की गति हवा की तुलना में 4 गुना अधिक होगी। हवा के मुकाबले पानी से सूचनाएं 4 गुना तेजी से पहुंचेंगी। और स्टील में यह और भी तेज़ है: (चित्र 6)।

चावल। 6. ध्वनि तरंग प्रसार गति

आप महाकाव्यों से जानते हैं कि इल्या मुरोमेट्स ने (और गेदर के आरवीएस के सभी नायकों और सामान्य रूसी लोगों और लड़कों ने) किसी वस्तु का पता लगाने की एक बहुत ही दिलचस्प विधि का इस्तेमाल किया था जो आ रही है, लेकिन अभी भी दूर है। चलते समय यह जो ध्वनि उत्पन्न करता है वह अभी तक सुनाई नहीं देती है। इल्या मुरोमेट्स, अपने कान ज़मीन पर लगाकर, उसे सुन सकते हैं। क्यों? क्योंकि ध्वनि ठोस जमीन पर अधिक गति से प्रसारित होती है, जिसका अर्थ है कि यह इल्या मुरोमेट्स के कान तक तेजी से पहुंचेगी, और वह दुश्मन से मिलने के लिए तैयार हो सकेगा।

सबसे दिलचस्प ध्वनि तरंगें संगीतमय ध्वनियाँ और शोर हैं। कौन सी वस्तुएँ ध्वनि तरंगें उत्पन्न कर सकती हैं? यदि हम एक तरंग स्रोत और एक लोचदार माध्यम लेते हैं, यदि हम ध्वनि स्रोत को सामंजस्यपूर्ण रूप से कंपन करते हैं, तो हमारे पास एक अद्भुत ध्वनि तरंग होगी, जिसे संगीतमय ध्वनि कहा जाएगा। ध्वनि तरंगों के ये स्रोत, उदाहरण के लिए, गिटार या पियानो के तार हो सकते हैं। यह एक ध्वनि तरंग हो सकती है जो किसी पाइप (अंग या पाइप) के वायु अंतराल में उत्पन्न होती है। संगीत पाठ से आप नोट्स जानते हैं: करो, रे, मी, फा, सोल, ला, सी। ध्वनिकी में इन्हें स्वर कहा जाता है (चित्र 7)।

चावल। 7. संगीतमय स्वर

सभी वस्तुएं जो स्वर उत्पन्न कर सकती हैं उनमें विशेषताएं होंगी। वे कैसे अलग हैं? वे तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति में भिन्न होते हैं। यदि ये ध्वनि तरंगें सामंजस्यपूर्ण ध्वनि वाले पिंडों द्वारा निर्मित नहीं की जाती हैं या किसी प्रकार के सामान्य आर्केस्ट्रा टुकड़े से जुड़ी नहीं होती हैं, तो ध्वनियों की ऐसी मात्रा को शोर कहा जाएगा।

शोर- विभिन्न भौतिक प्रकृति के यादृच्छिक दोलन, उनकी अस्थायी और वर्णक्रमीय संरचना की जटिलता द्वारा विशेषता। शोर की अवधारणा घरेलू और भौतिक दोनों है, वे बहुत समान हैं, और इसलिए हम इसे विचार की एक अलग महत्वपूर्ण वस्तु के रूप में पेश करते हैं।

आइए ध्वनि तरंगों के मात्रात्मक अनुमान की ओर आगे बढ़ें। संगीतमय ध्वनि तरंगों की विशेषताएँ क्या हैं? ये विशेषताएँ विशेष रूप से हार्मोनिक ध्वनि कंपन पर लागू होती हैं। इसलिए, ध्वनि आवाज़. ध्वनि की मात्रा कैसे निर्धारित की जाती है? आइए समय में ध्वनि तरंग के प्रसार या ध्वनि तरंग के स्रोत के दोलनों पर विचार करें (चित्र 8)।

चावल। 8. ध्वनि की मात्रा

उसी समय, यदि हमने सिस्टम में बहुत अधिक ध्वनि नहीं जोड़ी है (उदाहरण के लिए, हम पियानो कुंजी को चुपचाप दबाते हैं), तो एक शांत ध्वनि होगी। यदि हम जोर से अपना हाथ ऊपर उठाते हैं, चाबी मारकर यह ध्वनि उत्पन्न करते हैं, तो हमें तेज ध्वनि प्राप्त होती है। यह किस पर निर्भर करता है? शांत ध्वनि में तेज़ ध्वनि की तुलना में कंपन का आयाम छोटा होता है।

संगीतमय ध्वनि तथा किसी भी अन्य ध्वनि की अगली महत्वपूर्ण विशेषता है ऊंचाई. ध्वनि की पिच किस पर निर्भर करती है? ऊँचाई आवृत्ति पर निर्भर करती है। हम स्रोत को बार-बार दोलन करा सकते हैं, या हम इसे बहुत तेज़ी से दोलन नहीं करा सकते हैं (अर्थात्, प्रति इकाई समय में कम दोलन करते हैं)। आइए समान आयाम की उच्च और निम्न ध्वनि के टाइम स्वीप पर विचार करें (चित्र 9)।

चावल। 9. पिच

एक दिलचस्प निष्कर्ष निकाला जा सकता है. यदि कोई व्यक्ति बास ध्वनि में गाता है, तो उसका ध्वनि स्रोत (स्वर तंतु) सोप्रानो गाने वाले व्यक्ति की तुलना में कई गुना धीमी गति से कंपन करता है। दूसरे मामले में, स्वर रज्जु अधिक बार कंपन करते हैं, और इसलिए अधिक बार तरंग के प्रसार में संपीड़न और निर्वहन की जेब पैदा करते हैं।

ध्वनि तरंगों की एक और दिलचस्प विशेषता है जिसका अध्ययन भौतिक विज्ञानी नहीं करते हैं। यह लय. आप बालिका या सेलो पर प्रस्तुत संगीत के एक ही टुकड़े को आसानी से जानते और पहचानते हैं। ये ध्वनियाँ या यह प्रदर्शन किस प्रकार भिन्न हैं? प्रयोग की शुरुआत में, हमने ध्वनि उत्पन्न करने वाले लोगों से उन्हें लगभग समान आयाम की ध्वनि बनाने के लिए कहा, ताकि ध्वनि का आयतन समान रहे। यह एक ऑर्केस्ट्रा के मामले की तरह है: यदि किसी वाद्ययंत्र को उजागर करने की आवश्यकता नहीं है, तो हर कोई लगभग समान शक्ति से बजाता है। तो बालिका और सेलो का समय अलग है। यदि हम आरेखों का उपयोग करके एक उपकरण से उत्पन्न ध्वनि को दूसरे उपकरण से निकालें, तो वे समान होंगी। लेकिन आप इन वाद्ययंत्रों को उनकी ध्वनि से आसानी से पहचान सकते हैं।

इमारती लकड़ी के महत्व का एक और उदाहरण. दो गायकों की कल्पना करें जो एक ही संगीत विश्वविद्यालय से समान शिक्षकों के साथ स्नातक हों। उन्होंने सीधे ए के साथ समान रूप से अच्छी तरह से अध्ययन किया। किसी कारण से, एक उत्कृष्ट कलाकार बन जाता है, जबकि दूसरा जीवन भर अपने करियर से असंतुष्ट रहता है। वास्तव में, यह पूरी तरह से उनके उपकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो वातावरण में ध्वनि कंपन का कारण बनता है, यानी उनकी आवाज़ समय में भिन्न होती है।

ग्रन्थसूची

1. सोकोलोविच यू.ए., बोगदानोवा जी.एस. भौतिकी: समस्या समाधान के उदाहरणों के साथ एक संदर्भ पुस्तक। - दूसरा संस्करण पुनर्विभाजन। - एक्स.: वेस्टा: पब्लिशिंग हाउस "रानोक", 2005. - 464 पी।
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1. इंटरनेट पोर्टल "eduspb.com" ()
2. इंटरनेट पोर्टल "msk.edu.ua" ()
3. इंटरनेट पोर्टल "class-fizika.naroad.ru" ()

गृहकार्य

1. ध्वनि कैसे यात्रा करती है? ध्वनि का स्रोत क्या हो सकता है?
2. क्या ध्वनि अंतरिक्ष में यात्रा कर सकती है?
3. क्या किसी व्यक्ति के श्रवण अंग तक पहुंचने वाली प्रत्येक तरंग उसे समझ में आती है?

18 फ़रवरी 2016

घरेलू मनोरंजन की दुनिया काफी विविध है और इसमें शामिल हो सकते हैं: एक अच्छे होम थिएटर सिस्टम पर फिल्में देखना; रोमांचक और रोमांचकारी गेमप्ले या संगीत सुनना। एक नियम के रूप में, हर कोई इस क्षेत्र में अपना कुछ न कुछ ढूंढता है, या एक ही बार में सब कुछ जोड़ देता है। लेकिन अपने ख़ाली समय को व्यवस्थित करने के लिए किसी व्यक्ति का जो भी लक्ष्य हो और चाहे वह किसी भी चरम सीमा पर जाए, ये सभी कड़ियां एक सरल और समझने योग्य शब्द - "ध्वनि" से मजबूती से जुड़ी हुई हैं। दरअसल, उपरोक्त सभी मामलों में, हम ध्वनि द्वारा हाथ से निर्देशित होंगे। लेकिन यह सवाल इतना सरल और तुच्छ नहीं है, खासकर उन मामलों में जहां किसी कमरे या किसी अन्य स्थिति में उच्च-गुणवत्ता वाली ध्वनि प्राप्त करने की इच्छा हो। ऐसा करने के लिए, हमेशा महंगे हाई-फाई या हाई-एंड घटकों को खरीदना आवश्यक नहीं है (हालांकि यह बहुत उपयोगी होगा), लेकिन भौतिक सिद्धांत का अच्छा ज्ञान पर्याप्त है, जो किसी के लिए भी उत्पन्न होने वाली अधिकांश समस्याओं को खत्म कर सकता है। जो उच्च गुणवत्ता वाली आवाज अभिनय प्राप्त करने के लिए तैयार है।

आगे, ध्वनि और ध्वनिकी के सिद्धांत पर भौतिकी के दृष्टिकोण से विचार किया जाएगा। इस मामले में, मैं इसे किसी भी व्यक्ति की समझ के लिए यथासंभव सुलभ बनाने की कोशिश करूंगा, जो शायद, भौतिक कानूनों या सूत्रों को जानने से बहुत दूर है, लेकिन फिर भी एक आदर्श ध्वनिक प्रणाली बनाने के सपने को साकार करने का जुनून रखता है। मैं यह कहने का साहस नहीं करता कि घर पर (या कार में, उदाहरण के लिए) इस क्षेत्र में अच्छे परिणाम प्राप्त करने के लिए, आपको इन सिद्धांतों को अच्छी तरह से जानने की आवश्यकता है, लेकिन मूल बातें समझने से आप कई बेवकूफी भरी और बेतुकी गलतियों से बच सकेंगे। , और आपको सिस्टम से किसी भी स्तर पर अधिकतम ध्वनि प्रभाव प्राप्त करने की अनुमति भी देगा।

ध्वनि और संगीत शब्दावली का सामान्य सिद्धांत

यह क्या है आवाज़? यह वह अनुभूति है जिसे श्रवण अंग अनुभव करता है "कान"(यह घटना प्रक्रिया में "कान" की भागीदारी के बिना ही मौजूद है, लेकिन इसे समझना आसान है), जो तब होता है जब कान का परदा ध्वनि तरंग से उत्तेजित होता है। इस मामले में कान विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनि तरंगों के "रिसीवर" के रूप में कार्य करता है।
ध्वनि की तरंगयह अनिवार्य रूप से विभिन्न आवृत्तियों के माध्यम (आमतौर पर सामान्य परिस्थितियों में वायु माध्यम) के संघनन और निर्वहन की एक अनुक्रमिक श्रृंखला है। ध्वनि तरंगों की प्रकृति दोलनशील होती है, जो किसी पिंड के कंपन से उत्पन्न और उत्पन्न होती है। शास्त्रीय ध्वनि तरंग का उद्भव और प्रसार तीन लोचदार मीडिया में संभव है: गैसीय, तरल और ठोस। जब इस प्रकार के किसी स्थान में ध्वनि तरंग उत्पन्न होती है, तो माध्यम में अनिवार्य रूप से कुछ परिवर्तन होते हैं, उदाहरण के लिए, वायु घनत्व या दबाव में परिवर्तन, वायु द्रव्यमान कणों की गति आदि।

चूँकि ध्वनि तरंग की प्रकृति दोलनशील होती है, इसलिए इसमें आवृत्ति जैसी विशेषता होती है। आवृत्तिहर्ट्ज़ में मापा जाता है (जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक रुडोल्फ हर्ट्ज़ के सम्मान में), और एक सेकंड के बराबर समय अवधि में दोलनों की संख्या को दर्शाता है। वे। उदाहरण के लिए, 20 हर्ट्ज की आवृत्ति एक सेकंड में 20 दोलनों के चक्र को इंगित करती है। इसकी ऊंचाई की व्यक्तिपरक अवधारणा ध्वनि की आवृत्ति पर भी निर्भर करती है। प्रति सेकंड जितना अधिक ध्वनि कंपन होता है, ध्वनि उतनी ही "उच्च" दिखाई देती है। ध्वनि तरंग की एक और महत्वपूर्ण विशेषता भी होती है, जिसका एक नाम है- तरंगदैर्घ्य। वेवलेंथयह उस दूरी पर विचार करने की प्रथा है जो एक निश्चित आवृत्ति की ध्वनि एक सेकंड के बराबर अवधि में तय करती है। उदाहरण के लिए, 20 हर्ट्ज पर मानव श्रव्य सीमा में सबसे कम ध्वनि की तरंग दैर्ध्य 16.5 मीटर है, और 20,000 हर्ट्ज पर उच्चतम ध्वनि की तरंग दैर्ध्य 1.7 सेंटीमीटर है।

मानव कान को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि यह केवल एक सीमित सीमा में तरंगों को समझने में सक्षम है, लगभग 20 हर्ट्ज - 20,000 हर्ट्ज (किसी विशेष व्यक्ति की विशेषताओं के आधार पर, कुछ थोड़ा अधिक सुनने में सक्षम होते हैं, कुछ कम) . इस प्रकार, इसका मतलब यह नहीं है कि इन आवृत्तियों के नीचे या ऊपर की ध्वनियाँ मौजूद नहीं हैं, वे श्रव्य सीमा से परे जाकर, मानव कान द्वारा आसानी से समझ में नहीं आती हैं। श्रव्य सीमा से ऊपर की ध्वनि कहलाती है अल्ट्रासाउंड, श्रव्य सीमा से नीचे की ध्वनि कहलाती है इन्फ्रासाउंड. कुछ जानवर अल्ट्रा और इन्फ़्रा ध्वनियों को समझने में सक्षम हैं, कुछ इस सीमा का उपयोग अंतरिक्ष में अभिविन्यास के लिए भी करते हैं (चमगादड़, डॉल्फ़िन)। यदि ध्वनि ऐसे माध्यम से गुजरती है जो मानव श्रवण अंग के सीधे संपर्क में नहीं है, तो ऐसी ध्वनि सुनी नहीं जा सकती है या बाद में बहुत कमजोर हो सकती है।

ध्वनि की संगीतमय शब्दावली में, सप्तक, स्वर और ध्वनि के ओवरटोन जैसे महत्वपूर्ण पदनाम हैं। सप्टकइसका मतलब एक अंतराल है जिसमें ध्वनियों के बीच आवृत्ति अनुपात 1 से 2 है। एक सप्तक आमतौर पर कानों द्वारा बहुत अलग पहचाना जा सकता है, जबकि इस अंतराल के भीतर ध्वनियां एक-दूसरे के समान हो सकती हैं। सप्तक को ऐसी ध्वनि भी कहा जा सकता है जो एक ही समयावधि में दूसरी ध्वनि से दोगुना कंपन करती है। उदाहरण के लिए, 800 हर्ट्ज की आवृत्ति 400 हर्ट्ज के उच्च सप्तक से अधिक कुछ नहीं है, और बदले में 400 हर्ट्ज की आवृत्ति 200 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ ध्वनि का अगला सप्तक है। बदले में, सप्तक में टोन और ओवरटोन होते हैं। समान आवृत्ति की हार्मोनिक ध्वनि तरंग में परिवर्तनशील कंपन को मानव कान के रूप में माना जाता है संगीतमय स्वर. उच्च-आवृत्ति कंपन की व्याख्या उच्च-पिच ध्वनि के रूप में की जा सकती है, जबकि कम-आवृत्ति कंपन की व्याख्या कम-पिच ध्वनि के रूप में की जा सकती है। मानव कान एक स्वर के अंतर (4000 हर्ट्ज तक की सीमा में) के साथ ध्वनियों को स्पष्ट रूप से अलग करने में सक्षम है। इसके बावजूद, संगीत में बहुत कम संख्या में स्वरों का उपयोग होता है। इसे हार्मोनिक संगति के सिद्धांत के विचार से समझाया गया है; सब कुछ सप्तक के सिद्धांत पर आधारित है।

आइए एक निश्चित तरीके से खींची गई स्ट्रिंग के उदाहरण का उपयोग करके संगीतमय स्वरों के सिद्धांत पर विचार करें। ऐसी स्ट्रिंग, तनाव बल के आधार पर, एक विशिष्ट आवृत्ति पर "ट्यून" की जाएगी। जब यह स्ट्रिंग एक विशिष्ट बल के साथ किसी चीज़ के संपर्क में आती है, जिसके कारण यह कंपन करती है, तो ध्वनि का एक विशिष्ट स्वर लगातार देखा जाएगा, और हम वांछित ट्यूनिंग आवृत्ति सुनेंगे। इस ध्वनि को मूल स्वर कहा जाता है। पहले सप्तक के स्वर "ए" की आवृत्ति को आधिकारिक तौर पर संगीत क्षेत्र में मौलिक स्वर के रूप में स्वीकार किया जाता है, जो 440 हर्ट्ज के बराबर है। हालाँकि, अधिकांश संगीत वाद्ययंत्र कभी भी केवल शुद्ध मौलिक स्वरों को पुन: प्रस्तुत नहीं करते हैं; वे अनिवार्य रूप से ओवरटोन के साथ होते हैं मकसद. यहां संगीत ध्वनिकी की एक महत्वपूर्ण परिभाषा, ध्वनि समय की अवधारणा को याद करना उचित होगा। लय- यह संगीतमय ध्वनियों की एक विशेषता है जो संगीत वाद्ययंत्रों और आवाज़ों को उनकी अद्वितीय, पहचानने योग्य विशिष्टता प्रदान करती है, यहां तक ​​कि समान पिच और मात्रा की ध्वनियों की तुलना करने पर भी। प्रत्येक संगीत वाद्ययंत्र का समय ध्वनि प्रकट होने के समय ओवरटोन के बीच ध्वनि ऊर्जा के वितरण पर निर्भर करता है।

ओवरटोन मौलिक स्वर का एक विशिष्ट रंग बनाते हैं, जिसके द्वारा हम किसी विशिष्ट उपकरण को आसानी से पहचान सकते हैं और पहचान सकते हैं, साथ ही उसकी ध्वनि को दूसरे उपकरण से स्पष्ट रूप से अलग कर सकते हैं। ओवरटोन दो प्रकार के होते हैं: हार्मोनिक और गैर-हार्मोनिक। हार्मोनिक ओवरटोनपरिभाषा के अनुसार मौलिक आवृत्ति के गुणज हैं। इसके विपरीत, यदि ओवरटोन एकाधिक नहीं हैं और मूल्यों से स्पष्ट रूप से विचलित हैं, तो उन्हें कहा जाता है गैर-हार्मोनिक. संगीत में, कई ओवरटोन के साथ संचालन को व्यावहारिक रूप से बाहर रखा गया है, इसलिए यह शब्द "ओवरटोन" की अवधारणा तक सीमित हो गया है, जिसका अर्थ हार्मोनिक है। पियानो जैसे कुछ वाद्ययंत्रों के लिए, मूल स्वर को बनने का समय भी नहीं मिलता है; थोड़े समय में, ओवरटोन की ध्वनि ऊर्जा बढ़ जाती है, और फिर उतनी ही तेजी से घट जाती है। कई उपकरण "ट्रांज़िशन टोन" प्रभाव पैदा करते हैं, जहां कुछ ओवरटोन की ऊर्जा एक निश्चित समय पर सबसे अधिक होती है, आमतौर पर शुरुआत में, लेकिन फिर अचानक बदल जाती है और अन्य ओवरटोन पर चली जाती है। प्रत्येक उपकरण की आवृत्ति रेंज पर अलग से विचार किया जा सकता है और यह आमतौर पर उन मूलभूत आवृत्तियों तक सीमित होती है जिन्हें वह विशेष उपकरण उत्पन्न करने में सक्षम है।

ध्वनि सिद्धांत में NOISE जैसी कोई अवधारणा भी होती है। शोर- यह कोई भी ध्वनि है जो एक दूसरे के साथ असंगत स्रोतों के संयोजन द्वारा बनाई गई है। हवा से पेड़ के पत्तों के हिलने आदि की आवाज से हर कोई परिचित है।

ध्वनि का आयतन क्या निर्धारित करता है?जाहिर है, ऐसी घटना सीधे ध्वनि तरंग द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा की मात्रा पर निर्भर करती है। प्रबलता के मात्रात्मक संकेतक निर्धारित करने के लिए एक अवधारणा है - ध्वनि की तीव्रता। ध्वनि की तीव्रतासमय की प्रति इकाई (उदाहरण के लिए, प्रति सेकंड) अंतरिक्ष के कुछ क्षेत्र (उदाहरण के लिए, सेमी2) से गुजरने वाली ऊर्जा के प्रवाह के रूप में परिभाषित किया गया है। सामान्य बातचीत के दौरान, तीव्रता लगभग 9 या 10 W/cm2 होती है। मानव कान संवेदनशीलता की काफी विस्तृत श्रृंखला में ध्वनियों को समझने में सक्षम है, जबकि ध्वनि स्पेक्ट्रम के भीतर आवृत्तियों की संवेदनशीलता विषम है। इस तरह, आवृत्ति रेंज 1000 हर्ट्ज - 4000 हर्ट्ज, जो सबसे व्यापक रूप से मानव भाषण को कवर करती है, सबसे अच्छी तरह से समझी जाती है।

चूँकि ध्वनियाँ तीव्रता में बहुत भिन्न होती हैं, इसलिए इसे एक लघुगणकीय मात्रा के रूप में सोचना और इसे डेसीबल में मापना अधिक सुविधाजनक है (स्कॉटिश वैज्ञानिक अलेक्जेंडर ग्राहम बेल के बाद)। मानव कान की श्रवण संवेदनशीलता की निचली सीमा 0 डीबी है, ऊपरी 120 डीबी है, जिसे "दर्द सीमा" भी कहा जाता है। संवेदनशीलता की ऊपरी सीमा भी मानव कान द्वारा उसी तरह से नहीं देखी जाती है, बल्कि विशिष्ट आवृत्ति पर निर्भर करती है। दर्द की सीमा को ट्रिगर करने के लिए कम-आवृत्ति ध्वनियों की तीव्रता उच्च-आवृत्ति ध्वनियों की तुलना में बहुत अधिक होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, 31.5 हर्ट्ज की कम आवृत्ति पर दर्द की सीमा 135 डीबी के ध्वनि तीव्रता स्तर पर होती है, जब 2000 हर्ट्ज की आवृत्ति पर दर्द की अनुभूति 112 डीबी पर दिखाई देगी। ध्वनि दबाव की अवधारणा भी है, जो वास्तव में हवा में ध्वनि तरंग के प्रसार की सामान्य व्याख्या का विस्तार करती है। ध्वनि का दबाव- यह एक परिवर्तनशील अतिरिक्त दबाव है जो एक लोचदार माध्यम में ध्वनि तरंग के पारित होने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है।

ध्वनि की तरंग प्रकृति

ध्वनि तरंग उत्पादन प्रणाली को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हवा से भरे पाइप में स्थित एक क्लासिक स्पीकर की कल्पना करें। यदि स्पीकर तेजी से आगे बढ़ता है, तो डिफ्यूज़र के तत्काल आसपास की हवा क्षण भर के लिए संपीड़ित हो जाती है। फिर हवा का विस्तार होगा, जिससे संपीड़ित वायु क्षेत्र पाइप के साथ आगे बढ़ेगा।
यह तरंग गति बाद में ध्वनि बन जाएगी जब यह श्रवण अंग तक पहुंच जाएगी और कान के परदे को "उत्तेजित" करेगी। जब किसी गैस में ध्वनि तरंग उत्पन्न होती है, तो अतिरिक्त दबाव और अतिरिक्त घनत्व पैदा होता है और कण एक स्थिर गति से चलते हैं। ध्वनि तरंगों के बारे में इस तथ्य को याद रखना महत्वपूर्ण है कि पदार्थ ध्वनि तरंग के साथ नहीं चलता है, बल्कि वायुराशियों में केवल अस्थायी गड़बड़ी होती है।

यदि हम एक स्प्रिंग पर मुक्त स्थान में निलंबित एक पिस्टन की कल्पना करते हैं और बार-बार "आगे और पीछे" गति करते हैं, तो ऐसे दोलनों को हार्मोनिक या साइनसॉइडल कहा जाएगा (यदि हम लहर को एक ग्राफ के रूप में कल्पना करते हैं, तो इस मामले में हमें एक शुद्ध मिलेगा बार-बार गिरावट और वृद्धि के साथ साइनसॉइड)। यदि हम एक पाइप में एक स्पीकर की कल्पना करते हैं (जैसा कि ऊपर वर्णित उदाहरण में है) हार्मोनिक दोलन करता है, तो जिस समय स्पीकर "आगे" बढ़ता है तो वायु संपीड़न का प्रसिद्ध प्रभाव प्राप्त होता है, और जब स्पीकर "पीछे" चलता है विरलन का विपरीत प्रभाव होता है। इस मामले में, वैकल्पिक संपीड़न और रेयरफैक्शन की एक लहर पाइप के माध्यम से फैल जाएगी। आसन्न मैक्सिमा या मिनिमा (चरणों) के बीच पाइप के साथ की दूरी को कहा जाएगा तरंग दैर्ध्य. यदि कण तरंग के प्रसार की दिशा के समानांतर दोलन करते हैं, तो तरंग कहलाती है अनुदैर्ध्य. यदि वे प्रसार की दिशा के लंबवत दोलन करते हैं, तो तरंग कहलाती है आड़ा. आमतौर पर, गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य होती हैं, लेकिन ठोस पदार्थों में दोनों प्रकार की तरंगें हो सकती हैं। ठोस पदार्थों में अनुप्रस्थ तरंगें आकार में परिवर्तन के प्रतिरोध के कारण उत्पन्न होती हैं। इन दो प्रकार की तरंगों के बीच मुख्य अंतर यह है कि अनुप्रस्थ तरंग में ध्रुवीकरण का गुण होता है (एक निश्चित तल में दोलन होते हैं), जबकि अनुदैर्ध्य तरंग में ऐसा नहीं होता है।

ध्वनि की गति

ध्वनि की गति सीधे उस माध्यम की विशेषताओं पर निर्भर करती है जिसमें वह फैलती है। यह माध्यम के दो गुणों द्वारा निर्धारित (निर्भर) होता है: सामग्री की लोच और घनत्व। ठोस पदार्थों में ध्वनि की गति सीधे पदार्थ के प्रकार और उसके गुणों पर निर्भर करती है। गैसीय मीडिया में वेग माध्यम के केवल एक प्रकार के विरूपण पर निर्भर करता है: संपीड़न-दुर्लभीकरण। ध्वनि तरंग में दबाव में परिवर्तन आसपास के कणों के साथ ताप विनिमय के बिना होता है और इसे रुद्धोष्म कहा जाता है।
किसी गैस में ध्वनि की गति मुख्य रूप से तापमान पर निर्भर करती है - यह तापमान बढ़ने के साथ बढ़ती है और तापमान घटने के साथ कम हो जाती है। इसके अलावा, गैसीय माध्यम में ध्वनि की गति स्वयं गैस अणुओं के आकार और द्रव्यमान पर निर्भर करती है - कणों का द्रव्यमान और आकार जितना छोटा होगा, तरंग की "चालकता" उतनी ही अधिक होगी और, तदनुसार, गति भी अधिक होगी।

तरल और ठोस मीडिया में, प्रसार का सिद्धांत और ध्वनि की गति हवा में तरंग के प्रसार के समान होती है: संपीड़न-निर्वहन द्वारा। लेकिन इन वातावरणों में, तापमान पर समान निर्भरता के अलावा, माध्यम का घनत्व और इसकी संरचना/संरचना काफी महत्वपूर्ण है। पदार्थ का घनत्व जितना कम होगा, ध्वनि की गति उतनी ही अधिक होगी और इसके विपरीत। माध्यम की संरचना पर निर्भरता अधिक जटिल है और प्रत्येक विशिष्ट मामले में अणुओं/परमाणुओं के स्थान और अंतःक्रिया को ध्यान में रखते हुए निर्धारित की जाती है।

t,°C 20:343 m/s पर हवा में ध्वनि की गति
t,°C 20:1481 m/s पर आसुत जल में ध्वनि की गति
स्टील में ध्वनि की गति t,°C 20: 5000 m/s

खड़ी लहरें और हस्तक्षेप

जब कोई वक्ता किसी सीमित स्थान में ध्वनि तरंगें उत्पन्न करता है, तो सीमाओं से परावर्तित होने वाली तरंगों का प्रभाव अनिवार्य रूप से होता है। परिणामस्वरूप, ऐसा अक्सर होता है हस्तक्षेप प्रभाव- जब दो या दो से अधिक ध्वनि तरंगें एक दूसरे पर ओवरलैप होती हैं। हस्तक्षेप घटना के विशेष मामले हैं: 1) धड़कन तरंगें या 2) खड़ी तरंगें। लहर धड़कती है- यह वह स्थिति है जब समान आवृत्तियों और आयामों वाली तरंगों का योग होता है। धड़कनों की घटना की तस्वीर: जब समान आवृत्तियों की दो तरंगें एक-दूसरे पर ओवरलैप होती हैं। किसी समय, इस तरह के ओवरलैप के साथ, आयाम शिखर "चरण में" मेल खा सकते हैं, और गिरावट "एंटीफ़ेज़" में भी मेल खा सकती है। इस प्रकार ध्वनि धड़कन की विशेषता होती है। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि, खड़ी तरंगों के विपरीत, शिखरों का चरण संयोग लगातार नहीं होता है, बल्कि निश्चित समय अंतराल पर होता है। कानों के लिए, धड़कनों का यह पैटर्न काफी स्पष्ट रूप से पहचाना जाता है, और क्रमशः मात्रा में आवधिक वृद्धि और कमी के रूप में सुना जाता है। वह तंत्र जिसके द्वारा यह प्रभाव घटित होता है, अत्यंत सरल है: जब शिखर संपाती होते हैं, तो आयतन बढ़ता है, और जब घाटियाँ संपाती होती हैं, तो आयतन घट जाता है।

खड़ी तरंगेंसमान आयाम, चरण और आवृत्ति की दो तरंगों के सुपरपोजिशन के मामले में उत्पन्न होता है, जब ऐसी तरंगें "मिलती हैं" तो एक आगे की दिशा में और दूसरी विपरीत दिशा में चलती है। अंतरिक्ष के क्षेत्र में (जहां खड़ी लहर का गठन किया गया था), दो आवृत्ति आयामों के सुपरपोजिशन की एक तस्वीर दिखाई देती है, जिसमें वैकल्पिक मैक्सिमा (तथाकथित एंटीनोड्स) और मिनिमा (तथाकथित नोड्स) होते हैं। जब यह घटना घटित होती है, तो परावर्तन के स्थान पर तरंग की आवृत्ति, चरण और क्षीणन गुणांक अत्यंत महत्वपूर्ण होते हैं। यात्रा तरंगों के विपरीत, खड़ी तरंग में कोई ऊर्जा हस्तांतरण नहीं होता है, इस तथ्य के कारण कि इस तरंग को बनाने वाली आगे और पीछे की तरंगें आगे और विपरीत दोनों दिशाओं में समान मात्रा में ऊर्जा स्थानांतरित करती हैं। खड़ी लहर की घटना को स्पष्ट रूप से समझने के लिए, आइए घरेलू ध्वनिकी से एक उदाहरण की कल्पना करें। मान लीजिए कि हमारे पास कुछ सीमित स्थान (कमरे) में फ़्लोर-स्टैंडिंग स्पीकर सिस्टम हैं। उन्हें बहुत अधिक बास के साथ कुछ बजाने को कहें, आइए कमरे में श्रोता का स्थान बदलने का प्रयास करें। इस प्रकार, एक श्रोता जो खुद को खड़ी तरंग के न्यूनतम (घटाव) के क्षेत्र में पाता है, उसे यह प्रभाव महसूस होगा कि बहुत कम बास है, और यदि श्रोता खुद को आवृत्तियों के अधिकतम (जोड़) के क्षेत्र में पाता है, तो इसके विपरीत बास क्षेत्र में उल्लेखनीय वृद्धि का प्रभाव प्राप्त होता है। इस मामले में, प्रभाव आधार आवृत्ति के सभी सप्तक में देखा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि आधार आवृत्ति 440 हर्ट्ज है, तो "जोड़" या "घटाव" की घटना 880 हर्ट्ज, 1760 हर्ट्ज, 3520 हर्ट्ज आदि की आवृत्तियों पर भी देखी जाएगी।

अनुनाद घटना

अधिकांश ठोस पदार्थों में प्राकृतिक अनुनाद आवृत्ति होती है। केवल एक सिरे पर खुले एक साधारण पाइप के उदाहरण का उपयोग करके इस प्रभाव को समझना काफी आसान है। आइए ऐसी स्थिति की कल्पना करें जहां पाइप के दूसरे छोर से एक स्पीकर जुड़ा हुआ है, जो एक स्थिर आवृत्ति चला सकता है, जिसे बाद में बदला भी जा सकता है। तो, पाइप की अपनी अनुनाद आवृत्ति होती है, सरल शब्दों में - यह वह आवृत्ति है जिस पर पाइप "प्रतिध्वनित" होता है या अपनी ध्वनि बनाता है। यदि स्पीकर की आवृत्ति (समायोजन के परिणामस्वरूप) पाइप की अनुनाद आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो वॉल्यूम को कई गुना बढ़ाने का प्रभाव घटित होगा। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि लाउडस्पीकर पाइप में वायु स्तंभ के कंपन को एक महत्वपूर्ण आयाम के साथ तब तक उत्तेजित करता है जब तक कि समान "गुंजयमान आवृत्ति" नहीं मिल जाती है और अतिरिक्त प्रभाव नहीं होता है। परिणामी घटना को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है: इस उदाहरण में पाइप एक विशिष्ट आवृत्ति पर गूंजकर स्पीकर को "मदद" करता है, उनके प्रयास जुड़ते हैं और एक श्रव्य तेज़ प्रभाव में "परिणाम" होता है। संगीत वाद्ययंत्रों के उदाहरण का उपयोग करके, इस घटना को आसानी से देखा जा सकता है, क्योंकि अधिकांश उपकरणों के डिज़ाइन में अनुनादक नामक तत्व शामिल होते हैं। यह अनुमान लगाना कठिन नहीं है कि एक निश्चित आवृत्ति या संगीत स्वर को बढ़ाने का उद्देश्य क्या है। उदाहरण के लिए: एक गिटार बॉडी जिसमें वॉल्यूम के साथ छेद वाले छेद के रूप में एक अनुनादक होता है; बांसुरी ट्यूब का डिज़ाइन (और सामान्य रूप से सभी पाइप); ड्रम बॉडी का बेलनाकार आकार, जो स्वयं एक निश्चित आवृत्ति का अनुनादक है।

ध्वनि और आवृत्ति प्रतिक्रिया का आवृत्ति स्पेक्ट्रम

चूँकि व्यवहार में व्यावहारिक रूप से समान आवृत्ति की कोई तरंगें नहीं होती हैं, इसलिए श्रव्य रेंज के संपूर्ण ध्वनि स्पेक्ट्रम को ओवरटोन या हार्मोनिक्स में विघटित करना आवश्यक हो जाता है। इन उद्देश्यों के लिए, ऐसे ग्राफ़ हैं जो आवृत्ति पर ध्वनि कंपन की सापेक्ष ऊर्जा की निर्भरता प्रदर्शित करते हैं। इस ग्राफ को ध्वनि आवृत्ति स्पेक्ट्रम ग्राफ कहा जाता है। ध्वनि का आवृत्ति स्पेक्ट्रमइसके दो प्रकार हैं: असतत और सतत। एक पृथक स्पेक्ट्रम प्लॉट रिक्त स्थानों द्वारा अलग की गई व्यक्तिगत आवृत्तियों को प्रदर्शित करता है। सतत स्पेक्ट्रम में एक साथ सभी ध्वनि आवृत्तियाँ शामिल होती हैं।
संगीत या ध्वनिकी के मामले में, सामान्य ग्राफ़ का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है आयाम-आवृत्ति विशेषताएँ(संक्षिप्त रूप में "एएफसी")। यह ग्राफ संपूर्ण आवृत्ति स्पेक्ट्रम (20 हर्ट्ज - 20 किलोहर्ट्ज़) में आवृत्ति पर ध्वनि कंपन के आयाम की निर्भरता को दर्शाता है। इस तरह के ग्राफ को देखकर, यह समझना आसान है, उदाहरण के लिए, किसी विशेष स्पीकर या ध्वनिक प्रणाली की ताकत या कमजोरियां, ऊर्जा उत्पादन के सबसे मजबूत क्षेत्र, आवृत्ति में गिरावट और वृद्धि, क्षीणन, और स्थिरता का भी पता लगाना गिरावट का.

ध्वनि तरंगों का प्रसार, चरण और प्रतिचरण

ध्वनि तरंगों के प्रसार की प्रक्रिया स्रोत से सभी दिशाओं में होती है। इस घटना को समझने का सबसे सरल उदाहरण पानी में फेंका गया एक कंकड़ है।
जिस स्थान पर पत्थर गिरा, वहां से पानी की सतह पर सभी दिशाओं में लहरें फैलने लगती हैं। हालाँकि, आइए एक निश्चित वॉल्यूम में स्पीकर का उपयोग करते हुए एक स्थिति की कल्पना करें, जैसे कि एक बंद बॉक्स, जो एक एम्पलीफायर से जुड़ा है और किसी प्रकार का संगीत संकेत बजाता है। यह नोटिस करना आसान है (खासकर यदि आप एक शक्तिशाली कम-आवृत्ति सिग्नल लागू करते हैं, उदाहरण के लिए एक बास ड्रम) कि स्पीकर तेजी से "आगे" गति करता है, और फिर वही तीव्र गति "पीछे" करता है। समझने वाली बात यह है कि जब स्पीकर आगे बढ़ता है, तो यह एक ध्वनि तरंग उत्सर्जित करता है जिसे हम बाद में सुनते हैं। लेकिन जब स्पीकर पीछे की ओर जाता है तो क्या होता है? और विरोधाभासी रूप से, वही बात होती है, स्पीकर एक ही ध्वनि बनाता है, केवल हमारे उदाहरण में यह पूरी तरह से बॉक्स की मात्रा के भीतर फैलता है, इसकी सीमा से परे जाने के बिना (बॉक्स बंद है)। सामान्य तौर पर, उपरोक्त उदाहरण में बहुत सी दिलचस्प भौतिक घटनाएं देखी जा सकती हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण चरण की अवधारणा है।

स्पीकर, वॉल्यूम में होने के कारण, श्रोता की दिशा में जो ध्वनि तरंग उत्सर्जित करता है वह "चरण में" होती है। रिवर्स वेव, जो बॉक्स के आयतन में जाती है, तदनुसार एंटीफ़ेज़ होगी। यह केवल यह समझना बाकी है कि इन अवधारणाओं का क्या अर्थ है? संकेत चरण- यह अंतरिक्ष में किसी बिंदु पर वर्तमान समय में ध्वनि दबाव का स्तर है। चरण को समझने का सबसे आसान तरीका होम स्पीकर सिस्टम की पारंपरिक फ़्लोर-स्टैंडिंग स्टीरियो जोड़ी द्वारा संगीत सामग्री के पुनरुत्पादन का उदाहरण है। आइए कल्पना करें कि ऐसे दो फ़्लोर-स्टैंडिंग स्पीकर एक निश्चित कमरे में स्थापित किए गए हैं और चलाए जा रहे हैं। इस मामले में, दोनों ध्वनिक प्रणालियाँ परिवर्तनीय ध्वनि दबाव के एक तुल्यकालिक संकेत को पुन: पेश करती हैं, और एक स्पीकर का ध्वनि दबाव दूसरे स्पीकर के ध्वनि दबाव में जोड़ा जाता है। एक समान प्रभाव क्रमशः बाएँ और दाएँ स्पीकर से सिग्नल पुनरुत्पादन की समकालिकता के कारण होता है, दूसरे शब्दों में, बाएँ और दाएँ स्पीकर द्वारा उत्सर्जित तरंगों की चोटियाँ और गर्त मेल खाते हैं।

अब आइए कल्पना करें कि ध्वनि दबाव अभी भी उसी तरह बदलते हैं (परिवर्तन नहीं हुए हैं), लेकिन केवल अब वे एक-दूसरे के विपरीत हैं। ऐसा तब हो सकता है जब आप दो में से एक स्पीकर सिस्टम को रिवर्स पोलरिटी में कनेक्ट करते हैं ("+" केबल को एम्पलीफायर से स्पीकर सिस्टम के "-" टर्मिनल तक, और "-" केबल को एम्पलीफायर से "+" टर्मिनल से कनेक्ट करते हैं। स्पीकर प्रणाली)। इस मामले में, विपरीत सिग्नल दबाव अंतर का कारण बनेगा, जिसे निम्नानुसार संख्याओं में दर्शाया जा सकता है: बायां स्पीकर "1 Pa" का दबाव बनाएगा, और दायां स्पीकर "माइनस 1 Pa" का दबाव बनाएगा। परिणामस्वरूप, श्रोता के स्थान पर कुल ध्वनि मात्रा शून्य होगी। इस घटना को एंटीफ़ेज़ कहा जाता है। यदि हम समझने के लिए उदाहरण को अधिक विस्तार से देखें, तो पता चलता है कि "चरण में" बजाने वाले दो स्पीकर वायु संघनन और विरलन के समान क्षेत्र बनाते हैं, जिससे वास्तव में एक दूसरे की मदद होती है। एक आदर्श एंटीफ़ेज़ के मामले में, एक स्पीकर द्वारा बनाए गए संपीड़ित वायु स्थान के क्षेत्र के साथ दूसरे स्पीकर द्वारा बनाए गए दुर्लभ वायु स्थान का क्षेत्र भी होगा। यह लगभग तरंगों के पारस्परिक तुल्यकालिक रद्दीकरण की घटना जैसा दिखता है। सच है, व्यवहार में वॉल्यूम शून्य तक नहीं गिरता है, और हम अत्यधिक विकृत और कमजोर ध्वनि सुनेंगे।

इस घटना का वर्णन करने का सबसे सुलभ तरीका इस प्रकार है: समान दोलन (आवृत्ति) वाले दो सिग्नल, लेकिन समय के साथ स्थानांतरित हो गए। इसे देखते हुए, एक साधारण गोल घड़ी के उदाहरण का उपयोग करके इन विस्थापन घटनाओं की कल्पना करना अधिक सुविधाजनक है। आइए कल्पना करें कि दीवार पर कई समान गोल घड़ियाँ लटकी हुई हैं। जब इस घड़ी की दूसरी सूइयां समकालिक रूप से चलती हैं, एक घड़ी पर 30 सेकंड और दूसरी पर 30 सेकंड, तो यह उस सिग्नल का एक उदाहरण है जो चरण में है। यदि दूसरी सुई एक बदलाव के साथ चलती है, लेकिन गति अभी भी वही है, उदाहरण के लिए, एक घड़ी पर यह 30 सेकंड है, और दूसरे पर यह 24 सेकंड है, तो यह चरण बदलाव का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। उसी प्रकार, आभासी वृत्त के भीतर, चरण को डिग्री में मापा जाता है। इस मामले में, जब संकेतों को एक दूसरे के सापेक्ष 180 डिग्री (आधा अवधि) स्थानांतरित किया जाता है, तो शास्त्रीय एंटीफ़ेज़ प्राप्त होता है। अक्सर व्यवहार में, छोटे चरण परिवर्तन होते हैं, जिन्हें डिग्री में भी निर्धारित किया जा सकता है और सफलतापूर्वक समाप्त किया जा सकता है।

तरंगें समतल एवं गोलाकार होती हैं। एक समतल तरंग अग्रभाग केवल एक ही दिशा में फैलता है और व्यवहार में इसका सामना बहुत कम होता है। गोलाकार तरंगाग्र एक साधारण प्रकार की तरंग है जो एक बिंदु से उत्पन्न होती है और सभी दिशाओं में यात्रा करती है। ध्वनि तरंगों का गुण होता है विवर्तन, अर्थात। बाधाओं और वस्तुओं के चारों ओर जाने की क्षमता। झुकने की डिग्री ध्वनि तरंग दैर्ध्य और बाधा या छेद के आकार के अनुपात पर निर्भर करती है। विवर्तन तब भी होता है जब ध्वनि के मार्ग में कोई बाधा आती है। इस मामले में, दो परिदृश्य संभव हैं: 1) यदि बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़ा है, तो ध्वनि प्रतिबिंबित या अवशोषित होती है (सामग्री के अवशोषण की डिग्री, बाधा की मोटाई आदि के आधार पर)। ), और बाधा के पीछे एक "ध्वनिक छाया" क्षेत्र बनता है। 2) यदि बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे भी कम है, तो ध्वनि सभी दिशाओं में कुछ हद तक विवर्तित होती है। यदि एक ध्वनि तरंग, एक माध्यम में चलते हुए, दूसरे माध्यम (उदाहरण के लिए, एक ठोस माध्यम के साथ एक वायु माध्यम) के इंटरफ़ेस से टकराती है, तो तीन परिदृश्य घटित हो सकते हैं: 1) तरंग इंटरफ़ेस से परावर्तित होगी 2) तरंग दिशा बदले बिना दूसरे माध्यम में प्रवेश कर सकती है 3) एक तरंग सीमा पर दिशा परिवर्तन के साथ दूसरे माध्यम में प्रवेश कर सकती है, इसे "तरंग अपवर्तन" कहा जाता है।

किसी ध्वनि तरंग के अतिरिक्त दबाव और दोलनशील आयतन वेग के अनुपात को तरंग प्रतिरोध कहा जाता है। सरल शब्दों में, माध्यम की तरंग प्रतिबाधाइसे ध्वनि तरंगों को अवशोषित करने या उनका "प्रतिरोध" करने की क्षमता कहा जा सकता है। प्रतिबिंब और संचरण गुणांक सीधे दो मीडिया के तरंग प्रतिबाधा के अनुपात पर निर्भर करते हैं। गैसीय माध्यम में तरंग प्रतिरोध पानी या ठोस पदार्थों की तुलना में बहुत कम होता है। इसलिए, यदि हवा में कोई ध्वनि तरंग किसी ठोस वस्तु या गहरे पानी की सतह से टकराती है, तो ध्वनि या तो सतह से परावर्तित हो जाती है या काफी हद तक अवशोषित हो जाती है। यह उस सतह (पानी या ठोस) की मोटाई पर निर्भर करता है जिस पर वांछित ध्वनि तरंग गिरती है। जब ठोस या तरल माध्यम की मोटाई कम होती है, तो ध्वनि तरंगें लगभग पूरी तरह से "पास" हो जाती हैं, और इसके विपरीत, जब माध्यम की मोटाई बड़ी होती है, तो तरंगें अधिक बार परावर्तित होती हैं। ध्वनि तरंगों के परावर्तन के मामले में, यह प्रक्रिया एक प्रसिद्ध भौतिक नियम के अनुसार होती है: "आपतन का कोण परावर्तन के कोण के बराबर होता है।" इस मामले में, जब कम घनत्व वाले माध्यम से एक तरंग उच्च घनत्व वाले माध्यम की सीमा से टकराती है, तो घटना घटित होती है अपवर्तन. इसमें एक बाधा से "मिलने" के बाद ध्वनि तरंग का झुकना (अपवर्तन) होता है, और आवश्यक रूप से गति में बदलाव के साथ होता है। अपवर्तन उस माध्यम के तापमान पर भी निर्भर करता है जिसमें परावर्तन होता है।

अंतरिक्ष में ध्वनि तरंगों के प्रसार की प्रक्रिया में, उनकी तीव्रता अनिवार्य रूप से कम हो जाती है; हम कह सकते हैं कि तरंगें क्षीण हो जाती हैं और ध्वनि कमजोर हो जाती है। व्यवहार में, समान प्रभाव का सामना करना काफी सरल है: उदाहरण के लिए, यदि दो लोग किसी मैदान में कुछ करीबी दूरी (एक मीटर या उससे अधिक) पर खड़े होते हैं और एक-दूसरे से कुछ कहना शुरू करते हैं। यदि आप बाद में लोगों के बीच दूरी बढ़ाते हैं (यदि वे एक-दूसरे से दूर जाने लगते हैं), तो बातचीत की मात्रा का समान स्तर कम और कम श्रव्य हो जाएगा। यह उदाहरण ध्वनि तरंगों की तीव्रता में कमी की घटना को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है। ऐसा क्यों हो रहा है? इसका कारण ताप विनिमय, आणविक संपर्क और ध्वनि तरंगों के आंतरिक घर्षण की विभिन्न प्रक्रियाएं हैं। प्रायः व्यवहार में, ध्वनि ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। ऐसी प्रक्रियाएँ अनिवार्य रूप से 3 ध्वनि प्रसार माध्यमों में से किसी में उत्पन्न होती हैं और इन्हें इस प्रकार दर्शाया जा सकता है ध्वनि तरंगों का अवशोषण.

ध्वनि तरंगों की तीव्रता और अवशोषण की डिग्री कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे माध्यम का दबाव और तापमान। अवशोषण विशिष्ट ध्वनि आवृत्ति पर भी निर्भर करता है। जब कोई ध्वनि तरंग तरल पदार्थ या गैसों के माध्यम से फैलती है, तो विभिन्न कणों के बीच घर्षण प्रभाव उत्पन्न होता है, जिसे चिपचिपाहट कहा जाता है। आणविक स्तर पर इस घर्षण के परिणामस्वरूप तरंग को ध्वनि से ऊष्मा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया होती है। दूसरे शब्दों में, माध्यम की तापीय चालकता जितनी अधिक होगी, तरंग अवशोषण की डिग्री उतनी ही कम होगी। गैसीय मीडिया में ध्वनि अवशोषण भी दबाव पर निर्भर करता है (समुद्र तल के सापेक्ष बढ़ती ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव बदलता है)। ध्वनि की आवृत्ति पर अवशोषण की डिग्री की निर्भरता के लिए, चिपचिपाहट और तापीय चालकता की उपर्युक्त निर्भरता को ध्यान में रखते हुए, ध्वनि की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, ध्वनि का अवशोषण उतना ही अधिक होगा। उदाहरण के लिए, हवा में सामान्य तापमान और दबाव पर, 5000 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली तरंग का अवशोषण 3 डीबी/किमी है, और 50,000 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली तरंग का अवशोषण 300 डीबी/मीटर होगा।

ठोस मीडिया में, उपरोक्त सभी निर्भरताएँ (थर्मल चालकता और चिपचिपाहट) संरक्षित रहती हैं, लेकिन इसमें कई और शर्तें जोड़ी जाती हैं। वे ठोस पदार्थों की आणविक संरचना से जुड़े हैं, जो अपनी विषमताओं के साथ भिन्न हो सकते हैं। इस आंतरिक ठोस आणविक संरचना के आधार पर, इस मामले में ध्वनि तरंगों का अवशोषण भिन्न हो सकता है, और विशिष्ट सामग्री के प्रकार पर निर्भर करता है। जब ध्वनि किसी ठोस वस्तु से होकर गुजरती है, तो तरंग कई परिवर्तनों और विकृतियों से गुजरती है, जो अक्सर ध्वनि ऊर्जा के फैलाव और अवशोषण की ओर ले जाती है। आणविक स्तर पर, एक अव्यवस्था प्रभाव तब हो सकता है जब एक ध्वनि तरंग परमाणु विमानों के विस्थापन का कारण बनती है, जो फिर अपनी मूल स्थिति में लौट आती है। या, अव्यवस्थाओं की गति से उनके लंबवत अव्यवस्थाओं के साथ टकराव होता है या क्रिस्टल संरचना में दोष होता है, जो उनके अवरोध का कारण बनता है और, परिणामस्वरूप, ध्वनि तरंग का कुछ अवशोषण होता है। हालाँकि, ध्वनि तरंग इन दोषों के साथ भी प्रतिध्वनित हो सकती है, जिससे मूल तरंग में विकृति आ जाएगी। सामग्री की आणविक संरचना के तत्वों के साथ बातचीत के समय ध्वनि तरंग की ऊर्जा आंतरिक घर्षण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप नष्ट हो जाती है।

इस लेख में मैं मानव श्रवण धारणा की विशेषताओं और ध्वनि प्रसार की कुछ सूक्ष्मताओं और विशेषताओं का विश्लेषण करने का प्रयास करूंगा।

गड़गड़ाहट, संगीत, लहरों की आवाज, मानव भाषण और बाकी सब कुछ जो हम सुनते हैं वह ध्वनि है। "ध्वनि" क्या है?

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वास्तव में, वह सब कुछ जिसे हम ध्वनि मानने के आदी हैं, वह कंपन (वायु) के प्रकारों में से एक है जिसे हमारा मस्तिष्क और अंग अनुभव कर सकते हैं।

ध्वनि की प्रकृति क्या है?

हवा में प्रसारित सभी ध्वनियाँ ध्वनि तरंग के कंपन हैं। यह किसी वस्तु के कंपन से उत्पन्न होता है और अपने स्रोत से सभी दिशाओं में अलग हो जाता है। कंपन करने वाली वस्तु पर्यावरण में अणुओं को संपीड़ित करती है और फिर एक दुर्लभ वातावरण बनाती है, जिससे अणु एक-दूसरे को और भी अधिक पीछे धकेलते हैं। इस प्रकार, हवा के दबाव में परिवर्तन वस्तु से दूर फैलता है, अणु स्वयं अपने लिए अपरिवर्तित स्थिति में रहते हैं।

ध्वनि तरंगों का कान के परदे पर प्रभाव। छवि स्रोत:prd.go.th

जैसे ही ध्वनि तरंग अंतरिक्ष में यात्रा करती है, यह अपने रास्ते में आने वाली वस्तुओं से परावर्तित होती है, जिससे आसपास की हवा में परिवर्तन होता है। जब ये परिवर्तन आपके कान तक पहुंचते हैं और कान के परदे को प्रभावित करते हैं, तो तंत्रिका अंत मस्तिष्क को एक संकेत भेजते हैं, और आप इन कंपनों को ध्वनि के रूप में महसूस करते हैं।

ध्वनि तरंग की बुनियादी विशेषताएँ

सबसे सरल ध्वनि तरंग का आकार साइन तरंग है। साइन तरंगें अपने शुद्ध रूप में प्रकृति में बहुत कम पाई जाती हैं, लेकिन ध्वनि की भौतिकी का अध्ययन उनके साथ ही शुरू करना चाहिए, क्योंकि किसी भी ध्वनि को साइन तरंगों के संयोजन में विघटित किया जा सकता है।

एक साइन तरंग ध्वनि के तीन मुख्य भौतिक मानदंडों - आवृत्ति, आयाम और चरण को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करती है।

आवृत्ति

कंपन आवृत्ति जितनी कम होगी, ध्वनि उतनी ही कम होगी, छवि स्रोत: ReasonGuide.Ru

आवृत्ति एक मात्रा है जो प्रति सेकंड कंपन की संख्या को दर्शाती है। इसे दोलन अवधियों की संख्या या हर्ट्ज़ (हर्ट्ज) में मापा जाता है। मानव कान 20 हर्ट्ज़ (कम आवृत्तियों) से 20 किलोहर्ट्ज़ (उच्च आवृत्तियों) तक की ध्वनि को सुन सकता है। इस सीमा से ऊपर की ध्वनियों को अल्ट्रासाउंड कहा जाता है, और नीचे - इन्फ्रासाउंड, और मानव श्रवण द्वारा नहीं माना जाता है।

आयाम

ध्वनि तरंग का आयाम जितना अधिक होगा, ध्वनि उतनी ही तेज़ होगी।

ध्वनि तरंग के आयाम (या तीव्रता) की अवधारणा ध्वनि की ताकत को संदर्भित करती है, जिसे मानव श्रवण ध्वनि की मात्रा या तीव्रता के रूप में महसूस करता है। लोग ध्वनि की मात्रा की एक विस्तृत श्रृंखला को देख सकते हैं: एक शांत अपार्टमेंट में टपकते नल से लेकर एक संगीत कार्यक्रम में बजने वाले संगीत तक। ध्वनि की तीव्रता मापने के लिए फोनोमीटर (डेसीबल में मापा जाता है) का उपयोग किया जाता है, जो माप को अधिक सुविधाजनक बनाने के लिए लघुगणकीय पैमाने का उपयोग करता है।

ध्वनि तरंग चरण

ध्वनि तरंग के चरण. छवि स्रोत: Muz-Flame.ru

दो ध्वनि तरंगों के गुणों का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है। यदि दो तरंगों का आयाम और आवृत्ति समान है, तो दो ध्वनि तरंगों को चरण में कहा जाता है। चरण को 0 से 360 तक मापा जाता है, जहां 0 एक मान है जो दर्शाता है कि दो ध्वनि तरंगें समकालिक (चरण में) हैं और 180 एक मान है जो दर्शाता है कि तरंगें एक दूसरे के विपरीत हैं (चरण से बाहर)। जब दो ध्वनि तरंगें चरण में होती हैं, तो दोनों ध्वनियाँ ओवरलैप हो जाती हैं और संकेत एक दूसरे को सुदृढ़ करते हैं। जब दो सिग्नल जो आयाम में मेल नहीं खाते हैं, संयुक्त होते हैं, तो दबाव अंतर के कारण सिग्नल दब जाते हैं, जिससे शून्य परिणाम होता है, यानी ध्वनि गायब हो जाती है। इस घटना को "चरण दमन" के रूप में जाना जाता है।

दो समान ऑडियो संकेतों को संयोजित करते समय, चरण रद्दीकरण एक गंभीर समस्या बन सकता है, और ध्वनिक कक्ष में सतहों से परावर्तित तरंग के साथ मूल ध्वनि तरंग का संयोजन भी एक बड़ी समस्या है। उदाहरण के लिए, जब एक स्टीरियो मिक्सर के बाएँ और दाएँ चैनल को एक सामंजस्यपूर्ण रिकॉर्डिंग उत्पन्न करने के लिए संयोजित किया जाता है, तो सिग्नल चरण रद्दीकरण से पीड़ित हो सकता है।

डेसिबल क्या है?

डेसीबल ध्वनि दबाव या विद्युत वोल्टेज के स्तर को मापते हैं। यह एक ऐसी इकाई है जो दो अलग-अलग मात्राओं का एक-दूसरे से अनुपात दर्शाती है। बेल (अमेरिकी वैज्ञानिक अलेक्जेंडर बेल के नाम पर) एक दशमलव लघुगणक है जो एक दूसरे से दो अलग-अलग संकेतों के अनुपात को दर्शाता है। इसका मतलब यह है कि स्केल में प्रत्येक आगामी बेल के लिए, प्राप्त सिग्नल दस गुना अधिक मजबूत है। उदाहरण के लिए, तेज़ ध्वनि का ध्वनि दबाव शांत ध्वनि की तुलना में अरबों गुना अधिक होता है। ऐसे बड़े मूल्यों को प्रदर्शित करने के लिए, उन्होंने डेसीबल (डीबी) के सापेक्ष मूल्य का उपयोग करना शुरू कर दिया - जिसमें 1,000,000,000 को 109, या बस 9 कहा गया। भौतिकविदों और ध्वनिविदों द्वारा इस मूल्य को अपनाने से बड़ी संख्याओं के साथ काम करना अधिक सुविधाजनक हो गया। .

विभिन्न ध्वनियों के लिए वॉल्यूम स्केल। छवि स्रोत: Nauet.ru

व्यवहार में, ध्वनि स्तर को मापने के लिए बेल बहुत बड़ी इकाई है, इसलिए इसके स्थान पर डेसिबल, जो कि बेल का दसवां हिस्सा है, का उपयोग किया गया था। यह नहीं कहा जा सकता है कि बेल के स्थान पर डेसिबल का उपयोग जूते के आकार को इंगित करने के लिए मीटर के बजाय सेंटीमीटर का उपयोग करने जैसा है; बेल और डेसिबल सापेक्ष मूल्य हैं।

उपरोक्त से यह स्पष्ट है कि ध्वनि स्तर आमतौर पर डेसीबल में मापा जाता है। कुछ ध्वनि स्तर मानकों का उपयोग टेलीफोन के आविष्कार से लेकर आज तक, कई वर्षों से ध्वनिकी में किया जाता रहा है। इनमें से अधिकांश मानकों को आधुनिक उपकरणों के संबंध में लागू करना कठिन है; इनका उपयोग केवल पुराने उपकरणों के लिए किया जाता है। आज, रिकॉर्डिंग और प्रसारण स्टूडियो में उपकरण dBu (0.775 V के स्तर के सापेक्ष डेसीबल) जैसी इकाई का उपयोग करते हैं, और घरेलू उपकरणों में - dBV (1 V के स्तर के सापेक्ष मापा गया डेसीबल) का उपयोग करते हैं। ध्वनि शक्ति को मापने के लिए डिजिटल ऑडियो उपकरण dBFS (डेसीबल पूर्ण पैमाने) का उपयोग करता है।

डी बी एम- "एम" का मतलब मिलीवाट (एमडब्ल्यू) है, जो विद्युत शक्ति को दर्शाने के लिए उपयोग की जाने वाली माप की एक इकाई है। बिजली को विद्युत वोल्टेज से अलग करना आवश्यक है, हालाँकि ये दोनों अवधारणाएँ एक-दूसरे से निकटता से संबंधित हैं। माप की डीबीएम इकाई का उपयोग टेलीफोन संचार की शुरुआत के समय से ही शुरू हो गया था और आज इसका उपयोग पेशेवर उपकरणों में भी किया जाता है।

डीबीयू- इस मामले में, वोल्टेज को संदर्भ शून्य स्तर के सापेक्ष (शक्ति के बजाय) मापा जाता है; 0.75 वोल्ट को संदर्भ स्तर माना जाता है। आधुनिक पेशेवर ऑडियो उपकरण के साथ काम करते समय, dBu को dBm से बदल दिया जाता है। अतीत में ऑडियो इंजीनियरिंग के क्षेत्र में माप की एक इकाई के रूप में डीबीयू का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक था, जब सिग्नल की ताकत का मूल्यांकन करने के लिए वोल्टेज के बजाय विद्युत शक्ति की गणना करना अधिक महत्वपूर्ण था।

डीबीवी- माप की यह इकाई भी संदर्भ शून्य स्तर (डीबीयू के मामले में) पर आधारित है, हालांकि, 1 वी को संदर्भ स्तर के रूप में लिया जाता है, जो 0.775 वी के आंकड़े से अधिक सुविधाजनक है। ध्वनि माप की यह इकाई है अक्सर घरेलू और अर्ध-पेशेवर ऑडियो उपकरण के लिए उपयोग किया जाता है।

डीबीएफएस- यह सिग्नल लेवल रेटिंग डिजिटल ऑडियो इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है और माप की उपरोक्त इकाइयों से बहुत अलग है। एफएस (पूर्ण स्केल) एक पूर्ण स्केल है जिसका उपयोग किया जाता है क्योंकि, एक एनालॉग ऑडियो सिग्नल के विपरीत, जिसमें एक इष्टतम वोल्टेज होता है, डिजिटल सिग्नल के साथ काम करते समय डिजिटल मानों की पूरी श्रृंखला समान रूप से स्वीकार्य होती है। 0 dBFS डिजिटल ऑडियो सिग्नल का अधिकतम संभव स्तर है जिसे विरूपण के बिना रिकॉर्ड किया जा सकता है। डीबीयू और डीबीवी जैसे एनालॉग माप मानकों में 0 डीबीएफएस से अधिक कोई गतिशील रेंज हेडरूम नहीं है।

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ध्वनि यांत्रिक कंपन है जो मुख्य रूप से अनुदैर्ध्य तरंगों के रूप में एक लोचदार सामग्री माध्यम में फैलती है।

निर्वात में, ध्वनि प्रसारित नहीं होती है, क्योंकि ध्वनि संचरण के लिए भौतिक माध्यम के कणों के बीच एक भौतिक माध्यम और यांत्रिक संपर्क की आवश्यकता होती है।

किसी माध्यम में ध्वनि ध्वनि तरंगों के रूप में यात्रा करती है। ध्वनि तरंगें यांत्रिक कंपन हैं जो किसी माध्यम में उसके सशर्त कणों का उपयोग करके प्रसारित होती हैं। किसी माध्यम के पारंपरिक कणों का अर्थ उसके सूक्ष्म आयतन से है।

ध्वनिक तरंग की बुनियादी भौतिक विशेषताएँ:

1. आवृत्ति.

आवृत्तिध्वनि तरंग का परिमाण है प्रति इकाई समय में पूर्ण दोलनों की संख्या के बराबर। प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है वी (नग्न) और मापा गया हर्ट्ज़ में. 1 हर्ट्ज = 1 गिनती/सेकंड = [एस -1]।

ध्वनि कंपन पैमाने को निम्नलिखित आवृत्ति अंतरालों में विभाजित किया गया है:

· इन्फ्रासाउंड (0 से 16 हर्ट्ज तक);

· श्रव्य ध्वनि (16 से 16,000 हर्ट्ज तक);

· अल्ट्रासाउंड (16,000 हर्ट्ज से अधिक)।

ध्वनि तरंग की आवृत्ति का उसकी व्युत्क्रम मात्रा - ध्वनि तरंग की अवधि - से गहरा संबंध है। अवधिध्वनि तरंग माध्यम के कणों के एक पूर्ण दोलन का समय है। मनोनीत टीऔर सेकंड [s] में मापा जाता है।

ध्वनि तरंग ले जाने वाले माध्यम के कणों के कंपन की दिशा के अनुसार ध्वनि तरंगों को विभाजित किया जाता है:

· अनुदैर्ध्य;

· अनुप्रस्थ.

अनुदैर्ध्य तरंगों के लिए, माध्यम के कणों के कंपन की दिशा माध्यम में ध्वनि तरंग के प्रसार की दिशा से मेल खाती है (चित्र 1)।

अनुप्रस्थ तरंगों के लिए, माध्यम के कणों के कंपन की दिशाएँ ध्वनि तरंग के प्रसार की दिशा के लंबवत होती हैं (चित्र 2)।

चावल। 1 अंजीर. 2

अनुदैर्ध्य तरंगें गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में फैलती हैं। अनुप्रस्थ - केवल ठोस पदार्थों में।

3. कंपन का आकार.

कंपन के रूप के अनुसार ध्वनि तरंगों को निम्न में विभाजित किया गया है:

· सरल तरंगें;

जटिल लहरें.

एक साधारण तरंग का ग्राफ एक साइन तरंग है।

एक जटिल तरंग का ग्राफ़ कोई भी आवधिक गैर-साइनसॉइडल वक्र होता है .

4. तरंग दैर्ध्य।

तरंग दैर्ध्य मात्रा हैउस दूरी के बराबर जिस पर ध्वनि तरंग एक अवधि के बराबर समय में यात्रा करती है। इसे λ (लैम्ब्डा) नामित किया गया है और इसे मीटर (एम), सेंटीमीटर (सेमी), मिलीमीटर (मिमी), माइक्रोमीटर (µm) में मापा जाता है।

तरंग दैर्ध्य उस माध्यम पर निर्भर करता है जिसमें ध्वनि यात्रा करती है।

5. ध्वनि तरंग गति.

ध्वनि तरंग की गतिएक स्थिर ध्वनि स्रोत वाले माध्यम में ध्वनि प्रसार की गति है। प्रतीक v द्वारा निरूपित, सूत्र द्वारा गणना की गई:

ध्वनि तरंग की गति माध्यम के प्रकार और तापमान पर निर्भर करती है। ध्वनि की गति ठोस लोचदार पिंडों में सबसे अधिक, तरल पदार्थों में कम और गैसों में सबसे कम होती है।

वायु, सामान्य वायुमंडलीय दबाव, तापमान - 20 डिग्री, वी = 342 मीटर/सेकेंड;

पानी, तापमान 15-20 डिग्री, वी = 1500 मीटर/सेकेंड;

धातु, वी = 5000-10000 मी/से.

तापमान में 10 डिग्री की वृद्धि के साथ हवा में ध्वनि की गति लगभग 0.6 मीटर/सेकेंड बढ़ जाती है।