ხმის ტალღები თუ არა. რატომ ჩნდება ხმის ტალღა? სიღრმის ხმა

ხმა არის ბგერითი ტალღები, რომლებიც იწვევენ ჰაერის, სხვა გაზების, თხევადი და მყარი მედიის მცირე ნაწილაკების ვიბრაციას. ხმა შეიძლება წარმოიშვას მხოლოდ იქ, სადაც არის ნივთიერება, არ აქვს მნიშვნელობა რა მდგომარეობაშია იგი. ვაკუუმში, სადაც არ არის საშუალო, ხმა არ ვრცელდება, რადგან არ არსებობს ნაწილაკები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ბგერითი ტალღების გამანაწილებელი. მაგალითად, სივრცეში. ხმა შეიძლება შეიცვალოს, შეიცვალოს, გადაიქცეს ენერგიის სხვა ფორმებად. ამრიგად, რადიოტალღებად ან ელექტრულ ენერგიად გარდაქმნილი ხმა შეიძლება გადაიცეს დისტანციებზე და ჩაიწეროს საინფორმაციო მედიაზე.

Ბგერითი ტალღა

საგნებისა და სხეულების მოძრაობა თითქმის ყოველთვის იწვევს გარემოში რყევებს. არ აქვს მნიშვნელობა წყალია თუ ჰაერი. ამ პროცესის დროს, გარემოს ნაწილაკები, რომლებზეც სხეულის ვიბრაცია გადაეცემა, ასევე იწყებენ ვიბრაციას. წარმოიქმნება ხმის ტალღები. უფრო მეტიც, მოძრაობები ხორციელდება წინ და უკან მიმართულებით, თანდათანობით ცვლის ერთმანეთს. ამიტომ ხმის ტალღა გრძივია. მასში არასოდეს არის გვერდითი მოძრაობა მაღლა და ქვევით.

ხმის ტალღების მახასიათებლები

ნებისმიერი ფიზიკური ფენომენის მსგავსად, მათ აქვთ საკუთარი რაოდენობები, რომელთა დახმარებითაც შესაძლებელია თვისებების აღწერა. ხმის ტალღის ძირითადი მახასიათებლებია მისი სიხშირე და ამპლიტუდა. პირველი მნიშვნელობა გვიჩვენებს რამდენი ტალღა იქმნება წამში. მეორე განსაზღვრავს ტალღის სიძლიერეს. დაბალი სიხშირის ბგერებს აქვთ დაბალი სიხშირის მნიშვნელობები და პირიქით. ხმის სიხშირე იზომება ჰერცში და თუ ის აღემატება 20000 ჰც-ს, მაშინ ხდება ულტრაბგერითი. ბუნებაში და ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროში დაბალი სიხშირის და მაღალი სიხშირის ბგერების უამრავი მაგალითია. ბულბულის ჭიკჭიკი, ჭექა-ქუხილის ჭექა-ქუხილი, მთის მდინარის ღრიალი და სხვა ეს ყველაფერი სხვადასხვა ხმის სიხშირეა. ტალღის ამპლიტუდა პირდაპირ დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად მაღალია ხმა. ხმა, თავის მხრივ, მცირდება ხმის წყაროდან დაშორებით. შესაბამისად, რაც უფრო შორს არის ტალღა ეპიცენტრიდან, მით უფრო მცირეა ამპლიტუდა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ხმის ტალღის ამპლიტუდა მცირდება ხმის წყაროდან დაშორებით.

ხმის სიჩქარე

ხმის ტალღის ეს მაჩვენებელი პირდაპირ არის დამოკიდებული საშუალების ბუნებაზე, რომელშიც ის ვრცელდება. აქ მნიშვნელოვან როლს თამაშობს როგორც ტენიანობა, ასევე ჰაერის ტემპერატურა. საშუალო ამინდის პირობებში, ხმის სიჩქარე წამში დაახლოებით 340 მეტრია. ფიზიკაში არის ზებგერითი სიჩქარე, რომელიც ყოველთვის აღემატება ხმის სიჩქარეს. ეს არის სიჩქარე, რომლითაც ხმის ტალღები მოძრაობენ თვითმფრინავის მოძრაობისას. თვითმფრინავი ზებგერითი სიჩქარით მოძრაობს და მის მიერ შექმნილ ხმის ტალღებსაც კი უსწრებს. თვითმფრინავის უკან თანდათან მზარდი წნევის გამო წარმოიქმნება ხმის დარტყმის ტალღა. ამ სიჩქარის საზომი ერთეული საინტერესოა და ცოტამ თუ იცის. მას ქვია მახი. 1 მახი უდრის ხმის სიჩქარეს. თუ ტალღა მოძრაობს 2 მახზე, მაშინ ის ორჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე ხმის სიჩქარე.

ხმები

ადამიანის ყოველდღიურ ცხოვრებაში მუდმივი ხმაურია. ხმაურის დონე იზომება დეციბელებში. მანქანების მოძრაობა, ქარი, ფოთლების შრიალი, ხალხის ხმის ჩახლართული და სხვა ხმოვანი ხმები ჩვენი ყოველდღიური თანამგზავრია. მაგრამ ადამიანის სმენის ანალიზატორს აქვს უნარი შეეგუოს ასეთ ხმაურს. თუმცა არის ისეთი ფენომენებიც, რომლებსაც ადამიანის ყურის ადაპტაციური შესაძლებლობებიც კი ვერ უმკლავდება. მაგალითად, 120 დბ-ზე მეტი ხმაური შეიძლება გამოიწვიოს ტკივილი. ყველაზე ხმამაღალი ცხოველი ლურჯი ვეშაპია. როდესაც ის გამოსცემს ხმებს, ის ისმის 800 კილომეტრის მანძილზე.

ექო

როგორ ხდება ექო? აქ ყველაფერი ძალიან მარტივია. ხმის ტალღას აქვს უნარი აისახოს სხვადასხვა ზედაპირიდან: წყლიდან, კლდიდან, ცარიელი ოთახის კედლებიდან. ეს ტალღა ბრუნდება ჩვენთან, ამიტომ გვესმის მეორადი ხმა. ეს არ არის ისეთივე ნათელი, როგორც ორიგინალი, რადგან ხმის ტალღის ენერგიის ნაწილი იშლება დაბრკოლებამდე მოგზაურობისას.

ექოლოკაცია

ხმის ასახვა გამოიყენება სხვადასხვა პრაქტიკული მიზნებისთვის. მაგალითად, ექოლოკაცია. იგი ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ულტრაბგერითი ტალღების დახმარებით შესაძლებელია დადგინდეს მანძილი ობიექტამდე, საიდანაც ეს ტალღები აირეკლება. გამოთვლები კეთდება იმ დროის გაზომვით, რომელიც სჭირდება ულტრაბგერითი მოგზაურობისთვის და დაბრუნების ადგილს. ბევრ ცხოველს აქვს ექოლოკაციის უნარი. მაგალითად, ღამურები და დელფინები იყენებენ მას საკვების მოსაძებნად. Echolocation-მა მედიცინაში კიდევ ერთი გამოყენება იპოვა. ულტრაბგერითი გამოკვლევების დროს ყალიბდება ადამიანის შინაგანი ორგანოების სურათი. ამ მეთოდის საფუძველია ის, რომ ულტრაბგერითი, ჰაერის გარდა სხვა გარემოში შესვლისას, ბრუნდება უკან, რითაც ქმნის სურათს.

ხმის ტალღები მუსიკაში

რატომ გამოსცემს მუსიკალური ინსტრუმენტები გარკვეულ ხმებს? გიტარის დარტყმა, ფორტეპიანოს დარტყმა, დასარტყამი და საყვირის დაბალი ტონები, ფლეიტის მომხიბვლელი თხელი ხმა. ყველა ეს და მრავალი სხვა ბგერა წარმოიქმნება ჰაერის ვიბრაციების ან, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ხმის ტალღების გამოჩენის გამო. მაგრამ რატომ არის მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმა ასე მრავალფეროვანი? გამოდის, რომ ეს რამდენიმე ფაქტორზეა დამოკიდებული. პირველი არის ხელსაწყოს ფორმა, მეორე არის მასალა, საიდანაც იგი მზადდება.

მოდით შევხედოთ ამას სიმებიანი ინსტრუმენტების გამოყენებით, როგორც მაგალითი. ისინი ხმის წყაროდ ხდებიან სიმების შეხებისას. შედეგად, ისინი იწყებენ ვიბრაციას და აგზავნიან სხვადასხვა ხმებს გარემოში. ნებისმიერი სიმებიანი საკრავის დაბალი ჟღერადობა განპირობებულია სიმის უფრო დიდი სისქით და სიგრძით, ასევე მისი დაძაბულობის სისუსტით. და პირიქით, რაც უფრო მჭიდროდ არის დაჭიმული სიმი, რაც უფრო თხელი და მოკლეა, მით უფრო მაღალია დაკვრის შედეგად მიღებული ხმა.

მიკროფონის მოქმედება

იგი ეფუძნება ხმის ტალღის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევას. ამ შემთხვევაში, ხმის მიმდინარე სიძლიერე და ბუნება პირდაპირ არის დამოკიდებული. ნებისმიერი მიკროფონის შიგნით არის ლითონისგან დამზადებული თხელი ფირფიტა. ბგერის ზემოქმედებისას ის იწყებს რხევითი მოძრაობების შესრულებას. სპირალი, რომელსაც ფირფიტა უკავშირდება, ასევე ვიბრირებს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ელექტრო დენი. რატომ ჩნდება ის? ეს იმიტომ ხდება, რომ მიკროფონს ასევე აქვს ჩაშენებული მაგნიტები. როდესაც სპირალი თავის პოლუსებს შორის ირხევა, წარმოიქმნება ელექტრული დენი, რომელიც მიდის სპირალის გასწვრივ, შემდეგ კი ხმის სვეტამდე (დინამიკამდე) ან საინფორმაციო საშუალებებზე (კასეტა, დისკი, კომპიუტერი) ჩაწერის მოწყობილობამდე. სხვათა შორის, მსგავსი სტრუქტურა აქვს ტელეფონში არსებულ მიკროფონს. მაგრამ როგორ მუშაობს მიკროფონები სახმელეთო და მობილურ ტელეფონებზე? საწყისი ფაზა მათთვისაც იგივეა - ადამიანის ხმის ხმა თავის ვიბრაციას მიკროფონის ფირფიტაზე გადასცემს, შემდეგ ყველაფერი ზემოთ აღწერილ სცენარს მიჰყვება: სპირალი, რომელიც მოძრაობისას ხურავს ორ პოლუსს, იქმნება დენი. Რა არის შემდეგი? სახმელეთო ტელეფონით ყველაფერი მეტ-ნაკლებად ნათელია – ისევე როგორც მიკროფონში, ელექტრო დენად გარდაქმნილი ხმა მავთულხლართებში გადის. მაგრამ რაც შეეხება მობილურ ტელეფონს ან, მაგალითად, walkie-talkie-ს? ამ შემთხვევაში ხმა გარდაიქმნება რადიოტალღურ ენერგიად და ურტყამს თანამგზავრს. Სულ ეს არის.

რეზონანსული ფენომენი

ზოგჯერ იქმნება პირობები, როდესაც ფიზიკური სხეულის ვიბრაციების ამპლიტუდა მკვეთრად იზრდება. ეს ხდება იძულებითი რხევების სიხშირის მნიშვნელობების და ობიექტის (სხეულის) რხევების ბუნებრივი სიხშირის კონვერგენციის გამო. რეზონანსი შეიძლება იყოს როგორც სასარგებლო, ასევე მავნე. მაგალითად, მანქანის ხვრელიდან გამოსაყვანად, მას აჭიანურებენ და უბიძგებენ წინ და უკან, რათა გამოიწვიონ რეზონანსი და მისცეს მანქანას ინერცია. მაგრამ ასევე იყო რეზონანსის უარყოფითი შედეგების შემთხვევები. მაგალითად, სანქტ-პეტერბურგში, დაახლოებით ასი წლის წინ, ხიდი ჩამოინგრა ჯარისკაცების ერთხმად ლაშქრობის ქვეშ.

ეს გაკვეთილი მოიცავს თემას "ხმის ტალღები". ამ გაკვეთილზე ჩვენ გავაგრძელებთ აკუსტიკის შესწავლას. ჯერ გავიმეოროთ ხმის ტალღების განმარტება, შემდეგ განვიხილოთ მათი სიხშირის დიაპაზონები და გავეცნოთ ულტრაბგერითი და ინფრაბგერითი ტალღების კონცეფციას. ასევე განვიხილავთ ხმის ტალღების თვისებებს სხვადასხვა მედიაში და გავიგებთ რა მახასიათებლები აქვთ მათ. .

Ხმის ტალღები -ეს არის მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც ვრცელდება და ურთიერთქმედებს სმენის ორგანოსთან, აღიქვამს ადამიანს (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. ხმის ტალღა

ფიზიკის ფილიალს, რომელიც ეხება ამ ტალღებს, ეწოდება აკუსტიკა. იმ ადამიანების პროფესია, რომლებსაც ხალხში „მსმენელებს“ უწოდებენ, არის აკუსტიკოსები. ბგერითი ტალღა არის ელასტიურ გარემოში გავრცელებული ტალღა, ეს არის გრძივი ტალღა და როდესაც ის ვრცელდება დრეკად გარემოში, შეკუმშვა და გამონადენი მონაცვლეობით ხდება. ის დროთა განმავლობაში გადაიცემა მანძილზე (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2. ხმის ტალღის გავრცელება

ხმის ტალღები მოიცავს ვიბრაციას, რომელიც ხდება 20-დან 20000 ჰც-მდე სიხშირით. ამ სიხშირეებისთვის შესაბამისი ტალღის სიგრძეა 17 მ (20 ჰც-სთვის) და 17 მმ (20000 ჰც-ისთვის). ამ დიაპაზონს დაერქმევა ხმოვანი ხმა. ეს ტალღის სიგრძე მოცემულია ჰაერისთვის, რომლის ბგერის სიჩქარე უდრის .

ასევე არის დიაპაზონები, რომლებსაც აკუსტიკოსები უმკლავდებიან - ინფრაბგერითი და ულტრაბგერითი. ინფრაბგერითი არის ის, ვისაც აქვს 20 ჰც-ზე ნაკლები სიხშირე. ხოლო ულტრაბგერითი არის ის, ვისაც აქვს 20000 ჰც-ზე მეტი სიხშირე (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. ხმის ტალღების დიაპაზონი

ყველა განათლებულმა ადამიანმა უნდა იცნობდეს ხმის ტალღების სიხშირის დიაპაზონს და იცოდეს, რომ თუ ექოსკოპიაზე მიდის, კომპიუტერის ეკრანზე სურათი 20000 ჰც-ზე მეტი სიხშირით იქნება აგებული.

ულტრაბგერა -ეს არის ხმის ტალღების მსგავსი მექანიკური ტალღები, მაგრამ სიხშირით 20 kHz-დან მილიარდ ჰერცამდე.

მილიარდ ჰერცზე მეტი სიხშირის ტალღებს უწოდებენ ჰიპერბგერითი.

ულტრაბგერა გამოიყენება ჩამოსხმის ნაწილების დეფექტების გამოსავლენად. მოკლე ულტრაბგერითი სიგნალების ნაკადი მიმართულია შესამოწმებელ ნაწილზე. იმ ადგილებში, სადაც არ არის ხარვეზები, სიგნალები გადის ნაწილზე მიმღების მიერ რეგისტრირების გარეშე.

თუ ნაწილში არის ბზარი, ჰაერის ღრუ ან სხვა არაერთგვაროვნება, მაშინ ულტრაბგერითი სიგნალი აისახება მისგან და დაბრუნების შემდეგ შედის მიმღებში. ამ მეთოდს ე.წ ულტრაბგერითი ხარვეზის გამოვლენა.

ულტრაბგერითი გამოყენების სხვა მაგალითებია ულტრაბგერითი აპარატები, ულტრაბგერითი აპარატები, ულტრაბგერითი თერაპია.

ინფრაბგერა -ხმის ტალღების მსგავსი მექანიკური ტალღები, მაგრამ 20 ჰც-ზე ნაკლები სიხშირით. ისინი არ აღიქმება ადამიანის ყურით.

ინფრაბგერითი ტალღების ბუნებრივი წყაროა ქარიშხალი, ცუნამი, მიწისძვრა, ქარიშხალი, ვულკანური ამოფრქვევები და ჭექა-ქუხილი.

ინფრაბგერა ასევე მნიშვნელოვანი ტალღაა, რომელიც გამოიყენება ზედაპირის ვიბრაციისთვის (მაგალითად, ზოგიერთი დიდი ობიექტის განადგურებისთვის). ჩვენ ჩავუშვით ინფრაბგერა ნიადაგში - და ნიადაგი იშლება. სად გამოიყენება ეს? მაგალითად, ალმასის მაღაროებში, სადაც ისინი იღებენ მადანს, რომელიც შეიცავს ალმასის კომპონენტებს და ამსხვრევიან წვრილ ნაწილაკებად ამ ალმასის ჩანართების საპოვნელად (ნახ. 4).

ბრინჯი. 4. ინფრაბგერის გამოყენება

ხმის სიჩქარე დამოკიდებულია გარემო პირობებსა და ტემპერატურაზე (სურ. 5).

ბრინჯი. 5. ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში

გთხოვთ გაითვალისწინოთ: ჰაერში ხმის სიჩქარე უდრის და ზე სიჩქარე იზრდება . თუ თქვენ ხართ მკვლევარი, მაშინ ეს ცოდნა შეიძლება გამოგადგეთ. თქვენ შეიძლება მოიფიქროთ ტემპერატურის სენსორიც კი, რომელიც ჩაწერს ტემპერატურის განსხვავებებს საშუალო ხმის სიჩქარის შეცვლით. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ რაც უფრო მკვრივია საშუალო, რაც უფრო სერიოზულია ურთიერთქმედება საშუალო ნაწილაკებს შორის, მით უფრო სწრაფად ვრცელდება ტალღა. ბოლო აბზაცში ეს განვიხილეთ მშრალი ჰაერისა და ტენიანი ჰაერის მაგალითის გამოყენებით. წყლისთვის ხმის გავრცელების სიჩქარე არის . თუ თქვენ შექმნით ხმის ტალღას (დააკაკუნებთ მარეგულირებელ ჩანგალზე), მაშინ მისი გავრცელების სიჩქარე წყალში 4-ჯერ მეტი იქნება, ვიდრე ჰაერში. წყლის საშუალებით ინფორმაცია 4-ჯერ უფრო სწრაფად მიაღწევს, ვიდრე ჰაერით. და ფოლადში ეს კიდევ უფრო სწრაფია: (ნახ. 6).

ბრინჯი. 6. ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარე

მოგეხსენებათ ეპოსებიდან, რომელიც გამოიყენა ილია მურომეცმა (და ყველა გმირი და ჩვეულებრივი რუსი ხალხი და ბიჭები გაიდარის RVS-დან) გამოიყენეს ძალიან საინტერესო მეთოდი ობიექტის აღმოსაჩენად, რომელიც უახლოვდება, მაგრამ ჯერ კიდევ შორს არის. ხმა, რომელსაც ის გამოსცემს მოძრაობისას, ჯერ არ ისმის. ილია მურომეცს, ყურით მიწასთან, შეუძლია მისი მოსმენა. რატომ? იმის გამო, რომ ხმა მყარ მიწაზე უფრო მაღალი სიჩქარით გადადის, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის უფრო სწრაფად მიაღწევს ილია მურომეცის ყურს და ის შეძლებს მტერთან შესახვედრად მომზადებას.

ყველაზე საინტერესო ხმის ტალღები არის მუსიკალური ხმები და ხმები. რა ობიექტებს შეუძლიათ ხმის ტალღების შექმნა? თუ ავიღებთ ტალღის წყაროს და ელასტიურ გარემოს, თუ ხმის წყაროს ჰარმონიულად ვიბრირებთ, მაშინ გვექნება მშვენიერი ხმოვანი ტალღა, რომელსაც მუსიკალურ ჟღერადობას ეძახიან. ხმის ტალღების ეს წყაროები შეიძლება იყოს, მაგალითად, გიტარის ან ფორტეპიანოს სიმები. ეს შეიძლება იყოს ხმის ტალღა, რომელიც იქმნება მილის (ორგანოს ან მილის) ჰაერის უფსკრულით. მუსიკის გაკვეთილებიდან იცით ნოტები: დო, რე, მი, ფა, სოლ, ლა, სი. აკუსტიკაში მათ ტონებს უწოდებენ (სურ. 7).

ბრინჯი. 7. მუსიკალური ტონები

ყველა ობიექტს, რომელსაც შეუძლია ტონების გამომუშავება, ექნება მახასიათებლები. რით განსხვავდებიან ისინი? ისინი განსხვავდებიან ტალღის სიგრძით და სიხშირით. თუ ეს ბგერითი ტალღები არ არის შექმნილი ჰარმონიულად ჟღერადობის სხეულებით ან არ არის დაკავშირებული რაიმე საერთო საორკესტრო ნაწარმოებთან, მაშინ ბგერების ასეთ რაოდენობას ხმაური ეწოდება.

ხმაური- სხვადასხვა ფიზიკური ბუნების შემთხვევითი რხევები, რომლებიც ხასიათდება მათი დროითი და სპექტრული სტრუქტურის სირთულით. ხმაურის ცნება არის როგორც საყოფაცხოვრებო, ასევე ფიზიკური, ისინი ძალიან ჰგვანან და ამიტომ წარმოგიდგენთ მას, როგორც ცალკე მნიშვნელოვან განხილვის ობიექტს.

მოდით გადავიდეთ ხმის ტალღების რაოდენობრივ შეფასებებზე. რა არის მუსიკალური ხმის ტალღების მახასიათებლები? ეს მახასიათებლები ეხება მხოლოდ ჰარმონიულ ხმის ვიბრაციას. Ისე, ხმის მოცულობა. როგორ განისაზღვრება ხმის მოცულობა? განვიხილოთ ბგერის ტალღის გავრცელება დროში ან ბგერითი ტალღის წყაროს რხევები (სურ. 8).

ბრინჯი. 8. ხმის მოცულობა

ამავდროულად, თუ სისტემას ბევრი ხმა არ დავამატეთ (მაგალითად, ფორტეპიანოს კლავიშს ჩუმად ვუჭერთ), მაშინ იქნება მშვიდი ხმა. თუ ხმამაღლა ავწიეთ ხელი მაღლა, ამ ხმას კლავიშზე დაჭერით ვიწვევთ, ვიღებთ ხმამაღალ ხმას. რაზეა ეს დამოკიდებული? წყნარ ხმას უფრო მცირე ვიბრაციის ამპლიტუდა აქვს, ვიდრე ხმამაღალი ხმა.

მუსიკალური ხმის და ნებისმიერი სხვა ბგერის შემდეგი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია სიმაღლე. რაზეა დამოკიდებული ხმის სიმაღლე? სიმაღლე დამოკიდებულია სიხშირეზე. შეგვიძლია წყაროს ხშირად რხევა ვაქცევთ, ან შეგვიძლია მისი რხევა არც თუ ისე სწრაფად (ანუ ნაკლები რხევების შესრულება ერთეულ დროში). განვიხილოთ ერთი და იგივე ამპლიტუდის მაღალი და დაბალი ბგერის დროითი გადაღება (სურ. 9).

ბრინჯი. 9. მოედანი

საინტერესო დასკვნის გაკეთება შეიძლება. თუ ადამიანი მღერის ბას ხმით, მაშინ მისი ხმის წყარო (ვოკალური იოგები) ვიბრირებს რამდენჯერმე უფრო ნელა, ვიდრე ის, ვინც მღერის სოპრანოს. მეორე შემთხვევაში, ვოკალური იოგები უფრო ხშირად ვიბრირებენ და, შესაბამისად, უფრო ხშირად იწვევენ შეკუმშვისა და გამონადენის ჯიბეებს ტალღის გავრცელებისას.

ხმის ტალღების კიდევ ერთი საინტერესო მახასიათებელია, რომელსაც ფიზიკოსები არ სწავლობენ. ეს ტემბრი. თქვენ იცით და მარტივად განასხვავებთ ერთი და იგივე მუსიკას, რომელიც შესრულებულია ბალალაიკაზე ან ჩელოზე. რით განსხვავდება ეს ხმები ან ეს შესრულება? ექსპერიმენტის დასაწყისში ვთხოვეთ ადამიანებს, რომლებიც აწარმოებენ ბგერებს, გამოეხატათ ისინი დაახლოებით ერთნაირი ამპლიტუდის, რათა ხმის მოცულობა იგივე ყოფილიყო. ორკესტრის მსგავსად: თუ არ არის საჭირო რაიმე ინსტრუმენტის ხაზგასმა, ყველა უკრავს დაახლოებით ერთნაირად, ერთნაირი ძალით. ასე რომ, ბალალაიკის და ჩელოს ტემბრი განსხვავებულია. დიაგრამების გამოყენებით ერთი ინსტრუმენტიდან გამომუშავებული ბგერა რომ გამოგვეტანა, ისინი იგივე იქნებოდა. მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ მარტივად განასხვავოთ ეს ინსტრუმენტები მათი ხმით.

ტემბრის მნიშვნელობის კიდევ ერთი მაგალითი. წარმოიდგინეთ ორი მომღერალი, რომლებიც ერთსა და იმავე მუსიკალურ უნივერსიტეტს ამთავრებენ ერთსა და იმავე მასწავლებლებთან ერთად. თანაბრად კარგად სწავლობდნენ, სწორი A-ებით. რატომღაც, ერთი ხდება გამორჩეული შემსრულებელი, მეორე კი მთელი ცხოვრება უკმაყოფილოა თავისი კარიერით. ფაქტობრივად, ამას განსაზღვრავს მხოლოდ მათი ინსტრუმენტი, რომელიც იწვევს გარემოში ვოკალურ ვიბრაციას, ანუ მათი ხმები განსხვავდება ტემბრით.

ბიბლიოგრაფია

1. სოკოლოვიჩ იუ.ა., ბოგდანოვა გ.ს. ფიზიკა: საცნობარო წიგნი პრობლემის გადაჭრის მაგალითებით. - მე-2 გამოცემა გადანაწილება. - X.: ვესტა: გამომცემლობა "Ranok", 2005. - 464გვ.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., ფიზიკა. მე-9 კლასი: ზოგადი განათლების სახელმძღვანელო. დაწესებულებები/A.V. პერიშკინი, ე.მ. გუტნიკი. - მე-14 გამოცემა, სტერეოტიპი. - M.: Bustard, 2009. - 300გვ.

1. ინტერნეტ პორტალი “eduspb.com” ()
2. ინტერნეტ პორტალი "msk.edu.ua" ()
3. ინტერნეტ პორტალი "class-fizika.narod.ru" ()

Საშინაო დავალება

1. როგორ მოგზაურობს ხმა? რა შეიძლება იყოს ხმის წყარო?
2. შეუძლია თუ არა ხმა კოსმოსში გამგზავრებას?
3. ყოველი ტალღა, რომელიც აღწევს ადამიანის სმენის ორგანოს, აღიქმება მის მიერ?

2016 წლის 18 თებერვალი

საშინაო გართობის სამყარო საკმაოდ მრავალფეროვანია და შეიძლება მოიცავდეს: ფილმების ყურებას კარგი სახლის კინოთეატრის სისტემაზე; საინტერესო და ამაღელვებელი გეიმპლეი ან მუსიკის მოსმენა. როგორც წესი, ამ სფეროში ყველა თავისას პოულობს, ან ყველაფერს ერთბაშად აერთიანებს. მაგრამ როგორიც არ უნდა იყოს ადამიანის მიზნები დასასვენებლად ორგანიზებისთვის და რა უკიდურესობამდეც არ უნდა მივიდეს, ყველა ეს ბმული მყარად არის დაკავშირებული ერთი მარტივი და გასაგები სიტყვით - "ხმა". მართლაც, ყველა ზემოაღნიშნულ შემთხვევაში, ჩვენ ხელით ხმით მივიძღვებით. მაგრამ ეს კითხვა არც ისე მარტივი და ტრივიალურია, განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც არსებობს ოთახში ან სხვა პირობებში მაღალი ხარისხის ხმის მიღწევის სურვილი. ამისათვის ყოველთვის არ არის საჭირო ძვირადღირებული hi-fi ან hi-end კომპონენტების ყიდვა (თუმცა ეს ძალიან სასარგებლო იქნება), მაგრამ საკმარისია ფიზიკური თეორიის კარგი ცოდნა, რაც შეიძლება აღმოფხვრას ყველასთვის წარმოქმნილი პრობლემების უმეტესი ნაწილი. რომელიც მიზნად ისახავს მაღალი ხარისხის ხმოვანი მოქმედების მოპოვებას.

შემდეგი, ხმის და აკუსტიკა თეორია განიხილება ფიზიკის თვალსაზრისით. ამ შემთხვევაში, მე შევეცდები ეს მაქსიმალურად ხელმისაწვდომი გავხადო ნებისმიერი ადამიანის გასაგებად, რომელიც, შესაძლოა, შორს არის ფიზიკური კანონების ან ფორმულების ცოდნისაგან, მაგრამ მიუხედავად ამისა, ვნებიანად ოცნებობს სრულყოფილი აკუსტიკური სისტემის შექმნის ოცნების რეალიზებაზე. მე არ ვფიქრობ, რომ ამ სფეროში კარგი შედეგების მისაღწევად სახლში (ან მანქანაში, მაგალითად), თქვენ უნდა იცოდეთ ეს თეორიები საფუძვლიანად, მაგრამ საფუძვლების გაგება საშუალებას მოგცემთ თავიდან აიცილოთ ბევრი სულელური და აბსურდული შეცდომა. და ასევე საშუალებას მოგცემთ მიაღწიოთ მაქსიმალურ ხმის ეფექტს სისტემიდან ნებისმიერი დონისგან.

ხმის ზოგადი თეორია და მუსიკალური ტერმინოლოგია

Რა არის ეს ხმა? ეს არის შეგრძნება, რომელსაც სმენის ორგანო აღიქვამს "ყური"(თვითონ ფენომენი არსებობს პროცესში „ყურის“ მონაწილეობის გარეშე, მაგრამ ამის გაგება უფრო ადვილია), რაც ხდება მაშინ, როდესაც ყურის გარსი აგზნებულია ხმის ტალღით. ყური ამ შემთხვევაში მოქმედებს როგორც სხვადასხვა სიხშირის ხმის ტალღების „მიმღები“.
Ბგერითი ტალღაეს არსებითად არის სხვადასხვა სიხშირის საშუალო (ყველაზე ხშირად ჰაერის საშუალო ნორმალურ პირობებში) შეკუმშვისა და გამონადენის თანმიმდევრული სერია. ხმის ტალღების ბუნება რხევადია, გამოწვეული და წარმოიქმნება ნებისმიერი სხეულის ვიბრაციით. კლასიკური ხმის ტალღის გაჩენა და გავრცელება შესაძლებელია სამ ელასტიურ გარემოში: აირისებრი, თხევადი და მყარი. როდესაც ხმის ტალღა ხდება ერთ-ერთ ამ ტიპის სივრცეში, გარკვეული ცვლილებები აუცილებლად ხდება თავად გარემოში, მაგალითად, ჰაერის სიმკვრივის ან წნევის ცვლილება, ჰაერის მასის ნაწილაკების მოძრაობა და ა.შ.

ვინაიდან ხმის ტალღას აქვს რხევითი ბუნება, მას აქვს ისეთი მახასიათებელი, როგორიცაა სიხშირე. სიხშირეიზომება ჰერცში (გერმანელი ფიზიკოსის ჰაინრიხ რუდოლფ ჰერცის პატივსაცემად) და აღნიშნავს რხევების რაოდენობას დროის მანძილზე, რომელიც უდრის ერთ წამს. იმათ. მაგალითად, 20 ჰც სიხშირე მიუთითებს 20 რხევის ციკლზე ერთ წამში. მისი სიმაღლის სუბიექტური კონცეფცია ასევე დამოკიდებულია ხმის სიხშირეზე. რაც უფრო მეტი ხმის ვიბრაცია ხდება წამში, მით უფრო "მაღალი" ჩნდება ხმა. ხმის ტალღას ასევე აქვს კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, რომელსაც აქვს სახელი - ტალღის სიგრძე. ტალღის სიგრძეჩვეულებრივია განიხილოს მანძილი, რომელსაც გარკვეული სიხშირის ხმა გადის ერთი წამის ტოლ პერიოდში. მაგალითად, ყველაზე დაბალი ხმის ტალღის სიგრძე ადამიანის გასაგონ დიაპაზონში 20 ჰც-ზე არის 16,5 მეტრი, ხოლო უმაღლესი ხმის ტალღის სიგრძე 20000 ჰც-ზე არის 1,7 სანტიმეტრი.

ადამიანის ყური შექმნილია ისე, რომ მას შეუძლია ტალღების აღქმა მხოლოდ შეზღუდულ დიაპაზონში, დაახლოებით 20 Hz - 20,000 Hz (კონკრეტული ადამიანის მახასიათებლებიდან გამომდინარე, ზოგს შეუძლია ოდნავ მეტის მოსმენა, ზოგს ნაკლები) . ამრიგად, ეს არ ნიშნავს, რომ ამ სიხშირეების ქვემოთ ან ზემოთ ხმები არ არსებობს, ისინი უბრალოდ არ აღიქმება ადამიანის ყურით, სცილდება ხმოვან დიაპაზონს. ხმოვან დიაპაზონზე მაღლა ეწოდება ულტრაბგერა, ხმა აუდიო დიაპაზონის ქვემოთ ეწოდება ინფრაბგერითი. ზოგიერთ ცხოველს შეუძლია ულტრა და ინფრა ბგერების აღქმა, ზოგიც კი იყენებს ამ დიაპაზონს სივრცეში ორიენტირებისთვის (ღამურები, დელფინები). თუ ხმა გადის გარემოში, რომელიც არ არის უშუალო კონტაქტში ადამიანის სმენის ორგანოსთან, მაშინ ასეთი ხმა შეიძლება არ ისმოდეს ან შემდგომში მნიშვნელოვნად დასუსტდეს.

ხმის მუსიკალურ ტერმინოლოგიაში არის ისეთი მნიშვნელოვანი აღნიშვნები, როგორიცაა ოქტავა, ბგერის ტონი და ოვერტონი. ოქტავანიშნავს ინტერვალს, რომელშიც სიხშირის თანაფარდობა ბგერებს შორის არის 1-დან 2-მდე. ოქტავა ჩვეულებრივ ძალიან გამოირჩევა ყურით, ხოლო ბგერები ამ ინტერვალში შეიძლება ძალიან ჰგვანან ერთმანეთს. ოქტავას ასევე შეიძლება ეწოდოს ბგერა, რომელიც ორჯერ ვიბრირებს სხვა ბგერას დროის იმავე მონაკვეთში. მაგალითად, 800 ჰც სიხშირე სხვა არაფერია, თუ არა უფრო მაღალი ოქტავა 400 ჰც, ხოლო 400 ჰც სიხშირე თავის მხრივ არის ხმის შემდეგი ოქტავა 200 ჰც სიხშირით. ოქტავა, თავის მხრივ, შედგება ტონებისა და ოვერტონებისგან. ცვლადი ვიბრაციები იმავე სიხშირის ჰარმონიულ ხმის ტალღაში ადამიანის ყურის მიერ აღიქმება როგორც მუსიკალური ტონი. მაღალი სიხშირის ვიბრაციები შეიძლება განიმარტოს როგორც მაღალი ხმები, ხოლო დაბალი სიხშირის ვიბრაციები შეიძლება განიმარტოს როგორც დაბალი ხმები. ადამიანის ყურს შეუძლია მკაფიოდ განასხვავოს ბგერები ერთი ტონის სხვაობით (4000 ჰც-მდე დიაპაზონში). ამის მიუხედავად, მუსიკა იყენებს ტონების უკიდურესად მცირე რაოდენობას. ეს აიხსნება ჰარმონიული თანხმოვნების პრინციპის გათვალისწინებით, ყველაფერი ეფუძნება ოქტავების პრინციპს.

განვიხილოთ მუსიკალური ტონების თეორია გარკვეული გზით გაჭიმული სიმის მაგალითით. ასეთი სტრიქონი, დაძაბულობის ძალის მიხედვით, იქნება "მორგებული" ერთ კონკრეტულ სიხშირეზე. როდესაც ეს სიმი ექვემდებარება რაღაცას ერთი კონკრეტული ძალით, რაც იწვევს მის ვიბრაციას, თანმიმდევრულად შეინიშნება ბგერის ერთი კონკრეტული ტონი და ჩვენ მოვისმენთ სასურველ რეგულირების სიხშირეს. ამ ხმას ფუნდამენტურ ტონს უწოდებენ. პირველი ოქტავის ნოტის "A" სიხშირე ოფიციალურად მიღებულია მუსიკალურ სფეროში ფუნდამენტურ ტონად, ტოლია 440 ჰც. თუმცა, მუსიკალური ინსტრუმენტების უმეტესობა არასოდეს იმეორებს მხოლოდ წმინდა ფუნდამენტურ ტონებს, მათ აუცილებლად ახლავს ოვერტონები, რომლებსაც ე.წ ოვერტონები. აქ მიზანშეწონილია გავიხსენოთ მუსიკალური აკუსტიკის მნიშვნელოვანი განმარტება, ხმის ტემბრის ცნება. ტემბრი- ეს არის მუსიკალური ბგერების თავისებურება, რომელიც აძლევს მუსიკალურ ინსტრუმენტებს და ხმებს ბგერის უნიკალურ, ცნობად სპეციფიკურობას, თუნდაც ერთი და იგივე სიმაღლის და მოცულობის ბგერების შედარებისას. თითოეული მუსიკალური ინსტრუმენტის ტემბრი დამოკიდებულია ბგერის ენერგიის განაწილებაზე ტონებს შორის ხმის გაჩენის მომენტში.

ოვერტონები ქმნიან ფუნდამენტური ბგერის სპეციფიკურ შეღებვას, რომლითაც ჩვენ შეგვიძლია ადვილად ამოვიცნოთ და ამოვიცნოთ კონკრეტული ინსტრუმენტი, ასევე მკაფიოდ განვასხვავოთ მისი ბგერა სხვა ინსტრუმენტისგან. არსებობს ორი სახის ოვერტონები: ჰარმონიული და არაჰარმონიული. ჰარმონიული ტონებიგანსაზღვრებით არის ფუნდამენტური სიხშირის ჯერადები. პირიქით, თუ ოვერტონები არ არის მრავლობითი და შესამჩნევად გადახრის მნიშვნელობებს, მაშინ ისინი ე.წ. არაჰარმონიული. მუსიკაში, მრავალჯერადი ტონით მუშაობა პრაქტიკულად გამორიცხულია, ამიტომ ტერმინი დაყვანილია ცნებამდე "ოვერტონი", რაც ნიშნავს ჰარმონიას. ზოგიერთი ინსტრუმენტისთვის, როგორიცაა ფორტეპიანო, ფუნდამენტურ ტონს მოკლე დროში ფორმირების დროც კი არ აქვს, ოვერტონების ხმოვანი ენერგია იზრდება და შემდეგ ისევე სწრაფად მცირდება. ბევრი ინსტრუმენტი ქმნის „გარდამავალ ტონს“ ეფექტს, სადაც გარკვეული ტონების ენერგია ყველაზე მაღალია დროის გარკვეულ მომენტში, ჩვეულებრივ დასაწყისში, მაგრამ შემდეგ მკვეთრად იცვლება და გადადის სხვა ტონალობებზე. თითოეული ინსტრუმენტის სიხშირის დიაპაზონი შეიძლება განიხილებოდეს ცალ-ცალკე და ჩვეულებრივ შემოიფარგლება იმ ფუნდამენტური სიხშირეებით, რომელთა წარმოებაც ამ კონკრეტულ ინსტრუმენტს შეუძლია.

ხმის თეორიაში ასევე არსებობს ისეთი კონცეფცია, როგორიცაა NOISE. ხმაური- ეს არის ნებისმიერი ბგერა, რომელიც იქმნება წყაროების ერთობლიობით, რომლებიც არ შეესაბამება ერთმანეთს. ყველასთვის ცნობილია ხის ფოთლების ქარის რხევის ხმა და ა.შ.

რა განსაზღვრავს ხმის მოცულობას?ცხადია, ასეთი ფენომენი პირდაპირ დამოკიდებულია ხმის ტალღის მიერ გადაცემული ენერგიის რაოდენობაზე. ხმაურის რაოდენობრივი მაჩვენებლების დასადგენად არსებობს კონცეფცია - ხმის ინტენსივობა. ხმის ინტენსივობაგანისაზღვრება, როგორც ენერგიის ნაკადი, რომელიც გადის სივრცის გარკვეულ არეალში (მაგალითად, სმ 2) დროის ერთეულზე (მაგალითად, წამში). ნორმალური საუბრის დროს, ინტენსივობა არის დაახლოებით 9 ან 10 W/cm2. ადამიანის ყურს შეუძლია ბგერების აღქმა მგრძნობელობის საკმაოდ ფართო დიაპაზონში, ხოლო სიხშირეების მგრძნობელობა არაერთგვაროვანია ხმის სპექტრში. ამ გზით, სიხშირის დიაპაზონი 1000 Hz - 4000 Hz, რომელიც ყველაზე ფართოდ მოიცავს ადამიანის მეტყველებას, საუკეთესოდ აღიქმება.

იმის გამო, რომ ბგერები ძალიან განსხვავდება ინტენსივობით, უფრო მოსახერხებელია ვიფიქროთ მას, როგორც ლოგარითმულ სიდიდეს და გავზომოთ იგი დეციბელებში (შოტლანდიელი მეცნიერის ალექსანდრე გრეჰემ ბელის შემდეგ). ადამიანის ყურის სმენის მგრძნობელობის ქვედა ბარიერი არის 0 dB, ზედა არის 120 dB, რომელსაც ასევე უწოდებენ "ტკივილის ზღურბლს". მგრძნობელობის ზედა ზღვარს ასევე აღიქვამს ადამიანის ყური არა ერთნაირად, არამედ დამოკიდებულია კონკრეტულ სიხშირეზე. დაბალი სიხშირის ბგერებს უნდა ჰქონდეს გაცილებით დიდი ინტენსივობა, ვიდრე მაღალი სიხშირის ბგერები, რათა გამოიწვიოს ტკივილის ბარიერი. მაგალითად, ტკივილის ბარიერი დაბალ სიხშირეზე 31,5 ჰც ხდება ხმის ინტენსივობის დონეზე 135 დბ, როდესაც 2000 ჰც სიხშირეზე ტკივილის შეგრძნება გამოჩნდება 112 დბ. ასევე არსებობს ხმის წნევის ცნება, რომელიც რეალურად აფართოებს ჰაერში ბგერის ტალღის გავრცელების ჩვეულებრივ ახსნას. ხმის წნევა- ეს არის ცვალებადი ჭარბი წნევა, რომელიც წარმოიქმნება ელასტიურ გარემოში მასში ბგერის ტალღის გავლის შედეგად.

ხმის ტალღური ბუნება

ხმის ტალღების წარმოქმნის სისტემის უკეთ გასაგებად, წარმოიდგინეთ კლასიკური დინამიკი, რომელიც მდებარეობს ჰაერით სავსე მილში. თუ დინამიკი მკვეთრ მოძრაობას აკეთებს წინ, დიფუზორის უშუალო სიახლოვეს ჰაერი მომენტალურად შეკუმშულია. შემდეგ ჰაერი გაფართოვდება, რითაც უბიძგებს შეკუმშულ ჰაერს მილის გასწვრივ.
ტალღის ეს მოძრაობა შემდგომში გახდება ბგერა, როდესაც ის მიაღწევს სმენის ორგანოს და "ააღელვებს" ყურის ბარძაყს. როდესაც აირში ხმის ტალღა წარმოიქმნება, ჭარბი წნევა და ჭარბი სიმკვრივე იქმნება და ნაწილაკები მოძრაობენ მუდმივი სიჩქარით. ხმის ტალღების შესახებ მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს ის ფაქტი, რომ ნივთიერება არ მოძრაობს ხმის ტალღასთან ერთად, მაგრამ ხდება მხოლოდ ჰაერის მასების დროებითი დარღვევა.

თუ წარმოვიდგენთ ზამბარზე თავისუფალ სივრცეში დაკიდებულ დგუშს და აკეთებს განმეორებით მოძრაობებს „წინ და უკან“, მაშინ ასეთ რხევებს ეწოდება ჰარმონიული ან სინუსოიდური (თუ ტალღას გრაფიკად წარმოვიდგენთ, მაშინ ამ შემთხვევაში მივიღებთ სუფთა სინუსოიდი განმეორებითი დაცემით და აწევით). თუ წარმოვიდგენთ დინამიკს მილში (როგორც ზემოთ აღწერილი მაგალითში) ასრულებს ჰარმონიულ რხევებს, მაშინ დინამიკის „წინ“ გადაადგილების მომენტში მიიღება ჰაერის შეკუმშვის ცნობილი ეფექტი, ხოლო როდესაც დინამიკი მოძრაობს „უკან“ იშვიათობის საპირისპირო ეფექტი ხდება. ამ შემთხვევაში, ალტერნატიული შეკუმშვისა და იშვიათობის ტალღა გავრცელდება მილის მეშვეობით. მილის გასწვრივ მანძილი მიმდებარე მაქსიმუმებს ან მინიმებს (ფაზებს) შორის იქნება გამოძახებული ტალღის სიგრძე. თუ ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პარალელურად ირხევა, მაშინ ტალღა ე.წ. გრძივი. თუ ისინი მერყეობენ გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, მაშინ ტალღა ეწოდება განივი. როგორც წესი, აირებსა და სითხეებში ხმის ტალღები გრძივია, მაგრამ მყარ სხეულებში შეიძლება მოხდეს ორივე ტიპის ტალღები. განივი ტალღები მყარ სხეულებში წარმოიქმნება ფორმის ცვლილების წინააღმდეგობის გამო. ამ ორი ტიპის ტალღებს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ განივი ტალღას აქვს პოლარიზაციის თვისება (რხევები ხდება გარკვეულ სიბრტყეში), ხოლო გრძივი ტალღა არა.

ხმის სიჩქარე

ხმის სიჩქარე პირდაპირ დამოკიდებულია იმ საშუალების მახასიათებლებზე, რომელშიც ის ვრცელდება. იგი განისაზღვრება (დამოკიდებულია) საშუალების ორი თვისებით: მასალის ელასტიურობით და სიმკვრივით. მყარ სხეულებში ხმის სიჩქარე პირდაპირ დამოკიდებულია მასალის ტიპზე და მის თვისებებზე. სიჩქარე აირისებრ გარემოში დამოკიდებულია საშუალო დეფორმაციის მხოლოდ ერთ ტიპზე: შეკუმშვა-იშვიათობა. ხმის ტალღაში წნევის ცვლილება ხდება მიმდებარე ნაწილაკებთან სითბოს გაცვლის გარეშე და ეწოდება ადიაბატური.
აირში ხმის სიჩქარე ძირითადად დამოკიდებულია ტემპერატურაზე - ტემპერატურის მატებასთან ერთად ის იზრდება და ტემპერატურის კლებასთან ერთად მცირდება. ასევე, აირისებრ გარემოში ხმის სიჩქარე დამოკიდებულია თავად გაზის მოლეკულების ზომაზე და მასაზე - რაც უფრო მცირეა ნაწილაკების მასა და ზომა, მით უფრო დიდია ტალღის "გამტარობა" და, შესაბამისად, უფრო დიდი სიჩქარე.

თხევად და მყარ გარემოში გავრცელების პრინციპი და ხმის სიჩქარე ჰგავს ჰაერში ტალღის გავრცელებას: შეკუმშვა-გამონადენით. მაგრამ ამ გარემოში, ტემპერატურაზე იგივე დამოკიდებულების გარდა, საკმაოდ მნიშვნელოვანია გარემოს სიმკვრივე და მისი შემადგენლობა/სტრუქტურა. რაც უფრო დაბალია ნივთიერების სიმკვრივე, მით უფრო მაღალია ხმის სიჩქარე და პირიქით. გარემოს შემადგენლობაზე დამოკიდებულება უფრო რთულია და განისაზღვრება თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში, მოლეკულების/ატომების მდებარეობისა და ურთიერთქმედების გათვალისწინებით.

ხმის სიჩქარე ჰაერში t, °C 20: 343 მ/წმ
ხმის სიჩქარე გამოხდილ წყალში t, °C 20: 1481 მ/წმ
ხმის სიჩქარე ფოლადში t, °C 20: 5000 მ/წმ

მდგარი ტალღები და ჩარევა

როდესაც დინამიკი ქმნის ხმოვან ტალღებს შეზღუდულ სივრცეში, ტალღების ეფექტი, რომელიც ასახულია საზღვრებიდან, გარდაუვალია. შედეგად, ეს ყველაზე ხშირად ხდება ჩარევის ეფექტი- როდესაც ორი ან მეტი ხმის ტალღა გადაფარავს ერთმანეთს. ჩარევის ფენომენის განსაკუთრებული შემთხვევებია: 1) ცემის ტალღების ან 2) მდგარი ტალღების წარმოქმნა. ტალღა სცემს- ეს ის შემთხვევაა, როდესაც ხდება მსგავსი სიხშირის და ამპლიტუდის ტალღების დამატება. დარტყმების წარმოქმნის სურათი: როდესაც მსგავსი სიხშირის ორი ტალღა გადაფარავს ერთმანეთს. დროის გარკვეულ მომენტში, ასეთი გადახურვისას, ამპლიტუდის მწვერვალები შეიძლება ემთხვეოდეს „ფაზაში“, და კლება შეიძლება ასევე ემთხვეოდეს „ანტიფაზაში“. ზუსტად ასე ხასიათდება ხმის დარტყმები. მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ მდგარი ტალღებისგან განსხვავებით, მწვერვალების ფაზური დამთხვევები არ ხდება მუდმივად, არამედ გარკვეული დროის ინტერვალებით. ყურისთვის, დარტყმის ეს ნიმუში საკმაოდ მკაფიოდ გამოირჩევა და ისმის, როგორც მოცულობის პერიოდული ზრდა და შემცირება, შესაბამისად. მექანიზმი, რომლითაც ხდება ეს ეფექტი უკიდურესად მარტივია: როდესაც მწვერვალები ემთხვევა, მოცულობა იზრდება, ხოლო როდესაც ხეობები ემთხვევა, მოცულობა მცირდება.

მდგარი ტალღებიწარმოიქმნება ერთი და იგივე ამპლიტუდის, ფაზის და სიხშირის ორი ტალღის სუპერპოზიციის შემთხვევაში, როდესაც ასეთი ტალღების „შეხვედრისას“ ერთი მოძრაობს წინ, მეორე კი საპირისპირო მიმართულებით. სივრცის არეში (სადაც ჩამოყალიბდა მდგარი ტალღა), ჩნდება ორი სიხშირის ამპლიტუდის სუპერპოზიციის სურათი, მონაცვლეობითი მაქსიმუმებით (ე.წ. ანტინოდები) და მინიმალური (ე.წ. კვანძებით). როდესაც ეს ფენომენი ხდება, არეკვლის ადგილზე ტალღის სიხშირე, ფაზა და შესუსტების კოეფიციენტი ძალზე მნიშვნელოვანია. მოგზაური ტალღებისგან განსხვავებით, მდგრად ტალღაში ენერგიის გადაცემა არ ხდება იმის გამო, რომ წინა და უკანა ტალღები, რომლებიც ქმნიან ამ ტალღას, გადასცემენ ენერგიას თანაბარი რაოდენობით როგორც წინ, ასევე საპირისპირო მიმართულებით. იმისათვის, რომ ნათლად გავიგოთ მდგარი ტალღის წარმოშობა, წარმოვიდგინოთ მაგალითი სახლის აკუსტიკიდან. ვთქვათ, გვაქვს იატაკზე დამდგარ დინამიკების სისტემები გარკვეულ შეზღუდულ სივრცეში (ოთახში). ბევრი ბასით რაღაცას რომ დაუკრავენ, შევეცადოთ შევცვალოთ მსმენელის მდებარეობა ოთახში. ამრიგად, მსმენელი, რომელიც აღმოჩნდება მდგარი ტალღის მინიმალური (გამოკლების) ზონაში, იგრძნობს ეფექტს, რომ ბასი ძალიან ცოტაა, ხოლო თუ მსმენელი აღმოჩნდება სიხშირეების მაქსიმალური (დამატების) ზონაში, მაშინ პირიქით. მიღებულია ბასის რეგიონის მნიშვნელოვანი ზრდის ეფექტი. ამ შემთხვევაში ეფექტი შეინიშნება საბაზისო სიხშირის ყველა ოქტავაში. მაგალითად, თუ საბაზისო სიხშირე არის 440 ჰც, მაშინ "შემატების" ან "გამოკლების" ფენომენი ასევე შეინიშნება 880 ჰც, 1760 ჰც, 3520 ჰც და ა.შ.

რეზონანსული ფენომენი

მყარი სხეულების უმეტესობას აქვს ბუნებრივი რეზონანსული სიხშირე. საკმაოდ მარტივია ამ ეფექტის გაგება ჩვეულებრივი მილის მაგალითის გამოყენებით, რომელიც ღიაა მხოლოდ ერთ ბოლოზე. წარმოვიდგინოთ სიტუაცია, როდესაც დინამიკი უკავშირდება მილის მეორე ბოლოს, რომელსაც შეუძლია დაუკრას ერთი მუდმივი სიხშირე, რომელიც ასევე შეიძლება შეიცვალოს მოგვიანებით. ასე რომ, მილს აქვს საკუთარი რეზონანსული სიხშირე, მარტივი სიტყვებით - ეს არის სიხშირე, რომლითაც მილი "რეზონანსებს" ან გამოსცემს საკუთარ ხმას. თუ დინამიკის სიხშირე (კორექტირების შედეგად) ემთხვევა მილის რეზონანსულ სიხშირეს, მაშინ მოხდება ხმის რამდენჯერმე გაზრდის ეფექტი. ეს ხდება იმის გამო, რომ დინამიკი აღაგზნებს მილში ჰაერის სვეტის ვიბრაციას მნიშვნელოვანი ამპლიტუდით, სანამ არ მოიძებნება იგივე „რეზონანსული სიხშირე“ და არ მოხდება დამატების ეფექტი. შედეგად მიღებული ფენომენი შეიძლება შემდეგნაირად აიხსნას: ამ მაგალითში მილი "ეხმარება" სპიკერს რეზონანსით კონკრეტულ სიხშირეზე, მათი ძალისხმევა ემატება და "შედეგს" აძლევს ხმამაღალ ეფექტს. მუსიკალური ინსტრუმენტების მაგალითის გამოყენებით, ეს ფენომენი ადვილად ჩანს, რადგან ინსტრუმენტების უმეტესობის დიზაინი შეიცავს ელემენტებს, რომლებსაც რეზონატორები ეწოდება. ძნელი მისახვედრი არ არის, რა ემსახურება გარკვეული სიხშირის ან მუსიკალური ტონის გაძლიერებას. მაგალითად: გიტარის კორპუსი რეზონატორით ხვრელის სახით, რომელიც ჯდება მოცულობასთან; ფლეიტის მილის (და ზოგადად ყველა მილის) დიზაინი; დრამის სხეულის ცილინდრული ფორმა, რომელიც თავისთავად არის გარკვეული სიხშირის რეზონატორი.

ხმის სიხშირის სპექტრი და სიხშირის პასუხი

ვინაიდან პრაქტიკაში პრაქტიკულად არ არსებობს იგივე სიხშირის ტალღები, საჭირო ხდება ხმოვანი დიაპაზონის მთელი ბგერის სპექტრის დაშლა ოვერტონებად ან ჰარმონიებად. ამ მიზნებისათვის არსებობს გრაფიკები, რომლებიც ასახავს ხმის ვიბრაციის ფარდობითი ენერგიის დამოკიდებულებას სიხშირეზე. ამ გრაფიკს ჰქვია ხმის სიხშირის სპექტრის გრაფიკი. ხმის სიხშირის სპექტრიარსებობს ორი ტიპი: დისკრეტული და უწყვეტი. დისკრეტული სპექტრის დიაგრამა აჩვენებს ცალკეულ სიხშირეებს, რომლებიც გამოყოფილია ცარიელი სივრცეებით. უწყვეტი სპექტრი შეიცავს ხმის ყველა სიხშირეს ერთდროულად.
მუსიკის ან აკუსტიკის შემთხვევაში, ყველაზე ხშირად გამოიყენება ჩვეულებრივი გრაფიკი ამპლიტუდა-სიხშირის მახასიათებლები(შემოკლებით "AFC"). ეს გრაფიკი აჩვენებს ხმის ვიბრაციის ამპლიტუდის დამოკიდებულებას სიხშირეზე მთელ სიხშირის სპექტრზე (20 ჰც - 20 კჰც). ასეთი დიაგრამის დათვალიერებისას ადვილია გავიგოთ, მაგალითად, კონკრეტული დინამიკის ან მთლიანობაში აკუსტიკური სისტემის ძლიერი ან სუსტი მხარეები, ენერგიის გამომუშავების უძლიერესი არეები, სიხშირის ვარდნა და აწევა, შესუსტება და ასევე ციცაბოს მიკვლევა. კლების.

ხმის ტალღების, ფაზის და ანტიფაზის გავრცელება

ხმის ტალღების გავრცელების პროცესი ხდება წყაროდან ყველა მიმართულებით. ამ ფენომენის გასაგებად ყველაზე მარტივი მაგალითია წყალში ჩაგდებული კენჭი.
იმ ადგილიდან, საიდანაც ქვა დაეცა, ტალღები იწყებს გავრცელებას წყლის ზედაპირზე ყველა მიმართულებით. თუმცა, წარმოვიდგინოთ სიტუაცია დინამიკის გარკვეულ მოცულობაში, ვთქვათ დახურულ ყუთში, რომელიც დაკავშირებულია გამაძლიერებელთან და უკრავს რაიმე სახის მუსიკალურ სიგნალს. ადვილი შესამჩნევია (განსაკუთრებით, თუ თქვენ მიმართავთ მძლავრ დაბალი სიხშირის სიგნალს, მაგალითად, ბას-დრამს), რომ დინამიკი აკეთებს სწრაფ მოძრაობას „წინ“, შემდეგ კი იგივე სწრაფ მოძრაობას „უკან“. გასაგებად რჩება ის, რომ როდესაც დინამიკი წინ მიიწევს, ის ასხივებს ხმის ტალღას, რომელიც მოგვიანებით გვესმის. მაგრამ რა ხდება, როდესაც სპიკერი უკან მოძრაობს? და პარადოქსულად, იგივე ხდება, დინამიკი ერთსა და იმავე ხმას გამოსცემს, მხოლოდ ჩვენს მაგალითში ის ვრცელდება მთლიანად ყუთის მოცულობის ფარგლებში, მის საზღვრებს არ სცილდება (ყუთი დახურულია). ზოგადად, ზემოთ მოყვანილ მაგალითში შეიძლება ბევრი საინტერესო ფიზიკური მოვლენის დაკვირვება, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაზის ცნებაა.

ხმის ტალღა, რომელსაც დინამიკი, ხმაში მყოფი, გამოსცემს მსმენელის მიმართულებით, არის "ფაზაში". საპირისპირო ტალღა, რომელიც გადადის ყუთის მოცულობაში, იქნება შესაბამისად ანტიფაზა. რჩება მხოლოდ იმის გაგება, თუ რას ნიშნავს ეს ცნებები? სიგნალის ფაზა- ეს არის ხმის წნევის დონე დროის ამჟამინდელ მომენტში სივრცის გარკვეულ მომენტში. ფაზის გაგების უმარტივესი გზაა მუსიკალური მასალის რეპროდუცირების მაგალითი სახლის დინამიკების ჩვეულებრივი იატაკის სტერეო წყვილის საშუალებით. წარმოვიდგინოთ, რომ რაღაც ოთახში ორი ასეთი იატაკის დინამიკია დაყენებული და თამაშობენ. ამ შემთხვევაში, ორივე აკუსტიკური სისტემა აწარმოებს ცვლადი ხმის წნევის სინქრონულ სიგნალს და ერთი დინამიკის ხმის წნევა ემატება მეორე დინამიკის ხმის წნევას. მსგავსი ეფექტი ხდება მარცხენა და მარჯვენა დინამიკებიდან სიგნალის რეპროდუქციის სინქრონულობის გამო, შესაბამისად, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მარცხენა და მარჯვენა დინამიკების მიერ გამოსხივებული ტალღების მწვერვალები და ღეროები ემთხვევა.

ახლა წარმოვიდგინოთ, რომ ხმის წნევა მაინც ერთნაირად იცვლება (ცვლილებები არ განიცადა), მაგრამ მხოლოდ ახლა არიან ერთმანეთის საპირისპირო. ეს შეიძლება მოხდეს, თუ თქვენ დააკავშირებთ ერთ დინამიკის სისტემას ორიდან საპირისპირო პოლარობით ("+" კაბელი გამაძლიერებლიდან დინამიკის სისტემის "-" ტერმინალთან და "-" კაბელი გამაძლიერებლიდან "+" ტერმინალთან. დინამიკის სისტემა). ამ შემთხვევაში, საპირისპირო სიგნალი გამოიწვევს წნევის განსხვავებას, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ციფრებით შემდეგნაირად: მარცხენა დინამიკი შექმნის წნევას "1 Pa", ხოლო მარჯვენა დინამიკი შექმნის წნევას "მინუს 1 Pa". შედეგად, ხმის მთლიანი მოცულობა მსმენელის ადგილას იქნება ნული. ამ ფენომენს ანტიფაზას უწოდებენ. თუ მაგალითს უფრო დეტალურად განვიხილავთ გასაგებად, აღმოჩნდება, რომ ორი დინამიკი, რომლებიც თამაშობენ „ფაზაში“, ქმნიან ჰაერის დატკეპნისა და შემცირების იდენტურ უბნებს, რითაც რეალურად ეხმარებიან ერთმანეთს. იდეალიზებული ანტიფაზის შემთხვევაში, ერთი დინამიკის მიერ შექმნილ შეკუმშული ჰაერის სივრცის არეალს თან ახლავს მეორე დინამიკის მიერ შექმნილი იშვიათი საჰაერო სივრცის ფართობი. ეს დაახლოებით ჰგავს ტალღების ურთიერთსინქრონული გაუქმების ფენომენს. მართალია, პრაქტიკაში ხმა არ ეცემა ნულამდე და ჩვენ მოვისმენთ უაღრესად დამახინჯებულ და დასუსტებულ ხმას.

ამ ფენომენის აღწერის ყველაზე ხელმისაწვდომი გზა შემდეგია: ორი სიგნალი იგივე რხევებით (სიხშირით), მაგრამ დროში გადანაცვლებული. ამის გათვალისწინებით, უფრო მოსახერხებელია ამ გადაადგილების ფენომენების წარმოდგენა ჩვეულებრივი მრგვალი საათის მაგალითის გამოყენებით. წარმოვიდგინოთ, რომ კედელზე რამდენიმე იდენტური მრგვალი საათია ჩამოკიდებული. როდესაც ამ საათის მეორე სკამები მუშაობს სინქრონულად, ერთ საათზე 30 წამი და მეორეზე 30, მაშინ ეს არის ფაზაში მყოფი სიგნალის მაგალითი. თუ მეორე ხელი მოძრაობს ცვლაში, მაგრამ სიჩქარე მაინც იგივეა, მაგალითად, ერთ საათზე არის 30 წამი, ხოლო მეორეზე 24 წამი, მაშინ ეს არის ფაზის ცვლის კლასიკური მაგალითი. ანალოგიურად, ფაზა იზომება გრადუსით, ვირტუალურ წრეში. ამ შემთხვევაში, როდესაც სიგნალები ერთმანეთთან შედარებით გადაადგილდება 180 გრადუსით (ნახევარი პერიოდი), მიიღება კლასიკური ანტიფაზა. ხშირად პრაქტიკაში ხდება მცირე ფაზის ძვრები, რომლებიც ასევე შეიძლება განისაზღვროს გრადუსით და წარმატებით აღმოიფხვრას.

ტალღები ბრტყელი და სფერულია. თვითმფრინავის ტალღის ფრონტი ვრცელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით და იშვიათად გვხვდება პრაქტიკაში. სფერული ტალღის ფრონტი არის ტალღის მარტივი ტიპი, რომელიც წარმოიქმნება ერთი წერტილიდან და მოძრაობს ყველა მიმართულებით. ხმის ტალღებს აქვს თვისება დიფრაქცია, ე.ი. დაბრკოლებებისა და ობიექტების გარშემო გადაადგილების უნარი. დახრის ხარისხი დამოკიდებულია ხმის ტალღის სიგრძის თანაფარდობაზე დაბრკოლების ან ხვრელის ზომაზე. დიფრაქცია ასევე ხდება მაშინ, როდესაც ბგერის გზაზე რაიმე დაბრკოლებაა. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია ორი სცენარი: 1) თუ დაბრკოლების ზომა ტალღის სიგრძეზე გაცილებით დიდია, მაშინ ხმა აირეკლება ან შეიწოვება (დამოკიდებულია მასალის შთანთქმის ხარისხზე, დაბრკოლების სისქეზე და ა.შ. ) და დაბრკოლების უკან იქმნება "აკუსტიკური ჩრდილი". 2) თუ დაბრკოლების ზომა შედარებულია ტალღის სიგრძესთან ან თუნდაც მასზე ნაკლები, მაშინ ხმა გარკვეულწილად დიფრაქციულია ყველა მიმართულებით. თუ ხმის ტალღა ერთ გარემოში გადაადგილებისას ურტყამს ინტერფეისს სხვა გარემოსთან (მაგალითად, ჰაერის საშუალო მყარ გარემოსთან), მაშინ შეიძლება მოხდეს სამი სცენარი: 1) ტალღა აისახება ინტერფეისიდან 2) ტალღა შეუძლია გადავიდეს სხვა გარემოში მიმართულების შეცვლის გარეშე 3) ტალღა შეიძლება გადავიდეს სხვა გარემოში საზღვარზე მიმართულების ცვლილებით, ამას ეწოდება "ტალღის გარდატეხა".

ხმის ტალღის ჭარბი წნევის თანაფარდობას რხევის მოცულობითი სიჩქარის მიმართ ტალღის წინააღმდეგობა ეწოდება. მარტივი სიტყვებით, საშუალო ტალღის წინაღობაშეიძლება ეწოდოს ხმის ტალღების შთანთქმის ან მათ „წინააღმდეგობის“ უნარი. ასახვა და გადაცემის კოეფიციენტები პირდაპირ დამოკიდებულია ორი მედიის ტალღის წინაღობის თანაფარდობაზე. ტალღის წინააღმდეგობა აირისებრ გარემოში გაცილებით დაბალია, ვიდრე წყალში ან მყარ სხეულებში. მაშასადამე, თუ ჰაერში ბგერითი ტალღა ეჯახება მყარ ობიექტს ან ღრმა წყლის ზედაპირს, ხმა ან აირეკლება ზედაპირიდან ან დიდწილად შეიწოვება. ეს დამოკიდებულია ზედაპირის სისქეზე (წყალი ან მყარი), რომელზეც ეცემა სასურველი ხმის ტალღა. როდესაც მყარი ან თხევადი გარემოს სისქე დაბალია, ხმის ტალღები თითქმის მთლიანად "გადის" და პირიქით, როდესაც საშუალო სისქე დიდია, ტალღები უფრო ხშირად აისახება. ხმის ტალღების ასახვის შემთხვევაში ეს პროცესი ხდება ცნობილი ფიზიკური კანონის მიხედვით: „დაცემის კუთხე ტოლია არეკვლის კუთხისა“. ამ შემთხვევაში, როდესაც უფრო დაბალი სიმკვრივის საშუალო ტალღა ხვდება უფრო მაღალი სიმკვრივის გარემოს საზღვარს, ფენომენი ხდება რეფრაქცია. იგი შედგება ხმის ტალღის მოხრაზე (გატეხვაში) დაბრკოლებასთან „შეხვედრის“ შემდეგ და აუცილებლად თან ახლავს სიჩქარის ცვლილებას. გარდატეხა ასევე დამოკიდებულია გარემოს ტემპერატურაზე, რომელშიც ხდება არეკვლა.

ბგერითი ტალღების სივრცეში გავრცელების პროცესში მათი ინტენსივობა აუცილებლად იკლებს, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ტალღები სუსტდება; პრაქტიკაში, მსგავსი ეფექტის შეჯახება საკმაოდ მარტივია: მაგალითად, თუ ორი ადამიანი დგას მინდორში ახლო მანძილზე (მეტრზე ან უფრო ახლოს) და დაიწყებს ერთმანეთს რაღაცის თქმას. თუ შემდგომში გაზრდით ადამიანებს შორის მანძილს (თუ ისინი დაიწყებენ ერთმანეთისგან დაშორებას), საუბრის ხმის იგივე დონე სულ უფრო და უფრო ნაკლებად ისმის. ეს მაგალითი ნათლად აჩვენებს ხმის ტალღების ინტენსივობის შემცირების ფენომენს. Რატომ ხდება ეს? ამის მიზეზი არის სითბოს გაცვლის სხვადასხვა პროცესები, მოლეკულური ურთიერთქმედება და ხმის ტალღების შიდა ხახუნი. პრაქტიკაში ყველაზე ხშირად ხმის ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად. ასეთი პროცესები აუცილებლად წარმოიქმნება 3 ხმის გამავრცელებელ მედიაში და შეიძლება დახასიათდეს როგორც ხმის ტალღების შთანთქმა.

ხმის ტალღების შთანთქმის ინტენსივობა და ხარისხი დამოკიდებულია ბევრ ფაქტორზე, როგორიცაა საშუალო წნევა და ტემპერატურა. შთანთქმა ასევე დამოკიდებულია ხმის სპეციფიკურ სიხშირეზე. როდესაც ხმის ტალღა ვრცელდება სითხეებში ან აირებში, ხდება ხახუნის ეფექტი სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის, რასაც სიბლანტე ეწოდება. მოლეკულურ დონეზე ამ ხახუნის შედეგად ხდება ტალღის ხმის სიცხეში გადაქცევის პროცესი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც უფრო მაღალია გარემოს თბოგამტარობა, მით უფრო დაბალია ტალღის შთანთქმის ხარისხი. აიროვან გარემოში ხმის შთანთქმა ასევე დამოკიდებულია წნევაზე (ატმოსფერული წნევა იცვლება ზღვის დონიდან სიმაღლის მატებასთან ერთად). რაც შეეხება შთანთქმის ხარისხის დამოკიდებულებას ბგერის სიხშირეზე, სიბლანტისა და თბოგამტარობის ზემოაღნიშნული დამოკიდებულების გათვალისწინებით, რაც უფრო მაღალია ბგერის სიხშირე, მით უფრო მაღალია ბგერის შთანთქმა. მაგალითად, ჰაერში ნორმალურ ტემპერატურასა და წნევაზე 5000 ჰც სიხშირის ტალღის შთანთქმა არის 3 დბ/კმ, ხოლო 50000 ჰც სიხშირის ტალღის შთანთქმა იქნება 300 დბ/მ.

მყარ მედიაში, ყველა ზემოაღნიშნული დამოკიდებულება (თერმული კონდუქტომეტრი და სიბლანტე) შენარჩუნებულია, მაგრამ ამას ემატება კიდევ რამდენიმე პირობა. ისინი დაკავშირებულია მყარი მასალების მოლეკულურ სტრუქტურასთან, რომელიც შეიძლება იყოს განსხვავებული, საკუთარი არაერთგვაროვნებით. ამ შიდა მყარი მოლეკულური სტრუქტურიდან გამომდინარე, ხმის ტალღების შთანთქმა ამ შემთხვევაში შეიძლება იყოს განსხვავებული და დამოკიდებულია კონკრეტული მასალის ტიპზე. როდესაც ხმა გადის მყარ სხეულში, ტალღა განიცდის რიგ გარდაქმნებს და დამახინჯებას, რაც ყველაზე ხშირად იწვევს ხმის ენერგიის დისპერსიას და შთანთქმას. მოლეკულურ დონეზე, დისლოკაციის ეფექტი შეიძლება მოხდეს, როდესაც ხმის ტალღა იწვევს ატომური თვითმფრინავების გადაადგილებას, რომლებიც შემდეგ უბრუნდებიან თავდაპირველ პოზიციას. ან, დისლოკაციების მოძრაობა იწვევს მათზე პერპენდიკულარულ დისლოკაციებთან შეჯახებას ან კრისტალური სტრუქტურის დეფექტებს, რაც იწვევს მათ დათრგუნვას და, შედეგად, ხმის ტალღის გარკვეულ შთანთქმას. თუმცა, ხმის ტალღა ასევე შეიძლება რეზონანსული იყოს ამ დეფექტებთან, რაც გამოიწვევს თავდაპირველი ტალღის დამახინჯებას. ხმის ტალღის ენერგია მასალის მოლეკულური სტრუქტურის ელემენტებთან ურთიერთქმედების მომენტში იშლება შიდა ხახუნის პროცესების შედეგად.

ამ სტატიაში შევეცდები გავაანალიზო ადამიანის სმენის აღქმის თავისებურებები და ხმის გავრცელების ზოგიერთი დახვეწილობა და თავისებურება.

ჭექა-ქუხილი, მუსიკა, სერფინგის ხმა, ადამიანის მეტყველება და ყველაფერი, რაც გვესმის, არის ხმა. რა არის "ხმა"?

სურათის წყარო: pixabay.com

სინამდვილეში, ყველაფერი, რასაც ჩვენ მიჩვეული ვართ ვიბრაციად მივიჩნიოთ, არის მხოლოდ ერთ-ერთი სახეობის ვიბრაცია (ჰაერი), რომელსაც ჩვენი ტვინი და ორგანოები აღიქვამენ.

რა არის ბგერის ბუნება

ჰაერში გავრცელებული ყველა ბგერა ხმის ტალღის ვიბრაციაა. ის წარმოიქმნება ობიექტის ვიბრაციის შედეგად და შორდება მისი წყაროდან ყველა მიმართულებით. ვიბრაციული ობიექტი შეკუმშავს მოლეკულებს გარემოში და შემდეგ ქმნის იშვიათ ატმოსფეროს, რის შედეგადაც მოლეკულები უფრო და უფრო შორდებიან ერთმანეთს. ამრიგად, ჰაერის წნევის ცვლილებები ვრცელდება ობიექტიდან მოშორებით, მოლეკულები თავად რჩებიან უცვლელ მდგომარეობაში.

ხმის ტალღების გავლენა ყურის ბარტყზე. სურათის წყარო:prd.go.th

როგორც ხმის ტალღა მოგზაურობს სივრცეში, ის ირეკლავს თავის გზაზე არსებულ ობიექტებს, რაც ქმნის ცვლილებებს გარემომცველ ჰაერში. როდესაც ეს ცვლილებები თქვენს ყურამდე აღწევს და ყურის ბარტყზე მოქმედებს, ნერვული დაბოლოებები აგზავნიან სიგნალს ტვინში და თქვენ აღიქვამთ ამ ვიბრაციას, როგორც ხმას.

ხმის ტალღის ძირითადი მახასიათებლები

ხმის ტალღის უმარტივესი ფორმა არის სინუსუსური ტალღა. სინუსური ტალღები მათი სუფთა სახით იშვიათად გვხვდება ბუნებაში, მაგრამ სწორედ მათთან ერთად უნდა დაიწყოს ხმის ფიზიკის შესწავლა, რადგან ნებისმიერი ბგერა შეიძლება დაიშალოს სინუსური ტალღების ერთობლიობაში.

სინუსური ტალღა ნათლად აჩვენებს ხმის სამ ძირითად ფიზიკურ კრიტერიუმს - სიხშირე, ამპლიტუდა და ფაზა.

სიხშირე

რაც უფრო დაბალია ვიბრაციის სიხშირე, მით უფრო დაბალია ხმა, გამოსახულების წყარო: ReasonGuide.Ru

სიხშირე არის სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ვიბრაციის რაოდენობას წამში. იგი იზომება რხევის პერიოდების რაოდენობით ან ჰერცში (Hz). ადამიანის ყურს შეუძლია ბგერის აღქმა 20 ჰც-დან (დაბალი სიხშირეები) 20 კჰც-მდე (მაღალი სიხშირეების) დიაპაზონში. ამ დიაპაზონის ზემოთ ხმებს ულტრაბგერას უწოდებენ, ქვემოთ კი - ინფრაბგერას და არ აღიქმება ადამიანის სმენით.

Დიაპაზონი

რაც უფრო დიდია ხმის ტალღის ამპლიტუდა, მით უფრო მაღალია ხმა.

ხმის ტალღის ამპლიტუდის (ან ინტენსივობის) კონცეფცია ეხება ხმის სიძლიერეს, რომელსაც ადამიანის სმენა გრძნობს, როგორც ბგერის მოცულობას ან სიძლიერეს. ადამიანებს შეუძლიათ აღიქვან ხმის მოცულობის საკმაოდ ფართო დიაპაზონი: წყნარ ბინაში წვეთოვანი ონკანიდან კონცერტზე დაკვრამდე მუსიკამდე. ხმაურის გასაზომად გამოიყენება ფონომეტრები (იზომება დეციბელებში), რომლებიც იყენებენ ლოგარითმულ სკალას, რათა გაზომვები უფრო მოსახერხებელი იყოს.

ხმის ტალღის ფაზა

ხმის ტალღის ფაზები. სურათის წყარო: Muz-Flame.ru

გამოიყენება ორი ხმის ტალღის თვისებების აღსაწერად. თუ ორ ტალღას აქვს იგივე ამპლიტუდა და სიხშირე, მაშინ ორი ბგერის ტალღა ფაზაშია. ფაზა იზომება 0-დან 360-მდე, სადაც 0 არის მნიშვნელობა, რომელიც მიუთითებს იმაზე, რომ ორი ხმის ტალღა სინქრონულია (ფაზაში) და 180 არის მნიშვნელობა, რომელიც მიუთითებს, რომ ტალღები ერთმანეთის საპირისპიროა (ფაზას გარეთ). როდესაც ორი ხმის ტალღა ფაზაშია, ორი ბგერა ერთმანეთს ემთხვევა და სიგნალები აძლიერებენ ერთმანეთს. როდესაც ორი სიგნალი, რომლებიც არ ემთხვევა ამპლიტუდას, გაერთიანებულია, წნევის სხვაობის გამო, სიგნალები ითრგუნება, რაც იწვევს ნულოვან შედეგს, ანუ ხმა ქრება. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც "ფაზის ჩახშობა".

ორი იდენტური აუდიო სიგნალის შერწყმისას, ფაზის გაუქმება შეიძლება სერიოზულ პრობლემად იქცეს, ხოლო ორიგინალური ხმის ტალღის გაერთიანება აკუსტიკური ოთახის ზედაპირებიდან ასახულ ტალღასთან ასევე დიდი უსიამოვნოა. მაგალითად, როდესაც სტერეო მიქსერის მარცხენა და მარჯვენა არხები გაერთიანებულია ჰარმონიული ჩანაწერის შესაქმნელად, სიგნალი შეიძლება განიცდიდეს ფაზის გაუქმებას.

რა არის დეციბელი?

დეციბელი ზომავს ხმის წნევის ან ელექტრული ძაბვის დონეს. ეს არის ერთეული, რომელიც აჩვენებს ორი განსხვავებული რაოდენობის შეფარდებას ერთმანეთთან. ბელი (ამერიკელი მეცნიერის ალექსანდრე ბელის სახელი) არის ათობითი ლოგარითმი, რომელიც ასახავს ორი განსხვავებული სიგნალის შეფარდებას ერთმანეთთან. ეს ნიშნავს, რომ მასშტაბის ყოველი მომდევნო ბელისთვის მიღებული სიგნალი ათჯერ უფრო ძლიერია. მაგალითად, ხმამაღალი ხმის ხმოვანი წნევა მილიარდჯერ მეტია, ვიდრე წყნარი ხმა. ასეთი დიდი მნიშვნელობების საჩვენებლად, მათ დაიწყეს დეციბელების ფარდობითი მნიშვნელობის (დბ) გამოყენება - 1,000,000,000 არის 109, ან უბრალოდ 9. ამ მნიშვნელობის მიღებამ ფიზიკოსებისა და აკუსტიკოსების მიერ შესაძლებელი გახადა უზარმაზარ რიცხვებთან მუშაობა უფრო მოსახერხებელი ყოფილიყო. .

ხმის მასშტაბი სხვადასხვა ბგერისთვის. სურათის წყარო: Nauet.ru

პრაქტიკაში, ბელი ძალიან დიდი ერთეულია ხმის დონის გასაზომად, ამიტომ მის ნაცვლად გამოიყენეს დეციბელი, რომელიც არის ბელის მეათედი. არ შეიძლება ითქვას, რომ ზარების ნაცვლად დეციბელების გამოყენება ჰგავს, მაგალითად, სანტიმეტრის ნაცვლად ფეხსაცმლის ზომის მითითებას;

ზემოაღნიშნულიდან ირკვევა, რომ ხმის დონე ჩვეულებრივ იზომება დეციბელებში. ხმის დონის ზოგიერთი სტანდარტი გამოიყენება აკუსტიკაში მრავალი წლის განმავლობაში, ტელეფონის გამოგონებიდან დღემდე. ამ სტანდარტების უმეტესობა რთული გამოსაყენებელია თანამედროვე აღჭურვილობის მიმართ, ისინი გამოიყენება მხოლოდ მოძველებული აღჭურვილობისთვის. დღესდღეობით, ჩამწერი და სამაუწყებლო სტუდიებში აღჭურვილობა იყენებს ისეთ ერთეულს, როგორიცაა dBu (დეციბელი 0,775 V დონის მიმართ), ხოლო საყოფაცხოვრებო აღჭურვილობაში - dBV (დეციბელი იზომება 1 V დონესთან შედარებით). ციფრული აუდიო მოწყობილობა იყენებს dBFS-ს (დეციბელის სრული მასშტაბი) ხმის სიმძლავრის გასაზომად.

დბმ– „m“ ნიშნავს მილივატებს (მვტ), საზომი ერთეული, რომელიც გამოიყენება ელექტროენერგიის აღსანიშნავად. აუცილებელია განასხვავოთ სიმძლავრე ელექტრული ძაბვისგან, თუმცა ეს ორი ცნება მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან. dBm საზომი ერთეულის გამოყენება დაიწყო სატელეფონო კომუნიკაციების დანერგვის გარიჟრაჟზე და დღეს ის ასევე გამოიყენება პროფესიონალურ აღჭურვილობაში.

dBu- ამ შემთხვევაში, ძაბვა იზომება (ძაბვის ნაცვლად) საცნობარო ნულოვანი დონის მიმართ 0,75 ვოლტი; თანამედროვე პროფესიონალურ აუდიო მოწყობილობასთან მუშაობისას dBu იცვლება dBm-ით. უფრო მოსახერხებელი იყო dBu-ს, როგორც საზომი ერთეულის გამოყენება აუდიო ინჟინერიის სფეროში წარსულში, როდესაც სიგნალის სიძლიერის შესაფასებლად უფრო მნიშვნელოვანი იყო ელექტრული სიმძლავრის დათვლა, ვიდრე ძაბვის.

dBV– ეს საზომი ერთეული ასევე ეფუძნება საცნობარო ნულოვან დონეს (როგორც dBu-ს შემთხვევაში), თუმცა, საცნობარო დონედ აღებულია 1 ვ, რაც უფრო მოსახერხებელია ვიდრე 0,775 ვ ფიგურა. ხმის საზომი ეს ერთეული არის ხშირად გამოიყენება საყოფაცხოვრებო და ნახევრად პროფესიონალური აუდიო მოწყობილობებისთვის.

dBFS- ეს სიგნალის დონის რეიტინგი ფართოდ გამოიყენება ციფრული აუდიო ინჟინერიაში და ძალიან განსხვავდება ზემოაღნიშნული საზომი ერთეულებისგან. FS (სრული მასშტაბი) არის სრული მასშტაბი, რომელიც გამოიყენება, რადგან, განსხვავებით ანალოგური აუდიო სიგნალისგან, რომელსაც აქვს ოპტიმალური ძაბვა, ციფრული მნიშვნელობების მთელი დიაპაზონი თანაბრად მისაღებია ციფრულ სიგნალთან მუშაობისას. 0 dBFS არის ციფრული აუდიო სიგნალის მაქსიმალური შესაძლო დონე, რომელიც შეიძლება ჩაიწეროს დამახინჯების გარეშე. ანალოგური საზომი სტანდარტები, როგორიცაა dBu და dBV, არ აქვთ დინამიური დიაპაზონის სათავე 0 dBFS-ზე მეტი.

თუ მოგეწონათ სტატია, მოსწონს და გამოიწერეთ არხი NAUCHPOP . თვალყური ადევნეთ, მეგობრებო! წინ ბევრი საინტერესო რამ გველის!

ხმა არის მექანიკური ვიბრაცია, რომელიც ვრცელდება ელასტიურ მასალაში, ძირითადად გრძივი ტალღების სახით.

ვაკუუმში ბგერა არ ვრცელდება, ვინაიდან ხმის გადაცემისათვის საჭიროა მატერიალური გარემო და მექანიკური კონტაქტი მასალის ნაწილაკებს შორის.

მედიუმში ხმა მოძრაობს ხმის ტალღების სახით. ხმის ტალღები არის მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც გადაეცემა გარემოში მისი პირობითი ნაწილაკების გამოყენებით. საშუალო ჩვეულებრივი ნაწილაკები ნიშნავს მის მიკრომოცულობებს.

აკუსტიკური ტალღის ძირითადი ფიზიკური მახასიათებლები:

1. სიხშირე.

სიხშირეხმის ტალღა არის სიდიდე დროის ერთეულზე სრული რხევების რაოდენობის ტოლია. მითითებულია სიმბოლოთი ვ (შიშველი) და გაზომილი ჰერცში. 1 Hz = 1 რაოდენობა/წმ = [ s -1 ].

ხმის ვიბრაციის მასშტაბი იყოფა შემდეგ სიხშირის ინტერვალებად:

· ინფრაბგერითი (0-დან 16 ჰც-მდე);

· გასაგონი ხმა (16-დან 16000 ჰც-მდე);

· ულტრაბგერა (16000 ჰც-ზე მეტი).

ხმის ტალღის სიხშირე მჭიდრო კავშირშია მის შებრუნებულ რაოდენობასთან - ხმის ტალღის პერიოდთან. პერიოდიხმის ტალღა არის საშუალო ნაწილაკების ერთი სრული ვიბრაციის დრო. დანიშნულია თდა იზომება წამებში [s].

ხმის ტალღის მატარებელი საშუალების ნაწილაკების ვიბრაციის მიმართულების მიხედვით ხმის ტალღები იყოფა:

· გრძივი;

· განივი.

გრძივი ტალღებისთვის საშუალო ნაწილაკების ვიბრაციის მიმართულება ემთხვევა გარემოში ბგერითი ტალღის გავრცელების მიმართულებას (ნახ. 1).

განივი ტალღებისთვის საშუალო ნაწილაკების ვიბრაციის მიმართულებები პერპენდიკულარულია ხმის ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე (ნახ. 2).

ბრინჯი. 1 ნახ. 2

გრძივი ტალღები ვრცელდება აირებში, სითხეებში და მყარ სხეულებში. განივი - მხოლოდ მყარ სხეულებში.

3. ვიბრაციების ფორმა.

ვიბრაციის ფორმის მიხედვით ხმის ტალღები იყოფა:

· მარტივი ტალღები;

რთული ტალღები.

მარტივი ტალღის გრაფიკი არის სინუსური ტალღა.

რთული ტალღის გრაფიკი არის ნებისმიერი პერიოდული არასინუსოიდული მრუდი .

4. ტალღის სიგრძე.

ტალღის სიგრძე არის რაოდენობაუდრის მანძილს, რომელზეც ხმის ტალღა გადის ერთი პერიოდის ტოლ დროს. იგი დანიშნულია λ (ლამბდა) და იზომება მეტრებში (მ), სანტიმეტრებში (სმ), მილიმეტრებში (მმ), მიკრომეტრებში (მკმ).

ტალღის სიგრძე დამოკიდებულია გარემოზე, რომელშიც ხმა მოძრაობს.

5. ხმის ტალღის სიჩქარე.

ხმის ტალღის სიჩქარეარის ხმის გავრცელების სიჩქარე სტაციონარული ხმის წყაროს მქონე გარემოში. აღინიშნება სიმბოლო v, გამოითვლება ფორმულით:

ხმის ტალღის სიჩქარე დამოკიდებულია საშუალო ტიპისა და ტემპერატურაზე. ხმის სიჩქარე ყველაზე მაღალია მყარ ელასტიურ სხეულებში, ნაკლები სითხეებში და ყველაზე დაბალი აირებში.

საჰაერო, ნორმალური ატმოსფერული წნევა, ტემპერატურა - 20 გრადუსი, v = 342 მ/წმ;

წყალი, ტემპერატურა 15-20 გრადუსი, v = 1500 მ/წმ;

ლითონები, v = 5000-10000 მ/წმ.

ჰაერში ხმის სიჩქარე დაახლოებით 0,6 მ/წმ-ით იზრდება ტემპერატურის 10 გრადუსით მატებასთან ერთად.