Bëni valë zanore. Pse shfaqet një valë zanore? Tingëllimi i shëndoshë i thellësive

Tingulli janë valë zanore që shkaktojnë dridhje të grimcave më të vogla të ajrit, gazeve të tjera, si dhe mediave të lëngëta dhe të ngurta. Tingulli mund të shfaqet vetëm aty ku ka materie, pa marrë parasysh se në cilën gjendje të materies është. Në një vakum, ku nuk ka medium, zëri nuk përhapet, sepse nuk ka grimca që veprojnë si valë zanore. Për shembull, në hapësirë. Tingulli mund të modifikohet, modifikohet, shndërrohet në forma të tjera energjie. Kështu, zëri i konvertuar në valë radio ose energji elektrike mund të transmetohet në distanca dhe të regjistrohet në mediat e informacionit.

Vala zanore

Lëvizjet e objekteve dhe trupave pothuajse gjithmonë shkaktojnë dridhje në mjedis. Nuk ka rëndësi nëse është ujë apo ajër. Në procesin e kësaj, grimcat e mediumit, tek i cili transmetohen dridhjet e trupit, gjithashtu fillojnë të lëkunden. Krijohen valë zanore. Për më tepër, lëvizjet kryhen në drejtimet përpara dhe prapa, duke zëvendësuar në mënyrë progresive njëra-tjetrën. Prandaj, vala e zërit është gjatësore. Asnjëherë në të nuk ka lëvizje tërthore lart e poshtë.

Karakteristikat e valëve të zërit

Si çdo fenomen fizik, ato kanë vlerat e tyre, me të cilat mund të përshkruani vetitë. Karakteristikat kryesore të një valë zanore janë frekuenca dhe amplituda e saj. Vlera e parë tregon se sa valë formohen në sekondë. E dyta përcakton fuqinë e valës. Tingujt me frekuencë të ulët kanë vlera të frekuencës së ulët dhe anasjelltas. Frekuenca e zërit matet në Hertz, dhe nëse tejkalon 20,000 Hz, atëherë ndodh ultratingulli. Ka mjaft shembuj të tingujve me frekuencë të ulët dhe me frekuencë të lartë në natyrë dhe botën përreth nesh. Cicërima e një bilbili, bubullima, gjëmimi i një lumi malor e të tjera janë të gjitha frekuenca të ndryshme zëri. Vlera e amplitudës së valës varet drejtpërdrejt nga sa i lartë është zëri. Vëllimi, nga ana tjetër, zvogëlohet ndërsa largoheni nga burimi i zërit. Prandaj, amplituda është sa më e vogël, aq më larg nga epiqendra është vala. Me fjalë të tjera, amplituda e një valë zanore zvogëlohet me distancën nga burimi i zërit.

Shpejtësia e zërit

Ky tregues i valës së zërit varet drejtpërdrejt nga natyra e mediumit në të cilin ajo përhapet. Lagështia dhe temperatura gjithashtu luajnë një rol të rëndësishëm këtu. Në kushtet mesatare të motit, shpejtësia e zërit është afërsisht 340 metra në sekondë. Në fizikë, ekziston një gjë e tillë si shpejtësia supersonike, e cila është gjithmonë më e madhe në vlerë se shpejtësia e zërit. Kjo është shpejtësia me të cilën përhapen valët e zërit kur avioni është në lëvizje. Avioni udhëton me shpejtësi supersonike dhe madje tejkalon valët e zërit të krijuara prej tij. Për shkak të presionit që rritet gradualisht pas avionit, formohet një valë zanore goditëse. Një interesant dhe pak njerëz e dinë njësinë e matjes së një shpejtësie të tillë. Quhet Mach. 1 Mach është e barabartë me shpejtësinë e zërit. Nëse vala lëviz me 2 Mach, atëherë ajo udhëton dy herë më shpejt se shpejtësia e zërit.

Zhurmat

Në jetën e përditshme ka zhurma të vazhdueshme. Niveli i zhurmës matet në decibel. Lëvizja e makinave, era, shushurima e gjetheve, gërshetimi i zërave të njerëzve dhe zhurmat e tjera të zërit janë shoqëruesit tanë të përditshëm. Por analizuesi i dëgjimit të njeriut ka aftësinë të mësohet me zhurma të tilla. Megjithatë, ka edhe fenomene të tilla që as aftësitë adaptive të veshit të njeriut nuk mund t'i përballojnë. Për shembull, zhurma mbi 120 dB mund të shkaktojë një ndjesi dhimbjeje. Kafsha më e zhurmshme është balena blu. Kur lëshon tinguj, mund të dëgjohet në një distancë prej më shumë se 800 kilometrash.

Jehonë

Si ndodh një eko? Gjithçka është shumë e thjeshtë këtu. Vala e zërit ka aftësinë të reflektohet nga sipërfaqe të ndryshme: nga uji, nga gurët, nga muret në një dhomë bosh. Kjo valë kthehet tek ne, kështu që ne dëgjojmë tinguj dytësorë. Nuk është aq e qartë sa ajo origjinale, pasi një pjesë e energjisë së valës së zërit shpërndahet kur lëviz drejt pengesës.

Ekolokimi

Reflektimi i zërit përdoret për qëllime të ndryshme praktike. Për shembull, echolocation. Bazohet në faktin se me ndihmën e valëve ultrasonike është e mundur të përcaktohet distanca deri në objektin nga i cili reflektohen këto valë. Llogaritjet kryhen duke matur kohën për të cilën ultrazëri do të arrijë në vend dhe do të kthehet prapa. Shumë kafshë kanë aftësinë për të ekolokuar. Për shembull, lakuriqët e natës, delfinët e përdorin atë për të kërkuar ushqim. Echolocation ka gjetur një aplikim tjetër në mjekësi. Në studimet që përdorin ultratinguj, formohet një pamje e organeve të brendshme të një personi. Kjo metodë bazohet në faktin se ekografia, duke hyrë në një medium tjetër përveç ajrit, kthehet prapa, duke formuar kështu një imazh.

Valët zanore në muzikë

Pse instrumentet muzikore nxjerrin tinguj të caktuar? Zgjedhja e kitarës, meloditë e pianos, tonet e ulëta të baterive dhe trumpetave, një zë i hollë simpatik i një flauti. Të gjithë këta dhe shumë tinguj të tjerë janë për shkak të dridhjeve në ajër, ose, me fjalë të tjera, për shkak të shfaqjes së valëve të zërit. Por pse tingulli i instrumenteve muzikore është kaq i larmishëm? Rezulton se varet nga disa faktorë. E para është forma e instrumentit, e dyta është materiali nga i cili është bërë.

Le të hedhim një vështrim në shembullin e instrumenteve me tela. Ato bëhen burim tingulli kur preken telat. Si rezultat, ata fillojnë të prodhojnë dridhje dhe dërgojnë tinguj të ndryshëm në mjedis. Tingulli i ulët i çdo instrumenti me tela është për shkak të trashësisë dhe gjatësisë më të madhe të telit, si dhe dobësisë së tensionit të tij. Në të kundërt, sa më i fortë të jetë vargu, sa më i hollë dhe më i shkurtër të jetë, aq më i lartë është tingulli i marrë si rezultat i luajtjes.

Veprimi i mikrofonit

Ai bazohet në shndërrimin e energjisë së valëve të zërit në energji elektrike. Në këtë rast, forca aktuale dhe natyra e zërit janë në përpjesëtim të drejtë. Brenda çdo mikrofoni është një pllakë e hollë e bërë prej metali. Kur ekspozohet ndaj zërit, ai fillon të bëjë lëvizje oshiluese. Spiralja me të cilën është lidhur pllaka gjithashtu dridhet, duke rezultuar në një rrymë elektrike. Pse shfaqet ai? Kjo për shkak se mikrofoni ka edhe magnet të integruar. Kur spiralja vibron midis poleve të saj, formohet një rrymë elektrike, e cila shkon përgjatë spirales dhe më pas në kolonën e zërit (altoparlant) ose në pajisjen për regjistrim në një medium informacioni (në një kasetë, disk, kompjuter). Nga rruga, një strukturë e ngjashme ka një mikrofon në telefon. Por si funksionojnë mikrofonat në telefonat fiks dhe celularë? Faza fillestare është e njëjtë për ta - tingulli i një zëri njerëzor transmeton dridhjet e tij në pllakën e mikrofonit, pastaj gjithçka ndjek skenarin e përshkruar më sipër: një spirale që mbyll dy pole kur lëviz, krijohet një rrymë. Ç'pritet më tej? Me një telefon fiks, gjithçka është pak a shumë e qartë - si në mikrofon, zëri, i shndërruar në rrymë elektrike, kalon nëpër tela. Por ç'të themi për një celular ose, për shembull, një telekomandë? Në këto raste, zëri shndërrohet në energji të valëve të radios dhe godet satelitin. Kjo eshte e gjitha.

Fenomeni i rezonancës

Ndonjëherë kushte të tilla krijohen kur amplituda e lëkundjeve të trupit fizik rritet ndjeshëm. Kjo është për shkak të konvergjencës së vlerave të frekuencës së lëkundjeve të detyruara dhe frekuencës natyrore të lëkundjeve të objektit (trupit). Rezonanca mund të jetë edhe e dobishme edhe e dëmshme. Për shembull, për të shpëtuar një makinë nga një vrimë, ajo ndizet dhe shtyhet përpara dhe mbrapa në mënyrë që të shkaktojë rezonancë dhe t'i japë makinës vrull. Por ka pasur edhe raste të pasojave negative të rezonancës. Për shembull, në Shën Petersburg, rreth njëqind vjet më parë, një urë u shemb nga ushtarët marshues të sinkronizuar.

Ky mësim mbulon temën "Valët zanore". Në këtë mësim do të vazhdojmë të studiojmë akustikën. Së pari, ne përsërisim përkufizimin e valëve të zërit, pastaj shqyrtojmë diapazonin e tyre të frekuencës dhe njihemi me konceptin e valëve ultrasonike dhe infrasonike. Ne gjithashtu do të diskutojmë vetitë e valëve të zërit në media të ndryshme dhe do të zbulojmë se cilat karakteristika kanë ato. .

Valët e zërit - Këto janë dridhje mekanike që, duke u përhapur dhe duke ndërvepruar me organin e dëgjimit, perceptohen nga një person (Fig. 1).

Oriz. 1. Vala zanore

Seksioni që merret me këto valë në fizikë quhet akustikë. Profesioni i njerëzve që zakonisht quhen "dëgjues" është akustika. Vala e zërit është një valë që përhapet në një mjedis elastik, është një valë gjatësore dhe kur përhapet në një mjedis elastik, ngjeshja dhe rrallimi alternohen. Ai transmetohet me kalimin e kohës në një distancë (Fig. 2).

Oriz. 2. Përhapja e valës zanore

Valët e zërit përfshijnë dridhje të tilla që kryhen me një frekuencë prej 20 deri në 20,000 Hz. Këto frekuenca korrespondojnë me gjatësi vale prej 17 m (për 20 Hz) dhe 17 mm (për 20,000 Hz). Ky diapazon do të quhet tingull i dëgjueshëm. Këto gjatësi vale jepen për ajrin, shpejtësia e përhapjes së zërit në të cilin është e barabartë me.

Ekzistojnë gjithashtu vargje të tilla në të cilat merren akustikë - infrasonike dhe tejzanor. Infrasonike janë ato që kanë një frekuencë më të vogël se 20 Hz. Dhe ato tejzanor janë ato që kanë një frekuencë prej më shumë se 20,000 Hz (Fig. 3).

Oriz. 3. Gama e valëve të zërit

Çdo person i arsimuar duhet të udhëhiqet në diapazonin e frekuencës së valëve zanore dhe të dijë se nëse ai shkon për një skanim me ultratinguj, atëherë fotografia në ekranin e kompjuterit do të ndërtohet me një frekuencë prej më shumë se 20,000 Hz.

Ultratinguj - Këto janë valë mekanike të ngjashme me valët e zërit, por me një frekuencë prej 20 kHz deri në një miliard herc.

Quhen valë me një frekuencë prej më shumë se një miliard herc hipersonike.

Ultratingulli përdoret për të zbuluar defektet në pjesët e derdhjes. Një rrjedhë sinjalesh të shkurtra tejzanor drejtohet në pjesën në provë. Në ato vende ku nuk ka defekte, sinjalet kalojnë përmes pjesës pa u regjistruar nga marrësi.

Nëse ka një çarje, zgavër ajri ose johomogjenitet tjetër në pjesë, atëherë sinjali tejzanor reflektohet prej tij dhe, duke u kthyer, hyn në marrës. Një metodë e tillë quhet zbulimi i defekteve me ultratinguj.

Shembuj të tjerë të përdorimit të ultrazërit janë makinat me ultratinguj, makinat me ultratinguj, terapia me ultratinguj.

Infrazëri - valë mekanike të ngjashme me valët e zërit, por me frekuencë më të vogël se 20 Hz. Ata nuk perceptohen nga veshi i njeriut.

Burimet natyrore të valëve infrasonike janë stuhitë, cunami, tërmetet, uraganet, shpërthimet vullkanike, stuhitë.

Infratingujt janë gjithashtu valë të rëndësishme që përdoren për të lëkundur sipërfaqen (për shembull, për të shkatërruar disa objekte të mëdha). Ne lëshojmë infratinguj në tokë - dhe toka është grimcuar. Ku përdoret kjo? Për shembull, në minierat e diamanteve, ku ata marrin mineral që përmban përbërës diamanti dhe e shtypin atë në grimca të vogla për të gjetur këto përfshirje diamanti (Fig. 4).

Oriz. 4. Aplikimi i infratingullit

Shpejtësia e zërit varet nga kushtet mjedisore dhe temperatura (Fig. 5).

Oriz. 5. Shpejtësia e përhapjes së valëve zanore në media të ndryshme

Ju lutemi vini re: në ajër, shpejtësia e zërit është e barabartë me , ndërsa shpejtësia rritet me . Nëse jeni studiues, atëherë një njohuri e tillë mund të jetë e dobishme për ju. Ju madje mund të gjeni një lloj sensori të temperaturës që do të zbulojë mospërputhjet e temperaturës duke ndryshuar shpejtësinë e zërit në medium. Tashmë e dimë se sa më i dendur të jetë mediumi, sa më serioz të jetë ndërveprimi ndërmjet grimcave të mediumit, aq më shpejt përhapet vala. Ne e diskutuam këtë në paragrafin e fundit duke përdorur shembullin e ajrit të thatë dhe ajrit të lagësht. Për ujin, shpejtësia e përhapjes së zërit. Nëse krijoni një valë zanore (trokisni në një pirun akordimi), atëherë shpejtësia e përhapjes së saj në ujë do të jetë 4 herë më e madhe se në ajër. Nga uji, informacioni do të arrijë 4 herë më shpejt se me ajër. Dhe edhe më shpejt në çelik: (Fig. 6).

Oriz. 6. Shpejtësia e përhapjes së valës së zërit

Ju e dini nga epikat që përdori Ilya Muromets (dhe të gjithë heronjtë dhe njerëzit e zakonshëm rusë dhe djemtë nga Këshilli Ushtarak Revolucionar Gaidar), përdorën një mënyrë shumë interesante për të zbuluar një objekt që po afrohet, por ende larg. Tingulli që lëshon kur lëviz nuk është ende i dëgjueshëm. Ilya Muromets, me veshin në tokë, mund ta dëgjojë atë. Pse? Sepse zëri transmetohet në tokë të fortë me një shpejtësi më të lartë, që do të thotë se do të arrijë në veshin e Ilya Muromets më shpejt dhe ai do të jetë në gjendje të përgatitet për të takuar armikun.

Valët më interesante të zërit janë tingujt dhe zhurmat muzikore. Cilat objekte mund të krijojnë valë zanore? Nëse marrim një burim vale dhe një medium elastik, nëse e bëjmë burimin e zërit të lëkundet në mënyrë harmonike, atëherë do të kemi një valë zanore të mrekullueshme, e cila do të quhet tingull muzikor. Këto burime të valëve të zërit mund të jenë, për shembull, telat e një kitare ose një piano. Kjo mund të jetë një valë zanore që krijohet në hendekun e tubit të ajrit (organit ose tubit). Nga mësimet e muzikës njihni notat: do, re, mi, fa, kripë, la, si. Në akustikë quhen tone (Fig. 7).

Oriz. 7. Tonet muzikore

Të gjithë artikujt që mund të lëshojnë tone do të kenë veçori. Si ndryshojnë ato? Ato ndryshojnë në gjatësi vale dhe frekuencë. Nëse këto valë zanore nuk krijohen nga trupa që tingëllojnë në mënyrë harmonike ose nuk janë të lidhura në një pjesë të zakonshme orkestrale, atëherë një numër i tillë tingujsh do të quhet zhurmë.

Zhurma- luhatje të rastësishme të natyrës së ndryshme fizike, të karakterizuara nga kompleksiteti i strukturës kohore dhe spektrale. Koncepti i zhurmës është i përditshëm dhe fizik, ngjajnë shumë, prandaj e prezantojmë si një objekt të veçantë të rëndësishëm shqyrtimi.

Le të kalojmë në vlerësimet sasiore të valëve të zërit. Cilat janë karakteristikat e valëve zanore muzikore? Këto karakteristika zbatohen ekskluzivisht për dridhjet harmonike të zërit. Kështu që, vëllimi i zërit. Çfarë e përcakton volumin e një tingulli? Konsideroni përhapjen e një valë zanore në kohë ose lëkundjet e një burimi të valës zanore (Fig. 8).

Oriz. 8. Vëllimi i zërit

Në të njëjtën kohë, nëse nuk i shtojmë shumë tinguj sistemit (goditim butësisht në tastin e pianos, për shembull), atëherë do të ketë një tingull të qetë. Nëse me zë të lartë, duke ngritur dorën lart, e quajmë këtë tingull duke goditur tastin, marrim një tingull të lartë. Nga çfarë varet? Tingujt e qetë kanë më pak dridhje sesa tingujt e lartë.

Karakteristika tjetër e rëndësishme e tingullit muzikor dhe çdo tjetër është lartësia. Çfarë e përcakton lartësinë e një tingulli? Lartësia varet nga frekuenca. Ne mund ta bëjmë burimin të lëkundet shpesh, ose mund ta bëjmë atë të lëkundet jo shumë shpejt (d.m.th., të bëjmë më pak lëkundje për njësi të kohës). Merrni parasysh fshirjen kohore të zërit të lartë dhe të ulët me të njëjtën amplitudë (Fig. 9).

Oriz. 9. Katrani

Mund të nxirret një përfundim interesant. Nëse një person këndon në bas, atëherë burimi i tij i zërit (këto janë kordat vokale) luhatet disa herë më ngadalë se ai i një personi që këndon soprano. Në rastin e dytë, kordat vokale dridhen më shpesh, prandaj, më shpesh ato shkaktojnë vatra ngjeshjeje dhe rrallimi në përhapjen e valës.

Ekziston një karakteristikë tjetër interesante e valëve të zërit që fizikanët nuk e studiojnë. atë timbër. Ju e dini dhe e dalloni lehtësisht të njëjtën pjesë muzikore të luajtur në balalaika ose në violonçel. Cili është ndryshimi midis këtyre tingujve apo kësaj performance? Në fillim të eksperimentit, ne u kërkuam njerëzve që prodhojnë tinguj që t'i bënin ato afërsisht të njëjtën amplitudë në mënyrë që vëllimi i zërit të ishte i njëjtë. Është si në rastin e një orkestre: nëse nuk ka nevojë të veçosh një instrument, të gjithë luajnë afërsisht në të njëjtën mënyrë, me të njëjtën forcë. Pra, timbri i balalaikës dhe violonçelit është i ndryshëm. Nëse do ta vizatojmë tingullin që nxirret nga një instrument, nga një tjetër, duke përdorur diagrame, atëherë ato do të ishin të njëjta. Por këto instrumente mund t'i dalloni lehtësisht nga tingulli i tyre.

Një shembull tjetër i rëndësisë së timbrit. Imagjinoni dy këngëtarë që mbarojnë të njëjtën shkollë muzikore me të njëjtët mësues. Ata studionin po aq mirë me pesëshe. Për disa arsye, njëri bëhet një interpretues i shquar, ndërsa tjetri është i pakënaqur me karrierën e tij gjatë gjithë jetës. Në fakt, kjo përcaktohet vetëm nga instrumenti i tyre, i cili shkakton vetëm dridhje zanore në mjedis, domethënë zërat e tyre ndryshojnë në timbër.

Bibliografi

1. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizikë: një libër referimi me shembuj të zgjidhjes së problemeve. - Rishpërndarja e botimit të dytë. - X .: Vesta: shtëpia botuese "Ranok", 2005. - 464 f.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizikë. Klasa 9: Libër mësuesi për arsimin e përgjithshëm. institucionet / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - Botimi i 14-të, stereotip. - M.: Bustard, 2009. - 300 f.

1. Portali në internet "eduspb.com" ()
2. Portali në internet "msk.edu.ua" ()
3. Portali në internet "class-fizika.narod.ru" ()

Detyre shtepie

1. Si përhapet zëri? Cili mund të jetë burimi i zërit?
2. A mund të udhëtojë zëri në hapësirë?
3. A perceptohet prej tij çdo valë që arrin në veshin e njeriut?

18 shkurt 2016

Bota e argëtimit në shtëpi është mjaft e larmishme dhe mund të përfshijë: shikimin e një filmi në një sistem të mirë kinemaje në shtëpi; lojë argëtuese dhe problematike ose duke dëgjuar muzikë. Si rregull, të gjithë gjen diçka të tyren në këtë fushë, ose kombinojnë gjithçka menjëherë. Por pavarësisht se cilat janë qëllimet e një personi në organizimin e kohës së lirë dhe pa marrë parasysh se në çfarë ekstreme shkojnë, të gjitha këto lidhje janë të lidhura fort me një fjalë të thjeshtë dhe të kuptueshme - "tingull". Në të vërtetë, në të gjitha këto raste, ne do të udhëhiqemi nga doreza nga kolona zanore. Por kjo pyetje nuk është aq e thjeshtë dhe e parëndësishme, veçanërisht në rastet kur ekziston dëshira për të arritur tingull me cilësi të lartë në një dhomë ose në kushte të tjera. Për ta bërë këtë, nuk është gjithmonë e nevojshme të blini komponentë të shtrenjtë hi-fi ose hi-end (megjithëse do të jetë shumë i dobishëm), por mjafton një njohuri e mirë e teorisë fizike, e cila mund të eliminojë shumicën e problemeve që lindin për të gjithë. i cili synon të marrë aktrim zanor me cilësi të lartë.

Më pas, teoria e zërit dhe akustikës do të shqyrtohet nga pikëpamja e fizikës. Në këtë rast, do të përpiqem ta bëj sa më të arritshme për të kuptuar çdo person që, ndoshta, është larg njohjes së ligjeve apo formulave fizike, por megjithatë ëndërron me pasion realizimin e ëndrrës së krijimit të një akustike të përsosur. sistemi. Unë nuk supozoj të pretendoj se për të arritur rezultate të mira në këtë fushë në shtëpi (ose në një makinë, për shembull) duhet t'i njihni plotësisht këto teori, megjithatë, të kuptuarit e bazave do të shmangë shumë gabime të trashë dhe absurde, si dhe do të lejojë ju për të arritur efektin maksimal të zërit nga sistemi.çdo nivel.

Teoria e përgjithshme e zërit dhe terminologjia muzikore

Cfare eshte tingull? Kjo është ndjesia që percepton organi i dëgjimit. "vesh"(vetë fenomeni ekziston edhe pa pjesëmarrjen e "veshit" në proces, por është më e lehtë të kuptohet në këtë mënyrë), e cila ndodh kur daullja e veshit ngacmohet nga një valë zanore. Veshi në këtë rast vepron si një "marrës" i valëve zanore të frekuencave të ndryshme.
Vala zanoreËshtë, në fakt, një seri sekuenciale vulash dhe shkarkimesh të mediumit (më shpesh mjedisi ajror në kushte normale) të frekuencave të ndryshme. Natyra e valëve të zërit është osciluese, e shkaktuar dhe e prodhuar nga dridhja e çdo trupi. Shfaqja dhe përhapja e një valë zanore klasike është e mundur në tre media elastike: të gazta, të lëngshme dhe të ngurta. Kur një valë zanore ndodh në një nga këto lloje të hapësirës, ​​në mënyrë të pashmangshme ndodhin disa ndryshime në vetë mjedisin, për shembull, një ndryshim në densitetin ose presionin e ajrit, lëvizjen e grimcave të masave të ajrit, etj.

Meqenëse vala e zërit ka një natyrë osciluese, ajo ka një karakteristikë të tillë si frekuenca. Frekuenca matet në herc (për nder të fizikantit gjerman Heinrich Rudolf Hertz), dhe tregon numrin e dridhjeve gjatë një periudhe kohore të barabartë me një sekondë. Ato. për shembull, një frekuencë prej 20 Hz nënkupton një cikël prej 20 lëkundjesh në një sekondë. Koncepti subjektiv i lartësisë së tij varet gjithashtu nga frekuenca e zërit. Sa më shumë dridhje të zërit të bëhen në sekondë, aq "më i lartë" duket tingulli. Vala e zërit ka edhe një karakteristikë tjetër të rëndësishme, e cila ka një emër - gjatësinë e valës. Gjatësia e valësËshtë e zakonshme të merret parasysh distanca që kalon një tingull i një frekuence të caktuar në një periudhë të barabartë me një sekondë. Për shembull, gjatësia e valës së zërit më të ulët në diapazonin e dëgjimit të njeriut në 20 Hz është 16.5 metra dhe gjatësia e valës së zërit më të lartë në 20,000 Hz është 1.7 centimetra.

Veshi i njeriut është krijuar në atë mënyrë që të jetë në gjendje të perceptojë valë vetëm në një gamë të kufizuar, afërsisht 20 Hz - 20,000 Hz (në varësi të karakteristikave të një personi të caktuar, dikush është në gjendje të dëgjojë pak më shumë, dikush më pak) . Kështu, kjo nuk do të thotë se tingujt nën ose mbi këto frekuenca nuk ekzistojnë, ato thjesht nuk perceptohen nga veshi i njeriut, duke shkuar përtej diapazonit të dëgjueshëm. Tingulli mbi diapazonin e dëgjueshëm quhet ultratinguj, tingulli nën diapazonin e dëgjueshëm quhet infratingulli. Disa kafshë janë në gjendje të perceptojnë tingujt ultra dhe infra, disa madje e përdorin këtë diapazon për orientim në hapësirë ​​(lakuriqët, delfinët). Nëse zëri kalon përmes një mediumi që nuk bie drejtpërdrejt në kontakt me organin e dëgjimit të njeriut, atëherë një tingull i tillë mund të mos dëgjohet ose të dobësohet shumë më vonë.

Në terminologjinë muzikore të tingullit, ekzistojnë përcaktime të tilla të rëndësishme si oktavë, toni dhe mbiton i tingullit. oktavë nënkupton një interval në të cilin raporti i frekuencave ndërmjet tingujve është 1 me 2. Një oktavë zakonisht është shumë e dëgjueshme, ndërsa tingujt brenda këtij intervali mund të jenë shumë të ngjashëm me njëri-tjetrin. Një oktavë mund të quhet gjithashtu një tingull që bën dy herë më shumë dridhje se një tingull tjetër në të njëjtën periudhë kohore. Për shembull, një frekuencë prej 800 Hz nuk është gjë tjetër veçse një oktavë më e lartë prej 400 Hz, dhe një frekuencë prej 400 Hz është nga ana tjetër oktava tjetër e zërit me një frekuencë prej 200 Hz. Një oktavë përbëhet nga tone dhe mbitone. Lëkundjet e ndryshueshme në një valë zanore harmonike të një frekuence perceptohen nga veshi i njeriut si ton muzikor. Dridhjet me frekuencë të lartë mund të interpretohen si tinguj me zë të lartë, dridhjet me frekuencë të ulët si tinguj me zë të ulët. Veshi i njeriut është në gjendje të dallojë qartë tingujt me një ndryshim prej një toni (në rangun deri në 4000 Hz). Përkundër kësaj, një numër jashtëzakonisht i vogël tonesh përdoren në muzikë. Kjo shpjegohet nga konsideratat e parimit të konsonancës harmonike, gjithçka bazohet në parimin e oktavave.

Konsideroni teorinë e toneve muzikore duke përdorur shembullin e një vargu të shtrirë në një mënyrë të caktuar. Një varg i tillë, në varësi të forcës së tensionit, do të "akordohet" në një frekuencë të veçantë. Kur ky varg ekspozohet ndaj diçkaje me një forcë specifike, e cila do ta bëjë atë të dridhet, një ton specifik tingulli do të vërehet në mënyrë të qëndrueshme, ne do të dëgjojmë frekuencën e dëshiruar të akordimit. Ky tingull quhet toni themelor. Për tonin kryesor në fushën muzikore, pranohet zyrtarisht frekuenca e notës "la" të oktavës së parë, e barabartë me 440 Hz. Megjithatë, shumica e instrumenteve muzikore nuk riprodhojnë kurrë vetëm tone të pastra themelore; ato shoqërohen në mënyrë të pashmangshme nga tone të quajtura mbitone. Këtu është e përshtatshme të kujtojmë një përkufizim të rëndësishëm të akustikës muzikore, konceptin e timbrit të tingullit. Timbër- kjo është një veçori e tingujve muzikorë që u japin instrumenteve dhe zërave muzikore specifikën e tyre unike të dallueshme të tingullit, edhe kur krahasohen tingujt me të njëjtën lartësi dhe zhurmë. Timbri i çdo instrumenti muzikor varet nga shpërndarja e energjisë së tingullit mbi mbitonet në momentin që shfaqet tingulli.

Tonet formojnë një ngjyrë specifike të tonit themelor, me anë të së cilës ne mund të identifikojmë dhe njohim lehtësisht një instrument të caktuar, si dhe të dallojmë qartë tingullin e tij nga një instrument tjetër. Ekzistojnë dy lloje ngjyrimesh: harmonike dhe joharmonike. Tone harmonike janë, sipas përkufizimit, shumëfisha të frekuencës themelore. Përkundrazi, nëse mbitonet nuk janë të shumëfishta dhe devijojnë dukshëm nga vlerat, atëherë ato quhen joharmonike. Në muzikë, funksionimi i mbitoneve jo të shumëfishta është praktikisht i përjashtuar, prandaj termi reduktohet në konceptin "overtone", që do të thotë harmonik. Për disa instrumente, për shembull, pianon, toni kryesor nuk ka kohë as të formohet, për një periudhë të shkurtër ka një rritje të energjisë së tingullit të mbitoneve, dhe më pas një rënie ndodh po aq shpejt. Shumë instrumente krijojnë një efekt të ashtuquajtur "ton kalimtar", kur energjia e tingujve të caktuar është maksimale në një moment të caktuar kohor, zakonisht në fillim, por më pas ndryshon papritur dhe kalon në tone të tjera. Gama e frekuencës së secilit instrument mund të konsiderohet veçmas dhe zakonisht kufizohet nga frekuencat e toneve themelore që ky instrument i veçantë është në gjendje të riprodhojë.

Në teorinë e zërit ekziston edhe një gjë e tillë si ZHURMA. Zhurma- ky është çdo tingull që krijohet nga një kombinim burimesh që nuk janë në përputhje me njëri-tjetrin. Të gjithë e dinë mirë zhurmën e gjetheve të pemëve, të lëkundura nga era etj.

Çfarë e përcakton volumin e zërit?Është e qartë se një fenomen i tillë varet drejtpërdrejt nga sasia e energjisë që bartet nga vala e zërit. Për të përcaktuar treguesit sasiorë të zërit, ekziston një koncept - intensiteti i zërit. Intensiteti i zërit përkufizohet si rrjedha e energjisë që kalon nëpër një zonë të hapësirës (për shembull, cm2) për njësi të kohës (për shembull, për sekondë). Në një bisedë normale, intensiteti është rreth 9 ose 10 W/cm2. Veshi i njeriut është i aftë të perceptojë tinguj me një gamë mjaft të gjerë ndjeshmërie, ndërsa ndjeshmëria e frekuencave nuk është uniforme brenda spektrit të zërit. Pra, diapazoni më i mirë i perceptuar i frekuencës është 1000 Hz - 4000 Hz, i cili mbulon më së shumti fjalimin e njeriut.

Meqenëse tingujt ndryshojnë shumë në intensitet, është më e përshtatshme të mendohet si një vlerë logaritmike dhe të matet në decibel (sipas shkencëtarit skocez Alexander Graham Bell). Pragu i poshtëm i ndjeshmërisë së dëgjimit të veshit të njeriut është 0 dB, ai i sipërm 120 dB, quhet edhe "pragu i dhimbjes". Kufiri i sipërm i ndjeshmërisë gjithashtu nuk perceptohet nga veshi i njeriut në të njëjtën mënyrë, por varet nga frekuenca specifike. Tingujt me frekuencë të ulët duhet të kenë një intensitet shumë më të madh se frekuencat e larta në mënyrë që të nxjerrin një prag dhimbjeje. Për shembull, pragu i dhimbjes në një frekuencë të ulët prej 31.5 Hz ndodh në një nivel të intensitetit të zërit prej 135 dB, kur në një frekuencë prej 2000 Hz ndjesia e dhimbjes shfaqet tashmë në 112 dB. Ekziston edhe koncepti i presionit të zërit, i cili në fakt zgjeron shpjegimin e zakonshëm për përhapjen e një valë zanore në ajër. Presioni i zërit- ky është një mbipresion i ndryshueshëm që ndodh në një mjedis elastik si rezultat i kalimit të një valë zanore nëpër të.

Natyra valore e zërit

Për të kuptuar më mirë sistemin e gjenerimit të valëve të zërit, imagjinoni një altoparlant klasik të vendosur në një tub të mbushur me ajër. Nëse altoparlanti bën një lëvizje të mprehtë përpara, atëherë ajri në afërsi të difuzorit ngjesh për një moment. Pas kësaj, ajri do të zgjerohet, duke shtyrë kështu zonën e ajrit të ngjeshur përgjatë tubit.
Është kjo lëvizje e valës që më pas do të jetë tingulli kur të arrijë në organin e dëgjimit dhe "ngacmojë" daullen e veshit. Kur një valë zanore ndodh në një gaz, krijohet presion dhe densitet i tepërt dhe grimcat lëvizin me një shpejtësi konstante. Në lidhje me valët e zërit, është e rëndësishme të mbani mend faktin se substanca nuk lëviz së bashku me valën e zërit, por ndodh vetëm një shqetësim i përkohshëm i masave të ajrit.

Nëse imagjinojmë një piston të pezulluar në hapësirë ​​të lirë në një susta dhe duke bërë lëvizje të përsëritura "përpara dhe prapa", atëherë lëkundjet e tilla do të quhen harmonike ose sinusoidale (nëse e paraqesim valën në formën e një grafiku, atëherë në këtë rast marrim një valë e pastër sinusale me ulje-ngritje të përsëritura). Nëse imagjinojmë një altoparlant në një tub (si në shembullin e përshkruar më sipër), duke kryer lëkundje harmonike, atëherë në momentin që altoparlanti lëviz "përpara", fitohet efekti tashmë i njohur i ngjeshjes së ajrit dhe kur altoparlanti lëviz "prapa" , fitohet efekti i kundërt i rrallimit. Në këtë rast, një valë e ngjeshjeve dhe rrallimit të alternuar do të përhapet nëpër tub. Distanca përgjatë tubit midis maksimumeve ose minimaleve (fazave) ngjitur do të quhet gjatësia valore. Nëse grimcat lëkunden paralelisht me drejtimin e përhapjes së valës, atëherë vala quhet gjatësore. Nëse ato lëkunden pingul me drejtimin e përhapjes, atëherë vala quhet tërthore. Zakonisht, valët e zërit në gaze dhe lëngje janë gjatësore, ndërsa në trupat e ngurtë, valët e të dy llojeve mund të ndodhin. Valët tërthore në trupat e ngurtë lindin për shkak të rezistencës ndaj ndryshimit të formës. Dallimi kryesor midis këtyre dy llojeve të valëve është se një valë tërthore ka vetinë e polarizimit (lëkundjet ndodhin në një plan të caktuar), ndërsa një valë gjatësore jo.

Shpejtësia e zërit

Shpejtësia e zërit varet drejtpërdrejt nga karakteristikat e mediumit në të cilin ai përhapet. Ai përcaktohet (i varur) nga dy veti të mediumit: elasticiteti dhe dendësia e materialit. Shpejtësia e zërit në trupat e ngurtë, përkatësisht, varet drejtpërdrejt nga lloji i materialit dhe vetitë e tij. Shpejtësia në mjediset e gazta varet vetëm nga një lloj deformimi i mediumit: ngjeshja-rrallimi. Ndryshimi i presionit në një valë zanore ndodh pa shkëmbim nxehtësie me grimcat përreth dhe quhet adiabatik.
Shpejtësia e zërit në një gaz varet kryesisht nga temperatura - rritet me rritjen e temperaturës dhe zvogëlohet me uljen. Gjithashtu, shpejtësia e zërit në një mjedis të gaztë varet nga madhësia dhe masa e vetë molekulave të gazit - sa më e vogël të jetë masa dhe madhësia e grimcave, aq më e madhe është "përçueshmëria" e valës dhe aq më e madhe është shpejtësia përkatësisht.

Në mediat e lëngëta dhe të ngurta, parimi i përhapjes dhe shpejtësia e zërit janë të ngjashme me mënyrën se si përhapet një valë në ajër: me shkarkimin e shtypjes. Por në këto mediume, përveç të njëjtës varësi nga temperatura, mjaft të rëndësishme janë edhe dendësia e mediumit dhe përbërja/struktura e tij. Sa më i ulët të jetë dendësia e substancës, aq më e lartë është shpejtësia e zërit dhe anasjelltas. Varësia nga përbërja e mediumit është më e ndërlikuar dhe përcaktohet në çdo rast specifik, duke marrë parasysh vendndodhjen dhe ndërveprimin e molekulave/atomeve.

Shpejtësia e zërit në ajër në t, °C 20: 343 m/s
Shpejtësia e zërit në ujë të distiluar në t, °C 20: 1481 m/s
Shpejtësia e zërit në çelik në t, °C 20: 5000 m/s

Valët në këmbë dhe ndërhyrjet

Kur një altoparlant krijon valë zanore në një hapësirë ​​të kufizuar, efekti i reflektimit të valës nga kufijtë ndodh në mënyrë të pashmangshme. Si rezultat, më shpesh efekti i ndërhyrjes- kur dy ose më shumë valë zanore mbivendosen mbi njëra-tjetrën. Raste të veçanta të dukurisë së interferencës janë formimi i: 1) valëve rrahëse ose 2) valëve në këmbë. Rrahja e valëve- ky është rasti kur ka shtim valësh me frekuenca dhe amplituda të afërta. Modeli i shfaqjes së rrahjeve: kur dy valë të ngjashme në frekuencë mbivendosen mbi njëra-tjetrën. Në një moment në kohë, me një mbivendosje të tillë, majat e amplitudës mund të përkojnë "në fazë", dhe gjithashtu recesionet në "antifazë" gjithashtu mund të përkojnë. Kështu karakterizohen rrahjet e zërit. Është e rëndësishme të mbani mend se, ndryshe nga valët në këmbë, koincidenca fazore e majave nuk ndodh vazhdimisht, por në disa intervale kohore. Nga veshi, një model i tillë i rrahjeve ndryshon mjaft qartë, dhe dëgjohet si një rritje dhe ulje periodike e vëllimit, përkatësisht. Mekanizmi për shfaqjen e këtij efekti është jashtëzakonisht i thjeshtë: në momentin e koincidencës së majave, vëllimi rritet, në momentin e rastësisë së recesioneve, vëllimi zvogëlohet.

valët në këmbë lindin në rastin e mbivendosjes së dy valëve të së njëjtës amplitudë, fazë dhe frekuencë, kur kur valë të tilla "takohen" njëra lëviz në drejtimin përpara, dhe tjetra në drejtim të kundërt. Në zonën e hapësirës (ku u formua një valë në këmbë), lind një pamje e mbivendosjes së dy amplitudave të frekuencës, me maksimum të alternuar (të ashtuquajturat antinyje) dhe minimale (të ashtuquajturat nyje). Kur ndodh ky fenomen, frekuenca, faza dhe koeficienti i zbutjes së valës në vendin e reflektimit janë jashtëzakonisht të rëndësishme. Ndryshe nga valët udhëtuese, nuk ka transferim energjie në një valë në këmbë për shkak të faktit se valët e përparme dhe të pasme që formojnë këtë valë bartin energji në sasi të barabarta si në drejtime përpara ashtu edhe në drejtime të kundërta. Për një kuptim vizual të shfaqjes së një valë në këmbë, le të imagjinojmë një shembull nga akustika në shtëpi. Le të themi se kemi altoparlantë në dysheme në një hapësirë ​​(dhomë) të kufizuar. Pasi i kemi bërë të luajnë një këngë me shumë bas, le të përpiqemi të ndryshojmë vendndodhjen e dëgjuesit në dhomë. Kështu, dëgjuesi, pasi ka hyrë në zonën e minimumit (zbritjes) të valës në këmbë, do të ndjejë efektin që basi është bërë shumë i vogël, dhe nëse dëgjuesi hyn në zonën e maksimumit (shtimit) të frekuencave, atëherë e kundërta. është marrë efekti i një rritje të konsiderueshme në rajonin e basit. Në këtë rast, efekti vërehet në të gjitha oktavat e frekuencës bazë. Për shembull, nëse frekuenca bazë është 440 Hz, atëherë dukuria e "mbledhjes" ose "zbritjes" do të vërehet edhe në frekuencat 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz, etj.

Fenomeni i rezonancës

Shumica e trupave të ngurtë kanë frekuencën e tyre të rezonancës. Për të kuptuar këtë efekt është mjaft e thjeshtë në shembullin e një tubi konvencional, i hapur vetëm në një skaj. Le të imagjinojmë një situatë ku një altoparlant është i lidhur nga skaji tjetër i tubit, i cili mund të luajë një frekuencë konstante, gjithashtu mund të ndryshohet më vonë. Tani, një tub ka frekuencën e tij rezonante, me fjalë të thjeshta, kjo është frekuenca në të cilën tubi "rezonon" ose bën tingullin e vet. Nëse frekuenca e altoparlantit (si rezultat i rregullimit) përkon me frekuencën e rezonancës së tubit, atëherë do të ketë një efekt të rritjes së volumit disa herë. Kjo për shkak se altoparlanti ngacmon dridhjet e kolonës së ajrit në tub me një amplitudë të konsiderueshme derisa të gjendet e njëjta "frekuencë rezonante" dhe të shfaqet efekti shtesë. Fenomeni që rezulton mund të përshkruhet si më poshtë: tubi në këtë shembull "ndihmon" folësin duke rezonuar në një frekuencë specifike, përpjekjet e tyre shtohen dhe "derdhen" në një efekt të dëgjueshëm me zë të lartë. Në shembullin e instrumenteve muzikore, ky fenomen gjurmohet lehtësisht, pasi dizajni i shumicës përmban elementë të quajtur rezonatorë. Nuk është e vështirë të merret me mend se çfarë i shërben qëllimit të përforcimit të një frekuence ose tone të caktuar muzikore. Për shembull: një trup kitare me një rezonator në formën e një vrime, që përputhet me volumin; Dizajni i tubit në flaut (dhe të gjitha tubacionet në përgjithësi); Forma cilindrike e trupit të daulles, e cila në vetvete është një rezonator i një frekuence të caktuar.

Spektri i frekuencës së zërit dhe përgjigja e frekuencës

Meqenëse në praktikë praktikisht nuk ka valë të së njëjtës frekuencë, bëhet e nevojshme të zbërthehet i gjithë spektri i tingullit të diapazonit të dëgjimit në mbiton ose harmonikë. Për këto qëllime, ekzistojnë grafikë që shfaqin varësinë e energjisë relative të dridhjeve të zërit nga frekuenca. Një grafik i tillë quhet grafik i spektrit të frekuencës së zërit. Spektri i frekuencës së zërit Ka dy lloje: diskrete dhe të vazhdueshme. Grafiku i spektrit diskret shfaq frekuencat individualisht, të ndara me hapësira boshe. Në spektrin e vazhdueshëm, të gjitha frekuencat e zërit janë të pranishme menjëherë.
Në rastin e muzikës ose akustikës, më së shpeshti përdoret orari i zakonshëm. Karakteristikat nga maja në frekuencë(shkurtuar "AFC"). Ky grafik tregon varësinë e amplitudës së dridhjeve të zërit nga frekuenca në të gjithë spektrin e frekuencës (20 Hz - 20 kHz). Duke parë një grafik të tillë, është e lehtë të kuptosh, për shembull, pikat e forta ose të dobëta të një sistemi të caktuar të altoparlantëve ose altoparlantëve në tërësi, zonat më të forta të kthimit të energjisë, rëniet dhe ngritjet e frekuencës, dobësimin, si dhe gjurmimin e pjerrësisë. të rënies.

Përhapja e valëve të zërit, faza dhe antifaza

Procesi i përhapjes së valëve të zërit ndodh në të gjitha drejtimet nga burimi. Shembulli më i thjeshtë për të kuptuar këtë fenomen: një guralec i hedhur në ujë.
Nga vendi ku ra guri, dallgët fillojnë të devijojnë në sipërfaqen e ujit në të gjitha drejtimet. Sidoqoftë, le të imagjinojmë një situatë duke përdorur një altoparlant në një vëllim të caktuar, le të themi një kuti të mbyllur, e cila është e lidhur me një përforcues dhe luan një lloj sinjali muzikor. Është e lehtë të vërehet (sidomos nëse jepni një sinjal të fuqishëm me frekuencë të ulët, si p.sh. një tambur basi), që altoparlanti bën një lëvizje të shpejtë "përpara", dhe më pas të njëjtën lëvizje të shpejtë "prapa". Mbetet të kuptohet se kur altoparlanti ecën përpara, lëshon një valë zanore, të cilën e dëgjojmë më pas. Por çfarë ndodh kur altoparlanti lëviz prapa? Dhe në mënyrë paradoksale, ndodh e njëjta gjë, altoparlanti lëshon të njëjtin tingull, vetëm se ai përhapet në shembullin tonë tërësisht brenda volumit të kutisë, pa shkuar përtej saj (kutia është e mbyllur). Në përgjithësi, në shembullin e mësipërm, mund të vërehen mjaft fenomene fizike interesante, më domethënëse prej të cilave është koncepti i një faze.

Vala e zërit që folësi, duke qenë në volum, rrezaton në drejtim të dëgjuesit - është "në fazë". Vala e kundërt, e cila shkon në vëllimin e kutisë, do të jetë përkatësisht antifazë. Mbetet vetëm për të kuptuar se çfarë nënkuptojnë këto koncepte? Faza e sinjalit- ky është niveli i presionit të zërit në kohën aktuale në një pikë të hapësirës. Faza kuptohet më lehtë nga shembulli i riprodhimit të materialit muzikor nga një palë altoparlantësh të zakonshëm stereo në dysheme. Le të imagjinojmë që dy altoparlantë të tillë në dysheme janë instaluar në një dhomë të caktuar dhe luajnë. Të dy altoparlantët në këtë rast riprodhojnë një sinjal sinkron të presionit të ndryshueshëm të zërit, për më tepër, presioni i zërit i njërit altoparlant i shtohet presionit të zërit të altoparlantit tjetër. Një efekt i ngjashëm ndodh për shkak të sinkronizmit të riprodhimit të sinjalit të altoparlantëve të majtë dhe të djathtë, përkatësisht, me fjalë të tjera, majat dhe luginat e valëve të emetuara nga altoparlantët e majtë dhe të djathtë përkojnë.

Tani le të imagjinojmë se presionet e zërit po ndryshojnë ende në të njëjtën mënyrë (ato nuk kanë ndryshuar), por tani ato janë të kundërta me njëra-tjetrën. Kjo mund të ndodhë nëse lidhni një nga dy altoparlantët në polaritet të kundërt (kabllo "+" nga amplifikatori në terminalin "-" të sistemit të altoparlantëve dhe kabllo "-" nga amplifikuesi në terminalin "+" të altoparlantit sistemi). Në këtë rast, sinjali i kundërt në drejtim do të shkaktojë një ndryshim presioni, i cili mund të përfaqësohet si numra si më poshtë: altoparlanti i majtë do të krijojë një presion prej "1 Pa" dhe altoparlanti i djathtë do të krijojë një presion "minus 1 Pa" . Si rezultat, vëllimi i përgjithshëm i zërit në pozicionin e dëgjuesit do të jetë i barabartë me zero. Ky fenomen quhet antifazë. Nëse e konsiderojmë shembullin më në detaje për ta kuptuar, rezulton se dy altoparlantë që luajnë "në fazë" krijojnë të njëjtat zona të ngjeshjes dhe rrallimit të ajrit, të cilat në fakt ndihmojnë njëri-tjetrin. Në rastin e një antifaze të idealizuar, zona e ngjeshjes së hapësirës ajrore e krijuar nga një altoparlant do të shoqërohet nga një zonë e rrallimit të hapësirës ajrore të krijuar nga altoparlanti i dytë. Duket përafërsisht si fenomeni i amortizimit të ndërsjellë sinkron të valëve. Vërtetë, në praktikë, volumi nuk bie në zero, dhe ne do të dëgjojmë një tingull shumë të shtrembëruar dhe të zbutur.

Në mënyrën më të arritshme, ky fenomen mund të përshkruhet si më poshtë: dy sinjale me të njëjtat lëkundje (frekuencë), por të zhvendosur në kohë. Në funksion të kësaj, është më e përshtatshme të përfaqësohen këto fenomene zhvendosjeje duke përdorur shembullin e orëve të zakonshme të rrumbullakëta. Le të imagjinojmë se disa orë identike të rrumbullakëta varen në mur. Kur akrepat e dytë të këtyre orëve funksionojnë në sinkron, 30 sekonda në njërën orë dhe 30 sekonda në tjetrën, atëherë ky është një shembull i një sinjali që është në fazë. Nëse akrepat e dytë funksionojnë me një ndryshim, por shpejtësia është ende e njëjtë, për shembull, 30 sekonda në një orë dhe 24 sekonda në tjetrën, atëherë ky është një shembull klasik i zhvendosjes së fazës (ndërrimi). Në të njëjtën mënyrë, faza matet në gradë, brenda një rrethi virtual. Në këtë rast, kur sinjalet zhvendosen në lidhje me njëri-tjetrin me 180 gradë (gjysma e periudhës), fitohet një antifazë klasike. Shpesh në praktikë, ka ndërrime të vogla fazore, të cilat gjithashtu mund të përcaktohen në shkallë dhe të eliminohen me sukses.

Valët janë të sheshta dhe sferike. Një ballë vale e sheshtë përhapet vetëm në një drejtim dhe haset rrallë në praktikë. Një ballë vale sferike është një lloj i thjeshtë valësh që rrezaton nga një pikë e vetme dhe përhapet në të gjitha drejtimet. Valët e zërit kanë pronë difraksioni, d.m.th. aftësia për të shmangur pengesat dhe objektet. Shkalla e mbështjelljes varet nga raporti i gjatësisë së valës së zërit me dimensionet e pengesës ose vrimës. Difraksioni ndodh edhe kur ka një pengesë në rrugën e zërit. Në këtë rast janë të mundshëm dy skenarë: 1) Nëse dimensionet e pengesës janë shumë më të mëdha se gjatësia e valës, atëherë zëri reflektohet ose absorbohet (në varësi të shkallës së përthithjes së materialit, trashësisë së pengesës etj. ), dhe pas pengesës formohet një zonë "hije akustike". 2) Nëse dimensionet e pengesës janë të krahasueshme me gjatësinë e valës ose edhe më pak se ajo, atëherë zëri difraktohet në një farë mase në të gjitha drejtimet. Nëse një valë zanore, kur lëviz në një medium, godet ndërfaqen me një medium tjetër (për shembull, një medium ajri me një medium solid), atëherë mund të lindin tre skenarë: 1) vala do të reflektohet nga ndërfaqja 2) vala mund të kalojë në një mjedis tjetër pa ndryshuar drejtimin 3) një valë mund të kalojë në një mjedis tjetër me një ndryshim të drejtimit në kufi, kjo quhet "përthyerja e valës".

Raporti i presionit të tepërt të një valë zanore me shpejtësinë vëllimore lëkundëse quhet rezistencë e valës. Me fjalë të thjeshta, rezistenca valore e mediumit mund të quhet aftësia për të thithur valët e zërit ose për t'i "rezistuar" atyre. Koeficientët e reflektimit dhe transmetimit varen drejtpërdrejt nga raporti i impedancave të valëve të dy mediave. Rezistenca e valës në një medium gazi është shumë më e ulët se në ujë ose në trupat e ngurtë. Prandaj, nëse një valë zanore në ajër bie në një objekt të ngurtë ose në sipërfaqen e ujit të thellë, atëherë tingulli ose reflektohet nga sipërfaqja ose absorbohet në një masë të madhe. Varet nga trashësia e sipërfaqes (ujë ose e ngurtë) mbi të cilën bie vala e dëshiruar e zërit. Me një trashësi të ulët të një mediumi të ngurtë ose të lëngshëm, valët e zërit pothuajse plotësisht "kalojnë", dhe anasjelltas, me një trashësi të madhe të mediumit, valët reflektohen më shpesh. Në rastin e reflektimit të valëve të zërit, ky proces ndodh sipas një ligji të njohur fizik: “Këndi i rënies është i barabartë me këndin e reflektimit”. Në këtë rast, kur një valë nga një mjedis me një densitet më të ulët godet kufirin me një mjedis me densitet më të lartë, ndodh fenomeni. përthyerje. Ai konsiston në përkuljen (përthyerjen) e një valë zanore pas "takimit" me një pengesë dhe shoqërohet domosdoshmërisht me një ndryshim në shpejtësi. Përthyerja gjithashtu varet nga temperatura e mjedisit në të cilin ndodh reflektimi.

Në procesin e përhapjes së valëve të zërit në hapësirë, intensiteti i tyre në mënyrë të pashmangshme zvogëlohet, mund të thuhet dobësimi i valëve dhe dobësimi i zërit. Në praktikë, është mjaft e thjeshtë të hasësh një efekt të tillë: për shembull, nëse dy njerëz qëndrojnë në një fushë në një distancë të afërt (një metër ose më afër) dhe fillojnë t'i thonë diçka njëri-tjetrit. Nëse më pas rritni distancën midis njerëzve (nëse ata fillojnë të largohen nga njëri-tjetri), i njëjti nivel i volumit të bisedës do të bëhet gjithnjë e më pak i dëgjueshëm. Një shembull i ngjashëm tregon qartë fenomenin e zvogëlimit të intensitetit të valëve të zërit. Pse po ndodh kjo? Arsyeja për këtë janë proceset e ndryshme të transferimit të nxehtësisë, ndërveprimit molekular dhe fërkimi i brendshëm i valëve të zërit. Më shpesh në praktikë, ndodh shndërrimi i energjisë së zërit në energji termike. Procese të tilla lindin në mënyrë të pashmangshme në ndonjë nga 3 mediat e përhapjes së zërit dhe mund të karakterizohen si thithjen e valëve të zërit.

Intensiteti dhe shkalla e përthithjes së valëve të zërit varet nga shumë faktorë, si presioni dhe temperatura e mediumit. Gjithashtu, thithja varet nga frekuenca specifike e zërit. Kur një valë zanore përhapet në lëngje ose gazra, ekziston një efekt fërkimi midis grimcave të ndryshme, i cili quhet viskozitet. Si rezultat i këtij fërkimi në nivel molekular, ndodh procesi i shndërrimit të valës nga zëri në termik. Me fjalë të tjera, sa më e lartë të jetë përçueshmëria termike e mediumit, aq më e ulët është shkalla e përthithjes së valës. Thithja e zërit në mjediset e gazta varet gjithashtu nga presioni (presioni atmosferik ndryshon me rritjen e lartësisë në raport me nivelin e detit). Sa i përket varësisë së shkallës së përthithjes nga frekuenca e zërit, atëherë duke marrë parasysh varësitë e mësipërme të viskozitetit dhe përçueshmërisë termike, thithja e zërit është sa më e lartë, aq më e lartë është frekuenca e tij. Për shembull, në temperaturë dhe presion normal, në ajër, thithja e një valë me një frekuencë prej 5000 Hz është 3 dB / km, dhe thithja e një valë me një frekuencë prej 50,000 Hz do të jetë tashmë 300 dB / m.

Në media të ngurta, të gjitha varësitë e mësipërme (përçueshmëria termike dhe viskoziteti) ruhen, por kësaj i shtohen disa kushte të tjera. Ato lidhen me strukturën molekulare të materialeve të ngurta, të cilat mund të jenë të ndryshme, me inhomogjenitetet e veta. Në varësi të kësaj strukture të brendshme molekulare të ngurtë, thithja e valëve të zërit në këtë rast mund të jetë e ndryshme dhe varet nga lloji i materialit të veçantë. Kur zëri kalon nëpër një trup të ngurtë, vala pëson një sërë transformimesh dhe shtrembërimesh, të cilat më së shpeshti çojnë në shpërndarjen dhe thithjen e energjisë së zërit. Në nivel molekular, efekti i dislokimeve mund të ndodhë, kur një valë zanore shkakton një zhvendosje të planeve atomike, të cilat më pas kthehen në pozicionin e tyre origjinal. Ose, lëvizja e dislokimeve çon në një përplasje me dislokime pingul me to ose defekte në strukturën kristalore, gjë që shkakton ngadalësimin e tyre dhe, si rezultat, njëfarë përthithjeje të valës së zërit. Megjithatë, vala e zërit gjithashtu mund të rezonojë me këto defekte, të cilat do të çojnë në shtrembërim të valës origjinale. Energjia e valës së zërit në momentin e bashkëveprimit me elementët e strukturës molekulare të materialit shpërndahet si rezultat i proceseve të fërkimit të brendshëm.

Në do të përpiqem të analizoj tiparet e perceptimit dëgjimor të njeriut dhe disa nga hollësitë dhe veçoritë e përhapjes së tingullit.

Bubullima, muzika, tingulli i sërfit, fjalimi njerëzor dhe gjithçka tjetër që dëgjojmë është zë. Çfarë është "tingulli"?

Burimi i imazhit: pixabay.com

Në fakt, gjithçka që jemi mësuar ta konsiderojmë si tingull është vetëm një nga varietetet e dridhjeve (të ajrit) që truri dhe organet tona mund të perceptojnë.

Cila është natyra e zërit

Të gjithë tingujt e përhapur në ajër janë dridhje të një valë zanore. Ai lind nga dridhja e një objekti dhe divergjent nga burimi i tij në të gjitha drejtimet. Objekti lëkundës i ngjesh molekulat në mjedis dhe më pas krijon një atmosferë të rrallë, duke bërë që molekulat të sprapsin njëra-tjetrën gjithnjë e më larg. Kështu, ndryshimet në presionin e ajrit përhapen larg objektit, vetë molekulat mbeten në të njëjtin pozicion për veten e tyre.

Ndikimi i valëve të zërit në daullen e veshit. Burimi i imazhit: prd.go.th

Ndërsa një valë zanore përhapet nëpër hapësirë, ajo kërcen nga objektet në rrugën e saj, duke krijuar ndryshime në ajrin përreth. Kur këto ndryshime arrijnë në veshin tuaj dhe prekin daullen e veshit, mbaresat nervore dërgojnë një sinjal në tru dhe ju i perceptoni këto dridhje si zë.

Karakteristikat kryesore të valës së zërit

Forma më e thjeshtë e një valë zanore është një valë sinus. Valët e pastra të sinusit gjenden rrallë në natyrë, por është me to që duhet të filloni të studioni fizikën e tingullit, pasi çdo tingull mund të zbërthehet në një kombinim të valëve të sinusit.

Vala sinus tregon qartë tre kriteret bazë fizike të zërit - frekuenca, amplituda dhe faza.

Frekuenca

Sa më e ulët të jetë frekuenca e lëkundjeve, aq më i ulët është zëri Burimi i imazhit: ReasonGuide.Ru

Frekuenca është një vlerë që karakterizon numrin e lëkundjeve për sekondë. Ajo matet në numrin e periudhave të lëkundjes ose në herc (Hz). Veshi i njeriut mund të perceptojë zërin në intervalin nga 20 Hz (frekuencë e ulët) deri në 20 kHz (frekuencë e lartë). Tingujt mbi këtë diapazon quhen ultratinguj, dhe më poshtë - infratinguj, dhe nuk perceptohen nga organet e dëgjimit të njeriut.

Amplituda

Sa më e madhe të jetë amplituda e valës së zërit, aq më i fortë është tingulli.

Koncepti i amplitudës (ose intensitetit) të një valë zanore i referohet fuqisë së tingullit, të cilin organet e dëgjimit të njeriut e perceptojnë si vëllim ose fortësi të zërit. Njerëzit mund të perceptojnë një gamë mjaft të gjerë të vëllimeve të zërit: nga një rubinet që pikon në një apartament të qetë deri te muzika që luhet në një koncert. Zëri matet duke përdorur fonometra (tregues në decibel), të cilët përdorin një shkallë logaritmike për t'i bërë matjet më të përshtatshme.

Faza e valës së zërit

Fazat e valës së zërit. Burimi i imazhit: Muz-Flame.ru

Përdoret për të përshkruar vetitë e dy valëve të zërit. Nëse dy valë kanë të njëjtën amplitudë dhe frekuencë, atëherë dy valët zanore quhen në fazë. Faza matet nga 0 në 360, ku 0 është një vlerë që tregon se dy valët e zërit janë sinkron (në fazë) dhe 180 është një vlerë që tregon se valët janë të kundërta me njëra-tjetrën (jashtë fazës). Kur dy valë zanore janë në fazë, të dy tingujt mbivendosen dhe sinjalet përforcojnë njëri-tjetrin. Kur kombinohen dy sinjale që nuk përputhen në amplitudë, sinjalet shtypen për shkak të ndryshimit të presionit, gjë që çon në një rezultat zero, domethënë tingulli zhduket. Ky fenomen njihet si "shtypja e fazës".

Kur kombinohen dy sinjale identike audio - shtypja e fazës mund të jetë një problem serioz, si dhe një telash i madh është kombinimi i valës origjinale të zërit me valën e reflektuar nga sipërfaqet në dhomën akustike. Për shembull, kur kanalet majtas dhe djathtas të një mikseri stereo kombinohen për të prodhuar një regjistrim harmonik, sinjali mund të vuajë nga anulimi i fazës.

Çfarë është një decibel?

Decibelët matin nivelin e presionit të zërit ose tensionit elektrik. Kjo është një njësi që tregon raportin e raportit të dy sasive të ndryshme me njëra-tjetrën. Bel (emërtuar sipas shkencëtarit amerikan Alexander Bell) është një logaritëm dhjetor që pasqyron raportin e dy sinjaleve të ndryshme me njëri-tjetrin. Kjo do të thotë se për çdo bela të njëpasnjëshme në shkallë, sinjali i marrë është dhjetë herë më i fortë. Për shembull, presioni i zërit i një tingulli të lartë është miliarda herë më i lartë se ai i një tingulli të qetë. Për të shfaqur vlera kaq të mëdha, ata filluan të përdorin vlerën relative të decibelëve (dB) - ndërsa 1.000.000.000 është 109, ose thjesht 9. Miratimi i kësaj vlere nga fizikanët akustikë bëri të mundur që të punohet me numra të mëdhenj në mënyrë më të përshtatshme. .

Shkalla e volumit për tinguj të ndryshëm. Burimi i imazhit: Nauet.ru

Në praktikë, rezulton se bel është një njësi shumë e madhe për të matur nivelin e zërit, kështu që decibeli, që është një e dhjeta e bel, është përdorur në vend të tyre. Nuk mund të thuhet se përdorimi i decibelëve në vend të këmbanave është njësoj si përdorimi, le të themi, centimetra në vend të metrave për të treguar madhësinë e një këpucësh, këmba dhe decibel janë vlera relative.

Nga sa më sipër, është e qartë se niveli i zërit zakonisht matet në decibel. Disa standarde të nivelit të zërit janë përdorur në akustikë për shumë vite, që nga koha e shpikjes së telefonit, e deri më sot. Shumica e këtyre standardeve janë të vështira për t'u zbatuar në lidhje me pajisjet moderne, ato përdoren vetëm për pajisje të vjetruara. Sot, pajisjet në studiot e regjistrimit dhe transmetimit përdorin një njësi të tillë si dBu (decibel në lidhje me nivelin 0,775 V), dhe në pajisjet shtëpiake - dBV (decibel, i matur në lidhje me nivelin 1 V). Pajisjet audio dixhitale përdorin dBFS (Shkalla e plotë e Decibelit) për të matur fuqinë e zërit.

dBm– “m” do të thotë milivat (mW), që është njësia matëse e përdorur për të përfaqësuar fuqinë elektrike. Fuqia duhet të dallohet nga tensioni elektrik, megjithëse të dy konceptet janë të lidhura ngushtë me njëri-tjetrin. Njësia e matjes dBm filloi të përdoret në agimin e prezantimit të komunikimeve telefonike, sot përdoret edhe në pajisjet profesionale.

dBu- në këtë rast, voltazhi matet (në vend të fuqisë) në lidhje me nivelin e referencës zero, 0.75 volt konsiderohet të jetë niveli i referencës. Në aplikacionet moderne profesionale audio, dBu është zëvendësuar me dBm. Si njësi matëse në fushën e inxhinierisë audio, ishte më i përshtatshëm të përdorej dBu në të kaluarën, kur ishte më e rëndësishme të merrej parasysh fuqia elektrike, sesa tensioni i saj, për të vlerësuar nivelin e sinjalit.

dBV- kjo njësi matëse bazohet gjithashtu në nivelin e referencës zero (si në rastin e dBu), megjithatë, si nivel referencë merret 1 V, që është më i përshtatshëm se figura 0,775 V. Kjo njësi matëse e zërit përdoret shpesh. për pajisje audio shtëpiake dhe gjysmë profesionale.

dBFS- Ky vlerësim i nivelit të sinjalit përdoret gjerësisht në audion dixhitale dhe është shumë i ndryshëm nga njësitë e mësipërme të matjes. FS (shkallë e plotë) është shkalla e plotë, e cila përdoret sepse, ndryshe nga audio analoge, e cila ka një tension optimal, i gjithë diapazoni i vlerave dixhitale është po aq i pranueshëm kur punoni me një sinjal dixhital. 0 dBFS është niveli maksimal i mundshëm i audios dixhitale që mund të regjistrohet pa shtrembërim. Standardet e matjes analoge si dBu dhe dBV nuk kanë hapësirë ​​për kokë më shumë se 0 dBFS.

Nëse ju pëlqeu artikulli vendos si dhe abonohuni në kanal POP SHKENCOR . Qëndroni me ne miq! Shumë gjëra interesante janë përpara!

Tingulli është dridhje mekanike që përhapet në një mjedis material elastik kryesisht në formën e valëve gjatësore.

Në një vakum, zëri nuk përhapet, pasi transmetimi i zërit kërkon një mjedis material dhe kontakt mekanik midis grimcave të mediumit material.

Tingulli përhapet në mjedis në formën e valëve të zërit. Valët e zërit janë dridhje mekanike që transmetohen në medium me ndihmën e grimcave të tij të kushtëzuara. Nën grimcat e kushtëzuara të mjedisit kuptojnë mikrovolumet e tij.

Karakteristikat kryesore fizike të një valë akustike:

1. Frekuenca.

Frekuenca Vala e zërit është sasia e barabartë me numrin e lëkundjeve të plota për njësi të kohës. Tregohet nga simboli v (lakuriq) dhe të matura në herc. 1 Hz \u003d 1 numërim / sek \u003d [ s -1 ].

Shkalla e dridhjeve të zërit ndahet në intervalet e mëposhtme të frekuencës:

infratinguj (nga 0 në 16 Hz);

tingull i dëgjueshëm (nga 16 në 16,000 Hz);

Ultratinguj (mbi 16,000 Hz).

E lidhur ngushtë me frekuencën e një valë zanore është reciproke, periudha e valës së zërit. Periudha Vala e zërit është koha e një lëkundjeje të plotë të grimcave të mediumit. Shënuar T dhe matet në sekonda [s].

Sipas drejtimit të lëkundjes së grimcave të mediumit që bartin valën e zërit, valët e zërit ndahen në:

· gjatësore;

tërthore.

Për valët gjatësore, drejtimi i lëkundjes së grimcave të mediumit përkon me drejtimin e përhapjes në mjedisin e një valë zanore (Fig. 1).

Për valët tërthore, drejtimet e dridhjeve të grimcave të mediumit janë pingul me drejtimin e përhapjes së valës së zërit (Fig. 2).

Oriz. 1 Fig. 2

Valët gjatësore përhapen në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë. Tërthore - vetëm në trupat e ngurtë.

3. Forma e dridhjeve.

Sipas formës së dridhjeve, valët e zërit ndahen në:

· valë të thjeshta;

valë komplekse.

Grafiku i një vale të thjeshtë është një valë sinus.

Një grafik valor kompleks është çdo kurbë periodike jo sinusoidale .

4. Gjatësia valore.

Gjatësia e valës - madhësia, e barabartë me distancën në të cilën një valë zanore përhapet në një kohë të barabartë me një periudhë. Është caktuar λ (lambda) dhe matet në metra (m), centimetra (cm), milimetra (mm), mikrometra (µm).

Gjatësia e valës varet nga mediumi në të cilin tingulli përhapet.

5. Shpejtësia e valës së zërit.

shpejtësia e valës së zëritështë shpejtësia e përhapjes së zërit në një mjedis me një burim tingulli të palëvizshëm. Shënohet me simbolin v, i llogaritur me formulën:

Shpejtësia e valës së zërit varet nga lloji i mediumit dhe temperatura. Shpejtësia më e lartë e zërit në trupat elastikë të ngurtë, më pak - në lëngje, dhe më e vogla - në gaze.

ajri, presioni normal atmosferik, temperatura - 20 gradë, v = 342 m/s;

uji, temperatura 15-20 gradë, v = 1500 m/s;

metale, v = 5000-10000 m/s.

Shpejtësia e zërit në ajër rritet me rreth 0,6 m/s me një rritje të temperaturës me 10 gradë.