Ձայնային ալիքը ալիքային պրոցես է, որը տեղի է ունենում գազային, հեղուկ և պինդ միջավայրերում, որը, երբ հասնում է մարդու լսողական օրգաններին, նրանց կողմից ընկալվում է որպես ձայն: Այս ալիքների հաճախականությունը գտնվում է վայրկյանում 20-ից 20000 տատանումների միջակայքում: Մենք տալիս ենք ձայնային ալիքի բանաձևեր և ավելի մանրամասն դիտարկում դրա հատկությունները:
Ինչու է ձայնային ալիքը
Շատերը մտածում են, թե ինչ է ձայնային ալիքը: Ձայնի բնույթը առաձգական միջավայրում շեղումների առաջացման մեջ է: Օրինակ, երբ սեղմման ձևով ճնշման խանգարում է տեղի ունենում օդի որոշակի ծավալում, այս տարածքը հակված է տարածվել տարածության մեջ: Այս գործընթացը հանգեցնում է օդի սեղմման աղբյուրին հարող տարածքներում, որոնք նույնպես հակված են ընդլայնվելու: Այս գործընթացը ընդգրկում է ավելի ու ավելի շատ տարածություն, մինչև այն հասնի որևէ ընդունիչի, օրինակ՝ մարդու ականջին:
Ձայնային ալիքների ընդհանուր բնութագրերը
Եկեք դիտարկենք, թե ինչ է ձայնային ալիքը և ինչպես է այն ընկալվում մարդու ականջի կողմից: Ձայնային ալիքերկայնական է, այն, երբ մտնում է ականջի պատյան, առաջացնում է թմբկաթաղանթի որոշակի հաճախականությամբ և ամպլիտուդով թրթռումներ։ Դուք կարող եք նաև ներկայացնել այս տատանումները որպես ճնշման պարբերական փոփոխություններ թաղանթին հարող օդի միկրոծավալում: Նախ, այն ավելանում է նորմալ մթնոլորտային ճնշման համեմատ, իսկ հետո նվազում՝ հնազանդվելով ներդաշնակ շարժման մաթեմատիկական օրենքներին։ Օդի սեղմման փոփոխությունների ամպլիտուդը, այսինքն՝ ձայնային ալիքի կողմից ստեղծված առավելագույն կամ նվազագույն ճնշման տարբերությունը մթնոլորտային ճնշման հետ համաչափ է բուն ձայնային ալիքի ամպլիտուդիային։
Բազմաթիվ ֆիզիկական փորձեր ցույց են տվել, որ առավելագույն ճնշումը, որը մարդու ականջը կարող է ընկալել առանց իրեն վնասելու, կազմում է 2800 µN/cm2: Համեմատության համար ասենք, որ երկրագնդի մակերևույթին մոտ մթնոլորտային ճնշումը 10 միլիոն մՆ/սմ է.2։ Հաշվի առնելով ճնշման և տատանումների ամպլիտուդի համաչափությունը՝ կարելի է ասել, որ վերջին արժեքը աննշան է նույնիսկ ամենաուժեղ ալիքների համար։ Եթե խոսենք ձայնային ալիքի երկարության մասին, ապա վայրկյանում 1000 տատանումների հաճախականության դեպքում այն կկազմի սանտիմետրի հազարերորդական մասը։
Ամենաթույլ հնչյունները ստեղծում են ճնշման տատանումներ 0,001 մՆ/սմ կարգի 2, ալիքի տատանումների համապատասխան ամպլիտուդը 1000 Հց հաճախականության համար 10- 9սմ, մինչդեռ օդի մոլեկուլների միջին տրամագիծը 10-8 սմ է, այսինքն՝ մարդու ականջը չափազանց զգայուն օրգան է։
Ձայնային ալիքների ինտենսիվության հայեցակարգ
ԵրկրաչափականՁայնային ալիքի տեսանկյունից դա որոշակի ձևի թրթռում է, ֆիզիկական տեսանկյունից ձայնային ալիքների հիմնական հատկությունը էներգիա փոխանցելու կարողությունն է։ Ալիքային էներգիայի փոխանցման ամենակարևոր օրինակը արևն է, որի ճառագայթված էլեկտրամագնիսական ալիքները էներգիա են ապահովում մեր ողջ մոլորակին:
Ձայնային ալիքի ինտենսիվությունը ֆիզիկայում սահմանվում է որպես էներգիայի քանակություն, որը ալիքը տեղափոխում է միավոր մակերեսի միջով, որն ուղղահայաց է ալիքի տարածմանը և մեկ միավոր ժամանակում: Մի խոսքով, ալիքի ինտենսիվությունը նրա հզորությունն է, որը փոխանցվում է միավոր տարածքով:
Ձայնային ալիքների ուժը սովորաբար չափվում է դեցիբելներով, որոնք հիմնված են լոգարիթմական սանդղակի վրա, որը հարմար է արդյունքների գործնական վերլուծության համար:
Տարբեր հնչյունների ինտենսիվություն
Հետևյալ դեցիբելի սանդղակը պատկերացում է տալիս ձայնի տարբեր ինտենսիվության և դրա պատճառած սենսացիաների իմաստի մասին.
- Տհաճ և անհարմար սենսացիաներիշեմը սկսվում է 120 դեցիբելից (dB);
- կարող մուրճը առաջացնում է 95 դԲ աղմուկ;
- գերարագ գնացք - 90 դԲ;
- երթևեկության փողոց - 70 դԲ;
- Մարդկանց միջև նորմալ խոսակցության ծավալը 65 դԲ է;
- Չափավոր արագությամբ շարժվող ժամանակակից մեքենան առաջացնում է 50 դԲ աղմուկ;
- ռադիոյի միջին ծավալը՝ 40 դԲ;
- հանգիստ խոսակցություն - 20 դԲ;
- ծառի սաղարթների աղմուկ - 10 դԲ;
- Մարդու ձայնի զգայունության նվազագույն շեմը մոտ է 0 դԲ-ին:
Մարդու ականջի զգայունությունը կախված էձայնի հաճախականությունը և 2000-3000 Հց հաճախականությամբ ձայնային ալիքների առավելագույն արժեքն է: Այս հաճախականության միջակայքում ձայնի համար մարդու զգայունության ստորին շեմը 10-5 դԲ է: Նշված միջակայքից ավելի բարձր և ցածր հաճախականությունները հանգեցնում են զգայունության ցածր շեմի բարձրացմանն այնպես, որ մարդը լսում է 20 Հց և 20000 Հց մոտ հաճախականություններ միայն մի քանի տասնյակ դԲ ինտենսիվության դեպքում::
Ինչ վերաբերում է ինտենսիվության վերին շեմին, որից հետո ձայնը սկսում է անհարմարություն և նույնիսկ ցավ պատճառել մարդուն, ապա պետք է ասել, որ այն գործնականում կախված չէ հաճախականությունից և գտնվում է 110-130 դԲ միջակայքում։.
Ձայնային ալիքի երկրաչափական բնութագրերը
Իրական ձայնային ալիքը երկայնական ալիքների բարդ տատանողական փաթեթ է, որը կարող է քայքայվել պարզ ներդաշնակ թրթռումների: Յուրաքանչյուր նման տատանում երկրաչափական տեսակետից նկարագրվում է հետևյալ բնութագրերով՝
- Ամպլիտուդա - ալիքի յուրաքանչյուր հատվածի առավելագույն շեղումը հավասարակշռությունից: Այս արժեքի համար նշանակում է A.
- ժամանակաշրջան. Սա այն ժամանակն է, որն անհրաժեշտ է պարզ ալիքի ամբողջական տատանումն ավարտելու համար: Այս ժամանակից հետո ալիքի յուրաքանչյուր կետ սկսում է կրկնել իր տատանողական գործընթացը: Ժամանակը սովորաբար նշվում է T տառով և SI համակարգում չափվում է վայրկյաններով:
- Հաճախականություն. Սա ֆիզիկական մեծություն է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ ալիքը քանի տատանում է կատարում վայրկյանում։ Այսինքն՝ իր իմաստով այն ժամանակաշրջանին հակադարձ արժեք է։Այն նշվում է լատիներեն f տառով։ Ձայնային ալիքի հաճախականության համար այն կետով որոշելու բանաձևը հետևյալն է. f=1/T.
- Ալիքի երկարությունը տատանումների մեկ ժամանակահատվածում անցած ճանապարհն է: Երկրաչափական առումով ալիքի երկարությունը սինուսոիդային կորի վրա երկու ամենամոտ առավելագույնի կամ երկու ամենամոտ նվազագույնի միջև հեռավորությունն է: Ձայնային ալիքի տատանումների երկարությունը օդի սեղմման ամենամոտ հատվածների կամ ալիքի շարժվող տարածության մեջ դրա նոսրացման ամենամոտ տեղերի միջև հեռավորությունն է: Այն սովորաբար նշվում է հունարեն λ. տառով
- Ձայնային ալիքի տարածման արագությունը այն հեռավորությունն է, որի վրա սեղմման տարածքը կամ ալիքի հազվագյուտ տարածքը տարածվում է ժամանակի միավորի վրա: Այս արժեքը նշվում է v տառով: Ձայնային ալիքի արագության համար բանաձևը հետևյալն է. v=λf.
Մաքուր ձայնային ալիքի, այսինքն՝ մշտական մաքրության ալիքի երկրաչափությունը ենթարկվում է սինուսոիդային օրենքին։ Ընդհանուր դեպքում ձայնային ալիքի բանաձևը հետևյալն է. ցիկլային տատանումների հաճախականությունը։
Ապերոդիկ ձայն
Ձայնի շատ աղբյուրներ կարելի է համարել պարբերական, օրինակ՝ երաժշտական գործիքներից հնչող ձայները, ինչպիսիք են կիթառը, դաշնամուրը, ֆլեյտան, բայց բնության մեջ կան նաև մեծ թվով հնչյուններ, որոնք պարբերական են, այսինքն՝ ձայնի թրթռումները փոխվում են։ տարածության մեջ դրանց հաճախականությունը և ձևը: Տեխնիկապես այս տեսակի ձայնը կոչվում է աղմուկ: պայծառՊարբերական ձայնի օրինակներ են քաղաքային աղմուկը, ծովի ձայնը, հարվածային գործիքներից հնչող հնչյունները, օրինակ՝ թմբուկը և այլն:
Ձայնի տարածման միջավայր
Ի տարբերություն էլեկտրամագնիսական ճառագայթման, որի ֆոտոնները իրենց տարածման համար նյութական միջավայրի կարիք չունեն, ձայնի բնույթն այնպիսին է, որ դրա տարածման համար անհրաժեշտ է որոշակի միջավայր, այսինքն՝ ըստ ֆիզիկայի օրենքների՝ ձայնային ալիքները չեն կարող. տարածել վակուումում։
Ձայնը կարող է տարածվել գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների միջով: Միջավայրում տարածվող ձայնային ալիքի հիմնական բնութագրերը հետևյալն են՝.
- ալիքը տարածվում է գծային;
- այն հավասարապես տարածվում է բոլոր ուղղություններով միատարր միջավայրում, այսինքն՝ ձայնը շեղվում է աղբյուրից՝ կազմելով կատարյալ գնդաձև մակերես։
- անկախ ձայնի ամպլիտուդից և հաճախականությունից, նրա ալիքները տարածվում են նույն արագությամբ տվյալ միջավայրում:
Ձայնային ալիքների արագությունը տարբեր լրատվամիջոցներում
Ձայնի տարածման արագությունը կախված է երկու հիմնական գործոններից՝ միջավայրից, որով շարժվում է ալիքը և ջերմաստիճանը: Ընդհանուր առմամբ, գործում է հետևյալ կանոնը՝ որքան ավելի խիտ է միջավայրը և որքան բարձր է նրա ջերմաստիճանը, այնքան ավելի արագ է ձայնը շարժվում դրանում։
Օրինակ՝ օդում ձայնային ալիքի տարածման արագությունը երկրի մակերեսին մոտ 20 ℃ ջերմաստիճանի և 50% խոնավության դեպքում կազմում է 1235 կմ/ժ կամ 343 մ/վ։ Տվյալ ջերմաստիճանի ջրի մեջ ձայնը 4,5 անգամ ավելի արագ է անցնում, ապակա մոտ 5735 կմ/ժ կամ 1600 մ/վ։ Ինչ վերաբերում է ձայնի արագության կախվածությանը օդի ջերմաստիճանից, ապա այն բարձրանում է 0,6 մ/վ-ով՝ ըստ Ցելսիուսի յուրաքանչյուր աստիճանի ջերմաստիճանի բարձրացման:
Տեմբր և հնչերանգ
Եթե լարին կամ մետաղական թիթեղին թույլատրվի ազատ թրթռալ, այն կարտադրի տարբեր հաճախականության ձայներ: Շատ հազվադեպ է լինում գտնել մարմին, որն արձակում է մեկ որոշակի հաճախականության ձայն, սովորաբար առարկայի ձայնը որոշակի ինտերվալում ունի հաճախականությունների մի շարք:
Ձայնի տեմբրը որոշվում է նրանում առկա ներդաշնակությունների քանակով և դրանց համապատասխան ինտենսիվությամբ: Տեմբրը սուբյեկտիվ արժեք է, այսինքն՝ կոնկրետ անձի կողմից հնչող առարկայի ընկալումն է։ Տեմբրը սովորաբար բնութագրվում է հետևյալ ածականներով՝ բարձր, փայլուն, հնչեղ, մեղեդային և այլն։
Տոնը ձայնային սենսացիա է, որը թույլ է տալիս այն դասակարգել որպես բարձր կամ ցածր: Այս արժեքը նույնպես սուբյեկտիվ է և չի կարող չափվել որևէ գործիքով: Տոնը կապված է օբյեկտիվ մեծության՝ ձայնային ալիքի հաճախականության հետ, սակայն դրանց միջև միանշանակ հարաբերություն չկա: Օրինակ, հաստատուն ինտենսիվության մեկ հաճախականությամբ ձայնի դեպքում ձայնը բարձրանում է, քանի որ հաճախականությունը մեծանում է: Եթե ձայնի հաճախականությունը մնում է հաստատուն, բայց դրա ինտենսիվությունը մեծանում է, ապա տոնն ավելի ցածր է դառնում:
Ձայնային աղբյուրների ձև
Համաձայն մարմնի ձևի, որը թրթռում է մեխանիկորեն և դրանով իսկ ձայն է ստեղծում, գոյություն ունեն ձայնային ալիքների աղբյուրների երեք հիմնական տեսակ՝
- Կետային աղբյուր. Այն արտադրում է ձայնային ալիքներ, որոնք ունեն գնդաձև ձև և արագ քայքայվում են աղբյուրից հեռավորության վրա (մոտ 6 դԲ, եթե աղբյուրից հեռավորությունը կրկնապատկվում է):
- Գծի աղբյուր։ Այն ստեղծում է գլանաձև ալիքներ, որոնց ինտենսիվությունը նվազում է ավելի դանդաղ, քան կետային աղբյուրից (աղբյուրից հեռավորության յուրաքանչյուր կրկնապատկման դեպքում ինտենսիվությունը նվազում է 3 դԲ-ով):
- Տափակ կամ երկչափ աղբյուր: Այն առաջացնում է ալիքներ միայն որոշակի ուղղությամբ: Նման աղբյուրի օրինակ կարող է լինել մխոցը, որը շարժվում է գլանով:
Ձայնի էլեկտրոնային աղբյուրներ
Ձայնային ալիք ստեղծելու համար էլեկտրոնային աղբյուրները օգտագործում են հատուկ թաղանթ (բարձրախոս), որը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի պատճառով կատարում է մեխանիկական թրթռումներ։ Այս աղբյուրները ներառում են հետևյալը.
- նվագարկիչներ տարբեր սկավառակների համար (CD, DVD և այլն);
- կասետային ձայնագրիչներ;
- ռադիո;
- հեռուստացույցներ և մի քանի այլ:
