Çfarë janë valët e zërit në fizikë. Enciklopedia e shkollës. Thithja për shkak të fërkimit të brendshëm dhe përcjelljes së nxehtësisë

Vetitë e valëve zanore ndahen në dukuri zanore: pasqyrimi i valëve zanore, jehona; përthyerje; thithjen; difraksioni; ndërhyrje; rezonancë.

1.REFLEKTIMI I TINGURIVE - një fenomen që ndodh kur një valë zanore bie në ndërfaqen midis dy mediave elastike dhe konsiston në formimin e valëve që përhapen nga ndërfaqja në të njëjtin medium nga erdhi vala rënëse.

2.Jehona - një fenomen fizik që konsiston në pranimin nga vëzhguesi i një vale të reflektuar nga pengesat (elektromagnetike, zëri, etj.)

3.Përthyerja (përthyerje) - një ndryshim në drejtimin e përhapjes së valëve (rrezeve) të rrezatimit elektromagnetik që ndodh në ndërfaqen midis dy mediave transparente ndaj këtyre valëve ose në trashësinë e një mjedisi me veti vazhdimisht në ndryshim, veçanërisht, në të cilin shpejtësia e përhapjes nuk është e njëjta.

4.THYRTIMI I TINGURIVE - fenomeni i kalimit të pakthyeshëm të energjisë së valës së zërit në lloje të tjera energjie, kryesisht në nxehtësi.

5. Difraksioni i valës - një fenomen që shfaqet si një devijim nga ligjet e optikës gjeometrike gjatë përhapjes së valëve. Është një fenomen valor universal dhe karakterizohet nga të njëjtat ligje kur vëzhgohen fusha valore të natyrës së ndryshme.

6. Ndërhyrja në valë - rritje ose ulje e ndërsjellë e amplitudës rezultuese të dy ose më shumë valëve koherente kur ato mbivendosen mbi njëra-tjetrën. Ajo shoqërohet me alternim të maksimumeve (antinodave) dhe minimaleve (nyjeve) të intensitetit në hapësirë. Rezultati i ndërhyrjes (modeli i ndërhyrjes) varet nga diferenca fazore e valëve të mbivendosura.

7.Rezonanca - fenomeni i rritjes së mprehtë të amplitudës së lëkundjeve të detyruara, që ndodh kur frekuenca e lëkundjeve natyrore përkon me frekuencën e lëkundjeve të forcës lëvizëse.

19. Teoria klasike e gravitetit të Njutonit (ligji i Njutonit të gravitetit universal) - ligji që përshkruan ndërveprimin gravitacional në kuadrin e mekanikës klasike. Ky ligj u zbulua nga Njutoni rreth vitit 1666. Ai thotë se forca e tërheqjes gravitacionale ndërmjet dy pikave materiale të masës dhe , të ndara nga një distancë , është proporcionale me të dyja masat dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre - domethënë:

Graviteti - forca që vepron në çdo trup material që ndodhet afër sipërfaqes së Tokës ose një trupi tjetër astronomik.

Sipas përkufizimit, graviteti në sipërfaqen e një planeti është shuma e tërheqjes gravitacionale të planetit dhe forcës centrifugale të inercisë të shkaktuar nga rrotullimi ditor i planetit.

20. Satelitët artificialë të Tokës.

Artificiale satelitor Toka (satelit) - një anije kozmike që rrotullohet rreth Tokës në një orbitë gjeocentrike.

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 ekstremi 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 aksesueshme 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 zëri? Kjo është ndjesia që percepton organi i dëgjimit. "vesh"(fenomeni në vetvete 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 e zëritËshtë, 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 mediumin, 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 tjetër karakteristika më e rëndësishme, e cila quhet gjatësi vale. 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 mund 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, ka emërtime 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. Lëkundjet me frekuencë të lartë mund të interpretohen si tinguj me zë të lartë, lëkundjet 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 specifike. 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 tonesh: 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, si p.sh. pianoja, toni kryesor nuk ka kohë as të formohet, në një periudhë të shkurtër energjia e tingullit të mbitoneve rritet dhe më pas rënia 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 në gjendje 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, pragu i sipërm është 120 dB, quhet gjithashtu " 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 intensitet shumë më të madh se ato të larta në mënyrë që të shkaktojnë një prag dhimbjeje. Për shembull, një prag dhimbjeje në një frekuencë të ulët prej 31,5 Hz ndodh në një nivel të fuqisë së 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 shpjegimi i 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" , përftohet 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 Dukuritë e ndërhyrjes 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 përpara dhe prapa që formojnë këtë valë bartin energji në sasi të barabarta në drejtimet përpara dhe 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. Pra, tubi ka frekuencën e vet të rezonancës, duke thënë gjuhë e thjeshtëështë frekuenca në të cilën trumbeta "jehon" 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 kulmi 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? Por 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 në mënyrë më të detajuar 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 ndërrim, por shpejtësia është ende e njëjtë, për shembull, në një orë 30 sekonda, dhe në tjetrën 24 sekonda, atëherë ky është një shembull klasik i një ndërrimi (ndërrimi) në fazë. 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 mjedis 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 zëri 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 zanore, ky proces ndodh sipas një ligji fizik të njohur: “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, ndërveprimi 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 cilindo 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.

Tingulli është valë elastike në një medium (shpesh ajër) që janë të padukshme, por të perceptueshme për veshin e njeriut (vala vepron në daullen e veshit). Vala e zërit është një valë gjatësore e ngjeshjes dhe rrallimit.

Nëse krijojmë një vakum, a do të jemi në gjendje të dallojmë tingujt? Robert Boyle vendosi një orë në një enë qelqi në vitin 1660. Kur nxori ajrin, nuk dëgjoi asnjë zë. Përvoja e dëshmon këtë nevojitet një medium për të përhapur zërin.

Tingulli gjithashtu mund të përhapet në media të lëngshme dhe të ngurta. Nën ujë mund të dëgjoni qartë goditjet e gurëve. Vendoseni orën në njërin skaj të dërrasës prej druri. Duke e vendosur veshin në skajin tjetër, ju mund të dëgjoni qartë tik-takimin e orës.

Vala e zërit përhapet përmes drurit

Burimi i zërit është domosdoshmërisht një trup lëkundës. Për shembull, një varg kitarë në gjendjen e tij normale nuk tingëllon, por sapo e bëjmë atë të lëkundet, lind një valë zanore.

Megjithatë, përvoja tregon se jo çdo trup vibrues është burim tingulli. Për shembull, një peshë e varur në një fije nuk bën tingull. Fakti është se veshi i njeriut nuk i percepton të gjitha valët, por vetëm ato që krijojnë trupa që lëkunden me një frekuencë prej 16 Hz deri në 20,000 Hz. Valë të tilla quhen zëri. Quhen lëkundjet me frekuencë më të vogël se 16 Hz infratingulli. Quhen lëkundje me frekuencë më të madhe se 20 000 Hz ultratinguj.

Shpejtësia e zërit

Valët e zërit nuk përhapen në çast, por me një shpejtësi të caktuar të fundme (e ngjashme me shpejtësinë e lëvizjes uniforme).

Kjo është arsyeja pse gjatë një stuhie ne fillimisht shohim vetëtimën, domethënë dritën (shpejtësia e dritës është shumë më e madhe se shpejtësia e zërit), dhe më pas dëgjohet zëri.

Shpejtësia e zërit varet nga mediumi: në trupat e ngurtë dhe të lëngët, shpejtësia e zërit është shumë më e madhe se në ajër. Këto janë konstante të matura tabelare. Me një rritje të temperaturës së mediumit, shpejtësia e zërit rritet, me një rënie, zvogëlohet.

Tingujt janë të ndryshëm. Për të karakterizuar tingullin, futen sasi të veçanta: zëshmëria, lartësia dhe timbri i tingullit.

Fortësia e zërit varet nga amplituda e lëkundjeve: sa më e madhe të jetë amplituda e lëkundjeve, aq më i fortë është zëri. Përveç kësaj, perceptimi i zërit të zërit nga veshi ynë varet nga frekuenca e dridhjeve në valën e zërit. Valët me frekuencë më të lartë perceptohen si më të forta.

Frekuenca e valës së zërit përcakton lartësinë. Sa më e lartë të jetë frekuenca e dridhjeve të burimit të zërit, aq më i lartë është zëri i prodhuar prej tij. Zërat e njeriut ndahen në disa vargje sipas lartësisë së tyre.

Tinguj nga burime të ndryshmeështë një kombinim i lëkundjeve harmonike të frekuencave të ndryshme. Komponenti i periudhës më të madhe (frekuenca më e ulët) quhet toni themelor. Pjesa tjetër e komponentëve të tingullit janë mbitone. Kompleti i këtyre komponentëve krijon ngjyrosjen, timbrin e tingullit. Tërësia e ngjyrimeve në zërat e njerëzve të ndryshëm ndryshon të paktën pak, por kjo përcakton timbrin e një zëri të veçantë.

Jehonë. Një jehonë formohet si rezultat i reflektimit të zërit nga pengesa të ndryshme - male, pyje, mure, ndërtesa të mëdha, etj. Një jehonë ndodh vetëm kur tingulli i reflektuar perceptohet i ndarë nga tingulli i folur fillimisht. Nëse ka shumë sipërfaqe reflektuese dhe ato janë në distanca të ndryshme nga një person, atëherë valët zanore të reflektuara do ta arrijnë atë në kohë të ndryshme. Në këtë rast, jehona do të jetë e shumëfishtë. Pengesa duhet të jetë në një distancë prej 11 m nga personi në mënyrë që të dëgjohet jehona.

Reflektimi i zërit. Tingulli kërcen nga sipërfaqet e lëmuara. Prandaj, kur përdorni një bori, valët e zërit nuk shpërndahen në të gjitha drejtimet, por formojnë një rreze të ngushtë, për shkak të së cilës fuqia e zërit rritet dhe ajo përhapet në një distancë më të madhe.

Disa kafshë (për shembull, një lakuriq nate, një delfin) lëshojnë dridhje tejzanor, pastaj perceptojnë valën e reflektuar nga pengesat. Pra, ata përcaktojnë vendndodhjen dhe distancën nga objektet përreth.

Ekolokimi. Kjo është një mënyrë për të përcaktuar vendndodhjen e trupave nga sinjalet tejzanor të reflektuara prej tyre. Përdoret gjerësisht në navigacion. Instaluar në anije sonare- pajisje për njohjen e objekteve nënujore dhe përcaktimin e thellësisë dhe topografisë së pjesës së poshtme. Një emetues dhe një marrës zëri vendosen në fund të enës. Emituesi jep sinjale të shkurtra. Duke analizuar kohën e vonesës dhe drejtimin e sinjaleve kthyese, kompjuteri përcakton pozicionin dhe madhësinë e objektit që reflekton zërin.

Ekografia përdoret për zbulimin dhe përcaktimin e dëmtimeve të ndryshme në pjesët e makinës (boshllëqe, çarje, etj.). Pajisja e përdorur për këtë qëllim quhet detektor tejzanor i defekteve. Një rrjedhë sinjalesh të shkurtra tejzanor drejtohet në pjesën në studim, të cilat reflektohen nga inhomogjenitetet brenda saj dhe, duke u kthyer, bien në marrës. Në ato vende ku nuk ka defekte, sinjalet kalojnë nëpër pjesën pa reflektim të konsiderueshëm dhe nuk regjistrohen nga marrësi.

Ekografia me ultratinguj përdoret gjerësisht në mjekësi për të diagnostikuar dhe trajtuar disa sëmundje. Ndryshe nga rrezet X, valët e saj nuk kanë një efekt të dëmshëm në inde. Diagnostikuese ekzaminimet me ultratinguj(ultratinguj) lejojnë pa ndërhyrje kirurgjikale njohin ndryshimet patologjike në organe dhe inde. Një pajisje e veçantë dërgon valë tejzanor me një frekuencë prej 0,5 deri në 15 MHz në një pjesë të caktuar të trupit, ato reflektohen nga organi në studim dhe kompjuteri shfaq imazhin e tij në ekran.

Infratingulli karakterizohet nga përthithje e ulët në media të ndryshme, si rezultat i të cilave valët infrasonike në ajër, ujë dhe koren e tokës mund të përhapen në distanca shumë të gjata. Ky fenomen gjen zbatim praktik në përcaktimin e vendeve shpërthime të forta ose pozicioni i armës së qitjes. Përhapja e infratingujve në distanca të gjata në det e bën të mundur parashikimet e fatkeqësive natyrore- cunami. Kandil deti, krustacet etj janë në gjendje të perceptojnë infratinguj dhe shumë kohë përpara fillimit të një stuhie ndjejnë afrimin e saj.

Ndodhen në media të gazta, të lëngshme dhe të ngurta, të cilat, kur arrijnë në organet e dëgjimit të njeriut, perceptohen prej tyre si zë. Frekuenca e këtyre valëve qëndron në intervalin nga 20 deri në 20,000 lëkundje në sekondë. Ne japim formula për një valë zanore dhe shqyrtojmë vetitë e saj në më shumë detaje.

Pse shfaqet një valë zanore?

Shumë njerëz pyesin se çfarë është një valë zanore. Natyra e zërit qëndron në shfaqjen e shqetësimeve në një medium elastik. Për shembull, kur një shqetësim presioni në formën e ngjeshjes ndodh në një vëllim të caktuar ajri, kjo zonë tenton të përhapet në hapësirë. Ky proces çon në ngjeshjen e ajrit në zonat ngjitur me burimin, të cilat gjithashtu tentojnë të zgjerohen. Ky proces mbulon gjithnjë e më shumë hapësirën derisa të arrijë një marrës, për shembull, veshin e njeriut.

Karakteristikat e përgjithshme të valëve të zërit

Shqyrtoni pyetjet se çfarë është një valë zanore dhe si perceptohet nga veshi i njeriut. Vala e zërit është gjatësore; kur hyn në guaskën e veshit, ajo bën që daullja e veshit të dridhet me një frekuencë dhe amplitudë të caktuar. Ju gjithashtu mund t'i përfaqësoni këto luhatje si ndryshime periodike të presionit në mikrovolumin e ajrit ngjitur me membranën. Së pari, rritet në raport me presionin normal atmosferik, dhe më pas zvogëlohet, duke iu bindur ligjeve matematikore të lëvizjes harmonike. Amplituda e ndryshimeve në ngjeshjen e ajrit, domethënë diferenca midis presionit maksimal ose minimal të krijuar nga një valë zanore, me presionin atmosferik është në proporcion me amplituda e vetë valës së zërit.

Shumë eksperimente fizike kanë treguar se presioni maksimal që veshi i njeriut mund të perceptojë pa e dëmtuar atë është 2800 µN/cm2. Për krahasim, le të themi se presioni atmosferik pranë sipërfaqes së tokës është 10 milion µN/cm 2 . Duke marrë parasysh proporcionalitetin e presionit dhe amplituda e lëkundjeve, mund të themi se vlera e fundit është e parëndësishme edhe për valët më të forta. Nëse flasim për gjatësinë e një valë zanore, atëherë për një frekuencë prej 1000 dridhjesh në sekondë do të jetë një e mijtë e centimetrit.

Tingujt më të dobët krijojnë luhatje presioni të rendit prej 0,001 μN / cm 2, amplituda përkatëse e lëkundjeve të valëve për një frekuencë prej 1000 Hz është 10 -9 cm, ndërsa diametri mesatar i molekulave të ajrit është 10 -8 cm, d.m.th. veshi i njeriut është një organ jashtëzakonisht i ndjeshëm.

Koncepti i intensitetit të valëve të zërit

Nga pikëpamja gjeometrike, një valë zanore është një dridhje e një forme të caktuar, por nga pikëpamja fizike, vetia kryesore e valëve të zërit është aftësia e tyre për të transferuar energji. Shembulli më i rëndësishëm i transferimit të energjisë valore është dielli, valët elektromagnetike të rrezatuara të të cilit sigurojnë energji për të gjithë planetin tonë.

Intensiteti i valës së zërit në fizikë përcaktohet si sasia e energjisë së bartur nga një valë nëpër një sipërfaqe njësi, e cila është pingul me përhapjen e valës dhe për njësi të kohës. Me pak fjalë, intensiteti i një valë është fuqia e saj e transferuar përmes një zone njësi.

Forca e valëve të zërit zakonisht matet në decibel, të cilat bazohen në një shkallë logaritmike, të përshtatshme për analizën praktike të rezultateve.

Intensiteti i tingujve të ndryshëm

Shkalla e mëposhtme e decibelit jep një ide për kuptimin e të ndryshmes dhe ndjesitë që shkakton:

pragu i ndjesive të pakëndshme dhe të pakëndshme fillon në 120 decibel (dB);
çekiçi me thumba krijon një zhurmë prej 95 dB;
tren me shpejtësi të lartë - 90 dB;
rrugë me trafik të rënduar - 70 dB;
vëllimi i një bisede normale midis njerëzve - 65 dB;
një makinë moderne që lëviz me shpejtësi të moderuar prodhon një zhurmë prej 50 dB;
vëllimi mesatar i radios - 40 dB;
bisedë e qetë - 20 dB;
zhurma e gjetheve të pemës - 10 dB;
pragu minimal i ndjeshmërisë së zërit të njeriut është afër 0 dB.

Ndjeshmëria e veshit të njeriut varet nga frekuenca e zërit dhe është vlera maksimale për valët e zërit me frekuencë 2000-3000 Hz. Për zërin në këtë interval të frekuencës, pragu më i ulët i ndjeshmërisë njerëzore është 10 -5 dB. Frekuencat më të larta dhe më të ulëta se intervali i specifikuar çojnë në një rritje të pragut më të ulët të ndjeshmërisë në atë mënyrë që një person dëgjon frekuenca afër 20 Hz dhe 20,000 Hz vetëm në intensitetin e tyre prej disa dhjetëra dB.

Sa i përket pragut të sipërm të intensitetit, pas së cilës tingulli fillon të shkaktojë bezdi për një person dhe madje edhe dhimbje, duhet thënë se praktikisht nuk varet nga frekuenca dhe shtrihet në intervalin 110-130 dB.

Karakteristikat gjeometrike të valës së zërit

Një valë e vërtetë zanore është një paketë komplekse osciluese e valëve gjatësore, të cilat mund të zbërthehen në lëkundje të thjeshta harmonike. Çdo lëkundje e tillë përshkruhet nga një këndvështrim gjeometrik nga karakteristikat e mëposhtme:

Amplituda - devijimi maksimal i çdo seksioni të valës nga ekuilibri. Për këtë vlerë, emërtimi A pranohet.
Periudha. Kjo është koha që i duhet një valë e thjeshtë për të përfunduar lëkundjen e saj të plotë. Pas kësaj kohe, çdo pikë e valës fillon të përsërisë procesin e saj oscilues. Periudha zakonisht shënohet me shkronjën T dhe matet në sekonda në sistemin SI.
Frekuenca. Kjo është një sasi fizike që tregon se sa lëkundje bën një valë e caktuar në sekondë. Kjo do të thotë, në kuptimin e saj, është një vlerë e kundërt me periudhën. Është caktuar f. Për frekuencën e një valë zanore, formula për përcaktimin e saj në terma të një periode është si më poshtë: f = 1/T.
Gjatësia e valës është distanca që përshkon në një periudhë lëkundjeje. Gjeometrikisht, gjatësia e valës është distanca midis dy maksimumeve më të afërta ose dy minimumeve më të afërta në një kurbë sinusoidale. Gjatësia e lëkundjes së një valë zanore është distanca midis zonave më të afërta të ngjeshjes së ajrit ose vendeve më të afërta të rrallimit të saj në hapësirën ku lëviz vala. Zakonisht shënohet me shkronjën greke λ.
Shpejtësia e përhapjes së valës së zërit është distanca në të cilën rajoni i ngjeshjes ose rajoni i rrallimit të valës përhapet për njësi të kohës. Kjo vlerë shënohet me shkronjën v. Për shpejtësinë e valës zanore, formula është: v = λ*f.

Gjeometria e një vale të pastër zanore, domethënë një valë e pastërtisë konstante, i bindet një ligji sinusoidal. Në rastin e përgjithshëm, formula e një vale zanore është: y = A*sin(ωt), ku y është vlera e koordinatës së një pike të caktuar të valës, t është koha, ω = 2*pi*f është frekuenca e lëkundjeve ciklike.

tingull aperiodik

Shumë burime tingulli mund të konsiderohen periodike, për shembull, tingulli nga instrumentet muzikore si kitara, piano, flauti, por në natyrë ka edhe një numër të madh tingujsh që janë aperiodikë, domethënë, dridhjet e zërit ndryshojnë frekuencën dhe formën e tyre. në hapësirë. Teknikisht, ky lloj tingulli quhet zhurmë. Shembuj të gjallë të tingullit aperiodik janë zhurma urbane, tingulli i detit, tingujt nga instrumentet e goditjes, për shembull, nga një daulle dhe të tjera.

Mjet për përhapjen e zërit

Ndryshe nga rrezatimi elektromagnetik, fotonet e të cilit nuk kanë nevojë për asnjë mjet material për përhapjen e tyre, natyra e zërit është e tillë që nevojitet një medium i caktuar për përhapjen e tij, domethënë, sipas ligjeve të fizikës, valët e zërit nuk mund të përhapen në vakum.

Tingulli mund të përhapet në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë. Karakteristikat kryesore të një valë zanore që përhapet në një medium janë si më poshtë:

vala përhapet në mënyrë lineare;
ai përhapet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet në një mjedis homogjen, domethënë, zëri ndryshon nga burimi, duke formuar një sipërfaqe ideale sferike.
pavarësisht nga amplituda dhe frekuenca e zërit, valët e tij përhapen me të njëjtën shpejtësi në një mjedis të caktuar.

Shpejtësia e valëve të zërit në media të ndryshme

Shpejtësia e përhapjes së zërit varet nga dy faktorë kryesorë: mjedisi në të cilin lëviz vala dhe temperatura. Në përgjithësi, zbatohet rregulli i mëposhtëm: sa më i dendur të jetë mediumi dhe sa më i lartë të jetë temperatura e tij, aq më shpejt zëri udhëton në të.

Për shembull, shpejtësia e përhapjes së një valë zanore në ajër pranë sipërfaqes së tokës në një temperaturë prej 20 ℃ dhe një lagështi prej 50% është 1235 km/h ose 343 m/s. Në ujë, në një temperaturë të caktuar, zëri udhëton 4.5 herë më shpejt, domethënë rreth 5735 km/h ose 1600 m/s. Sa i përket varësisë së shpejtësisë së zërit nga temperatura në ajër, ajo rritet me 0,6 m / s me një rritje të temperaturës për çdo gradë Celsius.

Timbri dhe toni

Nëse një varg ose pllakë metalike lejohet të dridhet lirshëm, ai do të prodhojë tinguj të frekuencave të ndryshme. Është shumë e rrallë të gjesh një trup që do të lëshonte një tingull të një frekuence të caktuar, zakonisht tingulli i një objekti ka një grup frekuencash në një interval të caktuar.

Timbri i një tingulli përcaktohet nga numri i harmonikëve të pranishëm në të dhe intensiteti i tyre përkatës. Timbri është një vlerë subjektive, domethënë është perceptimi i një objekti që tingëllon nga një person specifik. Timbre zakonisht karakterizohet nga mbiemrat e mëposhtëm: i lartë, i shkëlqyeshëm, i zëshëm, melodik, etj.

Toni është një ndjesi tingulli që lejon që ai të klasifikohet si i lartë ose i ulët. Kjo vlerë është gjithashtu subjektive dhe nuk mund të matet me asnjë instrument. Toni shoqërohet me një sasi objektive - frekuencën e një valë zanore, por nuk ka asnjë lidhje të qartë midis tyre. Për shembull, për një tingull me një frekuencë të vetme me intensitet konstant, toni rritet ndërsa frekuenca rritet. Nëse frekuenca e zërit mbetet konstante, dhe intensiteti i tij rritet, atëherë toni bëhet më i ulët.

Forma e burimeve të zërit

Në përputhje me formën e trupit, i cili kryen dridhje mekanike dhe në këtë mënyrë gjeneron valë, ekzistojnë tre lloje kryesore:

burim pikë. Ai prodhon valë zanore që kanë formë sferike dhe prishen shpejt me distancën nga burimi (afërsisht 6 dB nëse distanca nga burimi dyfishohet).
burimi i linjës. Krijon valë cilindrike, intensiteti i të cilave zvogëlohet më ngadalë sesa nga një burim pikësor (për çdo dyfishim të distancës nga burimi, intensiteti zvogëlohet me 3 dB).
Burim i sheshtë ose dydimensional. Ai gjeneron valë vetëm në një drejtim të caktuar. Një shembull i një burimi të tillë do të ishte një pistoni që lëviz në një cilindër.

Burimet elektronike të zërit

Për të krijuar një valë zanore, burimet elektronike përdorin një membranë të veçantë (altoparlant), e cila kryen dridhje mekanike për shkak të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Burime të tilla përfshijnë sa vijon:

luajtës të disqeve të ndryshme (CD, DVD dhe të tjerë);
kasetofonë;
radio marrës;
TV dhe disa të tjerë.