Дыбыс толқыны – бұл адамның есту мүшелеріне жеткенде, олар дыбыс ретінде қабылданатын газ тәрізді, сұйық және қатты орталарда болатын толқындық процесс. Бұл толқындардың жиілігі секундына 20-дан 20 000 тербеліске дейінгі диапазонда жатыр. Дыбыс толқынының формулаларын береміз және оның қасиеттерін толығырақ қарастырамыз.
Неге дыбыс толқыны бар?
Көптеген адамдар дыбыс толқыны деген не деп ойлайды. Дыбыстың табиғаты серпімді ортада бұзылудың пайда болуында жатыр. Мысалы, ауаның белгілі бір көлемінде қысу түріндегі қысымның бұзылуы орын алғанда, бұл аймақ кеңістікте таралуға бейім. Бұл процесс көзге іргелес аумақтардағы ауаның қысылуына әкеледі, олар да кеңеюге бейім. Бұл процесс белгілі бір қабылдағышқа, мысалы, адам құлағына жеткенге дейін көбірек кеңістікті қамтиды.
Дыбыс толқындарының жалпы сипаттамасы
Дыбыс толқыны дегеніміз не және оны адам құлағы қалай қабылдайтынын қарастырайық. Дыбыс толқыныбойлық болып табылады, ол құлақ қабығына енген кезде белгілі бір жиілік пен амплитудамен құлақ қалқанының тербелісін тудырады. Сондай-ақ бұл тербелістерді мембранаға іргелес ауаның микрокөлеміндегі қысымның мерзімді өзгеруі ретінде көрсетуге болады. Біріншіден, ол қалыпты атмосфералық қысымға қатысты жоғарылайды, содан кейін гармоникалық қозғалыстың математикалық заңдарына бағынып, азаяды. Ауаның қысылуын өзгерту амплитудасы, яғни атмосфералық қысыммен дыбыс толқыны тудыратын максималды немесе минималды қысым арасындағы айырмашылық дыбыс толқынының амплитудасына пропорционал.
Көптеген физикалық тәжірибелер адам құлағы оған зиян келтірмей қабылдай алатын максималды қысым 2800 мкН/см2 екенін көрсетті. Салыстыру үшін жер бетіне жақын атмосфералық қысым 10 миллион мкН/см2 делік. Қысым мен тербеліс амплитудасының пропорционалдылығын ескере отырып, соңғы мән тіпті ең күшті толқындар үшін де шамалы деп айта аламыз. Егер дыбыс толқынының ұзындығы туралы айтатын болсақ, онда секундына 1000 тербеліс жиілігі үшін ол сантиметрдің мыңнан бір бөлігі болады.
Ең әлсіз дыбыстар 0,001μН/см2 ретті қысым ауытқуларын тудырады, 1000 Гц жиілік үшін сәйкес толқын тербеліс амплитудасы 10- 9см, ал ауа молекулаларының орташа диаметрі 10-8 см, яғни адам құлағы өте сезімтал мүше.
Дыбыс толқындарының қарқындылығы туралы түсінік
ГеометриялықДыбыс толқыны тұрғысынан бұл белгілі бір түрдегі тербеліс, физикалық тұрғыдан алғанда дыбыс толқындарының негізгі қасиеті - олардың энергияны беру қабілеті. Толқындық энергияны тасымалдаудың ең маңызды мысалы - сәулеленген электромагниттік толқындары бүкіл планетамызды энергиямен қамтамасыз ететін күн.
Дыбыс толқынының қарқындылығы физикада толқынның толқынның таралуына перпендикуляр болатын бірлік бет арқылы және уақыт бірлігінде тасымалдайтын энергия мөлшері ретінде анықталады. Қысқаша айтқанда, толқынның интенсивтілігі оның бірлік аудан арқылы берілетін қуаты болып табылады.
Дыбыс толқындарының күші әдетте нәтижелерді практикалық талдауға ыңғайлы логарифмдік шкалаға негізделген децибелмен өлшенеді.
Әртүрлі дыбыстардың қарқындылығы
Келесі децибел шкаласы әр түрлі дыбыс қарқындылығының мағынасы мен ол тудыратын сезімдер туралы түсінік береді:
- жағымсыз және ыңғайсыз сезімдер шегі 120 децибелден (дБ) басталады;
- тойтарма балға 95 дБ шу шығарады;
- жылдам пойыз - 90 дБ;
- көше қозғалысы - 70 дБ;
- адамдар арасындағы қалыпты әңгіменің көлемі 65 дБ;
- Орташа жылдамдықпен қозғалатын заманауи көлік 50 дБ шу шығарады;
- орташа радио дыбыс деңгейі - 40 дБ;
- тыныш әңгіме - 20 дБ;
- ағаш жапырақтарының шуы - 10 дБ;
- Адамның дыбыс сезімталдығының ең төменгі шегі 0 дБ-ге жақын.
Адам құлағының сезімталдығы мынаған байланыстыдыбыс жиілігі және 2000-3000 Гц жиілігі бар дыбыс толқындары үшін ең үлкен мән. Осы жиілік диапазонындағы дыбыс үшін адам сезімталдығының төменгі шегі 10-5 дБ. Көрсетілген интервалдан жоғары және төмен жиіліктер адам 20 Гц және 20 000 Гц-ке жақын жиіліктерді олардың бірнеше ондаған дБ қарқындылығында ғана еститіндей төменгі сезімталдық шегінің жоғарылауына әкеледі.
Интенсивтіліктің жоғарғы шегіне келетін болсақ, одан кейін дыбыс адамға қолайсыздық пен тіпті ауырсынуды тудыра бастайды, ол іс жүзінде жиілікке тәуелді емес және 110-130 дБ диапазонында жатыр деп айту керек..
Дыбыс толқынының геометриялық сипаттамалары
Нақты дыбыс толқыны - қарапайым гармоникалық тербелістерге ыдырауы мүмкін бойлық толқындардың күрделі тербелмелі пакеті. Әрбір осындай тербеліс геометриялық тұрғыдан келесі сипаттамалармен сипатталады:
- Амплитуда – толқынның әрбір бөлігінің тепе-теңдік күйден максималды ауытқуы. Бұл мән үшін A. белгісі
- Кезең. Бұл қарапайым толқынның толық тербелісін аяқтауы үшін қажет уақыт. Осы уақыттан кейін толқынның әрбір нүктесі өзінің тербеліс процесін қайталай бастайды. Период әдетте T әрпімен белгіленеді және SI жүйесінде секундтармен өлшенеді.
- Жиілік. Бұл берілген толқынның секундына қанша тербеліс жасайтынын көрсететін физикалық шама. Яғни, өз мағынасында ол кезеңге кері мән болып табылады. Ол латынның f әрпімен белгіленеді. Дыбыс толқынының жиілігі үшін оны период арқылы анықтау формуласы келесідей: f=1/T.
- Толқынның ұзындығы - оның бір тербеліс кезеңінде жүріп өткен жолы. Геометриялық тұрғыдан алғанда, толқын ұзындығы - синусоидалы қисықтағы ең жақын екі максимум немесе ең жақын екі минимум арасындағы қашықтық. Дыбыс толқынының тербеліс ұзындығы деп толқын қозғалатын кеңістікте ауаның сығылуының ең жақын аймақтары немесе оның сирек кездесетін жақын жерлері арасындағы қашықтықты айтады. Ол әдетте грек λ әрпімен белгіленеді.
- Дыбыс толқынының таралу жылдамдығы – бұл толқынның қысылу аймағы немесе сирек кездесетін аумақ уақыт бірлігінде таралатын қашықтық. Бұл мән v әрпімен белгіленеді. Дыбыс толқынының жылдамдығы үшін формула: v=λf.
Таза дыбыс толқынының, яғни тұрақты тазалық толқынының геометриясы синусоидалық заңға бағынады. Жалпы жағдайда дыбыс толқынының формуласы: y=Asin(ωt), мұндағы у – толқынның берілген нүктесінің координатасының мәні, t – уақыт, ω=2pif циклдік тербеліс жиілігі.
Ауыздық дыбыс
Көптеген дыбыс көздерін мерзімдік деп санауға болады, мысалы, гитара, фортепиано, флейта сияқты музыкалық аспаптардың дыбысы, бірақ табиғатта периодтық дыбыстардың да көп саны бар, яғни дыбыс тербелісі өзгереді. олардың кеңістіктегі жиілігі мен пішіні. Техникалық тұрғыдан мұндай дыбыс шу деп аталады. жарқынАпериодтық дыбысқа қалалық шу, теңіз дыбысы, барабан сияқты соқпалы аспаптардың дыбыстары және т.б. жатады.
Дыбысты тарату құралы
Фотондары таралу үшін ешқандай материалдық ортаны қажет етпейтін электромагниттік сәулеленуден айырмашылығы, дыбыстың табиғаты оның таралуы үшін белгілі бір орта қажет, яғни физика заңдары бойынша дыбыс толқындары мүмкін емес. вакуумда таралады.
Дыбыс газдар, сұйықтар және қатты заттар арқылы тарай алады. Ортада таралатын дыбыс толқынының негізгі сипаттамалары келесідей:
- толқын сызықты таралады;
- біртекті ортада барлық бағытта бірдей таралады, яғни дыбыс көзден алшақтап, тамаша сфералық бетті құрайды.
- дыбыстың амплитудасы мен жиілігіне қарамастан, оның толқындары берілген ортада бірдей жылдамдықпен таралады.
Әртүрлі медиадағы дыбыс толқындарының жылдамдығы
Дыбыс таралу жылдамдығы екі негізгі факторға байланысты: толқын қозғалатын орта мен температура. Жалпы алғанда, келесі ереже қолданылады: орта неғұрлым тығыз және оның температурасы неғұрлым жоғары болса, онда дыбыс соғұрлым жылдамырақ қозғалады.
Мысалы, 20 ℃ температурада және 50% ылғалдылықта жер бетіне жақын ауада дыбыс толқынының таралу жылдамдығы 1235 км/сағ немесе 343 м/с. Берілген температурадағы суда дыбыс 4,5 есе жылдам тарайдышамамен 5735 км/сағ немесе 1600 м/с. Дыбыс жылдамдығының ауадағы температураға тәуелділігіне келетін болсақ, ол температура Цельсий бойынша әрбір градусқа жоғарылаған сайын 0,6 м/с артады.
Тембр және тон
Егер жіптің немесе металл пластинаның еркін дірілдеуіне рұқсат етілсе, ол әртүрлі жиіліктегі дыбыстарды шығарады. Белгілі бір жиіліктегі дыбыс шығаратын денені табу өте сирек кездеседі, әдетте нысанның дыбысында белгілі бір аралықтағы жиіліктер жинағы болады.
Дыбыс тембрі ондағы гармоникалардың санымен және олардың сәйкес қарқындылығымен анықталады. Тембр – субъективті құндылық, яғни белгілі бір адамның дыбысталатын затты қабылдауы. Тембр әдетте келесі сын есімдермен сипатталады: high, brilliant, sonorous, melodic, және т.б.
Тон – дыбысты жоғары немесе төмен деп жіктеуге мүмкіндік беретін дыбыс сезімі. Бұл мән де субъективті және оны кез келген құралмен өлшеу мүмкін емес. Тон объективті шама – дыбыс толқынының жиілігімен байланысты, бірақ олардың арасында бір мағыналы байланыс жоқ. Мысалы, интенсивтілігі тұрақты бір жиілікті дыбыс үшін жиілік артқан сайын тон жоғарылайды. Дыбыстың жиілігі тұрақты болып қалса, бірақ оның қарқындылығы жоғарыласа, дыбыс төмендейді.
Дыбыс көздерінің пішіні
Механикалық тербелетін және сол арқылы дыбысты тудыратын дене пішініне сәйкес дыбыс толқындары көздерінің үш негізгі түрі бар:
- Нүкте көзі. Ол пішіні сфералық және көзден қашықтығына қарай тез ыдырайтын дыбыс толқындарын шығарады (егер көзден қашықтық екі еселенген болса, шамамен 6дБ).
- Желі көзі. Ол интенсивтілігі нүктелік көзге қарағанда баяу төмендейтін цилиндрлік толқындар жасайды (көзден қашықтықтың әрбір екі еселенген сайын қарқындылық 3 дБ азаяды).
- Тегіс немесе екі өлшемді көз. Ол тек белгілі бір бағытта толқындар тудырады. Мұндай көздің мысалы цилиндрде қозғалатын поршень болуы мүмкін.
Электрондық дыбыс көздері
Дыбыс толқынын жасау үшін электронды көздерде электромагниттік индукция құбылысына байланысты механикалық тербелістерді орындайтын арнайы мембрана (колонка) қолданылады. Бұл көздерге мыналар кіреді:
- түрлі дискілерге арналған ойнатқыштар (CD, DVD және т.б.);
- магнитофондар;
- радиолар;
- теледидар және басқалары.
