Ovoz toʻlqini: formulasi, xossalari. Ovoz to'lqinlarining manbalari

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Ovoz toʻlqini gazsimon, suyuq va qattiq muhitda yuzaga keladigan toʻlqin jarayoni boʻlib, u inson eshitish organlariga yetib borgach, ular tomonidan tovush sifatida qabul qilinadi. Ushbu to'lqinlarning chastotasi soniyada 20 dan 20 000 tebranish oralig'ida joylashgan. Biz tovush toʻlqini formulalarini beramiz va uning xususiyatlarini batafsil koʻrib chiqamiz.

Nega tovush toʻlqini bor?

Koʻpchilik tovush toʻlqini nima ekanligini qiziqtiradi. Ovozning tabiati elastik muhitda buzilishning paydo bo'lishidadir. Masalan, havoning ma'lum bir hajmida siqilish ko'rinishidagi bosimning buzilishi sodir bo'lganda, bu maydon kosmosda tarqalishga intiladi. Bu jarayon manbaga ulashgan hududlarda havoning siqilishiga olib keladi, bu ham kengayish tendentsiyasiga ega. Bu jarayon ma'lum bir qabul qiluvchiga, masalan, inson qulog'iga yetguncha bo'sh joyning ko'proq qismini qamrab oladi.

Ovoz toʻlqinlarining umumiy xususiyatlari

Keling, tovush toʻlqini nima ekanligini va uni inson qulogʻi qanday qabul qilishini koʻrib chiqaylik. Ovoz to'lqiniuzunlamasına bo'lib, u quloq qobig'iga kirganda, ma'lum bir chastota va amplituda bilan quloq pardasining tebranishlarini keltirib chiqaradi. Shuningdek, siz ushbu tebranishlarni membranaga ulashgan havoning mikro hajmidagi bosimning davriy o'zgarishi sifatida ifodalashingiz mumkin. Birinchidan, u normal atmosfera bosimiga nisbatan ortadi, keyin esa garmonik harakatning matematik qonunlariga bo'ysungan holda kamayadi. Havoning siqilishidagi o'zgarishlar amplitudasi, ya'ni tovush to'lqini yaratgan maksimal yoki minimal bosimning atmosfera bosimi bilan farqi tovush to'lqinining o'zi amplitudasiga proportsionaldir.

Koʻpgina jismoniy tajribalar shuni koʻrsatdiki, inson qulogʻi unga zarar yetkazmasdan seza oladigan maksimal bosim 2800 mkN/sm². Taqqoslash uchun, deylik, yer yuzasi yaqinidagi atmosfera bosimi 10 million mkN/sm^{2. Bosim va tebranish amplitudasining mutanosibligini hisobga olsak, oxirgi qiymat hatto eng kuchli to'lqinlar uchun ham ahamiyatsiz ekanligini aytishimiz mumkin. Agar tovush to'lqinining uzunligi haqida gapiradigan bo'lsak, soniyada 1000 tebranish chastotasi uchun u santimetrning mingdan bir qismini tashkil qiladi.}

Eng zaif tovushlar 0,001µN/sm² tartibli bosim tebranishlarini hosil qiladi, 1000 Gts chastota uchun mos keladigan toʻlqin tebranish amplitudasi 10^{- 9}sm, havo molekulalarining o'rtacha diametri esa 10^{-8 sm, ya'ni inson qulog'i o'ta sezgir organ.}

Ovoz toʻlqinlarining intensivligi tushunchasi

Geometrik bilanOvoz to'lqini nuqtai nazaridan bu ma'lum bir shakldagi tebranish, fizik nuqtai nazardan, tovush to'lqinlarining asosiy xususiyati ularning energiyani uzatish qobiliyatidir. To'lqin energiyasini uzatishning eng muhim misoli quyoshdir, uning nurlangan elektromagnit to'lqinlari butun sayyoramizni energiya bilan ta'minlaydi.

Fizikada tovush toʻlqinining intensivligi toʻlqinning tarqalishiga perpendikulyar boʻlgan birlik sirt orqali va vaqt birligida olib oʻtadigan energiya miqdori sifatida aniqlanadi. Xulosa qilib aytganda, to‘lqinning intensivligi uning birlik maydoni orqali uzatiladigan quvvatidir.

Ovoz toʻlqinlarining kuchi odatda desibellarda oʻlchanadi, ular natijalarni amaliy tahlil qilish uchun qulay boʻlgan logarifmik shkalaga asoslanadi.

Turli tovushlarning intensivligi

Quyidagi desibel shkalasi turli tovush intensivligi va u keltirib chiqaradigan hislarning ma'nosi haqida fikr beradi:

noxush va noqulay hislar uchun chegara 120 desibeldan (dB) boshlanadi;
perchinli bolgʻa 95 dB shovqin hosil qiladi;
tezyurar poyezd - 90 dB;
harakat ko'chasi - 70 dB;
odamlar orasidagi oddiy suhbatning ovozi 65 dB;
Oʻrtacha tezlikda harakatlanadigan zamonaviy avtomobil 50 dB shovqin hosil qiladi;
oʻrtacha radio ovozi - 40 dB;
sokin suhbat - 20 dB;
daraxt barglarining shovqini - 10 dB;
Odam uchun minimal tovush sezgirligi chegarasi 0 dB ga yaqin.

Odam qulog'ining sezgirligi quyidagilarga bog'liqtovush chastotasi va 2000-3000 Gts chastotali tovush to'lqinlari uchun maksimal qiymat. Ushbu chastota diapazonidagi tovush uchun inson sezgirligining pastki chegarasi 10-5 dB. Belgilangan intervaldan yuqori va past chastotalar pastki sezuvchanlik chegarasining oshishiga olib keladi, shunda odam 20 Gts va 20 000 Gts ga yaqin chastotalarni faqat ularning bir necha o'n dB intensivligida eshitadi.

Intensivlikning yuqori chegarasiga kelsak, undan keyin tovush odamga noqulaylik tug'dira boshlaydi va hatto og'riqni keltirib chiqaradi, shuni aytish kerakki, u amalda chastotaga bog'liq emas va 110-130 dB oralig'ida yotadi..

Ovoz toʻlqinining geometrik xususiyatlari

Haqiqiy tovush toʻlqini oddiy garmonik tebranishlarga parchalanishi mumkin boʻlgan uzunlamasına toʻlqinlarning murakkab tebranish toʻplamidir. Har bir bunday tebranish geometrik nuqtai nazardan quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:

Amplituda - to'lqinning har bir qismining muvozanatdan maksimal og'ishi. Bu qiymat uchun A. belgisi
Davr. Bu oddiy to'lqinning to'liq tebranishini yakunlash uchun zarur bo'lgan vaqt. Bu vaqtdan keyin to'lqinning har bir nuqtasi o'zining tebranish jarayonini takrorlay boshlaydi. Davr odatda T harfi bilan belgilanadi va SI tizimida soniyalarda o'lchanadi.
Chastotasi. Bu ma'lum bir to'lqin soniyada qancha tebranishlarni ko'rsatadigan jismoniy miqdordir. Ya'ni, o'z ma'nosida davrga teskari qiymatdir. Lotin f harfi bilan belgilanadi. Ovoz to'lqinining chastotasi uchun uni davr davomida aniqlash formulasi quyidagicha: f=1/T.
To'lqin uzunligi - bu tebranishning bir davrida bosib o'tgan masofasi. Geometrik nuqtai nazardan, to'lqin uzunligi sinusoidal egri chiziqdagi ikkita eng yaqin maksimal yoki ikkita eng yaqin minima orasidagi masofadir. Ovoz to'lqinining tebranish uzunligi - havo siqilishning eng yaqin joylari yoki to'lqin harakatlanadigan bo'shliqda uning kamdan-kam uchraydigan eng yaqin joylari orasidagi masofa. Odatda u yunoncha l harfi bilan belgilanadi.
Ovoz to'lqinining tarqalish tezligi - bu to'lqinning siqilish maydoni yoki kamdan-kam uchraydigan hududi vaqt birligida tarqaladigan masofa. Bu qiymat v harfi bilan belgilanadi. Ovoz to'lqinining tezligi uchun formula: v=lf.

Sof tovush toʻlqinining geometriyasi, yaʼni doimiy soflik toʻlqini sinusoidal qonunga boʻysunadi. Umumiy holatda tovush to'lqinining formulasi: y=Asin(ōt), bu erda y - to'lqinning berilgan nuqtasi koordinatasi qiymati, t - vaqt, ō=2pif. siklik tebranish chastotasi.

Aperiodik tovush

Ko'pgina tovush manbalarini davriy deb hisoblash mumkin, masalan, gitara, pianino, nay kabi musiqa asboblari ovozi, lekin tabiatda aperiodik bo'lgan juda ko'p tovushlar ham mavjud, ya'ni tovush tebranishlari o'zgaradi. ularning kosmosdagi chastotasi va shakli. Texnik jihatdan bunday tovush shovqin deb ataladi. yorqinAperiodik tovushlarga shahar shovqini, dengiz shovqini, nogʻora kabi zarbli cholgʻu asboblari tovushlari va boshqalar kiradi.

Ovozni tarqatish vositasi

Fotonlari tarqalishi uchun hech qanday moddiy muhitga muhtoj boʻlmagan elektromagnit nurlanishdan farqli oʻlaroq, tovushning tabiati shundayki, uning tarqalishi uchun maʼlum bir muhit kerak boʻladi, yaʼni fizika qonunlariga koʻra, tovush toʻlqinlari tovush toʻlqinlari tarqala olmaydi. vakuumda tarqaladi.

Ovoz gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlar orqali tarqaladi. Muhitda tarqaladigan tovush to'lqinining asosiy xarakteristikalari quyidagilardan iborat:

toʻlqin chiziqli tarqaladi;
u bir hil muhitda barcha yoʻnalishlarda teng tarqaladi, yaʼni tovush manbadan ajralib chiqadi va mukammal sferik sirt hosil qiladi.
tovushning amplitudasi va chastotasidan qat'i nazar, uning to'lqinlari ma'lum muhitda bir xil tezlikda tarqaladi.

Turli muhitda tovush toʻlqinlarining tezligi

Ovozning tarqalish tezligi ikkita asosiy omilga bog'liq: to'lqin harakatlanadigan muhit va harorat. Umuman olganda, quyidagi qoida qo'llaniladi: muhit qanchalik zichroq bo'lsa va uning harorati qanchalik baland bo'lsa, unda tovush tezroq harakatlanadi.

Masalan, 20 ℃ haroratda va 50% namlikda yer yuzasiga yaqin havoda tovush to'lqinining tarqalish tezligi 1235 km/soat yoki 343 m/s ni tashkil qiladi. Berilgan haroratdagi suvda tovush 4,5 marta tezroq tarqaladitaxminan 5735 km/soat yoki 1600 m/s tezlik bor. Ovoz tezligining havodagi haroratga bog'liqligiga kelsak, u har bir daraja Selsiy uchun harorat oshishi bilan 0,6 m / s ga ortadi.

Tembr va ohang

Agar tor yoki metall plastinka erkin tebranishiga ruxsat berilsa, u turli chastotali tovushlarni chiqaradi. Muayyan chastotali tovush chiqaradigan jismni topish juda kam uchraydi, odatda ob'ekt tovushi ma'lum bir intervalda chastotalar to'plamiga ega.

Ovozning tembri undagi garmonikalar soni va ularning tegishli intensivligi bilan belgilanadi. Tembr - bu sub'ektiv qiymat, ya'ni aniq bir shaxs tomonidan tovushli ob'ektni idrok etish. Tembr odatda quyidagi sifatlar bilan ifodalanadi: baland, yorqin, jarangdor, melodik va hokazo.

Ohang - bu tovushni baland yoki past deb tasniflash imkonini beruvchi tovush hissi. Bu qiymat ham sub'ektivdir va uni hech qanday asbob bilan o'lchab bo'lmaydi. Ton ob'ektiv miqdor - tovush to'lqinining chastotasi bilan bog'liq, ammo ular o'rtasida aniq bog'liqlik yo'q. Masalan, doimiy intensivlikdagi bir chastotali tovush uchun chastota ortishi bilan ohang ko'tariladi. Agar tovush chastotasi doimiy bo‘lib qolsa, lekin uning intensivligi oshsa, ohang pasayadi.

Ovoz manbalarining shakli

Mexanik tebranish va shu orqali tovush hosil qiluvchi tananing shakliga ko'ra, tovush to'lqinlari manbalarining uchta asosiy turi mavjud:

Nuqta manbai. U sharsimon shaklga ega bo'lgan va manbadan uzoqlashganda tez parchalanadigan tovush to'lqinlarini hosil qiladi (agar manbadan masofa ikki baravar oshirilsa, taxminan 6 dB).
Line manbasi. U silindrsimon to'lqinlarni hosil qiladi, ularning intensivligi nuqta manbasidan ko'ra sekinroq kamayadi (manbadan masofaning har ikki baravar oshishi uchun intensivlik 3 dB ga kamayadi).
Yassi yoki ikki oʻlchovli manba. U faqat ma'lum bir yo'nalishda to'lqinlarni hosil qiladi. Bunday manbaga silindrda harakatlanuvchi piston misol bo'la oladi.

Elektron tovush manbalari

Ovoz toʻlqinini yaratish uchun elektron manbalar elektromagnit induksiya hodisasi tufayli mexanik tebranishlarni amalga oshiradigan maxsus membrana (dinamik) dan foydalanadi. Bu manbalarga quyidagilar kiradi: