ध्वनि: परिभाषा, प्रकार, विशेषताएँ और आवृत्तियाँ

ध्वनि हमारे चारों ओर है। हम ध्वनि की अपनी भावना का उपयोग अपने वातावरण को नेविगेट करने, संवाद करने और संगीत का आनंद लेने के लिए करते हैं। लेकिन ध्वनि क्या है? इसे कैसे बनाया जाता है और यह एक स्थान से दूसरे स्थान पर कैसे संचारित होता है?

ध्वनि एक प्रकार की यांत्रिक तरंग या पदार्थ का दोलन है। तरंग एक विक्षोभ है जो एक माध्यम में एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाता है। यहां मुख्य बात यह है कि माध्यम के बिंदु जगह-जगह दोलन करते हैं जबकि विक्षोभ स्वयं यात्रा करता है।

उदाहरण के लिए, गेंद के खेल में भीड़ द्वारा की गई लहर पर विचार करें। उनकी सीटों पर लगे पंखे तरंग माध्यम का काम करते हैं। व्यक्तिगत रूप से, वे खड़े होते हैं, अपनी बाहों को ऊपर उठाते हैं और फिर वापस बैठ जाते हैं - वे जगह-जगह दोलन करते हैं। हालाँकि, अशांति पूरे स्टेडियम में फैलती है।

एक माध्यम में दोलन दो किस्मों में से एक में आते हैं: अनुप्रस्थ तरंगें किस दिशा में समकोण पर दोलन करती हैं यात्रा (जैसे स्टेडियम में दर्शकों के साथ, या एक स्ट्रिंग पर एक लहर) और अनुदैर्ध्य तरंगें दिशा के समानांतर दोलन करती हैं यात्रा करना।

ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य तरंगें हैं। जब ध्वनि तरंग वायु जैसे माध्यम से फैलती है, तो वह वायु के अणुओं को कंपन करने के कारण ऐसा करती है, जिससे परिवर्तन होता है हवा का दबाव, जिसके परिणामस्वरूप हवा में लहर के रूप में संपीड़न (उच्च दबाव के क्षेत्र) और विरलन (कम दबाव के क्षेत्र) होते हैं। यात्रा करता है।

एक खिलौने के झरने के बारे में सोचें जैसे एक स्लिंकी एक मेज पर फैला हुआ है जिसमें एक व्यक्ति दोनों छोर को पकड़े हुए है। यदि कोई व्यक्ति स्लिंकी को अपनी ओर खींचता है, तो वह स्लिंकी के नीचे एक अनुदैर्ध्य तरंग भेजेगा। आप स्लिंकी कॉइल के ऐसे क्षेत्र देखेंगे जो अधिक निकट दूरी (संपीड़न) और अधिक शिथिल स्थान (दुर्लभ) हैं। जब विक्षोभ एक छोर से दूसरे छोर तक जाता है तो स्लिंकी में दिया गया कोई भी बिंदु आगे और पीछे दोलन करता है।

फिर, हवा में या किसी अन्य माध्यम में ध्वनि तरंगों के साथ ऐसा ही होता है।

किसी भी अन्य तरंग की तरह, ध्वनि तरंगें एक प्रारंभिक अशांति या कंपन द्वारा निर्मित होती हैं। एक हिट ट्यूनिंग कांटा, उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट आवृत्ति पर कंपन करता है। जैसे ही यह चलता है, यह अपने चारों ओर हवा के अणुओं से टकराता है, समय-समय पर उन्हें संकुचित करता है।

संकुचित क्षेत्र इस ऊर्जा को अपने आस-पास के वायु अणुओं में भी स्थानांतरित करते हैं और अशांति हवा के माध्यम से तब तक चलती है जब तक यह नहीं पहुंच जाती आपका कान, जिस बिंदु पर यह आपके ईयरड्रम में ऊर्जा स्थानांतरित करता है, जो एक ही आवृत्ति पर कंपन करेगा - और आपके मस्तिष्क द्वारा इसकी व्याख्या की जाएगी ध्वनि।

जब आप बोलते हैं, तो आप अपने स्वरयंत्र (आपके श्वासनली के शीर्ष पर एक छोटी खोखली नली) को कंपन करते हैं, जो बदले में इसके चारों ओर की हवा को कंपन करता है, जो तब श्रोता को ध्वनि ऊर्जा का प्रसार करता है। अपने स्वरयंत्र में ऊतक को सिकोड़ने और फैलाने के साथ-साथ अपने मुंह (आपके होंठ, जीभ और अन्य मुंह संरचनाओं) में आर्टिक्यूलेटर्स में हेरफेर करके, आप विभिन्न ध्वनियाँ बना सकते हैं।

सभी वस्तुएँ ध्वनि स्रोत हो सकती हैं जो एक ही तरह से ध्वनि पैदा करती हैं - कंपन और उन कंपनों को आसन्न माध्यम, जैसे हवा में स्थानांतरित करके।

शुष्क हवा में, ध्वनि की गति से यात्रा करती है

कहां हैटी_सीसेल्सियस में तापमान है। मानक 20 डिग्री सेल्सियस (68 डिग्री फ़ारेनहाइट) दिन पर, ध्वनि लगभग 343.4 मीटर/सेकेंड पर यात्रा करती है। यह लगभग 768 मील प्रति घंटा है!

विभिन्न माध्यमों में ध्वनि की गति भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, पानी में ध्वनि तरंग के चलने की दर 1,437 m/s से अधिक हो सकती है; लकड़ी में यह 3,850 मीटर/सेकेंड है; और एल्युमीनियम में, 6,320 मी/से से अधिक!

एक सामान्य नियम के रूप में, ध्वनि उन सामग्रियों में तेजी से यात्रा करती है जहां अणु एक साथ करीब होते हैं। यह ठोस में सबसे तेज, द्रव में दूसरे स्थान पर और गैसों में सबसे धीमी गति से चलती है।

ध्वनि की गति मापने के लिए आप एक सरल प्रयोग कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको एक ध्वनि-उत्सर्जक स्रोत की आवश्यकता होगी (जो एक ट्यूनिंग कांटा, एक हाथ ताली या आपकी अपनी आवाज हो सकती है), और एक परावर्तक स्रोत से एक ज्ञात दूरी को सतह पर रखें (जैसे कि आपके सामने कई मीटर की ठोस चट्टान की दीवार, या एक साधारण का बंद छोर ट्यूब)।

बशर्ते आपके पास ऐसे उपकरण हों (और/या रिफ्लेक्सिस काफी तेजी से) जो ध्वनि उत्सर्जित होने और कब के बीच के समय-व्यतीत को माप सकते हैं यह परावर्तक सतह की एक प्रतिध्वनि के माध्यम से स्रोत स्थान पर लौटता है, आपके पास यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त जानकारी होगी गति।

बस स्रोत से परावर्तक सतह की दुगुनी दूरी लें (चूंकि ध्वनि से यात्रा करती है) सतह पर स्रोत, और फिर वापस) और इसे ध्वनि उत्सर्जन के बीच के समय से विभाजित करें और गूंज।

एक उदाहरण के रूप में, मान लीजिए कि आप 200 मीटर गहरी घाटी में चिल्लाते हैं और 1.14 सेकंड में एक प्रतिध्वनि प्राप्त करते हैं। ध्वनि की गति 2×200/1.14 = 351 मीटर/सेकेंड होगी।

आप ध्वनि अवरोध को तोड़ने वाले कुछ विमानों की घटना से परिचित हो सकते हैं। इसका मतलब यह है कि विमान ध्वनि की गति से भी तेज उड़ान भरता है। फिलहाल यह इस गति से अधिक है, यह एक ध्वनि बूम बनाता है।

एक विमान यात्रा कर रहा हैमच १ध्वनि की गति से यात्रा कर रहा है। मच 2 ध्वनि की गति से दोगुना है और इसी तरह। दुनिया का सबसे तेज विमान उत्तरी अमेरिकी X-15 था, जो 3 अक्टूबर 1967 को मच 6.7 की गति तक पहुंच गया था।

भूमि पर, ध्वनि की गति को 15 अक्टूबर, 1997 को एंडी ग्रीन द्वारा तोड़ा गया था, जो नेवादा में ब्लैक रॉक डेजर्ट में थ्रस्टएसएससी जेट कार में 763.035 मील प्रति घंटे की रफ्तार से चलती थी।

एक तरंग की आवृत्ति दोलनों की संख्या है जो प्रति सेकंड माध्यम में दिए गए बिंदु पर होती है। इसे हर्ट्ज़ (Hz) की इकाइयों में मापा जाता है जहाँ 1 Hz = 1/s होता है। ध्वनि तरंग की तरंग दैर्ध्य अधिकतम संपीड़न के दो लगातार क्षेत्रों के बीच की दूरी है। यह आमतौर पर मीटर (एम) की इकाइयों में मापा जाता है।

ध्वनि तरंग की गति,वी,आवृत्ति से सीधे संबंधित हैएफतरंग दैर्ध्य लैम्ब्डा के माध्यम सेवी = f​.

किसी विशेष माध्यम में ध्वनि की गति आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि उस विशेष माध्यम की स्थिर होती है। ध्वनि तरंग की आवृत्ति हमेशा ध्वनि स्रोत की आवृत्ति से मेल खाती है, इसलिए यह माध्यम या तरंग की गति पर निर्भर नहीं करती है।

इसलिए, दो अलग-अलग मीडिया में, आवृत्तियां समान होंगी, जबकि गति माध्यमों के लिए विशिष्ट होगी और तरंग दैर्ध्य तदनुसार भिन्न होंगे। (उच्च आवृत्ति छोटी तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है, और इसके विपरीत।)

फ़्रीक्वेंसी रेंज जो आमतौर पर मानव कान द्वारा 64 हर्ट्ज से 23 किलोहर्ट्ज़ तक चलती हैं, हालांकि लोग उच्च आवृत्तियों को सुनने की अपनी क्षमता खो देते हैं क्योंकि वे उम्र के होते हैं। इसके विपरीत, कुत्ते लगभग 45 kHz तक सुन सकते हैं (यही कारण है कि वे कुत्ते की सीटी का जवाब देते हैं जो मनुष्यों के लिए अश्रव्य हैं), बिल्लियाँ ६४ kHz तक सुन सकती हैं और पोर्पोइज़ १५० तक सभी तरह से सुन सकते हैं किलोहर्ट्ज़!

निःसंदेह आप १९७९ की फ़िल्म के इस उद्धरण से परिचित होंगेविदेशी, और यह सच है: ध्वनि निर्वात में यात्रा नहीं करती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसे एक माध्यम की जरूरत है। ध्वनि के प्रसार के लिए ध्वनि स्रोत और आपके बीच कुछ सामग्री होनी चाहिए।

तो उन सभी अंतरिक्ष युद्ध के दृश्यों को आप फिल्मों में जोरदार विस्फोटों के साथ देखते हैं? पूरी तरह से झूठ! कोई आवाज नहीं होगी क्योंकि उसके पास जाने के लिए कोई माध्यम नहीं है।

ध्वनि तीव्रता,मैं, प्रति इकाई क्षेत्र में ध्वनि शक्ति है। ध्वनि की तीव्रता का SI मात्रक वाट/m. है² कहां हैमैं₀​ = 10^-12 डब्ल्यू / एम² मानव सुनवाई के लिए दहलीज माना जाता है। बोलचाल की भाषा में, ध्वनि की तीव्रता वह है जिसे हम ध्वनि का "जोर" मानते हैं।

ध्वनि की कथित प्रबलता को प्रस्तुत करने का एक सामान्य तरीका डेसिबल (डीबी) पैमाने का उपयोग करना है, जहां ध्वनि की तीव्रता डेसिबल में होती है:

यह पैमाना उपयोगी है क्योंकि मनुष्य जोर से रैखिक रूप से अनुभव नहीं करते हैं। यही है, दोगुने तीव्रता वाली ध्वनि शांत होने पर दोगुने से अधिक तेज और अगर पहले से ही कुछ जोर से शुरू हुई तो दोगुने से भी कम तेज लग सकती है। डेसिबल पैमाना हमारी धारणाओं के अनुरूप संख्याएँ प्रदान करता है।

हल्की सांस लेने की दर लगभग 10 डीबी है, जबकि एक रेस्तरां में बातचीत लगभग 60 डीबी है। 1,000 फीट पर एक जेट फ्लाईओवर लगभग 100 डीबी है। एक सीमा रेखा दर्दनाक गड़गड़ाहट 120 डीबी है, और आपके कान के ड्रम 150 डीबी पर फट जाते हैं।

ध्वनि तरंग में ऊर्जा का सीधा संबंध उसकी तीव्रता से होता है। तीव्रता की इकाइयाँ, W/m², J/(sm .) के समान हैं²) या ऊर्जा जूल प्रति सेकंड प्रति वर्ग मीटर में।

याद रखें कि ध्वनि की गति केवल माध्यम पर निर्भर करती है, न कि तरंग की आवृत्ति पर। यह एक अच्छी बात है क्योंकि अन्यथा किसी संगीत कार्यक्रम को सुनना एक भयानक अनुभव होगा, जिसमें विभिन्न संगीत नोट्स आप तक पहुंचेंगे।

ध्वनि की अलग-अलग आवृत्तियां अलग-अलग पिचों, या संगीत नोट्स के अनुरूप होती हैं। जब कोई गायक गाता है, तो वे अपने स्वरयंत्र के आकार और आकार को बदलकर विभिन्न आवृत्तियों का उत्पादन करते हैं। संगीत वाद्ययंत्रों को शुद्ध स्वर की ध्वनि बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, आमतौर पर खड़ी तरंगें बनाकर, चाहे ट्यूब या पाइप में, या एक स्ट्रिंग के साथ।

गिटार जैसे स्ट्रिंग इंस्ट्रूमेंट पर विचार करें। वह आवृत्ति जिस पर खींची गई डोरी कंपन करती है, उसके द्रव्यमान घनत्व (प्रति इकाई लंबाई में कितना द्रव्यमान), डोरी में तनाव (इसे कितना कस कर रखा गया है) और इसकी लंबाई पर निर्भर करता है। यदि आप एक गिटार को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि प्रत्येक तार की एक अलग मोटाई होती है। हैंडल के अंत में ट्यूनिंग नॉब्स आपको स्ट्रिंग तनाव को समायोजित करने की अनुमति देते हैं, और फ्रेट आपको देते हैं जब आप खेलते हैं तो स्ट्रिंग की लंबाई बदलने के लिए अपनी उंगलियों को रखने के लिए स्थान, जिससे आप कई अलग-अलग बना सकते हैं टिप्पणियाँ।

वुडविंड, इसके विपरीत, खोखले ट्यूबों से युक्त होते हैं, जहां हवा के स्तंभों में खड़ी तरंगें बनाई जा सकती हैं (जैसे आपके स्वरयंत्र में)। इस तरह के एक उपकरण पर अलग-अलग स्वर छेद आपको खड़ी तरंगों के प्रकार को बदलने की अनुमति देते हैं, और इसलिए उन नोटों को बदल सकते हैं जिन्हें बजाया जा सकता है।

ट्रंबोन जैसे उपकरण के लिए, आप स्लाइड को आगे और पीछे घुमाकर ट्यूब की लंबाई को भी समायोजित कर सकते हैं, जिससे अलग-अलग फ्रीक्वेंसी स्टैंडिंग वेव्स की अनुमति मिलती है, और इसलिए अलग-अलग नोट्स बजाए जाते हैं।

पर्क्यूसिव यंत्र, जैसे ड्रम, एक झिल्ली (जैसे ड्रम हेड) के कंपन पर भरोसा करते हैं। गिटार के तार तोड़ने की तरह, जब आप ड्रम के सिर को अलग-अलग स्थानों पर मारते हैं, तो झिल्ली पर खड़ी तरंगें बनती हैं, जिससे ध्वनि पैदा होती है। ध्वनि की आवृत्ति और गुणवत्ता झिल्ली के आकार, उसकी मोटाई और तनाव पर निर्भर करती है।