ხმა ჩვენს გარშემოა. ხმის შეგრძნებას ვიყენებთ, რომ ჩვენს გარემოში ვიმოგზაუროთ, კომუნიკაცია მივიღოთ და მუსიკით ვისიამოვნოთ. მაგრამ რა არის ხმა? როგორ მზადდება და როგორ გადადის ერთი ადგილიდან მეორეზე?
რა არის ხმოვანი ტალღები?
ხმა არის მექანიკური ტალღის ტიპი ან მატერიის რხევა. ტალღა არის დარღვევა, რომელიც გადაადგილდება ერთი ადგილიდან მეორეზე საშუალოზე. აქ მთავარია, რომ საშუალო წერტილები ადგილზე იცვლებოდეს, სანამ არეულობა თავად მოძრაობს.
მაგალითად, განვიხილოთ ტალღა, რომელიც ხალხმა გააკეთა ბურთის თამაშზე. თაყვანისმცემლები თავიანთ სავარძლებში ტალღის შემცველად გამოდგებიან. ინდივიდუალურად, ისინი დგებიან, ამაღლებენ ხელებს და შემდეგ სხედან უკან - ისინი იცვლებიან ადგილზე. ამ არეულობამ სტადიონის გარშემო შემოიარა.
საშუალო რხევები ორიდან ერთში გვხვდება: განივი ტალღები სწორი კუთხით მოძრაობენ მოგზაურობა (როგორც სტადიონზე აუდიტორიასთან, ან ტალღა სიმზე) და გრძივი ტალღები მოძრაობენ მიმართულების პარალელურად მოგზაურობა
ხმოვანი ტალღები გრძივი ტალღებია. როდესაც ბგერითი ტალღა ვრცელდება საშუალოში, მაგალითად, ჰაერში, ეს ხდება ჰაერის მოლეკულების ვიბრაციის გზით, რაც იწვევს ცვლილებებს ჰაერის წნევა, რის შედეგადაც ხდება კომპრესიები (მაღალი წნევის რეგიონები) და იშვიათი მოქმედებები (დაბალი წნევის რეგიონები) ჰაერში, როგორც ტალღა მოგზაურობები.
გაიხსენეთ სათამაშო ზამბარა, როგორიც არის Slinky, გადაჭიმული მაგიდის გადაღმა, რომელზეც ერთმა პირმა ხელი აიღო. თუ ერთი ადამიანი მიჰყავს Slinky- ს საკუთარი თავისკენ, ის გრძივი ტალღით გაგზავნის Slinky- ს ქვემოთ. თქვენ ნახავთ Slinky ხვეულების რეგიონებს, რომლებიც უფრო მჭიდროდ არიან განლაგებული (კომპრესიები) და უფრო თავისუფლად დაშორებული (იშვიათი მოქმედებები). Slinky– ს ნებისმიერი მოცემული წერტილი იცვლება წინ და უკან, რადგან არეულობა გადადის ერთი ბოლოდან მეორეზე.
კიდევ ერთხელ, ზუსტად ეს ხდება ჰაერში ხმის ტალღებთან, ან სხვა საშუალებებთან მიმართებაში.
როგორ იქმნება ხმოვანი ტალღები?
ისევე, როგორც ნებისმიერ სხვა ტალღასთან, ბგერითი ტალღები იქმნება საწყისი არეულობით ან ვიბრაციით. მაგალითად, გაბრტყელებული საბრძოლო ჩანგალი ვიბრირებს კონკრეტული სიხშირით. მოძრაობისას, ის თავს იყრის გარშემო მყოფ ჰაერის მოლეკულებს და პერიოდულად შეკუმშავს მათ.
შეკუმშული რეგიონები ამ ენერგიას გადასცემენ თავიანთ მეზობელ საჰაერო მოლეკულებსაც და არეულობა მოძრაობს ჰაერში მანამ, სანამ არ მიაღწევს თქვენი ყური, ამ დროს ის ენერგიას გადასცემს თქვენს ეარდუმს, რომელიც ვიბრაციას იმავე სიხშირეზე - და თქვენი ტვინის მიერ განიმარტება, როგორც ხმა.
ლაპარაკის დროს თქვენ ირხევით თქვენი ხორხი (პატარა ღრუ მილი მიბმული თქვენი მილის ზედა ნაწილში), რაც თავის მხრივ ირბენს მის გარშემო არსებულ ჰაერს, რაც შემდეგ აუმჯობესებს ხმის ენერგიას მსმენელს. თქვენს ხორხში ქსოვილის შეკუმშვით და გაფართოებით, ასევე პირის ღრუს არტიკულატორებით მანიპულირებით (ტუჩები, ენა და პირის ღრუს სხვა სტრუქტურები), შეგიძლიათ შექმნათ სხვადასხვა ხმები.
ყველა ობიექტი შეიძლება იყოს ხმის წყარო, რომელიც ქმნის ხმას ერთნაირად - ვიბრაციითა და ამ ვიბრაციების გადაცემით მიმდებარე გარემოში, მაგალითად, ჰაერში.
ხმის სიჩქარე
მშრალ ჰაერში ხმა მოძრაობს სიჩქარით
v = 331.4 + 0.6T_ გ
სადთგარის ტემპერატურა ცელსიუსში. სტანდარტული 20 გრადუსი ცელსიუსით (68 გრადუსი ფარენგეიტით) დღეში ხმა 343,4 მ / წმ სიჩქარით მოძრაობს. ეს არის დაახლოებით 768 მილი საათში!
ხმის სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში განსხვავებულია. მაგალითად, ბგერითი ტალღის წყალში გადაადგილების სიჩქარე შეიძლება იყოს 1,437 მ / წმ-ზე მეტი; ხეში ეს არის 3,850 მ / წმ; და ალუმინში, 6,320 მ / წმ-ზე მეტი!
ზოგადი წესის მიხედვით, ხმა უფრო სწრაფად მოძრაობს იმ მასალებში, სადაც მოლეკულები უფრო ახლოს არიან. იგი სწრაფად მოძრაობს მყარ ნივთიერებებში, მეორე სწრაფად სითხეებში და ყველაზე ნელა გაზებში.
ექსპერიმენტი: ხმის სიჩქარის გაზომვა
თქვენ შეგიძლიათ ჩაატაროთ მარტივი ექსპერიმენტი ხმის სიჩქარის გასაზომად. ამისათვის დაგჭირდებათ ხმის გამოსხივების წყარო (რომელიც შეიძლება იყოს ტიუნგის ჩანგალი, ხელის კაკუნი ან თქვენი საკუთარი ხმა) და ამრეკლი წყაროდან დაშორებით ცნობილი მანძილით (მაგალითად, მყარი კლდის კედელი, რომელიც რამდენიმე მეტრით წინ დგას, ან უბრალო დახურული ბოლო მილი).
იმ პირობით, რომ თქვენ გაქვთ აღჭურვილობა (და / ან რეფლექსები საკმარისად სწრაფად), რომლებსაც შეუძლიათ დროის გასწორება ხმის გამოსვლის დროსა და იგი უბრუნდება წყაროს მდებარეობას ამრეკლი ზედაპირიდან ექოს მოშორებით, თქვენ გექნებათ საკმარისი ინფორმაცია იმის დასადგენად სიჩქარე
უბრალოდ აიღეთ წყაროდან ორჯერ მანძილი ამრეკლავ ზედაპირზე (ვინაიდან ბგერა გადის წყარო ზედაპირზე და შემდეგ ისევ უკან) და გავყოთ იგი დროის მიხედვით ხმის გამოსხივებასა და ექო.
მაგალითისთვის, ჩათვალეთ რომ 200 მეტრის სიღრმეში კანიონში იყვიროთ და ექო მიიღებთ 1.14 წამში. ხმის სიჩქარე იქნება 2 × 200 / 1.14 = 351 მ / წმ.
ხმის სიჩქარის გადაჭარბება
თქვენ შეიძლება იცოდეთ გარკვეული თვითმფრინავების ხმის ბარიერის დარღვევის ფენომენი. რას ნიშნავს ეს არის ის, რომ თვითმფრინავი უფრო სწრაფად დაფრინავს, ვიდრე ხმის სიჩქარე. ამ მომენტში იგი აღემატება ამ სიჩქარეს და ქმნის ხმოვან ბუმს.
თვითმფრინავი, რომელიც მოგზაურობსმახ 1ბგერის სიჩქარით მოძრაობს. Mach 2 არის ხმის სიჩქარე ორჯერ და ა.შ. მსოფლიოში ყველაზე სწრაფი თვითმფრინავი იყო ჩრდილოეთ ამერიკის X-15, რომელმაც 1967 წლის 3 ოქტომბერს 6,7 მაქ სიჩქარეს მიაღწია.
ხმელეთზე, ხმის სიჩქარე დაირღვა 1997 წლის 15 ოქტომბერს ენდი გრინმა, რომელმაც 763.035 მილი საათში გაიარა ThrustSSC რეაქტიული მანქანით, ნევადის შავი როკის უდაბნოში.
სიხშირე და ტალღის სიგრძე
ტალღის სიხშირე არის რხევების რაოდენობა, რომელიც ხდება წამში საშუალოზე მოცემულ წერტილში. იგი იზომება ჰერცის (Hz) ერთეულებში, სადაც 1 Hz = 1 / წმ. ხმოვანი ტალღის ტალღის სიგრძე არის მანძილი მაქსიმალური შეკუმშვის ორ ზედიზედ რეგიონს შორის. ის, როგორც წესი, იზომება მეტრის ერთეულებში (მ).
ხმის ტალღის სიჩქარე,v,პირდაპირ კავშირშია სიხშირესთანვტალღის სიგრძის lambda გავლითv = λf.
ბგერის სიჩქარე კონკრეტულ გარემოში არ არის დამოკიდებული სიხშირეზე ან ტალღის სიგრძეზე, არამედ არის ამ კონკრეტული მედიცინის მუდმივა. ხმის ტალღის სიხშირე ყოველთვის ემთხვევა ხმის წყაროს სიხშირეს, ამიტომ ეს არ არის დამოკიდებული საშუალოზე ან ტალღის სიჩქარეზე.
ამრიგად, ორ განსხვავებულ მედიაში სიხშირეები ერთი და იგივე იქნება, ხოლო სიჩქარე სპეციფიკური იქნება საშუალო და ტალღის სიგრძის შესაბამისად იცვლება. (მაღალი სიხშირე შეესაბამება მცირე ტალღის სიგრძეს და პირიქით.)
სიხშირეების დიაპაზონები, რომლებიც ადამიანის ყურის მიერ შესამჩნევია 64 Hz– დან 23 kHz– მდე, თუმცა ასაკის მატებასთან ერთად ადამიანები კარგავენ უფრო მაღალი სიხშირის მოსმენის უნარს. ამის საპირისპიროდ, ძაღლებს შეუძლიათ მოისმინონ დაახლოებით 45 კჰც-მდე (სწორედ ამიტომ, ისინი რეაგირებენ ძაღლების სტვენით) ადამიანისთვის გაუგებარია), კატებს შეუძლიათ გაიგონ 64 კჰც-მდე, ხოლო ღორებს 150-მდე კჰც!
"კოსმოსში ვერავინ გაიგონებს შენს ყვირილს"
თქვენ უეჭველად წააწყდით 1979 წლის ფილმის ამ ციტატასუცხოპლანეტელიდა მართალია: ხმა ვაკუუმში არ მოძრაობს. ეს იმიტომ ხდება, რომ მას სჭირდება საშუალო საშუალება. ხმის წყაროს და თქვენ შორის უნდა არსებობდეს გარკვეული მასალა, რომ ხმა გავრცელდეს.
ყველა იმ კოსმოსური ბრძოლის სცენა, რომელსაც ფილმებში ხედავთ ძლიერი აფეთქებებით? სრულიად ყალბი! ხმა არ იქნება, რადგან არ არსებობს საშუალება, რომლითაც ის იმოძრავებს.
ხმის ინტენსივობა და ხმოვანი ენერგია
ხმის ინტენსივობა,მე, არის ხმის სიმძლავრე ერთეულის ფართობზე. ხმის ინტენსივობის SI ერთეული არის ვატი / მ2 სადმე0 = 10-12 W / მ2 ითვლება ადამიანის მოსმენის ბარიერად. სასაუბროდ, ბგერის ინტენსივობა არის ის, რასაც ჩვენ ვთვლით, რომ არის ბგერის "ხმამაღალი".
ხმის აღქმის მაღალი სიხშირის წარმოჩენის ჩვეულებრივი გზაა დეციბელური (დბ) მასშტაბის გამოყენება, სადაც ხმის ინტენსივობა დეციბელებშია:
ეს მასშტაბი სასარგებლოა, რადგან ადამიანები ხმამაღლა ხაზობრივად არ აღიქვამენ. ანუ, ორჯერ ინტენსივობის ხმა შეიძლება ჩანდეს ორჯერ მეტი ხმამაღალი, როდესაც ის წყნარად იწყებს და ორჯერ ნაკლებია, თუ უკვე გარკვეულწილად ხმამაღლა დაიწყო. დეციბელის შკალა გთავაზობთ რიცხვებს, რომლებიც უფრო შეესაბამება ჩვენს აღქმას.
მსუბუქი სუნთქვის ხმა დაახლოებით 10 დბ-ს შეადგენს, ხოლო რესტორანში საუბარი დაახლოებით 60 დბ-ს შეადგენს. 1000 ფუტზე რეაქტიული გადაფრენა დაახლოებით 100 დბ. მოსაზღვრე მტკივნეული ჭექა-ქუხილია 120 დბ, ხოლო თქვენი ყურის დრამი იშლება 150 დბ-ზე.
ენერგია ხმოვან ტალღაში პირდაპირ კავშირშია ინტენსივობასთან. ინტენსივობის ერთეულები, W / მ2, იგივეა, რაც J / (sm2) ან ენერგია ჯოლებში წამში კვადრატულ მეტრზე.
მუსიკალური ინსტრუმენტები
შეგახსენებთ, რომ ხმის სიჩქარე მხოლოდ საშუალოზე იყო დამოკიდებული და არა ტალღის სიხშირეზე. ეს კარგია, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში კონცერტის მოსმენა საშინელი გამოცდილება იქნება, სხვადასხვა მუსიკალური ნოტით მწყობრიდან გამოგივა.
ხმის სხვადასხვა სიხშირე შეესაბამება სხვადასხვა დონის, ან მუსიკალურ ნოტებს. როდესაც მომღერალი მღერის, ისინი სხვადასხვა სიხშირეს გამოიმუშავებენ თავიანთი ხორხის ზომისა და ფორმის შეცვლით. მუსიკალური ინსტრუმენტები შექმნილია სუფთა ტონის ხმის შესაქმნელად, როგორც წესი, მდგრადი ტალღების შექმნით, მილში ან მილში, ან სიმების გასწვრივ.
განვიხილოთ სიმებიანი ინსტრუმენტი, როგორიცაა გიტარა. გამოკვეთილი სტრიქონის ვიბრაციის სიხშირე დამოკიდებულია მის მასის სიმკვრივეზე (რამდენი მასა ერთეულის სიგრძეზე), სტრიქონში არსებული დაძაბულობა (რამდენად მჭიდროა იგი) და სიგრძეზე. თუ გიტარას გადახედავთ, ნახავთ, რომ თითოეულ სიმს განსხვავებული სისქე აქვს. სახელურის ბოლოზე დასარეგულირებელი ღილაკები საშუალებას გაძლევთ დაარეგულიროთ სიმების დაძაბულობა, ხოლო არხები მოგცემთ თითების დასმის ადგილები სიმების სიგრძის შესაცვლელად, თამაშის დროს, რაც საშუალებას გაძლევთ შექმნათ მრავალი განსხვავებული შენიშვნები.
ამის საპირისპიროდ, ხის ქარი შედგება ღრუ მილებისგან, სადაც მდგრადი ტალღები შეიძლება შეიქმნას ჰაერის სვეტებში (ისევე, როგორც თქვენს ხორხში). სხვადასხვა ინსტრუმენტის ტონის ხვრელები საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ მდგომი ტალღების ტიპები, რომელთა ჩამოყალიბებაც შეიძლება და, შესაბამისად, შეცვალოთ ნოტები, რომელთა დაკვრაც შეიძლება.
ტრომბონის მსგავსი ინსტრუმენტისთვის ასევე შეგიძლიათ მილის სიგრძის შეცვლა სლაიდის წინ და უკან გადაადგილებით, სხვადასხვა სიხშირის მდგომი ტალღების შექმნით, შესაბამისად, სხვადასხვა ნოტების დაკვრით.
დასარტყამი ინსტრუმენტები, მაგალითად დრამი, ემყარება მემბრანის ვიბრაციებს (მაგალითად დრამის თავი). ჰგავს გიტარის სიმების ამოკვეთას, როდესაც ბარაბნის თავს სხვადასხვა ადგილას დაარტყავ, მდგარი ტალღები ქმნიან გარსს, ქმნიან ხმას. ხმის სიხშირე და ხარისხი დამოკიდებულია გარსის ზომაზე, სისქეზე და დაძაბულობაზე.