Ses: Tanımı, Türleri, Özellikleri ve Frekansları

Ses her yanımızda. Çevremizde gezinmek, iletişim kurmak ve müziğin keyfini çıkarmak için ses duyumuzu kullanırız. Ama ses nedir? Nasıl yapılır ve bir yerden diğerine nasıl iletilir?

Ses, bir tür mekanik dalga veya maddenin salınımıdır. Dalga, bir ortamda bir konumdan diğerine hareket eden bir rahatsızlıktır. Buradaki anahtar, bozulmanın kendisi hareket ederken ortamdaki noktaların yerinde salınım yapmasıdır.

Örneğin, bir top oyununda bir kalabalığın yaptığı bir dalgayı düşünün. Koltuklarındaki fanlar dalga ortamı görevi görür. Bireysel olarak ayağa kalkarlar, kollarını kaldırırlar ve sonra tekrar otururlar – yerinde salınırlar. Ancak rahatsızlık stadyumun her yerine yayılıyor.

Bir ortamdaki salınımlar iki çeşitten birinde ortaya çıkma eğilimindedir: Enine dalgalar, ortam yönüne dik açılarda salınır. (stadyumdaki seyircilerde ya da bir ipteki dalgada olduğu gibi) ve boyuna dalgalar oyunun yönüne paralel olarak salınır. seyahat.

Ses dalgaları boyuna dalgalardır. Bir ses dalgası hava gibi bir ortamda yayıldığında, bunu hava moleküllerinin titreşmesine neden olarak yapar, bu da seste değişikliklere neden olur. dalga olarak havada kompresyonlara (yüksek basınç bölgeleri) ve seyrekleşmelere (düşük basınç bölgeleri) neden olan hava basıncı seyahat eder.

Bir masanın üzerine uzanmış bir Slinky gibi bir oyuncak yayı düşünün ve bir kişi her iki ucundan da tutar. Bir kişi Slinky'yi kendine doğru çekerse, Slinky'den aşağı uzunlamasına bir dalga gönderir. Slinky bobinlerinin daha yakın aralıklı (sıkıştırmalar) ve daha gevşek aralıklı (nadirlikler) bölgelerini göreceksiniz. Slinky'deki herhangi bir nokta, rahatsızlık bir uçtan diğerine hareket ederken yerinde ileri geri salınır.

Yine, bu konuda, havadaki veya başka herhangi bir ortamdaki ses dalgalarında tam olarak olan budur.

Tıpkı diğer dalgalarda olduğu gibi, ses dalgaları da bir ilk bozulma veya titreşim tarafından oluşturulur. Örneğin, vurulan bir diyapazon belirli bir frekansta titreşir. Hareket ettikçe etrafındaki hava moleküllerine çarpar ve onları periyodik olarak sıkıştırır.

Sıkıştırılmış bölgeler, bu enerjiyi komşu hava moleküllerine de aktarır ve bozunum, havanın içinde hareket eder. kulağınız, bu noktada aynı frekansta titreşecek olan ve beyniniz tarafından şu şekilde yorumlanacak olan kulak zarınıza enerji aktarır. ses.

Konuştuğunuzda, gırtlağınızı titretirsiniz (nefes borunuzun tepesindeki küçük, içi boş bir tüp), bu da etrafındaki havayı titreştirir ve ardından ses enerjisini dinleyiciye yayar. Larenksinizdeki dokuyu kasıp genişleterek ve ağzınızdaki artikülatörleri (dudaklarınız, diliniz ve diğer ağız yapılarınız) manipüle ederek farklı sesler oluşturabilirsiniz.

Tüm nesneler, titreşerek ve bu titreşimleri hava gibi bitişik bir ortama aktararak aynı şekilde ses oluşturan ses kaynakları olabilir.

Kuru havada, ses bir hızda hareket eder.

neredeT_cSantigrat cinsinden sıcaklıktır. Standart bir 20 santigrat derece (68 derece Fahrenheit) gününde, ses yaklaşık 343,4 m/sn hızla yayılır. Bu saatte yaklaşık 768 mil!

Sesin hızı farklı ortamlarda farklıdır. Örneğin, bir ses dalgasının suda yayılma hızı 1.437 m/s'den büyük olabilir; ahşapta 3.850 m/s'dir; ve alüminyumda, 6.320 m/s'nin üzerinde!

Genel bir kural olarak, moleküllerin birbirine daha yakın olduğu malzemelerde ses daha hızlı yayılır. Katılarda en hızlı, sıvılarda en hızlı ikinci, gazlarda en yavaş hareket eder.

Sesin hızını ölçmek için basit bir deney yapabilirsiniz. Bunu yapmak için ses yayan bir kaynağa (diyapazon, el çırpma sesi veya kendi sesiniz olabilir) ve yansıtıcı bir kaynağa ihtiyacınız olacak. kaynaktan bilinen bir mesafede yüzeye çıkın (birkaç metre önünüzde sağlam bir uçurum duvarı veya basit bir kayanın kapalı ucu gibi). tüp).

Sesin ne zaman ve ne zaman yayıldığı arasındaki zaman geçişini ölçebilen ekipmanınız (ve/veya yeterince hızlı refleksleriniz) olması koşuluyla. Yansıtıcı yüzeyden bir yankı yoluyla kaynak konumuna geri döner, bunu belirlemek için yeterli bilgiye sahip olursunuz. hız.

Kaynaktan yansıyan yüzeye olan mesafenin iki katını almanız yeterlidir (çünkü ses kaynağı yüzeye ve sonra tekrar geri) ve ses emisyonu ile ses emisyonu arasındaki zamana bölün. Eko.

Örnek olarak, 200 m derinliğindeki bir kanyona bağırdığınızı ve 1,14 saniyede bir yankı aldığınızı varsayalım. Sesin hızı 2 × 200 / 1.14 = 351 m/s olacaktır.

Bazı uçakların ses bariyerini aşması olgusuna aşina olabilirsiniz. Bunun anlamı, uçağın ses hızından daha hızlı uçmasıdır. Bu hızı aştığı anda bir ses patlaması yaratır.

Seyahat eden bir uçak1 maçses hızında seyahat ediyor. Mach 2, ses hızının iki katıdır vb. Dünyanın en hızlı uçağı, 3 Ekim 1967'de Mach 6.7'ye ulaşan Kuzey Amerika X-15'ti.

Karada, sesin hızı 15 Ekim 1997'de Nevada'daki Black Rock Çölü'nde bir ThrustSSC jet arabasında saatte 763.035 mil hızla giden Andy Green tarafından kırıldı.

Bir dalganın frekansı, ortamdaki belirli bir noktada saniyede meydana gelen salınımların sayısıdır. 1 Hz = 1/s olmak üzere hertz (Hz) birimleriyle ölçülür. Bir ses dalgasının dalga boyu, iki ardışık maksimum sıkıştırma bölgesi arasındaki mesafedir. Genellikle metre (m) birimleriyle ölçülür.

Bir ses dalgasının hızı,v,doğrudan frekansla ilgilidirfdalga boyu lambdav = λf​.

Sesin belirli bir ortamdaki hızı, frekansa veya dalga boyuna bağlı değildir, bunun yerine o ortamın bir sabitidir. Bir ses dalgasının frekansı her zaman ses kaynağının frekansıyla eşleşir, bu nedenle ortama veya dalga hızına bağlı değildir.

Dolayısıyla iki farklı ortamda frekanslar aynı olurken hızlar ortama özel olacak ve dalga boyları buna göre değişecektir. (Yüksek frekans, küçük dalga boylarına karşılık gelir ve bunun tersi de geçerlidir.)

İnsanlar yaşlandıkça daha yüksek frekansları duyma yeteneklerini kaybetme eğiliminde olsalar da, tipik olarak insan kulağı tarafından algılanabilen frekans aralıkları 64 Hz ile 23 kHz arasındadır. Buna karşılık, köpekler yaklaşık 45 kHz'e kadar duyabilirler (bu yüzden köpek ıslıklarına tepki verirler. insanlar tarafından duyulmaz), kediler 64 kHz'e kadar duyabilir ve yunuslar 150 kHz'e kadar duyabilir kHz!

1979 filminden bu alıntıyla karşılaştığınızdan şüpheniz olmasın.Yabancı, ve bu doğru: ses boşlukta yayılmaz. Bunun nedeni bir ortama ihtiyaç duymasıdır. Sesin yayılması için ses kaynağı ile aranızda bir miktar malzeme olması gerekir.

Yani filmlerde gördüğünüz tüm o yüksek sesli patlamalarla dolu uzay savaşı sahneleri? Tamamen yalan! İçinden geçebileceği bir ortam olmadığı için ses de olmazdı.

ses yoğunluğu,ben, birim alan başına ses gücüdür. Ses yoğunluğu için SI birimi watt/m'dir.² neredeben₀​ = 10^-12 w/m² insan işitme eşiği olarak kabul edilir. Halk dilinde, ses yoğunluğu, bir sesin "yüksekliği" olarak düşündüğümüz şeydir.

Algılanan ses yüksekliğini sunmanın yaygın bir yolu, ses yoğunluğunun desibel cinsinden olduğu desibel (dB) ölçeğini kullanmaktır:

Bu ölçek yararlıdır çünkü insanlar ses şiddetini doğrusal olarak algılamazlar. Yani, yoğunluğu iki katı olan bir ses, sessiz başladığında iki katından daha yüksek ve zaten biraz yüksek sesle başlamışsa iki katından daha az sesli görünebilir. Desibel ölçeği, algılarımızla daha tutarlı sayılar sağlar.

Bir restoranda konuşma yaklaşık 60 dB iken, hafif solunum hızlarının sesi yaklaşık 10 dB'dir. 1000 ft'de bir jet üst geçidi yaklaşık 100 dB'dir. Sınırda ağrılı bir gök gürültüsü 120 dB'dir ve kulak zarlarınız 150 dB'de yırtılır.

Bir ses dalgasındaki enerji doğrudan yoğunlukla ilgilidir. Yoğunluk birimleri, W/m², J/(sm ile aynıdır²) veya metre kare başına saniyede joule cinsinden enerji.

Sesin hızının dalganın frekansına değil, yalnızca ortama bağlı olduğunu hatırlayın. Bu iyi bir şey çünkü aksi takdirde farklı notaların size düzensiz bir şekilde ulaştığı bir konseri dinlemek korkunç bir deneyim olurdu.

Farklı ses frekansları, farklı perdelere veya müzik notalarına karşılık gelir. Bir şarkıcı şarkı söylediğinde, gırtlaklarının boyutunu ve şeklini değiştirerek farklı frekanslar üretirler. Müzik aletleri, ister tüpte, ister boruda, isterse bir tel boyunca olsun, tipik olarak duran dalgalar oluşturarak saf tonlarda ses yaratmak üzere tasarlanmıştır.

Gitar gibi bir yaylı çalgı düşünün. Koparılan bir ipin titreşme sıklığı, onun kütle yoğunluğuna (birim uzunluk başına ne kadar kütle), ipteki gerilime (ne kadar sıkı tutulduğuna) ve uzunluğuna bağlıdır. Bir gitara bakarsanız, her telin farklı bir kalınlığa sahip olduğunu görürsünüz. Sapın ucundaki ayar düğmeleri, tel gerginliğini ayarlamanıza izin verir ve perdeler size Oynarken dize uzunluklarını değiştirmek için parmaklarınızı koyabileceğiniz yerler, birçok farklı oluşturmanıza olanak tanır notlar.

Nefesli rüzgarlar, aksine, hava sütunlarında (tıpkı gırtlakta olduğu gibi) duran dalgaların oluşturulabileceği içi boş tüplerden oluşur. Böyle bir enstrümandaki farklı ton delikleri, oluşabilen duran dalga türlerini değiştirmenize ve dolayısıyla çalınabilecek notaları değiştirmenize olanak tanır.

Trombon gibi bir enstrüman için, sürgüyü ileri geri hareket ettirerek tüp uzunluğunu ayarlayabilir, böylece farklı frekansta duran dalgalara ve dolayısıyla farklı notaların çalınmasına izin verebilirsiniz.

Davul gibi vurmalı çalgılar, bir zarın (davul başlığı gibi) titreşimlerine dayanır. Tıpkı bir gitarın tellerini koparmaya benzer şekilde, davul kafasına farklı yerlere vurduğunuzda, zarın üzerinde duran dalgalar oluşur ve ses oluşturur. Sesin frekansı ve kalitesi zarın boyutuna, kalınlığına ve gerilimine bağlıdır.