تئوری صدا و آکوستیک به زبانی قابل فهم ویژگی های اساسی صدا امواج صوتی در فیزیک چیست؟

صدا (موج صوتی ) – یک موج الاستیک است که توسط اندام شنوایی انسان و حیوان درک می شود. به عبارت دیگر، صدا انتشار نوسانات چگالی (یا فشار) در یک محیط الاستیک است که از برهمکنش ذرات محیط با یکدیگر ناشی می شود.

جو (هوا) یکی از رسانه های کشسان است. انتشار صوت در هوا از قوانین کلی انتشار امواج صوتی در گازهای ایده آل تبعیت می کند و همچنین به دلیل تغییر چگالی، فشار، دما و رطوبت هوا دارای ویژگی هایی است. سرعت صوت با ویژگی های محیط تعیین می شود و از فرمول های سرعت موج الاستیک محاسبه می شود.

مصنوعی و طبیعی وجود دارد منابع صدا. انتشارات مصنوعی عبارتند از:

ارتعاشات اجسام جامد (سیم ها و عرشه آلات موسیقی، پخش کننده های بلندگو، غشاهای تلفن، صفحات پیزوالکتریک)؛

ارتعاشات هوا در حجم محدود (لوله های اندام، سوت ها)؛

بیت (کلیدهای پیانو، زنگ)؛

جریان الکتریکی (ترانسدیوسرهای الکتروآکوستیک).

منابع طبیعی عبارتند از:

انفجار، فروپاشی؛

جریان هوا در اطراف موانع (بادی که گوشه ساختمان می وزد، تاج موج دریا).

مصنوعی و طبیعی نیز وجود دارد گیرنده ها صدا:

مبدل های الکتروآکوستیک (میکروفون در هوا، هیدروفون در آب، ژئوفون در پوسته زمین) و سایر دستگاه ها؛

دستگاه شنوایی انسان و حیوانات.

در طول انتشار امواج صوتی، پدیده های مشخصه امواج از هر ماهیت ممکن است:

انعکاس از یک مانع

شکست در مرز دو رسانه،

تداخل (اضافه)،

پراش (اجتناب از موانع)،

پراکندگی (وابستگی سرعت صوت در یک ماده به فرکانس صوت)؛

جذب (کاهش انرژی و شدت صوت در محیط به دلیل تبدیل برگشت ناپذیر انرژی صوت به گرما).

ویژگی های صوتی عینی

فرکانس صدا

فرکانس صدای قابل شنیدن برای شخص در محدوده ای قرار دارد 16 هرتز قبل از 16-20 کیلوهرتز . امواج الاستیک با فرکانس زیر محدوده شنیداری تماس گرفت مادون صوت (از جمله ضربه مغزی)، s بالاتر فرکانس – سونوگرافی ، و بالاترین فرکانس امواج الاستیک هستند ماوراء صوت .

کل محدوده فرکانس صدا را می توان به سه قسمت تقسیم کرد (جدول 1).

سر و صدا دارای یک طیف پیوسته از فرکانس ها (یا طول موج ها) در ناحیه صدای فرکانس پایین (جدول 1 و 2). یک طیف پیوسته به این معنی است که فرکانس ها می توانند هر مقداری از بازه داده شده داشته باشند.

موزیکال , یا تونال , صدا دارای طیف فرکانس خطی در ناحیه صدای فرکانس متوسط و تا حدی با فرکانس بالا. بقیه صدای فرکانس بالا توسط یک سوت اشغال می شود. طیف خط به این معنی است که فرکانس های موسیقی فقط مقادیر کاملاً مشخص (گسسته) از بازه مشخص شده دارند.

علاوه بر این، فاصله فرکانس های موسیقی به اکتاو تقسیم می شود. اکتاو فاصله فرکانسی محصور بین دو مقدار مرزی است که بالای آن دو برابر پایین تر است(جدول 3)

صدا امواجی الاستیک در یک محیط (اغلب هوا) است که نامرئی اما برای گوش انسان قابل درک است (موج بر روی آن تأثیر می گذارد. پرده گوشگوش). موج صوتی یک موج فشرده سازی طولی و نادر است.

اگر خلاء ایجاد کنیم، آیا می توانیم صداها را تشخیص دهیم؟ رابرت بویل در سال 1660 یک ساعت را در ظرف شیشه ای قرار داد. وقتی هوا را بیرون کشید، صدایی نشنید. تجربه این را ثابت می کند یک رسانه برای انتشار صدا مورد نیاز است.

صدا همچنین می تواند در محیط مایع و جامد منتشر شود. در زیر آب به وضوح می توان ضربات سنگ ها را شنید. ساعت را در یک انتهای تخته چوبی قرار دهید. با قرار دادن گوش خود در انتهای دیگر، می توانید صدای تیک تاک ساعت را به وضوح بشنوید.

موج صوتی از طریق چوب پخش می شود

منبع صدا لزوما یک جسم نوسانی است. برای مثال سیم گیتار در حالت عادی صدا نمی دهد، اما به محض اینکه آن را نوسان می کنیم، یک موج صوتی ایجاد می شود.

با این حال، تجربه نشان می دهد که هر جسم ارتعاشی منبع صدا نیست. مثلاً وزنه ای که روی نخ آویزان است صدایی تولید نمی کند. واقعیت این است که گوش انسان همه امواج را درک نمی کند، بلکه فقط امواجی را درک می کند که اجسامی را با فرکانس 16 هرتز تا 20000 هرتز در نوسان ایجاد می کنند. چنین امواجی نامیده می شود صدا. نوسانات با فرکانس کمتر از 16 هرتز نامیده می شود مادون صوت. نوسانات با فرکانس بیشتر از 20000 هرتز نامیده می شود سونوگرافی.

سرعت صدا

امواج صوتی فوراً منتشر نمی شوند، بلکه با سرعت محدود مشخصی (مشابه سرعت حرکت یکنواخت) منتشر می شوند.

به همین دلیل است که هنگام رعد و برق ابتدا رعد و برق یعنی نور را می بینیم (سرعت نور بسیار بیشتر از سرعت صوت است) و سپس صدا شنیده می شود.

سرعت صوت به محیط بستگی دارد: in مواد جامدو مایعات، سرعت صوت بسیار بیشتر از هوا است. اینها ثابت های اندازه گیری شده جدولی هستند. با افزایش دمای محیط، سرعت صوت افزایش می یابد و با کاهش آن کاهش می یابد.

صداها متفاوت است. برای مشخص کردن صدا، مقادیر ویژه ای معرفی شده است: بلندی، زیر و بم و صدای صدا.

بلندی صدا به دامنه نوسانات بستگی دارد: هر چه دامنه نوسانات بیشتر باشد، صدا بلندتر است. علاوه بر این، درک بلندی صدا توسط گوش ما به فرکانس ارتعاشات در موج صوتی بستگی دارد. امواج فرکانس بالاتر به عنوان بلندتر درک می شوند.

فرکانس موج صوتی، زیر و بم را تعیین می کند. هر چه فرکانس ارتعاش منبع صوت بیشتر باشد، صدای تولید شده توسط آن بیشتر است. صداهای انسان با توجه به زیر و بمی صداها به چندین محدوده تقسیم می شود.

صداها از منابع مختلفمجموعه ای از نوسانات هارمونیک است فرکانس های مختلف. جزء بزرگترین دوره (کمترین فرکانس) لحن بنیادی نامیده می شود. بقیه مولفه های صدا به صورت اورتون هستند. مجموعه این مولفه ها رنگ آمیزی، تن صدا را ایجاد می کند. کلیت لحن در صداها مردم مختلفحداقل کمی، اما متفاوت، این تن صدای یک صدای خاص را تعیین می کند.

اکو. پژواک در نتیجه بازتاب صدا از موانع مختلف - کوه ها، جنگل ها، دیوارها، ساختمان های بزرگ و غیره شکل می گیرد. پژواک تنها زمانی رخ می دهد که صدای منعکس شده جدا از صدای اصلی شنیده شود. اگر سطوح انعکاسی زیادی وجود داشته باشد و در فواصل مختلف از یک فرد قرار داشته باشند، بازتاب می شود امواج صوتیدر زمان های مختلف به آن برسد. در این صورت اکو چندتایی خواهد بود. برای شنیدن اکو، مانع باید در فاصله 11 متری فرد قرار داشته باشد.

انعکاس صدا.صدا از سطوح صاف منعکس می شود. بنابراین، هنگام استفاده از بوق، امواج صوتی در همه جهات پراکنده نمی شوند، بلکه یک پرتو باریک تشکیل می دهند که در نتیجه قدرت صدا افزایش می یابد و در فاصله بیشتری پخش می شود.

برخی از حیوانات (به عنوان مثال، یک خفاش، یک دلفین) ارتعاشات اولتراسونیک ساطع می کنند، سپس موج منعکس شده را از موانع درک می کنند. بنابراین آنها مکان و فاصله اشیاء اطراف را تعیین می کنند.

اکولوکیشن. این روشی برای تعیین مکان اجسام توسط سیگنال های اولتراسونیک منعکس شده از آنها است. به طور گسترده در ناوبری استفاده می شود. بر روی کشتی ها نصب شده است سونارها- دستگاه هایی برای تشخیص اجسام زیر آب و تعیین عمق و توپوگرافی کف. یک فرستنده و یک گیرنده صدا در پایین ظرف قرار داده شده است. امیتر سیگنال های کوتاهی می دهد. کامپیوتر با تجزیه و تحلیل زمان تاخیر و جهت سیگنال های برگشتی، موقعیت و اندازه جسمی را که صدا را منعکس می کند، تعیین می کند.

اولتراسوند برای تشخیص و تعیین آسیب های مختلف در قطعات ماشین (حفره ها، ترک ها و ...) استفاده می شود. دستگاه مورد استفاده برای این منظور نامیده می شود تشخیص عیب اولتراسونیک. جریانی از سیگنال‌های اولتراسونیک کوتاه به قسمت مورد مطالعه هدایت می‌شود که از ناهمگونی‌های داخل آن منعکس می‌شوند و با بازگشت به گیرنده می‌افتند. در مکان هایی که هیچ نقصی وجود ندارد، سیگنال ها بدون انعکاس قابل توجه از قطعه عبور می کنند و توسط گیرنده ضبط نمی شوند.

سونوگرافی به طور گسترده در پزشکی برای تشخیص و درمان بیماری های خاص استفاده می شود. برخلاف اشعه ایکس، امواج آن بر روی بافت ها اثر مضری ندارد. تشخیص معاینات سونوگرافی(سونوگرافی)اجازه بدون مداخله جراحیتشخیص تغییرات پاتولوژیکاندام ها و بافت ها یک دستگاه مخصوص امواج اولتراسونیک را با فرکانس 0.5 تا 15 مگاهرتز ارسال می کند بخش معینبدن، آنها از اندام مورد مطالعه منعکس می شوند و کامپیوتر تصویر خود را روی صفحه نمایش می دهد.

مادون صوت با جذب کم در رسانه های مختلف مشخص می شود، در نتیجه امواج فروصوت در هوا، آب و پوسته زمین می توانند در فواصل بسیار طولانی منتشر شوند. این پدیده کاربرد عملی پیدا می کند تعیین مکان هاانفجارهای قوی یا موقعیت سلاح شلیک. انتشار امواج فروصوت در فواصل طولانی در دریا این امکان را فراهم می کند پیش بینی ها بلای طبیعی - سونامی چتر دریایی، سخت پوستان و غیره قادر به درک زیرصوت ها هستند و مدت ها قبل از شروع طوفان نزدیک شدن آن را احساس می کنند.

منابع صدا ارتعاشات صدا

انسان در دنیای صداها زندگی می کند. صدا برای یک فرد منبع اطلاعات است. او به مردم از خطر هشدار می دهد. صدا در قالب موسیقی، آواز پرندگان به ما لذت می دهد. ما از شنیدن فردی با صدای دلنشین خوشحالیم. صداها نه تنها برای انسان ها، بلکه برای حیوانات نیز مهم هستند، که ضبط صدای خوب به بقای آنها کمک می کند.

صداامواج الاستیک مکانیکی هستند که در گازها، مایعات، جامدات منتشر می شوند، که نامرئی هستند، اما توسط گوش انسان درک می شوند (موج بر پرده گوش تأثیر می گذارد). موج صوتی یک موج فشرده سازی طولی و نادر است.

علت صدا- ارتعاش (نوسانات) اجسام، اگرچه این ارتعاشات اغلب برای چشم ما نامرئی هستند.

چنگال- آی تی صفحه فلزی U شکلکه انتهای آن پس از برخورد می تواند نوسان کند. منتشر شده چنگال تنظیمصدا بسیار ضعیف است و فقط در فاصله کمی شنیده می شود. طنین انداز- یک جعبه چوبی که می توان یک چنگال تنظیم را روی آن ثابت کرد، برای تقویت صدا عمل می کند. در این مورد، انتشار صدا نه تنها از چنگال تنظیم، بلکه از سطح تشدید کننده نیز رخ می دهد. با این حال، مدت زمان صدای چنگال تنظیم در تشدید کننده کمتر از بدون آن خواهد بود.

منبع صدا لزوما یک جسم نوسانی است. مثلاً سیم روی گیتار در حالت عادی صدا نمی دهد، اما به محض اینکه آن را نوسان می کنیم، یک موج صوتی ایجاد می شود.

با این حال، تجربه نشان می دهد که هر جسم ارتعاشی منبع صدا نیست. مثلاً وزنه ای که روی نخ آویزان است صدایی تولید نمی کند. منابع صدا- اجسام فیزیکی که در نوسان هستند، یعنی. لرزش یا ارتعاش با فرکانس 16 تا 20000 بار در ثانیه.چنین امواجی نامیده می شود صدا.جسم ارتعاشی می تواند جامد، مانند سیم یا پوسته زمین، گازی، مانند جت هوا در آلات موسیقی بادی، یا مایع، مانند امواج روی آب باشد.

نوسانات با فرکانس کمتر از 16 هرتز نامیده می شود مادون صوت. نوسانات با فرکانس بیشتر از 20000 هرتز نامیده می شود سونوگرافی.

موج صوتی(ارتعاشات صوتی) ارتعاشات مکانیکی مولکول های یک ماده (مثلاً هوا) است که در فضا منتقل می شود. بیایید تصور کنیم که امواج صوتی چگونه در فضا منتشر می شوند. در نتیجه برخی اختلالات (مثلاً در اثر ارتعاشات مخروط بلندگو یا سیم گیتار) که باعث حرکت و ارتعاش هوا در نقطه خاصی از فضا می شود، افت فشار در این مکان رخ می دهد، زیرا هوا در حین حرکت فشرده می شود و در نتیجه فشار بیش از حد لایه های اطراف هوا را فشار می دهد. این لایه ها فشرده می شوند که به نوبه خود دوباره فشار اضافی ایجاد می کند و بر لایه های مجاور هوا تأثیر می گذارد. بنابراین، گویی در طول یک زنجیره، آشفتگی اولیه در فضا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل می شود. این فرآیند مکانیسم انتشار امواج صوتی در فضا را توصیف می کند. جسمی که در هوا اختلال ایجاد کند (ارتعاش) نامیده می شود منبع صدا

مفهومی آشنا برای همه ما صدا"به معنای تنها مجموعه ای از ارتعاشات صوتی است که توسط سمعک انسانی درک می شود. در مورد اینکه کدام ارتعاشات را شخص درک می کند و کدام را نه، بعداً صحبت خواهیم کرد.

ویژگی های صدا

ارتعاشات صدا، و همچنین تمام ارتعاشات به طور کلی، همانطور که از فیزیک مشخص است، با دامنه (شدت)، فرکانس و فاز مشخص می شوند.

یک موج صوتی می تواند مسافت های مختلفی را طی کند. صدای شلیک توپ در 10-15 کیلومتری، ناله اسب ها و پارس سگ ها - در 2-3 کیلومتری شنیده می شود و زمزمه فقط چند متر دورتر است. این صداها از طریق هوا منتقل می شوند. اما نه تنها هوا می تواند رسانای صدا باشد.

با قرار دادن گوش خود روی ریل، می توانید صدای نزدیک شدن قطار را خیلی زودتر و در فاصله ای دورتر بشنوید. این بدان معنی است که فلز صدا را سریعتر و بهتر از هوا هدایت می کند. آب همچنین صدا را به خوبی هدایت می کند. پس از شیرجه زدن در آب، به وضوح می توانید بشنوید که چگونه سنگ ها به یکدیگر برخورد می کنند، چگونه سنگریزه ها در طول موج سواری خش خش می کنند.

خاصیت آب - انتقال صدا به خوبی - به طور گسترده ای برای شناسایی در دریا در طول جنگ و همچنین برای اندازه گیری اعماق دریا استفاده می شود.

شرط لازم برای انتشار امواج صوتی وجود یک محیط مادی است. در خلاء، امواج صوتی منتشر نمی شوند، زیرا هیچ ذره ای وجود ندارد که تعامل را از منبع ارتعاشات منتقل کند.

بنابراین در ماه به دلیل نبود جو، سکوت کامل حاکم است. حتی سقوط یک شهاب سنگ روی سطح آن برای ناظر قابل شنیدن نیست.

با توجه به امواج صوتی، ذکر ویژگی هایی مانند سرعت انتشار بسیار مهم است.

صدا در هر رسانه با سرعت های متفاوتی حرکت می کند.

سرعت صوت در هوا تقریباً 340 متر بر ثانیه است.

سرعت صوت در آب 1500 متر بر ثانیه است.

سرعت صوت در فلزات، در فولاد 5000 متر بر ثانیه است.

در هوای گرم سرعت صوت بیشتر از هوای سرد است که منجر به تغییر جهت انتشار صوت می شود.

زیر و بم، لحن و حجم

صداها متفاوت است. برای مشخص کردن صدا، مقادیر ویژه ای معرفی شده است: بلندی، زیر و بم و صدای صدا.

واحد حجم صدا 1 بل (به افتخار الکساندر گراهام بل، مخترع تلفن) است. بلندی یک صدا اگر قدرت آن 10 برابر آستانه شنوایی باشد 1 B است.

در عمل، بلندی صدا با دسی بل (dB) اندازه گیری می شود.

1 دسی بل = 0.1 بایت. 10 دسی بل - زمزمه؛ 20-30 دسی بل - استاندارد نویز در اماکن مسکونی.

50 دسی بل - مکالمه با حجم متوسط؛

70 دسی بل - نویز ماشین تحریر؛

80 دسی بل - صدای موتور کامیون در حال کار؛

120 دسی بل - صدای تراکتور کار در فاصله 1 متر

130 دسی بل - آستانه درد.

صدای بالای 180 دسی بل حتی می تواند باعث پارگی پرده گوش شود.

فرکانس صدا موج زاویه گام را تعیین می کند. هر چه فرکانس ارتعاش منبع صوت بیشتر باشد، صدای تولید شده توسط آن بیشتر است. صداهای انسان با توجه به زیر و بمی صداها به چندین محدوده تقسیم می شود.

صداهای متفاوت منابع x مجموعه ای از نوسانات هارمونیک فرکانس های مختلف است. بیشتر جزءآخرین دوره (کمترین فرکانس) لحن بنیادی نامیده می شود. بقیه مولفه های صدا به صورت اورتون هستند. مجموعه ای از این اجزا یک رنگ را ایجاد می کندku، تن صدا. کلیت لحن در صدای افراد مختلف حداقل کمی است، اما متفاوت است،این لحن را مشخص می کندصدا.

طبق افسانه، فیثاگو p همه صداهای موزیکال را در یک ردیف مرتب کرد، شکستاین سری به قطعات - اکتاو، - و

اکتاو - به 12 قسمت (7 قسمت اصلیجدید و 5 نیم صدا). در مجموع 10 اکتاو وجود دارد که معمولاً 7-8 اکتاو هنگام اجرای آثار موسیقی استفاده می شود. صداهای با فرکانس بیش از 3000 هرتز به عنوان آهنگ های موسیقی استفاده نمی شوند، آنها بسیار خشن و نافذ هستند.

محتوای مقاله

صدا و آکوستیک.صدا ارتعاش است، یعنی اغتشاش مکانیکی دوره ای در محیط های الاستیک - گازی، مایع و جامد. چنین خشم، که برخی از تغییر فیزیکیدر یک محیط (به عنوان مثال، تغییر در چگالی یا فشار، جابجایی ذرات)، در آن به شکل موج صوتی منتشر می شود. رشته ای از فیزیک که به منشاء، انتشار، دریافت و پردازش امواج صوتی می پردازد، آکوستیک نامیده می شود. اگر فرکانس آن فراتر از حساسیت گوش انسان باشد، یا اگر در محیطی مانند جامد که نمی تواند تماس مستقیم با گوش داشته باشد، منتشر شود، یا اگر انرژی آن به سرعت در محیط پخش شود، ممکن است صدایی غیر قابل شنیدن باشد. بنابراین، فرآیند معمول ادراک صدا برای ما تنها یک طرف آکوستیک است.

امواج صوتی

یک لوله بلند پر از هوا را در نظر بگیرید. از انتهای سمت چپ، پیستونی که محکم به دیواره ها متصل شده است در آن قرار می گیرد (شکل 1). اگر پیستون به شدت به سمت راست حرکت کند و متوقف شود، هوا در مجاورت آن برای لحظه ای فشرده می شود (شکل 1، آ). سپس هوای فشرده منبسط می‌شود و هوای مجاور آن را در سمت راست فشار می‌دهد و ناحیه فشرده‌سازی که در ابتدا در نزدیکی پیستون ظاهر شد، با سرعت ثابت از طریق لوله حرکت می‌کند (شکل 1، ب). این موج تراکمی، موج صوتی در گاز است.

موج صوتی در گاز با فشار اضافی، چگالی بیش از حد، جابجایی ذرات و سرعت آنها مشخص می شود. برای امواج صوتی، این انحرافات از مقادیر تعادلی همیشه کوچک هستند. بنابراین، فشار اضافی مرتبط با موج بسیار کمتر از فشار ساکن گاز است. در غیر این صورت، ما با پدیده دیگری روبرو هستیم - یک موج شوک. در موج صوتی مربوط به گفتار معمولی، فشار اضافی تنها حدود یک میلیونیم است فشار جو.

مهم است که این ماده توسط موج صوتی منتقل نشود. موج تنها یک اختلال موقتی است که از هوا عبور می کند و پس از آن هوا به حالت تعادل باز می گردد.

حرکت موج البته منحصر به صدا نیست: نور و سیگنال های رادیویی به شکل امواج حرکت می کنند و همه با امواج روی سطح آب آشنا هستند. همه انواع امواج از نظر ریاضی با معادله موج توصیف می شوند.

امواج هارمونیک

موج در لوله در شکل. 1 پالس صدا نامیده می شود. یک نوع موج بسیار مهم زمانی ایجاد می شود که پیستون مانند وزنه ای معلق از فنر به جلو و عقب ارتعاش کند. این گونه نوسانات هارمونیک ساده یا سینوسی نامیده می شود و موج برانگیخته شده در این حالت هارمونیک نامیده می شود.

با نوسانات هارمونیک ساده، حرکت به صورت دوره ای تکرار می شود. فاصله زمانی بین دو حالت حرکتی یکسان را دوره نوسان و تعداد دوره های کامل در ثانیه را فرکانس نوسان می نامند. بیایید دوره را با علامت گذاری کنیم تیو فرکانس از طریق f; سپس می توان آن را نوشت f= 1/تی.به عنوان مثال، اگر فرکانس 50 دوره در ثانیه (50 هرتز) باشد، این دوره 1/50 ثانیه است.

نوسانات هارمونیک ساده ریاضی با یک تابع ساده توصیف می شوند. جابجایی پیستون با نوسانات هارمونیک ساده برای هر لحظه از زمان تیرا می توان در قالب نوشت

اینجا د-جابجایی پیستون از وضعیت تعادل و Dیک ضریب ثابت است که برابر است با حداکثر مقدارمقادیر دو دامنه جابجایی نامیده می شود.

فرض کنید پیستون طبق فرمول نوسانات هارمونیک نوسان می کند. سپس، هنگامی که به سمت راست حرکت می کند، مانند قبل فشرده سازی رخ می دهد و هنگام حرکت به سمت چپ، فشار و چگالی نسبت به مقادیر تعادلی خود کاهش می یابد. فشرده سازی وجود ندارد، بلکه کمیاب شدن گاز وجود دارد. در این مورد، سمت راست، همانطور که در شکل نشان داده شده است، منتشر می شود. 2، موجی از فشرده سازی متناوب و نادر. در هر لحظه از زمان، منحنی توزیع فشار در طول لوله به شکل سینوسی خواهد بود و این سینوسی با سرعت صوت به سمت راست حرکت می کند. v. فاصله در طول لوله بین فازهای موج یکسان (مثلاً بین ماکسیماهای مجاور) طول موج نامیده می شود. معمولاً با حرف یونانی نشان داده می شود ل(لامبدا). طول موج لمسافت طی شده توسط موج در زمان است تی. از همین رو ل = تلویزیون، یا v = lf.

امواج طولی و عرضی.

اگر ذرات موازی با جهت انتشار موج نوسان کنند، موج طولی نامیده می شود. اگر عمود بر جهت انتشار نوسان داشته باشند، موج عرضی نامیده می شود. امواج صوتی در گازها و مایعات طولی هستند. در جامدات، امواج از هر دو نوع وجود دارد. موج عرضی در یک جامد به دلیل صلبیت آن (مقاومت در برابر تغییر شکل) امکان پذیر است.

مهمترین تفاوت بین این دو نوع موج این است که یک موج برشی دارای خاصیت است قطبی شدن(نوسانات در یک صفحه خاص رخ می دهد)، اما طولی اینطور نیست. در برخی از پدیده ها، مانند بازتاب و انتقال صوت از طریق بلورها، بسیار به جهت جابجایی ذرات بستگی دارد، همانطور که در مورد امواج نور.

سرعت امواج صوتی.

سرعت صوت مشخصه محیطی است که موج در آن منتشر می شود. این توسط دو عامل تعیین می شود: کشش و چگالی مواد. خواص کشسانی جامدات به نوع تغییر شکل بستگی دارد. بنابراین، خواص کشسانی یک میله فلزی در هنگام پیچش، فشرده سازی و خمش یکسان نیست. و نوسانات موج مربوطه با سرعت های مختلف منتشر می شود.

محیط الاستیک محیطی است که در آن تغییر شکل، اعم از پیچش، فشار یا خمش، متناسب با نیرویی است که باعث تغییر شکل می شود. چنین موادی مشمول قانون هوک هستند:

ولتاژ = سیґ تغییر شکل نسبی،

جایی که بابسته به نوع ماده و نوع تغییر شکل، مدول الاستیسیته است.

سرعت صدا vبرای یک نوع معین از تغییر شکل الاستیک با عبارت داده می شود

جایی که rچگالی ماده (جرم در واحد حجم) است.

سرعت صوت در یک میله جامد.

یک میله بلند را می توان با نیرویی که به انتهای آن وارد می شود کشیده یا فشرده کرد. بگذارید طول میله باشد Lنیروی کششی اعمال شده اف، و افزایش طول D است L. ارزش L/Lتغییر شکل نسبی را می نامیم و نیروی بر واحد سطح مقطع میله را تنش می نامیم. بنابراین ولتاژ است اف/آ، جایی که و -ناحیه مقطعی میله همانطور که در مورد چنین میله ای اعمال می شود، قانون هوک شکلی دارد

جایی که Yمدول یانگ است، یعنی. مدول الاستیسیته میله برای کشش یا فشار، که مشخصه مواد میله است. مدول یانگ برای مواد با کشش آسان مانند لاستیک کم و برای مواد سفت و سخت مانند فولاد بالا است.

اگر اکنون موج فشاری را با ضربه چکش به انتهای میله در آن تحریک کنیم، آنگاه با سرعتی منتشر می شود، جایی که r، مانند قبل، چگالی ماده ای است که میله از آن ساخته شده است. مقادیر سرعت موج برای برخی از مواد معمولی در جدول آورده شده است. یکی

جدول 1. سرعت صوت برای انواع مختلف امواج در مواد جامد
مواد	امواج طولی در نمونه های جامد توسعه یافته (m/s)	امواج برشی و پیچشی (m/s)	امواج فشرده سازی در میله ها (m/s)
آلومینیوم
برنج
رهبری
اهن
نقره اي
فولاد ضد زنگ
چخماقی
شیشه تاج
پلکسی گلاس
پلی اتیلن
پلی استایرن

موج در نظر گرفته شده در میله یک موج فشاری است. اما نمی توان آن را کاملاً طولی در نظر گرفت، زیرا حرکت سطح جانبی میله با فشرده سازی همراه است (شکل 3، آ).

دو نوع دیگر از امواج نیز در میله امکان پذیر است - یک موج خمشی (شکل 3، بو یک موج پیچشی (شکل 3، که در). تغییر شکل های خمشی مربوط به موجی است که نه صرفاً طولی است و نه صرفاً عرضی. تغییر شکل های پیچشی، به عنوان مثال. چرخش حول محور میله، یک موج کاملا عرضی ایجاد می کند.

سرعت موج خمشی در یک میله به طول موج بستگی دارد. به چنین موجی "پراکنده" می گویند.

امواج پیچشی در میله کاملاً عرضی و غیر پراکنده هستند. سرعت آنها با فرمول داده شده است

جایی که مترمدول برشی است که خواص کشسانی مواد را نسبت به برش مشخص می کند. برخی از سرعت های معمولی موج برشی در جدول 1 آورده شده است. یکی

سرعت در محیط جامد توسعه یافته

در محیط جامد با حجم زیاد، جایی که می توان از تأثیر مرزها چشم پوشی کرد، دو نوع موج الاستیک امکان پذیر است: طولی و عرضی.

تغییر شکل در یک موج طولی یک تغییر شکل صفحه است، یعنی. فشرده سازی یک بعدی (یا کمیاب) در جهت انتشار موج. تغییر شکل مربوط به یک موج عرضی یک جابجایی برشی عمود بر جهت انتشار موج است.

سرعت امواج طولی در مواد جامد با بیان داده می شود

جایی که ج-ل-مدول الاستیسیته برای تغییر شکل صفحه ساده مربوط به مدول توده ای است AT(که در زیر تعریف شده است) و مدول برشی m ماده به عنوان سی ال = ب + 4/3مترروی میز. 1 مقادیر سرعت امواج طولی را برای مواد جامد مختلف نشان می دهد.

سرعت امواج برشی در محیط جامد گسترده با سرعت امواج پیچشی در میله ای از همان ماده برابر است. بنابراین، با عبارت داده می شود. مقادیر آن برای مواد جامد معمولی در جدول آورده شده است. یکی

سرعت در گازها

در گازها فقط یک نوع تغییر شکل ممکن است: فشرده سازی - کمیاب شدن. مدول الاستیسیته مربوطه ATمدول حجیم نامیده می شود. با نسبت تعیین می شود

-دی پ = ب(D V/V).

اینجا D پ- تغییر فشار، D V/Vتغییر نسبی حجم است. علامت منفی نشان می دهد که با افزایش فشار، حجم کاهش می یابد.

مقدار ATبستگی به این دارد که آیا دمای گاز در طول فشرده سازی تغییر می کند یا خیر. در مورد موج صوتی می توان نشان داد که فشار خیلی سریع تغییر می کند و گرمای آزاد شده در حین فشرده سازی زمان خروج از سیستم را ندارد. بنابراین تغییر فشار در موج صوتی بدون تبادل حرارت با ذرات اطراف اتفاق می افتد. چنین تغییری آدیاباتیک نامیده می شود. ثابت شده است که سرعت صوت در گاز فقط به دما بستگی دارد. در یک دمای معین، سرعت صوت تقریباً برای همه گازها یکسان است. در دمای 21.1 درجه سانتی گراد سرعت صوت در هوای خشک 344.4 متر بر ثانیه است و با افزایش دما افزایش می یابد.

سرعت در مایعات

امواج صوتی در مایعات، مانند گازها، امواج فشرده - نادر هستند. سرعت با همان فرمول داده می شود. با این حال، یک مایع بسیار کمتر از گاز تراکم پذیر است و بنابراین مقدار آن AT، بیشتر و تراکم r. سرعت صوت در مایعات به سرعت در جامدات نزدیکتر از گازها است. نسبت به گازها بسیار کوچکتر است و به دما بستگی دارد. به عنوان مثال، سرعت در آب شیرینبرابر با 1460 متر بر ثانیه در 15.6 درجه سانتیگراد است. در آب دریا با شوری معمولی 1504 متر بر ثانیه در همان دما است. سرعت صوت با افزایش دمای آب و غلظت نمک افزایش می یابد.

امواج ایستاده

هنگامی که یک موج هارمونیک در یک فضای محدود برانگیخته می شود به طوری که از مرزها خارج می شود، به اصطلاح امواج ایستاده رخ می دهد. موج ایستاده نتیجه برهم نهی دو موج است که یکی در یک خط مستقیم و دیگری در یک خط مستقیم حرکت می کنند. جهت عکس. الگویی از نوسانات وجود دارد که در فضا حرکت نمی کند، با پادگره ها و گره های متناوب. در پادگره ها، انحراف ذرات در حال نوسان از موقعیت های تعادلی آنها حداکثر و در گره ها برابر با صفر است.

امواج ایستاده در یک رشته.

در یک رشته کشیده، امواج عرضی بوجود می آیند و رشته نسبت به موقعیت اصلی و مستطیل خود جابجا می شود. هنگام عکاسی از امواج در یک رشته، گره ها و پادگره های تون و تون های اصلی به وضوح قابل مشاهده هستند.

تصویر امواج ایستاده تجزیه و تحلیل حرکات نوسانی یک رشته با طول معین را بسیار تسهیل می کند. بگذارید یک رشته طولی وجود داشته باشد Lدر انتها متصل شده است. هر نوع ارتعاش چنین رشته ای را می توان به صورت ترکیبی از امواج ایستاده نشان داد. از آنجایی که انتهای رشته ثابت است، تنها چنین امواج ایستاده ای امکان پذیر است که گره هایی در نقاط مرزی داشته باشند. کمترین فرکانس ارتعاش یک رشته مربوط به حداکثر طول موج ممکن است. از آنجایی که فاصله بین گره ها است ل/2، فرکانس زمانی حداقل است که طول رشته برابر با نصف طول موج باشد، یعنی. در ل= 2L. این به اصطلاح حالت اساسی ارتعاش ریسمان است. فرکانس متناظر آن، که فرکانس بنیادی یا تن بنیادی نامیده می شود، توسط داده می شود f = v/2L، جایی که vسرعت انتشار موج در طول رشته است.

یک توالی کامل از نوسانات فرکانس بالاتر وجود دارد که مربوط به امواج ایستاده با گره های بیشتر است. فرکانس بالاتر بعدی که به آن هارمونیک دوم یا تون اول گفته می شود، توسط

f = v/L.

دنباله هارمونیک ها با فرمول بیان می شود f = nv/2L، جایی که n= 1, 2, 3, و غیره. این به اصطلاح است. فرکانس های ویژه ارتعاشات رشته آنها به نسبت اعداد طبیعی افزایش می یابند: هارمونیک های بالاتر در 2، 3، 4 ... و غیره. برابر فرکانس اصلی به چنین مجموعه ای از صداها مقیاس طبیعی یا هارمونیک می گویند.

همه اینها در آکوستیک موسیقی از اهمیت بالایی برخوردار است که در ادامه با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت. در حال حاضر، ما توجه می کنیم که صدای تولید شده توسط یک سیم شامل تمام فرکانس های طبیعی است. سهم نسبی هر یک از آنها بستگی به نقطه ای دارد که در آن ارتعاشات رشته برانگیخته می شود. به عنوان مثال، اگر یک رشته از وسط کنده شود، فرکانس اصلی بیشتر برانگیخته می شود، زیرا این نقطه با آنتی گره مطابقت دارد. هارمونیک دوم وجود ندارد، زیرا گره آن در مرکز قرار دارد. همین را می توان در مورد سایر هارمونیک ها نیز گفت ( زیر را ببینیدآکوستیک موسیقی).

سرعت امواج در رشته است

جایی که تی -کشش رشته، و rL -جرم در واحد طول رشته بنابراین، طیف فرکانس طبیعی رشته با استفاده از

بنابراین، افزایش کشش رشته منجر به افزایش فرکانس ارتعاش می شود. برای کاهش فرکانس نوسانات در یک معین تیشما می توانید، یک رشته سنگین تر (بزرگ rL) یا افزایش طول آن.

امواج ایستاده در لوله های اندام.

تئوری بیان شده در رابطه با یک ریسمان را می توان برای ارتعاشات هوا در یک لوله از نوع ارگان نیز اعمال کرد. یک لوله ارگان را می توان به طور ساده به عنوان یک لوله مستقیم که در آن امواج ایستاده برانگیخته می شود نگریست. لوله می تواند هر دو انتهای بسته و باز داشته باشد. یک پادگره موج ایستاده در انتهای باز و یک گره در انتهای بسته رخ می دهد. بنابراین، لوله ای با دو سر باز دارای فرکانس اساسی است که در آن نیمی از طول موج در طول لوله قرار می گیرد. از طرف دیگر، لوله ای که یک سر آن باز و سر دیگر آن بسته است، دارای فرکانس اساسی است که در آن یک چهارم طول موج در طول لوله قرار می گیرد. بنابراین، فرکانس اساسی برای یک لوله باز در هر دو انتها است f =v/2Lو برای یک لوله باز در یک انتها، f = v/4L(جایی که Lطول لوله است). در حالت اول، نتیجه همان است که برای رشته وجود دارد: اهنگ ها دوتایی، سه گانه و غیره هستند. مقدار فرکانس بنیادی با این حال، برای یک لوله باز در یک انتها، بیش از فرکانس اصلی 3، 5، 7 و غیره خواهد بود. یک بار.

روی انجیر شکل های 4 و 5 به صورت شماتیک امواج ایستاده فرکانس اساسی و تون اول را برای لوله های دو نوع در نظر گرفته شده نشان می دهد. به دلایل راحتی، افست ها در اینجا به صورت عرضی نشان داده شده اند، اما در واقع آنها طولی هستند.

نوسانات رزونانسی

امواج ایستاده ارتباط تنگاتنگی با پدیده رزونانس دارند. فرکانس‌های طبیعی که در بالا مورد بحث قرار گرفت، فرکانس‌های تشدید یک رشته یا لوله ارگان هستند. فرض کنید که یک بلندگو در نزدیکی انتهای باز لوله ارگان قرار داده شده است که سیگنالی با یک فرکانس خاص منتشر می کند که می تواند به دلخواه تغییر کند. سپس، اگر فرکانس سیگنال بلندگو با فرکانس اصلی لوله یا با یکی از تون های آن مطابقت داشته باشد، صدای لوله بسیار بلند خواهد بود. این به این دلیل است که بلندگو ارتعاشات ستون هوا را با دامنه قابل توجهی تحریک می کند. گفته می شود که شیپور در این شرایط طنین انداز می شود.

تحلیل فوریه و طیف فرکانس صدا.

در عمل، امواج صوتی با یک فرکانس نادر هستند. اما امواج صوتی پیچیده را می توان به هارمونیک تجزیه کرد. این روش به نام ریاضیدان فرانسوی J. Fourier (1768-1830) که اولین کسی بود که آن را (در نظریه گرما) به کار برد، آنالیز فوریه نامیده می شود.

نمودار انرژی نسبی ارتعاشات صوت در مقابل فرکانس، طیف فرکانسی صدا نامیده می شود. دو نوع اصلی از این طیف وجود دارد: گسسته و پیوسته. طیف گسسته شامل خطوط مجزا برای فرکانس هایی است که با فضاهای خالی از هم جدا شده اند. تمام فرکانس ها در طیف پیوسته در باند آن وجود دارند.

ارتعاشات صوتی دوره ای

ارتعاشات صدا در صورتی دوره ای هستند که فرآیند نوسانی، مهم نیست که چقدر پیچیده باشد، پس از یک بازه زمانی معین تکرار شود. طیف آن همیشه گسسته است و از هارمونیک های فرکانس مشخصی تشکیل شده است. از این رو اصطلاح "تحلیل هارمونیک" به وجود آمده است. یک مثال نوسانات مستطیلی است (شکل 6، آ) با تغییر دامنه از +Aقبل از - وو دوره T= 1/f. مثال ساده دیگر نوسان دندانه اره مثلثی است که در شکل 1 نشان داده شده است. 6، ب. نمونه ای از نوسانات دوره ای به پایان رسیده است شکل پیچیدهبا اجزای هارمونیک مربوطه در شکل نشان داده شده است. 7.

صداهای موسیقی ارتعاشات دوره ای هستند و در نتیجه حاوی هارمونیک ها هستند. قبلاً دیده‌ایم که در یک رشته، همراه با نوسانات فرکانس اصلی، هارمونیک‌های دیگر نیز به یک درجه برانگیخته می‌شوند. سهم نسبی هر تون به نحوه برانگیختگی رشته بستگی دارد. مجموعه ای از رنگ ها تا حد زیادی توسط تن صداصدای موسیقی این مسائل در زیر در بخش آکوستیک موسیقی با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار گرفته است.

طیف یک پالس صوتی.

انواع معمول صدا، صدای کوتاه مدت است: دست زدن، ضربه زدن به در، صدای افتادن جسم روی زمین، فاخته فاخته. چنین صداهایی نه دوره ای هستند و نه موسیقایی. اما آنها همچنین می توانند به یک طیف فرکانسی تجزیه شوند. در این مورد، طیف پیوسته خواهد بود: برای توصیف صدا، تمام فرکانس ها در یک باند خاص مورد نیاز است که می تواند بسیار گسترده باشد. دانستن چنین طیف فرکانسی برای بازتولید چنین صداهایی بدون اعوجاج ضروری است، زیرا سیستم الکترونیکی مربوطه باید تمام این فرکانس ها را به همان اندازه به خوبی "عبور" کند.

ویژگی های اصلی یک پالس صدا را می توان با در نظر گرفتن یک پالس ساده روشن کرد. فرض کنید صدا نوسانی در مدت زمان D است تی، که در آن تغییر فشار مطابق شکل نشان داده شده است. هشت، آ. یک طیف فرکانس تقریبی برای این مورد در شکل نشان داده شده است. هشت، ب. فرکانس مرکزی مربوط به ارتعاشاتی است که اگر همان سیگنال به طور نامحدود گسترش یابد، خواهیم داشت.

طول طیف فرکانس را پهنای باند D می نامند f(شکل 8، ب). پهنای باند محدوده تقریبی فرکانس های مورد نیاز برای بازتولید پالس اصلی بدون اعوجاج بیش از حد است. یک رابطه بنیادی بسیار ساده بین D وجود دارد fو D تی، برای مثال

D f D تی"یک.

این رابطه برای تمام پالس های صوتی معتبر است. معنی آن این است که هرچه پالس کوتاه تر باشد، فرکانس های بیشتری در آن وجود دارد. فرض کنید از یک سونار برای تشخیص یک زیردریایی استفاده می شود که اولتراسوند را به شکل یک پالس با مدت زمان 0.0005 ثانیه و فرکانس سیگنال 30 کیلوهرتز منتشر می کند. پهنای باند 1/0.0005 = 2 کیلوهرتز است و فرکانس های موجود در طیف پالس مکان یاب در محدوده 29 تا 31 کیلوهرتز قرار دارند.

سر و صدا.

نویز به هر صدایی اطلاق می شود که توسط منابع متعدد و ناهماهنگ تولید می شود. به عنوان مثال صدای تکان خوردن برگ درختان توسط باد. صدای موتور جت به دلیل تلاطم جریان اگزوز با سرعت بالا است. نویز به عنوان صدای آزاردهنده در هنر مورد توجه قرار گرفته است. آلودگی صوتی محیط.

شدت صدا.

میزان صدا ممکن است متفاوت باشد. به راحتی می توان فهمید که این به دلیل انرژی حمل شده توسط موج صوتی است. برای مقایسه کمی بلندی صدا لازم است مفهوم شدت صدا معرفی شود. شدت موج صوتی به عنوان میانگین شار انرژی از طریق واحد سطح جبهه موج در واحد زمان تعریف می شود. به عبارت دیگر، اگر یک ناحیه (مثلاً 1 سانتی متر مربع) را که کاملاً صدا را جذب می کند، برداریم و آن را عمود بر جهت انتشار موج قرار دهیم، شدت صوت برابر با انرژی صوتی جذب شده در یک ثانیه است. . شدت معمولاً بر حسب W/cm2 (یا W/m2) بیان می شود.

ما مقدار این مقدار را برای برخی صداهای آشنا می دهیم. دامنه فشار بیش از حدکه در طول یک مکالمه معمولی رخ می دهد تقریباً یک میلیونیم فشار اتمسفر است که مربوط به شدت آکوستیک صدایی در حد 9-10 وات بر سانتی متر مربع است. توان کلی صدای منتشر شده در طول یک مکالمه معمولی فقط 0.00001 وات است. توانایی گوش انسان در درک چنین انرژی های کوچکی گواه حساسیت شگفت انگیز آن است.

دامنه شدت صدا که توسط گوش ما درک می شود بسیار گسترده است. شدت بلندترین صدایی که گوش می تواند تحمل کند حدود 1014 برابر حداقلی است که می تواند بشنود. قدرت کامل منابع صوتی به همان اندازه محدوده وسیعی را پوشش می دهد. بنابراین، توان ساطع شده در طول یک زمزمه بسیار آرام می تواند در حد 10 تا 9 وات باشد، در حالی که توان ساطع شده توسط موتور جت به 10 تا 5 وات می رسد. باز هم، شدت ها با ضریب 10 14 متفاوت است.

دسی بل.

از آنجایی که صداها از نظر شدت بسیار متفاوت هستند، بهتر است آن را به عنوان یک مقدار لگاریتمی در نظر بگیرید و آن را در دسی بل اندازه گیری کنید. مقدار لگاریتمی شدت، لگاریتم نسبت مقدار در نظر گرفته شده کمیت به مقدار آن است که به عنوان اصلی در نظر گرفته می شود. سطح شدت جیبا توجه به شدت انتخاب شده مشروط جی 0 است

سطح شدت صدا = 10 لیتر ( جی/جی 0) دسی بل

بنابراین، صدایی که 20 دسی بل شدیدتر از صدای دیگر است، 100 برابر شدیدتر است.

در عمل اندازه گیری های صوتی، مرسوم است که شدت صوت را بر حسب دامنه فشار بیش از حد متناظر بیان می کنند. پلی اتیلن. وقتی فشار در دسی بل نسبت به برخی از فشارهای انتخابی مرسوم اندازه گیری می شود آر 0، به اصطلاح سطح فشار صدا را دریافت کنید. از آنجایی که شدت صدا متناسب با بزرگی است پلی اتیلن 2 و lg( پلی اتیلن 2) = 2 لیتر پلی اتیلنسطح فشار صوت به صورت زیر تعیین می شود:

سطح فشار صدا = 20 لیتر ( پلی اتیلن/پ 0) دسی بل

فشار اسمی آر 0 = 2×10-5 Pa مربوط به آستانه شنوایی استاندارد برای صدای با فرکانس 1 کیلوهرتز است. روی میز. 2 سطوح فشار صدا را برای برخی از منابع صوتی رایج نشان می دهد. این مقادیر یکپارچه هستند که با میانگین گیری در کل محدوده فرکانس قابل شنیدن به دست می آیند.

جدول 2. سطح فشار صدا معمولی
منبع صدا	سطح فشار صدا، دسی بل (نسبت به 2H 10-5 Pa)
مغازه مهر زنی
موتورخانه روی کشتی
مغازه ریسندگی و بافندگی
در واگن مترو
در ماشین هنگام رانندگی در ترافیک
دفتر تحریر
حسابداری
دفتر
محله های زندگی
منطقه مسکونی در شب
استودیو پخش

جلد.

سطح فشار صوت به سادگی مربوط نمی شود ادراک روانشناختیجلد. اولی از این عوامل عینی و دومی ذهنی است. آزمایشات نشان می دهد که درک بلندی صدا نه تنها به شدت صدا، بلکه به فرکانس و شرایط آزمایشی آن نیز بستگی دارد.

حجم صداهایی که با شرایط مقایسه گره نخورده اند قابل مقایسه نیستند. با این حال، مقایسه تن های خالص جالب توجه است. برای انجام این کار، سطح فشار صوتی را تعیین کنید که در آن یک صدای داده شده به همان اندازه بلندتر از صدای استاندارد با فرکانس 1000 هرتز درک می شود. روی انجیر 9 منحنی های بلندی مساوی را نشان می دهد که در آزمایشات فلچر و منسون به دست آمده است. برای هر منحنی، سطح فشار صوتی متناظر با صدای استاندارد 1000 هرتز نشان داده شده است. به عنوان مثال، در فرکانس تن 200 هرتز، سطح صدای 60 دسی بل لازم است تا برابر با تون 1000 هرتز با سطح فشار صوتی 50 دسی بل درک شود.

از این منحنی ها برای تعریف زمزمه استفاده می شود، واحدی از بلندی که با دسی بل نیز اندازه گیری می شود. پس‌زمینه سطح صدایی است که برای آن سطح فشار صدای یک تون خالص استاندارد به همان اندازه بلند (1000 هرتز) 1 دسی‌بل است. بنابراین، صدایی با فرکانس 200 هرتز در سطح 60 دسی بل دارای سطح صدای 50 فون است.

منحنی پایین در شکل. 9 منحنی آستانه شنوایی یک گوش خوب است. محدوده فرکانس های قابل شنیدن از حدود 20 تا 20000 هرتز است.

انتشار امواج صوتی.

امواج صوتی مانند امواج سنگریزه ای که در آب ساکن پرتاب می شوند، در همه جهات منتشر می شوند. توصیف چنین فرآیند انتشار به عنوان یک جبهه موج راحت است. جبهه موج سطحی در فضا است که در تمام نقاط آن نوسانات در یک فاز اتفاق می افتد. جبهه موج از سنگریزه ای که در آب افتاده است دایره است.

امواج مسطح

جبهه موج ساده ترین شکل صاف است. یک موج سطحی تنها در یک جهت منتشر می شود و ایده آل سازی است که فقط تقریباً در عمل تحقق می یابد. یک موج صوتی در یک لوله را می توان تقریباً مسطح در نظر گرفت، درست مانند یک موج کروی در فاصله زیادی از منبع.

امواج کروی

انواع ساده امواج شامل موجی با جبهه کروی است که از یک نقطه سرچشمه می گیرد و در همه جهات منتشر می شود. چنین موجی را می توان با استفاده از یک کره کوچک ضربان دار برانگیخت. منبعی که موج کروی را تحریک می کند، منبع نقطه ای نامیده می شود. شدت چنین موجی با انتشار کاهش می یابد، زیرا انرژی در کره ای با شعاع بزرگتر توزیع می شود.

اگر یک منبع نقطه ای که موج کروی ایجاد می کند توان 4 را تابش می کند p Q، سپس، از آنجایی که سطح یک کره با شعاع rبرابر 4 p r 2، شدت صوت در یک موج کروی برابر است با

جی = س/r 2 ,

جایی که rفاصله از منبع است. بنابراین، شدت یک موج کروی برعکس با مجذور فاصله از منبع کاهش می یابد.

شدت هر موج صوتی در حین انتشار به دلیل جذب صدا کاهش می یابد. این پدیده در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اصل هویگنس

اصل هویگنس برای انتشار جبهه موج معتبر است. برای روشن شدن آن، اجازه دهید شکل جبهه موجی را که در مقطعی از زمان برای ما شناخته شده است، در نظر بگیریم. حتی بعد از مدتی پیدا می شود D تی، اگر هر نقطه از جبهه موج اولیه به عنوان منبع یک موج کروی ابتدایی در نظر گرفته شود که در این فاصله تا یک فاصله منتشر می شود. v D تی. پوشش تمام این جبهه های اولیه کروی موج، جبهه موج جدید خواهد بود. اصل هویگنس تعیین شکل جبهه موج را در طول فرآیند انتشار ممکن می سازد. همچنین بیانگر این است که امواج، چه مسطح و چه کروی، هندسه خود را در حین انتشار حفظ می کنند، مشروط بر اینکه محیط همگن باشد.

پراش صدا

پراش خم شدن موج به دور یک مانع است. پراش با استفاده از اصل هویگنس تجزیه و تحلیل می شود. درجه این خمش به رابطه بین طول موج و اندازه مانع یا سوراخ بستگی دارد. از آنجایی که طول موج موج صوتی چندین برابر نور است، پراش امواج صوتی کمتر از پراش نور ما را شگفت زده می کند. بنابراین، می توانید با کسی که در گوشه ساختمان ایستاده صحبت کنید، اگرچه او قابل مشاهده نیست. موج صوتی به راحتی در گوشه خم می شود، در حالی که نور به دلیل کوچکی طول موج خود، سایه های تیز ایجاد می کند.

پراش یک موج صوت صفحه ای را که روی یک صفحه تخت جامد با سوراخ برخورد می کند، در نظر بگیرید. برای تعیین شکل جبهه موج در طرف دیگر صفحه، باید رابطه بین طول موج را بدانید. لو قطر سوراخ D. اگر این مقادیر تقریباً یکسان باشند یا لخیلی بیشتر D، سپس پراش کامل به دست می آید: جبهه موج موج خروجی کروی خواهد بود و موج به تمام نقاط پشت صفحه می رسد. اگر لتا حدودی کمتر D، سپس موج خروجی عمدتاً در جهت رو به جلو منتشر می شود. و در نهایت، اگر لخیلی کمتر D، سپس تمام انرژی آن در یک خط مستقیم منتشر می شود. این موارد در شکل نشان داده شده است. 10.

پراش زمانی نیز مشاهده می شود که مانعی در مسیر صوت وجود داشته باشد. اگر ابعاد مانع بسیار بزرگتر از طول موج باشد، صدا منعکس می شود و یک ناحیه سایه آکوستیک پشت مانع تشکیل می شود. وقتی اندازه مانع با طول موج یا کمتر از آن قابل مقایسه باشد، صدا تا حدی در همه جهات پراکنده می شود. این در آکوستیک معماری مورد توجه قرار می گیرد. به عنوان مثال، گاهی اوقات دیوارهای یک ساختمان با برجستگی هایی با ابعادی به ترتیب طول موج صدا پوشانده می شود. (در فرکانس 100 هرتز، طول موج در هوا حدود 3.5 متر است.) در این حالت، صدا که بر روی دیوارها می افتد، در همه جهات پخش می شود. در آکوستیک معماری به این پدیده انتشار صدا می گویند.

انعکاس و انتقال صدا.

هنگامی که یک موج صوتی که در یک رسانه حرکت می کند به یک رابط با رسانه دیگر برخورد می کند، سه فرآیند می تواند به طور همزمان رخ دهد. موج می تواند از رابط منعکس شود، می تواند بدون تغییر جهت به محیط دیگری منتقل شود، یا می تواند در رابط تغییر جهت دهد، به عنوان مثال. شکست. روی انجیر شکل 11 ساده ترین حالت را نشان می دهد، زمانی که یک موج صفحه با زاویه قائم به سطح صافی که دو را از هم جدا می کند برخورد می کند. مواد مختلف. اگر ضریب انعکاس شدت، که نسبت انرژی منعکس شده را تعیین می کند، برابر باشد آر، سپس ضریب انتقال برابر خواهد بود تی = 1 – آر.

برای یک موج صوتی، نسبت فشار اضافی به سرعت حجمی ارتعاشی را امپدانس صوتی می‌گویند. ضرایب بازتاب و انتقال به نسبت امپدانس موج دو رسانه بستگی دارد، امپدانس موج نیز به نوبه خود با امپدانس های صوتی متناسب است. مقاومت موجی گازها بسیار کمتر از مایعات و جامدات است. بنابراین اگر موجی در هوا به جسم جامد ضخیم یا سطح آب عمیق برخورد کند، صدا تقریباً به طور کامل منعکس می شود. به عنوان مثال، برای مرز هوا و آب، نسبت مقاومت موج 0.0003 است. بر این اساس، انرژی صوت عبوری از هوا به آب تنها برابر با 0.12 درصد انرژی فرودی است. ضرایب بازتاب و انتقال برگشت پذیر هستند: ضریب بازتاب ضریب انتقال در جهت مخالف است. بنابراین ، صدا عملاً نه از هوا به داخل حوضه آب و نه از زیر آب به بیرون نفوذ نمی کند ، که برای همه کسانی که زیر آب شنا می کنند شناخته شده است.

در مورد بازتاب در نظر گرفته شده در بالا، فرض شد که ضخامت محیط دوم در جهت انتشار موج زیاد است. اما ضریب انتقال به طور قابل توجهی بیشتر خواهد بود اگر محیط دوم دیواری باشد که دو رسانه یکسان را از هم جدا می کند، مانند یک پارتیشن جامد بین اتاق ها. واقعیت این است که ضخامت دیوار معمولا کمتر از طول موج صدا یا قابل مقایسه با آن است. اگر ضخامت دیوار مضربی از نصف طول موج صدا در دیوار باشد، ضریب انتقال موج در برخورد عمود بر هم بسیار بزرگ است. اگر جذب نبود، بافل نسبت به صدای این فرکانس کاملاً شفاف بود که در اینجا از آن غفلت می کنیم. اگر ضخامت دیواره بسیار کمتر از طول موج صدا در آن باشد، بازتاب همیشه کوچک و انتقال زیاد است، مگر اینکه اقدامات خاصی برای افزایش جذب صدا انجام شود.

شکست صدا

هنگامی که یک موج صوتی صفحه با زاویه ای بر روی یک رابط برخورد می کند، زاویه انعکاس آن برابر با زاویه تابش است. اگر زاویه تابش با 90 درجه متفاوت باشد، موج ارسالی از جهت موج فرودی منحرف می شود. این تغییر جهت موج را انکسار می گویند. هندسه شکست در یک مرز صاف در شکل نشان داده شده است. 12. زوایای بین جهت امواج و نرمال به سطح نشان داده شده است q 1 برای موج حادثه و q 2 - برای گذشته شکسته. رابطه بین این دو زاویه فقط شامل نسبت سرعت صوت برای دو رسانه است. همانطور که در مورد امواج نور، این زوایا با قانون اسنل (Snell) به یکدیگر مرتبط هستند:

بنابراین، اگر سرعت صوت در محیط دوم کمتر از محیط اول باشد، زاویه شکست کمتر از زاویه تابش خواهد بود و اگر سرعت در محیط دوم بیشتر باشد، زاویه شکست نیز بیشتر خواهد بود. از زاویه تابش

شکست ناشی از گرادیان دما.

اگر سرعت صوت در یک محیط ناهمگن به طور مداوم از نقطه ای به نقطه دیگر تغییر کند، شکست نیز تغییر می کند. از آنجایی که سرعت صوت در هوا و آب به دما بستگی دارد، در حضور گرادیان دما، امواج صوتی می توانند جهت حرکت خود را تغییر دهند. در اتمسفر و اقیانوس، به دلیل طبقه بندی افقی، معمولاً شیب عمودی دما مشاهده می شود. بنابراین، به دلیل تغییر در سرعت صوت در امتداد عمود، به دلیل شیب دما، موج صوتی می تواند به بالا یا پایین منحرف شود.

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که هوا در جایی نزدیک به سطح زمین گرمتر از لایه های بالاتر است. سپس با افزایش ارتفاع، دمای هوا در اینجا کاهش می یابد و با آن سرعت صوت نیز کاهش می یابد. صدای ساطع شده از منبع نزدیک به سطح زمین به دلیل شکست بالا می رود. این در شکل نشان داده شده است. 13، که صدا "پرتوها" را نشان می دهد.

انحراف پرتوهای صوتی نشان داده شده در شکل. 13 به طور کلی توسط قانون اسنل توصیف می شود. اگر از طریق qمانند قبل، زاویه بین عمود و جهت تابش را مشخص کنید، سپس قانون اسنل تعمیم یافته به شکل گناه برابری است. q/v= const به هر نقطه از تیر اشاره دارد. بنابراین، اگر پرتو به منطقه ای که سرعت vکاهش می یابد، سپس زاویه qنیز باید کاهش یابد. بنابراین پرتوهای صوت همیشه در جهت کاهش سرعت صدا منحرف می شوند.

از انجیر 13 می توان دید که منطقه ای در فاصله ای از منبع قرار دارد که پرتوهای صوتی به هیچ وجه در آن نفوذ نمی کنند. این به اصطلاح منطقه سکوت است.

کاملاً ممکن است جایی در ارتفاعی بیشتر از آنچه در شکل نشان داده شده است. 13، با توجه به گرادیان دما، سرعت صوت با افزایش ارتفاع افزایش می یابد. در این حالت، موج صوتی اولیه منحرف شده به سمت بالا در اینجا به سطح زمین در فاصله زیادی منحرف خواهد شد. این زمانی اتفاق می‌افتد که لایه‌ای از وارونگی دما در اتمسفر شکل می‌گیرد که در نتیجه دریافت سیگنال‌های صوتی با برد فوق‌العاده امکان‌پذیر می‌شود. در عین حال، کیفیت دریافت در نقاط دوردست حتی بهتر از نزدیک است. نمونه های زیادی از دریافت با برد فوق العاده در تاریخ وجود داشته است. به عنوان مثال، در طول جنگ جهانی اول، زمانی که شرایط جوی به نفع انکسار صدای مناسب بود، در انگلستان صدای توپ در جبهه فرانسه شنیده می شد.

شکست صدا در زیر آب

شکست صدا در اثر تغییرات عمودی دما نیز در اقیانوس مشاهده می شود. اگر دما و در نتیجه سرعت صوت با عمق کاهش یابد، پرتوهای صوت به سمت پایین منحرف می شوند و در نتیجه منطقه ای از سکوت مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است ایجاد می شود. 13 برای جو. اگر این تصویر به سادگی برگردانده شود، برای اقیانوس، تصویر مربوطه مشخص می شود.

وجود مناطق سکوت تشخیص آن را دشوار می کند زیردریایی هابا سونار، و شکست، که امواج صوتی را به سمت پایین منحرف می کند، به طور قابل توجهی دامنه انتشار آنها را در نزدیکی سطح محدود می کند. با این حال، انحراف به سمت بالا نیز مشاهده می شود. می تواند شرایط مطلوب تری را برای سونار ایجاد کند.

تداخل امواج صوتی

برهم نهی دو یا بیشترامواج را تداخل موج می نامند.

امواج ایستاده در نتیجه تداخل.

امواج ایستاده فوق یک مورد خاص از تداخل هستند. امواج ایستاده در نتیجه برهم نهی دو موج با دامنه، فاز و فرکانس یکسان، که در جهت مخالف منتشر می شوند، تشکیل می شوند.

دامنه در پادگره های یک موج ایستاده برابر با دو برابر دامنه هر یک از امواج است. از آنجایی که شدت موج متناسب با مجذور دامنه آن است، به این معنی است که شدت در پادگره ها 4 برابر بیشتر از شدت هر یک از امواج یا 2 برابر بیشتر از شدت کل دو موج است. در اینجا هیچ نقضی از قانون بقای انرژی وجود ندارد، زیرا شدت در گره ها صفر است.

می زند.

تداخل امواج هارمونیک فرکانس های مختلف نیز امکان پذیر است. هنگامی که دو فرکانس کمی با هم تفاوت دارند، به اصطلاح ضربان اتفاق می افتد. ضربه ها تغییراتی در دامنه صدا هستند که در فرکانسی برابر با اختلاف بین فرکانس های اصلی رخ می دهند. روی انجیر شکل 14 شکل موج ضربان را نشان می دهد.

باید در نظر داشت که فرکانس ضربان فرکانس مدولاسیون دامنه صدا است. همچنین، ضربات را نباید با فرکانس اختلاف ناشی از اعوجاج یک سیگنال هارمونیک اشتباه گرفت.

ضربات اغلب هنگام تنظیم دو تن به صورت هماهنگ استفاده می شود. فرکانس تا زمانی تنظیم می شود که ضربان ها دیگر قابل شنیدن نباشند. حتی اگر فرکانس ضربان بسیار کم باشد، گوش انسان قادر است بالا و پایین رفتن دوره ای صدا را تشخیص دهد. بنابراین، بیت یک روش تنظیم بسیار حساس در محدوده صوتی است. اگر تنظیم دقیق نباشد، با شمردن تعداد ضربات در یک ثانیه می‌توان تفاوت فرکانس را با گوش تعیین کرد. در موسیقی، ضربات اجزای هارمونیک بالاتر توسط گوش نیز درک می شود که هنگام کوک پیانو استفاده می شود.

جذب امواج صوتی.

شدت امواج صوتی در فرآیند انتشار آنها به دلیل پراکنده شدن بخش خاصی از انرژی صوتی همیشه کاهش می یابد. به دلیل فرآیندهای انتقال حرارت، برهمکنش بین مولکولی و اصطکاک داخلی، امواج صوتی در هر محیطی جذب می شوند. شدت جذب به فرکانس موج صوتی و عوامل دیگری مانند فشار و دمای محیط بستگی دارد.

جذب موج در یک محیط از نظر کمی با ضریب جذب مشخص می شود. آ. این نشان می دهد که با چه سرعتی فشار اضافی بسته به مسافت طی شده توسط موج انتشار کاهش می یابد. کاهش دامنه فشار بیش از حد -D پلی اتیلنهنگام عبور از مسافت D ایکسمتناسب با دامنه فشار بیش از حد اولیه است پلی اتیلنو فاصله D ایکس. بدین ترتیب،

-دی پلی اتیلن = بوزینه D ایکس.

به عنوان مثال، وقتی می گوییم افت جذب 1 دسی بل بر متر است، به این معنی است که در فاصله 50 متری سطح فشار صوت 50 دسی بل کاهش می یابد.

جذب به دلیل اصطکاک داخلی و هدایت گرما.

در طول حرکت ذرات مرتبط با انتشار یک موج صوتی، اصطکاک بین ذرات مختلف محیط اجتناب ناپذیر است. در مایعات و گازها به این اصطکاک ویسکوزیته می گویند. ویسکوزیته که تعیین کننده تبدیل برگشت ناپذیر انرژی موج صوتی به گرما است، دلیل اصلی جذب صدا در گازها و مایعات است.

علاوه بر این، جذب در گازها و مایعات به دلیل اتلاف حرارت در هنگام تراکم در موج است. قبلاً گفتیم که در هنگام عبور موج، گاز در فاز تراکم گرم می شود. در این فرآیند سریع جریان، گرما معمولاً زمان لازم برای انتقال به سایر مناطق گاز یا دیواره های ظرف را ندارد. اما در واقعیت، این فرآیند ایده آل نیست و بخشی از انرژی حرارتی آزاد شده از سیستم خارج می شود. در ارتباط با این، جذب صدا به دلیل هدایت گرما است. چنین جذبی در امواج فشاری در گازها، مایعات و جامدات رخ می دهد.

جذب صوت، هم به دلیل ویسکوزیته و هم به دلیل هدایت حرارتی، عموماً با مجذور فرکانس افزایش می‌یابد. بنابراین، صداهای فرکانس بالا بسیار قوی تر از صداهای فرکانس پایین جذب می شوند. به عنوان مثال، در فشار و دمای معمولی، ضریب جذب (به دلیل هر دو مکانیسم) در فرکانس 5 کیلوهرتز در هوا حدود dB/km 3 است. از آنجایی که جذب متناسب با مجذور فرکانس است، ضریب جذب در فرکانس 50 کیلوهرتز 300 دسی بل در کیلومتر است.

جذب در جامدات

مکانیسم جذب صوت به دلیل هدایت حرارتی و ویسکوزیته که در گازها و مایعات صورت می گیرد، در جامدات نیز حفظ می شود. با این حال، در اینجا مکانیسم های جذب جدید به آن اضافه می شود. آنها با نقص در ساختار جامدات همراه هستند. نکته این است که مواد جامد چند کریستالی از بلورهای کوچک تشکیل شده اند. هنگامی که صدا از آنها عبور می کند، تغییر شکل هایی رخ می دهد که منجر به جذب انرژی صوتی می شود. صدا نیز در مرز کریستالیت ها پراکنده می شود. علاوه بر این، حتی تک کریستال ها نیز دارای نقص هایی از نوع دررفتگی هستند که به جذب صدا کمک می کند. نابجایی ها نقض هماهنگی هواپیماهای اتمی است. هنگامی که موج صوتی باعث ارتعاش اتم ها می شود، نابجایی ها حرکت می کنند و سپس به موقعیت اولیه خود باز می گردند و به دلیل اصطکاک داخلی، انرژی را از بین می برند.

جذب ناشي از دررفتگي به ويژه توضيح مي دهد كه چرا زنگ سرب به صدا در نمي آيد. سرب یک فلز نرم با نابجایی های زیاد است و به همین دلیل ارتعاشات صوتی در آن بسیار سریع تحلیل می رود. اما اگر با هوای مایع خنک شود خوب زنگ می زند. در دماهای پایین، نابجایی ها در یک موقعیت ثابت "یخ زده" می شوند و بنابراین حرکت نمی کنند و انرژی صوتی را به گرما تبدیل نمی کنند.

آکوستیک موزیکال

صداهای موسیقی

آکوستیک موسیقی به بررسی ویژگی های صداهای موسیقی، ویژگی های آنها در ارتباط با نحوه درک ما از آنها و مکانیسم های صدای آلات موسیقی می پردازد.

صدا یا آهنگ موسیقی یک صدای دوره ای است، یعنی. نوساناتی که پس از یک دوره معین بارها و بارها تکرار می شوند. در بالا گفته شد که صدای تناوبی را می توان به عنوان مجموع نوسانات با فرکانس هایی که مضرب فرکانس اصلی هستند نشان داد. f: 2f, 3f, 4fو غیره. همچنین اشاره شد که سیم‌ها و ستون‌های ارتعاشی هوا صداهای موسیقی را منتشر می‌کنند.

صداهای موسیقی با سه ویژگی متمایز می شوند: بلندی صدا، زیر و بمی صدا و صدا. همه این شاخص ها ذهنی هستند، اما می توانند با مقادیر اندازه گیری شده مرتبط شوند. بلندی صدا عمدتاً به شدت صدا مربوط می شود. زیر و بمی صدا، که موقعیت آن را در سیستم موسیقی مشخص می کند، با فرکانس لحن تعیین می شود. تمبر، که توسط آن یک ساز یا صدا با دیگری متفاوت است، با توزیع انرژی بر روی هارمونیک ها و تغییر در این توزیع در طول زمان مشخص می شود.

زیر و بمی صدا.

زیر و بمی صدای موسیقی ارتباط نزدیکی با فرکانس دارد، اما با آن یکسان نیست، زیرا ارزیابی زیر و بم ذهنی است.

بنابراین، برای مثال، مشخص شد که تخمین زیر و بمی صدای تک فرکانس تا حدودی به سطح بلندی آن بستگی دارد. با افزایش قابل توجه حجم، مثلاً 40 دسی بل، فرکانس ظاهری می تواند 10٪ کاهش یابد. در عمل، این وابستگی به بلندی صدا مهم نیست، زیرا صداهای موسیقی بسیار پیچیده تر از صدای تک فرکانس هستند.

در مورد رابطه بین زیر و بم و فرکانس، چیز دیگری مهمتر است: اگر صداهای موسیقی از هارمونیک تشکیل شده باشند، پس گام درک شده با چه فرکانسی مرتبط است؟ معلوم می شود که این ممکن است فرکانس منطبق با حداکثر انرژی نباشد و کمترین فرکانس در طیف نباشد. بنابراین، به عنوان مثال، یک صدای موسیقی متشکل از مجموعه ای از فرکانس های 200، 300، 400 و 500 هرتز به عنوان صدایی با ارتفاع 100 هرتز درک می شود. یعنی گام با فرکانس اساسی سری هارمونیک همراه است، حتی اگر در طیف صدا نباشد. درست است، اغلب فرکانس بنیادی تا حدی در طیف وجود دارد.

با صحبت در مورد رابطه بین گام و فرکانس آن، نباید ویژگی های اندام شنوایی انسان را فراموش کرد. این یک گیرنده آکوستیک ویژه است که اعوجاج های خاص خود را معرفی می کند (غیر از این که جنبه های روانی و ذهنی شنوایی وجود دارد). گوش قادر به انتخاب برخی فرکانس ها است، علاوه بر این، موج صوتی در آن دچار اعوجاج غیرخطی می شود. انتخاب فرکانس به دلیل تفاوت بین بلندی صدا و شدت آن است (شکل 9). توضیح اعوجاج های غیر خطی، که در ظاهر فرکانس هایی که در سیگنال اصلی وجود ندارند، بیان می شوند، دشوارتر است. غیر خطی بودن واکنش گوش به دلیل عدم تقارن حرکت عناصر مختلف آن است.

یکی از ویژگی های مشخصهسیستم دریافت غیرخطی زمانی است که توسط صدا با فرکانس برانگیخته می شود f 1 رنگ هارمونیک در آن برانگیخته می شود 2 f 1 , 3f 1،...، و در برخی موارد نیز ساب هارمونیک های نوع 1/2 fیکی . علاوه بر این، هنگامی که یک سیستم غیر خطی توسط دو فرکانس برانگیخته می شود f 1 و f 2، فرکانس‌های مجموع و اختلاف در آن برانگیخته می‌شوند f 1 + f 2 و f 1 - f 2 . هر چه دامنه نوسانات اولیه بیشتر باشد، سهم فرکانس های "اضافی" بیشتر است.

بنابراین، به دلیل غیر خطی بودن ویژگی های صوتیگوش ممکن است فرکانس هایی را دریافت کند که در صدا وجود ندارد. به چنین فرکانس هایی تن های ذهنی می گویند. بیایید فرض کنیم که صدا از زنگ های خالص با فرکانس های 200 و 250 هرتز تشکیل شده است. به دلیل غیر خطی بودن پاسخ، فرکانس های اضافی 250 - 200 = 50، 250 + 200 = 450، 2' 200 = 400، 2' 250 = 500 هرتز و غیره ظاهر می شوند. برای شنونده به نظر می رسد که مجموعه ای کامل از فرکانس های ترکیبی در صدا وجود دارد، اما ظاهر آنها در واقع به دلیل پاسخ غیر خطی گوش است. هنگامی که یک صدای موسیقی از یک فرکانس اساسی و هارمونیک های آن تشکیل می شود، بدیهی است که فرکانس اصلی به طور موثر توسط فرکانس های متفاوت تقویت می شود.

درست است، مطالعات نشان داده اند که فرکانس های ذهنی فقط در دامنه به اندازه کافی بزرگ از سیگنال اصلی ایجاد می شوند. بنابراین، ممکن است در گذشته نقش فرکانس های ذهنی در موسیقی بسیار اغراق آمیز بوده باشد.

استانداردهای موسیقی و اندازه گیری زیر و بم صدای موسیقی.

در تاریخ موسیقی، صداهایی با فرکانس های مختلف به عنوان لحن اصلی در نظر گرفته شد که کل ساختار موسیقی را تعیین می کند. اکنون فرکانس پذیرفته شده عمومی برای نت "لا" اکتاو اول 440 هرتز است. اما در گذشته از 400 به 462 هرتز تغییر کرده است.

روش سنتی برای تعیین زیر و بمی صدا، مقایسه آن با تن یک چنگال تنظیم استاندارد است. انحراف فرکانس یک صدای داده شده از استاندارد با حضور ضربان قضاوت می شود. چنگال های تنظیم هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، اگرچه اکنون دستگاه های راحت تری برای تعیین گام وجود دارد، مانند یک نوسان ساز مرجع فرکانس پایدار (با تشدید کننده کوارتز)، که می تواند به آرامی در کل محدوده صدا تنظیم شود. درست است، کالیبراسیون دقیق چنین دستگاهی بسیار دشوار است.

روش استروبوسکوپی برای اندازه گیری گام به طور گسترده استفاده می شود، که در آن صدای یک آلت موسیقی فرکانس چشمک زدن یک لامپ بارق را تنظیم می کند. لامپ الگویی را روی دیسکی که با فرکانس مشخصی می چرخد روشن می کند و فرکانس اصلی تن از فرکانس ظاهری حرکت الگوی روی دیسک تحت نور استروبوسکوپی تعیین می شود.

گوش به تغییر گام بسیار حساس است، اما حساسیت آن به فرکانس بستگی دارد. حداکثر نزدیک به آستانه پایین شنود است. حتی یک گوش آموزش ندیده نیز می تواند تنها 0.3 درصد تفاوت در فرکانس های بین 500 تا 5000 هرتز را تشخیص دهد. حساسیت را می توان با تمرین افزایش داد. نوازندگان حس بسیار توسعه یافته ای از زیر و بمی دارند، اما این همیشه به تعیین فرکانس صدای خالص تولید شده توسط نوسانگر مرجع کمک نمی کند. این نشان می دهد که هنگام تعیین فرکانس صدا توسط گوش، تن صدا نقش مهمی ایفا می کند.

تایمبر.

Timbre به آن دسته از ویژگی های صداهای موسیقی اشاره دارد که به آلات و صداهای موسیقی ویژگی منحصر به فرد خود را می بخشد، حتی اگر صداهایی با زیر و بم و بلندی یکسان را با هم مقایسه کنیم. این به اصطلاح کیفیت صدا است.

تایمبر به طیف فرکانس صدا و تغییر آن در طول زمان بستگی دارد. این توسط چندین عامل تعیین می شود: توزیع انرژی بر روی تون ها، فرکانس هایی که در لحظه ظاهر شدن یا توقف صدا بوجود می آیند (به اصطلاح زنگ های انتقالی) و زوال آنها، و همچنین دامنه و مدولاسیون فرکانس آهسته صدا. ("ویبراتو").

شدت فراتون

یک ریسمان کشیده را در نظر بگیرید که با یک خرج کردن در قسمت میانی آن برانگیخته می شود (شکل 15، آ). از آنجایی که همه هارمونیک های زوج دارای گره هایی در وسط هستند، وجود ندارند و نوسانات متشکل از هارمونیک های فرد با فرکانس اصلی برابر با f 1 = v/2ل، جایی که v-سرعت موج در رشته، و لطول آن است. بنابراین، فقط فرکانس ها وجود خواهند داشت f 1 , 3f 1 , 5f 1 و غیره دامنه نسبی این هارمونیک ها در شکل نشان داده شده است. پانزده، ب.

این مثال به ما امکان می دهد نتیجه کلی مهم زیر را بگیریم. مجموعه هارمونیک های یک سیستم تشدید با پیکربندی آن تعیین می شود و توزیع انرژی روی هارمونیک ها به روش تحریک بستگی دارد. هنگامی که سیم در وسط خود برانگیخته می شود، فرکانس اصلی غالب می شود و هارمونیک های زوج کاملاً سرکوب می شوند. اگر ریسمان در قسمت میانی خود ثابت شود و در جای دیگری کنده شود، فرکانس اصلی و هارمونیک های فرد سرکوب می شود.

همه اینها در مورد سایر آلات موسیقی شناخته شده صدق می کند، اگرچه جزئیات می تواند بسیار متفاوت باشد. سازها معمولاً دارای یک حفره هوا، تخته صدا یا بوق برای انتشار صدا هستند. همه اینها ساختار رنگ ها و ظاهر فرمانت ها را تعیین می کند.

فرمانت ها.

همانطور که در بالا ذکر شد، کیفیت صدای آلات موسیقی به توزیع انرژی بین هارمونیک ها بستگی دارد. هنگام تغییر گام بسیاری از سازها و به ویژه صدای انسان، توزیع هارمونیک ها تغییر می کند به طوری که اهنگ های اصلی همیشه تقریباً در همان محدوده فرکانسی قرار می گیرند که به آن محدوده فرمانت می گویند. یکی از دلایل وجود فرمنت ها استفاده از المان های تشدید کننده برای تقویت صدا مانند تخته های صوتی و تشدید کننده های هوا می باشد. عرض تشدید طبیعی معمولاً زیاد است و به همین دلیل راندمان تابش در فرکانس های مربوطه بیشتر است. برای سازهای برنجی، فرمانت ها توسط زنگی که صدا از آن ساطع می شود تعیین می شود. رنگ‌هایی که در محدوده فرمانت قرار می‌گیرند همیشه به شدت مورد تاکید قرار می‌گیرند، زیرا با حداکثر انرژی منتشر می‌شوند. فرمنت ها تا حد زیادی ویژگی های کیفی مشخص صداهای یک ساز یا صدای موسیقی را تعیین می کنند.

تغییر تن در طول زمان.

لحن صدای هر ساز به ندرت در طول زمان ثابت می ماند و تن صدا اساساً به این موضوع مربوط می شود. حتی زمانی که ساز یک نت طولانی را حفظ می کند، یک مدولاسیون دوره ای جزئی از فرکانس و دامنه وجود دارد که صدا را غنی می کند - "ویبراتو". این امر به ویژه برای سازهای زهی مانند ویولن و برای صدای انسان صادق است.

برای بسیاری از سازها، مانند پیانو، مدت زمان صدا به گونه ای است که یک آهنگ ثابت زمان تشکیل را ندارد - صدای هیجان زده به سرعت افزایش می یابد و سپس زوال سریع آن به دنبال دارد. از آنجایی که فروپاشی تون ها معمولاً به دلیل اثرات وابسته به فرکانس (مانند تشعشعات صوتی) است، واضح است که توزیع تون در طول یک تون تغییر می کند.

ماهیت تغییر لحن در طول زمان (میزان افزایش و کاهش صدا) برای برخی سازها به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است. 18. همانطور که می بینید، سازهای زهی (دارای زهی و کیبورد) تقریبا هیچ صدای ثابتی ندارند. در چنین مواردی، می توان فقط به صورت مشروط در مورد طیف تون صحبت کرد، زیرا صدا به سرعت در زمان تغییر می کند. ویژگی های صعود و سقوط نیز بخش مهمی از تن این سازها است.

زنگ های انتقالی

ترکیب هارمونیک یک تن معمولاً در مدت کوتاهی پس از تحریک صدا به سرعت تغییر می کند. در سازهایی که صدا با زدن سیم یا کندن برانگیخته می شود، انرژی قابل انتساب به هارمونیک های بالاتر (و همچنین به اجزای غیر هارمونیک متعدد) بلافاصله پس از شروع صدا حداکثر است و پس از کسری از ثانیه این فرکانس ها به حداکثر می رسد. محو شدن چنین صداهایی که انتقالی نامیده می شوند، رنگ خاصی به صدای ساز می دهند. در پیانو، آنها در اثر برخورد چکش به سیم ایجاد می شوند. گاهی اوقات سازهای موسیقی با ساختار تون یکسان را فقط با آهنگ های انتقالی می توان تشخیص داد.

صدای سازهای موسیقی

صداهای موسیقی را می توان هیجان زده و تغییر داد راه های مختلف، در ارتباط با آن آلات موسیقی با انواع فرم ها متمایز می شوند. سازها بیشتر توسط خود نوازندگان و توسط صنعتگران ماهری که به نظریه علمی متوسل نمی شدند ساخته و بهبود یافتند. بنابراین علم آکوستیک نمی تواند مثلاً توضیح دهد که چرا یک ویولن چنین شکلی دارد. با این حال، توصیف خواص صدای ویولن کاملاً ممکن است اصول کلیبازی های روی آن و طرح های آن.

محدوده فرکانس یک ساز معمولاً به عنوان محدوده فرکانس زنگ های اصلی آن درک می شود. صدای انسان حدود دو اکتاو و یک آلت موسیقی - حداقل سه (یک ارگ بزرگ - ده) را پوشش می دهد. در بیشتر موارد، اهنگ‌ها تا لبه‌های محدوده صدای قابل شنیدن گسترش می‌یابند.

آلات موسیقی سه بخش اصلی دارند: یک عنصر نوسانی، مکانیزمی برای تحریک آن، و یک تشدید کننده کمکی (بوق یا صفحه صدا) برای ارتباط صوتی بین عنصر نوسانی و هوای اطراف.

صدای موسیقی در زمان تناوبی است و صداهای دوره ای از یک سری هارمونیک تشکیل شده اند. از آنجایی که فرکانس‌های طبیعی ارتعاشات سیم‌ها و ستون‌های هوا با طول ثابت به طور هماهنگ به هم مرتبط هستند، در بسیاری از سازها عناصر اصلی ارتعاش رشته‌ها و ستون‌های هوا هستند. به جز چند استثنا (فلوت یکی از آنهاست)، صدای تک فرکانس را نمی توان روی سازها گرفت. هنگامی که ویبراتور اصلی برانگیخته می شود، صدایی به صدا در می آید که دارای اهنگ هایی است. برخی از فرکانس های تشدید ویبراتورها جزء هارمونیک نیستند. سازهایی از این دست (به عنوان مثال، طبل و سنج) در موسیقی ارکستر برای بیان خاص و تاکید بر ریتم استفاده می شود، اما نه برای توسعه ملودیک.

سازهای زهی.

یک سیم ارتعاشی به خودی خود یک تابش ضعیف صدا است و بنابراین یک ساز زهی باید یک تشدید کننده اضافی برای تحریک صدایی با شدت قابل توجه داشته باشد. این می تواند یک حجم بسته از هوا، یک عرشه یا ترکیبی از هر دو باشد. ماهیت صدای ساز نیز با نحوه ی برانگیختگی سیم ها مشخص می شود.

قبلاً دیدیم که فرکانس اساسی نوسان یک رشته ثابت با طول Lاز رابطه زیر بدست می آید

جایی که تینیروی کششی ریسمان است و rLجرم در واحد طول رشته است. بنابراین، فرکانس را می توانیم به سه طریق تغییر دهیم: با تغییر طول، کشش یا جرم. بسیاری از سازها از تعداد کمی سیم با طول یکسان استفاده می کنند که فرکانس های اساسی آنها با انتخاب مناسب کشش و جرم تعیین می شود. فرکانس های دیگر با کوتاه کردن طول رشته با انگشتان به دست می آیند.

سازهای دیگر، مانند پیانو، برای هر نت یکی از سیم های از پیش کوک شده را دارند. کوک کردن پیانو در جایی که محدوده فرکانس زیاد است کار آسانی نیست، به خصوص در ناحیه فرکانس پایین. نیروی کشش تمام سیم های پیانو تقریباً یکسان است (حدود 2 کیلو نیوتن) و تنوع فرکانس ها با تغییر طول و ضخامت سیم ها حاصل می شود.

یک ساز زهی را می توان با چنگ (مثلاً بر روی چنگ یا بانجو)، ضربه (در پیانو) یا با آرشه (در مورد آلات موسیقی خانواده ویولن) برانگیخت. در تمام موارد، همانطور که در بالا نشان داده شد، تعداد هارمونیک ها و دامنه آنها به نحوه برانگیختگی رشته بستگی دارد.

پیانو

یک نمونه معمولی از سازهایی که در آن برانگیختگی یک سیم با ضربه ایجاد می شود، پیانوفورته است. صفحه صوتی بزرگ این ساز طیف گسترده ای از فرمت ها را ارائه می دهد، بنابراین صدای آن برای هر نت هیجان انگیز بسیار یکنواخت است. ماکزیمم شکل‌های اصلی در فرکانس‌های مرتبه 400-500 هرتز رخ می‌دهد و در فرکانس‌های پایین‌تر، تن‌ها به‌ویژه از نظر هارمونیک غنی هستند و دامنه فرکانس اصلی کمتر از برخی از تون‌ها است. در پیانو، ضربه چکش به تمام سیم‌ها به جز کوتاه‌ترین سیم‌ها، روی نقطه‌ای می‌افتد که 1/7 طول سیم از یکی از انتهای آن قرار دارد. این معمولاً با این واقعیت توضیح داده می شود که در این مورد هارمونیک هفتم که با توجه به فرکانس اساسی ناهماهنگ است، به طور قابل توجهی سرکوب می شود. اما به دلیل پهنای محدود مالئوس، هارمونیک های دیگر واقع در نزدیکی هفتم نیز سرکوب می شوند.

خانواده ویولن.

در خانواده سازهای ویولن، صداهای بلند توسط یک آرشه تولید می شود که نیروی محرکه متغیری را به سیم وارد می کند که باعث می شود سیم در حال لرزش باشد. تحت عمل کمان متحرک، ریسمان در اثر اصطکاک به پهلو کشیده می شود تا در اثر افزایش نیروی کشش پاره شود. با بازگشت به موقعیت اصلی خود، دوباره توسط کمان برده می شود. این فرآیند به گونه ای تکرار می شود که یک نیروی خارجی دوره ای بر روی رشته وارد شود.

به ترتیب افزایش اندازه و کاهش دامنه فرکانس، سازهای زهی اصلی آرشه ای به ترتیب زیر تنظیم می شوند: ویولن، ویولا، ویولن سل، کنترباس. طيف فركانسي اين سازها به ويژه از نظر لحن غني است كه بي ترديد گرما و رسايت خاصي به صداي آنها مي بخشد. در خانواده ویولن، سیم ارتعاشی به طور آکوستیک به حفره هوا و بدنه ساز متصل است، که عمدتاً ساختار سازها را تعیین می کند که محدوده فرکانسی بسیار وسیعی را اشغال می کنند. نمایندگان بزرگ خانواده ویولن دارای مجموعه ای از فرمت ها هستند که به سمت فرکانس های پایین تغییر می کنند. بنابراین، همان نت گرفته شده در دو ساز از خانواده ویولن، به دلیل تفاوت در ساختار تون، رنگ آمیزی متفاوتی به خود می گیرد.

این ویولن به دلیل شکل بدنه اش رزونانس مشخصی در نزدیکی 500 هرتز دارد. هنگامی که نتی که فرکانس آن نزدیک به این مقدار است پخش می شود، می توان یک صدای ارتعاشی ناخواسته به نام "ووف تون" تولید کرد. حفره هوای داخل بدنه ویولن نیز فرکانس های تشدید خاص خود را دارد که فرکانس اصلی آن نزدیک به 400 هرتز قرار دارد. ویولن به دلیل شکل خاص خود دارای طنین های متعدد و نزدیک به هم است. همه آنها، به جز لحن گرگ، واقعاً در طیف کلی صدای استخراج شده برجسته نیستند.

سازهای بادی.

سازهای بادی چوبی.

ارتعاشات طبیعی هوا در یک لوله استوانه ای با طول محدود قبلاً مورد بحث قرار گرفت. فرکانس های طبیعی مجموعه ای از هارمونیک ها را تشکیل می دهند که فرکانس اصلی آنها با طول لوله نسبت معکوس دارد. صداهای موسیقی در سازهای بادی به دلیل تحریک رزونانس ستون هوا به وجود می آیند.

ارتعاشات هوا یا بوسیله ارتعاشات جت هوا که بر لبه تیز دیوار تشدید کننده می افتد و یا با ارتعاشات سطح انعطاف پذیر زبان در جریان هوا تحریک می شوند. در هر دو مورد، تغییرات فشار دوره ای در یک ناحیه موضعی از بشکه ابزار رخ می دهد.

اولین مورد از این روش های تحریک مبتنی بر وقوع "تن های لبه" است. هنگامی که یک جریان هوا از شکاف خارج می شود، که توسط یک مانع گوه ای شکل با لبه تیز شکسته می شود، گرداب ها به طور دوره ای ظاهر می شوند - ابتدا در یک طرف، سپس در طرف دیگر گوه. فرکانس تشکیل آنها بیشتر است، سرعت جریان هوا بیشتر است. اگر چنین دستگاهی از نظر صوتی به یک ستون هوای تشدید کننده جفت شود، فرکانس تن لبه توسط فرکانس تشدید ستون هوا "گرفته" می شود، یعنی. فرکانس تشکیل گرداب توسط ستون هوا تعیین می شود. در چنین شرایطی، فرکانس اصلی ستون هوا تنها زمانی تحریک می شود که سرعت جریان هوا از حداقل مقدار معینی تجاوز کند. در محدوده معینی از سرعت های بیش از این مقدار، فرکانس صدای لبه برابر با این فرکانس اساسی است. در یک سرعت جریان هوا حتی بالاتر (نزدیک به سرعتی که فرکانس لبه در صورت عدم ارتباط با تشدید کننده برابر با هارمونیک دوم تشدید کننده خواهد بود)، فرکانس لبه به طور ناگهانی دو برابر می شود و گامی که از کل سیستم ساطع می شود می چرخد. یک اکتاو بالاتر باشد. این سرریز نامیده می شود.

زنگ های لبه، ستون های هوا را در سازهایی مانند ارگ، فلوت و پیکولو تحریک می کنند. هنگام نواختن فلوت، نوازنده صداهای لبه را با دمیدن از پهلو به سوراخ کناری نزدیک یکی از انتهای آن تحریک می کند. نت های یک اکتاو، که از "D" و بالاتر شروع می شود، با تغییر طول موثر بشکه، باز کردن سوراخ های جانبی، با تن لبه معمولی به دست می آیند. اکتاوهای بالاتر بیش از حد دمیده شده اند.

روش دیگر برای برانگیختن صدای ساز بادی بر اساس قطع دوره ای جریان هوا توسط یک زبانه نوسانی است که به آن نی می گویند زیرا از نی ساخته شده است. از این روش در سازهای مختلف چوبی و برنجی استفاده می شود. گزینه هایی با یک نی (مثلاً در سازهای کلارینت، ساکسیفون و آکاردئون) و با نی دوتایی متقارن (مثلاً در ابوا و باسون) وجود دارد. در هر دو مورد، فرآیند نوسانی یکسان است: هوا از طریق یک شکاف باریک دمیده می شود که در آن فشار مطابق با قانون برنولی کاهش می یابد. در همان زمان، عصا به داخل شکاف کشیده شده و آن را می پوشاند. در صورت عدم وجود جریان، عصا الاستیک صاف می شود و این روند تکرار می شود.

در سازهای بادی، انتخاب نت های ترازو، مانند فلوت، با بازکردن سوراخ های کناری و دمیدن بیش از حد انجام می شود.

بر خلاف لوله ای که در دو انتها باز است، که دارای مجموعه ای کامل از تون ها است، لوله ای که تنها در یک انتها باز است، فقط هارمونیک های فرد دارد. سانتی متر. در بالا). این پیکربندی کلارینت است و بنابراین حتی هارمونیک ها نیز در آن ضعیف بیان می شوند. بیش از حد در کلارینت با فرکانس 3 برابر بیشتر از فرکانس اصلی رخ می دهد.

در ابوا، هارمونیک دوم کاملاً شدید است. تفاوت آن با کلارینت در این است که سوراخ آن شکل مخروطی دارد، در حالی که در کلارینت سطح مقطع سوراخ در بیشتر طول آن ثابت است. محاسبه فرکانس ها در یک بشکه مخروطی دشوارتر از یک لوله استوانه ای است، اما هنوز طیف کاملی از نور وجود دارد. در این حالت، فرکانس نوسان یک لوله مخروطی با انتهای باریک بسته مانند یک لوله استوانه ای باز در دو انتها است.

سازهای بادی برنجی.

برنج ها شامل بوق، ترومپت، کورنت پیستون، ترومبون، هورن و توبا توسط لب ها برانگیخته می شوند که عملکرد آنها در ترکیب با یک دهانه مخصوص شکل شبیه به نی دوبل است. فشار هوا در هنگام تحریک صدا در اینجا بسیار بیشتر از بادهای چوبی است. سازهای بادی برنجی، به عنوان یک قاعده، بشکه ای فلزی با بخش های استوانه ای و مخروطی هستند که با یک زنگ ختم می شود. بخش ها به گونه ای انتخاب می شوند که طیف کامل هارمونیک ها ارائه شود. طول کل بشکه از 1.8 متر برای لوله تا 5.5 متر برای توبا متغیر است. لوله به شکل حلزونی برای سهولت در دست زدن است، نه به دلایل صوتی.

با طول ثابت بشکه، اجرا کننده تنها نت هایی را در اختیار دارد که توسط فرکانس های طبیعی بشکه تعیین می شود (علاوه بر این، فرکانس اصلی معمولاً "گرفته نمی شود")، و هارمونیک های بالاتر با افزایش فشار هوا در دهانه برانگیخته می شوند. . بنابراین، تنها چند نت (هارمونیک دوم، سوم، چهارم، پنجم و ششم) را می توان بر روی یک باگل با طول ثابت نواخت. در سایر سازهای برنجی، فرکانس های قرار گرفته بین هارمونیک ها با تغییر در طول بشکه گرفته می شود. ترومبون از این نظر منحصر به فرد است که طول لوله آن با حرکت صاف بالهای U شکل جمع شونده تنظیم می شود. شمارش نت‌های کل مقیاس توسط هفت موقعیت مختلف بال‌ها با تغییر در رنگ هیجان‌انگیز تنه ارائه می‌شود. در سایر سازهای برنجی، این امر با افزایش موثر طول کلی بشکه با سه کانال جانبی با طول های مختلف و در ترکیب های مختلف به دست می آید. این به هفت طول مختلف بشکه می دهد. مانند ترومبون، نت‌های کل مقیاس با تحریک سری‌های مختلف تون‌های متناظر با این طول‌های هفت ساقه نواخته می‌شوند.

آهنگ تمام سازهای برنجی سرشار از هارمونیک است. این عمدتا به دلیل وجود یک زنگ است که باعث افزایش کارایی انتشار صدا در فرکانس های بالا می شود. ترومپت و بوق برای پخش طیف وسیع تری از هارمونیک ها نسبت به بوق طراحی شده اند. قسمت سولو ترومپت در آثار آی باخ شامل قطعات زیادی در اکتاو چهارم مجموعه است که به هارمونیک بیست و یکم این ساز می رسد.

سازهای کوبه ای.

سازهای کوبه ای با ضربه زدن به بدنه ساز و در نتیجه تحریک ارتعاشات آزاد آن صدا تولید می کنند. از پیانو، که در آن ارتعاشات نیز با یک ضربه تحریک می شود، چنین سازهایی از دو جنبه متفاوت هستند: یک بدنه ارتعاشی رنگ های هارمونیک نمی دهد، و خود می تواند صدا را بدون تشدید کننده اضافی منتشر کند. سازهای کوبه ای شامل طبل، سنج، زیلوفون و مثلث است.

نوسانات اجسام جامد بسیار پیچیده تر از نوسانات یک تشدید کننده هوا با همان شکل است، زیرا در اجسام جامد انواع بیشترنوسانات بنابراین، امواج فشرده، خمش و پیچش می توانند در امتداد یک میله فلزی منتشر شوند. بنابراین، یک میله استوانه ای حالت های ارتعاش و بنابراین فرکانس های تشدید بیشتری نسبت به یک ستون هوای استوانه ای دارد. علاوه بر این، این فرکانس های تشدید یک سری هارمونیک تشکیل نمی دهند. زیلوفون از ارتعاشات خمشی میله های جامد استفاده می کند. نسبت های تون میله زیلوفون ارتعاشی به فرکانس اصلی عبارتند از: 2.76، 5.4، 8.9 و 13.3.

چنگال تنظیم یک میله منحنی نوسانی است و نوع اصلی نوسان آن زمانی رخ می دهد که هر دو بازو به طور همزمان به یکدیگر نزدیک شوند یا از یکدیگر دور شوند. چنگال تنظیم هیچ سری هارمونیک ای از تون ها ندارد و فقط از فرکانس اصلی آن استفاده می شود. فرکانس اولین صدای آن بیش از 6 برابر فرکانس اصلی است.

نمونه دیگری از جسم جامد نوسانی که صداهای موسیقی تولید می کند زنگ است. اندازه ناقوس ها می تواند متفاوت باشد - از یک ناقوس کوچک گرفته تا ناقوس های کلیسا چند تنی. هر چه زنگ بزرگتر باشد، صداهای آن کمتر می شود. شکل و سایر ویژگی‌های ناقوس‌ها در سیر تکاملی چند صد ساله خود دستخوش تغییرات زیادی شده است. تعداد کمی از شرکت ها در ساخت آنها مشغول هستند که به مهارت زیادی نیاز دارد.

سری تون اولیه زنگ هارمونیک نیست و نسبت های تون برای زنگ های مختلف یکسان نیست. بنابراین، برای مثال، برای یک زنگ بزرگ، نسبت‌های اندازه‌گیری شده فرکانس‌های تون به فرکانس اصلی 1.65، 2.10، 3.00، 3.54، 4.97 و 5.33 بود. اما توزیع انرژی بر روی تون ها بلافاصله پس از زدن زنگ به سرعت تغییر می کند و به نظر می رسد شکل زنگ به گونه ای انتخاب شده است که فرکانس های غالب تقریباً به صورت هارمونیک به یکدیگر مرتبط هستند. گام زنگ نه با فرکانس اساسی، بلکه توسط نتی که بلافاصله پس از ضربه غالب است تعیین می شود. تقریباً با صدای پنجم زنگ مطابقت دارد. پس از مدتی، اهنگ های پایین شروع به غالب شدن در صدای زنگ می کنند.

در درام، عنصر ارتعاشی یک غشای چرمی است که معمولاً گرد است که می‌توان آن را آنالوگ دوبعدی یک ریسمان کشیده در نظر گرفت. در موسیقی، طبل به اندازه سیم مهم نیست، زیرا مجموعه طبیعی فرکانس های طبیعی آن هارمونیک نیست. استثناء تیمپانی است که غشای آن بر روی یک تشدید کننده هوا کشیده شده است. با تغییر ضخامت هد در جهت شعاعی، می‌توان توالی اورتون درام را هارمونیک کرد. نمونه ای از این طبل است تبلادر موسیقی کلاسیک هند استفاده می شود.

صدا امواجی الاستیک در یک محیط (اغلب هوا) است که نامرئی اما برای گوش انسان قابل درک است (موج روی پرده گوش عمل می کند). موج صوتی یک موج فشرده سازی طولی و نادر است.

موج صوتی از طریق چوب پخش می شود

سرعت صدا

امواج صوتی فوراً منتشر نمی شوند، بلکه با سرعت محدود مشخصی (مشابه سرعت حرکت یکنواخت) منتشر می شوند.

سرعت صوت به محیط بستگی دارد: در جامدات و مایعات، سرعت صوت بسیار بیشتر از هوا است. اینها ثابت های اندازه گیری شده جدولی هستند. با افزایش دمای محیط، سرعت صوت افزایش می یابد و با کاهش آن کاهش می یابد.

صداها متفاوت است. برای مشخص کردن صدا، مقادیر ویژه ای معرفی شده است: بلندی، زیر و بم و صدای صدا.

صداها از منابع مختلف ترکیبی از ارتعاشات هارمونیک فرکانس های مختلف هستند. جزء بزرگترین دوره (کمترین فرکانس) لحن بنیادی نامیده می شود. بقیه مولفه های صدا به صورت اورتون هستند. مجموعه این مولفه ها رنگ آمیزی، تن صدا را ایجاد می کند. مجموع لحن‌ها در صدای افراد مختلف حداقل کمی متفاوت است، اما این میزان صدای یک صدای خاص را تعیین می‌کند.

اکو. پژواک در نتیجه بازتاب صدا از موانع مختلف - کوه ها، جنگل ها، دیوارها، ساختمان های بزرگ و غیره شکل می گیرد. پژواک تنها زمانی رخ می دهد که صدای منعکس شده جدا از صدای اصلی شنیده شود. اگر سطوح انعکاسی زیادی وجود داشته باشد و در فواصل مختلف از یک فرد باشد، امواج صوتی منعکس شده در زمان‌های مختلف به او می‌رسند. در این صورت اکو چندتایی خواهد بود. برای شنیدن اکو، مانع باید در فاصله 11 متری فرد قرار داشته باشد.

سونوگرافی به طور گسترده در پزشکی برای تشخیص و درمان بیماری های خاص استفاده می شود. برخلاف اشعه ایکس، امواج آن بر روی بافت ها اثر مضری ندارد. سونوگرافی تشخیصی (ایالات متحده)اجازه می دهد بدون مداخله جراحی، تغییرات پاتولوژیک در اندام ها و بافت ها را تشخیص دهد. دستگاه خاصی امواج اولتراسونیک را با فرکانس 0.5 تا 15 مگاهرتز به قسمت خاصی از بدن می فرستد، آنها از اندام مورد مطالعه منعکس می شوند و کامپیوتر تصویر خود را روی صفحه نمایش می دهد.

مادون صوت با جذب کم در رسانه های مختلف مشخص می شود، در نتیجه امواج فروصوت در هوا، آب و پوسته زمین می توانند در فواصل بسیار طولانی منتشر شوند. این پدیده کاربرد عملی پیدا می کند تعیین مکان هاانفجارهای قوی یا موقعیت سلاح شلیک. انتشار امواج فروصوت در فواصل طولانی در دریا این امکان را فراهم می کند پیش بینی بلایای طبیعی- سونامی چتر دریایی، سخت پوستان و غیره قادر به درک زیرصوت ها هستند و مدت ها قبل از شروع طوفان نزدیک شدن آن را احساس می کنند.

تئوری صدا و آکوستیک به زبانی قابل فهم ویژگی های اساسی صدا امواج صوتی در فیزیک چیست؟

ویژگی های صوتی عینی

سرعت صدا

امواج صوتی

امواج هارمونیک

امواج طولی و عرضی.

سرعت امواج صوتی.

سرعت صوت در یک میله جامد.

سرعت در محیط جامد توسعه یافته

سرعت در گازها

سرعت در مایعات

امواج ایستاده

امواج ایستاده در یک رشته.

امواج ایستاده در لوله های اندام.

نوسانات رزونانسی

تحلیل فوریه و طیف فرکانس صدا.

ارتعاشات صوتی دوره ای

طیف یک پالس صوتی.

سر و صدا.

شدت صدا.

دسی بل.

جلد.

انتشار امواج صوتی.

امواج مسطح

امواج کروی

اصل هویگنس

پراش صدا

انعکاس و انتقال صدا.

شکست صدا

شکست ناشی از گرادیان دما.

شکست صدا در زیر آب

تداخل امواج صوتی

امواج ایستاده در نتیجه تداخل.

می زند.

جذب امواج صوتی.

جذب به دلیل اصطکاک داخلی و هدایت گرما.

جذب در جامدات

آکوستیک موزیکال

صداهای موسیقی

زیر و بمی صدا.

استانداردهای موسیقی و اندازه گیری زیر و بم صدای موسیقی.

تایمبر.

شدت فراتون

فرمانت ها.

تغییر تن در طول زمان.

زنگ های انتقالی

صدای سازهای موسیقی

سازهای زهی.

پیانو

خانواده ویولن.

سازهای بادی.

سازهای بادی چوبی.

سازهای بادی برنجی.

سازهای کوبه ای.

سرعت صدا