แหล่งกำเนิดเสียง การสั่นสะเทือนของเสียง
มนุษย์อาศัยอยู่ในโลกแห่งเสียง เสียงสำหรับมนุษย์เป็นแหล่งข้อมูล เขาเตือนผู้คนเกี่ยวกับอันตราย เสียงเพลงนกร้องทำให้เราเพลิดเพลิน เราสนุกกับการฟังคนที่มีน้ำเสียงไพเราะ เสียงมีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสัตว์ด้วย ซึ่งการตรวจจับเสียงที่ดีจะช่วยให้พวกมันมีชีวิตรอดได้
เสียง – สิ่งเหล่านี้คือคลื่นยืดหยุ่นเชิงกลที่แพร่กระจายในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง
เหตุผลของเสียง - การสั่นสะเทือน (การสั่น) ของร่างกาย แม้ว่าการสั่นสะเทือนเหล่านี้มักจะมองไม่เห็นด้วยตาของเรา
แหล่งกำเนิดเสียง
- ร่างกายซึ่งมีความผันผวน กล่าวคือ สั่นหรือสั่นตามความถี่
ตั้งแต่ 16 ถึง 20,000 ครั้งต่อวินาที ตัวที่สั่นสะเทือนสามารถแข็งได้ เช่น เชือก
หรือ เปลือกโลก, ก๊าซ เช่น กระแสลมในเครื่องดนตรีประเภทลม
หรือของเหลว เช่น คลื่นบนน้ำ
ปริมาณ
ความดังขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของการสั่นในคลื่นเสียง หน่วยของระดับเสียงคือ 1 เบล (เพื่อเป็นเกียรติแก่อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์ ผู้ประดิษฐ์โทรศัพท์) ในทางปฏิบัติ ความดังจะวัดเป็นเดซิเบล (dB) 1 เดซิเบล = 0.1B
10 เดซิเบล – กระซิบ;
20–30 เดซิเบล
– มาตรฐานเสียงรบกวนในสถานที่อยู่อาศัย
50 เดซิเบล– บทสนทนาที่มีระดับเสียงปานกลาง
80 วัน บี
– เสียงเครื่องยนต์รถบรรทุกวิ่ง;
130 เดซิเบล– เกณฑ์ ความเจ็บปวด
เสียงดังเกิน 180 dB อาจทำให้แก้วหูแตกได้
เสียงสูงแสดงด้วยคลื่นความถี่สูง - เช่นเสียงนกร้อง
เสียงต่ำซึ่งเป็นคลื่นความถี่ต่ำ เช่น เสียงเครื่องยนต์รถบรรทุกขนาดใหญ่
คลื่นเสียง- เหล่านี้เป็นคลื่นยืดหยุ่นที่ทำให้บุคคลได้สัมผัสกับเสียง
คลื่นเสียงสามารถเดินทางได้หลากหลายระยะทาง ได้ยินเสียงปืนที่ระยะ 10-15 กม. เสียงม้าและสุนัขเห่าที่ระยะ 2-3 กม. และเสียงกระซิบในระยะเพียงไม่กี่เมตร เสียงเหล่านี้ถูกส่งผ่านอากาศ แต่ไม่เพียงแต่อากาศเท่านั้นที่สามารถเป็นตัวนำเสียงได้
เมื่อวางหูแนบกับราง คุณจะได้ยินเสียงรถไฟที่กำลังเข้ามาเร็วขึ้นและในระยะไกลมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าโลหะนำเสียงได้เร็วกว่าและดีกว่าอากาศ น้ำยังนำเสียงได้ดี เมื่อดำดิ่งลงไปในน้ำคุณจะได้ยินเสียงหินกระแทกกันอย่างชัดเจนเสียงของก้อนกรวดระหว่างคลื่น
คุณสมบัติของน้ำ - นำเสียงได้ดี - ใช้กันอย่างแพร่หลายในการลาดตระเวนในทะเลระหว่างสงคราม เช่นเดียวกับการวัดความลึกของทะเล
ข้อกำหนดเบื้องต้นการแพร่กระจายของคลื่นเสียง - การมีอยู่ของสื่อวัสดุในสุญญากาศ คลื่นเสียงจะไม่แพร่กระจาย เนื่องจากไม่มีอนุภาคในนั้นที่ส่งปฏิสัมพันธ์จากแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือน
ดังนั้นเนื่องจากขาดบรรยากาศ ความเงียบจึงครอบงำบนดวงจันทร์ แม้แต่การตกของอุกกาบาตบนพื้นผิวก็ไม่ได้ยินเสียงของผู้สังเกตการณ์
ในแต่ละสื่อ เสียงเดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน
ความเร็วของเสียงในอากาศ- ประมาณ 340 ม./วินาที
ความเร็วของเสียงในน้ำ- 1500 ม./วินาที
ความเร็วของเสียงในโลหะ เหล็ก- 5,000 ม./วินาที
ในอากาศอุ่น ความเร็วของเสียงจะมากกว่าในอากาศเย็น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทิศทางของการแพร่กระจายของเสียง
ส้อม
- นี้ แผ่นโลหะรูปตัวยูซึ่งปลายอาจสั่นสะเทือนได้หลังจากถูกกระแทก
ที่ตีพิมพ์ ส้อมเสียงเสียงเบามากและสามารถได้ยินได้ในระยะใกล้เท่านั้น
เครื่องสะท้อนเสียง- กล่องไม้ที่สามารถติดตั้งส้อมเสียงได้เพื่อขยายเสียง
ในกรณีนี้ การปล่อยเสียงเกิดขึ้นไม่เพียงแต่จากส้อมเสียงเท่านั้น แต่ยังมาจากพื้นผิวของเครื่องสะท้อนเสียงด้วย
อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาของเสียงของส้อมเสียงบนเครื่องสะท้อนเสียงจะสั้นกว่าที่ไม่มีเสียงดังกล่าว
เอ็กซ์ โอ
เสียงดังสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง แล้วกลับมาสู่แหล่งกำเนิดเสียงอีกสักครู่แล้วเราก็ได้ยิน เสียงสะท้อน
ด้วยการคูณความเร็วของเสียงตามเวลาที่ผ่านไปจากแหล่งกำเนิดเสียงไปยังจุดกลับ คุณสามารถกำหนดระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงไปยังสิ่งกีดขวางได้เป็นสองเท่า
ใช้วิธีการกำหนดระยะห่างจากวัตถุนี้ การระบุตำแหน่งทางเสียง
สัตว์บางชนิด เป็นต้น ค้างคาว,
ยังใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนของเสียงโดยใช้วิธีกำหนดตำแหน่งเสียงสะท้อน
Echolocation ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการสะท้อนของเสียง
เสียง - คลื่นกลวิ่ง บนและถ่ายโอนพลังงาน
อย่างไรก็ตามพลังของการสนทนาพร้อมกันของทุกคนในโลกนั้นแทบจะไม่เกินพลังของรถยนต์ Moskvich คันเดียว!
อัลตราซาวนด์
· การสั่นสะเทือนที่มีความถี่เกิน 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราซาวนด์ อัลตราซาวด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
· ของเหลวจะเดือดเมื่อมีคลื่นอัลตร้าโซนิคผ่าน (คาวิเทชั่น) ในกรณีนี้จะเกิดค้อนน้ำ อัลตราซาวด์สามารถฉีกชิ้นส่วนออกจากพื้นผิวโลหะและบดขยี้ของแข็งได้ อัลตราซาวนด์สามารถใช้ผสมของเหลวที่ผสมไม่ได้ นี่คือวิธีการเตรียมอิมัลชันในน้ำมัน ภายใต้อิทธิพลของอัลตราซาวนด์จะเกิดการสะพอนิฟิเคชั่นของไขมัน อุปกรณ์ซักผ้าได้รับการออกแบบตามหลักการนี้
ใช้กันอย่างแพร่หลาย อัลตราซาวนด์ ในด้านไฮโดรอะคูสติก อัลตราซาวนด์ที่มีความถี่สูงจะถูกน้ำดูดซับได้อ่อนมากและสามารถแพร่กระจายได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร หากไปเจอก้นภูเขาน้ำแข็งหรืออื่นๆ แข็งพวกมันถูกสะท้อนและสะท้อนถึงพลังอันยิ่งใหญ่ เครื่องส่งเสียงสะท้อนแบบอัลตราโซนิกได้รับการออกแบบบนหลักการนี้
ในโลหะ อัลตราซาวนด์แพร่กระจายได้จริงโดยไม่มีการดูดซึม เมื่อใช้วิธีการระบุตำแหน่งด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ทำให้สามารถตรวจจับข้อบกพร่องที่เล็กที่สุดภายในชิ้นส่วนที่มีความหนามากได้
· ผลการบดของอัลตราซาวนด์ใช้สำหรับการผลิตหัวแร้งบัดกรีแบบอัลตราโซนิก
คลื่นอัลตราโซนิกที่ส่งมาจากเรือสะท้อนจากวัตถุที่จม คอมพิวเตอร์ตรวจจับเวลาที่เสียงสะท้อนปรากฏขึ้นและระบุตำแหน่งของวัตถุ
· อัลตราซาวด์ใช้ในทางการแพทย์และชีววิทยาสำหรับการระบุตำแหน่งและการรักษาเนื้องอกและข้อบกพร่องบางอย่างในเนื้อเยื่อของร่างกาย การผ่าตัดและการบาดเจ็บ สำหรับการตัดเนื้อเยื่ออ่อนและกระดูกในระหว่างการผ่าตัดต่างๆ การเชื่อมกระดูกหัก สำหรับการทำลายเซลล์ (อัลตราซาวนด์กำลังสูง)
อินฟราซาวด์และผลกระทบต่อมนุษย์
การสั่นสะเทือนที่มีความถี่ต่ำกว่า 16 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราซาวด์
ในธรรมชาติ อินฟราซาวด์เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนตัวของกระแสน้ำวนของอากาศในชั้นบรรยากาศ หรือเป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนช้าๆ ร่างกายที่แตกต่างกัน- อินฟราซาวด์มีลักษณะการดูดซึมที่อ่อนแอ จึงแผ่ขยายไปในระยะทางไกล ร่างกายมนุษย์ตอบสนองอย่างเจ็บปวดต่อการสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรด ภายใต้อิทธิพลภายนอกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนทางกลหรือคลื่นเสียงที่ความถี่ 4-8 Hz บุคคลจะรู้สึกถึงการเคลื่อนไหว อวัยวะภายในที่ความถี่ 12 Hz - การโจมตีของอาการเมาเรือ
· ความเข้มข้นสูงสุด การสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรดสร้างเครื่องจักรและกลไกที่มีพื้นผิว ขนาดใหญ่ดำเนินการสั่นสะเทือนทางกลความถี่ต่ำ (อินฟราซาวนด์ของแหล่งกำเนิดทางกล) หรือการไหลของก๊าซและของเหลวอย่างปั่นป่วน (อินฟราซาวนด์ของแหล่งกำเนิดแอโรไดนามิกหรืออุทกพลศาสตร์)
มาดูปรากฏการณ์ทางเสียงกันดีกว่า
โลกแห่งเสียงรอบตัวเรามีความหลากหลาย - เสียงของผู้คนและเสียงดนตรี เสียงนกร้องและเสียงผึ้ง ฟ้าร้องขณะเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง และเสียงของป่าในสายลม เสียงรถยนต์ที่แล่นผ่าน เครื่องบิน และวัตถุอื่น ๆ .
ใส่ใจ!
แหล่งกำเนิดเสียงคือร่างกายที่สั่นสะเทือน
ตัวอย่าง:
มายึดไม้บรรทัดโลหะที่ยืดหยุ่นไว้ในที่รองกัน หากส่วนที่ว่างซึ่งความยาวที่เลือกไว้ถูกตั้งค่าเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่น ไม้บรรทัดจะส่งเสียง (รูปที่ 1)
ดังนั้นไม้บรรทัดที่สั่นจึงเป็นแหล่งกำเนิดของเสียง
ลองพิจารณาภาพของสายที่มีเสียงซึ่งปลายได้รับการแก้ไขแล้ว (รูปที่ 2) เส้นโครงที่เบลอของสายนี้และความหนาที่ปรากฏตรงกลางแสดงว่าสายนั้นกำลังสั่น
หากคุณนำปลายของแถบกระดาษเข้าใกล้กับสายที่มีเสียง แถบกระดาษจะกระดอนจากการกระแทกของสาย ในขณะที่เชือกสั่น ก็ได้ยินเสียง หยุดสายและเสียงหยุดลง
รูปที่ 3 แสดงส้อมเสียง - แท่งโลหะโค้งบนขาซึ่งติดตั้งอยู่บนกล่องเรโซเนเตอร์
หากคุณตีส้อมเสียงด้วยค้อนนุ่ม (หรือใช้คันธนูจับไว้) ส้อมเสียงจะดังขึ้น (รูปที่ 4)
ให้เรานำลูกบอลแสง (ลูกปัดแก้ว) ที่แขวนอยู่บนด้ายไปที่ส้อมเสียงซึ่งมีเสียง - ลูกบอลจะเด้งออกจากส้อมเสียงซึ่งบ่งบอกถึงการสั่นสะเทือนของกิ่งก้านของมัน (รูปที่ 5)
หากต้องการ "บันทึก" การแกว่งของส้อมเสียงด้วยความถี่ธรรมชาติต่ำ (ประมาณ \(16\) Hz) และการสั่นที่มีแอมพลิจูดสูง คุณสามารถขันแถบโลหะบางและแคบด้วยจุดที่ปลายถึงปลาย หนึ่งในสาขาของมัน ปลายจะต้องงอลงและแตะแผ่นกระจกรมควันที่วางอยู่บนโต๊ะเบา ๆ เมื่อจานเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วภายใต้กิ่งก้านที่สั่นของส้อมเสียง ปลายจะทิ้งเครื่องหมายไว้บนจานในรูปของเส้นหยัก (รูปที่ 6)
เส้นหยักที่วาดบนจานโดยมีจุดอยู่ใกล้กับไซนัสอยด์มาก ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าส้อมเสียงแต่ละสาขาทำการสั่นแบบฮาร์มอนิก
การทดลองต่างๆ ระบุว่าแหล่งกำเนิดเสียงใดๆ จำเป็นต้องสั่นสะเทือน แม้ว่าการสั่นสะเทือนเหล่านี้จะมองไม่เห็นด้วยตาก็ตาม เช่น เสียงของคนและสัตว์หลายชนิดเกิดขึ้นจากการสั่นของเส้นเสียง เสียงของเครื่องดนตรีประเภทลม เครื่องดนตรีเสียงไซเรน เสียงนกหวีดของสายลม เสียงใบไม้ที่พลิ้วไหว และเสียงฟ้าร้องดังกึกก้อง เกิดจากความผันผวนของมวลอากาศ
ใส่ใจ!
ไม่ใช่ทุกตัวที่สั่นจะเป็นแหล่งกำเนิดเสียง
ตัวอย่างเช่น ตุ้มน้ำหนักที่แกว่งไปมาบนเกลียวหรือสปริงจะไม่ส่งเสียง ไม้บรรทัดโลหะจะหยุดส่งเสียงเช่นกัน หากปลายด้านที่ว่างของมันยาวขึ้นมากจนความถี่การสั่นสะเทือนจะน้อยกว่า \(16\) Hz
หูของมนุษย์สามารถรับรู้เป็นเสียงการสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่ตั้งแต่ \(16\) ถึง \(20,000\) Hz (โดยปกติจะส่งผ่านอากาศ)
การสั่นสะเทือนทางกล ซึ่งมีความถี่อยู่ในช่วง \(16\) ถึง \(20,000\) Hz เรียกว่าเสียง
ขอบเขตของช่วงเสียงที่ระบุนั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ เนื่องจากขึ้นอยู่กับอายุของผู้คนและ ลักษณะเฉพาะส่วนบุคคลเครื่องช่วยฟังของพวกเขา โดยทั่วไปแล้ว เมื่ออายุมากขึ้น ขีดจำกัดความถี่สูงสุดของเสียงที่รับรู้จะลดลงอย่างมาก ผู้สูงอายุบางคนสามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่ไม่เกิน \(6000\) Hz ในทางกลับกัน เด็กสามารถรับรู้เสียงที่มีความถี่สูงกว่า \(20,000\) Hz เล็กน้อย
การสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่เกิน \(20,000\) เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราโซนิก และการสั่นสะเทือนที่มีความถี่น้อยกว่า \(16\) เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราโซนิก
อัลตราซาวด์และอินฟราซาวด์แพร่หลายในธรรมชาติพอๆ กับคลื่นเสียง พวกมันถูกปล่อยออกมาและใช้สำหรับ “การเจรจา” โดยโลมา ค้างคาว และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ
คลื่นเสียง (การสั่นสะเทือนของเสียง) คือการสั่นสะเทือนทางกลของโมเลกุลของสาร (เช่น อากาศ) ที่ส่งผ่านในอวกาศ
แต่ไม่ใช่ทุกตัวที่สั่นจะเป็นแหล่งกำเนิดของเสียง ตัวอย่างเช่น ตุ้มน้ำหนักที่แกว่งไปมาบนเกลียวหรือสปริงจะไม่ส่งเสียง ไม้บรรทัดโลหะจะหยุดส่งเสียงหากคุณเลื่อนขึ้นด้านบนด้วยอุปกรณ์รอง และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ปลายด้านที่ว่างยาวขึ้นเพื่อให้ความถี่การสั่นสะเทือนน้อยกว่า 20 เฮิรตซ์ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าหูของมนุษย์สามารถรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนทางกลของร่างกายที่เกิดขึ้นที่ความถี่ตั้งแต่ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ดังนั้นการสั่นสะเทือนที่มีความถี่อยู่ในช่วงนี้จึงเรียกว่าเสียง การสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่เกิน 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราโซนิก และการสั่นสะเทือนที่มีความถี่น้อยกว่า 20 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราโซนิก ควรสังเกตว่าขอบเขตที่ระบุของช่วงเสียงนั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ เนื่องจากขึ้นอยู่กับอายุของคนและลักษณะเฉพาะของเครื่องช่วยฟัง โดยทั่วไปแล้ว เมื่ออายุมากขึ้น ขีดจำกัดบนของเสียงที่รับรู้จะลดลงอย่างมาก - ผู้สูงอายุบางคนสามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่ไม่เกิน 6,000 เฮิรตซ์ ในทางกลับกัน เด็กสามารถรับรู้เสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์เล็กน้อย สัตว์บางชนิดจะได้ยินเสียงการสั่นสะเทือนที่มีความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ หรือน้อยกว่า 20 เฮิรตซ์ โลกเต็มไปด้วยเสียงต่างๆ มากมาย เสียงนาฬิกาเดินและเสียงฮัมของเครื่องยนต์ เสียงใบไม้และเสียงลมร้องโหยหวน เสียงนกร้อง และเสียงผู้คน ผู้คนเริ่มเดาว่าเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไรและเป็นอย่างไรเมื่อนานมาแล้ว ตัวอย่างเช่น พวกเขาสังเกตเห็นว่าเสียงนั้นถูกสร้างขึ้นโดยร่างกายที่สั่นสะเทือนในอากาศ แม้แต่นักปรัชญาและนักสารานุกรมชาวกรีกโบราณอริสโตเติลก็อธิบายธรรมชาติของเสียงได้อย่างถูกต้องตามการสังเกตโดยเชื่อว่าร่างกายที่มีเสียงจะสร้างการบีบอัดสลับและการทำให้อากาศบริสุทธิ์ ดังนั้นสายที่สั่นจะบีบอัดหรือทำให้อากาศบริสุทธิ์และด้วยความยืดหยุ่นของอากาศ เอฟเฟกต์ที่สลับกันเหล่านี้จึงถูกส่งไปยังอวกาศเพิ่มเติม - จากชั้นหนึ่งไปอีกชั้นหนึ่ง คลื่นยืดหยุ่นจึงเกิดขึ้น เมื่อมาถึงหูของเรา มันจะกระทบแก้วหูและทำให้เกิดความรู้สึกของเสียง โดยการได้ยิน บุคคลจะรับรู้คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่ตั้งแต่ประมาณ 16 Hz ถึง 20 kHz (1 Hz - 1 การสั่นสะเทือนต่อวินาที) ด้วยเหตุนี้คลื่นยืดหยุ่นในตัวกลางใด ๆ ซึ่งมีความถี่อยู่ภายในขอบเขตที่กำหนดเรียกว่าคลื่นเสียงหรือเพียงแค่เสียง ในอากาศที่อุณหภูมิ 0° C และ ความดันปกติเสียงเดินทางด้วยความเร็ว 330 เมตรต่อวินาที น้ำทะเล- ประมาณ 1,500 เมตรต่อวินาที ในโลหะบางชนิด ความเร็วของเสียงสูงถึง 7,000 เมตรต่อวินาที คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่น้อยกว่า 16 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราซาวนด์ และคลื่นที่มีความถี่เกิน 20 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราซาวนด์
แหล่งที่มาของเสียงในก๊าซและของเหลวไม่เพียงแต่มาจากการสั่นของวัตถุเท่านั้น ตัวอย่างเช่น กระสุนและลูกศรเป่านกหวีดในอากาศ ลมโห่ร้อง และเสียงคำรามของเครื่องบินเทอร์โบเจ็ทไม่เพียงแต่ประกอบด้วยเสียงของหน่วยปฏิบัติการ เช่น พัดลม คอมเพรสเซอร์ กังหัน ห้องเผาไหม้ ฯลฯ แต่ยังรวมถึงเสียงของกระแสน้ำเจ็ต น้ำวน กระแสลมปั่นป่วนที่เกิดขึ้นเมื่อไหลไปรอบๆ เครื่องบินด้วยความเร็วสูง วัตถุที่วิ่งอย่างรวดเร็วผ่านอากาศหรือน้ำดูเหมือนว่าจะหยุดกระแสที่ไหลรอบ ๆ ตัวมัน และทำให้เกิดบริเวณที่หายากและการบีบอัดในตัวกลางเป็นระยะ ส่งผลให้เกิดคลื่นเสียง เสียงสามารถเดินทางได้ในรูปของคลื่นตามยาวและตามขวาง ในสื่อก๊าซและของเหลว คลื่นตามยาวเท่านั้นที่เกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคเกิดขึ้นในทิศทางที่คลื่นแพร่กระจายเท่านั้น ในของแข็งนอกจากจะมีลักษณะตามยาวแล้วยังมีเกิดขึ้นอีกด้วย คลื่นตามขวางเมื่ออนุภาคของตัวกลางแกว่งไปในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ที่นั่น เมื่อกระทบกับเชือกที่ตั้งฉากกับทิศทาง เราบังคับคลื่นให้วิ่งไปตามเชือก หูของมนุษย์ไม่มีความไวต่อเสียงที่มีความถี่ต่างกันไม่เท่ากัน มีความไวต่อความถี่ตั้งแต่ 1,000 ถึง 4,000 Hz มากที่สุด ที่ความเข้มที่สูงมาก คลื่นจะไม่ถูกมองว่าเป็นเสียงอีกต่อไป ทำให้เกิดความรู้สึกเจ็บปวดกดทับในหู ความเข้มของคลื่นเสียงที่เกิดขึ้นเรียกว่าเกณฑ์ความเจ็บปวด แนวคิดเรื่องน้ำเสียงและน้ำเสียงก็มีความสำคัญในการศึกษาเสียงเช่นกัน ใดๆ เสียงจริงไม่ว่าจะเป็นเสียงมนุษย์หรือการเล่นเครื่องดนตรี ไม่ใช่การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกธรรมดา แต่เป็นส่วนผสมที่แปลกประหลาดของการสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกหลายอย่างกับชุดความถี่บางชุด อันที่มีความถี่ต่ำสุดเรียกว่าเสียงพื้นฐาน ส่วนอันอื่นๆ เรียกว่าโอเวอร์โทน ปริมาณต่างๆเสียงหวือหวาที่มีอยู่ในเสียงใดเสียงหนึ่งทำให้มีสีพิเศษ - เสียงต่ำ ความแตกต่างระหว่างเสียงต่ำกับอีกเสียงหนึ่งนั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยตัวเลขเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเข้มของเสียงหวือหวาที่มาพร้อมกับเสียงของโทนเสียงหลักด้วย ด้วยเสียงต่ำ เราสามารถแยกแยะเสียงของไวโอลินและเปียโน กีตาร์และฟลุตได้อย่างง่ายดาย และจดจำเสียงของคนที่คุ้นเคยได้อย่างง่ายดาย
- ความถี่การสั่นเรียกว่าจำนวนการสั่นสมบูรณ์ต่อวินาที หน่วยวัดความถี่คือ 1 เฮิรตซ์ (Hz) 1 เฮิรตซ์สอดคล้องกับการสั่นที่สมบูรณ์ครั้งหนึ่ง (ในทิศทางเดียวและอีกทิศทางหนึ่ง) ซึ่งเกิดขึ้นในหนึ่งวินาที
- ระยะเวลาคือเวลาที่เกิดการสั่นที่สมบูรณ์หนึ่งครั้ง ยิ่งความถี่ของการแกว่งสูงเท่าใด ระยะเวลาการแกว่งก็จะสั้นลง เช่น ฉ=1/ต. ดังนั้นความถี่ของการแกว่งจะมากขึ้น ระยะเวลาที่สั้นลง และในทางกลับกัน เสียงของมนุษย์สร้างการสั่นสะเทือนของเสียงด้วยความถี่ 80 ถึง 12,000 Hz และหูรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนของเสียงในช่วง 16-20,000 Hz
- แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนคือการเบี่ยงเบนสูงสุดของตัวสั่นจากตำแหน่งเดิม (เงียบ) ยิ่งแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนมากเท่าไร เสียงก็จะยิ่งดังมากขึ้นเท่านั้น เสียงคำพูดของมนุษย์เป็นการสั่นสะเทือนของเสียงที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยการสั่นสะเทือนอย่างง่ายจำนวนหนึ่งหรือหลายจำนวน ซึ่งมีความถี่และแอมพลิจูดต่างกันไป เสียงพูดแต่ละเสียงมีการสั่นของความถี่และแอมพลิจูดที่ต่างกันออกไป ดังนั้นรูปร่างของการสั่นสะเทือนของเสียงคำพูดหนึ่งจึงแตกต่างจากรูปร่างของอีกเสียงอย่างเห็นได้ชัดซึ่งจะแสดงกราฟของการสั่นสะเทือนในระหว่างการออกเสียงเสียง a, o และ u
บุคคลกำหนดลักษณะเสียงใด ๆ ตามการรับรู้ของเขาตามระดับเสียงและระดับเสียง
โลกเต็มไปด้วยเสียงต่างๆ มากมาย เสียงนาฬิกาเดินและเสียงฮัมของเครื่องยนต์ เสียงใบไม้และเสียงลมร้องโหยหวน เสียงนกร้อง และเสียงผู้คน ผู้คนเริ่มเดาว่าเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไรและเป็นอย่างไรเมื่อนานมาแล้ว แม้แต่นักปรัชญาและนักสารานุกรมชาวกรีกโบราณอริสโตเติลก็อธิบายธรรมชาติของเสียงได้อย่างถูกต้องตามการสังเกตโดยเชื่อว่าร่างกายที่มีเสียงจะสร้างการบีบอัดสลับและการทำให้อากาศบริสุทธิ์ ปีที่แล้วผู้เขียนได้ทำงานเกี่ยวกับปัญหาธรรมชาติของเสียงและเสร็จสมบูรณ์ งานวิจัย: “ในโลกแห่งเสียง” ซึ่งความถี่เสียงของมาตราส่วนดนตรีคำนวณโดยใช้แก้วน้ำ
เสียงมีลักษณะเป็นปริมาณ ได้แก่ ความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็ว มันยังโดดเด่นด้วยแอมพลิจูดและปริมาตร ดังนั้นเราจึงอยู่ในโลกแห่งเสียงที่หลากหลายและเฉดสีที่หลากหลาย
ในตอนท้ายของการวิจัยครั้งก่อน ฉันมีคำถามพื้นฐาน: มีวิธีกำหนดความเร็วของเสียงที่บ้านหรือไม่ ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดปัญหาได้: เราจำเป็นต้องหาวิธีหรือวิธีกำหนดความเร็วของเสียง
รากฐานทางทฤษฎีของหลักคำสอนเรื่องเสียง
โลกแห่งเสียง
โด-เร-มิ-ฟา-ซอล-ลา-ซี
แกมมาของเสียง พวกมันมีอยู่อย่างเป็นอิสระจากหูหรือไม่? สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงความรู้สึกส่วนตัว แล้วโลกก็เงียบงัน หรือมันเป็นภาพสะท้อนของความเป็นจริงที่แท้จริงในจิตสำนึกของเรา? หากเป็นอย่างหลัง แม้ว่าจะไม่มีเรา โลกก็จะดังก้องไปพร้อมกับเสียงซิมโฟนี
ตำนานยังกล่าวถึงพีทาโกรัส (582-500 ปีก่อนคริสตกาล) การค้นพบความสัมพันธ์เชิงตัวเลขที่สอดคล้องกับความสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน เสียงดนตรี- เมื่อเดินผ่านโรงตีเหล็กซึ่งมีคนงานหลายคนกำลังตีเหล็ก พีธากอรัสสังเกตว่าเสียงมีอัตราส่วนที่ห้า สี่ และอ็อกเทฟ เมื่อเข้าไปในโรงตีเหล็ก เขาเริ่มมั่นใจว่าค้อนที่ให้อ็อกเทฟเมื่อเทียบกับค้อนที่หนักที่สุดนั้นมีน้ำหนักเท่ากับ 1/2 ของอย่างหลัง ค้อนที่ให้อ็อกเทฟที่ 5 มีน้ำหนักเท่ากับ 2/3 และ ควอร์ตมีน้ำหนักเท่ากับ 3/4 ของค้อนหนัก เมื่อกลับถึงบ้าน พีทาโกรัสได้แขวนเชือกที่มีน้ำหนักเป็นสัดส่วน 1/2: 2/3: 3/4 ที่ปลายสาย และถูกกล่าวหาว่าเมื่อตีสายแล้วจะสร้างช่วงเวลาทางดนตรีที่เหมือนกัน ในทางกายภาพ ตำนานไม่ได้ยืนหยัดต่อการวิพากษ์วิจารณ์ ทั่งตีด้วยค้อนที่แตกต่างกันทำให้เกิดเสียงของตัวเองและน้ำเสียงเดียวกัน และกฎของการสั่นสะเทือนของเชือกไม่ได้ยืนยันตำนาน แต่ไม่ว่าในกรณีใด ตำนานก็พูดถึงคำสอนเรื่องความสามัคคีในสมัยโบราณ ข้อดีของชาวพีทาโกรัสในสาขาดนตรีนั้นไม่ต้องสงสัยเลย พวกเขาเกิดความคิดที่ประสบความสำเร็จในการวัดโทนเสียงของสายที่ทำให้เกิดเสียงโดยการวัดความยาวของสาย พวกเขารู้จักอุปกรณ์ "โมโนคอร์ด" ซึ่งเป็นกล่องที่ทำจากแผ่นไม้ซีดาร์และมีเชือกขึงเส้นหนึ่งอยู่บนฝา เมื่อคุณตีสาย มันจะสร้างโทนเสียงเฉพาะขึ้นมา หากคุณแบ่งสายออกเป็นสองส่วน โดยใช้หมุดสามเหลี่ยมตรงกลางค้ำไว้ จะทำให้ได้โทนเสียงที่ดังขึ้น มันฟังดูคล้ายกับโทนเสียงหลักมากจนเมื่อฟังพร้อมกันแทบจะรวมเป็นโทนเดียว ความสัมพันธ์ของสองโทนในดนตรีเป็นช่วงเวลา เมื่ออัตราส่วนความยาวสายอักขระเป็น 1/2:1 ช่วงดังกล่าวจะเรียกว่าอ็อกเทฟ ช่วงเวลาที่ห้าและสี่ที่พีทาโกรัสรู้จักจะได้มาถ้าหมุดของโมโนคอร์ดถูกย้ายเพื่อให้แยก 2/3 หรือ 3/4 ของสายตามลำดับ
สำหรับหมายเลขเจ็ดนั้นมีความเกี่ยวข้องกับความคิดที่เก่าแก่และลึกลับของผู้คนที่มีลักษณะกึ่งศาสนาและกึ่งลึกลับ อย่างไรก็ตาม น่าจะเป็นเพราะการแบ่งแยกทางดาราศาสตร์ เดือนจันทรคติเป็นเวลาสี่สัปดาห์เจ็ดวัน ตัวเลขนี้ปรากฏมานานนับพันปีในตำนานต่างๆ ดังนั้นเราจึงพบมันในกระดาษปาปิรุสโบราณซึ่งเขียนโดยชาวอียิปต์ Ahmes เมื่อ 2000 ปีก่อนคริสตกาล เอกสารที่น่าสงสัยนี้มีชื่อว่า “คำแนะนำในการรับความรู้เกี่ยวกับสิ่งลี้ลับทั้งปวง” เหนือสิ่งอื่นใด เราพบว่ามีปัญหาลึกลับที่เรียกว่า “บันได” พูดถึงบันไดตัวเลขที่แสดงถึงพลังของเลขเจ็ด: 7, 49, 343, 2401, 16,807 ใต้แต่ละตัวเลขจะมีภาพอักษรอียิปต์โบราณ: แมว, หนู, ข้าวบาร์เลย์, หน่วยวัด กระดาษปาปิรัสไม่ได้ให้เบาะแสเกี่ยวกับปัญหานี้ ล่ามสมัยใหม่ของต้นกก Ahmes ถอดรหัสสภาพของปัญหาดังนี้: คนเจ็ดคนมีแมวเจ็ดตัว แมวแต่ละตัวกินหนูเจ็ดตัว หนูแต่ละตัวสามารถกินข้าวบาร์เลย์ได้เจ็ดรวง หูแต่ละข้างสามารถปลูกเมล็ดพืชได้เจ็ดตวง แมวจะประหยัดเมล็ดพืชได้มากแค่ไหน? ทำไมไม่มีปัญหากับเนื้อหาการผลิตที่เสนอเมื่อ 40 ศตวรรษก่อนล่ะ?
มาตราส่วนดนตรียุโรปสมัยใหม่มีเจ็ดโทนเสียง แต่ไม่ใช่ทุกครั้ง และไม่ใช่ทุกคนจะมีมาตราส่วนเจ็ดโทน ตัวอย่างเช่นใน จีนโบราณใช้สเกลห้าโทนเสียง เพื่อวัตถุประสงค์ในการปรับความสม่ำเสมอ ระดับเสียงอ้างอิงนี้ต้องได้รับการประกาศอย่างเคร่งครัดโดยข้อตกลงระหว่างประเทศ ตั้งแต่ปี 1938 เป็นต้นมา โทนเสียงที่สอดคล้องกับความถี่ 440 เฮิรตซ์ (440 การสั่นต่อวินาที) ถูกนำมาใช้เป็นโทนเสียงพื้นฐาน หลายๆ โทนเสียงที่ทำให้เกิดคอร์ดดนตรีพร้อมกัน ผู้ที่มีระดับเสียงสูงที่สุดสามารถได้ยินเสียงของแต่ละโทนเสียงในคอร์ดได้
แน่นอนว่าคุณรู้จักโครงสร้างของหูมนุษย์เป็นส่วนใหญ่ ให้เราจำมันสั้น ๆ หูประกอบด้วยสามส่วน: 1) หูชั้นนอกซึ่งลงท้ายด้วยแก้วหู; 2) หูชั้นกลางซึ่งด้วยความช่วยเหลือของกระดูกหูสามชิ้น: มัลลีอุส, อินคัสและกระดูกโกลน, ส่งการสั่นสะเทือนของแก้วหูไปยังหูชั้นใน; 3) หูชั้นในหรือเขาวงกตประกอบด้วยช่องครึ่งวงกลมและคอเคลีย โคเคลียเป็นเครื่องมือรับเสียง หูชั้นในเต็มไปด้วยของเหลว (น้ำเหลือง) ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบแกว่งโดยการใช้โกลนบนเมมเบรน กระชับหน้าต่างรูปไข่ในแคปซูลกระดูกของเขาวงกตให้แน่น ในผนังกั้นแบ่งคอเคลียออกเป็นสองส่วนตามความยาวทั้งหมด เส้นใยประสาทที่ดีที่สุดที่ค่อยๆ เพิ่มความยาวจะอยู่ในแถวขวาง
โลกแห่งเสียงมีจริง! แต่แน่นอนว่าเราไม่ควรคิดว่าโลกนี้กระตุ้นความรู้สึกแบบเดียวกันในทุกคน การถามว่าคนอื่นรับรู้เสียงในลักษณะเดียวกับคุณหรือไม่นั้นไม่ใช่วิธีการถามคำถามที่เป็นวิทยาศาสตร์
1. 2. แหล่งกำเนิดเสียง การสั่นสะเทือนของเสียง
โลกแห่งเสียงรอบตัวเรามีความหลากหลาย - เสียงของผู้คนและเสียงดนตรี เสียงนกร้องและเสียงผึ้ง ฟ้าร้องขณะเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง และเสียงของป่าในสายลม เสียงรถที่แล่นผ่าน เครื่องบิน ฯลฯ
สิ่งที่เสียงทั้งหมดมีเหมือนกันคือร่างกายที่สร้างมันขึ้นมา กล่าวคือ แหล่งกำเนิดเสียงสั่นสะเทือน
ไม้บรรทัดโลหะที่ยืดหยุ่นซึ่งยึดอยู่กับที่รองจะส่งเสียงหากส่วนที่เป็นอิสระซึ่งเลือกความยาวไว้ในลักษณะใดลักษณะหนึ่งถูกทำให้เคลื่อนที่แบบสั่น ใน ในกรณีนี้การสั่นของแหล่งกำเนิดเสียงนั้นชัดเจน
แต่ไม่ใช่ทุกตัวที่สั่นจะเป็นแหล่งกำเนิดของเสียง ตัวอย่างเช่น ตุ้มน้ำหนักที่แกว่งไปมาบนเกลียวหรือสปริงจะไม่ส่งเสียง ไม้บรรทัดโลหะจะหยุดส่งเสียงหากคุณเลื่อนขึ้นด้านบนด้วยอุปกรณ์รอง และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ปลายด้านที่ว่างยาวขึ้นเพื่อให้ความถี่การสั่นสะเทือนน้อยกว่า 20 เฮิรตซ์
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าหูของมนุษย์สามารถรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนทางกลของร่างกายที่เกิดขึ้นที่ความถี่ตั้งแต่ 20 เฮิรตซ์ถึง 20,000 เฮิรตซ์ ดังนั้นการสั่นสะเทือนที่มีความถี่อยู่ในช่วงนี้จึงเรียกว่าเสียง
การสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่เกิน 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราโซนิก และการสั่นสะเทือนที่มีความถี่น้อยกว่า 20 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราโซนิก
ควรสังเกตว่าขอบเขตที่ระบุของช่วงเสียงนั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ เนื่องจากขึ้นอยู่กับอายุของคนและลักษณะเฉพาะของเครื่องช่วยฟัง โดยทั่วไปแล้ว เมื่ออายุมากขึ้น ขีดจำกัดบนของเสียงที่รับรู้จะลดลงอย่างมาก - ผู้สูงอายุบางคนสามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่ไม่เกิน 6,000 เฮิรตซ์ ในทางกลับกัน เด็กสามารถรับรู้เสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์เล็กน้อย
สัตว์บางชนิดจะได้ยินเสียงการสั่นสะเทือนที่มีความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ หรือน้อยกว่า 20 เฮิรตซ์
โลกเต็มไปด้วยเสียงต่างๆ มากมาย เสียงนาฬิกาเดินและเสียงฮัมของเครื่องยนต์ เสียงใบไม้และเสียงลมร้องโหยหวน เสียงนกร้อง และเสียงผู้คน ผู้คนเริ่มเดาว่าเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไรและเป็นอย่างไรเมื่อนานมาแล้ว ตัวอย่างเช่น พวกเขาสังเกตเห็นว่าเสียงนั้นถูกสร้างขึ้นโดยร่างกายที่สั่นสะเทือนในอากาศ แม้แต่นักปรัชญาและนักสารานุกรมชาวกรีกโบราณอริสโตเติลก็อธิบายธรรมชาติของเสียงได้อย่างถูกต้องตามการสังเกตโดยเชื่อว่าร่างกายที่มีเสียงจะสร้างการบีบอัดสลับและการทำให้อากาศบริสุทธิ์ ดังนั้นสายที่สั่นจะบีบอัดหรือทำให้อากาศบริสุทธิ์และด้วยความยืดหยุ่นของอากาศ เอฟเฟกต์ที่สลับกันเหล่านี้จึงถูกส่งไปยังอวกาศเพิ่มเติม - จากชั้นหนึ่งไปอีกชั้นหนึ่ง คลื่นยืดหยุ่นจึงเกิดขึ้น เมื่อมาถึงหูของเรา มันจะกระทบแก้วหูและทำให้เกิดความรู้สึกของเสียง
โดยการได้ยิน บุคคลจะรับรู้คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่ตั้งแต่ประมาณ 16 Hz ถึง 20 kHz (1 Hz - 1 การสั่นสะเทือนต่อวินาที) ด้วยเหตุนี้คลื่นยืดหยุ่นในตัวกลางใด ๆ ซึ่งมีความถี่อยู่ภายในขอบเขตที่กำหนดเรียกว่าคลื่นเสียงหรือเพียงแค่เสียง ในอากาศที่อุณหภูมิ 0° C และความดันปกติ เสียงเดินทางด้วยความเร็ว 330 m/s
แหล่งที่มาของเสียงในก๊าซและของเหลวไม่เพียงแต่มาจากการสั่นของวัตถุเท่านั้น ตัวอย่างเช่น กระสุนและลูกศรเป่านกหวีดในอากาศ ลมโห่ร้อง และเสียงคำรามของเครื่องบินเทอร์โบเจ็ทไม่เพียงแต่ประกอบด้วยเสียงของหน่วยปฏิบัติการ เช่น พัดลม คอมเพรสเซอร์ กังหัน ห้องเผาไหม้ ฯลฯ แต่ยังรวมถึงเสียงของกระแสน้ำเจ็ต น้ำวน กระแสลมปั่นป่วนที่เกิดขึ้นเมื่อไหลไปรอบๆ เครื่องบินด้วยความเร็วสูง วัตถุที่วิ่งอย่างรวดเร็วผ่านอากาศหรือน้ำดูเหมือนว่าจะหยุดกระแสที่ไหลรอบ ๆ ตัวมัน และทำให้เกิดบริเวณที่หายากและการบีบอัดในตัวกลางเป็นระยะ ส่งผลให้เกิดคลื่นเสียง
แนวคิดเรื่องน้ำเสียงและน้ำเสียงก็มีความสำคัญในการศึกษาเสียงเช่นกัน เสียงจริงใดๆ ไม่ว่าจะเป็นเสียงมนุษย์หรือการเล่นเครื่องดนตรี ไม่ใช่การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกธรรมดา แต่เป็นส่วนผสมที่แปลกประหลาดของการสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกหลายๆ ชุดกับความถี่บางชุด อันที่มีความถี่ต่ำสุดเรียกว่าเสียงพื้นฐาน ส่วนอันอื่นเรียกว่าเสียงหวือหวา จำนวนเสียงหวือหวาที่แตกต่างกันในเสียงหนึ่งๆ ทำให้เสียงมีสีพิเศษ - เสียงต่ำ ความแตกต่างระหว่างเสียงต่ำกับอีกเสียงหนึ่งนั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยตัวเลขเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเข้มของเสียงหวือหวาที่มาพร้อมกับเสียงของโทนเสียงหลักด้วย ด้วยเสียงต่ำ เราสามารถแยกแยะเสียงของไวโอลินและเปียโน กีตาร์และฟลุตได้อย่างง่ายดาย และจดจำเสียงของคนที่คุ้นเคยได้อย่างง่ายดาย
1.4.ระดับเสียงและระดับเสียงต่ำ
มาสร้างเสียงสองสายที่แตกต่างกันบนกีตาร์หรือบาลาไลกากันดีกว่า เราจะได้ยินเสียงที่แตกต่างกัน: เสียงหนึ่งต่ำกว่าและอีกเสียงหนึ่งสูงขึ้น เสียงของผู้ชายนั้นต่ำกว่าเสียงของผู้หญิง เสียงเบสนั้นต่ำกว่าเสียงของเทเนอร์ และเสียงของโซปราโนก็สูงกว่าเสียงอัลโต
ระดับเสียงขึ้นอยู่กับอะไร?
เราสามารถสรุปได้ว่าระดับเสียงนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ของการสั่นสะเทือน ยิ่งความถี่ของการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงสูงเท่าไร เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
โทนเสียงที่บริสุทธิ์คือเสียงของแหล่งกำเนิดที่สั่นด้วยความถี่เดียว
เสียงจากแหล่งอื่นๆ (เช่น เสียงเครื่องดนตรีต่างๆ เสียงคน เสียงไซเรน และอื่นๆ อีกมากมาย) เป็นกลุ่มของการสั่นสะเทือน ความถี่ที่แตกต่างกันนั่นคือชุดโทนสีที่บริสุทธิ์
ความถี่ต่ำสุด (เช่น ที่เล็กที่สุด) ของเสียงที่ซับซ้อนดังกล่าวเรียกว่าความถี่พื้นฐาน และเสียงที่สอดคล้องกันของระดับเสียงหนึ่งเรียกว่าเสียงพื้นฐาน (บางครั้งเรียกง่ายๆ ว่าโทนเสียง) ระดับเสียงที่ซับซ้อนจะถูกกำหนดอย่างแม่นยำโดยระดับเสียงพื้นฐานของเสียงนั้น
โทนเสียงอื่นๆ ทั้งหมดของเสียงที่ซับซ้อนเรียกว่าโอเวอร์โทน เสียงหวือหวาเป็นตัวกำหนดเสียงต่ำของเสียง กล่าวคือ คุณภาพของเสียงที่ช่วยให้เราแยกแยะเสียงของบางแหล่งจากเสียงของแหล่งอื่นได้ ตัวอย่างเช่น เราสามารถแยกแยะเสียงเปียโนจากเสียงไวโอลินได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าเสียงเหล่านี้จะมีระดับเสียงเท่ากัน นั่นคือความถี่พื้นฐานเดียวกันก็ตาม ความแตกต่างระหว่างเสียงเหล่านี้เกิดจากชุดของเสียงหวือหวาที่แตกต่างกัน
ดังนั้น ระดับเสียงจะถูกกำหนดโดยความถี่ของโทนเสียงพื้นฐาน ยิ่งความถี่ของโทนเสียงพื้นฐานสูงเท่าไร เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
เสียงต่ำของเสียงถูกกำหนดโดยจำนวนรวมของเสียงหวือหวา
1. 5. เหตุใดจึงมีเสียงต่างกัน?
เสียงจะแตกต่างกันในด้านระดับเสียง ระดับเสียง และระดับเสียง ความดังของเสียงส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างของหูของผู้ฟังจากวัตถุที่ทำให้เกิดเสียง และส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของการสั่นของสิ่งหลัง คำว่าแอมพลิจูดหมายถึงระยะทางที่ร่างกายเดินทางจากจุดสุดขั้วหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งระหว่างการแกว่งของมัน ยิ่งห่างไกลเสียงยิ่งดัง
ระดับเสียงขึ้นอยู่กับความเร็วหรือความถี่ของการสั่นสะเทือนของร่างกาย ยิ่งวัตถุสั่นสะเทือนในหนึ่งวินาทีมากเท่าใด เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม สองเสียงที่มีระดับเสียงและระดับเสียงเท่ากันอาจแตกต่างกันทุกประการ ความเป็นละครเพลงของเสียงขึ้นอยู่กับจำนวนและความแรงของเสียงหวือหวาที่อยู่ในนั้น ถ้าสายไวโอลินถูกสร้างให้สั่นสะเทือนตลอดความยาวสายจนไม่เกิดการสั่นเพิ่มเติม ก็จะได้ยินโทนเสียงที่ต่ำที่สุดที่สามารถทำให้เกิดได้ โทนนี้เรียกว่าโทนหลัก อย่างไรก็ตามหากมีความผันผวนเพิ่มเติมเกิดขึ้น แต่ละส่วนจากนั้นโน้ตที่สูงกว่าเพิ่มเติมจะปรากฏขึ้น เพื่อให้สอดคล้องกับโทนเสียงหลัก พวกเขาจะสร้างเสียงที่พิเศษเหมือนไวโอลิน โน้ตที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโทนเสียงหลักเรียกว่าโอเวอร์โทน พวกเขากำหนดเสียงต่ำของเสียงใดเสียงหนึ่ง
1. 6. การสะท้อนและการแพร่กระจายของการรบกวน
การรบกวนของท่อยางหรือสปริงที่ยืดออกส่วนหนึ่งเคลื่อนที่ไปตามความยาวของท่อ เมื่อเกิดการรบกวนถึงปลายท่อ จะสะท้อนออกมาไม่ว่าปลายท่อจะยึดอยู่กับที่หรือว่างก็ตาม ปลายที่จับไว้จะถูกดึงขึ้นอย่างรวดเร็วแล้วจึงนำไปยังตำแหน่งเดิม สันที่ก่อตัวบนท่อจะเคลื่อนไปตามท่อไปยังผนัง ซึ่งจะมีการสะท้อนกลับ ในกรณีนี้ คลื่นสะท้อนจะมีรูปร่างของการยุบ กล่าวคือ มันอยู่ต่ำกว่าตำแหน่งเฉลี่ยของท่อ ในขณะที่แอนติโนดดั้งเดิมอยู่เหนือ อะไรคือสาเหตุของความแตกต่างนี้? ลองนึกภาพปลายท่อยางที่ติดอยู่กับผนัง เนื่องจากได้รับการแก้ไขแล้วจึงไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้ แรงกระตุ้นของแรงกระตุ้นที่เข้ามามีแนวโน้มที่จะบังคับให้แรงกระตุ้นเคลื่อนขึ้นด้านบน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ จึงต้องมีแรงลงที่เท่ากันและตรงข้ามกันที่เล็ดลอดออกมาจากส่วนรองรับและจ่ายไปที่ปลายท่อยาง ดังนั้นแรงกระตุ้นที่สะท้อนกลับจึงอยู่ที่ตำแหน่งที่มีแอนติโนดอยู่ด้านล่าง ความแตกต่างของเฟสระหว่างพัลส์ที่สะท้อนและพัลส์ดั้งเดิมคือ 180°
1. 7. คลื่นนิ่ง
เมื่อมือที่ถือท่อตัดขยับขึ้นและลง และความถี่ของการเคลื่อนที่ค่อยๆ เพิ่มขึ้น จะถึงจุดที่ได้รับแอนติโนดตัวเดียว ความถี่ของการสั่นสะเทือนของมือที่เพิ่มขึ้นอีกจะนำไปสู่การก่อตัวของแอนติโนดคู่ หากคุณวัดความถี่ของการเคลื่อนไหวของเข็มนาฬิกา คุณจะเห็นว่าความถี่ของเข็มนั้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เนื่องจากเป็นการยากที่จะขยับมือให้เร็วขึ้น จึงควรใช้เครื่องสั่นแบบกลไกจะดีกว่า
คลื่นที่เกิดขึ้นเรียกว่าคลื่นนิ่งหรือคลื่นนิ่ง พวกมันก่อตัวขึ้นเนื่องจากมีคลื่นสะท้อนมาซ้อนทับกับเหตุการณ์หนึ่ง
ใน การศึกษาครั้งนี้มีสองคลื่น: เหตุการณ์และสะท้อน พวกมันมีความถี่ แอมพลิจูด และความยาวคลื่นเท่ากัน แต่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งเหล่านี้เป็นคลื่นเคลื่อนที่ แต่พวกมันรบกวนซึ่งกันและกันและทำให้เกิดคลื่นนิ่ง สิ่งนี้มีผลกระทบดังต่อไปนี้: ก) อนุภาคทั้งหมดในแต่ละครึ่งความยาวคลื่นจะสั่นเป็นเฟส กล่าวคือ อนุภาคทั้งหมดเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันในเวลาเดียวกัน; b) แต่ละอนุภาคมีแอมพลิจูดแตกต่างจากแอมพลิจูดของอนุภาคถัดไป c) ความแตกต่างของเฟสระหว่างการสั่นของอนุภาคในครึ่งคลื่นหนึ่งและการสั่นของอนุภาคในครึ่งคลื่นถัดไปคือ 180° ความหมายง่ายๆ ก็คือ พวกมันเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงกันข้ามให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ในเวลาเดียวกัน หรือหากพบว่าตัวเองอยู่ในตำแหน่งตรงกลาง พวกมันก็เริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม
อนุภาคบางชนิดไม่เคลื่อนที่ (มีแอมพลิจูดเป็นศูนย์) เนื่องจากแรงที่กระทำต่ออนุภาคจะเท่ากันและตรงกันข้ามเสมอ จุดเหล่านี้เรียกว่าจุดปมหรือปม และระยะห่างระหว่างสองปมที่ตามมาคือครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น นั่นคือ 1\2 แลมบ์
การเคลื่อนไหวสูงสุดเกิดขึ้นที่จุดต่างๆ และแอมพลิจูดของจุดเหล่านี้เป็นสองเท่าของแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ จุดเหล่านี้เรียกว่าแอนติโนด และระยะห่างระหว่างแอนติโนดสองตัวต่อมาคือครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ระยะห่างระหว่างโหนดและแอนติโหนดถัดไปคือหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น นั่นคือ 1\4แล
คลื่นนิ่งแตกต่างจากคลื่นเคลื่อนที่ ในคลื่นเคลื่อนที่ ก) อนุภาคทั้งหมดมีแอมพลิจูดของการสั่นเท่ากัน b) แต่ละอนุภาคไม่อยู่ในเฟสของอนุภาคถัดไป
1. 8. หลอดเรโซแนนซ์
ท่อเรโซแนนซ์เป็นท่อแคบที่สร้างการสั่นสะเทือนของคอลัมน์อากาศ หากต้องการเปลี่ยนความยาวของเสาอากาศให้ใช้ วิธีการที่แตกต่างกันเช่น การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำในท่อ ปลายท่อปิดเป็นปมเนื่องจากอากาศที่สัมผัสกับท่อหยุดนิ่ง ปลายเปิดของไปป์จะเป็นแอนติโนดเสมอ เนื่องจากแอมพลิจูดของการแกว่งจะสูงสุดที่นี่ มีหนึ่งโหนดและหนึ่งแอนติโนด ความยาวของท่อประมาณหนึ่งในสี่ของความยาวของคลื่นนิ่ง
เพื่อแสดงให้เห็นว่าความยาวของเสาอากาศแปรผกผันกับความถี่ของคลื่น จำเป็นต้องใช้ชุดส้อมเสียง ควรใช้ลำโพงขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกับออสซิลเลเตอร์ที่ปรับเทียบแล้ว ความถี่เสียงแทนส้อมเสียงความถี่คงที่ แทนที่จะใช้ท่อน้ำจะใช้ท่อยาวที่มีลูกสูบเนื่องจากจะทำให้เลือกความยาวของคอลัมน์อากาศได้ง่ายขึ้น แหล่งกำเนิดเสียงคงที่จะถูกวางไว้ใกล้กับปลายท่อ และได้รับความยาวเรโซแนนซ์ของคอลัมน์อากาศสำหรับความถี่ 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz และ 600 Hz
เมื่อเทน้ำลงในขวด จะมีการสร้างเสียงเฉพาะขึ้นเมื่ออากาศในขวดเริ่มสั่นสะเทือน ระดับเสียงนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาตรอากาศในขวดลดลง ขวดแต่ละขวดมีความถี่ตามธรรมชาติที่แน่นอน และเมื่อคุณเป่าขวดไปที่คอขวดที่เปิดอยู่ ก็จะเกิดเสียงขึ้นเช่นกัน
ในช่วงเริ่มต้นของสงคราม พ.ศ. 2482-2488 ไฟฉายมุ่งความสนใจไปที่เครื่องบินโดยใช้อุปกรณ์ที่ทำงานในช่วงเสียง เพื่อป้องกันไม่ให้พวกเขาโฟกัส ลูกเรือบางคนจึงโยนขวดเปล่าออกจากเครื่องบินเมื่อถูกจับได้ว่าอยู่ในสปอตไลท์ เครื่องรับรับรู้เสียงดังของขวดที่ตกลงมา และไฟสปอร์ตไลท์ก็สูญเสียโฟกัสไป
1. 9. เครื่องดนตรีประเภทลม.
เสียงที่เกิดจากเครื่องเป่าลมขึ้นอยู่กับคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้นในท่อ โทนสีขึ้นอยู่กับความยาวของท่อและประเภทของการสั่นสะเทือนของอากาศในท่อ
เช่น ไปป์ออร์แกนแบบเปิด อากาศถูกเป่าเข้าไปในท่อผ่านรูและกระทบกับส่วนที่ยื่นออกมาอย่างแหลมคม ส่งผลให้อากาศในท่อสั่นสะเทือน เนื่องจากปลายทั้งสองของท่อเปิดอยู่ จึงมีแอนติโนดอยู่ที่ปลายแต่ละด้านเสมอ ประเภทของการสั่นที่ง่ายที่สุดคือประเภทที่มีแอนติโนดอยู่ที่ปลายแต่ละด้านและมีโหนดอยู่ตรงกลางหนึ่งอัน สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนพื้นฐาน และความยาวของท่อจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ความถี่พื้นฐาน =c/2l โดยที่ c คือความเร็วของเสียง และ l คือความยาวของท่อ
ท่อออร์แกนปิดจะมีตัวกั้นอยู่ที่ปลาย หมายความว่าปลายท่อปิดอยู่ ซึ่งหมายความว่าจะมีโหนดอยู่ที่ส่วนท้ายนี้เสมอ เห็นได้ชัดว่า: ก) ความถี่พื้นฐานของท่อปิดคือครึ่งหนึ่งของความถี่พื้นฐานของท่อเปิดที่มีความยาวเท่ากัน; b) เฉพาะเสียงหวือหวาแปลก ๆ เท่านั้นที่สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยไปป์ปิด ดังนั้นช่วงโทนเสียงของไปป์เปิดจึงมากกว่าช่วงเสียงของไปป์ปิด
สภาพร่างกายทำให้เสียงเครื่องดนตรีเปลี่ยนไป การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ความเร็วของเสียงในอากาศเพิ่มขึ้นและทำให้ความถี่พื้นฐานเพิ่มขึ้น ความยาวของท่อยังเพิ่มขึ้นเล็กน้อยทำให้ความถี่ลดลง เมื่อเล่นออร์แกน เช่น ในโบสถ์ นักแสดงขอให้เปิดเครื่องทำความร้อนเพื่อให้ออร์แกนสามารถส่งเสียงได้ในอุณหภูมิปกติ เครื่องสายมีการควบคุมความตึงของสาย การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เชือกขยายตัวและความตึงเครียดลดลง
บทที่ 2 ส่วนปฏิบัติ
2. 1. วิธีการหาความเร็วของเสียงโดยใช้ท่อเรโซแนนซ์
อุปกรณ์ดังแสดงในรูป ท่อเรโซแนนซ์เป็นท่อแคบยาว A เชื่อมต่อกับอ่างเก็บน้ำ B ผ่านท่อยาง มีน้ำอยู่ในท่อทั้งสอง เมื่อ B ถูกยกขึ้น ความยาวของคอลัมน์อากาศใน A จะลดลง และเมื่อ B ลดลง ความยาวของคอลัมน์อากาศใน A จะเพิ่มขึ้น วางส้อมเสียงแบบสั่นไว้ที่ด้านบนของ A เมื่อความยาวของเสาอากาศที่ A แทบจะเป็นศูนย์ คุณจะไม่ได้ยินเสียงใดๆ เมื่อความยาวของเสาอากาศใน A เพิ่มขึ้น คุณจะได้ยินเสียงดังขึ้น จนถึงระดับสูงสุด จากนั้นจึงเริ่มจางลง ทำซ้ำขั้นตอนนี้ โดยปรับ B เพื่อให้ความยาวของคอลัมน์อากาศใน A ทำให้เกิดเสียงสูงสุด จากนั้นวัดความยาว l1 ของเสาอากาศ
ได้ยินเสียงดังเนื่องจากความถี่ธรรมชาติของคอลัมน์อากาศที่มีความยาว l1 เท่ากับความถี่ธรรมชาติของส้อมเสียง ดังนั้นคอลัมน์อากาศจึงสั่นสะเทือนพร้อมๆ กัน คุณได้พบตำแหน่งเสียงสะท้อนแรกแล้ว ที่จริงแล้ว ความยาวของอากาศที่สั่นนั้นยาวกว่าคอลัมน์อากาศใน A บ้าง
หากคุณละเว้น ในระดับที่ต่ำกว่า เพื่อให้ความยาวของเสาอากาศเพิ่มขึ้น คุณจะพบตำแหน่งอื่นที่เสียงไปถึง ความแข็งแรงสูงสุด- กำหนดตำแหน่งนี้อย่างแม่นยำและวัดความยาว l2 ของเสาอากาศ นี่คือตำแหน่งเสียงสะท้อนที่สอง เช่นเดิม ปลายท่ออยู่ที่ปลายเปิดของท่อ และปมอยู่ที่ผิวน้ำ ซึ่งสามารถทำได้เฉพาะในกรณีที่แสดงในรูปเท่านั้น ซึ่งในกรณีนี้ความยาวของเสาอากาศในท่อจะอยู่ที่ประมาณ 3\4 ความยาวคลื่น (3\4 แลมบ์ดา)
การลบทั้งสองการวัดจะได้:
3\4 แลมบ์ - 1\4 แลมบ์ = l2 - l1 ดังนั้น 1\2 แลมบ์ = l2 - l1
ดังนั้น c = ν แล = ν 2 (l2 - l1) โดยที่ ν คือความถี่ของส้อมเสียง นี่เป็นวิธีที่รวดเร็วและแม่นยำในการกำหนดความเร็วของเสียงในอากาศ
2. 2. การทดลองและการคำนวณ
เพื่อกำหนดความเร็วของคลื่นเสียงเราใช้ เครื่องมือต่อไปนี้และอุปกรณ์:
ขาตั้งกล้องอเนกประสงค์
หลอดแก้วหนา ปิดผนึกปลายด้านหนึ่ง ยาว 1.2 เมตร
ส้อมเสียง ความถี่ 440 Hz โน้ต “A”;
ค้อน;
ขวดน้ำ;
ไม้บรรทัดวัด.
ความคืบหน้าของการศึกษา:
1. ประกอบขาตั้งกล้องที่ฉันติดวงแหวนเข้ากับข้อต่อ
2. วางหลอดแก้วไว้บนขาตั้ง
3. ด้วยการเติมน้ำลงในท่อและคลื่นเสียงที่น่าตื่นเต้นบนส้อมเสียง เขาได้สร้างคลื่นนิ่งในท่อ
4. จากการทดลอง ฉันสามารถบรรลุความสูงของคอลัมน์น้ำจนคลื่นเสียงในหลอดแก้วถูกขยายเพื่อให้สังเกตการสั่นพ้องในหลอดได้
5. วัดความยาวปลายท่อช่วงแรกที่ไม่มีน้ำ - l2 = 58 ซม. = 0.58 ม.
6.เติมน้ำลงในท่ออีกครั้ง (ทำซ้ำขั้นตอนที่ 3, 4, 5) – l1 = 19 ซม. = 0.19 ม.
7. ทำการคำนวณโดยใช้สูตร: c = ν แล = ν 2 (l2 - l1)
8. วินาที = 440 เฮิรตซ์ * 2 (0.58 ม. - 0.19 ม.) = 880 * 0.39 = 343.2 ม.\วินาที
ผลการศึกษาคือ ความเร็วเสียง = 343.2 เมตร/วินาที
2. 3. บทสรุปของภาคปฏิบัติ
ใช้อุปกรณ์ที่เลือกกำหนดความเร็วของเสียงในอากาศ เราเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้กับค่าตาราง – 330 ม./วินาที ค่าผลลัพธ์จะเท่ากับค่าในตารางโดยประมาณ ความคลาดเคลื่อนเกิดจากข้อผิดพลาดในการวัด เหตุผลที่สอง: ค่าที่ทำเป็นตารางจะได้รับที่อุณหภูมิ 00C และในอพาร์ทเมนต์อุณหภูมิอากาศ = 240C
ดังนั้นจึงสามารถใช้วิธีที่เสนอในการกำหนดความเร็วของเสียงโดยใช้ท่อเรโซแนนซ์ได้
บทสรุป.
ความสามารถในการคำนวณและกำหนดลักษณะของเสียงมีประโยชน์มาก ดังต่อไปนี้จากการศึกษาลักษณะของเสียง: ระดับเสียง, แอมพลิจูด, ความถี่, ความยาวคลื่น - ค่าเหล่านี้มีอยู่ในเสียงบางเสียงซึ่งเราสามารถกำหนดได้ว่าเราได้ยินเสียงอะไร ในขณะนี้- เรากำลังเผชิญกับรูปแบบทางคณิตศาสตร์ของเสียงอีกครั้ง แม้ว่าจะสามารถคำนวณความเร็วของเสียงได้ แต่ก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของห้องและพื้นที่ที่เกิดเสียง
ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาจึงบรรลุผล
สมมติฐานการวิจัยได้รับการยืนยันแล้ว แต่ในอนาคตจำเป็นต้องคำนึงถึงข้อผิดพลาดในการวัดด้วย
จากนี้ วัตถุประสงค์การวิจัยจึงเสร็จสมบูรณ์:
ศึกษา รากฐานทางทฤษฎีคำถามนี้;
มีการระบุรูปแบบแล้ว
การวัดที่จำเป็นเสร็จสิ้นแล้ว
ทำการคำนวณความเร็วของเสียง
ผลการคำนวณที่ได้รับถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลแบบตารางที่มีอยู่
มีการประเมินผลลัพธ์ที่ได้รับ
ผลงาน: o เรียนรู้การกำหนดความเร็วของเสียงโดยใช้ท่อเรโซแนนซ์ o ฉันประสบปัญหาเรื่องความเร็วเสียงที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิต่างกัน ดังนั้นฉันจะพยายามตรวจสอบปัญหานี้ในอนาคตอันใกล้นี้
แหล่งกำเนิดเสียง การสั่นสะเทือนของเสียง
มนุษย์อาศัยอยู่ในโลกแห่งเสียง เสียงสำหรับมนุษย์เป็นแหล่งข้อมูล เขาเตือนผู้คนเกี่ยวกับอันตราย เสียงเพลงนกร้องทำให้เราเพลิดเพลิน เราสนุกกับการฟังคนที่มีน้ำเสียงไพเราะ เสียงมีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสัตว์ด้วย ซึ่งการตรวจจับเสียงที่ดีจะช่วยให้พวกมันมีชีวิตรอดได้
เสียง – สิ่งเหล่านี้คือคลื่นยืดหยุ่นเชิงกลที่แพร่กระจายในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง
เหตุผลของเสียง - การสั่นสะเทือน (การสั่น) ของร่างกาย แม้ว่าการสั่นสะเทือนเหล่านี้มักจะมองไม่เห็นด้วยตาของเรา
แหล่งกำเนิดเสียง
- ร่างกายที่สั่นสะเทือนเช่น สั่นหรือสั่นตามความถี่
ตั้งแต่ 16 ถึง 20,000 ครั้งต่อวินาที ตัวที่สั่นสะเทือนสามารถแข็งได้ เช่น เชือก
หรือเปลือกโลกที่เป็นก๊าซ เช่น กระแสลมในเครื่องดนตรีประเภทลม
หรือของเหลว เช่น คลื่นบนน้ำ
ปริมาณ
ความดังขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของการสั่นในคลื่นเสียง หน่วยของระดับเสียงคือ 1 เบล (เพื่อเป็นเกียรติแก่อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์ ผู้ประดิษฐ์โทรศัพท์) ในทางปฏิบัติ ความดังจะวัดเป็นเดซิเบล (dB) 1 เดซิเบล = 0.1B
10 เดซิเบล – กระซิบ;
20–30 เดซิเบล
– มาตรฐานเสียงรบกวนในสถานที่อยู่อาศัย
50 เดซิเบล– บทสนทนาที่มีระดับเสียงปานกลาง
80 วัน บี
– เสียงเครื่องยนต์รถบรรทุกวิ่ง;
130 เดซิเบล– เกณฑ์ความเจ็บปวด
เสียงดังเกิน 180 dB อาจทำให้แก้วหูแตกได้
เสียงสูงแสดงด้วยคลื่นความถี่สูง - เช่นเสียงนกร้อง
เสียงต่ำซึ่งเป็นคลื่นความถี่ต่ำ เช่น เสียงเครื่องยนต์รถบรรทุกขนาดใหญ่
คลื่นเสียง
คลื่นเสียง- เหล่านี้เป็นคลื่นยืดหยุ่นที่ทำให้บุคคลได้สัมผัสกับเสียง
คลื่นเสียงสามารถเดินทางได้หลากหลายระยะทาง ได้ยินเสียงปืนที่ระยะ 10-15 กม. เสียงม้าและสุนัขเห่าที่ระยะ 2-3 กม. และเสียงกระซิบในระยะเพียงไม่กี่เมตร เสียงเหล่านี้ถูกส่งผ่านอากาศ แต่ไม่เพียงแต่อากาศเท่านั้นที่สามารถเป็นตัวนำเสียงได้
เมื่อวางหูแนบกับราง คุณจะได้ยินเสียงรถไฟที่กำลังเข้ามาเร็วขึ้นและในระยะไกลมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าโลหะนำเสียงได้เร็วกว่าและดีกว่าอากาศ น้ำยังนำเสียงได้ดี เมื่อดำดิ่งลงไปในน้ำคุณจะได้ยินเสียงหินกระแทกกันอย่างชัดเจนเสียงของก้อนกรวดระหว่างคลื่น
คุณสมบัติของน้ำ - นำเสียงได้ดี - ใช้กันอย่างแพร่หลายในการลาดตระเวนในทะเลระหว่างสงคราม เช่นเดียวกับการวัดความลึกของทะเล
เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแพร่กระจายของคลื่นเสียงคือการมีสื่อวัสดุอยู่ในสุญญากาศ คลื่นเสียงจะไม่แพร่กระจาย เนื่องจากไม่มีอนุภาคในนั้นที่ส่งปฏิสัมพันธ์จากแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือน
ดังนั้นเนื่องจากขาดบรรยากาศ ความเงียบจึงครอบงำบนดวงจันทร์ แม้แต่การตกของอุกกาบาตบนพื้นผิวก็ไม่ได้ยินเสียงของผู้สังเกตการณ์
ในแต่ละสื่อ เสียงเดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน
ความเร็วของเสียงในอากาศ- ประมาณ 340 ม./วินาที
ความเร็วของเสียงในน้ำ- 1500 ม./วินาที
ความเร็วของเสียงในโลหะ เหล็ก- 5,000 ม./วินาที
ในอากาศอุ่น ความเร็วของเสียงจะมากกว่าในอากาศเย็น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทิศทางของการแพร่กระจายของเสียง
ส้อม
- นี้ แผ่นโลหะรูปตัวยูซึ่งปลายอาจสั่นสะเทือนได้หลังจากถูกกระแทก
ที่ตีพิมพ์ ส้อมเสียงเสียงเบามากและสามารถได้ยินได้ในระยะใกล้เท่านั้น
เครื่องสะท้อนเสียง- กล่องไม้ที่สามารถติดตั้งส้อมเสียงได้เพื่อขยายเสียง
ในกรณีนี้ การปล่อยเสียงเกิดขึ้นไม่เพียงแต่จากส้อมเสียงเท่านั้น แต่ยังมาจากพื้นผิวของเครื่องสะท้อนเสียงด้วย
อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาของเสียงของส้อมเสียงบนเครื่องสะท้อนเสียงจะสั้นกว่าที่ไม่มีเสียงดังกล่าว
เอ็กซ์ โอ
เสียงดังที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางกลับมาสู่แหล่งกำเนิดเสียงหลังจากนั้นครู่หนึ่งแล้วเราก็ได้ยิน เสียงสะท้อน
ด้วยการคูณความเร็วของเสียงตามเวลาที่ผ่านไปจากแหล่งกำเนิดเสียงไปยังจุดกลับ คุณสามารถกำหนดระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงไปยังสิ่งกีดขวางได้เป็นสองเท่า
ใช้วิธีการกำหนดระยะห่างจากวัตถุนี้ การระบุตำแหน่งทางเสียง
สัตว์บางชนิด เช่น ค้างคาว
ยังใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนของเสียงโดยใช้วิธีกำหนดตำแหน่งเสียงสะท้อน
Echolocation ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการสะท้อนของเสียง
เสียง - คลื่นกลวิ่ง บนและถ่ายโอนพลังงาน
อย่างไรก็ตามพลังของการสนทนาพร้อมกันของทุกคนในโลกนั้นแทบจะไม่เกินพลังของรถยนต์ Moskvich คันเดียว!
อัลตราซาวนด์
· การสั่นสะเทือนที่มีความถี่เกิน 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราซาวนด์ อัลตราซาวด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
· ของเหลวจะเดือดเมื่อมีคลื่นอัลตร้าโซนิคผ่าน (คาวิเทชั่น) ในกรณีนี้จะเกิดค้อนน้ำ อัลตราซาวด์สามารถฉีกชิ้นส่วนออกจากพื้นผิวโลหะและบดขยี้ของแข็งได้ อัลตราซาวนด์สามารถใช้ผสมของเหลวที่ผสมไม่ได้ นี่คือวิธีการเตรียมอิมัลชันในน้ำมัน ภายใต้อิทธิพลของอัลตราซาวนด์จะเกิดการสะพอนิฟิเคชั่นของไขมัน อุปกรณ์ซักผ้าได้รับการออกแบบตามหลักการนี้
ใช้กันอย่างแพร่หลาย อัลตราซาวนด์ ในด้านไฮโดรอะคูสติก อัลตราซาวนด์ที่มีความถี่สูงจะถูกน้ำดูดซับได้อ่อนมากและสามารถแพร่กระจายได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร หากพวกเขาพบกับก้นภูเขาน้ำแข็งหรือวัตถุแข็งอื่น ๆ ในเส้นทางของพวกเขา พวกเขาจะถูกสะท้อนและสร้างเสียงสะท้อนที่มีพลังมหาศาล เครื่องส่งเสียงสะท้อนแบบอัลตราโซนิกได้รับการออกแบบบนหลักการนี้
ในโลหะ อัลตราซาวนด์แพร่กระจายได้จริงโดยไม่มีการดูดซึม เมื่อใช้วิธีการระบุตำแหน่งด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ทำให้สามารถตรวจจับข้อบกพร่องที่เล็กที่สุดภายในชิ้นส่วนที่มีความหนามากได้
· ผลการบดของอัลตราซาวนด์ใช้สำหรับการผลิตหัวแร้งบัดกรีแบบอัลตราโซนิก
คลื่นอัลตราโซนิกที่ส่งมาจากเรือสะท้อนจากวัตถุที่จม คอมพิวเตอร์ตรวจจับเวลาที่เสียงสะท้อนปรากฏขึ้นและระบุตำแหน่งของวัตถุ
· อัลตราซาวด์ใช้ในทางการแพทย์และชีววิทยาสำหรับการระบุตำแหน่งและการรักษาเนื้องอกและข้อบกพร่องบางอย่างในเนื้อเยื่อของร่างกาย การผ่าตัดและการบาดเจ็บ สำหรับการตัดเนื้อเยื่ออ่อนและกระดูกในระหว่างการผ่าตัดต่างๆ การเชื่อมกระดูกหัก สำหรับการทำลายเซลล์ (อัลตราซาวนด์กำลังสูง)
อินฟราซาวด์และผลกระทบต่อมนุษย์
การสั่นสะเทือนที่มีความถี่ต่ำกว่า 16 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราซาวด์
ในธรรมชาติ อินฟราซาวด์เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนของอากาศในชั้นบรรยากาศ หรือเป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนช้าๆ ของวัตถุต่างๆ อินฟราซาวด์มีลักษณะการดูดซึมที่อ่อนแอ จึงแผ่ขยายไปในระยะทางไกล ร่างกายมนุษย์ตอบสนองอย่างเจ็บปวดต่อการสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรด ภายใต้อิทธิพลภายนอกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนทางกลหรือคลื่นเสียงที่ความถี่ 4-8 Hz บุคคลจะรู้สึกถึงการเคลื่อนไหวของอวัยวะภายในและที่ความถี่ 12 Hz - การโจมตีของอาการเมาเรือ
· ความเข้มข้นสูงสุด การสั่นสะเทือนแบบอินฟราเรดสร้างเครื่องจักรและกลไกที่มีพื้นผิวขนาดใหญ่ที่ทำการสั่นสะเทือนทางกลความถี่ต่ำ (อินฟราซาวด์ของแหล่งกำเนิดทางกล) หรือการไหลของก๊าซและของเหลวอย่างปั่นป่วน (อินฟราซาวด์ของแหล่งกำเนิดแอโรไดนามิกหรืออุทกพลศาสตร์)
