Səs dalğası: formula, xassələri. Səs dalğalarının mənbələri

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 05:16

Səs dalğası qaz, maye və bərk mühitlərdə baş verən və insanın eşitmə orqanlarına çatdıqda onlar tərəfindən səs kimi qəbul edilən dalğa prosesidir. Bu dalğaların tezliyi saniyədə 20 ilə 20.000 salınım arasındadır. Səs dalğası üçün düsturlar veririk və onun xassələrini daha ətraflı nəzərdən keçiririk.

Niyə səs dalğası var?

Bir çox insan səs dalğasının nə olduğu ilə maraqlanır. Səsin təbiəti elastik mühitdə pozğunluğun baş verməsindədir. Məsələn, müəyyən bir həcmdə havada sıxılma şəklində təzyiq pozğunluğu meydana gəldikdə, bu sahə kosmosda yayılmağa meyllidir. Bu proses mənbəyə bitişik ərazilərdə havanın sıxılmasına gətirib çıxarır ki, bu da genişlənməyə meyllidir. Bu proses bəzi qəbuledicilərə, məsələn, insan qulağına çatana qədər məkanın getdikcə daha çox hissəsini əhatə edir.

Səs dalğalarının ümumi xüsusiyyətləri

Səs dalğasının nə olduğunu və onun insan qulağı tərəfindən necə qəbul edildiyini nəzərdən keçirək. Səs dalğasıuzununadır, o, qulaq qabığına daxil olduqda, müəyyən bir tezlik və amplituda ilə qulaq pərdəsinin titrəyişlərinə səbəb olur. Siz həmçinin bu dalğalanmaları membrana bitişik havanın mikrohəcmində təzyiqin dövri dəyişməsi kimi təqdim edə bilərsiniz. Əvvəlcə normal atmosfer təzyiqinə nisbətən artır, sonra isə harmonik hərəkətin riyazi qanunlarına tabe olaraq azalır. Havanın sıxılmasındakı dəyişikliklərin amplitudası, yəni səs dalğasının yaratdığı maksimum və ya minimum təzyiqin atmosfer təzyiqi ilə fərqi səs dalğasının özünün amplitudasına mütənasibdir.

Bir çox fiziki təcrübələr göstərdi ki, insan qulağının ona zərər vermədən qəbul edə biləcəyi maksimum təzyiq 2800 µN/sm² təşkil edir. Müqayisə üçün deyək ki, yer səthinə yaxın atmosfer təzyiqi 10 milyon µN/sm^{2 təşkil edir. Təzyiq və salınım amplitüdünün mütənasibliyini nəzərə alsaq, sonuncu dəyərin hətta ən güclü dalğalar üçün də əhəmiyyətsiz olduğunu söyləyə bilərik. Əgər səs dalğasının uzunluğundan danışırıqsa, onda saniyədə 1000 vibrasiya tezliyi üçün o, santimetrin mində biri olacaq.}

Ən zəif səslər 0,001µN/sm² sıralı təzyiq dalğalanmaları yaradır, 1000 Hz tezliyi üçün müvafiq dalğa salınım amplitüdü 10^{- 9}sm, hava molekullarının orta diametri 10^{-8 sm olduğu halda, yəni insan qulağı son dərəcə həssas orqandır.}

Səs dalğalarının intensivliyi anlayışı

Həndəsi iləSəs dalğası nöqteyi-nəzərindən müəyyən formanın titrəməsidir, fiziki baxımdan səs dalğalarının əsas xüsusiyyəti onların enerji ötürmə qabiliyyətidir. Dalğa enerjisinin ötürülməsinin ən mühüm nümunəsi şüalanan elektromaqnit dalğaları bütün planetimizi enerji ilə təmin edən günəşdir.

Səs dalğasının intensivliyi fizikada dalğanın dalğanın yayılmasına perpendikulyar olan vahid səthdən və vahid zamanda daşıdığı enerjinin miqdarı kimi müəyyən edilir. Bir sözlə, dalğanın intensivliyi onun vahid sahədən ötürülən gücüdür.

Səs dalğalarının gücü adətən nəticələrin praktiki təhlili üçün əlverişli olan loqarifmik şkala əsaslanan desibellərlə ölçülür.

Müxtəlif səslərin intensivliyi

Aşağıdakı desibel şkalası müxtəlif səs intensivliklərinin mənası və onun yaratdığı hisslər haqqında fikir verir:

xoşagəlməz və narahat hisslər üçün həddi 120 desibeldən (dB) başlayır;
pərçimli çəkic 95 dB səs yaradır;
sürətli qatar - 90 dB;
trafik küçəsi - 70 dB;
insanlar arasında normal söhbətin həcmi 65 dB-dir;
Orta sürətlə hərəkət edən müasir avtomobil 50 dB səs yaradır;
orta radio həcmi - 40 dB;
sakit söhbət - 20 dB;
ağac yarpaqlarının səs-küyü - 10 dB;
Minimum insan səs həssaslığı həddi 0 dB-ə yaxındır.

İnsan qulağının həssaslığı ondan asılıdırsəsin tezliyi və 2000-3000 Hz tezlikli səs dalğaları üçün maksimum dəyərdir. Bu tezlik diapazonunda olan səs üçün insan həssaslığının aşağı həddi 10-5 dB-dir. Göstərilən intervaldan daha yüksək və aşağı tezliklər aşağı həssaslıq həddinin elə artmasına gətirib çıxarır ki, insan 20 Hz və 20.000 Hz-ə yaxın tezlikləri yalnız onların bir neçə onlarla dB intensivliyində eşidir.

İntensivliyin yuxarı həddinə gəlincə, bundan sonra səs insanda narahatlıq və hətta ağrı yaratmağa başlayır, onun praktiki olaraq tezlikdən asılı olmadığını və 110-130 dB aralığında olduğunu söyləmək lazımdır..

Səs dalğasının həndəsi xüsusiyyətləri

Əsl səs dalğası sadə harmonik titrəmələrə parçalana bilən uzununa dalğaların mürəkkəb salınım paketidir. Hər bir belə salınım həndəsi nöqteyi-nəzərdən aşağıdakı xüsusiyyətlərlə təsvir olunur:

Amplituda - dalğanın hər bir hissəsinin tarazlıqdan maksimum kənarlaşması. Bu dəyər üçün təyinat A.
Dövr. Bu, sadə dalğanın tam salınımını tamamlaması üçün lazım olan vaxtdır. Bu müddətdən sonra dalğanın hər bir nöqtəsi öz salınım prosesini təkrarlamağa başlayır. Dövr adətən T hərfi ilə işarələnir və SI sistemində saniyələrlə ölçülür.
Tezlik. Bu, müəyyən bir dalğanın saniyədə neçə salınım etdiyini göstərən fiziki kəmiyyətdir. Yəni öz mənasında dövrə əks olan dəyərdir. Latın f hərfi ilə işarələnir. Səs dalğasının tezliyi üçün onu dövr ərzində təyin etmək üçün düstur aşağıdakı kimidir: f=1/T.
Dalğanın uzunluğu onun bir salınım dövründə qət etdiyi məsafədir. Həndəsi olaraq dalğa uzunluğu sinusoidal əyridə iki ən yaxın maksimum və ya ən yaxın iki minimum arasındakı məsafədir. Səs dalğasının salınım uzunluğu, havanın sıxıldığı ən yaxın ərazilər və ya dalğanın hərəkət etdiyi məkanda onun seyrəkləşdiyi ən yaxın yerlər arasındakı məsafədir. Adətən yunan λ hərfi ilə işarələnir.
Səs dalğasının yayılma sürəti, dalğanın sıxılma sahəsinin və ya nadir rast gəlinmə sahəsinin zaman vahidinə yayıldığı məsafədir. Bu dəyər v hərfi ilə işarələnir. Səs dalğasının sürəti üçün formula belədir: v=λf.

Saf səs dalğasının, yəni daimi saflıq dalğasının həndəsəsi sinusoidal qanuna tabedir. Ümumi halda səs dalğasının düsturu belədir: y=Asin(ωt), burada y – dalğanın verilmiş nöqtəsinin koordinatının qiyməti, t – vaxt, ω=2pif. siklik salınım tezliyi.

Aperiodik səs

Bir çox səs mənbələri dövri hesab edilə bilər, məsələn, gitara, piano, fleyta kimi musiqi alətlərindən gələn səs, lakin təbiətdə aperiodik olan çoxlu sayda səslər də var, yəni səs vibrasiyaları dəyişir onların tezliyi və kosmosdakı forması. Texniki olaraq bu cür səsə səs-küy deyilir. parlaqaperiodik səsə misal olaraq şəhər səs-küyü, dəniz səsi, nağara kimi zərb alətlərindən gələn səslər və başqaları daxildir.

Səsin yayılma mühiti

Fotonlarının yayılması üçün heç bir maddi mühitə ehtiyacı olmayan elektromaqnit şüalanmasından fərqli olaraq, səsin təbiəti elədir ki, onun yayılması üçün müəyyən bir mühitə ehtiyac var, yəni fizika qanunlarına görə, səs dalğaları səs dalğalarının yayılmasını təmin edə bilməz. vakuumda yayılır.

Səs qazlar, mayelər və bərk cisimlər vasitəsilə yayıla bilər. Bir mühitdə yayılan səs dalğasının əsas xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:

dalğa xətti şəkildə yayılır;
bircins mühitdə bütün istiqamətlərə bərabər şəkildə yayılır, yəni səs mənbədən ayrılaraq mükəmməl sferik səth əmələ gətirir.
səsin amplitudasından və tezliyindən asılı olmayaraq, onun dalğaları verilmiş mühitdə eyni sürətlə yayılır.

Müxtəlif mediada səs dalğalarının sürəti

Səsin yayılma sürəti iki əsas amildən asılıdır: dalğanın hərəkət etdiyi mühit və temperatur. Ümumiyyətlə, aşağıdakı qayda tətbiq olunur: mühit nə qədər sıxdırsa və onun temperaturu nə qədər yüksəkdirsə, səs orada daha sürətli hərəkət edir.

Məsələn, 20 ℃ temperaturda və 50% rütubətdə yer səthinə yaxın havada səs dalğasının yayılma sürəti 1235 km/saat və ya 343 m/s-dir. Müəyyən bir temperaturda suda səs 4,5 dəfə daha sürətli yayılırtəxminən 5735 km/saat və ya 1600 m/s sürəti var. Səsin sürətinin havadakı temperaturdan asılılığına gəlincə, o, hər dərəcə Selsi üçün temperaturun artması ilə 0,6 m/s artır.

Tembr və ton

Əgər sim və ya metal lövhənin sərbəst titrəməsinə icazə verilsə, o, müxtəlif tezliklərdə səslər çıxaracaq. Müəyyən bir tezlikdə səs yayan bədəni tapmaq çox nadirdir, adətən obyektin səsi müəyyən intervalda tezliklər dəstinə malikdir.

Səsin tembri onda mövcud olan harmoniklərin sayı və onların müvafiq intensivliyi ilə müəyyən edilir. Tembr subyektiv dəyərdir, yəni səslənən obyektin konkret şəxs tərəfindən qavranılmasıdır. Tembr adətən aşağıdakı sifətlərlə xarakterizə olunur: yüksək, parlaq, səsli, melodik və s.

Ton, onu yüksək və ya aşağı kimi təsnif etməyə imkan verən səs hissidir. Bu dəyər də subyektivdir və heç bir alətlə ölçülə bilməz. Ton obyektiv kəmiyyətlə - səs dalğasının tezliyi ilə əlaqələndirilir, lakin onların arasında birmənalı əlaqə yoxdur. Məsələn, sabit intensivliyə malik bir tezlikli səs üçün tezlik artdıqca ton yüksəlir. Səsin tezliyi sabit qalsa, lakin intensivliyi artırsa, ton daha aşağı olur.

Səs mənbələrinin forması

Mexanik şəkildə titrəyən və bununla da səs yaradan bədənin formasına görə, səs dalğalarının üç əsas mənbəyi var:

Nöqtə mənbəyi. O, sferik formada olan və mənbədən uzaqlaşdıqca sürətlə çürüyən səs dalğaları yaradır (mənbədən məsafə ikiqat artırsa, təqribən 6dB).
Xətt mənbəyi. O, intensivliyi nöqtəli mənbədən daha yavaş azalan silindrik dalğalar yaradır (mənbədən məsafənin hər iki dəfə artması üçün intensivlik 3 dB azalır).
Yastı və ya iki ölçülü mənbə. Yalnız müəyyən istiqamətdə dalğalar yaradır. Belə mənbəyə misal olaraq silindrdə hərəkət edən piston ola bilər.

Elektron səs mənbələri

Səs dalğası yaratmaq üçün elektron mənbələr elektromaqnit induksiya hadisəsi ilə əlaqədar mexaniki vibrasiyaları yerinə yetirən xüsusi membrandan (dinamik) istifadə edirlər. Bu mənbələrə aşağıdakılar daxildir: