ხმის ტალღა არის ტალღური პროცესი, რომელიც ხდება აირისებრ, თხევად და მყარ გარემოში, რომელიც, როდესაც ის აღწევს ადამიანის სმენის ორგანოებს, მათ მიერ აღიქმება როგორც ბგერა. ამ ტალღების სიხშირე მერყეობს 20-დან 20000 რხევამდე წამში. ჩვენ ვაძლევთ ფორმულებს ხმის ტალღისთვის და განვიხილავთ მის თვისებებს უფრო დეტალურად.
რატომ არის ხმის ტალღა?
ბევრს აინტერესებს რა არის ხმის ტალღა. ბგერის ბუნება მდგომარეობს ელასტიურ გარემოში დარღვევის წარმოქმნაში. მაგალითად, როდესაც წნევის არეულობა შეკუმშვის სახით ხდება ჰაერის გარკვეულ მოცულობაში, ეს ტერიტორია სივრცეში გავრცელების ტენდენციას ახდენს. ეს პროცესი იწვევს ჰაერის შეკუმშვას წყაროს მიმდებარე ადგილებში, რომლებიც ასევე გაფართოებისკენ მიდრეკილნი არიან. ეს პროცესი მოიცავს უფრო და უფრო მეტ სივრცეს, სანამ არ მიაღწევს რომელიმე მიმღებს, მაგალითად, ადამიანის ყურს.
ხმის ტალღების ზოგადი მახასიათებლები
მოდით განვიხილოთ რა არის ბგერითი ტალღა და როგორ აღიქვამს მას ადამიანის ყური. Ბგერითი ტალღაარის გრძივი, ის ყურის გარსში მოხვედრისას იწვევს ყურის ბარტყის ვიბრაციას გარკვეული სიხშირით და ამპლიტუდით. თქვენ ასევე შეგიძლიათ წარმოადგინოთ ეს რყევები, როგორც წნევის პერიოდული ცვლილებები მემბრანის მიმდებარე ჰაერის მიკრომოცულობაში. ჯერ ის იზრდება ნორმალურ ატმოსფერულ წნევასთან შედარებით, შემდეგ კი მცირდება, ემორჩილება ჰარმონიული მოძრაობის მათემატიკურ კანონებს. ჰაერის შეკუმშვის ცვლილებების ამპლიტუდა, ანუ განსხვავება ხმის ტალღის მიერ შექმნილ მაქსიმალურ ან მინიმალურ წნევას შორის ატმოსფერულ წნევასთან პროპორციულია თავად ხმის ტალღის ამპლიტუდისა..
ბევრმა ფიზიკურმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ მაქსიმალური წნევა, რომელსაც ადამიანის ყურს შეუძლია ზიანის მიყენების გარეშე აღიქვას, არის 2800 μN/სმ2. შედარებისთვის, ვთქვათ, რომ ატმოსფერული წნევა დედამიწის ზედაპირთან არის 10 მილიონი μN/cm2. წნევისა და რხევის ამპლიტუდის პროპორციულობის გათვალისწინებით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს უკანასკნელი მნიშვნელობა უმნიშვნელოა ყველაზე ძლიერი ტალღებისთვისაც კი. თუ ვსაუბრობთ ხმის ტალღის სიგრძეზე, მაშინ 1000 ვიბრაციის სიხშირე წამში იქნება მეათასედი სანტიმეტრი.
ყველაზე სუსტი ხმები ქმნიან წნევის რყევებს 0,001µN/cm რიგის 2, ტალღის რხევის შესაბამისი ამპლიტუდა 1000 ჰც სიხშირისთვის არის 10- 9 სმ, ხოლო ჰაერის მოლეკულების საშუალო დიამეტრი არის 10-8 სმ, ანუ ადამიანის ყური უკიდურესად მგრძნობიარე ორგანოა..
ბგერითი ტალღების ინტენსივობის კონცეფცია
გეომეტრიულიხმის ტალღის თვალსაზრისით, ეს არის გარკვეული ფორმის ვიბრაცია, ფიზიკური თვალსაზრისით, ბგერითი ტალღების მთავარი თვისებაა ენერგიის გადაცემის უნარი. ტალღის ენერგიის გადაცემის ყველაზე მნიშვნელოვანი მაგალითია მზე, რომლის გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური ტალღები ენერგიას აწვდის მთელ ჩვენს პლანეტას.
ბგერითი ტალღის ინტენსივობა ფიზიკაში განისაზღვრება, როგორც ტალღის მიერ გადატანილი ენერგიის რაოდენობა ერთეულ ზედაპირზე, რომელიც პერპენდიკულარულია ტალღის გავრცელებაზე და დროის ერთეულზე. მოკლედ, ტალღის ინტენსივობა არის მისი ძალა, რომელიც გადაეცემა ერთეულ ფართობზე.
ხმოვანი ტალღების სიძლიერე ჩვეულებრივ იზომება დეციბელებში, რომლებიც ეფუძნება ლოგარითმულ შკალას, მოსახერხებელია შედეგების პრაქტიკული ანალიზისთვის.
სხვადასხვა ბგერების ინტენსივობა
შემდეგი დეციბელის სკალა იძლევა წარმოდგენას სხვადასხვა ხმის ინტენსივობის მნიშვნელობაზე და მის გამომწვევ შეგრძნებებზე:
- უსიამოვნო და არასასიამოვნო შეგრძნებებისბარიერი იწყება 120 დეციბელიდან (დბ);
- მოქნული ჩაქუჩი წარმოქმნის 95 დბ ხმაურს;
- მაღალსიჩქარიანი მატარებელი - 90 დბ;
- სატრანსპორტო ქუჩა - 70 დბ;
- ადამიანებს შორის ნორმალური საუბრის ხმა არის 65 დბ;
- ზომიერი სიჩქარით მოძრავი თანამედროვე მანქანა წარმოქმნის 50 დბ ხმაურს;
- რადიოს საშუალო ხმა - 40 დბ;
- მშვიდი საუბარი - 20 დბ;
- ხის ფოთლების ხმაური - 10 დბ;
- ადამიანის ხმის მგრძნობელობის მინიმალური ზღვარი არის 0 dB-თან ახლოს.
ადამიანის ყურის მგრძნობელობა დამოკიდებულიახმის სიხშირე და არის მაქსიმალური მნიშვნელობა ხმის ტალღებისთვის 2000-3000 ჰც სიხშირით. ამ სიხშირის დიაპაზონში ხმისთვის, ადამიანის მგრძნობელობის ქვედა ზღვარი არის 10-5 დბ. მითითებულ ინტერვალზე მაღალი და დაბალი სიხშირეები იწვევს ქვედა მგრძნობელობის ზღურბლის ზრდას ისე, რომ ადამიანს ესმის 20 ჰც და 20000 ჰც-თან ახლოს სიხშირეები მხოლოდ მათი ინტენსივობით რამდენიმე ათეული დბ..
რაც შეეხება ინტენსივობის ზედა ზღურბლს, რის შემდეგაც ხმა იწყებს ადამიანს უხერხულობისა და ტკივილის გამოწვევას, უნდა ითქვას, რომ ის პრაქტიკულად არ არის დამოკიდებული სიხშირეზე და დევს 110-130 დბ დიაპაზონში..
ბგერითი ტალღის გეომეტრიული მახასიათებლები
ნამდვილი ხმის ტალღა არის გრძივი ტალღების რთული რხევითი პაკეტი, რომელიც შეიძლება დაიშალოს მარტივ ჰარმონიულ ვიბრაციებად. თითოეული ასეთი რხევა გეომეტრიული თვალსაზრისით აღწერილია შემდეგი მახასიათებლებით:
- ამპლიტუდა - ტალღის თითოეული მონაკვეთის მაქსიმალური გადახრა წონასწორობიდან. ამ მნიშვნელობისთვის, აღნიშვნა A.
- პერიოდი. ეს არის დრო, რაც სჭირდება მარტივ ტალღას სრული რხევის დასასრულებლად. ამ დროის გასვლის შემდეგ, ტალღის თითოეული წერტილი იწყებს რხევის პროცესის გამეორებას. წერტილი ჩვეულებრივ აღინიშნება ასო T-ით და იზომება წამებში SI სისტემაში.
- სიხშირე. ეს არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც გვიჩვენებს რამდენ რხევას აკეთებს მოცემული ტალღა წამში. ანუ, მისი მნიშვნელობით, ეს არის პერიოდის შებრუნებული მნიშვნელობა.იგი აღინიშნება ლათინური ასოებით f. ბგერითი ტალღის სიხშირისთვის, პერიოდის განმავლობაში მისი განსაზღვრის ფორმულა ასეთია: f=1/T.
- ტალღის სიგრძე არის მანძილი, რომელსაც ის გადის რხევის ერთ პერიოდში. გეომეტრიულად, ტალღის სიგრძე არის მანძილი ორ უახლოეს მაქსიმუმს ან ორ უახლოეს მინიმუმს შორის სინუსოიდულ მრუდზე. ბგერითი ტალღის რხევის სიგრძე არის მანძილი ჰაერის შეკუმშვის უახლოეს უბნებს შორის ან მისი შემცირების უახლოეს ადგილებს შორის სივრცეში, სადაც ტალღა მოძრაობს. ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასო λ..
- ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარე არის მანძილი, რომელზედაც გავრცელდება შეკუმშვის არე ან ტალღის იშვიათი უბანი დროის ერთეულზე. ეს მნიშვნელობა აღინიშნება ასო v. ხმის ტალღის სიჩქარისთვის ფორმულა არის: v=λf.
სუფთა ხმის ტალღის გეომეტრია, ანუ მუდმივი სისუფთავის ტალღა ემორჩილება სინუსოიდულ კანონს. ზოგად შემთხვევაში, ხმის ტალღის ფორმულა არის: y=Asin(ωt), სადაც y არის ტალღის მოცემული წერტილის კოორდინატის მნიშვნელობა, t არის დრო, ω=2pif არის. ციკლური რხევის სიხშირე.
აპერიოდული ხმა
ბევრი ხმის წყარო შეიძლება ჩაითვალოს პერიოდულად, მაგალითად, ჟღერადობა მუსიკალური ინსტრუმენტებიდან, როგორიცაა გიტარა, ფორტეპიანო, ფლეიტა, მაგრამ ბუნებაში ასევე არის აპერიოდული ბგერების დიდი რაოდენობა, ანუ იცვლება ხმის ვიბრაცია. მათი სიხშირე და ფორმა სივრცეში. ტექნიკურად, ასეთ ხმას ხმაური ეწოდება. ნათელიაპერიოდული ხმის მაგალითებია ურბანული ხმაური, ზღვის ხმა, ხმები დასარტყამი ინსტრუმენტებიდან, როგორიცაა დრამი და სხვა.
ხმის გავრცელების საშუალება
განსხვავებით ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან, რომლის ფოტონებს არ სჭირდებათ რაიმე მატერიალური საშუალება მათი გავრცელებისთვის, ბგერის ბუნება ისეთია, რომ მისი გავრცელებისთვის საჭიროა გარკვეული გარემო, ანუ ფიზიკის კანონების მიხედვით, ხმის ტალღები არ შეიძლება. გავრცელება ვაკუუმში.
ბგერას შეუძლია გადაადგილდეს აირებში, სითხეებსა და მყარ ნაწილებში. გარემოში გავრცელებული ხმის ტალღის ძირითადი მახასიათებლები შემდეგია:
- ტალღა ვრცელდება წრფივად;
- იგი თანაბრად ვრცელდება ყველა მიმართულებით ერთგვაროვან გარემოში, ანუ ხმა განსხვავდება წყაროდან და ქმნის სრულყოფილ სფერულ ზედაპირს.
- მიუხედავად ხმის ამპლიტუდისა და სიხშირისა, მისი ტალღები ერთნაირი სიჩქარით ვრცელდება მოცემულ გარემოში.
ხმის ტალღების სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში
ხმის გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებულია ორ ძირითად ფაქტორზე: გარემოზე, რომელშიც ტალღა მოძრაობს და ტემპერატურაზე. ზოგადად, მოქმედებს შემდეგი წესი: რაც უფრო მკვრივია გარემო და რაც უფრო მაღალია მისი ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფად მოძრაობს მასში ხმა.
მაგალითად, ბგერითი ტალღის გავრცელების სიჩქარე ჰაერში დედამიწის ზედაპირთან ახლოს 20 ℃ ტემპერატურაზე და 50% ტენიანობაზე არის 1235 კმ/სთ ან 343 მ/წმ. მოცემულ ტემპერატურაზე წყალში ხმა 4,5-ჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობსარის დაახლოებით 5735 კმ/სთ ან 1600 მ/წმ. რაც შეეხება ხმის სიჩქარის დამოკიდებულებას ჰაერის ტემპერატურაზე, ის იზრდება 0,6 მ/წმ-ით ტემპერატურის მატებასთან ერთად ყოველ გრადუს ცელსიუსზე.
ტემბრი და ტონი
თუ სიმები ან ლითონის ფირფიტა თავისუფლად ვიბრირებს, ის გამოიმუშავებს სხვადასხვა სიხშირის ხმებს. ძალზე იშვიათია სხეულის პოვნა, რომელიც გამოსცემს ერთი კონკრეტული სიხშირის ხმას, როგორც წესი, ობიექტის ხმას აქვს სიხშირეების ნაკრები გარკვეულ ინტერვალში.
ბგერის ტემბრი განისაზღვრება მასში არსებული ჰარმონიების რაოდენობით და მათი შესაბამისი ინტენსივობით. ტემბრი არის სუბიექტური ღირებულება, ანუ ეს არის ჟღერადობის ობიექტის აღქმა კონკრეტული ადამიანის მიერ. ტემბრს ჩვეულებრივ ახასიათებს შემდეგი ზედსართავი სახელები: მაღალი, ბრწყინვალე, ხმოვანი, მელოდიური და ასე შემდეგ.
ტონი არის ხმის შეგრძნება, რომელიც საშუალებას აძლევს მას კლასიფიცირდეს მაღალი ან დაბალი. ეს მნიშვნელობა ასევე სუბიექტურია და მისი გაზომვა შეუძლებელია ნებისმიერი ინსტრუმენტით. ტონი ასოცირდება ობიექტურ რაოდენობასთან - ბგერის ტალღის სიხშირესთან, მაგრამ მათ შორის არ არის ცალსახა კავშირი. მაგალითად, მუდმივი ინტენსივობის ერთსიხშირიანი ხმისთვის, ტონი იზრდება სიხშირის მატებასთან ერთად. თუ ბგერის სიხშირე რჩება მუდმივი, მაგრამ მისი ინტენსივობა იზრდება, მაშინ ბგერა მცირდება.
ხმის წყაროების ფორმა
სხეულის ფორმის მიხედვით, რომელიც ვიბრირებს მექანიკურად და ამით წარმოქმნის ხმას, არსებობს ხმის ტალღების სამი ძირითადი ტიპი:
- ქულის წყარო. ის წარმოქმნის სფერულ ხმოვან ტალღებს და სწრაფად იშლება წყაროდან დაშორებით (დაახლოებით 6 დბ, თუ წყაროდან მანძილი გაორმაგებულია).
- ხაზის წყარო. ის ქმნის ცილინდრულ ტალღებს, რომელთა ინტენსივობა მცირდება უფრო ნელა, ვიდრე წერტილის წყაროდან (წყაროდან მანძილის ყოველი გაორმაგებისას, ინტენსივობა მცირდება 3 დბ-ით).
- ბრტყელი ან ორგანზომილებიანი წყარო. ის წარმოქმნის ტალღებს მხოლოდ გარკვეული მიმართულებით. ასეთი წყაროს მაგალითი იქნება ცილინდრში მოძრავი დგუში.
ელექტრონული ხმის წყაროები
ხმოვანი ტალღის შესაქმნელად ელექტრონული წყაროები იყენებენ სპეციალურ მემბრანას (დინამიკს), რომელიც ასრულებს მექანიკურ ვიბრაციას ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენის გამო. ეს წყაროები მოიცავს შემდეგს:
- ფლეერები სხვადასხვა დისკებისთვის (CD, DVD და სხვა);
- კასეტა ჩამწერი;
- რადიო;
- ტელევიზორები და ზოგიერთი სხვა.
