موجات صوتية. خصائص الصوت (Eryutkin E. S.). مصادر الصوت. الاهتزازات الصوتية - ملخص مصادر الاهتزازات الصوتية
قبل أن تفهم ما هي مصادر الصوت هناك، فكر في ما هو الصوت؟ نحن نعلم أن الضوء هو إشعاع. وينعكس هذا الإشعاع من الأجسام، ويصل إلى أعيننا، ويمكننا رؤيته. التذوق والشم عبارة عن جزيئات صغيرة من الأجسام التي تدركها مستقبلاتنا. ما هو نوع الحيوان هذا الصوت؟
تنتقل الأصوات عبر الهواء
ربما تكون قد رأيت كيف يتم العزف على الجيتار. ربما يمكنك القيام بذلك بنفسك. شيء آخر مهم هو الصوت الذي تصدره الأوتار في الجيتار عند نقرها. صحيح. لكن إذا تمكنت من وضع جيتار في فراغ ونزع الأوتار، فسوف تتفاجأ جدًا بأن الجيتار لن يصدر أي صوت.
تم إجراء مثل هذه التجارب على مجموعة واسعة من الأجسام، وكانت النتيجة دائمًا هي نفسها: لا يمكن سماع أي صوت في الفضاء الخالي من الهواء. الاستنتاج المنطقي يتبع أن الصوت ينتقل عبر الهواء. ولذلك فإن الصوت هو شيء يحدث لجزيئات الهواء والأجسام المنتجة للصوت.
مصادر الصوت - الأجسام المتذبذبة
إضافي. نتيجة لمجموعة واسعة من التجارب العديدة، كان من الممكن إثبات أن الصوت ينشأ بسبب اهتزاز الجثث. مصادر الصوت هي الأجسام التي تهتز. تنتقل هذه الاهتزازات عن طريق جزيئات الهواء، وتستقبل أذننا هذه الاهتزازات وتترجمها إلى أحاسيس صوتية نفهمها.
ليس من الصعب التحقق. خذ كأسًا زجاجيًا أو كريستاليًا وضعه على الطاولة. اضغط عليها بخفة بملعقة معدنية. سوف تسمع صوتًا رفيعًا طويلًا. الآن المس الزجاج بيدك واطرقه مرة أخرى. سوف يتغير الصوت ويصبح أقصر بكثير.
الآن دع العديد من الأشخاص يلفون أيديهم حول الزجاج تمامًا قدر الإمكان، جنبًا إلى جنب مع الجذع، محاولين عدم ترك أي منطقة حرة، باستثناء مكان صغير جدًا للضرب بالملعقة. ضرب الزجاج مرة أخرى. لن تسمع أي صوت تقريبًا، والذي سيكون ضعيفًا وقصيرًا جدًا. ماذا يعني هذا؟
في الحالة الأولى، بعد الاصطدام، تأرجح الزجاج بحرية، وانتقلت اهتزازاته عبر الهواء ووصلت إلى آذاننا. وفي الحالة الثانية، امتصت يدنا معظم الاهتزازات، وأصبح الصوت أقصر بكثير مع انخفاض اهتزازات الجسم. في الحالة الثالثة، تم امتصاص جميع اهتزازات الجسم تقريبًا على الفور من قبل أيدي جميع المشاركين وكان الجسم يهتز بالكاد، وبالتالي لم يصدر أي صوت تقريبًا.
وينطبق الشيء نفسه على جميع التجارب الأخرى التي يمكنك التفكير فيها وإجرائها. سيتم إدراك اهتزازات الأجسام، المنقولة إلى جزيئات الهواء، من خلال آذاننا وتفسيرها بواسطة الدماغ.
اهتزازات صوتية ذات ترددات مختلفة
إذن الصوت هو اهتزاز. تنقل مصادر الصوت الاهتزازات الصوتية عبر الهواء إلينا. لماذا إذن لا نسمع كل اهتزازات جميع الأشياء؟ لأن الاهتزازات تأتي بترددات مختلفة.
الصوت الذي تدركه الأذن البشرية هو اهتزازات صوتية يتراوح ترددها ما بين 16 هرتز إلى 20 كيلو هرتز تقريبًا. يسمع الأطفال أصواتًا ذات ترددات أعلى من البالغين، وتختلف نطاقات الإدراك لمختلف الكائنات الحية عمومًا بشكل كبير.
بمساعدة درس الفيديو هذا، يمكنك دراسة موضوع "مصادر الصوت". اهتزازات صوتية. درجة الصوت، الجرس، الحجم." في هذا الدرس سوف تتعلم ما هو الصوت. وسننظر أيضًا في نطاقات الاهتزازات الصوتية التي يدركها السمع البشري. دعونا نحدد ما يمكن أن يكون مصدر الصوت وما هي الظروف اللازمة لحدوثه. وسوف نقوم أيضًا بدراسة خصائص الصوت مثل درجة الصوت والجرس والحجم.
موضوع الدرس مخصص لمصادر الصوت والاهتزازات الصوتية. سنتحدث أيضًا عن خصائص الصوت - درجة الصوت والحجم والجرس. قبل الحديث عن الصوت، عن الموجات الصوتية، دعونا نتذكر أن الموجات الميكانيكية تنتشر في الوسائط المرنة. يُطلق على جزء الموجات الميكانيكية الطولية التي تدركها أجهزة السمع البشرية اسم الموجات الصوتية. الصوت هو الموجات الميكانيكية التي تدركها أجهزة السمع البشرية وتسبب الأحاسيس الصوتية .
تظهر التجارب أن الأذن البشرية وأعضاء السمع البشرية تستشعر الاهتزازات بترددات تتراوح من 16 هرتز إلى 20000 هرتز. وهذا هو النطاق الذي نسميه الصوت. وبطبيعة الحال، هناك موجات ترددها أقل من 16 هرتز (موجات فوق صوتية) وأكثر من 20000 هرتز (موجات فوق صوتية). ولكن هذا النطاق، وهذه المقاطع لا تدركها الأذن البشرية.
أرز. 1. مدى السمع للأذن البشرية
كما قلنا، فإن مناطق الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية لا تدركها أجهزة السمع البشرية. على الرغم من أنه يمكن إدراكها، على سبيل المثال، من قبل بعض الحيوانات والحشرات.
ماذا حدث ؟ يمكن أن تكون مصادر الصوت أي جسم يهتز بتردد صوتي (من 16 إلى 20000 هرتز)
أرز. 2. يمكن أن تكون المسطرة المتأرجحة المثبتة في الرذيلة مصدرًا للصوت.
دعنا ننتقل إلى التجربة ونرى كيف تتشكل الموجة الصوتية. للقيام بذلك، نحتاج إلى مسطرة معدنية، والتي سنثبتها في الرذيلة. الآن، عندما نتصرف على المسطرة، سنكون قادرين على ملاحظة الاهتزازات، لكننا لن نسمع أي صوت. ومع ذلك يتم إنشاء موجة ميكانيكية حول المسطرة. يرجى ملاحظة أنه عند تحريك المسطرة إلى جانب واحد، يتم تشكيل ختم الهواء هنا. وفي الاتجاه الآخر يوجد أيضًا ختم. يتشكل فراغ الهواء بين هذه الأختام. موجه طويلة -هذه موجة صوتية تتكون من ضغط الهواء وتخلخله. تردد اهتزاز المسطرة في هذه الحالة أقل من تردد الصوت، لذلك لا نسمع هذه الموجة، هذا الصوت. واستنادا إلى التجربة التي لاحظناها للتو، في نهاية القرن الثامن عشر، تم إنشاء جهاز يسمى الشوكة الرنانة.
أرز. 3. انتشار الموجات الصوتية الطولية من الشوكة الرنانة
وكما رأينا فإن الصوت يظهر نتيجة اهتزازات الجسم بتردد الصوت. تنتشر الموجات الصوتية في كل الاتجاهات. يجب أن يكون هناك وسط بين السمع البشري ومصدر الموجات الصوتية. ويمكن أن يكون هذا الوسط غازيًا أو سائلًا أو صلبًا، ولكن يجب أن يكون جسيمات قادرة على نقل الاهتزازات. يجب أن تتم عملية نقل الموجات الصوتية بالضرورة حيثما توجد مادة. إذا لم يكن هناك مادة، فلن نسمع أي صوت.
لكي يوجد الصوت تحتاج إلى:
1. مصدر الصوت
2. الأربعاء
3. السمع
4. التردد 16-20000 هرتز
5. الشدة
الآن دعنا ننتقل إلى مناقشة خصائص الصوت. الأول هو الملعب. ارتفاع الصوت -الخاصية التي يتم تحديدها من خلال تكرار التذبذبات. كلما زاد تردد الجسم الذي يصدر الاهتزازات، كلما ارتفع الصوت. دعونا ننظر مرة أخرى إلى المسطرة المثبتة في الرذيلة. وكما قلنا من قبل، رأينا اهتزازات، لكننا لم نسمع أي صوت. إذا جعلنا الآن طول المسطرة أقصر، فسنسمع الصوت، لكن رؤية الاهتزازات ستكون أكثر صعوبة. انظر إلى الخط. وإذا تصرفنا بناءً على ذلك الآن، فلن نسمع أي صوت، بل سنلاحظ اهتزازات. إذا قمنا بتقصير المسطرة، فسنسمع صوتًا بدرجة معينة. يمكننا أن نجعل طول المسطرة أقصر، ثم سنسمع صوتًا ذو طبقة (تردد) أعلى. يمكننا أن نلاحظ نفس الشيء مع الشوكة الرنانة. إذا أخذنا شوكة ضبط كبيرة (وتسمى أيضًا الشوكة التوضيحية) وضربنا أرجل هذه الشوكة الرنانة، فيمكننا ملاحظة الاهتزاز، لكننا لن نسمع الصوت. إذا أخذنا شوكة رنانة أخرى، فعندما نضربها سنسمع صوتًا معينًا. والشوكة الرنانة التالية هي شوكة رنانة حقيقية تستخدم لضبط الآلات الموسيقية. يصدر صوتًا يتوافق مع النغمة A، أو كما يقولون أيضًا 440 هرتز.
السمة التالية هي جرس الصوت. طابع الصوتيسمى لون الصوت. فكيف يمكن توضيح هذه الخاصية؟ الجرس هو الفرق بين صوتين متطابقين تؤديهما آلات موسيقية مختلفة. تعلمون جميعًا أن لدينا سبع ملاحظات فقط. إذا سمعنا نفس النغمة A تعزف على الكمان والبيانو، فيمكننا التمييز بينهما. يمكننا أن نعرف على الفور الآلة التي أصدرت هذا الصوت. هذه الميزة - لون الصوت - هي التي تميز الجرس. يجب أن يقال أن الجرس يعتمد على الاهتزازات الصوتية التي يتم إنتاجها، بالإضافة إلى النغمة الأساسية. الحقيقة هي أن الاهتزازات الصوتية التعسفية معقدة للغاية. ويقولون إنها تتكون من مجموعة من الاهتزازات الفردية طيف الاهتزاز. إن إعادة إنتاج الاهتزازات الإضافية (النغمات) هي التي تميز جمال صوت صوت أو أداة معينة. طابع الصوتهو أحد المظاهر الرئيسية والألمع للصوت.
سمة أخرى هي الحجم. يعتمد حجم الصوت على سعة الاهتزازات. دعونا نلقي نظرة ونتأكد من أن ارتفاع الصوت يرتبط بسعة الاهتزازات. لذلك، دعونا نأخذ الشوكة الرنانة. لنقم بما يلي: إذا ضربت الشوكة الرنانة بشكل ضعيف، فسيكون حجم الاهتزازات صغيرًا وسيكون الصوت هادئًا. إذا قمت الآن بالضغط على الشوكة الرنانة بقوة أكبر، فسيكون الصوت أعلى بكثير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن سعة التذبذبات ستكون أكبر بكثير. إن إدراك الصوت هو أمر شخصي، ويعتمد على نوع المعينة السمعية المستخدمة وكيف يشعر الشخص.
قائمة الأدبيات الإضافية:
هل الصوت مألوف بالنسبة لك؟ // الكم. - 1992. - العدد 8. - ص 40-41. كيكوين أ.ك. نبذة عن الأصوات الموسيقية ومصادرها // الكم. - 1985. - العدد 9. - ص26-28. كتاب الفيزياء الابتدائي. إد. جي إس. لاندسبيرج. ت 3. - م، 1974.
الموجة الصوتية (الاهتزازات الصوتية) هي اهتزاز ميكانيكي لجزيئات مادة ما (مثل الهواء) تنتقل في الفضاء.
ولكن ليس كل جسم مهتز هو مصدر للصوت. على سبيل المثال، الوزن المتأرجح المعلق على خيط أو زنبرك لا يصدر صوتًا. ستتوقف المسطرة المعدنية أيضًا عن الصوت إذا قمت بتحريكها لأعلى في الرذيلة وبالتالي إطالة الطرف الحر بحيث يصبح تردد اهتزازها أقل من 20 هرتز. أظهرت الأبحاث أن الأذن البشرية قادرة على إدراك الاهتزازات الميكانيكية الصوتية للأجسام التي تحدث بتردد يتراوح من 20 هرتز إلى 20000 هرتز. ولذلك، فإن الاهتزازات التي تردداتها في هذا النطاق تسمى الصوت. تسمى الاهتزازات الميكانيكية التي يزيد ترددها عن 20000 هرتز بالموجات فوق الصوتية، وتسمى الاهتزازات ذات الترددات الأقل من 20 هرتز بالموجات فوق الصوتية. تجدر الإشارة إلى أن الحدود المحددة لنطاق الصوت تعسفية، لأنها تعتمد على عمر الأشخاص والخصائص الفردية لجهاز السمع الخاص بهم. عادة، مع التقدم في السن، يتناقص حد التردد الأعلى للأصوات المحسوسة بشكل كبير - يمكن لبعض كبار السن سماع أصوات بترددات لا تتجاوز 6000 هرتز. على العكس من ذلك، يمكن للأطفال إدراك الأصوات التي يزيد ترددها قليلاً عن 20000 هرتز. اهتزازات ذات ترددات أكبر من 20000 هرتز أو أقل من 20 هرتز تسمعها بعض الحيوانات. العالم مليء بمجموعة واسعة من الأصوات: دقات الساعات وطنين المحركات، وحفيف أوراق الشجر وعويل الريح، وغناء الطيور وأصوات الناس. بدأ الناس في تخمين كيفية ولادة الأصوات وما هي عليه منذ وقت طويل جدًا. فقد لاحظوا، على سبيل المثال، أن الصوت يصدر عن اهتزاز الأجسام في الهواء. حتى الفيلسوف والموسوعي اليوناني القديم أرسطو، بناءً على الملاحظات، شرح بشكل صحيح طبيعة الصوت، معتقدًا أن الجسم السبر يخلق ضغطًا متناوبًا وتخلخلًا للهواء. وبالتالي، فإن الخيط المهتز إما يضغط الهواء أو يخلخله، وبفضل مرونة الهواء، تنتقل هذه التأثيرات المتناوبة إلى الفضاء - من طبقة إلى أخرى تنشأ موجات مرنة. عندما تصل إلى أذننا، فإنها تؤثر على طبلة الأذن وتسبب الإحساس بالصوت. عن طريق الأذن، يرى الشخص موجات مرنة بتردد يتراوح من حوالي 16 هرتز إلى 20 كيلو هرتز (1 هرتز - اهتزاز واحد في الثانية). وفقا لهذا، فإن الموجات المرنة في أي وسيلة، وتردداتها تقع ضمن الحدود المحددة، تسمى الموجات الصوتية أو الصوت فقط. في الهواء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية والضغط الطبيعي، ينتقل الصوت بسرعة 330 م/ث، وفي مياه البحر - حوالي 1500 م/ث، وفي بعض المعادن تصل سرعة الصوت إلى 7000 م/ث. تسمى الموجات المرنة التي يقل ترددها عن 16 هرتز بالموجات فوق الصوتية، وتسمى الموجات التي يزيد ترددها عن 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية.
لا يمكن أن يكون مصدر الصوت في الغازات والسوائل مجرد أجسام مهتزة. على سبيل المثال، رصاصة وسهم صافرة أثناء الطيران، والرياح تعوي. ولا يتكون هدير الطائرة النفاثة فقط من ضجيج وحدات التشغيل - المروحة، والضاغط، والتوربينات، وغرفة الاحتراق، وما إلى ذلك، ولكن أيضًا من ضجيج التيار النفاث، والدوامة، وتدفقات الهواء المضطربة التي تحدث عند التدفق حول الطائرة الطائرات بسرعات عالية. يبدو أن الجسم الذي يندفع بسرعة عبر الهواء أو الماء يكسر التدفق المتدفق حوله ويولد بشكل دوري مناطق من التخلخل والضغط في الوسط. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء موجات صوتية. يمكن أن ينتقل الصوت على شكل موجات طولية وعرضية. في الوسائط الغازية والسائلة، تنشأ الموجات الطولية فقط عندما تحدث الحركة التذبذبية للجزيئات في الاتجاه الذي تنتشر فيه الموجة فقط. في المواد الصلبة، بالإضافة إلى الموجات الطولية، تنشأ أيضًا موجات عرضية عندما تهتز جزيئات الوسط في اتجاهات متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة. هناك، بضرب الخيط بشكل عمودي على اتجاهه، نجبر الموجة على الجري على طول الخيط. الأذن البشرية ليست حساسة بنفس القدر للأصوات ذات الترددات المختلفة. وهو الأكثر حساسية للترددات من 1000 إلى 4000 هرتز. عند الشدة العالية جدًا، لا يُنظر إلى الموجات على أنها صوتية، مما يسبب إحساسًا بألم ضاغط في الأذنين. وتسمى شدة الموجات الصوتية التي يحدث عندها هذا بعتبة الألم. تعتبر مفاهيم النغمة وجرس الصوت مهمة أيضًا في دراسة الصوت. أي صوت حقيقي، سواء كان صوتًا بشريًا أو عزفًا على آلة موسيقية، ليس اهتزازًا توافقيًا بسيطًا، ولكنه مزيج غريب من العديد من الاهتزازات التوافقية مع مجموعة معينة من الترددات. تسمى النغمة ذات التردد الأقل بالنغمات الأساسية، بينما تسمى النغمات الأخرى بالنغمات الإيجابية. إن العدد المختلف من النغمات الكامنة في صوت معين يمنحه لونًا خاصًا - جرسًا. لا يتم تحديد الفرق بين جرس وآخر من خلال الرقم فحسب، بل أيضًا من خلال شدة النغمات المصاحبة لصوت النغمة الأساسية. من خلال Timbre، نميز بسهولة أصوات الكمان والبيانو والغيتار والفلوت، ونتعرف على أصوات الأشخاص المألوفين.
- تردد التذبذبيسمى عدد الاهتزازات الكاملة في الثانية وحدة قياس التردد هي 1 هرتز (هرتز). يتوافق 1 هرتز مع تذبذب كامل (في اتجاه أو آخر) يحدث في ثانية واحدة.
- فترةهو الوقت (الأوقات) الذي يحدث خلاله تذبذب كامل واحد. كلما زاد تردد التذبذبات، كلما قصرت دورتها، أي. و=1/ت. وبالتالي فإن تكرار التذبذبات يكون أكبر، وكلما كانت دورتها أقصر، والعكس صحيح. يصدر صوت الإنسان ذبذبات صوتية بتردد يتراوح بين 80 إلى 12000 هرتز، وتستقبل الأذن ذبذبات صوتية بتردد يتراوح بين 16 إلى 20000 هرتز.
- السعةالاهتزاز هو أكبر انحراف لجسم مهتز عن موضعه الأصلي (الهادئ). كلما زادت سعة الاهتزاز، كلما كان الصوت أعلى. أصوات الكلام البشري هي اهتزازات صوتية معقدة، تتكون من عدد أو آخر من الاهتزازات البسيطة، تختلف في التردد والسعة. يحتوي كل صوت كلام على مزيج فريد خاص به من الاهتزازات ذات الترددات والسعات المختلفة. ولذلك فإن شكل اهتزازات صوت الكلام يختلف بشكل ملحوظ عن شكل صوت آخر، مما يوضح الرسوم البيانية للاهتزازات أثناء نطق الأصوات a و o و y.
يميز الشخص أي أصوات وفقًا لإدراكه لمستوى الصوت ودرجة الصوت.
قبل أن تفهم ما هي مصادر الصوت هناك، فكر في ما هو الصوت؟ نحن نعلم أن الضوء هو إشعاع. وينعكس هذا الإشعاع من الأجسام، ويصل إلى أعيننا، ويمكننا رؤيته. التذوق والشم عبارة عن جزيئات صغيرة من الأجسام التي تدركها مستقبلاتنا. ما هو نوع الحيوان هذا الصوت؟
تنتقل الأصوات عبر الهواء
ربما تكون قد رأيت كيف يتم العزف على الجيتار. ربما يمكنك القيام بذلك بنفسك. شيء آخر مهم هو الصوت الذي تصدره الأوتار في الجيتار عند نقرها. صحيح. لكن إذا تمكنت من وضع جيتار في فراغ ونزع الأوتار، فسوف تتفاجأ جدًا بأن الجيتار لن يصدر أي صوت.
تم إجراء مثل هذه التجارب على مجموعة واسعة من الأجسام، وكانت النتيجة دائمًا هي نفسها: لا يمكن سماع أي صوت في الفضاء الخالي من الهواء. الاستنتاج المنطقي يتبع أن الصوت ينتقل عبر الهواء. ولذلك فإن الصوت هو شيء يحدث لجزيئات الهواء والأجسام المنتجة للصوت.
مصادر الصوت - الأجسام المتذبذبة
إضافي. نتيجة لمجموعة واسعة من التجارب العديدة، كان من الممكن إثبات أن الصوت ينشأ بسبب اهتزاز الجثث. مصادر الصوت هي الأجسام التي تهتز. تنتقل هذه الاهتزازات عن طريق جزيئات الهواء، وتستقبل أذننا هذه الاهتزازات وتترجمها إلى أحاسيس صوتية نفهمها.
ليس من الصعب التحقق. خذ كأسًا زجاجيًا أو كريستاليًا وضعه على الطاولة. اضغط عليها بخفة بملعقة معدنية. سوف تسمع صوتًا رفيعًا طويلًا. الآن المس الزجاج بيدك واطرقه مرة أخرى. سوف يتغير الصوت ويصبح أقصر بكثير.
الآن دع العديد من الأشخاص يلفون أيديهم حول الزجاج تمامًا قدر الإمكان، جنبًا إلى جنب مع الجذع، محاولين عدم ترك أي منطقة حرة، باستثناء مكان صغير جدًا للضرب بالملعقة. ضرب الزجاج مرة أخرى. لن تسمع أي صوت تقريبًا، والذي سيكون ضعيفًا وقصيرًا جدًا. ماذا يعني هذا؟
في الحالة الأولى، بعد الاصطدام، تأرجح الزجاج بحرية، وانتقلت اهتزازاته عبر الهواء ووصلت إلى آذاننا. وفي الحالة الثانية، امتصت يدنا معظم الاهتزازات، وأصبح الصوت أقصر بكثير مع انخفاض اهتزازات الجسم. في الحالة الثالثة، تم امتصاص جميع اهتزازات الجسم تقريبًا على الفور من قبل أيدي جميع المشاركين وكان الجسم يهتز بالكاد، وبالتالي لم يصدر أي صوت تقريبًا.
وينطبق الشيء نفسه على جميع التجارب الأخرى التي يمكنك التفكير فيها وإجرائها. سيتم إدراك اهتزازات الأجسام، المنقولة إلى جزيئات الهواء، من خلال آذاننا وتفسيرها بواسطة الدماغ.
اهتزازات صوتية ذات ترددات مختلفة
إذن الصوت هو اهتزاز. تنقل مصادر الصوت الاهتزازات الصوتية عبر الهواء إلينا. لماذا إذن لا نسمع كل اهتزازات جميع الأشياء؟ لأن الاهتزازات تأتي بترددات مختلفة.
الصوت الذي تدركه الأذن البشرية هو اهتزازات صوتية يتراوح ترددها ما بين 16 هرتز إلى 20 كيلو هرتز تقريبًا. يسمع الأطفال أصواتًا ذات ترددات أعلى من البالغين، وتختلف نطاقات الإدراك لمختلف الكائنات الحية عمومًا بشكل كبير.
الأذنين أداة رفيعة وحساسة جدًا وهبتها لنا الطبيعة، لذا يجب أن نعتني بها، إذ لا يوجد بديل أو نظير لها في جسم الإنسان.
الصوت عبارة عن موجات صوتية تسبب اهتزازات لجزيئات صغيرة من الهواء والغازات الأخرى والوسائط السائلة والصلبة. لا يمكن أن ينشأ الصوت إلا عندما توجد مادة، بغض النظر عن حالة التجمع التي تكون فيها. في ظروف الفراغ، حيث لا يوجد وسط، لا ينتشر الصوت، لأنه لا توجد جسيمات تعمل كموزعات للموجات الصوتية. على سبيل المثال، في الفضاء. يمكن تعديل الصوت وتغييره وتحويله إلى أشكال أخرى من الطاقة. وبالتالي، يمكن نقل الصوت المحول إلى موجات راديو أو طاقة كهربائية عبر المسافات وتسجيله على وسائط المعلومات.
موجة صوتية
تتسبب حركات الأشياء والأجسام دائمًا في حدوث تقلبات في البيئة. لا يهم ما إذا كان الماء أو الهواء. خلال هذه العملية، تبدأ أيضًا جزيئات الوسط الذي تنتقل إليه اهتزازات الجسم في الاهتزاز. تنشأ موجات صوتية. علاوة على ذلك، يتم تنفيذ الحركات في اتجاهات للأمام والخلف، وتحل محل بعضها البعض تدريجيًا. ولذلك فإن الموجة الصوتية طولية. لا توجد أبدًا أي حركة جانبية لأعلى ولأسفل فيه.
خصائص الموجات الصوتية
مثل أي ظاهرة فيزيائية، لديهم كميات خاصة بهم، والتي يمكن من خلالها وصف الخصائص. الخصائص الرئيسية للموجة الصوتية هي ترددها وسعةها. توضح القيمة الأولى عدد الموجات التي تتشكل في الثانية. والثاني يحدد قوة الموجة. الأصوات ذات التردد المنخفض لها قيم تردد منخفضة، والعكس صحيح. يتم قياس تردد الصوت بالهرتز، وإذا تجاوز 20000 هرتز، يحدث الموجات فوق الصوتية. هناك الكثير من الأمثلة على الأصوات ذات التردد المنخفض والعالي في الطبيعة والعالم من حولنا. زقزقة العندليب، وقعقعة الرعد، وهدير نهر جبلي وغيرها كلها ترددات صوتية مختلفة. تعتمد سعة الموجة بشكل مباشر على مدى ارتفاع الصوت. ويقل مستوى الصوت بدوره مع المسافة من مصدر الصوت. وبناء على ذلك، كلما ابتعدت الموجة عن مركز الزلزال، كلما كانت سعتها أصغر. وبعبارة أخرى، فإن سعة الموجة الصوتية تتناقص مع المسافة من مصدر الصوت.
سرعة الصوت
يعتمد مؤشر الموجة الصوتية بشكل مباشر على طبيعة الوسط الذي تنتشر فيه. تلعب كل من الرطوبة ودرجة حرارة الهواء دورًا مهمًا هنا. وفي الظروف الجوية المتوسطة، تبلغ سرعة الصوت حوالي 340 مترًا في الثانية. في الفيزياء، هناك ما يسمى بالسرعة الأسرع من الصوت، والتي تكون دائمًا أكبر من سرعة الصوت. هذه هي السرعة التي تنتقل بها الموجات الصوتية عندما تتحرك الطائرة. تتحرك الطائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت، بل إنها تتفوق على الموجات الصوتية التي تصدرها. بسبب الضغط المتزايد تدريجيا خلف الطائرة، يتم تشكيل موجة صدمية من الصوت. وحدة قياس هذه السرعة مثيرة للاهتمام ولا يعرفها إلا القليل من الناس. يطلق عليه ماخ. 1 ماخ يساوي سرعة الصوت. إذا انتقلت موجة بسرعة 2 ماخ، فإنها تنتقل بسرعة تعادل ضعف سرعة الصوت.
ضوضاء
هناك ضجيج مستمر في الحياة اليومية للإنسان. يتم قياس مستوى الضوضاء بالديسيبل. حركة السيارات، والرياح، وحفيف أوراق الشجر، وتشابك أصوات الناس وغيرها من الأصوات الصوتية هي رفاقنا اليومي. لكن المحلل السمعي البشري لديه القدرة على التعود على مثل هذه الضوضاء. ومع ذلك، هناك أيضًا ظواهر لا تستطيع حتى القدرات التكيفية للأذن البشرية التعامل معها. على سبيل المثال، يمكن للضوضاء التي تتجاوز 120 ديسيبل أن تسبب الألم. الحيوان الأعلى صوتاً هو الحوت الأزرق. عندما يصدر أصواتًا، يمكن سماعه على بعد أكثر من 800 كيلومتر.
صدى صوت
كيف يحدث الصدى؟ كل شيء بسيط للغاية هنا. تتمتع الموجة الصوتية بالقدرة على الانعكاس من الأسطح المختلفة: من الماء، من الصخور، من الجدران في غرفة فارغة. وتعود هذه الموجة إلينا فنسمع صوتًا ثانويًا. إنها ليست واضحة مثل الصورة الأصلية لأن بعض الطاقة الموجودة في الموجة الصوتية تتبدد أثناء انتقالها نحو العائق.
تحديد الموقع بالصدى
يستخدم انعكاس الصوت لأغراض عملية مختلفة. على سبيل المثال، تحديد الموقع بالصدى. يعتمد ذلك على حقيقة أنه بمساعدة الموجات فوق الصوتية من الممكن تحديد المسافة إلى الجسم الذي تنعكس منه هذه الموجات. يتم إجراء الحسابات عن طريق قياس الوقت الذي يستغرقه الموجات فوق الصوتية للسفر إلى مكان ما والعودة. العديد من الحيوانات لديها القدرة على تحديد الموقع بالصدى. على سبيل المثال، تستخدمه الخفافيش والدلافين للبحث عن الطعام. لقد وجد تحديد الموقع بالصدى تطبيقًا آخر في الطب. أثناء فحوصات الموجات فوق الصوتية، يتم تكوين صورة للأعضاء الداخلية للشخص. أساس هذه الطريقة هو أن الموجات فوق الصوتية، التي تدخل وسطًا آخر غير الهواء، تعود مرة أخرى، وبالتالي تشكل الصورة.
الموجات الصوتية في الموسيقى
لماذا تصدر الآلات الموسيقية أصواتا معينة؟ عزف الجيتار، عزف البيانو، نغمات منخفضة للطبول والأبواق، صوت الناي الرقيق الساحر. كل هذه الأصوات والعديد من الأصوات الأخرى تنشأ بسبب اهتزازات الهواء أو بمعنى آخر بسبب ظهور الموجات الصوتية. ولكن لماذا أصوات الآلات الموسيقية متنوعة إلى هذا الحد؟ وتبين أن هذا يعتمد على عدة عوامل. الأول هو شكل الأداة، والثاني هو المادة التي صنعت منها.
دعونا ننظر إلى هذا باستخدام الآلات الوترية كمثال. تصبح مصدرًا للصوت عند لمس الأوتار. ونتيجة لذلك، فإنها تبدأ في الاهتزاز وإرسال أصوات مختلفة إلى البيئة. يرجع انخفاض صوت أي آلة وترية إلى زيادة سمك الوتر وطوله، بالإضافة إلى ضعف شدّه. والعكس صحيح، كلما تم تمديد السلسلة بشكل أكثر إحكاما، كلما كان أرق وأقصر، كلما ارتفع الصوت الذي تم الحصول عليه نتيجة اللعبة.
عمل الميكروفون
يعتمد على تحويل طاقة الموجات الصوتية إلى طاقة كهربائية. في هذه الحالة، تعتمد قوة التيار وطبيعة الصوت بشكل مباشر. يوجد داخل أي ميكروفون لوحة رفيعة مصنوعة من المعدن. عند تعرضه للصوت، يبدأ في أداء حركات تذبذبية. يهتز أيضًا الحلزون الذي تتصل به اللوحة، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي. لماذا يظهر؟ وذلك لأن الميكروفون يحتوي أيضًا على مغناطيسات مدمجة. عندما يتأرجح اللولب بين قطبيه، يتولد تيار كهربائي، يسير على طول اللولب ثم إلى عمود الصوت (مكبر الصوت) أو إلى معدات التسجيل على وسيط المعلومات (شريط كاسيت، قرص، كمبيوتر). بالمناسبة، الميكروفون الموجود في الهاتف لديه بنية مماثلة. ولكن كيف تعمل الميكروفونات على الهواتف الأرضية والمحمولة؟ المرحلة الأولية هي نفسها بالنسبة لهم - ينقل صوت الصوت البشري اهتزازاته إلى لوحة الميكروفون، ثم يتبع كل شيء السيناريو الموصوف أعلاه: دوامة، والتي عند التحرك، تغلق قطبين، يتم إنشاء تيار. ماذا بعد؟ مع الهاتف الثابت، كل شيء أكثر أو أقل وضوحا - تماما كما هو الحال في الميكروفون، يتم تحويل الصوت إلى تيار كهربائي، عبر الأسلاك. ولكن ماذا عن الهاتف الخليوي أو جهاز الاتصال اللاسلكي على سبيل المثال؟ وفي هذه الحالات، يتحول الصوت إلى طاقة موجة راديوية ويضرب القمر الصناعي. هذا كل شئ.
ظاهرة الرنين
في بعض الأحيان يتم إنشاء الظروف عندما يزداد حجم اهتزازات الجسم المادي بشكل حاد. يحدث هذا بسبب تقارب قيم تردد التذبذبات القسرية والتردد الطبيعي لتذبذبات الجسم (الجسم). يمكن أن يكون الرنين مفيدًا وضارًا. على سبيل المثال، لإخراج سيارة من حفرة، يتم تشغيلها ودفعها ذهابًا وإيابًا من أجل إحداث رنين وإعطاء السيارة جمودًا. ولكن كانت هناك أيضًا حالات ذات عواقب سلبية للرنين. على سبيل المثال، في سانت بطرسبرغ، منذ حوالي مائة عام، انهار جسر أثناء مسيرة الجنود في انسجام تام.
