समझने योग्य भाषा में ध्वनि और ध्वनिकी का सिद्धांत। ध्वनि तरंगों के सिद्धांत के मूल तत्व ध्वनि तरंगों की विशेषताएं

कार्य का लक्ष्य

ध्वनि रिकॉर्डिंग और प्लेबैक के सिद्धांत की मूल बातें, ध्वनि की मुख्य विशेषताएं, ध्वनि रूपांतरण के तरीके, ध्वनि को परिवर्तित करने और प्रवर्धित करने के लिए उपकरणों के उपयोग की विशेषताएं, उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग में कौशल हासिल करने के लिए।

सैद्धांतिक पृष्ठभूमि

आवाज़एक गैसीय, तरल या ठोस माध्यम में तरंगों के रूप में प्रचारित एक लोचदार माध्यम के कणों की दोलन गति कहा जाता है, जो मानव श्रवण विश्लेषक पर कार्य करता है, श्रवण संवेदनाओं का कारण बनता है। ध्वनि स्रोत एक दोलनशील पिंड है, उदाहरण के लिए: स्ट्रिंग कंपन, ट्यूनिंग फोर्क कंपन, लाउडस्पीकर शंकु गति, आदि।

ध्वनि की तरंगकिसी ध्वनि स्रोत से प्रत्यास्थ माध्यम के कंपनों के निर्देशित संचरण की प्रक्रिया कहलाती है। अंतरिक्ष का वह क्षेत्र जिसमें ध्वनि तरंग का प्रसार होता है, ध्वनि क्षेत्र कहलाता है। ध्वनि तरंग वायु के संपीडन और विरलन का प्रत्यावर्तन है। संपीड़न के क्षेत्र में, वायुदाब वायुमंडलीय दबाव से अधिक होता है, विरलीकरण के क्षेत्र में - इससे कम। वायुमंडलीय दाब के परिवर्तनशील भाग को ध्वनि दाब कहते हैं। आर . ध्वनि दाब की इकाई पास्कल ( देहात) (पा \u003d एन / एम 2). साइनसोइडल आकार (चित्र 1) वाले दोलनों को हार्मोनिक कहा जाता है। यदि ध्वनि उत्सर्जक पिंड साइनसॉइडली दोलन करता है, तो ध्वनि दबाव भी साइनसॉइडली बदलता है। यह ज्ञात है कि किसी भी जटिल दोलन को सरल हार्मोनिक दोलनों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है। इन हार्मोनिक दोलनों के आयाम और आवृत्तियों के सेट क्रमशः कहलाते हैं आयाम स्पेक्ट्रमऔर आवृत्ति स्पेक्ट्रम.

ध्वनि तरंग में वायु कणों की दोलनशील गति कई मापदंडों की विशेषता है:

दोलन काल(टी), समय की सबसे छोटी अवधि जिसके बाद दोलन गति की विशेषता वाली सभी भौतिक मात्राओं के मूल्यों को दोहराया जाता है, इस दौरान एक पूर्ण दोलन होता है। दोलन अवधि सेकंड में मापा जाता है ( साथ).

दोलन आवृत्ति(एफ) , प्रति यूनिट समय में पूर्ण दोलनों की संख्या।

कहाँ: एफदोलन आवृत्ति है; टीदोलन काल है।

आवृत्ति इकाई हर्ट्ज है ( हर्ट्ज) प्रति सेकंड एक पूर्ण दोलन है (1 kHz = 1000 हर्ट्ज).

चावल। 1. सरल हार्मोनिक दोलन:
A दोलन का आयाम है, T दोलन की अवधि है

वेवलेंथ (λ ), वह दूरी जिस पर दोलन की एक अवधि फिट बैठती है। तरंग दैर्ध्य मीटर में मापा जाता है ( एम). तरंग दैर्ध्य और दोलन आवृत्ति निम्न से संबंधित हैं:

कहाँ साथ ध्वनि प्रसार की गति है।

दोलन आयाम (ए) , आराम की स्थिति से दोलन मूल्य का सबसे बड़ा विचलन।

दोलन चरण।

एक वृत्त की कल्पना करें जिसकी लंबाई बिंदु A और E (चित्र 2) के बीच की दूरी के बराबर है, या एक निश्चित आवृत्ति पर तरंग दैर्ध्य है। जैसा कि यह सर्कल "घुमाता है", साइनसॉइड के प्रत्येक अलग-अलग स्थान में इसकी रेडियल लाइन शुरुआती बिंदु से एक निश्चित कोणीय दूरी पर होगी, जो कि ऐसे प्रत्येक बिंदु पर चरण मान होगा। चरण को डिग्री में मापा जाता है।

जब कोई ध्वनि तरंग किसी सतह से टकराती है तो आंशिक रूप से उसी कोण पर परावर्तित होती है जिस कोण पर वह इस सतह पर पड़ती है, उसकी कला में परिवर्तन नहीं होता है। अंजीर पर। 3 परावर्तित तरंगों की चरण निर्भरता को दर्शाता है।

चावल। 2. साइन लहर: आयाम और चरण।
यदि परिधि एक निश्चित आवृत्ति (A से E की दूरी) पर तरंग दैर्ध्य के बराबर है, तो जैसे-जैसे यह घूमता है, इस वृत्त की रेडियल रेखा एक विशेष बिंदु पर साइनसॉइड के चरण मान के अनुरूप कोण दिखाएगी

चावल। 3. परावर्तित तरंगों की चरण निर्भरता।
एक ही कला के ध्वनि स्रोत द्वारा उत्सर्जित विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनि तरंगें एक ही दूरी से गुजरने के बाद एक अलग चरण के साथ सतह पर पहुँचती हैं

एक ध्वनि तरंग बाधाओं के चारों ओर मुड़ने में सक्षम होती है यदि इसकी लंबाई बाधा के आयामों से अधिक हो। इस घटना को कहा जाता है विवर्तन. महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य वाले कम आवृत्ति वाले दोलनों पर विवर्तन विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है।

यदि दो ध्वनि तरंगों की आवृत्ति समान है, तो वे परस्पर क्रिया करती हैं। अंतःक्रिया की प्रक्रिया को व्यतिकरण कहते हैं। जब इन-फेज (चरण में संयोग) दोलन परस्पर क्रिया करते हैं, तो ध्वनि तरंग प्रवर्धित होती है। एंटीपेज़ दोलनों की परस्पर क्रिया के मामले में, परिणामी ध्वनि तरंग कमजोर हो जाती है (चित्र 4)। ध्वनि तरंगें जिनकी आवृत्तियाँ एक-दूसरे से काफी भिन्न होती हैं, एक-दूसरे से परस्पर क्रिया नहीं करती हैं।

चावल। 4. चरण (ए) और एंटीपेज़ (बी) में दोलनों की सहभागिता:
1, 2 - अंतःक्रियात्मक दोलन, 3 - परिणामी दोलन

ध्वनि कंपन को अवमंदित और अवमंदित किया जा सकता है। अवमंदित दोलनों का आयाम धीरे-धीरे कम होता जाता है। अवमंदित स्पंदनों का एक उदाहरण वह ध्वनि है जो तब उत्पन्न होती है जब एक तार को एक बार उत्तेजित किया जाता है या एक घडि़याल मारा जाता है। एक स्ट्रिंग के कंपन के अवमंदन का कारण हवा के खिलाफ स्ट्रिंग का घर्षण है, साथ ही कंपन स्ट्रिंग के कणों के बीच घर्षण भी है। यदि घर्षण के नुकसान की भरपाई बाहर से ऊर्जा के प्रवाह द्वारा की जाती है, तो निरंतर दोलन मौजूद हो सकते हैं। अवमंदित दोलनों का एक उदाहरण स्कूल की घंटी के प्याले का दोलन है। जब पावर बटन दबाया जाता है, तो कॉल में बिना कंपन के कंपन होते हैं। घंटी को ऊर्जा की आपूर्ति बंद होने के बाद, दोलन बंद हो जाते हैं।

अपने स्रोत से कमरे में प्रचार, ध्वनि तरंग ऊर्जा स्थानांतरित करती है, जब तक यह इस कमरे की सीमा सतहों तक नहीं पहुंचती है: दीवारें, फर्श, छत, आदि। ध्वनि तरंगों का प्रसार उनकी तीव्रता में कमी के साथ होता है। यह हवा के कणों के बीच घर्षण को दूर करने के लिए ध्वनि ऊर्जा के नुकसान के कारण होता है। इसके अलावा, स्रोत से सभी दिशाओं में प्रसार, तरंग अंतरिक्ष के बढ़ते क्षेत्र को कवर करती है, जिससे प्रति इकाई क्षेत्र में ध्वनि ऊर्जा की मात्रा में कमी आती है, गोलाकार स्रोत से दूरी के प्रत्येक दोहरीकरण के साथ, बल वायु कणों के कंपन की संख्या 6 dB (शक्ति में चार गुना) कम हो जाती है (चित्र 5)।

चावल। 5. एक गोलाकार ध्वनि तरंग की ऊर्जा तरंग मोर्चे के एक बढ़ते हुए क्षेत्र में वितरित की जाती है, जिसके कारण स्रोत से दूरी के प्रत्येक दोहरीकरण के साथ ध्वनि दबाव 6 डीबी कम हो जाता है

ध्वनि तरंग की ऊर्जा का हिस्सा, अपने रास्ते में एक बाधा का सामना करना गुजरतादीवारों के हिस्से के माध्यम से को अवशोषितदीवारों के अंदर, और भाग प्रतिबिंबितवापस कमरे के अंदर। परावर्तित और अवशोषित ध्वनि तरंग की ऊर्जा घटना ध्वनि तरंग की कुल ऊर्जा के बराबर होती है। अलग-अलग डिग्री के लिए, तीनों प्रकार के ध्वनि ऊर्जा वितरण लगभग सभी मामलों में मौजूद हैं।
(चित्र 6)।

चावल। 6. ध्वनि ऊर्जा का परावर्तन और अवशोषण

परावर्तित ध्वनि तरंग, ऊर्जा का हिस्सा खो जाने से, दिशा बदल जाएगी और तब तक फैलती रहेगी जब तक कि यह कमरे की अन्य सतहों तक नहीं पहुंच जाती, जिससे यह फिर से परावर्तित हो जाएगी, कुछ और ऊर्जा खो देगी, आदि। यह तब तक जारी रहेगा जब तक कि ध्वनि तरंग की ऊर्जा अंततः समाप्त नहीं हो जाती।

ध्वनि तरंग का परावर्तन ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों के अनुसार होता है। उच्च घनत्व वाले पदार्थ (कंक्रीट, धातु, आदि) ध्वनि को अच्छी तरह से दर्शाते हैं। ध्वनि तरंग अवशोषण कई कारणों से होता है। ध्वनि तरंग अपनी ऊर्जा बाधा के कंपन पर और बाधा की सतह परत के छिद्रों में हवा के कंपन पर खर्च करती है। यह इस प्रकार है कि झरझरा सामग्री (महसूस, फोम रबर, आदि) ध्वनि को दृढ़ता से अवशोषित करती है। दर्शकों से भरे कमरे में, ध्वनि अवशोषण एक खाली कमरे की तुलना में अधिक होता है। किसी पदार्थ द्वारा ध्वनि के परावर्तन और अवशोषण की डिग्री को परावर्तन और अवशोषण के गुणांक की विशेषता होती है। ये गुणांक शून्य से एक तक हो सकते हैं। एक के बराबर गुणांक आदर्श ध्वनि प्रतिबिंब या अवशोषण इंगित करता है।

यदि ध्वनि स्रोत कमरे में है, तो श्रोता को न केवल प्रत्यक्ष ध्वनि ऊर्जा प्राप्त होती है, बल्कि विभिन्न सतहों से परावर्तित ध्वनि ऊर्जा भी प्राप्त होती है। एक कमरे में ध्वनि की मात्रा ध्वनि स्रोत की शक्ति और ध्वनि-अवशोषित सामग्री की मात्रा पर निर्भर करती है। कमरे में जितनी अधिक ध्वनि-अवशोषित सामग्री रखी जाती है, ध्वनि की मात्रा उतनी ही कम होती है।

विभिन्न सतहों से ध्वनि ऊर्जा के परावर्तन के कारण ध्वनि स्रोत को बंद करने के बाद, ध्वनि क्षेत्र कुछ समय के लिए मौजूद रहता है। इसके स्रोत को बंद करने के बाद संलग्न स्थानों में ध्वनि के क्रमिक क्षीणन की प्रक्रिया कहलाती है गूंज।प्रतिध्वनि की अवधि तथाकथित द्वारा विशेषता है। प्रतिध्वनि का समय, अर्थात। वह समय जिसके दौरान ध्वनि की तीव्रता 10 6 गुना कम हो जाती है, और इसका स्तर 60 dB हो जाता है . उदाहरण के लिए, यदि एक कॉन्सर्ट हॉल में एक ऑर्केस्ट्रा लगभग 40 डीबी पृष्ठभूमि शोर के साथ 100 डीबी के स्तर तक पहुंच जाता है, तो ऑर्केस्ट्रा के अंतिम राग शोर में फीके पड़ जाएंगे, जब उनका स्तर लगभग 60 डीबी तक गिर जाएगा। एक कमरे की ध्वनिक गुणवत्ता निर्धारित करने में पुनर्संयोजन समय सबसे महत्वपूर्ण कारक है। यह अधिक बड़ा है, कमरे का बड़ा आयतन और बाउंडिंग सतहों पर अवशोषण कम होता है।

अनुरणन समय की मात्रा वाक् बोधगम्यता की डिग्री और संगीत की ध्वनि की गुणवत्ता को प्रभावित करती है। यदि अनुरणन का समय बहुत लंबा है, तो वाणी अस्पष्ट हो जाती है। यदि अनुरणन का समय बहुत कम हो, तो वाणी सुबोध होती है, लेकिन संगीत अप्राकृतिक हो जाता है। कमरे के आयतन के आधार पर अनुरणन का इष्टतम समय लगभग 1-2 सेकेंड है।

ध्वनि की मूल विशेषताएं।

ध्वनि की गतिहवा में 0 डिग्री सेल्सियस पर 332.5 मीटर/एस है। कमरे के तापमान (20 डिग्री सेल्सियस) पर ध्वनि की गति लगभग 340 मीटर/सेकेंड होती है। ध्वनि की गति को प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है " साथ ».

आवृत्ति।मानव श्रवण विश्लेषक द्वारा मानी जाने वाली ध्वनियाँ ध्वनि आवृत्तियों की एक श्रृंखला बनाती हैं। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि यह सीमा 16 से 20,000 हर्ट्ज तक आवृत्तियों तक सीमित है। ये सीमाएँ बहुत सशर्त हैं, जो लोगों की सुनवाई की व्यक्तिगत विशेषताओं, श्रवण विश्लेषक की संवेदनशीलता में उम्र से संबंधित परिवर्तन और श्रवण संवेदनाओं को रिकॉर्ड करने की विधि से जुड़ी हैं। एक व्यक्ति लगभग 1 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर 0.3% की आवृत्ति परिवर्तन को अलग कर सकता है।

ध्वनि की भौतिक अवधारणा श्रव्य और अश्रव्य कंपन आवृत्तियों दोनों को शामिल करती है। 16 हर्ट्ज से कम आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों को पारंपरिक रूप से इन्फ्रासाउंड कहा जाता है, 20 kHz से ऊपर - अल्ट्रासाउंड। . इन्फ्रासोनिक आवृत्तियों का क्षेत्र नीचे से व्यावहारिक रूप से असीमित है - प्रकृति में, इन्फ्रासोनिक कंपन एक हर्ट्ज के दसवें और सौवें हिस्से की आवृत्ति के साथ होते हैं। .

ध्वनि सीमा पारंपरिक रूप से कई संकरी श्रेणियों (तालिका 1) में विभाजित है।

तालिका नंबर एक

ध्वनि आवृत्ति रेंज को सशर्त रूप से सबरेंज में विभाजित किया गया है

ध्वनि की तीव्रता(डब्ल्यू / एम 2) तरंग प्रसार की दिशा में लंबवत सतह क्षेत्र की एक इकाई के माध्यम से समय की प्रति इकाई तरंग द्वारा की गई ऊर्जा की मात्रा द्वारा निर्धारित किया जाता है। मानव कान तीव्रता की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला पर ध्वनि को मानता है, बेहोश श्रव्य ध्वनियों से लेकर सबसे तेज आवाज तक, जैसे कि जेट विमान के इंजन द्वारा उत्पन्न।

न्यूनतम ध्वनि तीव्रता जिस पर श्रवण संवेदन होता है उसे श्रवण दहलीज कहा जाता है। यह ध्वनि की आवृत्ति (चित्र 7) पर निर्भर करता है। मानव कान में क्रमशः 1 से 5 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति रेंज में ध्वनि की उच्चतम संवेदनशीलता होती है, और यहाँ श्रवण धारणा की दहलीज का मान सबसे कम 10 -12 W/m2 है। यह मान श्रव्यता के शून्य स्तर के रूप में लिया जाता है। शोर और अन्य ध्वनि उत्तेजनाओं की कार्रवाई के तहत, किसी दिए गए ध्वनि के लिए श्रव्यता की दहलीज बढ़ जाती है (ध्वनि मास्किंग एक शारीरिक घटना है, जिसमें इस तथ्य को समाहित किया गया है कि अलग-अलग ज़ोर की दो या दो से अधिक ध्वनियों की एक साथ धारणा के साथ, शांत आवाज़ें बंद हो जाती हैं श्रव्य हो), और बढ़ा हुआ मान कुछ समय के लिए हस्तक्षेप करने वाले कारक की समाप्ति के बाद बना रहता है, और फिर धीरे-धीरे अपने मूल स्तर पर लौट आता है। अलग-अलग लोगों के लिए और एक ही व्यक्ति के लिए अलग-अलग समय पर सुनने की सीमा उम्र, शारीरिक स्थिति, फिटनेस के आधार पर भिन्न हो सकती है।

चावल। 7. मानक श्रवण दहलीज की आवृत्ति निर्भरता
साइनसोइडल सिग्नल

उच्च-तीव्रता वाली आवाजें कानों में दबने वाले दर्द की अनुभूति का कारण बनती हैं। न्यूनतम ध्वनि तीव्रता जिस पर कानों में दर्द को दबाने की अनुभूति होती है (~ 10 W / m 2) को दर्द की दहलीज कहा जाता है। साथ ही श्रवण धारणा की दहलीज, दर्द की दहलीज ध्वनि कंपन की आवृत्ति पर निर्भर करती है। दर्द की दहलीज तक पहुंचने वाली आवाजें सुनने पर हानिकारक प्रभाव डालती हैं।

ध्वनि की सामान्य अनुभूति संभव है यदि ध्वनि की तीव्रता सुनने की दहलीज और दर्द की दहलीज के बीच है।

स्तर द्वारा ध्वनि का मूल्यांकन करना सुविधाजनक है ( एल) तीव्रता (ध्वनि दबाव), सूत्र द्वारा गणना की गई:

कहाँ जे0 -सुनने की दहलीज, जे-ध्वनि की तीव्रता (तालिका 2)।

तालिका 2

तीव्रता के संदर्भ में ध्वनि के लक्षण और श्रवण धारणा की दहलीज के सापेक्ष तीव्रता के संदर्भ में इसका आकलन

ध्वनि विशेषता	तीव्रता (डब्ल्यू / एम 2)	श्रवण सीमा (dB) के सापेक्ष तीव्रता का स्तर
सुनने की दहलीज	10 -12
स्टेथोस्कोप के माध्यम से हृदय की आवाज उत्पन्न होती है	10 -11
फुसफुसाना	10 -10 –10 -9	20–30
शांत बातचीत के दौरान भाषण लगता है	10 -7 –10 -6	50–60
भारी यातायात से जुड़ा शोर	10 -5 –10 -4	70–80
रॉक संगीत संगीत कार्यक्रम द्वारा उत्पन्न शोर	10 -3 –10 -2	90–100
चल रहे विमान के इंजन के पास शोर	0,1–1,0	110–120
दर्द की दहलीज

हमारी हियरिंग एड एक विशाल गतिशील रेंज को संभालने में सक्षम है। सबसे शांत ध्वनि के कारण वायु दाब में परिवर्तन 2×10 -5 Pa के क्रम में होता है। इसी समय, हमारे कानों के लिए दर्द की दहलीज के करीब पहुंचने वाला ध्वनि दबाव लगभग 20 पा है। नतीजतन, सबसे शांत और सबसे तेज आवाज के बीच का अनुपात जो हमारी श्रवण यंत्र समझ सकता है वह 1:1,000,000 है। इस तरह के विभिन्न स्तर के संकेतों को रैखिक पैमाने पर मापना बल्कि असुविधाजनक है।

इतनी विस्तृत गतिशील रेंज को संपीड़ित करने के लिए, "बेल" की अवधारणा पेश की गई थी। बेल दो घातों के अनुपात का सरल लघुगणक है; और एक डेसिबल एक बेला के दसवें हिस्से के बराबर होता है।

डेसिबल में ध्वनिक दबाव व्यक्त करने के लिए, दबाव (पास्कल में) को स्क्वायर करना और इसे संदर्भ दबाव के वर्ग से विभाजित करना आवश्यक है। सुविधा के लिए, दो दबावों का वर्ग लघुगणक के बाहर किया जाता है (जो लघुगणक का एक गुण है)।

ध्वनिक दबाव को डेसिबल में बदलने के लिए, निम्न सूत्र का उपयोग किया जाता है:

कहा पे: पी हमारे लिए रुचि का ध्वनिक दबाव है; पी 0 - प्रारंभिक दबाव।

जब 2 × 10 -5 Pa को संदर्भ दबाव के रूप में लिया जाता है, तो डेसिबल में व्यक्त ध्वनि दबाव को ध्वनि दबाव स्तर (SPL - अंग्रेजी ध्वनि दबाव स्तर से) कहा जाता है। इस प्रकार, ध्वनि दबाव 3 के बराबर होता है देहात, 103.5 डीबी के ध्वनि दबाव स्तर के बराबर, इसलिए:

उपरोक्त ध्वनिक गतिशील रेंज को डेसिबल में निम्न ध्वनि दबाव स्तरों के रूप में व्यक्त किया जा सकता है: सबसे शांत ध्वनियों के लिए 0 dB से, दर्द की दहलीज ध्वनियों के लिए 120 dB, सबसे तेज़ आवाज़ों के लिए 180 dB तक। 140 डीबी पर गंभीर दर्द महसूस होता है, 150 डीबी पर कानों को नुकसान होता है।

ध्वनि आवाज़,एक मूल्य जो किसी दिए गए ध्वनि के लिए श्रवण संवेदना को दर्शाता है। ध्वनि की प्रबलता जटिल तरीके से निर्भर करती है ध्वनि का दबाव(या ध्वनि की तीव्रता), आवृत्ति और कंपन का रूप। निरंतर आवृत्ति और कंपन के आकार के साथ, ध्वनि की मात्रा बढ़ते ध्वनि दबाव (चित्र 8.) के साथ बढ़ जाती है। किसी दी गई आवृत्ति की ध्वनि की प्रबलता का अनुमान 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ एक साधारण स्वर की प्रबलता से तुलना करके लगाया जाता है। 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ शुद्ध स्वर का ध्वनि दबाव स्तर (डीबी में), जो ध्वनि के रूप में (कान द्वारा) मापा जाता है, इस ध्वनि का प्रबलता स्तर कहा जाता है (में पृष्ठभूमि) (चित्र 8)।

चावल। 8. समान तीव्रता के वक्र - ध्वनि दबाव स्तर (डीबी में) की आवृत्ति पर एक निश्चित मात्रा में (फोन में) निर्भरता।

ध्वनि का स्पेक्ट्रम।

श्रवण अंगों द्वारा ध्वनि की धारणा की प्रकृति इसकी आवृत्ति स्पेक्ट्रम पर निर्भर करती है।

शोर का एक निरंतर स्पेक्ट्रम होता है, अर्थात। उनमें निहित साधारण साइनसोइडल दोलनों की आवृत्तियाँ मूल्यों की एक सतत श्रृंखला बनाती हैं जो एक निश्चित अंतराल को पूरी तरह से भर देती हैं।

संगीतमय (टोनल) ध्वनियों में आवृत्तियों का एक रेखा स्पेक्ट्रम होता है। उनमें शामिल सरल हार्मोनिक दोलनों की आवृत्तियाँ असतत मूल्यों की एक श्रृंखला बनाती हैं।

प्रत्येक हार्मोनिक कंपन को एक स्वर (सरल स्वर) कहा जाता है। पिच आवृत्ति पर निर्भर करती है: आवृत्ति जितनी अधिक होगी, स्वर उतना ही अधिक होगा। ध्वनि की पिच उसकी आवृत्ति से निर्धारित होती है। 16 से 20,000 हर्ट्ज तक ध्वनि कंपन की आवृत्ति में एक सहज परिवर्तन को पहले कम आवृत्ति की भनभनाहट के रूप में माना जाता है, फिर एक सीटी के रूप में, धीरे-धीरे एक चीख़ में बदल जाता है।

एक जटिल संगीत ध्वनि का मुख्य स्वर उसके स्पेक्ट्रम में सबसे कम आवृत्ति के अनुरूप स्वर है। स्वर जो स्पेक्ट्रम में बाकी आवृत्तियों के अनुरूप होते हैं, ओवरटोन कहलाते हैं। यदि ओवरटोन की आवृत्तियाँ मुख्य स्वर की आवृत्ति f के गुणक हैं, तो ओवरटोन को हार्मोनिक कहा जाता है, और फ़्रीक्वेंसी f के साथ मौलिक स्वर को पहला हार्मोनिक कहा जाता है, अगली उच्चतम आवृत्ति वाला ओवरटोन 2f o दूसरा होता है हार्मोनिक, आदि

एक ही मौलिक स्वर के साथ संगीत ध्वनियाँ लय में भिन्न हो सकती हैं। टिम्ब्रे को ओवरटोन की संरचना - उनकी आवृत्तियों और आयामों के साथ-साथ ध्वनि की शुरुआत में आयाम में वृद्धि की प्रकृति और ध्वनि के अंत में उनकी गिरावट से निर्धारित किया जाता है।

समान जानकारी।

गैसीय, तरल और ठोस मीडिया में होने वाली, जो मानव श्रवण अंगों तक पहुंचने पर उन्हें ध्वनि के रूप में माना जाता है। इन तरंगों की आवृत्ति प्रति सेकंड 20 से 20,000 दोलनों की सीमा में होती है। हम ध्वनि तरंग के सूत्र देते हैं और इसके गुणों पर अधिक विस्तार से विचार करते हैं।

ध्वनि तरंग क्यों दिखाई देती है?

बहुत से लोग आश्चर्य करते हैं कि ध्वनि तरंग क्या होती है। ध्वनि की प्रकृति एक प्रत्यास्थ माध्यम में गड़बड़ी की घटना में निहित है। उदाहरण के लिए, जब वायु के एक निश्चित आयतन में संपीडन के रूप में दाब क्षोभ उत्पन्न होता है, तो यह क्षेत्र अंतरिक्ष में फैल जाता है। इस प्रक्रिया से स्रोत के आस-पास के क्षेत्रों में हवा का संपीड़न होता है, जो विस्तार भी करता है। यह प्रक्रिया अधिक से अधिक जगह को कवर करती है जब तक कि यह किसी रिसीवर तक नहीं पहुंचती, उदाहरण के लिए, मानव कान।

ध्वनि तरंगों की सामान्य विशेषताएं

ध्वनि तरंग क्या है और इसे मानव कान द्वारा कैसे माना जाता है, इस प्रश्न पर विचार करें। ध्वनि तरंग अनुदैर्ध्य होती है; जब यह कान के खोल में प्रवेश करती है, तो यह कर्ण पटल को एक निश्चित आवृत्ति और आयाम के साथ कंपन करने का कारण बनती है। आप इन उतार-चढ़ावों को झिल्ली से सटे वायु के सूक्ष्म आयतन में दबाव में आवधिक परिवर्तन के रूप में भी निरूपित कर सकते हैं। सबसे पहले, यह सामान्य वायुमंडलीय दबाव के सापेक्ष बढ़ता है, और फिर घटता है, हार्मोनिक गति के गणितीय नियमों का पालन करता है। वायु संपीड़न में परिवर्तन का आयाम, अर्थात्, ध्वनि तरंग द्वारा बनाए गए अधिकतम या न्यूनतम दबाव के बीच का अंतर, वायुमंडलीय दबाव के साथ ध्वनि तरंग के आयाम के समानुपाती होता है।

कई भौतिक प्रयोगों से पता चला है कि मानव कान को नुकसान पहुँचाए बिना अधिकतम दबाव 2800 µN/cm 2 हो सकता है। तुलना के लिए, मान लें कि पृथ्वी की सतह के पास वायुमंडलीय दबाव 10 मिलियन µN/cm2 है। दबाव और दोलनों के आयाम की आनुपातिकता को ध्यान में रखते हुए, हम कह सकते हैं कि बाद वाला मूल्य सबसे मजबूत तरंगों के लिए भी नगण्य है। अगर किसी ध्वनि तरंग की लंबाई की बात करें तो प्रति सेकंड 1000 कंपन की आवृत्ति के लिए यह एक सेंटीमीटर का हजारवां हिस्सा होगा।

सबसे कमजोर ध्वनियाँ 0.001 μN / सेमी 2 के क्रम के दबाव में उतार-चढ़ाव पैदा करती हैं, 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति के लिए तरंग दोलनों का संगत आयाम 10 -9 सेमी है, जबकि हवा के अणुओं का औसत व्यास 10 -8 सेमी है, अर्थात मानव कान एक अत्यंत संवेदनशील अंग है।

ध्वनि तरंगों की तीव्रता की अवधारणा

ज्यामितीय दृष्टिकोण से, ध्वनि तरंग एक निश्चित रूप का कंपन है, लेकिन भौतिक दृष्टिकोण से, ध्वनि तरंगों की मुख्य संपत्ति ऊर्जा को स्थानांतरित करने की उनकी क्षमता है। तरंग ऊर्जा हस्तांतरण का सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण सूर्य है, जिसकी विकिरणित विद्युत चुम्बकीय तरंगें हमारे पूरे ग्रह को ऊर्जा प्रदान करती हैं।

भौतिकी में ध्वनि तरंग की तीव्रता को एक इकाई सतह के माध्यम से तरंग द्वारा वहन की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो तरंग के प्रसार और प्रति इकाई समय के लंबवत होती है। संक्षेप में, एक तरंग की तीव्रता एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से स्थानांतरित उसकी शक्ति है।

ध्वनि तरंगों की ताकत आमतौर पर डेसिबल में मापी जाती है, जो एक लघुगणकीय पैमाने पर आधारित होती है, जो परिणामों के व्यावहारिक विश्लेषण के लिए सुविधाजनक होती है।

विभिन्न ध्वनियों की तीव्रता

निम्नलिखित डेसिबल स्केल अलग-अलग अर्थों और इसके कारण होने वाली संवेदनाओं का एक विचार देता है:

• अप्रिय और असुविधाजनक संवेदनाओं की दहलीज 120 डेसिबल (डीबी) से शुरू होती है;
• रिवेटिंग हथौड़ा 95 डीबी का शोर पैदा करता है;
• हाई-स्पीड ट्रेन - 90 डीबी;
• भारी यातायात वाली सड़क - 70 डीबी;
• लोगों के बीच सामान्य बातचीत की मात्रा - 65 डीबी;
• मध्यम गति से चलने वाली एक आधुनिक कार 50 डीबी का शोर पैदा करती है;
• रेडियो की औसत मात्रा - 40 डीबी;
• शांत बातचीत - 20 डीबी;
• वृक्ष पर्ण शोर - 10 डीबी;
• मानव ध्वनि संवेदनशीलता की न्यूनतम सीमा 0 dB के करीब है।

मानव कान की संवेदनशीलता ध्वनि की आवृत्ति पर निर्भर करती है और 2000-3000 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों के लिए अधिकतम मूल्य है। इस आवृत्ति रेंज में ध्वनि के लिए, मानव संवेदनशीलता की निचली दहलीज 10 -5 डीबी है। निर्दिष्ट अंतराल की तुलना में उच्च और निम्न आवृत्तियों से कम संवेदनशीलता सीमा में वृद्धि होती है, जिससे एक व्यक्ति 20 हर्ट्ज और 20,000 हर्ट्ज के करीब आवृत्तियों को केवल कई दसियों डीबी की तीव्रता पर सुनता है।

ऊपरी तीव्रता की दहलीज के लिए, जिसके बाद ध्वनि किसी व्यक्ति के लिए असुविधा और यहां तक ​​​​कि दर्द का कारण बनती है, यह कहा जाना चाहिए कि यह व्यावहारिक रूप से आवृत्ति पर निर्भर नहीं करता है और 110-130 डीबी की सीमा में है।

ध्वनि तरंग की ज्यामितीय विशेषताएं

एक वास्तविक ध्वनि तरंग अनुदैर्ध्य तरंगों का एक जटिल दोलनशील पैकेट है, जिसे सरल हार्मोनिक दोलनों में विघटित किया जा सकता है। इस तरह के प्रत्येक दोलन को निम्नलिखित विशेषताओं द्वारा ज्यामितीय दृष्टिकोण से वर्णित किया गया है:

1. आयाम - संतुलन से तरंग के प्रत्येक खंड का अधिकतम विचलन। यह मान नामित ए है।
2. अवधि। यह वह समय है जो एक साधारण तरंग को अपना पूर्ण दोलन पूरा करने में लगता है। इस समय के बाद, तरंग का प्रत्येक बिंदु अपनी दोलन प्रक्रिया को दोहराना शुरू कर देता है। अवधि को आमतौर पर अक्षर T द्वारा निरूपित किया जाता है और SI प्रणाली में सेकंड में मापा जाता है।
3. आवृत्ति। यह एक भौतिक मात्रा है जो दर्शाती है कि एक दी गई तरंग प्रति सेकंड कितने दोलन करती है। अर्थात्, इसके अर्थ में, यह अवधि के विपरीत मूल्य है। इसे f नामित किया गया है। ध्वनि तरंग की आवृत्ति के लिए, अवधि के संदर्भ में इसे निर्धारित करने का सूत्र इस प्रकार है: f = 1/T।
4. तरंग दैर्ध्य वह दूरी है जो एक दोलन अवधि में यात्रा करती है। ज्यामितीय रूप से, तरंगदैर्घ्य साइनसोइडल वक्र पर दो निकटतम मैक्सिमा या दो निकटतम मिनिमा के बीच की दूरी है। ध्वनि तरंग की दोलन लंबाई वायु संपीडन के निकटतम क्षेत्रों या अंतरिक्ष में इसके विरलन के निकटतम स्थानों के बीच की दूरी है जहां तरंग चलती है। इसे आमतौर पर ग्रीक अक्षर λ द्वारा निरूपित किया जाता है।
5. ध्वनि तरंग के प्रसार की गति वह दूरी है जिस पर संपीड़न का क्षेत्र या तरंग के विरलन का क्षेत्र प्रति इकाई समय में फैलता है। यह मान अक्षर v द्वारा निरूपित किया जाता है। ध्वनि तरंग की गति के लिए सूत्र है: v = λ*f।

एक शुद्ध ध्वनि तरंग की ज्यामिति, यानी निरंतर शुद्धता की लहर, एक ज्यावक्रीय नियम का पालन करती है। सामान्य स्थिति में, ध्वनि तरंग सूत्र है: y = A*sin(ωt), जहां y तरंग के दिए गए बिंदु के निर्देशांक का मान है, t समय है, ω = 2*pi*f चक्रीय है दोलन आवृत्ति।

एपेरियोडिक ध्वनि

कई ध्वनि स्रोतों को आवधिक माना जा सकता है, उदाहरण के लिए, गिटार, पियानो, बांसुरी जैसे संगीत वाद्ययंत्रों से ध्वनि, लेकिन प्रकृति में बड़ी संख्या में ऐसी ध्वनियाँ भी हैं जो एपेरियोडिक हैं, अर्थात ध्वनि कंपन उनकी आवृत्ति और आकार को बदलते हैं। अंतरिक्ष में। तकनीकी रूप से इस प्रकार की ध्वनि को शोर कहते हैं। एपेरियोडिक ध्वनि के ज्वलंत उदाहरण हैं शहरी शोर, समुद्र की आवाज़, पर्क्यूशन इंस्ट्रूमेंट्स से आवाज़ें, उदाहरण के लिए, ड्रम से, और अन्य।

ध्वनि प्रसार माध्यम

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के विपरीत, जिनके फोटॉनों को उनके प्रसार के लिए किसी भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है, ध्वनि की प्रकृति ऐसी होती है कि इसके प्रसार के लिए एक निश्चित माध्यम की आवश्यकता होती है, अर्थात भौतिकी के नियमों के अनुसार, ध्वनि तरंगें निर्वात में नहीं फैल सकती हैं।

ध्वनि गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में फैल सकती है। किसी माध्यम में संचरित होने वाली ध्वनि तरंग की मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• लहर रैखिक रूप से फैलती है;
• यह एक सजातीय माध्यम में सभी दिशाओं में समान रूप से फैलता है, यानी ध्वनि स्रोत से अलग हो जाती है, जिससे एक आदर्श गोलाकार सतह बनती है।
• ध्वनि के आयाम और आवृत्ति की परवाह किए बिना, इसकी तरंगें किसी दिए गए माध्यम में समान गति से फैलती हैं।

विभिन्न माध्यमों में ध्वनि तरंगों की गति

ध्वनि प्रसार की गति दो मुख्य कारकों पर निर्भर करती है: वह माध्यम जिसमें तरंग यात्रा करती है और तापमान। सामान्य तौर पर, निम्नलिखित नियम लागू होता है: माध्यम जितना सघन होता है, और उसका तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही तेज ध्वनि उसमें यात्रा करती है।

उदाहरण के लिए, 20 ℃ तापमान और 50% आर्द्रता पर पृथ्वी की सतह के पास हवा में ध्वनि तरंग की प्रसार गति 1235 किमी/घंटा या 343 मीटर/सेकेंड है। पानी में, दिए गए तापमान पर, ध्वनि 4.5 गुना तेजी से यात्रा करती है, यानी लगभग 5735 किमी/घंटा या 1600 मीटर/सेकेंड। हवा में तापमान पर ध्वनि की गति की निर्भरता के लिए, यह प्रत्येक डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि के साथ 0.6 m / s बढ़ जाती है।

टिम्ब्रे और टोन

यदि किसी तार या धातु की प्लेट को स्वतंत्र रूप से कंपन करने दिया जाए, तो यह विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनि उत्पन्न करेगी। एक विशेष आवृत्ति की ध्वनि उत्सर्जित करने वाला शरीर मिलना बहुत दुर्लभ है, आमतौर पर किसी वस्तु की ध्वनि में एक निश्चित अंतराल में आवृत्तियों का एक सेट होता है।

एक ध्वनि का समय उसमें मौजूद हार्मोनिक्स की संख्या और उनकी संबंधित तीव्रता से निर्धारित होता है। टिम्ब्रे एक व्यक्तिपरक मूल्य है, अर्थात यह किसी विशिष्ट व्यक्ति द्वारा ध्वनि की वस्तु की धारणा है। टिम्ब्रे को आमतौर पर निम्नलिखित विशेषणों की विशेषता होती है: उच्च, शानदार, सोनोरस, मेलोडिक, और इसी तरह।

स्वर एक ध्वनि संवेदना है जो इसे उच्च या निम्न के रूप में वर्गीकृत करने की अनुमति देती है। यह मान भी व्यक्तिपरक है और किसी भी उपकरण द्वारा मापा नहीं जा सकता। स्वर एक वस्तुगत मात्रा से जुड़ा होता है - ध्वनि तरंग की आवृत्ति, लेकिन उनके बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं होता है। उदाहरण के लिए, निरंतर तीव्रता की एकल-आवृत्ति ध्वनि के लिए, आवृत्ति बढ़ने पर स्वर बढ़ जाता है। यदि ध्वनि की आवृत्ति स्थिर रहती है और इसकी तीव्रता बढ़ जाती है, तो स्वर कम हो जाता है।

ध्वनि स्रोतों का आकार

शरीर के आकार के अनुसार जो यांत्रिक कंपन करता है और जिससे तरंगें उत्पन्न होती हैं, तीन मुख्य प्रकार हैं:

1. बिंदु स्रोत। यह ध्वनि तरंगें उत्पन्न करता है जो आकार में गोलाकार होती हैं और स्रोत से दूरी के साथ तेजी से क्षय होती हैं (लगभग 6 डीबी यदि स्रोत से दूरी दोगुनी हो जाती है)।
2. रेखा स्रोत। यह बेलनाकार तरंगें बनाता है, जिसकी तीव्रता एक बिंदु स्रोत की तुलना में धीरे-धीरे कम हो जाती है (स्रोत से दूरी के प्रत्येक दोहरीकरण के लिए, तीव्रता 3 डीबी कम हो जाती है)।
3. सपाट या द्वि-आयामी स्रोत। यह एक निश्चित दिशा में ही तरंगें उत्पन्न करता है। इस तरह के स्रोत का एक उदाहरण एक सिलेंडर में चलने वाला पिस्टन होगा।

इलेक्ट्रॉनिक ध्वनि स्रोत

ध्वनि तरंग बनाने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक स्रोत एक विशेष झिल्ली (स्पीकर) का उपयोग करते हैं, जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के कारण यांत्रिक कंपन करता है। ऐसे स्रोतों में निम्नलिखित शामिल हैं:

• विभिन्न डिस्क (सीडी, डीवीडी और अन्य) के खिलाड़ी;
• कैसेट रिकॉर्डर;
• रेडियो रिसीवर;
• टीवी और कुछ अन्य।

आवाज़(या ध्वनिक) तरंगें

16-20000 हर्ट्ज की सीमा में आवृत्तियों वाले माध्यम में फैलने वाली लोचदार तरंगें कहलाती हैं। इन आवृत्तियों की तरंगें, मानव श्रवण तंत्र पर कार्य करती हैं, जिससे ध्वनि की अनुभूति होती है। वी के साथ लहरें< 16 Гц (इन्फ्रासोनिक) औरवी>> 20 किलोहर्ट्ज़ (अल्ट्रासोनिक)मानव श्रवण अंगों को नहीं माना जाता है।

गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि तरंगें केवल अनुदैर्ध्य हो सकती हैं, क्योंकि ये माध्यम केवल संकुचित (तन्य) विकृतियों के संबंध में लोचदार होते हैं। ठोस पदार्थों में, ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दोनों हो सकती हैं, क्योंकि ठोस संकुचित (तन्य) और कतरनी विकृतियों के संबंध में लोचदार होते हैं।

ध्वनि की तीव्रता(या ध्वनि शक्ति)निर्धारित मान कहते हैं

तरंग प्रसार की दिशा में लंबवत एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से प्रति इकाई समय में ध्वनि तरंग द्वारा की गई समय-औसत ऊर्जा:

मैं = डब्ल्यू / (सेंट)।

SI में ध्वनि की तीव्रता का मात्रक - वाट प्रति वर्ग मीटर(डब्ल्यू / एम 2)।

अलग-अलग आवृत्तियों के लिए मानव कान की संवेदनशीलता अलग-अलग होती है। ध्वनि संवेदना पैदा करने के लिए, तरंग की एक निश्चित न्यूनतम तीव्रता होनी चाहिए, लेकिन यदि यह तीव्रता एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाती है, तो ध्वनि सुनाई नहीं देती है और केवल दर्द का कारण बनती है। इस प्रकार, प्रत्येक दोलन आवृत्ति के लिए, सबसे छोटा होता है (सुनवाई की दहलीज)और सबसे महान (दर्द की इंतिहा)ध्वनि की तीव्रता जो ध्वनि धारणा उत्पन्न करने में सक्षम है। अंजीर पर। 223 ध्वनि की आवृत्ति पर सुनवाई और दर्द की दहलीज की निर्भरता को दर्शाता है। इन दोनों वक्रों के बीच का क्षेत्र है श्रवण क्षेत्र।

यदि ध्वनि की तीव्रता एक मात्रा है जो वस्तुनिष्ठ रूप से तरंग प्रक्रिया की विशेषता है, तो इसकी तीव्रता से जुड़ी ध्वनि की व्यक्तिपरक विशेषता है ध्वनि आवाज़,आवृत्ति निर्भर। वेबर-फेचनर के शारीरिक नियम के अनुसार, ध्वनि की तीव्रता में वृद्धि के साथ, लघुगणकीय कानून के अनुसार मात्रा बढ़ जाती है। इस आधार पर, इसकी तीव्रता के मापा मूल्य के अनुसार ध्वनि की तीव्रता का एक उद्देश्य मूल्यांकन पेश किया जाता है:

एल = एलजी ( मैं / मैं 0 ),

कहाँ मैं 0 - सुनने की दहलीज पर ध्वनि की तीव्रता, सभी ध्वनियों के लिए स्वीकृत

कोव 10 -1 2 डब्ल्यू / एम 2 के बराबर। कीमत एलबुलाया ध्वनि की तीव्रता का स्तर

और में व्यक्त किया गया है बेला(बेल के टेलीफोन के आविष्कारक के सम्मान में)। आमतौर पर 10 गुना छोटी इकाइयों का उपयोग करें - डेसीबल(डीबी)।

ध्वनि की शारीरिक विशेषता है मात्रा स्तर,जिसमें व्यक्त किया गया है पृष्ठभूमि(पृष्ठभूमि)। 1000 हर्ट्ज (एक मानक शुद्ध स्वर की आवृत्ति) पर ध्वनि की प्रबलता 1 फोन है यदि इसकी तीव्रता का स्तर 1 डीबी है। उदाहरण के लिए, उच्च गति पर एक सबवे कार में शोर 90 फॉन से मेल खाता है, और 1 मीटर - 20 फॉन की दूरी पर फुसफुसाता है।

वास्तविक ध्वनि आवृत्तियों के एक बड़े सेट के साथ हार्मोनिक दोलनों का एक आच्छादन है, अर्थात ध्वनि में है ध्वनिक स्पेक्ट्रम,जो हो सकता है ठोस(एक निश्चित अंतराल में सभी आवृत्तियों के दोलन होते हैं) और शासन(कुछ आवृत्तियाँ एक दूसरे से अलग होती हैं)।

ध्वनि संवेदना की विशेषता ऊँचाई और समय के अनुसार आयतन के अलावा होती है। आवाज़ का उतार-चढ़ाव- ध्वनि की गुणवत्ता, एक व्यक्ति द्वारा कान के द्वारा और ध्वनि की आवृत्ति के आधार पर निर्धारित की जाती है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, ध्वनि का तारत्व बढ़ता है, अर्थात ध्वनि "उच्च" हो जाती है। ध्वनिक स्पेक्ट्रम की प्रकृति और कुछ आवृत्तियों के बीच ऊर्जा का वितरण ध्वनि संवेदना की मौलिकता को निर्धारित करता है, जिसे कहा जाता है ध्वनि का समय।इसलिए, अलग-अलग गायक, एक ही नोट लेते हुए, एक अलग ध्वनिक स्पेक्ट्रम रखते हैं, यानी उनका एक अलग समय होता है।

ध्वनि आवृत्ति के साथ एक लोचदार माध्यम में दोलन करने वाला कोई भी शरीर ध्वनि स्रोत हो सकता है (उदाहरण के लिए, तार वाले उपकरणों में, ध्वनि स्रोत उपकरण के शरीर से जुड़ा एक तार है)।

दोलन करते हुए, शरीर अपने से सटे माध्यम के कणों को समान आवृत्ति के साथ दोलन करता है। दोलनशील गति की स्थिति क्रमिक रूप से माध्यम के कणों को शरीर से अधिक से अधिक दूर स्थानांतरित कर दी जाती है, अर्थात, एक तरंग माध्यम में अपने स्रोत की आवृत्ति के बराबर दोलन आवृत्ति के साथ और घनत्व के आधार पर एक निश्चित गति के साथ फैलती है। और माध्यम के लोचदार गुण। गैसों में ध्वनि तरंगों के प्रसार की गति की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

वी = ( आरटी/एम),(158.1)

कहाँ आर- मोलर गैस नियतांक, एम -दाढ़ जन,  = सी पी /सी वि - स्थिर दबाव और आयतन पर गैस की दाढ़ ताप क्षमता का अनुपात, टी -थर्मोडायनामिक तापमान। सूत्र (158.1) से यह पता चलता है कि गैस में ध्वनि की गति दबाव पर निर्भर नहीं करती है पी गैस,लेकिन तापमान के साथ बढ़ता है। किसी गैस का दाढ़ द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उसमें ध्वनि की गति उतनी ही कम होती है। उदाहरण के लिए, T=273 K पर हवा में ध्वनि की गति (M=29 10 -3 kg/mol) v=331 m/s, हाइड्रोजन में (एम = 2 10 -3 किग्रा/मोल) v=1260 मी/से. अभिव्यक्ति (158.1) प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाती है।

जब ध्वनि वातावरण में फैलती है, तो कई कारकों को ध्यान में रखना आवश्यक होता है: हवा की गति और दिशा, वायु आर्द्रता, गैसीय माध्यम की आणविक संरचना, अपवर्तन की घटना और दो मीडिया की सीमा पर ध्वनि का प्रतिबिंब। इसके अलावा, किसी भी वास्तविक माध्यम में चिपचिपाहट होती है, इसलिए ध्वनि क्षीणन देखा जाता है, अर्थात, इसके आयाम में कमी और इसके परिणामस्वरूप ध्वनि तरंग की तीव्रता फैलती है। ध्वनि क्षीणन मोटे तौर पर माध्यम में इसके अवशोषण के कारण होता है, ध्वनि ऊर्जा के अपरिवर्तनीय संक्रमण से ऊर्जा के अन्य रूपों (मुख्य रूप से गर्मी) में जुड़ा होता है।

कमरे के ध्वनिकी के लिए, इसका बहुत महत्व है ध्वनि प्रतिध्वनि- इसके स्रोत को बंद करने के बाद संलग्न स्थानों में ध्वनि के क्रमिक क्षीणन की प्रक्रिया। यदि कमरे खाली हैं, तो ध्वनि धीरे-धीरे कम हो जाती है और कमरा "बूम" बन जाता है। यदि ध्वनियाँ जल्दी से फीकी पड़ जाती हैं (ध्वनि-अवशोषित सामग्री का उपयोग करते समय), तो उन्हें दबी हुई माना जाता है। प्रतिध्वनि समय- यह वह समय है जिसके दौरान कमरे में ध्वनि की तीव्रता एक लाख गुना कम हो जाती है, और इसका स्तर 60 डीबी हो जाता है। यदि पुनर्संयोजन का समय 0.5-1.5 s हो तो कमरे में अच्छी ध्वनिकी होती है।

ध्वनि यांत्रिक कंपन है जो एक लोचदार भौतिक माध्यम में मुख्य रूप से अनुदैर्ध्य तरंगों के रूप में फैलता है।

निर्वात में, ध्वनि का प्रसार नहीं होता है, क्योंकि ध्वनि संचरण के लिए भौतिक माध्यम और भौतिक माध्यम के कणों के बीच यांत्रिक संपर्क की आवश्यकता होती है।

माध्यम में ध्वनि का प्रसार ध्वनि तरंगों के रूप में होता है। ध्वनि तरंगें यांत्रिक कंपन हैं जो माध्यम में इसके सशर्त कणों की सहायता से संचरित होती हैं। पर्यावरण के सशर्त कणों के तहत इसके माइक्रोवॉल्यूम्स को समझते हैं।

एक ध्वनिक तरंग की मुख्य भौतिक विशेषताएं:

1. आवृत्ति।

आवृत्तिध्वनि तरंग मात्रा है प्रति यूनिट समय में पूर्ण दोलनों की संख्या के बराबर। प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है वि (नग्न) और मापा हर्ट्ज में। 1 हर्ट्ज \u003d 1 गिनती / सेकंड \u003d [ एस -1 ]।

ध्वनि कंपन के पैमाने को निम्नलिखित आवृत्ति अंतरालों में विभाजित किया गया है:

इन्फ्रासाउंड (0 से 16 हर्ट्ज तक);

श्रव्य ध्वनि (16 से 16,000 हर्ट्ज तक);

अल्ट्रासाउंड (16,000 हर्ट्ज से अधिक)।

ध्वनि तरंग की आवृत्ति से निकटता से संबंधित पारस्परिक, ध्वनि तरंग की अवधि है। अवधिध्वनि तरंग माध्यम के कणों के एक पूर्ण दोलन का समय है। लक्षित टीऔर सेकंड [एस] में मापा जाता है।

ध्वनि तरंगों को ले जाने वाले माध्यम के कणों के दोलन की दिशा के अनुसार, ध्वनि तरंगों को इसमें विभाजित किया जाता है:

· अनुदैर्ध्य;

अनुप्रस्थ।

अनुदैर्ध्य तरंगों के लिए, माध्यम के कणों के दोलन की दिशा ध्वनि तरंग (छवि 1) के माध्यम में प्रसार की दिशा के साथ मेल खाती है।

अनुप्रस्थ तरंगों के लिए, माध्यम के कणों के कंपन की दिशा ध्वनि तरंग के प्रसार की दिशा के लंबवत होती है (चित्र 2)।

चावल। 1 अंजीर। 2

अनुदैर्ध्य तरंगें गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में फैलती हैं। अनुप्रस्थ - केवल ठोस पदार्थों में।

3. कंपन का आकार।

कंपन के आकार के अनुसार, ध्वनि तरंगों को निम्न में विभाजित किया जाता है:

· सरल तरंगें;

जटिल तरंगें।

एक साधारण तरंग का ग्राफ एक साइन लहर है।

एक जटिल तरंग ग्राफ कोई आवधिक गैर-साइनसॉइडल वक्र है .

4. तरंग दैर्ध्य।

तरंग दैर्ध्य - परिमाण,उस दूरी के बराबर जिस पर एक ध्वनि तरंग एक अवधि के बराबर समय में फैलती है। इसे λ (लैम्ब्डा) नामित किया गया है और इसे मीटर (एम), सेंटीमीटर (सेमी), मिलीमीटर (मिमी), माइक्रोमीटर (माइक्रोन) में मापा जाता है।

तरंग दैर्ध्य उस माध्यम पर निर्भर करता है जिसमें ध्वनि का प्रसार होता है।

5. ध्वनि तरंग की गति।

ध्वनि तरंग की गतिएक स्थिर ध्वनि स्रोत वाले माध्यम में ध्वनि प्रसार की गति है। प्रतीक v द्वारा निरूपित, सूत्र द्वारा गणना की गई:

ध्वनि तरंग की गति माध्यम के प्रकार और तापमान पर निर्भर करती है। ध्वनि की उच्चतम गति ठोस लोचदार पिंडों में, कम - तरल पदार्थों में, और सबसे छोटी - गैसों में।

वायु, सामान्य वायुमंडलीय दबाव, तापमान - 20 डिग्री, v = 342 m/s;

पानी, तापमान 15-20 डिग्री, v = 1500 m/s;

धातु, वी = 5000-10000 मी/से।

तापमान में 10 डिग्री की वृद्धि के साथ हवा में ध्वनि की गति लगभग 0.6 मीटर/सेकेंड बढ़ जाती है।

लेख की सामग्री

ध्वनि और ध्वनिकी।ध्वनि कंपन है, अर्थात्। लोचदार मीडिया में आवधिक यांत्रिक गड़बड़ी - गैसीय, तरल और ठोस। ऐसा क्षोभ, जो माध्यम में कुछ भौतिक परिवर्तन है (उदाहरण के लिए, घनत्व या दबाव में परिवर्तन, कणों का विस्थापन), ध्वनि तरंग के रूप में इसमें फैलता है। ध्वनि तरंगों की उत्पत्ति, प्रसार, ग्रहण और प्रसंस्करण से संबंधित भौतिकी का क्षेत्र ध्वनिकी कहलाता है। एक ध्वनि अश्राव्य हो सकती है यदि इसकी आवृत्ति मानव कान की संवेदनशीलता से परे है, या यदि यह एक ऐसे माध्यम में फैलता है जैसे कि एक ठोस जिसका कान से सीधा संपर्क नहीं हो सकता है, या यदि इसकी ऊर्जा माध्यम में तेजी से फैलती है। इस प्रकार, हमारे लिए ध्वनि धारणा की सामान्य प्रक्रिया ध्वनिकी का केवल एक पक्ष है।

ध्वनि तरंगें

हवा से भरे एक लंबे पाइप पर विचार करें। बाएं छोर से, दीवारों से कसकर जुड़ा हुआ एक पिस्टन इसमें डाला जाता है (चित्र 1)। यदि पिस्टन तेजी से दाईं ओर चला जाता है और रुक जाता है, तो इसके तत्काल आसपास की हवा एक पल के लिए संकुचित हो जाएगी (चित्र 1, ए). फिर संपीड़ित हवा का विस्तार होगा, उसके आस-पास की हवा को दाईं ओर धकेलना, और संपीड़न का क्षेत्र, जो शुरू में पिस्टन के पास दिखाई दिया, एक स्थिर गति से पाइप के माध्यम से आगे बढ़ेगा (चित्र 1)। बी). यह संपीड़न तरंग गैस में ध्वनि तरंग है।

गैस में एक ध्वनि तरंग की विशेषता अतिरिक्त दबाव, अतिरिक्त घनत्व, कणों का विस्थापन और उनकी गति होती है। ध्वनि तरंगों के लिए, संतुलन मूल्यों से ये विचलन हमेशा छोटे होते हैं। इस प्रकार, तरंग से जुड़ा अतिरिक्त दबाव गैस के स्थिर दबाव से बहुत कम होता है। अन्यथा, हम एक और घटना से निपट रहे हैं - सदमे की लहर। सामान्य भाषण के अनुरूप ध्वनि तरंग में, अतिरिक्त दबाव वायुमंडलीय दबाव का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा होता है।

यह महत्वपूर्ण है कि पदार्थ ध्वनि तरंग द्वारा दूर नहीं किया जाता है। एक लहर केवल हवा से गुजरने वाली एक अस्थायी गड़बड़ी है, जिसके बाद हवा संतुलन की स्थिति में लौट आती है।

तरंग गति, ज़ाहिर है, ध्वनि के लिए अद्वितीय नहीं है: प्रकाश और रेडियो सिग्नल तरंगों के रूप में यात्रा करते हैं, और हर कोई पानी की सतह पर लहरों से परिचित है। तथाकथित तरंग समीकरण द्वारा सभी प्रकार की तरंगों को गणितीय रूप से वर्णित किया जाता है।

हार्मोनिक तरंगें।

अंजीर में पाइप में तरंग। 1 को ध्वनि नाड़ी कहा जाता है। एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रकार की तरंग उत्पन्न होती है जब पिस्टन एक स्प्रिंग से लटके वजन की तरह आगे पीछे कंपन करता है। इस तरह के दोलनों को सरल हार्मोनिक या ज्यावक्रीय कहा जाता है, और इस मामले में उत्तेजित तरंग को हार्मोनिक कहा जाता है।

सरल हार्मोनिक कंपन के साथ, गति समय-समय पर दोहराई जाती है। गति की दो समान अवस्थाओं के बीच के समय अंतराल को दोलन काल कहा जाता है, और प्रति सेकंड पूर्ण अवधियों की संख्या को दोलन आवृत्ति कहा जाता है। आइए अवधि को निरूपित करें टी, और आवृत्ति के माध्यम से एफ; तब कोई उसे लिख सकता है एफ= 1/टी।यदि, उदाहरण के लिए, आवृत्ति 50 अवधि प्रति सेकंड (50 हर्ट्ज) है, तो अवधि एक सेकंड का 1/50 है।

गणितीय रूप से सरल हार्मोनिक दोलनों को एक साधारण कार्य द्वारा वर्णित किया जाता है। समय के किसी भी क्षण के लिए साधारण हार्मोनिक दोलनों के साथ पिस्टन विस्थापन टीरूप में लिखा जा सकता है

यहाँ डी-संतुलन की स्थिति से पिस्टन का विस्थापन, और डीएक स्थिर गुणक है, जो मात्रा के अधिकतम मूल्य के बराबर है डीऔर विस्थापन आयाम कहा जाता है।

मान लें कि पिस्टन हार्मोनिक दोलन सूत्र के अनुसार दोलन करता है। फिर, जब यह दाईं ओर जाता है, तो पहले की तरह संपीड़न होता है, और बाईं ओर जाने पर दबाव और घनत्व उनके संतुलन मूल्यों के सापेक्ष घट जाएगा। इसमें संपीडन नहीं, बल्कि गैस का विरलन होता है। इस मामले में, अधिकार प्रचार करेगा, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 2, वैकल्पिक संपीडन और विरलन की एक लहर। प्रत्येक क्षण में, पाइप की लंबाई के साथ दबाव वितरण वक्र में एक साइनसॉइड का रूप होगा, और यह साइनसॉइड ध्वनि की गति से दाईं ओर जाएगा वि. समान तरंग चरणों (उदाहरण के लिए, आसन्न मैक्सिमा के बीच) के बीच पाइप के साथ की दूरी को तरंग दैर्ध्य कहा जाता है। इसे आमतौर पर ग्रीक अक्षर से दर्शाया जाता है एल(लैम्ब्डा)। वेवलेंथ एलसमय में तरंग द्वारा तय की गई दूरी है टी. इसीलिए एल = टीवी, या वी = एलएफ।

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगें।

यदि कण तरंग प्रसार की दिशा के समानांतर दोलन करते हैं, तो तरंग को अनुदैर्ध्य कहा जाता है। यदि वे प्रसार की दिशा के लंबवत दोलन करते हैं, तो तरंग को अनुप्रस्थ कहा जाता है। गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य होती हैं। ठोस पदार्थों में दोनों प्रकार की तरंगें होती हैं। किसी ठोस में अनुप्रस्थ तरंग उसकी कठोरता (आकृति परिवर्तन का प्रतिरोध) के कारण संभव है।

इन दो प्रकार की तरंगों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि अपरूपण तरंग में गुण होता है ध्रुवीकरण(दोलन एक निश्चित विमान में होते हैं), लेकिन अनुदैर्ध्य नहीं होता है। कुछ परिघटनाओं में, जैसे क्रिस्टल के माध्यम से ध्वनि का परावर्तन और संचरण, कण के विस्थापन की दिशा पर बहुत कुछ निर्भर करता है, जैसे कि प्रकाश तरंगों के मामले में।

ध्वनि तरंगों की गति।

ध्वनि की गति उस माध्यम की विशेषता है जिसमें तरंग फैलती है। यह दो कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है: सामग्री की लोच और घनत्व। ठोस के लोचदार गुण विरूपण के प्रकार पर निर्भर करते हैं। तो, मरोड़, संपीड़न और झुकने के दौरान धातु की छड़ के लोचदार गुण समान नहीं होते हैं। और संबंधित तरंग दोलन अलग-अलग गति से फैलते हैं।

एक लोचदार माध्यम वह है जिसमें विरूपण, मरोड़, संपीड़न या झुकाव हो, विरूपण के कारण बल के समानुपाती होता है। ऐसी सामग्री हुक के कानून के अधीन हैं:

वोल्टेज = सीґ सापेक्ष विरूपण,

कहाँ साथसामग्री और विरूपण के प्रकार के आधार पर लोच का मापांक है।

ध्वनि की गति विकिसी दिए गए प्रकार के लोचदार विरूपण के लिए अभिव्यक्ति द्वारा दिया जाता है

कहाँ आरसामग्री का घनत्व है (द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन)।

ठोस छड़ में ध्वनि की गति।

एक लंबी छड़ को सिरे पर लगाए गए बल द्वारा खींचा या संकुचित किया जा सकता है। माना छड़ की लम्बाई है एललागू तन्यता बल एफ, और लंबाई में वृद्धि D है एल. मूल्य डी एल/एलहम सापेक्ष विरूपण कहेंगे, और रॉड के क्रॉस सेक्शन के प्रति यूनिट क्षेत्र के बल को तनाव कहा जाएगा। तो वोल्टेज है एफ/ए, कहाँ ए -छड़ का अनुभागीय क्षेत्र। जैसा कि इस तरह की छड़ पर लागू होता है, हुक के नियम का रूप होता है

कहाँ वाईयंग का मापांक है, अर्थात तनाव या संपीड़न के लिए छड़ की लोच का मापांक, जो छड़ की सामग्री की विशेषता है। रबर जैसे आसानी से तन्य पदार्थों के लिए यंग का मापांक कम होता है और स्टील जैसे कठोर पदार्थों के लिए उच्च होता है।

यदि अब हम छड़ के सिरे को हथौड़े से मारकर इसमें एक संपीड़न तरंग को उत्तेजित करते हैं, तो यह गति के साथ फैल जाएगी, जहां आर, पहले की तरह, उस सामग्री का घनत्व है जिससे छड़ बनाई जाती है। कुछ विशिष्ट पदार्थों के लिए तरंग वेगों के मान तालिका में दिए गए हैं। 1.

तालिका 1. ठोस पदार्थों में विभिन्न प्रकार की तरंगों के लिए ध्वनि का वेग
सामग्री	विस्तारित ठोस नमूनों में अनुदैर्ध्य तरंगें (एम/एस)	कतरनी और मरोड़ तरंगें (एम/एस)	छड़ में संपीड़न तरंगें (एम/एस)
अल्युमीनियम
पीतल
नेतृत्व करना
लोहा
चाँदी
स्टेनलेस स्टील
चकमक पत्थर का कांच
क्राउन ग्लास
plexiglass
polyethylene
polystyrene

रॉड में मानी जाने वाली तरंग एक संपीड़न तरंग है। लेकिन इसे कड़ाई से अनुदैर्ध्य नहीं माना जा सकता है, क्योंकि छड़ की पार्श्व सतह की गति संपीड़न (चित्र 3) से जुड़ी है। ए).

छड़ में दो अन्य प्रकार की तरंगें भी संभव हैं - एक बंकन तरंग (चित्र 3, बी) और एक मरोड़ लहर (चित्र 3, वी). झुकने वाली विकृतियां एक लहर से मेल खाती हैं जो न तो पूरी तरह से अनुदैर्ध्य है और न ही पूरी तरह से अनुप्रस्थ है। मरोड़ विकृति, अर्थात्। छड़ की धुरी के चारों ओर घूमना, विशुद्ध रूप से अनुप्रस्थ तरंग देता है।

किसी छड़ में बंकन तरंग की गति तरंगदैर्घ्य पर निर्भर करती है। ऐसी लहर को "फैलाने वाला" कहा जाता है।

छड़ में मरोड़ तरंगें विशुद्ध रूप से अनुप्रस्थ और गैर-फैलाने वाली होती हैं। उनकी गति सूत्र द्वारा दी गई है

कहाँ एमकतरनी के संबंध में सामग्री के लोचदार गुणों को चिह्नित करने वाला कतरनी मापांक है। तालिका 1 में कुछ विशिष्ट अपरूपण तरंग वेग दिए गए हैं। 1.

विस्तारित ठोस मीडिया में वेग।

बड़ी मात्रा के ठोस माध्यम में, जहाँ सीमाओं के प्रभाव की उपेक्षा की जा सकती है, दो प्रकार की लोचदार तरंगें संभव हैं: अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ।

एक अनुदैर्ध्य तरंग में विरूपण एक समतल विरूपण है, अर्थात। तरंग प्रसार की दिशा में एक आयामी संपीड़न (या रेयरफैक्शन)। अनुप्रस्थ तरंग से संबंधित विकृति तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत एक कतरनी विस्थापन है।

ठोस पदार्थों में अनुदैर्ध्य तरंगों का वेग व्यंजक द्वारा दिया जाता है

कहाँ सी-एल-सरल विमान विरूपण के लिए लोच का मापांक। यह बल्क मॉड्यूलस से संबंधित है में(जिसे नीचे परिभाषित किया गया है) और सामग्री के अपरूपण मापांक m के रूप में सी एल = बी + 4/3एम ।तालिका में। 1 विभिन्न ठोस पदार्थों के लिए अनुदैर्ध्य तरंगों के वेगों के मूल्यों को दर्शाता है।

विस्तारित ठोस माध्यम में अपरूपण तरंगों की गति समान सामग्री की छड़ में मरोड़ तरंगों की गति के समान होती है। इसलिए, यह अभिव्यक्ति द्वारा दिया जाता है। पारंपरिक ठोस पदार्थों के लिए इसके मान तालिका में दिए गए हैं। 1.

गैसों में गति।

गैसों में, केवल एक प्रकार की विकृति संभव है: संपीड़न - विरलन। लोच के अनुरूप मापांक मेंथोक मापांक कहा जाता है। यह संबंध द्वारा निर्धारित होता है

-डी पी = बी(डी वी/वी).

यहां डी पी-दबाव परिवर्तन, डी वी/वीमात्रा में सापेक्ष परिवर्तन है। ऋण चिह्न दर्शाता है कि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, आयतन घटता जाता है।

कीमत मेंयह इस बात पर निर्भर करता है कि संपीडन के दौरान गैस का तापमान बदलता है या नहीं। ध्वनि तरंग के मामले में, यह दिखाया जा सकता है कि दबाव बहुत तेज़ी से बदलता है और संपीड़न के दौरान निकलने वाली गर्मी के पास सिस्टम छोड़ने का समय नहीं होता है। इस प्रकार, ध्वनि तरंग में दबाव में परिवर्तन आसपास के कणों के साथ ताप विनिमय के बिना होता है। इस प्रकार के परिवर्तन को रुद्धोष्म कहा जाता है। यह स्थापित किया गया है कि गैस में ध्वनि की गति केवल तापमान पर निर्भर करती है। किसी दिए गए तापमान पर, सभी गैसों के लिए ध्वनि की गति लगभग समान होती है। 21.1°C तापमान पर शुष्क वायु में ध्वनि की गति 344.4 मीटर/सेकण्ड होती है तथा तापमान बढ़ने पर यह बढ़ती है।

द्रवों में वेग।

द्रवों में ध्वनि तरंगें संपीडन की तरंगें होती हैं - विरलन, जैसा कि गैसों में होता है। गति उसी सूत्र द्वारा दी गई है। हालाँकि, एक तरल गैस की तुलना में बहुत कम संकुचित होता है, और इसलिए मात्रा में, अधिक और घनत्व आर. द्रवों में ध्वनि की गति गैसों की तुलना में ठोसों में गति के अधिक निकट होती है। यह गैसों की तुलना में बहुत छोटा है और तापमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, ताजे पानी में गति 15.6 ° C पर 1460 m / s है। सामान्य लवणता वाले समुद्री जल में, यह समान तापमान पर 1504 m / s है। ध्वनि की गति पानी के बढ़ते तापमान और नमक की सघनता के साथ बढ़ती है।

खड़ी तरंगें।

जब एक हार्मोनिक तरंग को एक सीमित स्थान में उत्तेजित किया जाता है ताकि यह सीमाओं से उछल जाए, तो तथाकथित स्थायी तरंगें उत्पन्न होती हैं। एक खड़ी लहर दो तरंगों के सुपरपोजिशन का परिणाम है जो एक आगे की दिशा में और दूसरी विपरीत दिशा में यात्रा करती है। दोलनों का एक पैटर्न है जो अंतरिक्ष में नहीं चलता है, बारी-बारी से एंटीनोड्स और नोड्स के साथ। एंटिनोड्स पर, उनके संतुलन की स्थिति से दोलन करने वाले कणों का विचलन अधिकतम होता है, और नोड्स पर वे शून्य के बराबर होते हैं।

एक तार में खड़ी लहरें।

एक तनी हुई डोरी में, अनुप्रस्थ तरंगें उत्पन्न होती हैं, और डोरी अपनी मूल, सरल रेखीय स्थिति के सापेक्ष विस्थापित हो जाती है। एक स्ट्रिंग में तरंगों को चित्रित करते समय, मौलिक टोन और ओवरटोन के नोड्स और एंटीनोड स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।

खड़ी तरंगों की तस्वीर दी गई लंबाई की एक स्ट्रिंग के दोलन संबंधी गतियों के विश्लेषण की सुविधा प्रदान करती है। लंबाई की एक स्ट्रिंग होने दें एलसिरों पर संलग्न। इस तरह के तार के किसी भी प्रकार के कंपन को खड़ी तरंगों के संयोजन के रूप में दर्शाया जा सकता है। चूँकि डोरी के सिरे स्थिर होते हैं, केवल ऐसी स्थायी तरंगें ही संभव हैं जिनकी सीमा बिन्दुओं पर गाँठें हों। एक तार के कंपन की न्यूनतम आवृत्ति अधिकतम संभव तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। चूंकि नोड्स के बीच की दूरी है एल/2, आवृत्ति न्यूनतम होती है जब स्ट्रिंग की लंबाई आधी तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है, अर्थात पर एल= 2एल. यह स्ट्रिंग कंपन का तथाकथित मौलिक तरीका है। इसकी संगत आवृत्ति, जिसे मौलिक आवृत्ति या मौलिक स्वर कहा जाता है, द्वारा दी गई है एफ = वि/2एल, कहाँ विस्ट्रिंग के साथ तरंग प्रसार की गति है।

उच्च आवृत्ति दोलनों का एक पूरा क्रम है जो अधिक नोड्स के साथ खड़ी तरंगों के अनुरूप होता है। अगली उच्च आवृत्ति, जिसे दूसरा हार्मोनिक या पहला ओवरटोन कहा जाता है, द्वारा दिया जाता है

एफ = वि/एल.

हार्मोनिक्स का क्रम सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है एफ = एनवी/2एल, कहाँ एन = 1, 2, 3, वगैरह। यह तथाकथित है। स्ट्रिंग कंपन की eigenfrequencies। वे प्राकृतिक संख्या के अनुपात में बढ़ते हैं: 2, 3, 4...आदि में उच्च हार्मोनिक्स। मौलिक आवृत्ति गुना। ध्वनियों की ऐसी श्रृंखला को प्राकृतिक या हार्मोनिक स्केल कहा जाता है।

संगीत ध्वनिकी में यह सब बहुत महत्वपूर्ण है, जिस पर नीचे और अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी। अभी के लिए, हम ध्यान दें कि एक तार द्वारा उत्पन्न ध्वनि में सभी प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं। उनमें से प्रत्येक का सापेक्ष योगदान उस बिंदु पर निर्भर करता है जिस पर स्ट्रिंग के कंपन उत्तेजित होते हैं। यदि, उदाहरण के लिए, बीच में एक तार खींचा जाता है, तो मौलिक आवृत्ति सबसे अधिक उत्तेजित होगी, क्योंकि यह बिंदु एंटीनोड से मेल खाती है। दूसरा हार्मोनिक अनुपस्थित होगा, क्योंकि इसका नोड केंद्र में स्थित है। अन्य हार्मोनिक्स के बारे में भी यही कहा जा सकता है ( नीचे देखेंसंगीतमय ध्वनिकी)।

डोरी में तरंगों की गति है

कहाँ टी -स्ट्रिंग तनाव, और आर एल -स्ट्रिंग की प्रति इकाई लंबाई द्रव्यमान। इसलिए, स्ट्रिंग का प्राकृतिक आवृत्ति स्पेक्ट्रम द्वारा दिया गया है

इस प्रकार, स्ट्रिंग तनाव में वृद्धि से कंपन आवृत्तियों में वृद्धि होती है। किसी दिए गए पर दोलनों की आवृत्ति कम करने के लिए टीआप एक भारी स्ट्रिंग ले सकते हैं (बड़ा आर एल) या इसकी लंबाई बढ़ाना।

अंग पाइपों में स्थायी तरंगें।

एक तार के संबंध में बताए गए सिद्धांत को अंग-प्रकार के पाइप में वायु कंपन पर भी लागू किया जा सकता है। एक अंग पाइप को सरलता से एक सीधे पाइप के रूप में देखा जा सकता है जिसमें खड़ी तरंगें उत्तेजित होती हैं। पाइप में बंद और खुले दोनों सिरे हो सकते हैं। स्टैंडिंग वेव का एक एंटीनोड खुले सिरे पर होता है, और बंद सिरे पर एक गाँठ होती है। इसलिए, दो खुले सिरों वाले एक पाइप में एक मौलिक आवृत्ति होती है, जिस पर आधा तरंग दैर्ध्य पाइप की लंबाई के साथ फिट बैठता है। दूसरी ओर एक पाइप, जिसका एक सिरा खुला है और दूसरा बंद है, की मौलिक आवृत्ति होती है जिस पर पाइप की लंबाई के साथ तरंग दैर्ध्य का एक चौथाई फिट बैठता है। अत: दोनों सिरों पर खुले पाइप की मूल आवृत्ति है एफ =वि/2एल, और एक सिरे पर खुले पाइप के लिए, च = वी/4एल(कहाँ एलपाइप की लंबाई है)। पहले मामले में, परिणाम स्ट्रिंग के समान है: ओवरटोन डबल, ट्रिपल, और इसी तरह हैं। मौलिक आवृत्ति का मूल्य। हालांकि, एक छोर पर खुले पाइप के लिए, ओवरटोन मौलिक आवृत्ति से 3, 5, 7, आदि से अधिक होंगे। एक बार।

अंजीर पर। आंकड़े 4 और 5 योजनाबद्ध रूप से मूलभूत आवृत्ति की खड़ी तरंगों और दो प्रकार के पाइपों के लिए पहला ओवरटोन दिखाते हैं। सुविधा के कारणों से, ऑफ़सेट को यहाँ अनुप्रस्थ के रूप में दिखाया गया है, लेकिन वास्तव में वे अनुदैर्ध्य हैं।

गुंजयमान दोलनों।

खड़ी तरंगें अनुनाद की घटना से निकटता से संबंधित हैं। ऊपर चर्चा की गई प्राकृतिक आवृत्तियाँ भी एक स्ट्रिंग या अंग पाइप की गुंजयमान आवृत्तियाँ हैं। मान लीजिए कि अंग पाइप के खुले सिरे के पास एक लाउडस्पीकर रखा गया है, जो एक विशिष्ट आवृत्ति का संकेत उत्सर्जित करता है, जिसे इच्छानुसार बदला जा सकता है। फिर, यदि लाउडस्पीकर सिग्नल की आवृत्ति पाइप की मुख्य आवृत्ति या इसके किसी एक ओवरटोन के साथ मेल खाती है, तो पाइप बहुत ज़ोर से आवाज़ करेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि लाउडस्पीकर एक महत्वपूर्ण आयाम के साथ वायु स्तंभ के कंपन को उत्तेजित करता है। कहा जाता है कि तुरही इन परिस्थितियों में प्रतिध्वनित होती है।

फूरियर विश्लेषण और ध्वनि की आवृत्ति स्पेक्ट्रम।

व्यवहार में, एक आवृत्ति की ध्वनि तरंगें दुर्लभ होती हैं। लेकिन जटिल ध्वनि तरंगों को हार्मोनिक्स में तोड़ा जा सकता है। इस पद्धति को फ्रांसीसी गणितज्ञ जे. फूरियर (1768-1830) के नाम पर फूरियर विश्लेषण कहा जाता है, जिन्होंने इसे (गर्मी के सिद्धांत में) सबसे पहले लागू किया था।

ध्वनि कंपन बनाम आवृत्ति की सापेक्ष ऊर्जा के ग्राफ को ध्वनि का आवृत्ति स्पेक्ट्रम कहा जाता है। ऐसे स्पेक्ट्रा के दो मुख्य प्रकार हैं: असतत और निरंतर। असतत स्पेक्ट्रम में खाली जगहों से अलग आवृत्तियों के लिए अलग-अलग लाइनें होती हैं। इसके बैंड के भीतर निरंतर स्पेक्ट्रम में सभी आवृत्तियाँ मौजूद हैं।

आवधिक ध्वनि कंपन।

ध्वनि कंपन आवधिक होते हैं यदि ऑसिलेटरी प्रक्रिया, चाहे वह कितनी भी जटिल क्यों न हो, एक निश्चित समय अंतराल के बाद दोहराई जाती है। इसका स्पेक्ट्रम हमेशा असतत होता है और इसमें एक निश्चित आवृत्ति के हार्मोनिक्स होते हैं। इसलिए शब्द "हार्मोनिक विश्लेषण"। एक उदाहरण आयताकार दोलन है (चित्र 6, ए) से आयाम में परिवर्तन के साथ + एपहले - एऔर अवधि टी = 1/एफ. एक और सरल उदाहरण अंजीर में दिखाया गया त्रिकोणीय चूरा दोलन है। 6, बी. इसी हार्मोनिक घटकों के साथ अधिक जटिल रूप के आवधिक दोलनों का एक उदाहरण अंजीर में दिखाया गया है। 7.

संगीत ध्वनियाँ आवधिक कंपन हैं और इसलिए हार्मोनिक्स (ओवरटोन) होते हैं। हम पहले ही देख चुके हैं कि एक स्ट्रिंग में, मौलिक आवृत्ति के दोलनों के साथ, अन्य हार्मोनिक्स एक डिग्री या दूसरे से उत्साहित होते हैं। प्रत्येक अधिस्वर का सापेक्षिक योगदान इस बात पर निर्भर करता है कि डोरी किस प्रकार उत्तेजित होती है। ओवरटोन का सेट काफी हद तक निर्धारित होता है लयसंगीत ध्वनि। इन मुद्दों पर नीचे संगीत ध्वनिकी पर अनुभाग में अधिक विस्तार से चर्चा की गई है।

एक ध्वनि नाड़ी का स्पेक्ट्रम।

ध्वनि की सामान्य किस्म छोटी अवधि की ध्वनि है: हाथों से ताली बजाना, दरवाजे पर दस्तक देना, फर्श पर किसी वस्तु के गिरने की आवाज, कोयल कोयल की आवाज। ऐसी ध्वनियाँ न तो आवधिक होती हैं और न ही संगीतमय। लेकिन उन्हें आवृत्ति स्पेक्ट्रम में भी विघटित किया जा सकता है। इस मामले में, स्पेक्ट्रम निरंतर होगा: ध्वनि का वर्णन करने के लिए, एक निश्चित बैंड के भीतर सभी आवृत्तियों की आवश्यकता होती है, जो काफी विस्तृत हो सकती है। इस तरह की आवृत्ति स्पेक्ट्रम को बिना विरूपण के पुन: उत्पन्न करने के लिए आवश्यक है, क्योंकि संबंधित इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली को इन सभी आवृत्तियों को समान रूप से "पास" करना चाहिए।

एक सरल रूप की नाड़ी पर विचार करके ध्वनि नाड़ी की मुख्य विशेषताओं को स्पष्ट किया जा सकता है। आइए हम मान लें कि ध्वनि अवधि D का एक दोलन है टी, जिस पर दबाव में परिवर्तन चित्र में दिखाया गया है। 8, ए. इस मामले के लिए एक अनुमानित आवृत्ति स्पेक्ट्रम अंजीर में दिखाया गया है। 8, बी. केंद्र आवृत्ति उन कंपनों से मेल खाती है जो हमें तब होती जब एक ही सिग्नल को अनिश्चित काल तक बढ़ाया जाता।

आवृत्ति स्पेक्ट्रम की लंबाई को बैंडविड्थ डी कहा जाता है एफ(चित्र 8, बी). बैंडविड्थ अत्यधिक विरूपण के बिना मूल पल्स को पुन: उत्पन्न करने के लिए आवश्यक आवृत्तियों की अनुमानित सीमा है। D के बीच एक बहुत ही सरल मौलिक संबंध है एफऔर डी टी, अर्थात्

डी एफडी टी"1.

यह संबंध सभी ध्वनि स्पंदों के लिए मान्य है। इसका अर्थ यह है कि नाड़ी जितनी छोटी होती है, उसमें उतनी ही अधिक आवृत्तियाँ होती हैं। मान लें कि एक सोनार का उपयोग पनडुब्बी का पता लगाने के लिए किया जाता है, जो 0.0005 एस की अवधि और 30 किलोहर्ट्ज़ की सिग्नल आवृत्ति के साथ नाड़ी के रूप में अल्ट्रासाउंड उत्सर्जित करता है। बैंडविड्थ 1/0.0005 = 2 kHz है, और वास्तव में लोकेटर पल्स के स्पेक्ट्रम में निहित आवृत्तियाँ 29 से 31 kHz की सीमा में होती हैं।

शोर।

शोर किसी भी ध्वनि को संदर्भित करता है जो कई, असंगठित स्रोतों द्वारा उत्पन्न होती है। एक उदाहरण पेड़ के पत्तों को हवा से हिलाने की आवाज़ है। जेट इंजन का शोर उच्च-वेग निकास धारा की अशांति के कारण होता है। कला में एक कष्टप्रद ध्वनि के रूप में शोर माना जाता है। पर्यावरण का ध्वनिक प्रदूषण।

ध्वनि की तीव्रता।

ध्वनि की मात्रा भिन्न हो सकती है। यह देखना आसान है कि यह ध्वनि तरंग द्वारा वहन की जाने वाली ऊर्जा के कारण है। ज़ोर की मात्रात्मक तुलना के लिए, ध्वनि की तीव्रता की अवधारणा को पेश करना आवश्यक है। ध्वनि तरंग की तीव्रता को प्रति यूनिट समय तरंग मोर्चे के एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से औसत ऊर्जा प्रवाह के रूप में परिभाषित किया गया है। दूसरे शब्दों में, यदि हम एक एकल क्षेत्र (उदाहरण के लिए, 1 सेमी 2) लेते हैं, जो ध्वनि को पूरी तरह से अवशोषित करेगा, और इसे तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत रख देगा, तो ध्वनि की तीव्रता एक सेकंड में अवशोषित ध्वनिक ऊर्जा के बराबर होती है। . तीव्रता आमतौर पर W/cm2 (या W/m2) में व्यक्त की जाती है।

हम कुछ परिचित ध्वनियों के लिए इस मान का मान देते हैं। एक सामान्य बातचीत के दौरान होने वाले अधिक दबाव का आयाम वायुमंडलीय दबाव का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा होता है, जो 10–9 W/cm 2 के क्रम की ध्वनिक ध्वनि तीव्रता से मेल खाता है। एक सामान्य बातचीत के दौरान निकलने वाली ध्वनि की कुल शक्ति लगभग 0.00001 वाट होती है। ऐसी छोटी ऊर्जाओं को देखने के लिए मानव कान की क्षमता इसकी अद्भुत संवेदनशीलता की गवाही देती है।

हमारे कान द्वारा महसूस की जाने वाली ध्वनि तीव्रता की सीमा बहुत विस्तृत है। सबसे तेज ध्वनि की तीव्रता जिसे कान सहन कर सकता है, वह न्यूनतम 1014 गुना है जिसे वह सुन सकता है। ध्वनि स्रोतों की पूरी शक्ति समान रूप से विस्तृत श्रृंखला को कवर करती है। इस प्रकार, एक बहुत ही शांत फुसफुसाहट के दौरान उत्सर्जित शक्ति 10–9 W के क्रम की हो सकती है, जबकि एक जेट इंजन द्वारा उत्सर्जित शक्ति 10–5 W तक पहुँचती है। फिर से, तीव्रताएं 10 14 के कारक से भिन्न होती हैं।

डेसिबल।

चूँकि ध्वनियाँ तीव्रता में बहुत भिन्न होती हैं, इसलिए इसे लघुगणक मान के रूप में सोचना और इसे डेसिबल में मापना अधिक सुविधाजनक होता है। तीव्रता का लॉगरिदमिक मान मूल के रूप में ली गई मात्रा के मान के मूल्य के अनुपात का लघुगणक है। तीव्रता का स्तर जेकुछ सशर्त रूप से चुनी गई तीव्रता के संबंध में जे 0 है

ध्वनि की तीव्रता का स्तर = 10 एलजी ( जे/जे 0) डीबी।

इस प्रकार, एक ध्वनि जो 20 डीबी अधिक तीव्र होती है, वह 100 गुना अधिक तीव्र होती है।

ध्वनिक मापन के अभ्यास में, ध्वनि की तीव्रता को इसी अधिकता के आयाम के संदर्भ में व्यक्त करने की प्रथा है पी.ई. जब दबाव को पारंपरिक रूप से चुने गए दबाव के सापेक्ष डेसिबल में मापा जाता है आर 0, तथाकथित ध्वनि दबाव स्तर प्राप्त करें। चूँकि ध्वनि की तीव्रता परिमाण के समानुपाती होती है पी.ई 2, और एलजी ( पी.ई 2) = 2 एलजी पी.ई, ध्वनि दबाव स्तर निम्नानुसार निर्धारित किया जाता है:

ध्वनि दबाव स्तर = 20 एलजी ( पी.ई/पी 0) डीबी।

नाममात्र का दाब आर 0 = 2×10–5 Pa 1 kHz की आवृत्ति के साथ ध्वनि के लिए मानक श्रवण सीमा के अनुरूप है। तालिका में। 2 कुछ सामान्य ध्वनि स्रोतों के लिए ध्वनि दबाव स्तर दिखाता है। ये संपूर्ण श्रव्य आवृत्ति रेंज के औसत से प्राप्त अभिन्न मूल्य हैं।

तालिका 2. विशिष्ट ध्वनि दबाव स्तर
ध्वनि स्रोत	साउंड प्रेशर लेवल, dB (रिलायंस. 2H 10-5 पा)
मुद्रांकन की दुकान
बोर्ड पर इंजन कक्ष
कताई और बुनाई की दुकान
एक मेट्रो कार में
ट्रैफिक में गाड़ी चलाते समय कार में
टंकण ब्यूरो
लेखांकन
कार्यालय
निवासी क्वार्टर
रात में रिहायशी इलाका
प्रसारण स्टूडियो

आयतन।

ध्वनि दबाव का स्तर जोर की मनोवैज्ञानिक धारणा के साथ एक साधारण संबंध से जुड़ा नहीं है। इनमें से पहला कारक वस्तुनिष्ठ है, और दूसरा व्यक्तिपरक है। प्रयोगों से पता चलता है कि प्रबलता की धारणा न केवल ध्वनि की तीव्रता पर निर्भर करती है, बल्कि इसकी आवृत्ति और प्रायोगिक स्थितियों पर भी निर्भर करती है।

तुलना की शर्तों से बंधी हुई ध्वनियों की मात्रा की तुलना नहीं की जा सकती। फिर भी, शुद्ध स्वरों की तुलना रुचिकर है। ऐसा करने के लिए, ध्वनि दबाव स्तर निर्धारित करें जिस पर दिए गए स्वर को 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ मानक स्वर के समान ही जोर से माना जाता है। अंजीर पर। 9 फ्लेचर और मैनसन के प्रयोगों में प्राप्त समान प्रबलता वक्र दिखाता है। प्रत्येक वक्र के लिए, 1000 हर्ट्ज के मानक टोन के संगत ध्वनि दबाव स्तर का संकेत दिया जाता है। उदाहरण के लिए, 200 हर्ट्ज की टोन आवृत्ति पर, 60 डीबी के ध्वनि स्तर को 50 डीबी के ध्वनि दबाव स्तर के साथ 1000 हर्ट्ज के टोन के बराबर माना जाना चाहिए।

इन वक्रों का उपयोग ह्यूम को परिभाषित करने के लिए किया जाता है, जो कि जोर की एक इकाई है जिसे डेसिबल में भी मापा जाता है। पृष्ठभूमि ध्वनि की मात्रा का स्तर है जिसके लिए समान रूप से उच्च मानक शुद्ध टोन (1000 हर्ट्ज) का ध्वनि दबाव स्तर 1 डीबी है। तो, 60 डीबी के स्तर पर 200 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली ध्वनि में 50 फ़ोनों का वॉल्यूम स्तर होता है।

अंजीर में निचला वक्र। 9 एक अच्छे कान का हियरिंग थ्रेशोल्ड कर्व है। श्रव्य आवृत्तियों की सीमा लगभग 20 से 20,000 हर्ट्ज तक फैली हुई है।

ध्वनि तरंगों का प्रसार।

शांत जल में फेंके गए कंकड़ की तरंगों की तरह, ध्वनि तरंगें सभी दिशाओं में फैलती हैं। इस तरह की प्रसार प्रक्रिया को तरंग मोर्चे के रूप में चिह्नित करना सुविधाजनक है। एक तरंग मोर्चा अंतरिक्ष में एक सतह है, जिसके सभी बिंदुओं पर एक ही चरण में दोलन होते हैं। पानी में गिरे कंकड़ से सामने की लहरें वृत्त होती हैं।

सपाट लहरें।

सरलतम रूप का तरंगाग्र समतल होता है। एक विमान लहर केवल एक दिशा में फैलती है और एक आदर्शीकरण है जो व्यवहार में केवल लगभग महसूस किया जाता है। स्रोत से बड़ी दूरी पर एक गोलाकार तरंग की तरह, एक पाइप में एक ध्वनि तरंग को लगभग सपाट माना जा सकता है।

गोलाकार तरंगें।

सरल प्रकार की तरंगों में एक गोलाकार मोर्चे के साथ एक लहर शामिल होती है, जो एक बिंदु से निकलती है और सभी दिशाओं में फैलती है। एक छोटे से स्पंदित गोले का उपयोग करके ऐसी तरंग को उत्तेजित किया जा सकता है। एक स्रोत जो एक गोलाकार तरंग को उत्तेजित करता है उसे बिंदु स्रोत कहा जाता है। इस तरह की लहर की तीव्रता कम हो जाती है क्योंकि यह फैलती है, क्योंकि ऊर्जा एक बड़े त्रिज्या के क्षेत्र में वितरित की जाती है।

यदि एक गोलाकार तरंग उत्पन्न करने वाला बिंदु स्रोत 4 की शक्ति विकरित करता है पी क्यू, फिर, एक त्रिज्या के साथ एक गोले का सतह क्षेत्र आर 4 के बराबर पी आर 2, एक गोलाकार तरंग में ध्वनि की तीव्रता बराबर होती है

जे = क्यू/आर 2 ,

कहाँ आरस्रोत से दूरी है। इस प्रकार, गोलीय तरंग की तीव्रता स्रोत से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती घटती है।

किसी भी ध्वनि तरंग की तीव्रता उसके प्रसार के दौरान ध्वनि के अवशोषण के कारण कम हो जाती है। इस घटना पर नीचे चर्चा की जाएगी।

ह्यूजेंस सिद्धांत।

ह्यूजेंस सिद्धांत तरंग अग्र प्रसार के लिए मान्य है। इसे स्पष्ट करने के लिए, आइए किसी समय हमें ज्ञात तरंगाग्र के आकार पर विचार करें। कुछ समय बाद भी पाया जा सकता है D टी, यदि प्रारंभिक तरंग मोर्चे के प्रत्येक बिंदु को एक प्राथमिक गोलाकार तरंग के स्रोत के रूप में माना जाता है जो इस अंतराल पर एक दूरी तक फैलता है विडी टी. इन सभी प्रारंभिक गोलाकार तरंग मोर्चों का आवरण नया तरंग मोर्चा होगा। ह्यूजेंस का सिद्धांत प्रसार प्रक्रिया के दौरान वेवफ्रंट के आकार को निर्धारित करना संभव बनाता है। इसका तात्पर्य यह भी है कि तरंगें, दोनों समतल और गोलाकार, प्रसार के दौरान अपनी ज्यामिति को बनाए रखती हैं, बशर्ते कि माध्यम सजातीय हो।

ध्वनि विवर्तन।

विवर्तन एक बाधा के चारों ओर झुकने वाली तरंग है। ह्यूजेन्स सिद्धांत का उपयोग करके विवर्तन का विश्लेषण किया जाता है। इस झुकने की डिग्री तरंग दैर्ध्य और बाधा या छेद के आकार के बीच संबंध पर निर्भर करती है। चूँकि ध्वनि तरंग की तरंग दैर्ध्य प्रकाश की तुलना में कई गुना अधिक होती है, ध्वनि तरंगों का विवर्तन हमें प्रकाश के विवर्तन से कम आश्चर्यचकित करता है। तो, आप इमारत के कोने के आसपास खड़े किसी व्यक्ति से बात कर सकते हैं, हालांकि वह दिखाई नहीं दे रहा है। ध्वनि तरंग आसानी से कोने के चारों ओर झुक जाती है, जबकि प्रकाश अपनी तरंग दैर्ध्य की छोटीता के कारण तेज छाया बनाता है।

एक छेद के साथ एक ठोस फ्लैट स्क्रीन पर एक समतल ध्वनि तरंग घटना के विवर्तन पर विचार करें। स्क्रीन के दूसरी तरफ वेवफ्रंट के आकार को निर्धारित करने के लिए, आपको वेवलेंथ के बीच के संबंध को जानने की जरूरत है एलऔर छेद व्यास डी. यदि ये मान लगभग समान हैं या एलबहुत अधिक डी, तब पूर्ण विवर्तन प्राप्त होता है: बाहर जाने वाली तरंग का तरंगाग्र गोलाकार होगा, और तरंग स्क्रीन के पीछे सभी बिंदुओं तक पहुंच जाएगी। अगर एलकुछ कम डी, तब बाहर जाने वाली लहर मुख्य रूप से आगे की दिशा में फैलती है। और अंत में अगर एलकाफी कम डी, तो इसकी सारी ऊर्जा एक सीधी रेखा में फैल जाएगी। इन मामलों को चित्र में दिखाया गया है। 10.

ध्वनि के मार्ग में बाधा आने पर विवर्तन भी देखा जाता है। यदि बाधा का आयाम तरंग दैर्ध्य से बहुत बड़ा है, तो ध्वनि परिलक्षित होती है, और बाधा के पीछे एक ध्वनिक छाया क्षेत्र बनता है। जब बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे कम होता है, तो ध्वनि सभी दिशाओं में कुछ हद तक विवर्तित होती है। यह वास्तु ध्वनिकी में ध्यान में रखा जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, कभी-कभी किसी भवन की दीवारें ध्वनि के तरंग दैर्ध्य के क्रम के आयामों के साथ प्रोट्रूशियंस से ढकी होती हैं। (100 हर्ट्ज की आवृत्ति पर, हवा में तरंग दैर्ध्य लगभग 3.5 मीटर है।) इस मामले में, दीवारों पर गिरने वाली ध्वनि सभी दिशाओं में बिखरी हुई है। वास्तु ध्वनिकी में, इस घटना को ध्वनि प्रसार कहा जाता है।

ध्वनि का परावर्तन और संचरण।

जब एक माध्यम में चलने वाली ध्वनि तरंग किसी अन्य माध्यम के अंतरापृष्ठ पर आपतित होती है, तो तीन प्रक्रियाएँ एक साथ हो सकती हैं। तरंग को इंटरफ़ेस से परावर्तित किया जा सकता है, यह बिना दिशा बदले दूसरे माध्यम में जा सकता है, या यह इंटरफ़ेस पर दिशा बदल सकता है, अर्थात अपवर्तित। अंजीर पर। 11 सबसे सरल मामला दिखाता है, जब एक समतल तरंग दो अलग-अलग पदार्थों को अलग करने वाली समतल सतह पर समकोण पर आपतित होती है। यदि तीव्रता परावर्तन गुणांक, जो परावर्तित ऊर्जा के अनुपात को निर्धारित करता है, के बराबर है आर, तब संचरण गुणांक के बराबर होगा टी = 1 – आर.

एक ध्वनि तरंग के लिए, अत्यधिक दाब और कंपनिक आयतन वेग के अनुपात को ध्वनिक प्रतिबाधा कहा जाता है। परावर्तन और संचरण गुणांक दो मीडिया की तरंग प्रतिबाधा के अनुपात पर निर्भर करते हैं, तरंग प्रतिबाधा, बदले में, ध्वनिक प्रतिबाधा के समानुपाती होती है। गैसों का तरंग प्रतिरोध तरल और ठोस पदार्थों की तुलना में बहुत कम होता है। इसलिए यदि हवा में कोई लहर किसी मोटी ठोस वस्तु या गहरे पानी की सतह से टकराती है, तो ध्वनि लगभग पूरी तरह से परावर्तित हो जाती है। उदाहरण के लिए, हवा और पानी की सीमा के लिए तरंग प्रतिरोधों का अनुपात 0.0003 है। तदनुसार, हवा से पानी में जाने वाली ध्वनि की ऊर्जा घटना ऊर्जा के केवल 0.12% के बराबर होती है। प्रतिबिंब और संचरण गुणांक प्रतिवर्ती हैं: प्रतिबिंब गुणांक विपरीत दिशा में संचरण गुणांक है। इस प्रकार, ध्वनि व्यावहारिक रूप से या तो हवा से पानी के बेसिन में या पानी के नीचे से बाहर तक प्रवेश नहीं करती है, जो पानी के नीचे तैरने वाले सभी लोगों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।

ऊपर विचार किए गए प्रतिबिंब के मामले में, यह मान लिया गया था कि तरंग प्रसार की दिशा में दूसरे माध्यम की मोटाई बड़ी है। लेकिन संचरण गुणांक काफी अधिक होगा यदि दूसरा माध्यम दो समान मीडिया को अलग करने वाली दीवार हो, जैसे कि कमरों के बीच एक ठोस विभाजन। तथ्य यह है कि दीवार की मोटाई आमतौर पर ध्वनि की तरंग दैर्ध्य से कम या उसके बराबर होती है। यदि दीवार की मोटाई दीवार में ध्वनि के तरंग दैर्ध्य के आधे से अधिक है, तो लंबवत घटना पर तरंग का संचरण गुणांक बहुत बड़ा होता है। यदि यह अवशोषण के लिए नहीं होता, तो इस आवृत्ति की ध्वनि के लिए बाधक बिल्कुल पारदर्शी होता, जिसकी हम यहां उपेक्षा करते हैं। यदि दीवार की मोटाई उसमें ध्वनि की तरंग दैर्ध्य से बहुत कम है, तो प्रतिबिंब हमेशा छोटा होता है और संचरण बड़ा होता है, जब तक कि ध्वनि के अवशोषण को बढ़ाने के लिए विशेष उपाय नहीं किए जाते।

ध्वनि का अपवर्तन।

जब एक समतल ध्वनि तरंग एक अंतरापृष्ठ पर किसी कोण पर आपतित होती है, तो इसके परावर्तन का कोण आपतन कोण के बराबर होता है। यदि आपतन कोण 90° से भिन्न हो तो संचरित तरंग आपतित तरंग की दिशा से विचलित हो जाती है। तरंग की दिशा में होने वाले इस परिवर्तन को अपवर्तन कहते हैं। समतल सीमा पर अपवर्तन की ज्यामिति चित्र में दिखाई गई है। 12. तरंगों की दिशा और सतह के सामान्य के बीच के कोणों को दर्शाया गया है क्यूघटना लहर के लिए 1 और क्यू 2 - अपवर्तित अतीत के लिए। इन दो कोणों के बीच संबंध में केवल दो माध्यमों के लिए ध्वनि की गति का अनुपात शामिल है। जैसा कि प्रकाश तरंगों के मामले में, ये कोण स्नेल (स्नेल) कानून द्वारा एक दूसरे से संबंधित होते हैं:

इस प्रकार, यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति पहले की तुलना में कम है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होगा, यदि दूसरे माध्यम में ध्वनि की गति अधिक है, तो अपवर्तन कोण अधिक होगा। घटना के कोण से।

तापमान प्रवणता के कारण अपवर्तन।

यदि एक विषम माध्यम में ध्वनि की गति एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक लगातार बदलती रहती है, तो अपवर्तन भी बदल जाता है। चूंकि हवा और पानी दोनों में ध्वनि की गति तापमान पर निर्भर करती है, तापमान प्रवणता की उपस्थिति में ध्वनि तरंगें अपनी गति की दिशा बदल सकती हैं। वायुमंडल और समुद्र में, क्षैतिज स्तरीकरण के कारण, ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता आमतौर पर देखी जाती है। इसलिए, ऊर्ध्वाधर के साथ ध्वनि की गति में परिवर्तन के कारण, तापमान प्रवणता के कारण ध्वनि तरंग को ऊपर या नीचे विक्षेपित किया जा सकता है।

आइए उस मामले पर विचार करें जब उच्च परतों की तुलना में पृथ्वी की सतह के पास किसी स्थान पर हवा गर्म होती है। फिर जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, यहां हवा का तापमान कम होता जाता है और इसके साथ ध्वनि की गति भी कम होती जाती है। पृथ्वी की सतह के पास किसी स्रोत द्वारा उत्सर्जित ध्वनि अपवर्तन के कारण ऊपर जाएगी। यह आकृति में दिखाया गया है। 13, जो ध्वनि "बीम्स" दिखाता है।

अंजीर में दिखाई गई ध्वनि किरणों का विक्षेपण। 13 को आमतौर पर स्नेल के नियम द्वारा वर्णित किया जाता है। अगर के माध्यम से क्यू, पहले की तरह, ऊर्ध्वाधर और विकिरण की दिशा के बीच के कोण को निरूपित करते हैं, तो सामान्यीकृत स्नेल के नियम में समानता पाप का रूप है क्यू/वि= बीम के किसी भी बिंदु का जिक्र करते हुए। इस प्रकार, यदि बीम उस क्षेत्र में गुजरता है जहां गति होती है विघटता है, फिर कोण क्यूभी कम होना चाहिए। इसलिए ध्वनि पुंज सदैव ध्वनि की गति कम होने की दिशा में विक्षेपित होते हैं।

अंजीर से। 13 यह देखा जा सकता है कि स्रोत से कुछ दूरी पर स्थित एक क्षेत्र है, जहाँ ध्वनि किरणें बिल्कुल भी प्रवेश नहीं करती हैं। यह तथाकथित मौन का क्षेत्र है।

यह बहुत संभव है कि चित्र में दिखाए गए से कहीं अधिक ऊंचाई पर। 13, तापमान प्रवणता के कारण ध्वनि की गति ऊंचाई के साथ बढ़ती है। इस मामले में, प्रारंभिक रूप से ऊपर की ओर विचलित ध्वनि तरंग यहाँ पृथ्वी की सतह पर एक बड़ी दूरी पर विचलित हो जाएगी। यह तब होता है जब वातावरण में तापमान व्युत्क्रमण की एक परत बन जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अल्ट्रा-लॉन्ग-रेंज साउंड सिग्नल प्राप्त करना संभव हो जाता है। इसी समय, दूरस्थ बिंदुओं पर रिसेप्शन की गुणवत्ता निकट से भी बेहतर है। इतिहास में अल्ट्रा-लॉन्ग-रेंज रिसेप्शन के कई उदाहरण हैं। उदाहरण के लिए, प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, जब वायुमंडलीय परिस्थितियों ने उपयुक्त ध्वनि अपवर्तन का पक्ष लिया, तो फ्रांसीसी मोर्चे पर तोपों को इंग्लैंड में सुना जा सकता था।

पानी के नीचे ध्वनि का अपवर्तन।

समुद्र में ऊर्ध्वाधर तापमान परिवर्तन के कारण ध्वनि अपवर्तन भी देखा जाता है। यदि तापमान, और इसलिए ध्वनि की गति, गहराई के साथ कम हो जाती है, तो ध्वनि किरणें नीचे की ओर विक्षेपित हो जाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक मौन क्षेत्र बन जाता है, जैसा कि चित्र 1.3 में दिखाया गया है। वातावरण के लिए 13। समुद्र के लिए, यदि यह चित्र बस पलट दिया जाए तो संबंधित चित्र निकल जाएगा।

मौन क्षेत्रों की उपस्थिति से सोनार के साथ पनडुब्बियों का पता लगाना मुश्किल हो जाता है, और अपवर्तन, जो ध्वनि तरंगों को नीचे की ओर विक्षेपित करता है, सतह के पास उनकी प्रसार सीमा को काफी सीमित कर देता है। हालाँकि, ऊपर की ओर विक्षेपण भी देखा जाता है। यह सोनार के लिए अधिक अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण कर सकता है।

ध्वनि तरंगों का हस्तक्षेप।

दो या दो से अधिक तरंगों के अध्यारोपण को तरंग व्यतिकरण कहते हैं।

हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप स्थायी तरंगें।

ऊपर खड़ी तरंगें व्यतिकरण की एक विशेष स्थिति हैं। एक ही आयाम, चरण और आवृत्ति की दो तरंगों के सुपरपोजिशन के परिणामस्वरूप, विपरीत दिशाओं में प्रसार के परिणामस्वरूप स्थायी तरंगें बनती हैं।

एक खड़ी लहर के एंटीनोड्स पर आयाम प्रत्येक तरंगों के आयाम के दोगुने के बराबर होता है। चूँकि तरंग की तीव्रता उसके आयाम के वर्ग के समानुपाती होती है, इसका मतलब यह है कि एंटीनोड पर तीव्रता प्रत्येक तरंग की तीव्रता से 4 गुना अधिक है, या दो तरंगों की कुल तीव्रता से 2 गुना अधिक है। यहाँ ऊर्जा के संरक्षण के नियम का कोई उल्लंघन नहीं है, क्योंकि नोड्स पर तीव्रता शून्य है।

धड़कता है।

विभिन्न आवृत्तियों की हार्मोनिक तरंगों का व्यतिकरण भी संभव है। जब दो आवृत्तियों में थोड़ा अंतर होता है, तो तथाकथित धड़कन होती है। बीट्स ध्वनि के आयाम में परिवर्तन हैं जो मूल आवृत्तियों के अंतर के बराबर आवृत्ति पर होते हैं। अंजीर पर। 14 बीट वेवफॉर्म दिखाता है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि बीट आवृत्ति ध्वनि के आयाम मॉडुलन की आवृत्ति है। साथ ही, धड़कनों को हार्मोनिक सिग्नल के विरूपण से उत्पन्न अंतर आवृत्ति के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए।

दो स्वरों को एकसमान में ट्यून करते समय अक्सर बीट्स का उपयोग किया जाता है। आवृत्ति को तब तक समायोजित किया जाता है जब तक कि धड़कन अब श्रव्य नहीं हो जाती। भले ही धड़कन की आवृत्ति बहुत कम हो, मानव कान ध्वनि की मात्रा में आवधिक वृद्धि और गिरावट को लेने में सक्षम होता है। इसलिए, बीट्स ऑडियो रेंज में एक बहुत ही संवेदनशील ट्यूनिंग विधि है। यदि सेटिंग सटीक नहीं है, तो एक सेकंड में बीट्स की संख्या की गणना करके आवृत्ति अंतर कान द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। संगीत में, उच्च हार्मोनिक घटकों की धड़कन भी कानों द्वारा महसूस की जाती है, जिसका उपयोग पियानो को ट्यून करते समय किया जाता है।

ध्वनि तरंगों का अवशोषण।

उनके प्रसार की प्रक्रिया में ध्वनि तरंगों की तीव्रता हमेशा इस तथ्य के कारण घट जाती है कि ध्वनिक ऊर्जा का एक निश्चित हिस्सा बिखरा हुआ है। गर्मी हस्तांतरण, इंटरमॉलिक्युलर इंटरेक्शन और आंतरिक घर्षण की प्रक्रियाओं के कारण ध्वनि तरंगें किसी भी माध्यम में अवशोषित हो जाती हैं। अवशोषण की तीव्रता ध्वनि तरंग की आवृत्ति और माध्यम के दबाव और तापमान जैसे अन्य कारकों पर निर्भर करती है।

एक माध्यम में एक लहर का अवशोषण मात्रात्मक रूप से अवशोषण गुणांक द्वारा विशेषता है ए. यह दर्शाता है कि प्रसार तरंग द्वारा तय की गई दूरी के आधार पर अतिरिक्त दबाव कितनी जल्दी घटता है। अधिक दबाव का घटता हुआ आयाम –D पी.ईदूरी पार करते समय डी एक्सप्रारंभिक अधिदबाव के आयाम के समानुपाती पी.ईऔर दूरी डी एक्स. इस प्रकार,

-डी पी.ई = एक पी ईडी एक्स.

उदाहरण के लिए, जब हम कहते हैं कि अवशोषण हानि 1 dB/m है, तो इसका मतलब है कि 50 मीटर की दूरी पर ध्वनि दबाव स्तर 50 dB कम हो जाता है।

आंतरिक घर्षण और ऊष्मा चालन के कारण अवशोषण।

ध्वनि तरंग के प्रसार से जुड़े कणों की गति के दौरान, माध्यम के विभिन्न कणों के बीच घर्षण अपरिहार्य है। द्रवों और गैसों में इस घर्षण को श्यानता कहते हैं। चिपचिपाहट, जो ध्वनिक तरंग ऊर्जा के गर्मी में अपरिवर्तनीय रूपांतरण को निर्धारित करती है, गैसों और तरल पदार्थों में ध्वनि के अवशोषण का मुख्य कारण है।

इसके अलावा, तरंगों में संपीड़न के दौरान गर्मी के नुकसान के कारण गैसों और तरल पदार्थों में अवशोषण होता है। हम पहले ही कह चुके हैं कि तरंग के पारित होने के दौरान, संपीड़न चरण में गैस गर्म हो जाती है। इस तेजी से बहने वाली प्रक्रिया में, गर्मी के पास आमतौर पर गैस के अन्य क्षेत्रों या पोत की दीवारों में स्थानांतरित होने का समय नहीं होता है। लेकिन वास्तव में, यह प्रक्रिया आदर्श नहीं है, और जारी थर्मल ऊर्जा का हिस्सा सिस्टम छोड़ देता है। इसके साथ संबद्ध ऊष्मा चालन के कारण ध्वनि अवशोषण है। इस तरह का अवशोषण गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में संपीड़न तरंगों में होता है।

ध्वनि अवशोषण, चिपचिपापन और तापीय चालकता दोनों के कारण, आम तौर पर आवृत्ति के वर्ग के साथ बढ़ता है। इस प्रकार, उच्च आवृत्ति ध्वनियाँ कम आवृत्ति ध्वनियों की तुलना में बहुत अधिक दृढ़ता से अवशोषित होती हैं। उदाहरण के लिए, सामान्य दबाव और तापमान पर, हवा में 5 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर अवशोषण गुणांक (दोनों तंत्रों के कारण) लगभग 3 डीबी/किमी है। चूंकि अवशोषण आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होता है, इसलिए 50 kHz पर अवशोषण गुणांक 300 dB/किमी है।

ठोस पदार्थों में अवशोषण।

तापीय चालकता और चिपचिपाहट के कारण ध्वनि अवशोषण का तंत्र, जो गैसों और तरल पदार्थों में होता है, ठोस पदार्थों में भी संरक्षित होता है। हालाँकि, यहाँ इसमें नए अवशोषण तंत्र जोड़े गए हैं। वे ठोस पदार्थों की संरचना में दोषों से जुड़े हैं। मुद्दा यह है कि पॉलीक्रिस्टलाइन ठोस पदार्थों में छोटे क्रिस्टलीय होते हैं; जब ध्वनि उनके माध्यम से गुजरती है, तो विकृति उत्पन्न होती है, जिससे ध्वनि ऊर्जा का अवशोषण होता है। क्रिस्टलीय की सीमाओं पर ध्वनि भी बिखरी हुई है। इसके अलावा, एकल क्रिस्टल में भी अव्यवस्था-प्रकार के दोष होते हैं जो ध्वनि अवशोषण में योगदान करते हैं। अव्यवस्था परमाणु विमानों के समन्वय का उल्लंघन है। जब ध्वनि तरंग परमाणुओं को कंपन करने का कारण बनती है, तो अव्यवस्था चलती है और फिर आंतरिक घर्षण के कारण ऊर्जा को नष्ट करते हुए अपनी मूल स्थिति में लौट आती है।

विस्थापन के कारण अवशोषण स्पष्ट करता है, विशेष रूप से, सीसे की घंटी क्यों नहीं बजती। सीसा एक नरम धातु है जिसमें बहुत अधिक अव्यवस्था होती है, और इसलिए इसमें ध्वनि कंपन बहुत जल्दी क्षय हो जाता है। लेकिन अगर इसे तरल हवा से ठंडा किया जाए तो यह अच्छी तरह से बजेगा। कम तापमान पर, विस्थापन एक निश्चित स्थिति में "जमे हुए" होते हैं, और इसलिए स्थानांतरित नहीं होते हैं और ध्वनि ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित नहीं करते हैं।

संगीत ध्वनिकी

संगीतमय ध्वनियाँ।

संगीत ध्वनिकी संगीत ध्वनियों की विशेषताओं का अध्ययन करता है, उनकी विशेषताओं से संबंधित है कि हम उन्हें कैसे देखते हैं, और संगीत वाद्ययंत्रों की ध्वनि के तंत्र।

संगीत ध्वनि या स्वर एक आवधिक ध्वनि है, अर्थात। उतार-चढ़ाव जो एक निश्चित अवधि के बाद बार-बार दोहराए जाते हैं। यह ऊपर कहा गया था कि आवधिक ध्वनि को उन दोलनों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है जो मौलिक आवृत्ति के गुणक हैं एफ: 2एफ, 3एफ, 4एफवगैरह। यह भी नोट किया गया कि हवा के हिलते हुए तार और स्तंभ संगीतमय ध्वनियाँ उत्सर्जित करते हैं।

संगीत की ध्वनियाँ तीन विशेषताओं द्वारा प्रतिष्ठित होती हैं: ज़ोर, पिच और टिमब्रे। ये सभी संकेतक व्यक्तिपरक हैं, लेकिन इन्हें मापा मूल्यों से जोड़ा जा सकता है। प्रबलता मुख्य रूप से ध्वनि की तीव्रता से संबंधित है; ध्वनि की पिच, जो संगीत प्रणाली में अपनी स्थिति को दर्शाती है, स्वर की आवृत्ति से निर्धारित होती है; समय, जिसके द्वारा एक उपकरण या आवाज दूसरे से भिन्न होती है, को हार्मोनिक्स पर ऊर्जा के वितरण और समय के साथ इस वितरण में परिवर्तन की विशेषता होती है।

ध्वनि पिच।

एक संगीत ध्वनि की पिच आवृत्ति से निकटता से संबंधित है, लेकिन इसके समान नहीं है, क्योंकि पिच का आकलन व्यक्तिपरक है।

इसलिए, उदाहरण के लिए, यह पाया गया कि एकल-आवृत्ति ध्वनि की पिच का अनुमान कुछ हद तक इसकी मात्रा के स्तर पर निर्भर करता है। वॉल्यूम में महत्वपूर्ण वृद्धि के साथ, 40 डीबी कहें, स्पष्ट आवृत्ति 10% कम हो सकती है। व्यवहार में, ज़ोर पर यह निर्भरता कोई मायने नहीं रखती है, क्योंकि संगीत ध्वनियाँ एकल-आवृत्ति ध्वनि की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं।

तारत्व और आवृत्ति के बीच संबंध के प्रश्न पर, कुछ और महत्वपूर्ण है: यदि संगीत ध्वनियाँ हार्मोनिक्स से बनी हैं, तो कथित तारत्व किस आवृत्ति से जुड़ा है? यह पता चला है कि यह आवृत्ति नहीं हो सकती है जो अधिकतम ऊर्जा से मेल खाती है, और स्पेक्ट्रम में सबसे कम आवृत्ति नहीं है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 200, 300, 400 और 500 हर्ट्ज की आवृत्तियों के एक सेट से युक्त एक संगीतमय ध्वनि को 100 हर्ट्ज की ऊँचाई वाली ध्वनि माना जाता है। अर्थात्, पिच हार्मोनिक श्रृंखला की मौलिक आवृत्ति से जुड़ी होती है, भले ही वह ध्वनि के स्पेक्ट्रम में न हो। सच है, स्पेक्ट्रम में अक्सर मौलिक आवृत्ति कुछ हद तक मौजूद होती है।

पिच और इसकी आवृत्ति के बीच संबंध के बारे में बोलते हुए, किसी को मानव श्रवण अंग की विशेषताओं के बारे में नहीं भूलना चाहिए। यह एक विशेष ध्वनिक रिसीवर है जो अपनी विकृतियों का परिचय देता है (इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि सुनने के मनोवैज्ञानिक और व्यक्तिपरक पहलू हैं)। कान कुछ आवृत्तियों का चयन करने में सक्षम है, इसके अलावा, ध्वनि तरंग इसमें गैर-रैखिक विकृतियों से गुजरती है। आवृत्ति चयनात्मकता ध्वनि की प्रबलता और इसकी तीव्रता (चित्र 9) के बीच अंतर के कारण होती है। गैर-रैखिक विकृतियों की व्याख्या करना अधिक कठिन है, जो मूल संकेत में अनुपस्थित आवृत्तियों की उपस्थिति में व्यक्त की जाती हैं। कान की प्रतिक्रिया की गैर-रैखिकता इसके विभिन्न तत्वों के संचलन की विषमता के कारण होती है।

एक गैर-रेखीय प्राप्त प्रणाली की एक विशेषता यह है कि जब यह आवृत्ति के साथ ध्वनि द्वारा उत्तेजित होती है एफ 1 हार्मोनिक ओवरटोन इसमें उत्साहित हैं 2 एफ 1 , 3एफ 1,..., और कुछ मामलों में टाइप 1/2 के सबहार्मोनिक्स भी एफ 1। इसके अलावा, जब एक गैर-रैखिक प्रणाली दो आवृत्तियों से उत्साहित होती है एफ 1 और एफ 2, योग और अंतर आवृत्तियों इसमें उत्साहित हैं एफ 1 + एफ 2 और एफ 1 - एफ 2. प्रारंभिक दोलनों का आयाम जितना अधिक होगा, "अतिरिक्त" आवृत्तियों का योगदान उतना ही अधिक होगा।

इस प्रकार, कान की ध्वनिक विशेषताओं की गैर-रैखिकता के कारण, ध्वनि में अनुपस्थित आवृत्तियां दिखाई दे सकती हैं। ऐसी आवृत्तियों को व्यक्तिपरक स्वर कहा जाता है। मान लीजिए कि ध्वनि में 200 और 250 हर्ट्ज की आवृत्तियों के साथ शुद्ध स्वर होते हैं। प्रतिक्रिया की गैर-रैखिकता के कारण, अतिरिक्त आवृत्तियाँ 250 - 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2' 200 = 400, 2' 250 = 500 हर्ट्ज, आदि दिखाई देंगी। श्रोता को यह प्रतीत होगा कि ध्वनि में संयोजन आवृत्तियों का एक पूरा सेट है, लेकिन उनकी उपस्थिति वास्तव में कान की गैर-रैखिक प्रतिक्रिया के कारण होती है। जब एक संगीत ध्वनि में मौलिक आवृत्ति और उसके हार्मोनिक्स होते हैं, तो यह स्पष्ट है कि मौलिक आवृत्ति अंतर आवृत्तियों द्वारा प्रभावी रूप से प्रवर्धित होती है।

सच है, अध्ययनों से पता चला है कि व्यक्तिपरक आवृत्तियाँ मूल संकेत के पर्याप्त रूप से बड़े आयाम पर ही उत्पन्न होती हैं। इसलिए, यह संभव है कि अतीत में संगीत में व्यक्तिपरक आवृत्तियों की भूमिका बहुत बढ़ा-चढ़ा कर पेश की गई थी।

संगीत के मानक और संगीतमय ध्वनि की पिच को मापना।

संगीत के इतिहास में, विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनियों को मुख्य स्वर के रूप में लिया गया, जो संपूर्ण संगीत संरचना को निर्धारित करता है। अब पहले सप्तक के "ला" नोट के लिए आम तौर पर स्वीकृत आवृत्ति 440 हर्ट्ज है। लेकिन पूर्व में यह 400 से बदलकर 462 हर्ट्ज हो गया है।

ध्वनि की पिच को निर्धारित करने का पारंपरिक तरीका इसकी तुलना एक मानक ट्यूनिंग फोर्क के स्वर से करना है। मानक से दी गई ध्वनि की आवृत्ति के विचलन को बीट्स की उपस्थिति से आंका जाता है। ट्यूनिंग कांटे आज भी उपयोग किए जाते हैं, हालांकि अब पिच का निर्धारण करने के लिए अधिक सुविधाजनक उपकरण हैं, जैसे कि एक स्थिर आवृत्ति संदर्भ थरथरानवाला (क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र के साथ), जिसे पूरी ध्वनि सीमा के भीतर आसानी से ट्यून किया जा सकता है। सच है, ऐसे उपकरण का सटीक अंशांकन काफी कठिन है।

पिच को मापने की स्ट्रोबोस्कोपिक विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें एक संगीत वाद्ययंत्र की ध्वनि स्ट्रोब लैंप की चमक की आवृत्ति निर्धारित करती है। दीपक एक ज्ञात आवृत्ति पर घूमने वाली डिस्क पर एक पैटर्न को रोशन करता है, और टोन की मौलिक आवृत्ति स्ट्रोबोस्कोपिक रोशनी के तहत डिस्क पर पैटर्न की गति की स्पष्ट आवृत्ति से निर्धारित होती है।

पिच परिवर्तन के प्रति कान बहुत संवेदनशील है, लेकिन इसकी संवेदनशीलता आवृत्ति पर निर्भर करती है। यह श्रव्यता की निचली दहलीज के पास अधिकतम है। यहां तक ​​कि एक अप्रशिक्षित कान भी 500 और 5000 हर्ट्ज के बीच आवृत्तियों में केवल 0.3% अंतर का पता लगा सकता है। प्रशिक्षण से संवेदनशीलता बढ़ाई जा सकती है। संगीतकारों के पास तारत्व की बहुत विकसित भावना होती है, लेकिन यह संदर्भ ऑसिलेटर द्वारा उत्पादित शुद्ध स्वर की आवृत्ति को निर्धारित करने में हमेशा मदद नहीं करता है। इससे पता चलता है कि कान द्वारा ध्वनि की आवृत्ति निर्धारित करते समय, इसका समय महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

टिम्ब्रे।

टिम्ब्रे संगीत ध्वनियों की उन विशेषताओं को संदर्भित करता है जो संगीत वाद्ययंत्र देते हैं और उनकी विशिष्ट विशिष्टता को आवाज़ देते हैं, भले ही हम समान पिच और ज़ोर की आवाज़ की तुलना करें। यह, बोलने के लिए, ध्वनि की गुणवत्ता है।

टिमब्रे ध्वनि की आवृत्ति स्पेक्ट्रम और समय के साथ इसके परिवर्तन पर निर्भर करता है। यह कई कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है: ओवरटोन पर ऊर्जा का वितरण, ध्वनि के प्रकट होने या रुकने के समय उत्पन्न होने वाली आवृत्तियाँ (तथाकथित संक्रमणकालीन स्वर) और उनका क्षय, साथ ही ध्वनि का धीमा आयाम और आवृत्ति मॉडुलन ("वाइब्रेटो")।

ओवरटोन तीव्रता।

एक तनी हुई डोरी पर विचार करें, जिसके मध्य भाग में एक चुटकी द्वारा उत्तेजित किया जाता है (चित्र 15, ए). चूँकि सभी हार्मोनिक्स में बीच में नोड होते हैं, वे अनुपस्थित होंगे, और दोलनों में मौलिक आवृत्ति के बराबर विषम हार्मोनिक्स शामिल होंगे एफ 1 = वि/2एल, कहाँ वीस्ट्रिंग में तरंग की गति, और एलइसकी लंबाई है। इस प्रकार, केवल आवृत्तियाँ मौजूद होंगी एफ 1 , 3एफ 1 , 5एफ 1 आदि। इन हार्मोनिक्स के सापेक्ष आयाम अंजीर में दिखाए गए हैं। 15, बी.

यह उदाहरण हमें निम्नलिखित महत्वपूर्ण सामान्य निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है। गुंजयमान प्रणाली के हार्मोनिक्स का सेट इसकी कॉन्फ़िगरेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है, और हार्मोनिक्स पर ऊर्जा का वितरण उत्तेजना की विधि पर निर्भर करता है। जब स्ट्रिंग अपने मध्य में उत्तेजित होती है, तो मौलिक आवृत्ति हावी हो जाती है और सम हार्मोनिक्स पूरी तरह से दब जाते हैं। यदि डोरी को उसके मध्य भाग में स्थिर करके किसी अन्य स्थान पर लगा दिया जाए तो मूल आवृत्ति तथा विषम संनादी दब जाएगी।

यह सब अन्य प्रसिद्ध संगीत वाद्ययंत्रों पर लागू होता है, हालांकि विवरण बहुत भिन्न हो सकते हैं। ध्वनि निकालने के लिए उपकरणों में आमतौर पर एक एयर कैविटी, साउंडबोर्ड या हॉर्न होता है। यह सब ओवरटोन की संरचना और फॉर्मेंट्स की उपस्थिति को निर्धारित करता है।

फार्मेंट्स।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, संगीत वाद्ययंत्रों की ध्वनि की गुणवत्ता हार्मोनिक्स के बीच ऊर्जा के वितरण पर निर्भर करती है। कई उपकरणों और विशेष रूप से मानव आवाज की पिच को बदलते समय, हार्मोनिक्स का वितरण बदल जाता है जिससे कि मुख्य ओवरटोन हमेशा लगभग एक ही आवृत्ति रेंज में स्थित होते हैं, जिसे फॉर्मेंट रेंज कहा जाता है। फॉर्मेंट्स के अस्तित्व के कारणों में से एक ध्वनि को बढ़ाने के लिए गुंजयमान तत्वों का उपयोग है, जैसे साउंडबोर्ड और एयर रेज़ोनेटर। प्राकृतिक अनुनादों की चौड़ाई आमतौर पर बड़ी होती है, जिसके कारण संबंधित आवृत्तियों पर विकिरण दक्षता अधिक होती है। पीतल के उपकरणों के लिए, फॉर्मेंट्स घंटी द्वारा निर्धारित किए जाते हैं जिससे ध्वनि उत्सर्जित होती है। फॉर्मेंट रेंज के भीतर आने वाले ओवरटोन पर हमेशा जोर दिया जाता है, क्योंकि वे अधिकतम ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं। फॉर्मेंट्स बड़े पैमाने पर एक संगीत वाद्ययंत्र या आवाज की आवाज़ की विशेषता गुणात्मक विशेषताओं को निर्धारित करते हैं।

समय के साथ बदलते स्वर।

किसी भी वाद्य यंत्र की ध्वनि का स्वर शायद ही कभी समय के साथ स्थिर रहता है, और लय अनिवार्य रूप से इसी से संबंधित है। यहां तक ​​​​कि जब उपकरण एक लंबे नोट को बनाए रखता है, तो आवृत्ति और आयाम का मामूली आवधिक मॉडुलन होता है, जो ध्वनि को समृद्ध करता है - "वाइब्रेटो"। यह वायलिन और मानव आवाज जैसे कड़े उपकरणों के लिए विशेष रूप से सच है।

कई उपकरणों के लिए, जैसे कि पियानो, ध्वनि की अवधि ऐसी होती है कि एक स्थिर स्वर के बनने का समय नहीं होता - उत्तेजित ध्वनि जल्दी से बढ़ जाती है, और फिर इसका तेजी से क्षय होता है। चूंकि ओवरटोन का क्षय आमतौर पर आवृत्ति-निर्भर प्रभावों (जैसे ध्वनिक विकिरण) के कारण होता है, यह स्पष्ट है कि एक टोन के दौरान ओवरटोन वितरण में परिवर्तन होता है।

कुछ उपकरणों के लिए समय के साथ स्वर में परिवर्तन की प्रकृति (ध्वनि के उठने और गिरने की दर) को योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। 18. जैसा कि आप देख सकते हैं, तार वाले उपकरणों (प्लक और कीबोर्ड) में लगभग कोई स्थिर स्वर नहीं होता है। ऐसे मामलों में, केवल सशर्त रूप से ओवरटोन के स्पेक्ट्रम के बारे में बोलना संभव है, क्योंकि समय के साथ ध्वनि तेजी से बदलती है। उठने और गिरने की विशेषताएँ भी इन उपकरणों के समय का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं।

संक्रमणकालीन स्वर।

ध्वनि उत्तेजना के बाद थोड़े समय में एक स्वर की हार्मोनिक संरचना आमतौर पर तेजी से बदलती है। उन उपकरणों में जिनमें तारों को मारकर या खींचकर ध्वनि को उत्तेजित किया जाता है, उच्च हार्मोनिक्स (साथ ही कई गैर-हार्मोनिक घटकों) के लिए जिम्मेदार ऊर्जा ध्वनि शुरू होने के तुरंत बाद अधिकतम होती है, और एक सेकंड के एक अंश के बाद इन आवृत्तियों हल्का होना। ऐसी ध्वनियाँ, जिन्हें संक्रमणकालीन कहा जाता है, वाद्य की ध्वनि को एक विशिष्ट रंग देती हैं। पियानो में, वे हथौड़े की क्रिया के कारण स्ट्रिंग से टकराते हैं। कभी-कभी समान स्वर संरचना वाले वाद्य यंत्रों को केवल संक्रमणकालीन स्वरों द्वारा ही पहचाना जा सकता है।

वाद्य यंत्रों की ध्वनि

संगीत ध्वनियाँ उत्तेजित और कई तरह से बदली जा सकती हैं, और इसलिए संगीत वाद्ययंत्रों को विभिन्न रूपों से अलग किया जाता है। वाद्य यंत्रों का निर्माण और सुधार अधिकांशत: स्वयं संगीतकारों द्वारा और कुशल कारीगरों द्वारा किया जाता था जो वैज्ञानिक सिद्धांत का सहारा नहीं लेते थे। इसलिए, ध्वनिक विज्ञान व्याख्या नहीं कर सकता है, उदाहरण के लिए, वायलिन का ऐसा आकार क्यों होता है। हालांकि, वायलिन के ध्वनि गुणों का वर्णन उसके खेलने और उसके निर्माण के सामान्य सिद्धांतों के संदर्भ में करना काफी संभव है।

किसी उपकरण की आवृत्ति रेंज को आमतौर पर उसके मूलभूत स्वरों की आवृत्ति रेंज के रूप में समझा जाता है। मानव आवाज में लगभग दो सप्तक शामिल हैं, और एक संगीत वाद्ययंत्र - कम से कम तीन (एक बड़ा अंग - दस)। ज्यादातर मामलों में, ओवरटोन श्रव्य ध्वनि सीमा के बहुत किनारे तक फैल जाते हैं।

संगीत वाद्ययंत्र के तीन मुख्य भाग होते हैं: एक दोलनशील तत्व, इसकी उत्तेजना के लिए एक तंत्र, और दोलन करने वाले तत्व और आसपास की हवा के बीच ध्वनिक संचार के लिए एक सहायक गुंजयमान यंत्र (हॉर्न या साउंडबोर्ड)।

संगीतमय ध्वनि समय-समय पर होती है, और आवधिक ध्वनियाँ हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला से बनी होती हैं। चूंकि तारों और निश्चित लंबाई के वायु स्तंभों के कंपन की प्राकृतिक आवृत्तियां सामंजस्यपूर्ण रूप से संबंधित हैं, कई उपकरणों में मुख्य कंपन तत्व तार और वायु स्तंभ हैं। कुछ अपवादों के साथ (बांसुरी उनमें से एक है), उपकरणों पर एक-आवृत्ति ध्वनि नहीं ली जा सकती। जब मुख्य वाइब्रेटर उत्तेजित होता है, तो ओवरटोन वाली ध्वनि उत्पन्न होती है। कुछ वाइब्रेटर गुंजयमान आवृत्तियाँ हार्मोनिक घटक नहीं हैं। इस तरह के वाद्य (उदाहरण के लिए, ड्रम और झांझ) आर्केस्ट्रा संगीत में विशेष अभिव्यक्ति और लय पर जोर देने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन मेलोडिक विकास के लिए नहीं।

तारवाला बाजा।

अपने आप में, एक कंपन स्ट्रिंग ध्वनि का एक खराब उत्सर्जक है, और इसलिए ध्यान देने योग्य तीव्रता की ध्वनि को उत्तेजित करने के लिए एक तार वाले यंत्र में एक अतिरिक्त गुंजयमान यंत्र होना चाहिए। यह हवा का एक बंद आयतन, एक डेक या दोनों का संयोजन हो सकता है। यंत्र की ध्वनि की प्रकृति भी तार के उत्तेजित होने के तरीके से निर्धारित होती है।

हमने पहले देखा कि लंबाई की एक निश्चित स्ट्रिंग के दोलन की मौलिक आवृत्ति एलद्वारा दिया गया है

कहाँ टीस्ट्रिंग का तन्य बल है, और आर एलस्ट्रिंग की प्रति इकाई लंबाई का द्रव्यमान है। इसलिए, हम आवृत्ति को तीन तरीकों से बदल सकते हैं: लंबाई, तनाव या द्रव्यमान को बदलकर। कई उपकरण समान लंबाई के तारों की एक छोटी संख्या का उपयोग करते हैं, जिनमें से मौलिक आवृत्तियों को तनाव और द्रव्यमान के उचित विकल्प द्वारा निर्धारित किया जाता है। अपनी उंगलियों से डोरी की लंबाई को छोटा करके अन्य आवृत्तियां प्राप्त की जाती हैं।

अन्य उपकरणों, जैसे कि पियानो, में प्रत्येक नोट के लिए कई प्री-ट्यून स्ट्रिंग्स में से एक है। एक पियानो ट्यूनिंग जहां आवृत्ति रेंज बड़ी है, विशेष रूप से कम आवृत्ति क्षेत्र में आसान काम नहीं है। सभी पियानो स्ट्रिंग्स का तनाव बल लगभग समान (लगभग 2 kN) है, और स्ट्रिंग्स की लंबाई और मोटाई को बदलकर आवृत्तियों की विविधता प्राप्त की जाती है।

एक तार वाले वाद्य यंत्र को प्लक (उदाहरण के लिए, वीणा या बैंजो पर), एक झटका (पियानो पर), या धनुष के साथ (वायलिन परिवार के संगीत वाद्ययंत्र के मामले में) उत्तेजित किया जा सकता है। सभी मामलों में, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, हार्मोनिक्स की संख्या और उनका आयाम स्ट्रिंग के उत्साहित होने के तरीके पर निर्भर करता है।

पियानो।

एक उपकरण का एक विशिष्ट उदाहरण जहां एक झटका द्वारा एक स्ट्रिंग का उत्तेजना उत्पन्न होता है वह पियानोफोर्ट है। इंस्ट्रूमेंट का बड़ा साउंडबोर्ड फॉर्मेंट्स की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है, इसलिए किसी भी उत्तेजित नोट के लिए इसकी लय बहुत समान है। मुख्य रूपों की अधिकतमता 400-500 हर्ट्ज के क्रम की आवृत्तियों पर होती है, और कम आवृत्तियों पर स्वर विशेष रूप से हार्मोनिक्स में समृद्ध होते हैं, और मौलिक आवृत्ति का आयाम कुछ ओवरटोन की तुलना में कम होता है। पियानो में, हथौड़ा सबसे छोटे तारों को छोड़कर सभी पर प्रहार करता है और इसके एक छोर से स्ट्रिंग की लंबाई के 1/7 स्थित बिंदु पर पड़ता है। यह आमतौर पर इस तथ्य से समझाया जाता है कि इस मामले में सातवें हार्मोनिक, जो मौलिक आवृत्ति के संबंध में असंगत है, काफी दबा हुआ है। लेकिन मैलियस की परिमित चौड़ाई के कारण, सातवें के पास स्थित अन्य हार्मोनिक्स भी दब जाते हैं।

वायलिन परिवार।

वाद्य यंत्रों के वायलिन परिवार में, एक धनुष द्वारा लंबी ध्वनि उत्पन्न की जाती है, जो स्ट्रिंग पर एक चर ड्राइविंग बल लागू करती है, जो स्ट्रिंग को कंपन करती रहती है। गतिमान धनुष की क्रिया के तहत, तनाव बल में वृद्धि के कारण टूटने तक स्ट्रिंग को घर्षण के कारण किनारे पर खींचा जाता है। अपनी मूल स्थिति में लौटते हुए, इसे फिर से धनुष द्वारा दूर किया जाता है। इस प्रक्रिया को दोहराया जाता है ताकि एक आवधिक बाहरी बल स्ट्रिंग पर कार्य करे।

बढ़ते आकार और घटती आवृत्ति रेंज के क्रम में, मुख्य झुके हुए तार यंत्रों को निम्नानुसार व्यवस्थित किया जाता है: वायलिन, वायोला, सेलो, डबल बास। इन उपकरणों की आवृत्ति स्पेक्ट्रा विशेष रूप से ओवरटोन में समृद्ध होती है, जो निस्संदेह उनकी ध्वनि को एक विशेष गर्मी और अभिव्यंजना देती है। वायलिन परिवार में, कंपन स्ट्रिंग वायु गुहा और उपकरण के शरीर से ध्वनिक रूप से जुड़ा हुआ है, जो मुख्य रूप से फॉर्मेंट्स की संरचना निर्धारित करता है, जो एक बहुत व्यापक आवृत्ति रेंज पर कब्जा कर लेता है। वायलिन परिवार के बड़े प्रतिनिधियों के पास कम आवृत्तियों की ओर स्थानांतरित किए गए फॉर्मेंट्स का एक सेट है। इसलिए, वायलिन परिवार के दो उपकरणों पर लिया गया एक ही नोट ओवरटोन की संरचना में अंतर के कारण एक अलग रंग का रंग प्राप्त करता है।

वायलिन के शरीर के आकार के कारण 500 हर्ट्ज के पास एक स्पष्ट अनुनाद है। जब एक नोट जिसकी आवृत्ति इस मान के करीब होती है, बजाया जाता है, तो "भेड़िया स्वर" नामक एक अवांछित कंपन ध्वनि उत्पन्न हो सकती है। वायलिन शरीर के अंदर वायु गुहा की अपनी गुंजयमान आवृत्तियाँ भी होती हैं, जिनमें से मुख्य 400 हर्ट्ज के पास स्थित होती है। अपने विशेष आकार के कारण, वायलिन में कई निकटवर्ती अनुनाद होते हैं। भेड़िये के स्वर को छोड़कर, वे सभी वास्तव में निकाली गई ध्वनि के सामान्य स्पेक्ट्रम में बाहर नहीं खड़े होते हैं।

हवा उपकरण।

वुडविंड उपकरण।

परिमित लंबाई के बेलनाकार पाइप में हवा के प्राकृतिक कंपन की चर्चा पहले की जा चुकी है। प्राकृतिक आवृत्तियाँ हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला बनाती हैं, जिसकी मूल आवृत्ति पाइप की लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती होती है। वायु स्तंभ के गुंजयमान उत्तेजना के कारण वायु वाद्य यंत्रों में संगीतमय ध्वनियाँ उत्पन्न होती हैं।

वायु कंपन या तो गुंजयमान यंत्र की दीवार के तेज किनारे पर गिरने वाले वायु जेट में कंपन से, या वायु प्रवाह में जीभ की लचीली सतह के कंपन से उत्तेजित होते हैं। दोनों ही मामलों में, उपकरण बैरल के एक स्थानीयकृत क्षेत्र में आवधिक दबाव परिवर्तन होते हैं।

उत्तेजना के इन तरीकों में से पहला "एज टोन" की घटना पर आधारित है। जब हवा की एक धारा स्लॉट से बाहर आती है, एक तेज धार के साथ पच्चर के आकार की बाधा से टूट जाती है, तो भंवर समय-समय पर दिखाई देते हैं - पहले एक तरफ, फिर दूसरी तरफ। उनके गठन की आवृत्ति अधिक होती है, वायु प्रवाह की गति जितनी अधिक होती है। यदि इस तरह के उपकरण को ध्वनिक रूप से एक प्रतिध्वनित वायु स्तंभ से जोड़ा जाता है, तो किनारे की टोन आवृत्ति वायु स्तंभ के गुंजयमान आवृत्ति द्वारा "कब्जा" की जाती है, अर्थात। भंवर गठन की आवृत्ति वायु स्तंभ द्वारा निर्धारित की जाती है। ऐसी परिस्थितियों में, वायु स्तंभ की मुख्य आवृत्ति तभी उत्तेजित होती है जब वायु प्रवाह वेग एक निश्चित न्यूनतम मान से अधिक हो जाता है। इस मान से अधिक गति की एक निश्चित सीमा में, किनारे की टोन की आवृत्ति इस मौलिक आवृत्ति के बराबर होती है। एक और भी उच्च वायु प्रवाह वेग पर (जिस पर गुंजयमान यंत्र के साथ संचार की अनुपस्थिति में धार आवृत्ति गुंजयमान यंत्र के दूसरे हार्मोनिक के बराबर होगी), किनारे की आवृत्ति अचानक दोगुनी हो जाती है और पूरे सिस्टम द्वारा उत्सर्जित पिच बदल जाती है एक सप्तक अधिक होना। इसे अतिप्रवाह कहा जाता है।

एज टोन अंग, बांसुरी और पिकोलो जैसे उपकरणों में वायु स्तंभों को उत्तेजित करते हैं। बाँसुरी बजाते समय, कलाकार किनारे के स्वरों में से एक छोर के पास एक किनारे के छेद में एक ओर से फूंक कर उत्तेजित करता है। "डी" और ऊपर से शुरू होने वाले एक ऑक्टेट के नोट्स, बैरल की प्रभावी लंबाई को बदलकर, साइड छेद खोलकर, सामान्य किनारे के स्वर के साथ प्राप्त किए जाते हैं। उच्च सप्तक अधिक मात्रा में हैं।

वायु यंत्र की ध्वनि को उत्तेजित करने का एक अन्य तरीका एक दोलनशील जीभ द्वारा वायु प्रवाह के आवधिक रुकावट पर आधारित होता है, जिसे ईख कहा जाता है, क्योंकि यह नरकट से बना होता है। इस पद्धति का उपयोग विभिन्न वुडविंड और पीतल के उपकरणों में किया जाता है। एकल रीड के साथ विकल्प हैं (उदाहरण के लिए, शहनाई, सैक्सोफोन और अकॉर्डियन-प्रकार के उपकरणों में) और एक सममित डबल रीड के साथ (जैसे, उदाहरण के लिए, ओबो और बेससून में)। दोनों ही मामलों में, दोलन प्रक्रिया समान है: हवा को एक संकीर्ण अंतराल के माध्यम से उड़ाया जाता है, जिसमें बर्नौली के नियम के अनुसार दबाव कम हो जाता है। उसी समय, बेंत को खाई में खींचा जाता है और इसे ढक दिया जाता है। प्रवाह की अनुपस्थिति में, लोचदार छड़ी सीधी हो जाती है और प्रक्रिया दोहराई जाती है।

वायु वाद्य यंत्रों में, बाँसुरी की तरह, पैमाने के नोटों का चयन साइड के छिद्रों को खोलकर और ओवरब्लो करके किया जाता है।

एक पाइप के विपरीत जो दोनों सिरों पर खुला होता है, जिसमें ओवरटोन का पूरा सेट होता है, एक पाइप जो केवल एक छोर पर खुला होता है, उसमें केवल विषम हार्मोनिक्स होते हैं ( सेमी. उच्च). यह शहनाई का विन्यास है, और इसलिए इसमें हार्मोनिक्स भी कमजोर रूप से व्यक्त किए गए हैं। शहनाई में ओवरब्लोइंग मुख्य की तुलना में 3 गुना अधिक आवृत्ति पर होती है।

ओबाउ में, दूसरा हार्मोनिक काफी तीव्र है। यह शहनाई से इस मायने में भिन्न है कि इसकी बोर का आकार शंक्वाकार होता है, जबकि शहनाई में बोर का क्रॉस सेक्शन इसकी अधिकांश लंबाई पर स्थिर होता है। एक बेलनाकार पाइप की तुलना में एक शंक्वाकार बैरल में आवृत्तियों की गणना करना अधिक कठिन होता है, लेकिन अभी भी ओवरटोन की एक पूरी श्रृंखला है। इस मामले में, एक बंद संकीर्ण अंत के साथ एक शंक्वाकार ट्यूब की दोलन आवृत्तियाँ दोनों सिरों पर खुली एक बेलनाकार ट्यूब की आवृत्ति के समान होती हैं।

पीतल के वायु वाद्य यंत्र।

हॉर्न, ट्रम्पेट, कॉर्नेट-ए-पिस्टन, ट्रॉम्बोन, हॉर्न और टुबा सहित पीतल, होठों से उत्तेजित होते हैं, जिसकी क्रिया, विशेष रूप से आकार के मुखपत्र के संयोजन में, डबल रीड के समान होती है। ध्वनि उत्तेजना के दौरान हवा का दबाव वुडविंड्स की तुलना में यहां बहुत अधिक होता है। पीतल के पवन उपकरण, एक नियम के रूप में, एक बेल के साथ समाप्त होने वाले बेलनाकार और शंक्वाकार वर्गों के साथ एक धातु बैरल हैं। अनुभागों का चयन किया जाता है ताकि हार्मोनिक्स की पूरी श्रृंखला प्रदान की जा सके। बैरल की कुल लंबाई पाइप के लिए 1.8 मीटर से लेकर टब के लिए 5.5 मीटर तक होती है। टबा घोंघे के आकार का है, आसानी से संभालने के लिए, ध्वनिक कारणों से नहीं।

बैरल की एक निश्चित लंबाई के साथ, कलाकार के पास अपने निपटान में केवल बैरल की प्राकृतिक आवृत्तियों द्वारा निर्धारित नोट होते हैं (इसके अलावा, मौलिक आवृत्ति आमतौर पर "नहीं ली जाती है"), और उच्च हार्मोनिक्स मुखपत्र में हवा के दबाव को बढ़ाकर उत्साहित होते हैं। . इस प्रकार, केवल कुछ नोट (दूसरा, तीसरा, चौथा, पांचवां और छठा हार्मोनिक्स) एक निश्चित-लंबाई वाले बिगुल पर बजाया जा सकता है। अन्य पीतल के उपकरणों पर, हार्मोनिक्स के बीच की आवृत्तियों को बैरल की लंबाई में बदलाव के साथ लिया जाता है। ट्रॉम्बोन इस अर्थ में अद्वितीय है, जिसके बैरल की लंबाई को वापस लेने योग्य यू-आकार के पंखों के सुचारू संचलन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। ट्रंक के उत्साहित ओवरटोन में बदलाव के साथ पंखों के सात अलग-अलग पदों द्वारा पूरे पैमाने के नोटों की गणना प्रदान की जाती है। अन्य पीतल के उपकरणों में, यह अलग-अलग लंबाई के तीन पार्श्व चैनलों के साथ और विभिन्न संयोजनों में बैरल की समग्र लंबाई को प्रभावी ढंग से बढ़ाकर प्राप्त किया जाता है। यह सात अलग-अलग बैरल लंबाई देता है। ट्रॉम्बोन की तरह, पूरे पैमाने के स्वर इन सात तने की लंबाई के अनुरूप ओवरटोन की विभिन्न श्रृंखलाओं के उत्तेजना द्वारा बजाए जाते हैं।

सभी पीतल के वाद्ययंत्रों के स्वर हार्मोनिक्स से भरपूर होते हैं। यह मुख्य रूप से एक घंटी की उपस्थिति के कारण होता है, जो उच्च आवृत्तियों पर ध्वनि उत्सर्जन की दक्षता को बढ़ाता है। बिगुल की तुलना में तुरही और हॉर्न को हार्मोनिक्स की अधिक व्यापक श्रेणी में बजाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आई। बाख के कार्यों में एकल तुरही के हिस्से में श्रृंखला के चौथे सप्तक में कई मार्ग शामिल हैं, जो इस उपकरण के 21 वें हार्मोनिक तक पहुंचते हैं।

आघाती अस्त्र।

पर्क्यूशन यंत्र यंत्र के शरीर पर प्रहार करके ध्वनि बनाते हैं और इस तरह इसके मुक्त कंपन को उत्तेजित करते हैं। पियानो से, जिसमें एक झटके से कंपन भी उत्तेजित होता है, ऐसे उपकरण दो तरह से भिन्न होते हैं: एक कंपन शरीर हार्मोनिक ओवरटोन नहीं देता है, और यह स्वयं एक अतिरिक्त गुंजयमान यंत्र के बिना ध्वनि विकीर्ण कर सकता है। तालवाद्य यंत्रों में ड्रम, झांझ, जाइलोफोन और त्रिकोण शामिल हैं।

ठोस पदार्थों के दोलन एक ही आकार के वायु गुंजयमान यंत्र की तुलना में बहुत अधिक जटिल होते हैं, क्योंकि ठोस पदार्थों में अधिक प्रकार के दोलन होते हैं। तो, धातु की छड़ के साथ संपीड़न, झुकने और मरोड़ की तरंगें फैल सकती हैं। इसलिए, एक बेलनाकार छड़ में बहुत अधिक कंपन मोड होते हैं और इसलिए, एक बेलनाकार वायु स्तंभ की तुलना में गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं। इसके अलावा, ये गुंजयमान आवृत्तियाँ एक हार्मोनिक श्रृंखला नहीं बनाती हैं। जाइलोफोन ठोस सलाखों के झुकने वाले कंपन का उपयोग करता है। वाइब्रेटिंग जाइलोफोन बार के मौलिक आवृत्ति के ओवरटोन अनुपात हैं: 2.76, 5.4, 8.9 और 13.3।

एक ट्यूनिंग कांटा एक दोलनशील घुमावदार छड़ है, और इसका मुख्य प्रकार का दोलन तब होता है जब दोनों भुजाएँ एक साथ एक दूसरे के पास आती हैं या एक दूसरे से दूर जाती हैं। ट्यूनिंग फोर्क में ओवरटोन की कोई हार्मोनिक श्रृंखला नहीं होती है, और केवल इसकी मौलिक आवृत्ति का उपयोग किया जाता है। इसके प्रथम अधिस्वर की आवृत्ति मूल आवृत्ति से 6 गुना अधिक होती है।

एक दोलनशील ठोस पिंड का एक अन्य उदाहरण जो संगीतमय ध्वनि उत्पन्न करता है, एक घंटी है। घंटियों के आकार भिन्न हो सकते हैं - एक छोटी घंटी से लेकर बहु-टन चर्च की घंटियाँ। घंटी जितनी बड़ी होगी, उसकी आवाज उतनी ही कम होगी। घंटियों के आकार और अन्य विशेषताओं में उनके सदियों पुराने विकास के क्रम में कई परिवर्तन हुए हैं। बहुत कम उद्यम उनके निर्माण में लगे हुए हैं, जिसके लिए बहुत कौशल की आवश्यकता होती है।

घंटी की प्रारंभिक ओवरटोन श्रृंखला हार्मोनिक नहीं है, और अलग-अलग घंटियों के लिए ओवरटोन अनुपात समान नहीं हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक बड़ी घंटी के लिए, मौलिक आवृत्ति के लिए ओवरटोन आवृत्तियों का मापा अनुपात 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97 और 5.33 था। लेकिन घंटी बजने के तुरंत बाद ओवरटोन पर ऊर्जा का वितरण तेजी से बदलता है, और घंटी का आकार इस तरह से चुना हुआ लगता है कि प्रमुख आवृत्तियाँ एक दूसरे से लगभग हार्मोनिक रूप से संबंधित होती हैं। घंटी की पिच मौलिक आवृत्ति से नहीं, बल्कि उस स्वर से निर्धारित होती है जो हड़ताल के तुरंत बाद प्रभावी होता है। यह लगभग घंटी के पांचवें ओवरटोन से मेल खाता है। कुछ समय बाद, घंटी की आवाज़ में निचले स्वर हावी होने लगते हैं।

ड्रम में, कंपन तत्व एक चमड़े की झिल्ली होती है, जो आमतौर पर गोल होती है, जिसे एक स्ट्रेक्ड स्ट्रिंग के द्वि-आयामी एनालॉग के रूप में माना जा सकता है। संगीत में, ड्रम स्ट्रिंग जितना महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि इसकी प्राकृतिक आवृत्तियों का प्राकृतिक सेट हार्मोनिक नहीं है। अपवाद टिमपनी है, जिसकी झिल्ली एक वायु गुंजयमान यंत्र पर फैली हुई है। ड्रम ओवरटोन अनुक्रम को रेडियल दिशा में सिर की मोटाई बदलकर हार्मोनिक बनाया जा सकता है। ऐसे ड्रम का एक उदाहरण है तबलाशास्त्रीय भारतीय संगीत में प्रयोग किया जाता है।