Vala zanore: formula, vetitë. Burimet e valëve të zërit

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Një valë zanore është një proces valor që ndodh në media të gazta, të lëngshme dhe të ngurta, të cilat, kur arrijnë në organet e dëgjimit të njeriut, perceptohen prej tyre si zë. Frekuenca e këtyre valëve qëndron në intervalin nga 20 deri në 20,000 lëkundje në sekondë. Ne japim formula për një valë zanore dhe shqyrtojmë vetitë e saj më në detaje.

Pse ka një valë zanore?

Shumë njerëz pyesin se çfarë është një valë zanore. Natyra e zërit qëndron në shfaqjen e trazirave në një mjedis elastik. Për shembull, kur një shqetësim presioni në formën e ngjeshjes ndodh në një vëllim të caktuar ajri, kjo zonë tenton të përhapet në hapësirë. Ky proces çon në ngjeshjen e ajrit në zonat ngjitur me burimin, të cilat gjithashtu priren të zgjerohen. Ky proces mbulon gjithnjë e më shumë hapësirën derisa të arrijë një marrës, për shembull, tek veshi i njeriut.

Karakteristikat e përgjithshme të valëve të zërit

Le të shqyrtojmë se çfarë është një valë zanore dhe si perceptohet nga veshi i njeriut. Vala zanoreështë gjatësore, kur hyn në guaskën e veshit shkakton dridhje të daulles së veshit me një frekuencë dhe amplitudë të caktuar. Ju gjithashtu mund t'i përfaqësoni këto luhatje si ndryshime periodike të presionit në mikrovolumin e ajrit ngjitur me membranën. Së pari, rritet në raport me presionin normal atmosferik, dhe më pas zvogëlohet, duke iu bindur ligjeve matematikore të lëvizjes harmonike. Amplituda e ndryshimeve në kompresimin e ajrit, domethënë diferenca midis presionit maksimal ose minimal të krijuar nga një valë zanore, me presionin atmosferik, është proporcionale me amplituda e vetë valës së zërit.

Shumë eksperimente fizike kanë treguar se presioni maksimal që veshi i njeriut mund të perceptojë pa e dëmtuar atë është 2800 µN/cm². Për krahasim, le të themi se presioni atmosferik pranë sipërfaqes së tokës është 10 milion µN/cm^{2. Duke marrë parasysh proporcionalitetin e presionit dhe amplitudës së lëkundjes, mund të themi se vlera e fundit është e parëndësishme edhe për valët më të forta. Nëse flasim për gjatësinë e një valë zanore, atëherë për një frekuencë prej 1000 dridhjesh në sekondë, do të jetë një e mijtë e centimetrit.}

Tingujt më të dobët krijojnë luhatje presioni të rendit prej 0,001µN/cm², amplituda përkatëse e lëkundjes së valës për një frekuencë prej 1000 Hz është 10^{- 9}cm, ndërsa diametri mesatar i molekulave të ajrit është 10^{-8 cm, domethënë veshi i njeriut është një organ jashtëzakonisht i ndjeshëm.}

Koncepti i intensitetit të valëve të zërit

Me gjeometrikeNga pikëpamja e një valë zanore, është një dridhje e një forme të caktuar, nga pikëpamja fizike, vetia kryesore e valëve të zërit është aftësia e tyre për të transferuar energji. Shembulli më i rëndësishëm i transferimit të energjisë valore është dielli, valët elektromagnetike të rrezatuara të të cilit sigurojnë energji për të gjithë planetin tonë.

Intensiteti i një valë zanore në fizikë përcaktohet si sasia e energjisë së bartur nga një valë përmes një njësie sipërfaqeje, e cila është pingul me përhapjen e valës dhe për njësi të kohës. Shkurtimisht, intensiteti i një valë është fuqia e saj e transferuar përmes një zone njësi.

Forca e valëve të zërit zakonisht matet në decibel, të cilat bazohen në një shkallë logaritmike, të përshtatshme për analizën praktike të rezultateve.

Intensiteti i tingujve të ndryshëm

Shkalla e mëposhtme e decibelit jep një ide për kuptimin e intensiteteve të ndryshme të zërit dhe ndjesitë që shkakton:

pragu për ndjesi të pakëndshme dhe të pakëndshme fillon në 120 decibel (dB);
çekiçi me thumba prodhon zhurmë 95 dB;
treni me shpejtësi të lartë - 90 dB;
rrugë e trafikut - 70 dB;
volumi i një bisede normale midis njerëzve është 65 dB;
Makina moderne që lëviz me shpejtësi mesatare gjeneron zhurmë 50 dB;
volumi mesatar i radios - 40 dB;
bisedë e qetë - 20 dB;
zhurma e gjetheve të pemëve - 10 dB;
Pragu minimal i ndjeshmërisë së zërit të njeriut është afër 0 dB.

Ndjeshmëria e veshit të njeriut varet ngafrekuenca e zërit dhe është vlera maksimale për valët e zërit me frekuencë 2000-3000 Hz. Për një tingull në këtë interval frekuence, pragu më i ulët i ndjeshmërisë njerëzore është 10-5 dB. Frekuencat më të larta dhe më të ulëta se intervali i specifikuar çojnë në një rritje të pragut më të ulët të ndjeshmërisë në atë mënyrë që një person dëgjon frekuenca afër 20 Hz dhe 20,000 Hz vetëm në intensitetin e tyre prej disa dhjetëra dB.

Sa i përket pragut të sipërm të intensitetit, pas së cilës tingulli fillon të shkaktojë bezdi për një person dhe madje edhe dhimbje, duhet thënë se praktikisht nuk varet nga frekuenca dhe shtrihet në intervalin 110-130 dB..

Karakteristikat gjeometrike të valës së zërit

Një valë e vërtetë zanore është një paketë komplekse osciluese e valëve gjatësore, të cilat mund të zbërthehen në dridhje të thjeshta harmonike. Çdo lëkundje e tillë përshkruhet nga një këndvështrim gjeometrik nga karakteristikat e mëposhtme:

Amplitudë - devijimi maksimal i çdo seksioni të valës nga ekuilibri. Për këtë vlerë, emërtimi A.
Periudha. Kjo është koha që i duhet një valë e thjeshtë për të përfunduar lëkundjen e saj të plotë. Pas kësaj kohe, çdo pikë e valës fillon të përsërisë procesin e saj oscilues. Periudha zakonisht shënohet me shkronjën T dhe matet në sekonda në sistemin SI.
Frekuenca. Kjo është një sasi fizike që tregon se sa lëkundje bën një valë e caktuar në sekondë. Kjo do të thotë, në kuptimin e saj, është një vlerë e kundërt me periudhën. Shënohet me shkronjën latine f. Për frekuencën e një valë zanore, formula për përcaktimin e saj përmes një periode është si më poshtë: f=1/T.
Gjatësia e një vale është distanca që përshkon në një periudhë lëkundjeje. Gjeometrikisht, gjatësia e valës është distanca midis dy maksimumeve më të afërta ose dy minimaleve më të afërta në një kurbë sinusoidale. Gjatësia e lëkundjes së një valë zanore është distanca midis zonave më të afërta të ngjeshjes së ajrit ose vendeve më të afërta të rrallimit të saj në hapësirën ku lëviz vala. Zakonisht shënohet me shkronjën greke λ.
Shpejtësia e përhapjes së valës së zërit është distanca në të cilën zona e ngjeshjes ose zona e rrallimit të valës përhapet për njësi të kohës. Kjo vlerë shënohet me shkronjën v. Për shpejtësinë e valës së zërit, formula është: v=λf.

Gjeometria e një vale të pastër zanore, domethënë e një vale me pastërti konstante, i bindet një ligji sinusoidal. Në rastin e përgjithshëm, formula e një vale zanore është: y=Asin(ωt), ku y është vlera e koordinatës së një pike të caktuar të valës, t është koha, ω=2pif është frekuenca e lëkundjeve ciklike.

Tingull periodik

Shumë burime tingulli mund të konsiderohen periodike, për shembull, tingulli nga instrumentet muzikore si kitara, piano, flauti, por ka edhe një numër të madh tingujsh në natyrë që janë aperiodikë, domethënë ndryshojnë dridhjet e zërit. frekuenca dhe forma e tyre në hapësirë. Teknikisht, ky lloj tingulli quhet zhurmë. të ndritshmeShembuj të tingullit aperiodik janë zhurma urbane, tingulli i detit, tingujt nga instrumentet me goditje, si daulle, dhe të tjera.

Medium për përhapjen e zërit

Ndryshe nga rrezatimi elektromagnetik, fotonet e të cilit nuk kanë nevojë për asnjë mjet material për përhapjen e tyre, natyra e tingullit është e tillë që nevojitet një medium i caktuar për përhapjen e tij, domethënë, sipas ligjeve të fizikës, valët e zërit nuk mund të përhapet në vakum.

Tingulli mund të udhëtojë përmes gazeve, lëngjeve dhe trupave të ngurtë. Karakteristikat kryesore të një valë zanore që përhapet në një medium janë si më poshtë:

vala përhapet në mënyrë lineare;
përhapet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet në një mjedis homogjen, domethënë, zëri ndryshon nga burimi, duke formuar një sipërfaqe të përsosur sferike.
pavarësisht nga amplituda dhe frekuenca e zërit, valët e tij përhapen me të njëjtën shpejtësi në një mjedis të caktuar.

Shpejtësia e valëve të zërit në media të ndryshme

Shpejtësia e përhapjes së zërit varet nga dy faktorë kryesorë: mjedisi në të cilin lëviz vala dhe temperatura. Në përgjithësi, zbatohet rregulli i mëposhtëm: sa më i dendur të jetë mediumi dhe sa më e lartë të jetë temperatura e tij, aq më shpejt zëri lëviz në të.

Për shembull, shpejtësia e përhapjes së një valë zanore në ajër pranë sipërfaqes së tokës në një temperaturë prej 20 ℃ dhe një lagështi prej 50% është 1235 km/h ose 343 m/s. Në ujë në një temperaturë të caktuar, zëri udhëton 4.5 herë më shpejtka rreth 5735 km/h ose 1600 m/s. Sa i përket varësisë së shpejtësisë së zërit nga temperatura në ajër, ajo rritet me 0,6 m/s me një rritje të temperaturës për çdo gradë Celsius.

Timbri dhe toni

Nëse një varg ose pllakë metalike lejohet të dridhet lirshëm, do të prodhojë tinguj të frekuencave të ndryshme. Është shumë e rrallë të gjesh një trup që do të lëshonte një tingull të një frekuence të caktuar, zakonisht tingulli i një objekti ka një grup frekuencash në një interval të caktuar.

Timbri i një tingulli përcaktohet nga numri i harmonikëve të pranishëm në të dhe intensiteti i tyre përkatës. Timbri është një vlerë subjektive, domethënë është perceptimi i një objekti që tingëllon nga një person specifik. Timbri zakonisht karakterizohet nga mbiemrat e mëposhtëm: i lartë, i shkëlqyeshëm, i zëshëm, melodik, e kështu me radhë.

Toni është një ndjesi zëri që e lejon atë të klasifikohet si i lartë ose i ulët. Kjo vlerë është gjithashtu subjektive dhe nuk mund të matet me asnjë instrument. Toni shoqërohet me një sasi objektive - frekuencën e një valë zanore, por nuk ka asnjë lidhje të qartë midis tyre. Për shembull, për një tingull me një frekuencë të vetme me intensitet konstant, toni rritet ndërsa frekuenca rritet. Nëse frekuenca e zërit mbetet konstante, por intensiteti i tij rritet, atëherë toni bëhet më i ulët.

Forma e burimeve të zërit

Sipas formës së trupit që lëkundet mekanikisht dhe në këtë mënyrë gjeneron zë, ekzistojnë tre lloje kryesore të burimeve të valëve të zërit:

Burimi i pikës. Ai prodhon valë zanore që kanë formë sferike dhe prishen me shpejtësi me distancën nga burimi (afërsisht 6 dB nëse distanca nga burimi dyfishohet).
Burimi i linjës. Krijon valë cilindrike, intensiteti i të cilave zvogëlohet më ngadalë sesa nga një burim pikësor (për çdo dyfishim të distancës nga burimi, intensiteti zvogëlohet me 3 dB).
Një burim i sheshtë ose dydimensional. Ai gjeneron valë vetëm në një drejtim të caktuar. Një shembull i një burimi të tillë do të ishte një pistoni që lëviz në një cilindër.

Burimet elektronike të zërit

Për të krijuar një valë zanore, burimet elektronike përdorin një membranë të veçantë (altoparlant), i cili kryen dridhje mekanike për shkak të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Këto burime përfshijnë sa vijon: