كميات فيزيائية. نظرية الصوت والصوتيات بلغة واضحة

من الولادة إلى الموت ، نحن في محيط من الأصوات. في المدينة ، نسمع باستمرار أصوات السيارات المتحركة وأحاديث المارة وضوضاء الخلفية. تعمل الأجهزة الكهربائية في المنزل ، ونقوم بتشغيل أجهزة التلفاز والراديو وأجهزة الكمبيوتر. لا يمكنك ملاحظة هذه الأصوات ، لا تلتفت إليها ، لكنها تؤثر على نظرتنا للعالم ورفاهيتنا. عندما نكون ، كما يبدو ، في صمت ، خارج المدينة ، في الطبيعة ، لا تزال الأصوات موجودة من حولنا. أوراق الشجر ، وطنين الحشرات ، وسرقة الخطى على العشب. لا يوجد صمت مطلق على الأرض في الظروف الطبيعية.

من وجهة نظر الفيزياء ، الصوت عبارة عن موجات مرنة تنتشر في وسط وتحدث اهتزازات ميكانيكية فيه. ما الذي يحدد درجة الصوت وأحاسيسنا الأخرى؟

من وجهة نظر فسيولوجية ، يرتبط الصوت بالسمع. وهو مرتبط مباشرة بأعضاء حواسنا.

يمكن أن يكون وسط انتشار الموجات الصوتية هو الهواء والماء والمعادن وغيرها من المواد.

لأن الصوت يوصف بنفس المعلمات مثل أي موجة. هذه هي التردد ، الطول الموجي ، السعة ، متجه الموجة (الاتجاه) ، السرعة.

يسمع الشخص أصواتًا في نطاق من 15 هرتز إلى 20000 هرتز. النطاق تحت مستوى السمع يسمى بالموجات فوق الصوتية ، فوق المستوى وحتى 1 جيجاهرتز يسمى الموجات فوق الصوتية. فوق 1 جيجاهرتز مفرط الصوت.

يقذف

طبقة الصوت هي إحساس شخصي للشخص. نسمع كل الأصوات على مقياس من منخفض إلى مرتفع. ما الذي يحدد درجة الصوت؟ بشكل رئيسي على تردد الموجة الصوتية. لكن إدراك الطول يتأثر أيضًا بكدته. عند الشدة العالية ، تبدو الأصوات أقل.

وحدة قياس الملعب هي الطباشير. يتم توزيع الطباشير على المقياس على فترات يُنظر إليها بصوت مسموع على أنها متساوية.

لقد وجد العلماء أنه إذا لعبت نبضات قصيرة بفاصل 5 مللي ثانية ، فسيتم إدراكها باستمرار عن طريق الأذن.

مثل أي معلومات من حواسنا ، تتم معالجة المعلومات الصوتية بواسطة الدماغ. ضع في اعتبارك ما يعتمد عليه تردد الصوت. إن ما يسمى بتأثير شيبرد معروف. مقياس يخلق الوهم بوجود نغمة صاعدة أو متناقصة باستمرار ، على الرغم من أنه لا شيء يتغير في الواقع. يتم تحقيق ذلك عن طريق تراكب الموجات الصوتية في أوكتافات (مضاعفات التردد). تم استخدام هذا التأثير بشكل حدسي من قبل باخ ورافيل وشوبان.

نغمات الصوت

النغمة المعقدة هي صوت عدة ترددات في وقت واحد. يمكن تشغيل نغمة بسيطة باستخدام مولد إشارة صوتية أو بشوكة رنانة. يتم إنشاء نغمة معقدة بواسطة الآلات الموسيقية والصوت البشري. يتكون طيف النغمة المعقدة من تردد أساسي والعديد من التوافقيات الإضافية ، ما يسمى بالإيحاءات. ما الذي يحدد درجة الصوت والصوت نفسه؟ يعتمد ذلك على التردد الأساسي للنغمة. لكن الشدة تؤثر أيضًا على تصور الملعب. كلما زادت شدة الصوت ، بدا الصوت أقل.

حجم الصوت

يميز حجم الصوت مستوى الإحساس بالصوت. ما الذي يحدد حجم ونغمة الصوت؟ إن إدراك جهارة الصوت هو شعور ذاتي ويعتمد على شدة الصوت وعلى العمر والجنس والعرق وظروف الاستماع. يوصف قانون ويبر-فيشنر الفيزيائي النفسي الإحساس بالصوت. وفقًا لهذا القانون ، إذا زادت شدة الصوت بشكل كبير ، فإن الإحساس بصوت عالٍ - في الحساب. (الاعتماد اللوغاريتمي). ما الذي يحدد الحجم ومن أسباب متنوعة. تبدو طبقة الصوت أقل عند زيادة الصوت. بالنسبة لأي شخص ، تبدو الترددات المنخفضة والعالية دائمًا أكثر هدوءًا من الترددات المتوسطة.

جرس الصوت

يتم تحديد الجرس ، وتعطي النغمات (توافقيات التردد الأساسي) لونًا للطيف. يضيفون تلوينًا عاطفيًا إلى أي صوت. ما الذي يحدد درجة الصوت وجرسه؟ يعتمدون على تصميم ومواد الآلات الموسيقية وخصائص صوت الإنسان. تضفي النغمات العديدة الناتجة عن الصوت تفردًا.

كان لكل من آلات الكمان الشهيرة Stradivarius جرس فريد من نوعه. تم تحديد ذلك من خلال شكل الرنان ونوع الخشب وحتى ورنيش الطلاء.

يعتقد البعض أن الإدراك الخاص للإنسان للصوت ساهم في بقائه في العصور القديمة. لتحليل الضوضاء الخارجية ، كان من الضروري فهم ما تعتمد عليه درجة الصوت ، أو عزل أصوات حيوان مفترس زاحف عن كتلة الضوضاء أو ترددات الصوت ، أو سماع اقتراب بعض الكوارث الطبيعية في الوقت المناسب.

الآن أصبح من الممكن تجميع أي أصوات ومعالجة التسجيلات الصوتية الموجودة لتحقيق التأثير المطلوب. ولكن بالعودة إلى الأيام الأولى للتسجيل ، تم إنشاء مجموعات صوتية. مثال على هذا التأثير هو صرخة طرزان الشهيرة ، التي تم إنشاؤها بشكل مصطنع في عام 1932.

الصوتيات المعمارية

ما الذي يحدد درجة الصوت؟ بالطبع من الغرفة التي يحدث فيها.

كان هذا معروفًا في العصور القديمة ، حيث تم بناء المعابد مع مراعاة العناصر الصوتية ، وقد تم تطوير التبرير النظري لها لاحقًا. هذا هو الشكل الصوتي للقباب والأصداف الصوتية.

18 فبراير 2016

عالم الترفيه المنزلي متنوع للغاية ويمكن أن يشمل: مشاهدة فيلم على نظام مسرح منزلي جيد ؛ اللعب الممتع والإدمان أو الاستماع إلى الموسيقى. كقاعدة عامة ، يجد كل شخص شيئًا خاصًا به في هذه المنطقة ، أو يجمع كل شيء مرة واحدة. ولكن بغض النظر عن أهداف الشخص في تنظيم وقت فراغه وبغض النظر عن التطرف الذي يذهب إليه ، فإن كل هذه الروابط مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بكلمة واحدة بسيطة ومفهومة - "الصوت". في الواقع ، في كل هذه الحالات ، سوف يقودنا المقبض من خلال الموسيقى التصويرية. لكن هذا السؤال ليس بهذه البساطة والتافهة ، خاصة في الحالات التي توجد فيها رغبة في تحقيق صوت عالي الجودة في غرفة أو في أي ظروف أخرى. للقيام بذلك ، ليس من الضروري دائمًا شراء مكونات hi-fi أو hi-end باهظة الثمن (على الرغم من أنها ستكون مفيدة للغاية) ، ولكن المعرفة الجيدة بالنظرية الفيزيائية كافية ، والتي يمكن أن تقضي على معظم المشاكل التي تنشأ للجميع الذي يسعى للحصول على تمثيل صوتي عالي الجودة.

بعد ذلك ، سيتم النظر في نظرية الصوت والصوتيات من وجهة نظر الفيزياء. في هذه الحالة ، سأحاول جعله متاحًا قدر الإمكان لفهم أي شخص ربما يكون بعيدًا عن معرفة القوانين الفيزيائية أو الصيغ ، لكنه مع ذلك يحلم بشغف بتحقيق حلم إنشاء صوت مثالي النظام. لا أفترض أن ادعي أنه لتحقيق نتائج جيدة في هذا المجال في المنزل (أو في السيارة ، على سبيل المثال) ، فأنت بحاجة إلى معرفة هذه النظريات جيدًا ، ومع ذلك ، فإن فهم الأساسيات سيتجنب العديد من الأخطاء الغبية والعبثية ، فضلاً عن السماح يمكنك تحقيق أقصى قدر من التأثير الصوتي من النظام.أي مستوى.

نظرية الصوت العامة والمصطلحات الموسيقية

ما هو يبدو؟ هذا هو الإحساس الذي يدركه الجهاز السمعي. "أذن"(الظاهرة نفسها موجودة حتى بدون مشاركة "الأذن" في العملية ، ولكن من السهل فهمها بهذه الطريقة) ، والتي تحدث عندما تثير موجة صوتية طبلة الأذن. تعمل الأذن في هذه الحالة "كمستقبل" للموجات الصوتية ذات الترددات المختلفة.
موجة صوتيةإنها ، في الواقع ، سلسلة متسلسلة من الأختام والتفريغ للوسط (غالبًا بيئة الهواء في ظل الظروف العادية) بترددات مختلفة. طبيعة الموجات الصوتية متذبذبة ، تسببها وتنتجها اهتزازات أي أجسام. يمكن ظهور وانتشار الموجة الصوتية الكلاسيكية في ثلاث وسائط مرنة: غازية ، سائلة وصلبة. عندما تحدث موجة صوتية في أحد هذه الأنواع من الفضاء ، فإن بعض التغييرات تحدث حتمًا في الوسط نفسه ، على سبيل المثال ، تغيير في كثافة الهواء أو ضغطه ، وحركة جسيمات الكتل الهوائية ، إلخ.

نظرًا لأن الموجة الصوتية لها طبيعة متذبذبة ، فإنها تتمتع بخاصية التردد. تكراريقاس بالهرتز (تكريما للفيزيائي الألماني هاينريش رودولف هيرتز) ، ويشير إلى عدد الاهتزازات خلال فترة زمنية تساوي ثانية واحدة. أولئك. على سبيل المثال ، يعني التردد 20 هرتز دورة من 20 ذبذبة في ثانية واحدة. يعتمد المفهوم الذاتي لارتفاعه أيضًا على تردد الصوت. كلما زاد عدد الاهتزازات الصوتية في الثانية ، كلما بدا الصوت "أعلى". للموجة الصوتية أيضًا خاصية مهمة أخرى لها اسم - الطول الموجي. الطول الموجيمن المعتاد مراعاة المسافة التي يقطعها صوت تردد معين في فترة تساوي ثانية واحدة. على سبيل المثال ، يبلغ الطول الموجي لأقل صوت في النطاق المسموع البشري عند 20 هرتز 16.5 مترًا ، ويبلغ الطول الموجي لأعلى صوت عند 20000 هرتز 1.7 سم.

تم تصميم الأذن البشرية بطريقة تجعلها قادرة على إدراك الموجات في نطاق محدود فقط ، حوالي 20 هرتز - 20000 هرتز (اعتمادًا على خصائص شخص معين ، يمكن لشخص ما أن يسمع أكثر قليلاً ، شخص أقل) . وبالتالي ، فإن هذا لا يعني أن الأصوات الموجودة أسفل أو أعلى من هذه الترددات غير موجودة ، فهي ببساطة لا تدركها الأذن البشرية ، وتتجاوز النطاق المسموع. يسمى الصوت فوق النطاق المسموع الموجات فوق الصوتية، الصوت تحت النطاق المسموع يسمى دون صوت. بعض الحيوانات قادرة على إدراك الأصوات فوق والأشعة تحت الحمراء ، حتى أن البعض يستخدم هذا النطاق للتوجيه في الفضاء (الخفافيش والدلافين). إذا مر الصوت عبر وسيط لا يتلامس مباشرة مع عضو السمع البشري ، فقد لا يُسمع مثل هذا الصوت أو يضعف كثيرًا لاحقًا.

في المصطلحات الموسيقية للصوت ، هناك تسميات مهمة مثل الأوكتاف والنغمة ونغمة الصوت. اوكتافتعني الفترة التي تكون فيها نسبة الترددات بين الأصوات من 1 إلى 2. عادةً ما يكون الأوكتاف مسموعًا جدًا ، بينما يمكن أن تكون الأصوات ضمن هذه الفترة متشابهة جدًا مع بعضها البعض. يمكن أيضًا تسمية الأوكتاف بصوت يصدر ضعف عدد الاهتزازات مثل صوت آخر في نفس الفترة الزمنية. على سبيل المثال ، تردد 800 هرتز ليس سوى أوكتاف أعلى من 400 هرتز ، وتردد 400 هرتز هو بدوره أوكتاف الصوت التالي بتردد 200 هرتز. يتكون الأوكتاف من النغمات والنغمات. الاهتزازات المتغيرة في الموجة الصوتية التوافقية ذات التردد الواحد تدركها الأذن البشرية على أنها نغمة موسيقية. يمكن تفسير الاهتزازات عالية التردد على أنها أصوات عالية النبرة ، واهتزازات منخفضة التردد كأصوات منخفضة النبرة. تستطيع الأذن البشرية تمييز الأصوات بوضوح باختلاف نغمة واحدة (في نطاق يصل إلى 4000 هرتز). على الرغم من ذلك ، يتم استخدام عدد قليل جدًا من النغمات في الموسيقى. يفسر هذا من اعتبارات مبدأ التوافق التوافقي ، كل شيء يعتمد على مبدأ الأوكتافات.

تأمل نظرية النغمات الموسيقية باستخدام مثال وتر مشدود بطريقة معينة. مثل هذا الخيط ، اعتمادًا على قوة الشد ، سيتم "ضبطه" على تردد معين. عندما يتعرض هذا الوتر لشيء ما بقوة معينة ، مما يؤدي إلى اهتزازه ، ستتم ملاحظة نغمة واحدة محددة من الصوت بشكل ثابت ، وسنسمع تردد التوليف المطلوب. يسمى هذا الصوت النغمة الأساسية. بالنسبة للنغمة الرئيسية في المجال الموسيقي ، فإن تردد النوتة الموسيقية "la" لأول أوكتاف ، يساوي 440 هرتز ، مقبول رسميًا. ومع ذلك ، فإن معظم الآلات الموسيقية لا تعيد إنتاج نغمات أساسية نقية بمفردها ؛ فهي مصحوبة حتما بنغمات تسمى النغمات. هنا من المناسب أن نتذكر تعريفًا مهمًا للصوتيات الموسيقية ، مفهوم جرس الصوت. طابع الصوت- هذه ميزة من سمات الأصوات الموسيقية التي تمنح الآلات الموسيقية والأصوات خصوصيتها الفريدة التي يمكن التعرف عليها من الصوت ، حتى عند مقارنة الأصوات من نفس الدرجة والجهارة. يعتمد جرس كل آلة موسيقية على توزيع الطاقة الصوتية على النغمات في لحظة ظهور الصوت.

تشكل النغمات الصوتية لونًا محددًا للنغمة الأساسية ، حيث يمكننا بسهولة التعرف على أداة معينة والتعرف عليها ، وكذلك التمييز بوضوح بين صوتها وأداة أخرى. هناك نوعان من الدلالات: متناسق وغير متناسق. النغمات التوافقيةهي ، بالتعريف ، مضاعفات التردد الأساسي. على العكس من ذلك ، إذا كانت النغمات ليست مضاعفات وتنحرف بشكل ملحوظ عن القيم ، فيتم تسميتها غير منسجم. في الموسيقى ، يتم استبعاد عملية النغمات غير المتعددة عمليًا ، وبالتالي يتم تقليل المصطلح إلى مفهوم "overtone" ، أي التوافقية. بالنسبة لبعض الآلات ، على سبيل المثال ، البيانو ، فإن النغمة الرئيسية ليس لديها وقت لتشكيلها ، في فترة قصيرة تزداد الطاقة الصوتية للنغمات ، ثم يحدث الانخفاض بنفس السرعة. تخلق العديد من الأدوات ما يسمى بتأثير "النغمة الانتقالية" ، عندما تكون طاقة نغمات معينة في الحد الأقصى في وقت معين ، عادةً في البداية ، ولكن بعد ذلك تتغير فجأة وتتحرك إلى نغمات أخرى. يمكن النظر في نطاق التردد لكل أداة على حدة وعادة ما يكون مقيدًا بترددات النغمات الأساسية التي يمكن لهذا الجهاز المعين إعادة إنتاجها.

في نظرية الصوت يوجد أيضًا شيء مثل الضوضاء. ضوضاء- هذا هو أي صوت يتم إنشاؤه بواسطة مجموعة من المصادر غير المتوافقة مع بعضها البعض. يدرك الجميع جيدًا ضوضاء أوراق الأشجار ، التي تتمايل بفعل الرياح ، وما إلى ذلك.

ما الذي يحدد حجم الصوت؟من الواضح أن هذه الظاهرة تعتمد بشكل مباشر على كمية الطاقة التي تحملها الموجة الصوتية. لتحديد المؤشرات الكمية لجهارة الصوت ، هناك مفهوم - شدة الصوت. شدة الصوتيتم تعريفه على أنه تدفق الطاقة الذي يمر عبر مساحة معينة من الفضاء (على سبيل المثال ، سم 2) لكل وحدة زمنية (على سبيل المثال ، في الثانية). في محادثة عادية ، تكون الشدة حوالي 9 أو 10 واط / سم 2. الأذن البشرية قادرة على إدراك الأصوات بنطاق واسع إلى حد ما من الحساسية ، في حين أن حساسية الترددات ليست موحدة داخل الطيف الصوتي. لذا فإن أفضل نطاق تردد محسوس هو 1000 هرتز - 4000 هرتز ، والذي يغطي على نطاق واسع الكلام البشري.

نظرًا لأن الأصوات تتفاوت كثيرًا في شدتها ، فمن الأنسب التفكير فيها كقيمة لوغاريتمية وقياسها بالديسيبل (بعد العالم الاسكتلندي ألكسندر جراهام بيل). الحد الأدنى لحساسية السمع للأذن البشرية هو 0 ديسيبل ، والعليا 120 ديسيبل ، ويسمى أيضًا "عتبة الألم". لا تدرك الأذن البشرية أيضًا الحد الأعلى للحساسية بنفس الطريقة ، ولكنها تعتمد على التردد المحدد. يجب أن يكون للأصوات ذات التردد المنخفض شدة أكبر بكثير من الترددات العالية من أجل استنباط عتبة الألم. على سبيل المثال ، تحدث عتبة الألم عند تردد منخفض يبلغ 31.5 هرتز عند مستوى شدة صوت يبلغ 135 ديسيبل ، عندما يظهر الإحساس بالألم بالفعل عند تردد 2000 هرتز عند 112 ديسيبل. هناك أيضًا مفهوم ضغط الصوت ، والذي يوسع في الواقع التفسير المعتاد لانتشار الموجة الصوتية في الهواء. ضغط الصوت- هذا هو الضغط الزائد المتغير الذي يحدث في وسط مرن نتيجة مرور موجة صوتية خلاله.

طبيعة موجة الصوت

لفهم نظام توليد الموجات الصوتية بشكل أفضل ، تخيل مكبر صوت كلاسيكي موجود في أنبوب مملوء بالهواء. إذا قام مكبر الصوت بحركة أمامية حادة ، فسيتم ضغط الهواء الموجود في المنطقة المجاورة مباشرة للناشر للحظة. بعد ذلك ، سوف يتمدد الهواء ، وبالتالي يتم دفع منطقة الهواء المضغوط على طول الأنبوب.
هذه الحركة الموجية هي التي ستصبح الصوت لاحقًا عندما تصل إلى العضو السمعي و "تثير" طبلة الأذن. عندما تحدث موجة صوتية في الغاز ، يتم إنشاء ضغط وكثافة زائدين ، وتتحرك الجسيمات بسرعة ثابتة. فيما يتعلق بالموجات الصوتية ، من المهم أن نتذكر حقيقة أن المادة لا تتحرك جنبًا إلى جنب مع الموجة الصوتية ، ولكن يحدث اضطراب مؤقت في الكتل الهوائية.

إذا تخيلنا مكبسًا معلقًا في مساحة خالية على زنبرك ويقوم بحركات متكررة "للأمام والخلف" ، فإن هذه التذبذبات ستسمى متناسقة أو جيبية (إذا كنا نمثل الموجة في شكل رسم بياني ، فعندئذ في هذه الحالة نحصل على موجة جيبية نقية مع صعود وهبوط متكرر). إذا تخيلنا مكبر صوت في أنبوب (كما في المثال الموصوف أعلاه) ، يقوم بأداء اهتزازات توافقية ، ففي اللحظة التي يتحرك فيها السماعة "للأمام" ، يتم الحصول على التأثير المعروف بالفعل لضغط الهواء ، وعندما يتحرك السماعة "للخلف" ، يتم الحصول على التأثير العكسي للخلخلة. في هذه الحالة ، تنتشر موجة من الضغط المتناوب والخلخلة عبر الأنبوب. سيتم استدعاء المسافة على طول الأنبوب بين الحدود القصوى أو الصغرى المجاورة (المراحل) الطول الموجي. إذا كانت الجسيمات تتأرجح بالتوازي مع اتجاه انتشار الموجة ، فإن الموجة تسمى طولي. إذا كانت تتأرجح بشكل عمودي على اتجاه الانتشار ، فإن الموجة تسمى مستعرض. عادةً ما تكون الموجات الصوتية في الغازات والسوائل طولية ، بينما في المواد الصلبة ، يمكن أن تحدث موجات من كلا النوعين. تنشأ الموجات المستعرضة في المواد الصلبة بسبب مقاومة تغير الشكل. الفرق الرئيسي بين هذين النوعين من الموجات هو أن الموجة المستعرضة لها خاصية الاستقطاب (تحدث التذبذبات في مستوى معين) ، بينما الموجة الطولية ليست كذلك.

سرعة الصوت

تعتمد سرعة الصوت بشكل مباشر على خصائص الوسط الذي ينتشر فيه. يتم تحديده (تابع) من خلال خاصيتين للوسيط: مرونة وكثافة المادة. تعتمد سرعة الصوت في المواد الصلبة ، على التوالي ، بشكل مباشر على نوع المادة وخصائصها. تعتمد السرعة في الوسائط الغازية على نوع واحد فقط من التشوه المتوسط: الانضغاط - الخلخلة. يحدث التغيير في الضغط في الموجة الصوتية دون تبادل حراري مع الجسيمات المحيطة ويسمى ثابت الحرارة.
تعتمد سرعة الصوت في الغاز بشكل أساسي على درجة الحرارة - فهي تزداد مع زيادة درجة الحرارة وتنخفض مع تناقصها. أيضًا ، تعتمد سرعة الصوت في الوسط الغازي على حجم وكتلة جزيئات الغاز نفسها - فكلما كانت كتلة الجزيئات وحجمها أصغر ، زادت "موصلية" الموجة وزادت السرعة على التوالي.

في الوسائط السائلة والصلبة ، يتشابه مبدأ الانتشار وسرعة الصوت مع كيفية انتشار الموجة في الهواء: عن طريق تفريغ الضغط. ولكن في هذه الوسائط ، بالإضافة إلى نفس الاعتماد على درجة الحرارة ، فإن كثافة الوسط وتكوينه / هيكله مهمة جدًا. كلما انخفضت كثافة المادة ، زادت سرعة الصوت والعكس صحيح. يعتبر الاعتماد على تركيبة الوسيط أكثر تعقيدًا ويتم تحديده في كل حالة محددة ، مع مراعاة موقع وتفاعل الجزيئات / الذرات.

سرعة الصوت في الهواء عند t ، درجة مئوية 20: 343 م / ث
سرعة الصوت في الماء المقطر عند درجة حرارة 20: 1481 م / ث
سرعة الصوت في الفولاذ عند درجة حرارة 20: 5000 م / ث

الموجات الدائمة والتدخل

عندما يخلق مكبر صوت موجات صوتية في مكان ضيق ، فإن تأثير انعكاس الموجة من الحدود يحدث حتمًا. نتيجة لذلك ، في أغلب الأحيان تأثير التدخل- عند تراكب موجتين صوتيتين أو أكثر على بعضهما البعض. من الحالات الخاصة لظاهرة التداخل تشكيل: 1) موجات نابضة أو 2) موجات واقفة. إيقاع الأمواج- هذا هو الحال عندما يكون هناك إضافة موجات ذات ترددات واتساعات متقاربة. نمط حدوث النبضات: عندما يتم فرض موجتين متشابهتين في التردد على بعضهما البعض. في وقت ما ، مع مثل هذا التداخل ، قد تتزامن قمم السعة "في الطور" ، وقد تتزامن أيضًا فترات الانكماش في "الطور المضاد". هذه هي الطريقة التي تتميز بها دقات الصوت. من المهم أن نتذكر أنه على عكس الموجات الواقفة ، فإن مصادفات الطور للقمم لا تحدث باستمرار ، ولكن في فترات زمنية معينة. عن طريق الأذن ، يختلف هذا النمط من الضربات بشكل واضح ، ويُسمع على أنه زيادة دورية وانخفاض في الحجم ، على التوالي. آلية حدوث هذا التأثير بسيطة للغاية: في لحظة تزامن القمم ، يزداد الحجم ، في لحظة تزامن فترات الركود ، ينخفض ​​الحجم.

الموجات الموقوفهتنشأ في حالة تراكب موجتين لهما نفس السعة والطور والتردد ، عندما "تلتقي" هذه الموجات ، تتحرك إحداهما في الاتجاه الأمامي والأخرى في الاتجاه المعاكس. في منطقة الفضاء (حيث تشكلت موجة واقفة) ، تظهر صورة تراكب لاثنين من سعات التردد ، مع الحد الأقصى المتناوب (ما يسمى بالعقد العكسية) والحد الأدنى (ما يسمى بالعقد). عندما تحدث هذه الظاهرة ، فإن معامل التردد والطور والتوهين للموجة في مكان الانعكاس مهم للغاية. على عكس الموجات المتنقلة ، لا يوجد نقل للطاقة في الموجة الواقفة بسبب حقيقة أن الموجات الأمامية والخلفية التي تشكل هذه الموجة تحمل الطاقة بكميات متساوية في الاتجاهين الأمامي والمعاكس. لفهم مرئي لحدوث الموجة الواقفة ، دعنا نتخيل مثالًا من الصوتيات المنزلية. لنفترض أن لدينا مكبرات صوت ثابتة على الأرض في مساحة محدودة (غرفة). بعد جعلهم يلعبون بعض الأغاني مع الكثير من الجهير ، دعونا نحاول تغيير موقع المستمع في الغرفة. وهكذا ، فإن المستمع ، بعد دخوله منطقة الحد الأدنى (الطرح) للموجة الواقفة ، سيشعر بتأثير أن الجهير أصبح صغيرًا جدًا ، وإذا دخل المستمع منطقة الحد الأقصى (الإضافة) للترددات ، فعكس ذلك تم الحصول على تأثير زيادة معنوية في منطقة الجهير. في هذه الحالة ، لوحظ التأثير في جميع أوكتافات التردد الأساسي. على سبيل المثال ، إذا كان التردد الأساسي هو 440 هرتز ، فسيتم أيضًا ملاحظة ظاهرة "الجمع" أو "الطرح" عند ترددات 880 هرتز ، 1760 هرتز ، 3520 هرتز ، إلخ.

ظاهرة الرنين

معظم المواد الصلبة لها تردد الرنين الخاص بها. لفهم هذا التأثير بسيط للغاية في مثال الأنبوب التقليدي ، يفتح فقط من طرف واحد. دعنا نتخيل موقفًا حيث يتم توصيل مكبر صوت من الطرف الآخر للأنبوب ، والذي يمكنه تشغيل تردد واحد ثابت ، ويمكن أيضًا تغييره لاحقًا. الآن ، الأنبوب له تردد طنين خاص به ، بعبارات بسيطة ، هذا هو التردد الذي يرن فيه الأنبوب أو يصدر صوته الخاص. إذا تزامن تردد السماعة (نتيجة الضبط) مع تردد الرنين للأنبوب ، فسيكون هناك تأثير لزيادة الصوت عدة مرات. وذلك لأن مكبر الصوت يثير اهتزازات عمود الهواء في الأنبوب بسعة كبيرة حتى يتم العثور على نفس "تردد الرنين" ويحدث تأثير الإضافة. يمكن وصف الظاهرة الناتجة على النحو التالي: الأنبوب في هذا المثال "يساعد" المتحدث عن طريق الرنين بتردد معين ، وتضيف جهودهم و "تصب" في تأثير صوتي عالٍ. في مثال الآلات الموسيقية ، يمكن تتبع هذه الظاهرة بسهولة ، لأن تصميم الأغلبية يحتوي على عناصر تسمى الرنانات. ليس من الصعب تخمين ما يخدم الغرض من تضخيم تردد معين أو نغمة موسيقية. على سبيل المثال: جسم جيتار به مرنان على شكل ثقب يتوافق مع الحجم ؛ تصميم الأنبوب في الفلوت (وجميع الأنابيب بشكل عام) ؛ الشكل الأسطواني لجسم الأسطوانة ، والذي هو في حد ذاته مرنان بتردد معين.

الطيف الترددي للصوت والاستجابة الترددية

نظرًا لعدم وجود موجات من نفس التردد عمليًا ، يصبح من الضروري تحليل الطيف الصوتي بأكمله للمدى المسموع إلى نغمات إيحائية أو التوافقيات. لهذه الأغراض ، توجد رسوم بيانية تعرض اعتماد الطاقة النسبية لاهتزازات الصوت على التردد. يسمى هذا الرسم البياني بالرسم البياني لطيف التردد الصوتي. طيف تردد الصوتهناك نوعان: منفصل ومستمر. يعرض مخطط الطيف المنفصل الترددات بشكل فردي ، مفصولة بمسافات فارغة. في الطيف المستمر ، توجد جميع ترددات الصوت مرة واحدة.
في حالة الموسيقى أو الصوتيات ، غالبًا ما يتم استخدام الجدول الزمني المعتاد. خصائص الذروة إلى التردد(يختصر "AFC"). يوضح هذا الرسم البياني اعتماد اتساع اهتزازات الصوت على التردد في جميع أنحاء طيف التردد بأكمله (20 هرتز - 20 كيلو هرتز). بالنظر إلى مثل هذا الرسم البياني ، من السهل فهم ، على سبيل المثال ، نقاط القوة أو الضعف في مكبر صوت معين أو نظام مكبر صوت معين ككل ، وأقوى مناطق عودة الطاقة ، وانخفاض التردد والارتفاع ، والتوهين ، وكذلك تتبع شدة الانحدار.

انتشار الموجات الصوتية والمرحلة والطور المضاد

تحدث عملية انتشار الموجات الصوتية في جميع الاتجاهات من المصدر. أبسط مثال لفهم هذه الظاهرة: إلقاء حصاة في الماء.
من مكان سقوط الحجر ، تبدأ الموجات بالتباعد على سطح الماء في كل الاتجاهات. ومع ذلك ، دعونا نتخيل موقفًا يستخدم مكبر صوت بمستوى صوت معين ، دعنا نقول صندوقًا مغلقًا ، متصل بمكبر للصوت ويقوم بتشغيل نوع من الإشارات الموسيقية. من السهل ملاحظة (خاصة إذا أعطيت إشارة قوية منخفضة التردد ، مثل أسطوانة الجهير) ، أن السماعة تقوم بحركة سريعة "للأمام" ، ثم نفس الحركة السريعة "للخلف". يبقى أن نفهم أنه عندما يتحرك المتحدث إلى الأمام ، فإنه يصدر موجة صوتية نسمعها بعد ذلك. لكن ماذا يحدث عندما يتحرك المتحدث للخلف؟ ولكن من المفارقات ، أن نفس الشيء يحدث ، حيث يصدر المتحدث الصوت نفسه ، وينتشر فقط في مثالنا بالكامل داخل حجم الصندوق ، دون تجاوزه (الصندوق مغلق). بشكل عام ، في المثال أعلاه ، يمكن للمرء أن يلاحظ الكثير من الظواهر الفيزيائية المثيرة للاهتمام ، وأهمها مفهوم المرحلة.

الموجة الصوتية التي يشعها مكبر الصوت في اتجاه المستمع - "في الطور". الموجة العكسية ، التي تدخل في حجم الصندوق ، ستكون في المقابل طورًا مضادًا. يبقى فقط لفهم ما تعنيه هذه المفاهيم؟ مرحلة الإشارة- هذا هو مستوى ضغط الصوت في الوقت الحالي في نقطة ما في الفضاء. يمكن فهم المرحلة بسهولة أكبر من خلال مثال تشغيل مادة موسيقية بواسطة زوج من مكبرات الصوت المنزلية التقليدية المثبتة على الأرض. دعنا نتخيل أن اثنين من مكبرات الصوت المثبتة على الأرض مثبتة في غرفة معينة واللعب. يقوم كلا مكبري الصوت في هذه الحالة بإعادة إنتاج إشارة ضغط صوت متغير متزامن ، علاوة على ذلك ، يتم إضافة ضغط الصوت لأحد السماعات إلى ضغط الصوت للسماعة الأخرى. يحدث تأثير مماثل بسبب تزامن إعادة إنتاج إشارة مكبرات الصوت اليمنى واليسرى ، على التوالي ، بمعنى آخر ، تتزامن قمم ووديان الموجات المنبعثة من مكبرات الصوت اليمنى واليسرى.

الآن دعونا نتخيل أن ضغوط الصوت لا تزال تتغير بنفس الطريقة (لم تتغير) ، لكنها الآن معاكسة لبعضها البعض. يمكن أن يحدث هذا إذا قمت بتوصيل أحد مكبري الصوت في قطبية عكسية (كبل "+" من مكبر الصوت إلى الطرف "-" في نظام السماعات ، وكبل "-" من مكبر الصوت إلى الطرف "+" الخاص بمكبر الصوت النظام). في هذه الحالة ، ستسبب الإشارة المعاكسة للاتجاه اختلافًا في الضغط ، والذي يمكن تمثيله كأرقام على النحو التالي: سيخلق السماعة اليسرى ضغطًا قدره "1 باسكال" ، وسيخلق السماعة اليمنى ضغط "ناقص 1 باسكال ". نتيجة لذلك ، سيكون إجمالي حجم الصوت في موضع المستمع مساويًا للصفر. هذه الظاهرة تسمى الطور المضاد. إذا أخذنا في الاعتبار المثال بمزيد من التفصيل لفهمه ، فقد اتضح أن ديناميكيتين تلعبان "في الطور" تخلقان نفس مناطق ضغط الهواء والخلخلة ، والتي تساعد بعضها البعض في الواقع. في حالة الطور المضاد المثالي ، فإن منطقة ضغط الفضاء الجوي التي تم إنشاؤها بواسطة مكبر صوت واحد ستكون مصحوبة بمنطقة خلخلة في الفضاء الجوي تم إنشاؤها بواسطة مكبر الصوت الثاني. يبدو تقريبًا مثل ظاهرة التخميد المتزامن المتبادل للموجات. صحيح ، من الناحية العملية ، لا ينخفض ​​مستوى الصوت إلى الصفر ، وسنسمع صوتًا مشوهًا ومضعفًا بشدة.

بالطريقة الأكثر سهولة ، يمكن وصف هذه الظاهرة على النحو التالي: إشارتان لهما نفس التذبذبات (التردد) ، لكن تم تغييرهما في الوقت المناسب. في ضوء ذلك ، من الأنسب تمثيل ظاهرة الإزاحة هذه باستخدام مثال الساعات الدائرية العادية. لنتخيل أن عدة ساعات دائرية متطابقة معلقة على الحائط. عندما تعمل العقارب الثانية لهذه الساعات بشكل متزامن ، 30 ثانية على إحدى الساعات و 30 ثانية على الأخرى ، فهذا مثال على إشارة في الطور. إذا كان عقرب الثواني يعملان بإزاحة ، لكن السرعة لا تزال كما هي ، على سبيل المثال ، في ساعة واحدة لمدة 30 ثانية ، وفي الساعات الأربع والعشرين الأخرى ، فهذا مثال كلاسيكي على تحول الطور (التحول). بالطريقة نفسها ، تقاس المرحلة بالدرجات ، داخل دائرة افتراضية. في هذه الحالة ، عندما يتم إزاحة الإشارات بالنسبة لبعضها البعض بمقدار 180 درجة (نصف الفترة) ، يتم الحصول على طور مضاد كلاسيكي. في كثير من الأحيان في الممارسة العملية ، هناك تحولات طفيفة في الطور ، والتي يمكن أيضًا تحديدها بالدرجات وإزالتها بنجاح.

الموجات مسطحة وكروية. تنتشر واجهة الموجة المسطحة في اتجاه واحد فقط ونادرًا ما تتم مواجهتها في الممارسة العملية. واجهة الموجة الكروية هي نوع بسيط من الموجات التي تشع من نقطة واحدة وتنتشر في جميع الاتجاهات. الموجات الصوتية لها خاصية الانحراف، بمعنى آخر. القدرة على تجنب العقبات والأشياء. تعتمد درجة الغلاف على نسبة طول الموجة الصوتية إلى أبعاد العائق أو الثقب. يحدث الانعراج أيضًا عند وجود عائق في مسار الصوت. في هذه الحالة ، هناك سيناريوهان محتملان: 1) إذا كانت أبعاد العائق أكبر بكثير من الطول الموجي ، فإن الصوت ينعكس أو يمتص (اعتمادًا على درجة امتصاص المادة ، وسمك العائق ، إلخ. ) ، وتتشكل منطقة "الظل الصوتي" خلف العائق. 2) إذا كانت أبعاد العائق قابلة للمقارنة مع الطول الموجي أو حتى أقل منه ، فإن الصوت ينحرف إلى حد ما في جميع الاتجاهات. إذا اصطدمت موجة صوتية ، عند التحرك في وسيط واحد ، بالواجهة مع وسيط آخر (على سبيل المثال ، وسط هواء به وسط صلب) ، فقد تظهر ثلاثة سيناريوهات: 1) ستنعكس الموجة من الواجهة 2) الموجة يمكن أن تمر إلى وسط آخر دون تغيير الاتجاه 3) يمكن أن تمر الموجة إلى وسط آخر مع تغيير الاتجاه عند الحد ، وهذا ما يسمى "انكسار الموجة".

تسمى نسبة الضغط الزائد لموجة صوتية إلى السرعة الحجمية المتذبذبة بمقاومة الموجة. بكلمات بسيطة ، مقاومة الموجة للوسطيمكن تسميتها بالقدرة على امتصاص الموجات الصوتية أو "مقاومتها". تعتمد معاملات الانعكاس والانتقال بشكل مباشر على نسبة الممانعات الموجية للوسيطتين. تكون مقاومة الموجة في وسط غاز أقل بكثير من مقاومة الماء أو المواد الصلبة. لذلك ، إذا حدثت موجة صوتية في الهواء على جسم صلب أو على سطح المياه العميقة ، فإن الصوت إما ينعكس من السطح أو يُمتص إلى حد كبير. يعتمد ذلك على سمك السطح (الماء أو الصلب) الذي تسقط عليه الموجة الصوتية المرغوبة. مع سماكة منخفضة لوسط صلب أو سائل ، فإن الموجات الصوتية "تمر" بشكل كامل تقريبًا ، والعكس صحيح ، مع سماكة الوسط الكبيرة ، تنعكس الموجات في كثير من الأحيان. في حالة انعكاس الموجات الصوتية ، تحدث هذه العملية وفقًا لقانون فيزيائي معروف: "زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس". في هذه الحالة ، عندما تصطدم موجة من وسيط ذي كثافة منخفضة بالحد بمتوسط ​​كثافة أعلى ، تحدث الظاهرة الانكسار. يتكون من ثني (انكسار) موجة صوتية بعد "لقاء" مع عائق ، ويكون بالضرورة مصحوبًا بتغيير في السرعة. يعتمد الانكسار أيضًا على درجة حرارة الوسط الذي يحدث فيه الانعكاس.

في عملية انتشار الموجات الصوتية في الفضاء ، تقل شدتها حتمًا ، يمكننا القول توهين الموجات وضعف الصوت. من الناحية العملية ، من السهل جدًا مواجهة مثل هذا التأثير: على سبيل المثال ، إذا كان شخصان يقفان في حقل على مسافة قريبة (متر أو أقرب) ويبدآن التحدث مع بعضهما البعض. إذا قمت بعد ذلك بزيادة المسافة بين الأشخاص (إذا بدأوا في الابتعاد عن بعضهم البعض) ، فإن نفس المستوى من حجم المحادثة سيصبح أقل وأقل سماعًا. مثال مشابه يوضح بوضوح ظاهرة تقليل شدة الموجات الصوتية. لماذا يحدث هذا؟ والسبب في ذلك هو العمليات المختلفة لنقل الحرارة والتفاعل الجزيئي والاحتكاك الداخلي للموجات الصوتية. في أغلب الأحيان ، يحدث تحويل الطاقة الصوتية إلى طاقة حرارية. تنشأ مثل هذه العمليات حتماً في أي من وسائط انتشار الصوت الثلاثة ويمكن وصفها بأنها امتصاص الموجات الصوتية.

تعتمد شدة ودرجة امتصاص الموجات الصوتية على العديد من العوامل ، مثل الضغط ودرجة حرارة الوسط. يعتمد الامتصاص أيضًا على التردد المحدد للصوت. عندما تنتشر الموجة الصوتية في السوائل أو الغازات ، يكون هناك تأثير للاحتكاك بين الجسيمات المختلفة ، وهو ما يسمى اللزوجة. نتيجة لهذا الاحتكاك على المستوى الجزيئي ، تحدث عملية تحول الموجة من الصوت إلى الحرارة. بمعنى آخر ، كلما زادت الموصلية الحرارية للوسط ، انخفضت درجة امتصاص الموجة. يعتمد امتصاص الصوت في الوسائط الغازية أيضًا على الضغط (يتغير الضغط الجوي مع زيادة الارتفاع بالنسبة إلى مستوى سطح البحر). أما بالنسبة لاعتماد درجة الامتصاص على تردد الصوت ، فبالنظر إلى التبعيات المذكورة أعلاه من اللزوجة والتوصيل الحراري ، يكون امتصاص الصوت أعلى ، وكلما زاد تردده. على سبيل المثال ، عند درجة الحرارة العادية والضغط ، في الهواء ، يكون امتصاص موجة بتردد 5000 هرتز 3 ديسيبل / كم ، وامتصاص موجة بتردد 50000 هرتز سيكون بالفعل 300 ديسيبل / م.

في الوسائط الصلبة ، يتم الحفاظ على جميع التبعيات المذكورة أعلاه (التوصيل الحراري واللزوجة) ، ولكن تمت إضافة بعض الشروط الأخرى إلى ذلك. ترتبط بالتركيب الجزيئي للمواد الصلبة ، والتي يمكن أن تكون مختلفة ، مع عدم تجانسها. اعتمادًا على هذا التركيب الجزيئي الصلب الداخلي ، يمكن أن يكون امتصاص الموجات الصوتية في هذه الحالة مختلفًا ، ويعتمد على نوع مادة معينة. عندما يمر الصوت عبر جسم صلب ، تخضع الموجة لسلسلة من التحولات والتشوهات ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى تشتت الطاقة الصوتية وامتصاصها. على المستوى الجزيئي ، يمكن أن يحدث تأثير الاضطرابات ، عندما تتسبب الموجة الصوتية في إزاحة الطائرات الذرية ، والتي تعود بعد ذلك إلى موقعها الأصلي. أو أن حركة الخلع تؤدي إلى تصادم مع الاضطرابات المتعامدة عليها أو عيوب في التركيب البلوري مما يؤدي إلى تباطؤها وبالتالي امتصاص بعض الموجات الصوتية. ومع ذلك ، قد يتردد صدى الموجة الصوتية أيضًا مع هذه العيوب ، مما يؤدي إلى تشويه الموجة الأصلية. تتشتت طاقة الموجة الصوتية في لحظة التفاعل مع عناصر التركيب الجزيئي للمادة نتيجة لعمليات الاحتكاك الداخلي.

سأحاول في هذا المقال تحليل سمات الإدراك السمعي البشري وبعض التفاصيل الدقيقة وخصائص انتشار الصوت.

تميز طبقة الصوت طبقة الأصوات التي تنطقها ويتم تحديدها من خلال اهتزاز التردد في حنجرتك. بالنسبة للصوت العالي ، يكون تردد الاهتزاز العالي أمرًا نموذجيًا ، وللصوت المنخفض ، على التوالي ، تردد اهتزاز منخفض.

أحد الشروط المهمة للحصول على صوت غير رتيب هو القدرة على تغطية أوكتاف على الأقل ، أي أربع ملاحظات فوق الوسط وأربع ملاحظات أدناه. إذا كنت تعتز بطموح أن تصبح مشهورًا من خلال لعب أدوار في مسرحيات شكسبير (وما هو الممثل الذي لا يعتز بها ؟!) ، فأنت بحاجة إلى تعلم تغطية اثنين على الأقل ، وأفضل الأوكتافات الثلاثة في مجموعتك.

مقدار

إذا كانت هناك ميكروفونات ، فلن تحتاج إلى التحدث بصوت عالٍ ، حيث قد ينفد مؤشر مستوى الصوت. إذا كان المحاور الخاص بك يعاني من صعوبة في السمع قليلاً ، فلا تنس أن الحجم وحده لا يكفي. لكي يسمعك مثل هذا الشخص ، هناك حاجة أيضًا إلى الرنين.

المسموعية

تعتمد سماع كلامك على الغرفة التي تتحدث فيها وعلى من تريد أن ينقل خطابك. صوت كامل وفاخر مسموع تمامًا في جميع أركان كل غرفة. لا داعي للضغط على صوتك في أرجاء الغرفة. يجب أن يكون أساس صوتك هو الحجاب الحاجز. أدخل الكثير من الهواء إلى رئتيك للتحكم في صوتك.

سماع الصوت لا يعتمد على مستوى الصوت. ليس من الضروري مطلقًا التحدث بصوت عالٍ ونغمات مرتفعة. سماع الصوت هو القدرة على تطبيق جميع مبادئ التحكم الصوتي الصحيح بحيث ينتشر صوتك الطبيعي بالتساوي ويسمع جيدًا.

طابع الصوت

يتيح لك Timbre التعرف على الأصوات المختلفة عن طريق الأذن. على سبيل المثال ، ستميز دائمًا صوت المغني أو الممثل الشهير ، وتميز بسهولة صوت طفل بين أصوات البالغين.

تعبير

لكي يصبح خطابك معبرًا ، حاول أن تتخيل ما تقوم بالإبلاغ عنه. قم بصب ملاحظة حية في نطقك ، في أصوات صوتك ؛ أضف إحساسًا ولونًا إلى كلامك.

في الحياة اليومية ، يكون كلامك غنيًا بالألوان في محادثة غير رسمية. اجعل مهارات التحدث أمام الجمهور تنبض بالحياة. إذا لم يكن هذا سهلاً بالنسبة لك ، فحاول تسجيل محادثة فردية مع صديق جيد. حاول أن تنسى أن المسجل قيد التشغيل. في وقت لاحق ، عندما تكون بمفردك ، استمع إلى التسجيل ولاحظ الأماكن في المحادثة حيث أحببت بشكل خاص التعبير عن خطابك ، ولا تنسَ أيضًا ما لم يعجبك.

تدرب على تلاوة القصائد والمسرحيات الدرامية ، وتعلم التعرف على التعبير الضروري عن طريق الأذن.

تذكر أنه يجب إرخاء أي تعبير أولاً. تجنب المسرحية والتصنيع في خطاباتك.

تتميز نبرة الصوت بنبرة الصوت واهتزازه وتعديله. يبرز الصوت الجميل بتحولات طفيفة في النغمة. التنغيم هو "صعود" و "هبوط" الصوت. الرتابة ممل للأذن ، حيث تطبق النغمة الثابتة نفس الدرجة. بعض الناس لا يتعرفون على الاختلاف في نبرة الصوت. ومع ذلك ، من خلال تغيير النغمة ، يمكنك تغيير معنى الكلمات تمامًا.

>> الفيزياء: الجهارة والنبرة. صدى صوت

تعتمد الأحاسيس السمعية التي تسببها الأصوات المختلفة فينا إلى حد كبير على سعة الموجة الصوتية وترددها. السعة والتردد هما الخصائص الفيزيائية للموجة الصوتية. تتوافق هذه الخصائص الفيزيائية مع بعض الخصائص الفسيولوجية المرتبطة بإدراكنا للصوت. هذه الخصائص الفسيولوجية هي الجهارة والنبرة.

مقداريتم تحديد الصوت من خلال اتساعها: السعة أكبر ترددفي الموجة الصوتية ، يرتفع الصوت. لذلك ، عندما تتحلل اهتزازات الشوكة الرنانة ، جنبًا إلى جنب مع السعة ، ينخفض ​​حجم الصوت أيضًا. والعكس صحيح ، بضرب الشوكة الرنانة بقوة وبالتالي زيادة سعة اهتزازاتها ، فإننا نتسبب أيضًا في ارتفاع الصوت.

يعتمد ارتفاع الصوت أيضًا على مدى حساسية الأذن لهذا الصوت. تعتبر الأذن البشرية أكثر حساسية للموجات الصوتية بتردد 1-5 كيلو هرتز.

بقياس الطاقة التي تحملها موجة صوتية في ثانية واحدة عبر سطح مساحته 1 م 2 ، نجد كمية تسمى شدة الصوت.

اتضح أن شدة أعلى الأصوات (التي يوجد عندها إحساس بالألم) تفوق شدة أضعف الأصوات المتاحة للإدراك البشري. 10 تريليون مرة! بهذا المعنى ، تبين أن الأذن البشرية هي جهاز أكثر تقدمًا من أي من أدوات القياس المعتادة. لا يمكن لأي منهم قياس مثل هذا النطاق الواسع من القيم (بالنسبة للأدوات ، نادرًا ما يتجاوز 100).

وحدة الجهارة تسمى ينام(من اللاتينية "sonus" - الصوت). يبلغ حجم المحادثة المكتومة حلمًا واحدًا. دقات الساعة تتميز بصوت عالٍ يبلغ حوالي 0.1 ابن. محادثة عادية - حلمان ، صوت آلة كاتبة - 4 حلم ، ضوضاء شارع عالية - 8 حلم. في متجر الحداد ، يصل الحجم إلى 64 ولداً ، وعلى مسافة 4 أمتار من محرك نفاث يعمل - 256 ولداً. حتى الأصوات الأعلى تبدأ في التسبب في الألم.
يمكن زيادة حجم الصوت البشري بواسطة مكبر الصوت. إنه قرن مخروطي الشكل متصل بفم المتحدث (الشكل 54). يحدث تضخيم الصوت في هذه الحالة بسبب تركيز الصوت المنبعث طاقةفي اتجاه محور القرن. يمكن تحقيق زيادة أكبر في الحجم باستخدام مكبر صوت كهربائي ، يتم توصيل قرنه بميكروفون ومضخم ترانزستور خاص.

يمكن أيضًا استخدام البوق لتضخيم الصوت المستقبَل. للقيام بذلك ، يجب أن تعلق على الأذن. في الأيام الخوالي (عندما لم تكن هناك أجهزة سمعية خاصة) ، غالبًا ما كان يستخدمها الأشخاص ضعاف السمع.

كما تم استخدام الأبواق في الأجهزة الأولى المصممة لتسجيل الصوت وإعادة إنتاجه.

ميكانيكياخترع T. Edison (الولايات المتحدة الأمريكية) التسجيل الصوتي في عام 1877. تم استدعاء الجهاز الذي صممه الفونوغراف. أرسل أحد الفونوغرافات الخاصة به (الشكل 55) إلى L.N. تولستوي.

الأجزاء الرئيسية للفونوغراف عبارة عن أسطوانة 1 مغطاة بورق قصدير وغشاء 2 متصل بإبرة ياقوت. تسببت الموجة الصوتية ، التي تعمل من خلال القرن الموجود على الغشاء ، في تأرجح الإبرة ثم بقوة أكبر ، ثم ضغطها برفق في الرقاقة. عندما تم تدوير المقبض ، لم يتم تدوير الأسطوانة (التي كان محورها خيطًا) فحسب ، بل تتحرك أيضًا في اتجاه أفقي. في هذه الحالة ، ظهر أخدود حلزوني ذو عمق متغير على الرقاقة. لسماع الصوت المسجل ، تم وضع الإبرة في بداية الأخدود وتم تدوير الأسطوانة مرة أخرى.

بعد ذلك ، تم استبدال الأسطوانة الدوارة في الفونوغراف بلوحة دائرية مسطحة ، وبدأ الشق الموجود عليها في شكل لولب ملفوف. هذه هي الطريقة التي ولدت بها أسطوانات الجراموفون.

بالإضافة إلى الجهارة ، يتميز الصوت بالارتفاع. ارتفاعيتم تحديد الصوت بتردده: كلما زاد تردد التذبذب في الموجة الصوتية ، ارتفع الصوت. الاهتزازات منخفضة التردد تتوافق مع الأصوات المنخفضة ، والاهتزازات عالية التردد تتوافق مع الأصوات العالية.

لذلك ، على سبيل المثال ، ترفرف النحلة الطنانة بجناحيها أثناء الطيران بتردد أقل من البعوض: في النحلة الطنانة تكون 220 ضربة في الثانية ، وفي البعوضة - 500-600. لذلك ، فإن طيران النحلة يكون مصحوبًا بصوت منخفض (أزيز) ، ويرافق طيران البعوض صوت مرتفع (صرير).

تسمى أيضًا الموجة الصوتية بتردد معين نغمة موسيقية.لذلك ، غالبًا ما يشار إلى الملعب باسم الملعب.
النغمة الرئيسية مع "اختلاط" عدة تذبذبات من أشكال ترددات أخرى صوت موسيقي. على سبيل المثال ، يمكن أن تشتمل أصوات الكمان والبيانو على ما يصل إلى 15-20 اهتزازًا مختلفًا. يعتمد تكوين كل صوت معقد على صوته طابع الصوت.

تكرار الاهتزازات الحرةالخيط يعتمد على حجمه والتوتر. لذلك ، من خلال شد أوتار الجيتار بمساعدة الأوتاد والضغط عليها في رقبة الجيتار في أماكن مختلفة ، سنغير ترددها الطبيعي ، وبالتالي درجة الأصوات التي تصدرها.

يوضح الجدول 5 ترددات الاهتزاز في أصوات الآلات الموسيقية المختلفة.

يمكن العثور على نطاقات التردد المقابلة لأصوات المطربين والمطربين في الجدول 6.


في الكلام العادي ، هناك تقلبات في صوت الرجل بتردد 100 إلى 7000 هرتز ، وفي صوت المرأة - من 200 إلى 9000 هرتز. تعتبر اهتزازات التردد الأعلى جزءًا من صوت الحرف الساكن.

تعتمد طبيعة إدراك الصوت إلى حد كبير على تصميم الغرفة التي يُسمع فيها الكلام أو الموسيقى. ويفسر ذلك حقيقة أن المستمع في الغرف المغلقة يدرك ، بالإضافة إلى الصوت المباشر ، أيضًا سلسلة مستمرة من التكرارات التي تتبع بعضها البعض بسرعة ، بسبب انعكاسات متعددة للصوت من الأشياء الموجودة في الغرفة والجدران والسقف والأرضية.

تسمى الزيادة في مدة الصوت الناتجة عن انعكاساته من مختلف العوائق صدى. الصدى رائع في الغرف الفارغة حيث يؤدي إلى الازدهار. على العكس من ذلك ، فإن الغرف ذات الجدران المنجدة ، والستائر ، والستائر ، والأثاث المنجد ، والسجاد ، وكذلك الغرف المليئة بالناس تمتص الصوت جيدًا ، وبالتالي فإن الصدى فيها لا يكاد يذكر.

يفسر انعكاس الصوت أيضًا صدى الصوت. صدى صوت- هذه موجات صوتية تنعكس من بعض العوائق (أبنية ، تلال ، غابات ، إلخ) وتعود إلى مصدرها. إذا وصلت إلينا الموجات الصوتية ، وانعكست على التوالي من عدة عوائق وفصلت بفاصل زمني t> 50-60 مللي ثانية ، فسيحدث صدى متعدد. اكتسبت بعض هذه الأصداء شهرة عالمية. لذلك ، على سبيل المثال ، تنتشر الصخور على شكل دائرة بالقرب من Adersbach في جمهورية التشيك ، في مكان معين كرر 7 مقاطع لفظية ثلاث مرات ، وفي قلعة Woodstock في إنجلترا ، يكرر الصدى بوضوح 17 مقطعًا!

يرتبط اسم "echo" باسم حورية الجبل Echo ، التي كانت ، وفقًا للأساطير اليونانية القديمة ، تحب نرجس بلا مقابل. من الشوق إلى حبيبها جف صدى وتحجرت ، ولم يبق منها إلا صوت قادر على ترديد نهايات الكلمات في حضرتها.

؟؟؟ 1. ما يتم تحديده الصوتيبدو؟ 2. ما اسم وحدة الجهارة؟ 3. لماذا ، بعد ضرب الشوكة الرنانة بالمطرقة ، يصبح صوتها أهدأ وأهدأ تدريجيًا؟ 4. ما الذي يحدد درجة الصوت؟ 5. مم "يتكون" الصوت الموسيقي؟ 6. ما هو الصدى؟ 7. حدثنا عن مبدأ الفونوغراف اديسون.

S.V. جروموف ، ن. الوطن الأم ، الفيزياء للصف الثامن

مقدم من القراء من مواقع الإنترنت

دروس الفيزياء ، برامج الفيزياء ، مقالات الفيزياء ، اختبارات الفيزياء ، دورة فيزياءكتب الفيزياء الفيزياء في المدرسة، تطوير دروس الفيزياء ، تقويم التخطيط الموضوعي في الفيزياء