Για να δημιουργήσει διαφορετικούς μουσικούς τόνους σε πνευστά, όπως το κλαρίνο που φαίνεται στην εικόνα, ο μουσικός αρχίζει να φυσά στο επιστόμιο και ταυτόχρονα να πιέζει τους μοχλούς της βαλβίδας για να ανοίξει ορισμένες τρύπες στο πλευρικό τοίχωμα του οργάνου. Ανοίγοντας τις τρύπες, ο μουσικός αλλάζει το μήκος του στάσιμου κύματος, που καθορίζεται από το μήκος της στήλης αέρα μέσα στο όργανο, και έτσι αυξάνει ή μειώνει τον τόνο.

Όταν παίζει πνευστά, όπως τρομπέτα ή τούμπα, ο μουσικός φράζει εν μέρει το τμήμα διέλευσης του κουδουνιού και προσαρμόζει τη θέση των βαλβίδων, αλλάζοντας έτσι το μήκος της στήλης αέρα.

Σε ένα τρομπόνι, η στήλη αέρα ρυθμίζεται μετακινώντας ένα συρόμενο καμπύλο γόνατο. Οι τρύπες στους τοίχους των απλούστερων πνευστών, όπως το φλάουτο και το πίκολο, καλύπτονται με δάχτυλα για να αποκτήσουν παρόμοιο αποτέλεσμα.

Από τις πιο παλιές δημιουργίες

Η εκλεπτυσμένη κατασκευή του κλαρινέτου που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα οφείλει την προέλευσή της στους ακατέργαστους σωλήνες από μπαμπού και τα πρωτόγονα φλάουτα, τα οποία θεωρούνται τα πρώτα όργανα που δημιούργησε ο άνθρωπος στην αυγή του πολιτισμού. Τα παλαιότερα πνευστά προηγήθηκαν των έγχορδων οργάνων κατά αρκετές χιλιετίες. Το κουδούνι στο ανοιχτό άκρο του κλαρίνου επιτρέπει τη δυναμική αλληλεπίδραση των ηχητικών κυμάτων με τον περιβάλλοντα αέρα.

Η λεπτή γλώσσα στο επιστόμιο του κλαρινέτου (εικόνα πάνω) ταλαντώνεται καθώς ο αέρας ρέει σε αυτό. Οι δονήσεις διαδίδονται ως κύματα συμπίεσης κατά μήκος του σωλήνα οργάνων.

Τηλεσκοπικοί σωλήνες

Σε ένα τρομπόνι, ένα συρόμενο κυρτό σωληνοειδές γόνατο (τρένο) εφαρμόζει άνετα στον κύριο σωλήνα. Η μετακίνηση του τηλεσκοπικού τρένου μέσα και έξω αλλάζει το μήκος της στήλης αέρα και, κατά συνέπεια, τον τόνο του ήχου.

Αλλάζοντας τον τόνο με τα δάχτυλά σου

Όταν οι οπές είναι κλειστές, η ταλαντευόμενη στήλη αέρα καταλαμβάνει όλο το μήκος του σωλήνα, παράγοντας τον χαμηλότερο τόνο.

Το άνοιγμα των δύο οπών συντομεύει τη στήλη αέρα και δημιουργεί έναν υψηλότερο τόνο.

Το άνοιγμα περισσότερων οπών μειώνει περαιτέρω τη στήλη αέρα και παρέχει περαιτέρω αύξηση του τόνου.

Μόνιμα κύματα σε ανοιχτούς σωλήνες

Σε έναν σωλήνα που είναι ανοιχτός και στα δύο άκρα, σχηματίζονται στάσιμα κύματα με τέτοιο τρόπο ώστε σε κάθε άκρο του σωλήνα να υπάρχει ένας αντίκόμβος (η περιοχή με το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης).

Μόνιμα κύματα σε κλειστούς σωλήνες

Σε έναν σωλήνα με ένα κλειστό άκρο, σχηματίζονται στάσιμα κύματα με τέτοιο τρόπο ώστε ένας κόμβος (ένα τμήμα με μηδενικό πλάτος ταλάντωσης) να βρίσκεται στο κλειστό άκρο και ένας αντικόμβος να βρίσκεται στο ανοιχτό άκρο.

18 Φεβρουαρίου 2016

Ο κόσμος της οικιακής ψυχαγωγίας είναι αρκετά ποικίλος και μπορεί να περιλαμβάνει: παρακολούθηση ταινίας σε ένα καλό σύστημα οικιακού κινηματογράφου. διασκεδαστικό και εθιστικό παιχνίδι ή ακρόαση μουσικής. Κατά κανόνα, ο καθένας βρίσκει κάτι δικό του σε αυτόν τον τομέα ή συνδυάζει τα πάντα ταυτόχρονα. Αλλά ανεξάρτητα από το ποιοι είναι οι στόχοι ενός ατόμου στην οργάνωση του ελεύθερου χρόνου του και ανεξάρτητα από το σε ποιο άκρο πηγαίνουν, όλοι αυτοί οι σύνδεσμοι συνδέονται σταθερά με μια απλή και κατανοητή λέξη - "ήχος". Πράγματι, σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, θα μας οδηγεί η λαβή από το soundtrack. Αλλά αυτή η ερώτηση δεν είναι τόσο απλή και ασήμαντη, ειδικά σε περιπτώσεις όπου υπάρχει η επιθυμία να επιτευχθεί ήχος υψηλής ποιότητας σε ένα δωμάτιο ή σε οποιεσδήποτε άλλες συνθήκες. Για να γίνει αυτό, δεν είναι πάντα απαραίτητο να αγοράζετε ακριβά εξαρτήματα hi-fi ή hi-end (αν και θα είναι πολύ χρήσιμα), αλλά αρκεί μια καλή γνώση της φυσικής θεωρίας, η οποία μπορεί να εξαλείψει τα περισσότερα από τα προβλήματα που προκύπτουν για όλους που σκοπεύει να αποκτήσει φωνητική ερμηνεία υψηλής ποιότητας.

Στη συνέχεια, η θεωρία του ήχου και της ακουστικής θα εξεταστεί από τη σκοπιά της φυσικής. Σε αυτήν την περίπτωση, θα προσπαθήσω να το κάνω όσο το δυνατόν πιο προσιτό για την κατανόηση οποιουδήποτε ατόμου που, ίσως, απέχει πολύ από τη γνώση φυσικών νόμων ή τύπων, αλλά παρόλα αυτά ονειρεύεται με πάθος την πραγματοποίηση του ονείρου της δημιουργίας μιας τέλειας ακουστικής Σύστημα. Δεν υποθέτω ότι για να επιτύχετε καλά αποτελέσματα σε αυτόν τον τομέα στο σπίτι (ή σε ένα αυτοκίνητο, για παράδειγμα) πρέπει να γνωρίζετε αυτές τις θεωρίες καλά, ωστόσο, η κατανόηση των βασικών θα αποφύγει πολλά ανόητα και παράλογα λάθη, καθώς και για να επιτύχετε το μέγιστο ηχητικό εφέ από το σύστημα, σε οποιοδήποτε επίπεδο.

Γενική ηχοθεωρία και μουσική ορολογία

Τι είναι ήχος? Αυτή είναι η αίσθηση που αντιλαμβάνεται το ακουστικό όργανο. "αυτί"(το ίδιο το φαινόμενο υπάρχει ακόμη και χωρίς τη συμμετοχή του «αυτί» στη διαδικασία, αλλά είναι πιο εύκολο να το κατανοήσουμε έτσι), το οποίο συμβαίνει όταν το τύμπανο διεγείρεται από ένα ηχητικό κύμα. Το αυτί σε αυτή την περίπτωση λειτουργεί ως «δέκτης» ηχητικών κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων.
Ηχητικό κύμαΣτην πραγματικότητα, πρόκειται για μια διαδοχική σειρά σφραγίσεων και εκκενώσεων του μέσου (συχνότερα του περιβάλλοντος αέρα υπό κανονικές συνθήκες) διαφόρων συχνοτήτων. Η φύση των ηχητικών κυμάτων είναι ταλαντωτική, προκαλείται και παράγεται από τη δόνηση οποιωνδήποτε σωμάτων. Η εμφάνιση και η διάδοση ενός κλασικού ηχητικού κύματος είναι δυνατή σε τρία ελαστικά μέσα: αέρια, υγρά και στερεά. Όταν εμφανίζεται ένα ηχητικό κύμα σε έναν από αυτούς τους τύπους χώρου, ορισμένες αλλαγές συμβαίνουν αναπόφευκτα στο ίδιο το μέσο, ​​για παράδειγμα, μια αλλαγή στην πυκνότητα ή την πίεση του αέρα, την κίνηση των σωματιδίων των μαζών του αέρα κ.λπ.

Δεδομένου ότι το ηχητικό κύμα έχει μια ταλαντωτική φύση, έχει ένα τέτοιο χαρακτηριστικό όπως η συχνότητα. Συχνότηταμετριέται σε hertz (προς τιμή του Γερμανού φυσικού Heinrich Rudolf Hertz), και υποδηλώνει τον αριθμό των δονήσεων σε χρονικό διάστημα ίσο με ένα δευτερόλεπτο. Εκείνοι. για παράδειγμα, συχνότητα 20 Hz σημαίνει κύκλο 20 ταλαντώσεων σε ένα δευτερόλεπτο. Η υποκειμενική έννοια του ύψους του εξαρτάται επίσης από τη συχνότητα του ήχου. Όσο περισσότερες ηχητικές δονήσεις γίνονται ανά δευτερόλεπτο, τόσο πιο «υψηλός» φαίνεται ο ήχος. Το ηχητικό κύμα έχει και ένα ακόμα το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό, που ονομάζεται μήκος κύματος. Μήκος κύματοςΣυνηθίζεται να λαμβάνεται υπόψη η απόσταση που διανύει ένας ήχος συγκεκριμένης συχνότητας σε περίοδο ίση με ένα δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, το μήκος κύματος του χαμηλότερου ήχου στην ανθρώπινη ακουστική περιοχή στα 20 Hz είναι 16,5 μέτρα και το μήκος κύματος του υψηλότερου ήχου στα 20.000 Hz είναι 1,7 εκατοστά.

Το ανθρώπινο αυτί είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να αντιλαμβάνεται κύματα μόνο σε περιορισμένο εύρος, περίπου 20 Hz - 20.000 Hz (ανάλογα με τα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου ατόμου, κάποιος μπορεί να ακούει λίγο περισσότερο, κάποιος λιγότερο) . Έτσι, αυτό δεν σημαίνει ότι ήχοι κάτω ή πάνω από αυτές τις συχνότητες δεν υπάρχουν, απλώς δεν γίνονται αντιληπτοί από το ανθρώπινο αυτί, υπερβαίνοντας το ακουστικό εύρος. Ο ήχος πάνω από το ηχητικό εύρος ονομάζεται υπέρηχος, ονομάζεται ήχος κάτω από το ηχητικό εύρος Υπόηχος. Μερικά ζώα είναι σε θέση να αντιλαμβάνονται υπερήχους και υπέρυθρους ήχους, μερικά ακόμη χρησιμοποιούν αυτό το εύρος για προσανατολισμό στο διάστημα (νυχτερίδες, δελφίνια). Εάν ο ήχος περάσει από ένα μέσο που δεν έρχεται απευθείας σε επαφή με το ανθρώπινο όργανο ακοής, τότε ένας τέτοιος ήχος μπορεί να μην ακουστεί ή να εξασθενήσει πολύ αργότερα.

Στη μουσική ορολογία του ήχου, υπάρχουν τόσο σημαντικοί προσδιορισμοί όπως η οκτάβα, ο τόνος και ο τόνος του ήχου. Οκτάβασημαίνει ένα διάστημα στο οποίο η αναλογία των συχνοτήτων μεταξύ των ήχων είναι 1 προς 2. Μια οκτάβα είναι συνήθως πολύ ηχητική, ενώ οι ήχοι μέσα σε αυτό το διάστημα μπορεί να είναι πολύ παρόμοιοι μεταξύ τους. Μια οκτάβα μπορεί επίσης να ονομαστεί ένας ήχος που κάνει διπλάσιο αριθμό δονήσεων από έναν άλλο ήχο την ίδια χρονική περίοδο. Για παράδειγμα, μια συχνότητα 800 Hz δεν είναι παρά μια υψηλότερη οκτάβα 400 Hz και μια συχνότητα 400 Hz είναι με τη σειρά της η επόμενη οκτάβα ήχου με συχνότητα 200 Hz. Μια οκτάβα αποτελείται από τόνους και τόνους. Οι μεταβλητές ταλαντώσεις σε ένα αρμονικό ηχητικό κύμα μιας συχνότητας γίνονται αντιληπτές από το ανθρώπινο αυτί ως μουσικός τόνος. διακυμάνσεις υψηλή συχνότηταμπορεί να ερμηνευθεί ως ήχοι υψηλής συχνότητας, δονήσεις χαμηλής συχνότητας ως ήχοι χαμηλής έντασης. Το ανθρώπινο αυτί είναι σε θέση να διακρίνει καθαρά ήχους με διαφορά ενός τόνου (στην περιοχή έως και 4000 Hz). Παρόλα αυτά, ένας εξαιρετικά μικρός αριθμός ήχων χρησιμοποιείται στη μουσική. Αυτό εξηγείται από τις εκτιμήσεις της αρχής της αρμονικής συνοχής, όλα βασίζονται στην αρχή των οκτάβων.

Εξετάστε τη θεωρία των μουσικών τόνων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας χορδής που τεντώνεται με συγκεκριμένο τρόπο. Μια τέτοια χορδή, ανάλογα με τη δύναμη τάσης, θα «κουρδιστεί» σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Όταν αυτή η χορδή εκτεθεί σε κάτι με μια συγκεκριμένη δύναμη, η οποία θα την κάνει να δονείται, ένας συγκεκριμένος τόνος ήχου θα παρατηρείται σταθερά, θα ακούμε την επιθυμητή συχνότητα συντονισμού. Αυτός ο ήχος ονομάζεται θεμελιώδης τόνος. Για τον κύριο τόνο στο μουσικό πεδίο, η συχνότητα της νότας «λα» της πρώτης οκτάβας, ίση με 440 Hz, είναι επίσημα αποδεκτή. Ωστόσο, οι περισσότεροι μουσικά όργαναΠοτέ μην αναπαράγετε μόνους καθαρούς θεμελιώδεις τόνους, συνοδεύονται αναπόφευκτα από τόνους που ονομάζονται αποχρώσεις. Εδώ είναι σκόπιμο να υπενθυμίσουμε έναν σημαντικό ορισμό της μουσικής ακουστικής, την έννοια της ηχητικής χροιάς. Τέμποείναι ένα χαρακτηριστικό μουσικούς ήχους, που δίνουν στα μουσικά όργανα και τις φωνές τη μοναδική αναγνωρίσιμη ιδιαιτερότητα του ήχου, ακόμη και όταν συγκρίνονται ήχους της ίδιας έντασης και έντασης. Η χροιά κάθε μουσικού οργάνου εξαρτάται από την κατανομή της ηχητικής ενέργειας πάνω από τους τόνους τη στιγμή που εμφανίζεται ο ήχος.

Οι υπέρηχοι σχηματίζουν ένα συγκεκριμένο χρώμα του θεμελιώδους τόνου, με το οποίο μπορούμε εύκολα να αναγνωρίσουμε και να αναγνωρίσουμε ένα συγκεκριμένο όργανο, καθώς και να διακρίνουμε ξεκάθαρα τον ήχο του από ένα άλλο όργανο. Υπάρχουν δύο τύποι αποχρώσεων: αρμονικοί και μη αρμονικοί. Αρμονικές αποχρώσειςείναι εξ ορισμού πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας. Αντίθετα, αν οι επισημάνσεις δεν είναι πολλαπλές και αποκλίνουν αισθητά από τις τιμές, τότε ονομάζονται όχι αρμονικός. Στη μουσική πρακτικά αποκλείεται η λειτουργία μη πολλαπλών φθόγγων, επομένως ο όρος περιορίζεται στην έννοια του «overtone», δηλαδή αρμονικός. Για ορισμένα όργανα, για παράδειγμα, το πιάνο, ο κύριος τόνος δεν έχει καν χρόνο να σχηματιστεί, σε σύντομο χρονικό διάστημα η ηχητική ενέργεια των αποχρώσεων αυξάνεται και στη συνέχεια η πτώση εμφανίζεται εξίσου γρήγορα. Πολλά όργανα δημιουργούν ένα λεγόμενο εφέ "μεταβατικού τόνου", όταν η ενέργεια ορισμένων φθόγγων είναι μέγιστη σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, συνήθως στην αρχή, αλλά στη συνέχεια αλλάζει απότομα και μετακινείται σε άλλους τόνους. Το εύρος συχνοτήτων κάθε οργάνου μπορεί να εξεταστεί χωριστά και συνήθως περιορίζεται από τις συχνότητες των θεμελιωδών τόνων που μπορεί να αναπαράγει το συγκεκριμένο όργανο.

Στη θεωρία του ήχου υπάρχει επίσης κάτι σαν ΘΟΡΥΒΟΣ. Θόρυβος- πρόκειται για οποιονδήποτε ήχο που δημιουργείται από συνδυασμό πηγών που δεν είναι συνεπείς μεταξύ τους. Όλοι γνωρίζουν καλά τον θόρυβο των φύλλων των δέντρων, που ταλαντεύονται από τον άνεμο κ.λπ.

Τι καθορίζει την ένταση του ήχου;Είναι προφανές ότι ένα τέτοιο φαινόμενο εξαρτάται άμεσα από την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρει το ηχητικό κύμα. Για τον προσδιορισμό των ποσοτικών δεικτών της έντασης, υπάρχει μια έννοια - ένταση ήχου. Ένταση ήχουορίζεται ως η ροή ενέργειας που διέρχεται από κάποια περιοχή του χώρου (για παράδειγμα, cm2) ανά μονάδα χρόνου (για παράδειγμα, ανά δευτερόλεπτο). Σε μια κανονική συνομιλία, η ένταση είναι περίπου 9 ή 10 W/cm2. Το ανθρώπινο αυτί είναι σε θέση να αντιλαμβάνεται ήχους με αρκετά μεγάλο εύρος ευαισθησίας, ενώ η ευαισθησία των συχνοτήτων δεν είναι ομοιόμορφη εντός του ηχητικού φάσματος. Έτσι, η καλύτερη αντιληπτή περιοχή συχνοτήτων είναι 1000 Hz - 4000 Hz, η οποία καλύπτει ευρύτερα την ανθρώπινη ομιλία.

Δεδομένου ότι οι ήχοι ποικίλλουν τόσο πολύ στην ένταση, είναι πιο βολικό να τον θεωρούμε ως λογαριθμική τιμή και να τον μετράμε σε ντεσιμπέλ (μετά τον Σκωτσέζο επιστήμονα Alexander Graham Bell). Το κατώτερο όριο ευαισθησίας ακοής του ανθρώπινου αυτιού είναι 0 dB, το ανώτερο 120 dB, ονομάζεται επίσης "όριο πόνου". Το ανώτερο όριο ευαισθησίας επίσης δεν γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο αυτί με τον ίδιο τρόπο, αλλά εξαρτάται από τη συγκεκριμένη συχνότητα. Οι ήχοι χαμηλής συχνότητας πρέπει να έχουν πολύ μεγαλύτερη ένταση από τις υψηλές συχνότητες για να προκαλέσουν ένα κατώφλι πόνου. Για παράδειγμα, ο ουδός πόνου σε χαμηλή συχνότητα 31,5 Hz εμφανίζεται σε επίπεδο έντασης ήχου 135 dB, όταν σε συχνότητα 2000 Hz η αίσθηση του πόνου εμφανίζεται ήδη στα 112 dB. Υπάρχει επίσης η έννοια της ηχητικής πίεσης, η οποία στην πραγματικότητα επεκτείνει τη συνήθη εξήγηση για τη διάδοση ενός ηχητικού κύματος στον αέρα. Ηχητική πίεση- αυτή είναι μια μεταβλητή υπερπίεση που εμφανίζεται σε ένα ελαστικό μέσο ως αποτέλεσμα της διέλευσης ενός ηχητικού κύματος μέσα από αυτό.

Η κυματική φύση του ήχου

Για να κατανοήσετε καλύτερα το σύστημα παραγωγής ηχητικών κυμάτων, φανταστείτε ένα κλασικό ηχείο που βρίσκεται σε ένα σωλήνα γεμάτο αέρα. Εάν το ηχείο κάνει μια απότομη κίνηση προς τα εμπρός, τότε ο αέρας που βρίσκεται σε άμεση γειτνίαση με τον διαχύτη συμπιέζεται για μια στιγμή. Μετά από αυτό, ο αέρας θα επεκταθεί, ωθώντας έτσι την περιοχή πεπιεσμένου αέρα κατά μήκος του σωλήνα.
Αυτή η κυματική κίνηση είναι που θα είναι στη συνέχεια ο ήχος όταν φτάσει στο ακουστικό όργανο και «διεγείρει» το τύμπανο. Όταν ένα ηχητικό κύμα εμφανίζεται σε ένα αέριο, δημιουργείται υπερβολική πίεση και πυκνότητα και τα σωματίδια κινούνται με σταθερή ταχύτητα. Σχετικά με τα ηχητικά κύματα, είναι σημαντικό να θυμόμαστε το γεγονός ότι η ουσία δεν κινείται μαζί με το ηχητικό κύμα, αλλά εμφανίζεται μόνο μια προσωρινή διαταραχή των μαζών του αέρα.

Αν φανταστούμε ένα έμβολο αναρτημένο σε ελεύθερο χώρο σε ένα ελατήριο και κάνει επαναλαμβανόμενες κινήσεις "εμπρός και πίσω", τότε τέτοιες ταλαντώσεις θα ονομάζονται αρμονικές ή ημιτονοειδείς (αν αναπαραστήσουμε το κύμα με τη μορφή γραφήματος, τότε σε αυτήν την περίπτωση παίρνουμε ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα με επαναλαμβανόμενα σκαμπανεβάσματα). Εάν φανταστούμε ένα ηχείο σε έναν σωλήνα (όπως στο παράδειγμα που περιγράφεται παραπάνω), να εκτελεί αρμονικές ταλαντώσεις, τότε τη στιγμή που το ηχείο κινείται "εμπρός", προκύπτει το ήδη γνωστό αποτέλεσμα της συμπίεσης αέρα και όταν το ηχείο μετακινείται "πίσω". , επιτυγχάνεται το αντίστροφο αποτέλεσμα της αραίωσης. Σε αυτή την περίπτωση, ένα κύμα εναλλασσόμενων συμπιέσεων και αραίωσης θα διαδοθεί μέσω του σωλήνα. Θα καλείται η απόσταση κατά μήκος του σωλήνα μεταξύ γειτονικών μέγιστων ή ελάχιστων (φάσεις). μήκος κύματος. Εάν τα σωματίδια ταλαντώνονται παράλληλα με την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, τότε το κύμα ονομάζεται γεωγραφικού μήκους. Αν ταλαντώνονται κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης, τότε το κύμα ονομάζεται εγκάρσιος. Συνήθως, τα ηχητικά κύματα στα αέρια και τα υγρά είναι διαμήκη, ενώ στα στερεά μπορεί να εμφανιστούν κύματα και των δύο τύπων. Τα εγκάρσια κύματα στα στερεά προκύπτουν λόγω της αντίστασης στην αλλαγή σχήματος. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων κυμάτων είναι ότι ένα εγκάρσιο κύμα έχει την ιδιότητα της πόλωσης (οι ταλαντώσεις συμβαίνουν σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο), ενώ ένα διαμήκη κύμα όχι.

Ταχύτητα ήχου

Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά του μέσου στο οποίο διαδίδεται. Καθορίζεται (εξαρτάται) από δύο ιδιότητες του μέσου: την ελαστικότητα και την πυκνότητα του υλικού. Η ταχύτητα του ήχου στα στερεά, αντίστοιχα, εξαρτάται άμεσα από τον τύπο του υλικού και τις ιδιότητές του. Η ταχύτητα στα αέρια μέσα εξαρτάται μόνο από έναν τύπο παραμόρφωσης του μέσου: συμπίεση-αραίνωση. Η αλλαγή της πίεσης σε ένα ηχητικό κύμα συμβαίνει χωρίς ανταλλαγή θερμότητας με τα γύρω σωματίδια και ονομάζεται αδιαβατική.
Η ταχύτητα του ήχου σε ένα αέριο εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία - αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και μειώνεται με τη μείωση. Επίσης, η ταχύτητα του ήχου σε ένα αέριο μέσο εξαρτάται από το μέγεθος και τη μάζα των ίδιων των μορίων του αερίου - όσο μικρότερη είναι η μάζα και το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η «αγωγιμότητα» του κύματος και τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα αντίστοιχα.

Σε υγρά και στερεά μέσα, η αρχή της διάδοσης και η ταχύτητα του ήχου είναι παρόμοια με το πώς διαδίδεται ένα κύμα στον αέρα: με συμπίεση-εκφόρτιση. Αλλά σε αυτά τα μέσα, εκτός από την ίδια εξάρτηση από τη θερμοκρασία, η πυκνότητα του μέσου και η σύνθεση/δομή του είναι αρκετά σημαντική. Όσο μικρότερη είναι η πυκνότητα της ουσίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του ήχου και αντίστροφα. Η εξάρτηση από τη σύνθεση του μέσου είναι πιο περίπλοκη και καθορίζεται σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, λαμβάνοντας υπόψη τη θέση και την αλληλεπίδραση μορίων/ ατόμων.

Ταχύτητα ήχου στον αέρα σε t, °C 20: 343 m/s
Ταχύτητα ήχου σε απεσταγμένο νερό σε t, °C 20: 1481 m/s
Ταχύτητα ήχου σε χάλυβα σε t, °C 20: 5000 m/s

Μόνιμα κύματα και παρεμβολές

Όταν ένα ηχείο δημιουργεί ηχητικά κύματα σε έναν περιορισμένο χώρο, αναπόφευκτα εμφανίζεται η επίδραση της ανάκλασης του κύματος από τα όρια. Ως αποτέλεσμα, τις περισσότερες φορές επίδραση παρεμβολής- όταν δύο ή περισσότερα ηχητικά κύματα τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο. Ιδιαίτερες περιπτώσεις του φαινομένου της παρεμβολής είναι ο σχηματισμός: 1) κύματα ή 2) στάσιμων κυμάτων. Ο ρυθμός των κυμάτων- αυτό συμβαίνει όταν υπάρχει προσθήκη κυμάτων με κοντινές συχνότητες και πλάτη. Το μοτίβο εμφάνισης των παλμών: όταν δύο κύματα παρόμοια σε συχνότητα τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο. Σε κάποια χρονική στιγμή, με μια τέτοια επικάλυψη, οι κορυφές πλάτους μπορεί να συμπίπτουν "σε φάση", και επίσης οι υφέσεις σε "αντιφάση" μπορεί επίσης να συμπίπτουν. Έτσι χαρακτηρίζονται τα ηχητικά beat. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι, σε αντίθεση με τα στάσιμα κύματα, οι συμπτώσεις φάσεων των κορυφών δεν συμβαίνουν συνεχώς, αλλά σε ορισμένα χρονικά διαστήματα. Στο αυτί, ένα τέτοιο μοτίβο κτύπων διαφέρει αρκετά καθαρά και ακούγεται ως περιοδική αύξηση και μείωση της έντασης, αντίστοιχα. Ο μηχανισμός για την εμφάνιση αυτού του φαινομένου είναι εξαιρετικά απλός: τη στιγμή της σύμπτωσης των κορυφών, ο όγκος αυξάνεται, τη στιγμή της σύμπτωσης των υφέσεων, ο όγκος μειώνεται.

στάσιμα κύματαπροκύπτουν στην περίπτωση υπέρθεσης δύο κυμάτων του ίδιου πλάτους, φάσης και συχνότητας, όταν όταν τέτοια κύματα «συναντιούνται» το ένα κινείται προς την εμπρός κατεύθυνση και το άλλο προς την αντίθετη κατεύθυνση. Στην περιοχή του χώρου (όπου σχηματίστηκε ένα στάσιμο κύμα), προκύπτει μια εικόνα υπέρθεσης δύο πλατών συχνοτήτων, με εναλλασσόμενα μέγιστα (οι λεγόμενοι αντικόμβοι) και ελάχιστα (οι λεγόμενοι κόμβοι). Όταν συμβαίνει αυτό το φαινόμενο, η συχνότητα, η φάση και ο συντελεστής εξασθένησης του κύματος στο σημείο ανάκλασης είναι εξαιρετικά σημαντικές. Σε αντίθεση με τα κινούμενα κύματα, δεν υπάρχει μεταφορά ενέργειας σε ένα στάσιμο κύμα λόγω του γεγονότος ότι τα εμπρός και τα πίσω κύματα που σχηματίζουν αυτό το κύμα μεταφέρουν ενέργεια σε ίσες ποσότητες προς την εμπρός και την αντίθετη κατεύθυνση. Για μια οπτική κατανόηση της εμφάνισης ενός στάσιμου κύματος, ας φανταστούμε ένα παράδειγμα από την οικιακή ακουστική. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε επιδαπέδια ηχεία σε κάποιο περιορισμένο χώρο (δωμάτιο). Βάζοντάς τους να παίξουν κάποιο τραγούδι μαζί τους μεγάλη ποσότηταμπάσο, ας προσπαθήσουμε να αλλάξουμε τη θέση του ακροατή στο δωμάτιο. Έτσι, ο ακροατής, έχοντας μπει στη ζώνη του ελάχιστου (αφαίρεση) του στάσιμου κύματος, θα αισθανθεί το αποτέλεσμα ότι το μπάσο έχει γίνει πολύ μικρό και εάν ο ακροατής εισέλθει στη ζώνη μέγιστων (προσθήκη) συχνοτήτων, τότε το αντίθετο επιτυγχάνεται η επίδραση μιας σημαντικής αύξησης στην περιοχή των μπάσων. Σε αυτή την περίπτωση, το αποτέλεσμα παρατηρείται σε όλες τις οκτάβες της βασικής συχνότητας. Για παράδειγμα, εάν η βασική συχνότητα είναι 440 Hz, τότε το φαινόμενο της «προσθήκης» ή της «αφαίρεσης» θα παρατηρηθεί επίσης σε συχνότητες 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz κ.λπ.

Φαινόμενο συντονισμού

Τα περισσότερα στερεά έχουν τη δική τους συχνότητα συντονισμού. Η κατανόηση αυτού του αποτελέσματος είναι αρκετά απλή στο παράδειγμα ενός συμβατικού σωλήνα, ανοιχτού μόνο στο ένα άκρο. Ας φανταστούμε μια κατάσταση όπου ένα ηχείο είναι συνδεδεμένο από την άλλη άκρη του σωλήνα, το οποίο μπορεί να παίξει κάποια σταθερή συχνότητα, μπορεί επίσης να αλλάξει αργότερα. Τώρα, ένας σωλήνας έχει τη δική του συχνότητα συντονισμού, με απλά λόγια, αυτή είναι η συχνότητα στην οποία ο σωλήνας «αντηχεί» ή κάνει τον δικό του ήχο. Εάν η συχνότητα του ηχείου (ως αποτέλεσμα της ρύθμισης) συμπίπτει με τη συχνότητα συντονισμού του σωλήνα, τότε θα υπάρξει αποτέλεσμα της αύξησης της έντασης πολλές φορές. Αυτό συμβαίνει επειδή το μεγάφωνο διεγείρει τους κραδασμούς της στήλης αέρα στο σωλήνα με σημαντικό πλάτος μέχρι να βρεθεί η ίδια «συχνότητα συντονισμού» και να συμβεί το φαινόμενο προσθήκης. Το φαινόμενο που προκύπτει μπορεί να περιγραφεί ως εξής: ο σωλήνας σε αυτό το παράδειγμα "βοηθά" το ηχείο αντηχώντας σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, οι προσπάθειές τους αθροίζονται και "ξεχύνονται" σε ένα ηχητικό δυνατό εφέ. Στο παράδειγμα των μουσικών οργάνων, αυτό το φαινόμενο εντοπίζεται εύκολα, καθώς το σχέδιο της πλειοψηφίας περιέχει στοιχεία που ονομάζονται αντηχεία. Δεν είναι δύσκολο να μαντέψει κανείς τι εξυπηρετεί τον σκοπό της ενίσχυσης μιας συγκεκριμένης συχνότητας ή μουσικού τόνου. Για παράδειγμα: σώμα κιθάρας με αντηχείο σε μορφή τρύπας, που ταιριάζει με την ένταση. Ο σχεδιασμός του σωλήνα στο φλάουτο (και όλων των σωλήνων γενικά). Το κυλινδρικό σχήμα του σώματος του τυμπάνου, το οποίο από μόνο του είναι αντηχείο ορισμένης συχνότητας.

Φάσμα συχνοτήτων ήχου και απόκρισης συχνότητας

Δεδομένου ότι στην πράξη δεν υπάρχουν πρακτικά κύματα της ίδιας συχνότητας, καθίσταται απαραίτητο να αποσυντεθεί ολόκληρο το ηχητικό φάσμα του ακουστικού εύρους σε τόνους ή αρμονικές. Για τους σκοπούς αυτούς, υπάρχουν γραφήματα που εμφανίζουν την εξάρτηση της σχετικής ενέργειας των ηχητικών δονήσεων από τη συχνότητα. Ένα τέτοιο γράφημα ονομάζεται γράφημα φάσματος συχνότητας ήχου. Φάσμα συχνοτήτων ήχουΥπάρχουν δύο τύποι: διακριτός και συνεχής. Η γραφική παράσταση διακριτού φάσματος εμφανίζει τις συχνότητες ξεχωριστά, χωρισμένες με κενά κενά. Στο συνεχές φάσμα, όλες οι συχνότητες ήχου υπάρχουν ταυτόχρονα.
Στην περίπτωση της μουσικής ή της ακουστικής, το συνηθισμένο πρόγραμμα χρησιμοποιείται συχνότερα. Χαρακτηριστικά κορυφής-συχνότητας(συντομογραφία "AFC"). Αυτό το γράφημα δείχνει την εξάρτηση του πλάτους των ηχητικών δονήσεων από τη συχνότητα σε όλο το φάσμα συχνοτήτων (20 Hz - 20 kHz). Εξετάζοντας ένα τέτοιο γράφημα, είναι εύκολο να κατανοήσουμε, για παράδειγμα, τα δυνατά σημεία ή τις αδυναμίες ενός συγκεκριμένου ηχείου ή συστήματος ηχείων στο σύνολό του, τις ισχυρότερες περιοχές επιστροφής ενέργειας, πτώσεις και αυξήσεις συχνότητας, εξασθένηση, καθώς και να εντοπίσουμε απότομη πτώση.

Διάδοση ηχητικών κυμάτων, φάση και αντιφάση

Η διαδικασία διάδοσης των ηχητικών κυμάτων συμβαίνει προς όλες τις κατευθύνσεις από την πηγή. Το πιο απλό παράδειγμα για την κατανόηση αυτού του φαινομένου: ένα βότσαλο πεταμένο στο νερό.
Από το σημείο που έπεσε η πέτρα, τα κύματα αρχίζουν να αποκλίνουν στην επιφάνεια του νερού προς όλες τις κατευθύνσεις. Ωστόσο, ας φανταστούμε μια κατάσταση χρησιμοποιώντας ένα ηχείο σε μια συγκεκριμένη ένταση, ας πούμε ένα κλειστό κουτί, το οποίο συνδέεται με έναν ενισχυτή και παίζει κάποιο είδος μουσικού σήματος. Είναι εύκολο να παρατηρήσετε (ειδικά αν δίνετε ένα ισχυρό σήμα χαμηλής συχνότητας, όπως ένα τύμπανο μπάσου), ότι το ηχείο κάνει μια γρήγορη κίνηση "εμπρός", και μετά την ίδια γρήγορη κίνηση "πίσω". Μένει να γίνει κατανοητό ότι όταν το ηχείο κινείται προς τα εμπρός, εκπέμπει ένα ηχητικό κύμα, το οποίο ακούμε στη συνέχεια. Τι συμβαίνει όμως όταν το ηχείο κινείται προς τα πίσω; Αλλά παραδόξως, συμβαίνει το ίδιο, το ηχείο βγάζει τον ίδιο ήχο, μόνο που διαδίδεται στο παράδειγμά μας εξ ολοκλήρου εντός της έντασης του κουτιού, χωρίς να υπερβαίνει αυτό (το κουτί είναι κλειστό). Γενικά, στο παραπάνω παράδειγμα, μπορεί κανείς να παρατηρήσει αρκετά ενδιαφέροντα φυσικά φαινόμενα, το πιο σημαντικό από τα οποία είναι η έννοια της φάσης.

Το ηχητικό κύμα που το ηχείο, όντας σε ένταση, εκπέμπει προς την κατεύθυνση του ακροατή - είναι "σε φάση". Το αντίστροφο κύμα, που εισέρχεται στον όγκο του κουτιού, θα είναι αντίστοιχα αντιφασικό. Μένει μόνο να καταλάβουμε τι σημαίνουν αυτές οι έννοιες; Φάση σήματος- αυτό είναι το επίπεδο ηχητικής πίεσης την τρέχουσα στιγμή σε κάποιο σημείο στο διάστημα. Η φάση γίνεται πιο εύκολα κατανοητή από το παράδειγμα της αναπαραγωγής μουσικού υλικού από ένα συμβατικό στερεοφωνικό επιδαπέδιο ζεύγος οικιακών ηχείων. Ας φανταστούμε ότι δύο τέτοια επιδαπέδια ηχεία είναι εγκατεστημένα σε ένα συγκεκριμένο δωμάτιο και παίζουν. Και τα δύο ηχεία σε αυτήν την περίπτωση αναπαράγουν ένα σύγχρονο σήμα μεταβλητής πίεσης ήχου, επιπλέον, η ηχητική πίεση ενός ηχείου προστίθεται στην ηχητική πίεση του άλλου ηχείου. Παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει λόγω του συγχρονισμού της αναπαραγωγής σήματος των αριστερών και δεξιών ηχείων, αντίστοιχα, με άλλα λόγια, οι κορυφές και οι κοιλάδες των κυμάτων που εκπέμπονται από το αριστερό και το δεξί ηχείο συμπίπτουν.

Τώρα ας φανταστούμε ότι οι ηχητικές πιέσεις εξακολουθούν να αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο (δεν έχουν αλλάξει), αλλά τώρα είναι αντίθετες μεταξύ τους. Αυτό μπορεί να συμβεί εάν συνδέσετε ένα από τα δύο ηχεία σε αντίστροφη πολικότητα (καλώδιο "+" από τον ενισχυτή στον ακροδέκτη "-" του συστήματος ηχείων και καλώδιο "-" από τον ενισχυτή στον ακροδέκτη "+" του ηχείου Σύστημα). Σε αυτήν την περίπτωση, το αντίθετο σήμα θα προκαλέσει μια διαφορά πίεσης, η οποία μπορεί να αναπαρασταθεί ως αριθμοί ως εξής: το αριστερό ηχείο θα δημιουργήσει πίεση "1 Pa" και το δεξί ηχείο θα δημιουργήσει πίεση "μείον 1 Pa ". Ως αποτέλεσμα, η συνολική ένταση ήχου στη θέση του ακροατή θα είναι ίση με μηδέν. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αντιφάση. Αν εξετάσουμε το παράδειγμα λεπτομερέστερα για κατανόηση, αποδεικνύεται ότι δύο δυναμικές που παίζουν "σε φάση" δημιουργούν τις ίδιες περιοχές συμπίεσης και αραίωσης αέρα, οι οποίες ουσιαστικά βοηθούν η μία την άλλη. Στην περίπτωση μιας εξιδανικευμένης αντιφάσης, η περιοχή συμπίεσης του εναέριου χώρου που δημιουργείται από ένα ηχείο θα συνοδεύεται από μια περιοχή αραίωσης του εναέριου χώρου που δημιουργείται από το δεύτερο ηχείο. Μοιάζει περίπου με το φαινόμενο της αμοιβαίας σύγχρονης απόσβεσης των κυμάτων. Είναι αλήθεια ότι στην πράξη, η ένταση δεν πέφτει στο μηδέν και θα ακούσουμε έναν έντονα παραμορφωμένο και εξασθενημένο ήχο.

Με τον πιο προσιτό τρόπο, αυτό το φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί ως εξής: δύο σήματα με τις ίδιες ταλαντώσεις (συχνότητα), αλλά μετατοπισμένα στο χρόνο. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, είναι πιο βολικό να αναπαραστήσουμε αυτά τα φαινόμενα μετατόπισης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των συνηθισμένων στρογγυλών ρολογιών. Ας φανταστούμε ότι στον τοίχο κρέμονται πολλά ίδια στρογγυλά ρολόγια. Όταν οι δεύτεροι δείκτες αυτών των ρολογιών λειτουργούν συγχρονισμένα, 30 δευτερόλεπτα στο ένα ρολόι και 30 δευτερόλεπτα στο άλλο, τότε αυτό είναι ένα παράδειγμα σήματος που βρίσκεται σε φάση. Εάν οι δεύτεροι δείκτες τρέχουν με μετατόπιση, αλλά η ταχύτητα παραμένει η ίδια, για παράδειγμα, στο ένα ρολόι 30 δευτερόλεπτα και στο άλλο 24 δευτερόλεπτα, τότε αυτό είναι ένα κλασικό παράδειγμα αλλαγής φάσης (μετατόπιση). Με τον ίδιο τρόπο, η φάση μετριέται σε μοίρες, μέσα σε έναν εικονικό κύκλο. Σε αυτή την περίπτωση, όταν τα σήματα μετατοπίζονται μεταξύ τους κατά 180 μοίρες (το μισό της περιόδου), προκύπτει μια κλασική αντιφάση. Συχνά στην πράξη, υπάρχουν μικρές μετατοπίσεις φάσης, οι οποίες μπορούν επίσης να προσδιοριστούν σε βαθμούς και να εξαλειφθούν με επιτυχία.

Τα κύματα είναι επίπεδα και σφαιρικά. Ένα επίπεδο μέτωπο κύματος διαδίδεται μόνο προς μία κατεύθυνση και σπάνια συναντάται στην πράξη. Ένα σφαιρικό μέτωπο κύματος είναι ένας απλός τύπος κύματος που ακτινοβολεί από ένα μόνο σημείο και διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα ηχητικά κύματα έχουν την ιδιότητα περίθλαση, δηλ. την ικανότητα αποφυγής εμποδίων και αντικειμένων. Ο βαθμός του φακέλου εξαρτάται από την αναλογία του μήκους του ηχητικού κύματος προς τις διαστάσεις του εμποδίου ή της οπής. Η περίθλαση συμβαίνει επίσης όταν υπάρχει ένα εμπόδιο στη διαδρομή του ήχου. Σε αυτή την περίπτωση, είναι δυνατά δύο σενάρια: 1) Εάν οι διαστάσεις του εμποδίου είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος, τότε ο ήχος ανακλάται ή απορροφάται (ανάλογα με τον βαθμό απορρόφησης του υλικού, το πάχος του εμποδίου κ.λπ. ), και μια ζώνη "ακουστικής σκιάς" σχηματίζεται πίσω από το εμπόδιο. 2) Εάν οι διαστάσεις του εμποδίου είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος ή και μικρότερες από αυτό, τότε ο ήχος περιθλά σε κάποιο βαθμό προς όλες τις κατευθύνσεις. Εάν ένα ηχητικό κύμα, όταν κινείται σε ένα μέσο, ​​χτυπήσει τη διεπαφή με ένα άλλο μέσο (για παράδειγμα, ένα μέσο αέρα με ένα στερεό μέσο), τότε μπορεί να προκύψουν τρία σενάρια: 1) το κύμα θα ανακλαστεί από τη διεπαφή 2) το κύμα μπορεί να περάσει σε άλλο μέσο χωρίς να αλλάξει κατεύθυνση 3) ένα κύμα μπορεί να περάσει σε άλλο μέσο με αλλαγή κατεύθυνσης στο όριο, αυτό ονομάζεται «διάθλαση κύματος».

Ο λόγος της υπερβολικής πίεσης ενός ηχητικού κύματος προς την ταλαντωτική ογκομετρική ταχύτητα ονομάζεται σύνθετη αντίσταση κύματος. Με απλά λόγια, κυματική αντίσταση του μέσουμπορεί να ονομαστεί η ικανότητα απορρόφησης ηχητικών κυμάτων ή «αντισταμένου» σε αυτά. Οι συντελεστές ανάκλασης και μετάδοσης εξαρτώνται άμεσα από την αναλογία των αντιστάσεων κυμάτων των δύο μέσων. Η αντίσταση κυμάτων σε ένα αέριο μέσο είναι πολύ χαμηλότερη από ό,τι στο νερό ή τα στερεά. Επομένως, εάν ένα ηχητικό κύμα στον αέρα προσπίπτει σε ένα στερεό αντικείμενο ή στην επιφάνεια βαθέων υδάτων, τότε ο ήχος είτε αντανακλάται από την επιφάνεια είτε απορροφάται σε μεγάλο βαθμό. Εξαρτάται από το πάχος της επιφάνειας (νερό ή στερεό) στην οποία πέφτει το επιθυμητό ηχητικό κύμα. Με χαμηλό πάχος στερεού ή υγρού μέσου, τα ηχητικά κύματα «περνούν» σχεδόν εντελώς, και αντίστροφα, με μεγάλο πάχος του μέσου, τα κύματα ανακλώνται συχνότερα. Στην περίπτωση ανάκλασης ηχητικών κυμάτων, αυτή η διαδικασία συμβαίνει σύμφωνα με έναν πολύ γνωστό φυσικό νόμο: «Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης». Σε αυτή την περίπτωση, όταν ένα κύμα από ένα μέσο με χαμηλότερη πυκνότητα χτυπήσει το όριο με ένα μέσο υψηλότερης πυκνότητας, εμφανίζεται το φαινόμενο διάθλαση. Συνίσταται στην κάμψη (διάθλαση) ενός ηχητικού κύματος μετά από «συνάντηση» με ένα εμπόδιο, και συνοδεύεται απαραίτητα από αλλαγή της ταχύτητας. Η διάθλαση εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία του μέσου στο οποίο συμβαίνει η ανάκλαση.

Στη διαδικασία διάδοσης των ηχητικών κυμάτων στο χώρο, η έντασή τους αναπόφευκτα μειώνεται, μπορούμε να πούμε την εξασθένηση των κυμάτων και την εξασθένηση του ήχου. Στην πράξη, είναι πολύ απλό να συναντήσετε ένα τέτοιο αποτέλεσμα: για παράδειγμα, εάν δύο άτομα σταθούν σε ένα χωράφι σε κάποια κοντινή απόσταση (ένα μέτρο ή πιο κοντά) και αρχίσουν να μιλάνε μεταξύ τους. Εάν στη συνέχεια αυξήσετε την απόσταση μεταξύ των ατόμων (αν αρχίσουν να απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο), το ίδιο επίπεδο έντασης συνομιλίας θα γίνεται όλο και λιγότερο ακουστό. Ένα παρόμοιο παράδειγμα καταδεικνύει ξεκάθαρα το φαινόμενο της μείωσης της έντασης των ηχητικών κυμάτων. Γιατί συμβαίνει αυτό? Ο λόγος για αυτό είναι οι διάφορες διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας, η μοριακή αλληλεπίδραση και η εσωτερική τριβή των ηχητικών κυμάτων. Τις περισσότερες φορές στην πράξη, συμβαίνει η μετατροπή της ηχητικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια. Τέτοιες διεργασίες προκύπτουν αναπόφευκτα σε οποιοδήποτε από τα 3 μέσα διάδοσης ήχου και μπορούν να χαρακτηριστούν ως απορρόφηση ηχητικών κυμάτων.

Η ένταση και ο βαθμός απορρόφησης των ηχητικών κυμάτων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η πίεση και η θερμοκρασία του μέσου. Επίσης, η απορρόφηση εξαρτάται από τη συγκεκριμένη συχνότητα του ήχου. Όταν ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται σε υγρά ή αέρια, υπάρχει μια επίδραση τριβής μεταξύ διαφορετικών σωματιδίων, η οποία ονομάζεται ιξώδες. Ως αποτέλεσμα αυτής της τριβής σε μοριακό επίπεδο, συμβαίνει η διαδικασία μετατροπής του κύματος από ήχο σε θερμικό. Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα του μέσου, τόσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός απορρόφησης των κυμάτων. Η ηχοαπορρόφηση στα αέρια μέσα εξαρτάται επίσης από την πίεση (η ατμοσφαιρική πίεση αλλάζει με την αύξηση του υψομέτρου σε σχέση με τη στάθμη της θάλασσας). Όσον αφορά την εξάρτηση του βαθμού απορρόφησης από τη συχνότητα του ήχου, τότε λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω εξαρτήσεις του ιξώδους και της θερμικής αγωγιμότητας, η απορρόφηση του ήχου είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητά του. Για παράδειγμα, όταν κανονική θερμοκρασίακαι πίεση, στον αέρα η απορρόφηση ενός κύματος με συχνότητα 5000 Hz είναι 3 dB/km, και η απορρόφηση ενός κύματος με συχνότητα 50000 Hz θα είναι ήδη 300 dB/m.

Στα στερεά μέσα, όλες οι παραπάνω εξαρτήσεις (θερμική αγωγιμότητα και ιξώδες) διατηρούνται, αλλά σε αυτό προστίθενται μερικές ακόμη συνθήκες. Συνδέονται με τη μοριακή δομή των στερεών υλικών, η οποία μπορεί να είναι διαφορετική, με τις δικές της ανομοιογένειες. Ανάλογα με αυτή την εσωτερική στερεά μοριακή δομή, η απορρόφηση ηχητικών κυμάτων σε αυτή την περίπτωση μπορεί να είναι διαφορετική και εξαρτάται από τον τύπο του συγκεκριμένου υλικού. Όταν ο ήχος διέρχεται από ένα συμπαγές σώμα, το κύμα υφίσταται μια σειρά μετασχηματισμών και παραμορφώσεων, που τις περισσότερες φορές οδηγεί σε διασπορά και απορρόφηση της ηχητικής ενέργειας. Σε μοριακό επίπεδο, η επίδραση των εξαρθρώσεων μπορεί να συμβεί, όταν ένα ηχητικό κύμα προκαλεί μετατόπιση ατομικών επιπέδων, τα οποία στη συνέχεια επιστρέφουν στην αρχική τους θέση. Ή, η κίνηση των εξαρθρώσεων οδηγεί σε σύγκρουση με εξαρθρήματα κάθετα σε αυτά ή ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή, που προκαλεί την επιβράδυνσή τους και, ως αποτέλεσμα, κάποια απορρόφηση του ηχητικού κύματος. Ωστόσο, το ηχητικό κύμα μπορεί επίσης να αντηχεί με αυτά τα ελαττώματα, γεγονός που θα οδηγήσει σε παραμόρφωση του αρχικού κύματος. Η ενέργεια ενός ηχητικού κύματος τη στιγμή της αλληλεπίδρασης με τα στοιχεία της μοριακής δομής του υλικού διαχέεται ως αποτέλεσμα των διαδικασιών εσωτερικής τριβής.

Στο θα προσπαθήσω να αναλύσω τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης ακουστικής αντίληψης και μερικές από τις λεπτότητες και τα χαρακτηριστικά της διάδοσης του ήχου.

Σε αυτήν την εποχή της προσβάσιμης πληροφορίας, οι άνθρωποι δεν έχουν σταματήσει να διαδίδουν φήμες και μύθους. Αυτό προέρχεται από την τεμπελιά του μυαλού και άλλα χαρακτηριστικά του χαρακτήρα των ατόμων.

Υπενθυμίζουμε ότι η αιολική ενέργεια είναι ένας μεγάλος κλάδος της παγκόσμιας οικονομίας, στον οποίο ετησίωςεπενδύονται δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια. Επομένως, ακόμη και ένας τεμπέλης πολίτης θα μπορούσε να υποθέσει ότι τα ζητήματα που προκύπτουν στη διαδικασία ανάπτυξης του κλάδου έχουν ήδη τεθεί και διευθετηθεί κάπου από κάποιον.

Για να διευκολύνουμε το ευρύ κοινό να έχει πρόσβαση στις σωστές πληροφορίες, θα δημιουργήσουμε εδώ έναν «οδηγό» στον οποίο θα καταρρίψουμε μύθους για τον κλάδο. Να διευκρινίσουμε ότι μιλάμε για βιομηχανική αιολική ενέργεια, στην οποία λειτουργούν μεγάλες ανεμογεννήτριες κλάσης μεγαβάτ. Σε αντίθεση με τη φωτοβολταϊκή ηλιακή ενέργεια, στην οποία οι μικροί, κατανεμημένοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής καταλαμβάνουν συλλογικά σημαντικό μερίδιο στην παραγωγή, τα μικρά αιολικά πάρκα είναι μια εξειδικευμένη περιοχή. Η αιολική ενέργεια είναι η ενέργεια μεγάλων μηχανών και χωρητικοτήτων.

Σήμερα θα εξετάσουμε τον μύθο σχετικά με τους κινδύνους της αιολικής ενέργειας για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία σε σχέση με τον θόρυβο και τους υπέρηχους που εκπέμπονται (ηχητικά κύματα που έχουν συχνότητα χαμηλότερη από αυτή που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο αυτί).

Ας πάρουμε σοβαρά αυτόν τον μύθο. Το γεγονός είναι ότι προσωπικά άκουσα για τις τρομερές συνέπειες του υπέρηχου που παράγεται από ανεμογεννήτριες από ένα σεβαστό ανταποκριτή μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, επικεφαλής ολόκληρου του Ινστιτούτου Kurchatov (!), Kovalchuk M.V.

Ας ξεκινήσουμε με το γεγονός ότι μια ανεμογεννήτρια είναι μια μηχανή με κινούμενα μέρη. Μηχανήματα που είναι εντελώς αθόρυβα είναι απίθανο να βρεθούν. Ταυτόχρονα, ο θόρυβος μιας ανεμογεννήτριας δεν είναι τόσο μεγάλος σε σύγκριση, ας πούμε, με έναν αεριοστρόβιλο ή άλλη συσκευή παραγωγής παρόμοιας ισχύος, που λειτουργεί με βάση την καύση καυσίμου. Όπως μπορείτε να δείτε στην εικόνα, ο θόρυβος της ανεμογεννήτριας απευθείας στη γεννήτρια δεν είναι υψηλότερος από αυτόν μιας τρέχουσας μηχανής γκαζόν.

Φυσικά, το να ζεις κάτω από έναν μεγάλο ανεμόμυλο είναι δυσάρεστο και ανθυγιεινό. Είναι επίσης θορυβώδες και επιβλαβές να ζεις κοντά ΣΙΔΗΡΟΔΡΟΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ, στο Ring Garden της Μόσχας, κ.λπ.

Για να μην παρεμβαίνει ο θόρυβος, είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν αιολικά πάρκα σε απόσταση από κτίρια κατοικιών. Ποια πρέπει να είναι αυτή η απόσταση; Δεν υπάρχει παγκόσμιος κανόνας. Τα έγγραφα του Διεθνούς Οργανισμού Υγείας δεν περιέχουν συγκεκριμένες συστάσεις. Ωστόσο, υπάρχει το έγγραφο Night Noise Guidelines for Europe, το οποίο συνιστά ένα μέγιστο επίπεδο θορύβου τη νύχτα (40 dB), το οποίο λαμβάνεται επίσης υπόψη κατά τον σχεδιασμό των εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, με την ανεπτυγμένη αιολική του ενέργεια, δεν υπάρχουν κανόνες που να καθορίζουν την απόσταση μεταξύ αιολικών πάρκων και κτιρίων κατοικιών (εξετάζεται νομοσχέδιο). Στο γερμανικό ομοσπονδιακό κρατίδιο της Βάδης-Βυρτεμβέργης, καθορίζεται ελάχιστη απόσταση από κτίρια κατοικιών 700 μέτρων, ενώ οι υπολογισμοί γίνονται για κάθε συγκεκριμένο έργο, λαμβάνοντας υπόψη αποδεκτό επίπεδοθόρυβος τη νύχτα (μέγ. 35-40 dB ανάλογα με τον τύπο της οικιστικής ανάπτυξης)…

Ας περάσουμε στον υπέρηχο.

Αρχικά, ας πάρουμε το αυστραλιανό 70 σελίδων "Στάθμη υπερήχων κοντά σε αιολικά πάρκα και σε άλλες περιοχές" με τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Οι μετρήσεις δεν έγιναν από κανέναν, αλλά από μια εξειδικευμένη εταιρεία Resonate Acoustics, που ασχολείται με την ακουστική έρευνα, και ανατέθηκαν από το Τμήμα Προστασίας του Περιβάλλοντος της Νότιας Αυστραλίας. Συμπέρασμα: «Το επίπεδο του υπέρηχου σε σπίτια κοντά στις αξιολογούμενες ανεμογεννήτριες δεν είναι υψηλότερο από ό,τι σε άλλες αστικές και αγροτικές περιοχές και η συμβολή των ανεμογεννητριών στα μετρούμενα επίπεδα υπερήχου είναι αμελητέα σε σύγκριση με το επίπεδο υποβάθρου του υποήχου στο περιβάλλον. ”

Ας δούμε τώρα το φυλλάδιο "Facts: Wind Energy and Infrasound", που εκδόθηκε από το Υπουργείο Οικονομίας, Ενέργειας, Μεταφορών και Εδαφικής Ανάπτυξης του Γερμανικού Ομοσπονδιακού Κράτους της Έσσης: "Δεν υπάρχει καμία επιστημονική απόδειξη ότι ο υπέρηχος από ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσει υγεία επιπτώσεις όταν οι ελάχιστες αποστάσεις που καθορίζονται στη γη της Έσσης» (1000 m από τα σύνορα του οικισμού). «Οι υπέρηχοι από τις ανεμογεννήτριες είναι κάτω από το όριο της ανθρώπινης αντίληψης».

Δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Frontiers in Public Health σχετικά με τον αντίκτυπο του θορύβου χαμηλής συχνότητας και του υπέρηχου από ανεμογεννήτριες στην υγεία ("Health-Based Audible Noise Guidelines Account for Infrasound and Low-Frequency Noise Produced by Wind Turbines"). Συμπέρασμα: οι ήχοι χαμηλής συχνότητας γίνονται αισθητοί σε απόσταση έως και 480 m, αλλά και γενικά ο θόρυβος της γεννήτριας. Οι ισχύοντες κανόνες και κανονισμοί για την κατασκευή αιολικών πάρκων προστατεύουν αξιόπιστα τους πιθανούς αποδέκτες θορύβου, συμπεριλαμβανομένου του θορύβου χαμηλής συχνότητας και των υπέρηχων.

Μπορούμε επίσης να πάρουμε τη μελέτη του Υπουργείου Περιβάλλοντος, Κλίματος και Ενέργειας της Βάδης-Βυρτεμβέργης «Θόρυβος και υπέρηχοι χαμηλής συχνότητας από ανεμογεννήτριες και άλλες πηγές»: «Οι υπόηχοι προκαλούνται από μεγάλο αριθμό φυσικών και βιομηχανικών πηγών. Αποτελούν ένα καθημερινό και πανταχού παρόν μέρος του περιβάλλοντός μας... Ο υπέρηχος που παράγεται από τις ανεμογεννήτριες είναι πολύ κάτω από τα όρια της ανθρώπινης αντίληψης. Δεν υπάρχει καμία επιστημονική απόδειξη βλάβης για αυτό το εύρος».

Το State Department of Health του Καναδά διεξήγαγε μια μεγάλη μελέτη «Ο θόρυβος από τις ανεμογεννήτριες και η υγεία», στην οποία μία από τις ενότητες είναι αφιερωμένη στον υπέρηχο. Δεν βρέθηκαν φρίκη.

Επιπλέον, δεν κατέστη δυνατό να βρεθούν σοβαρές επιστημονικές αποδείξεις για τη βλάβη του θορύβου (και του υπέρηχου) από ανεμογεννήτριες για έντομα και ζώα.

Ας συνοψίσουμε.

Ο θόρυβος από τις ανεμογεννήτριες δεν είναι κάποιο είδος «ιδιαίτερα επιβλαβούς ηχορύπανσης». Ναι, ο εξοπλισμός κάνει θόρυβο όπως κάνουν οι μηχανές. Για να μην ακούτε αυτόν τον θόρυβο, πρέπει να ζείτε σε λογική απόσταση από αιολικά πάρκα. Είναι σκόπιμο οι νομοθέτες να καθορίσουν αυτές τις αποστάσεις λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα των επαγγελματικών μετρήσεων.

Πολυάριθμες επιστημονικές μελέτες αποδεικνύουν ότι ο εξαιρετικά χαμηλός θόρυβος των ανεμογεννητριών (υπέρηχοι) δεν αποτελεί κίνδυνο για τον άνθρωπο εάν τηρηθεί αυτή η λογική απόσταση.

Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι ο κόσμος συνεχίζει τακτικά την έρευνα για όλες τις πτυχές της βιομηχανίας αιολικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των ευαίσθητων θεμάτων θορύβου και υπερήχων. Αυτή η έρευνα βοηθά τις ρυθμιστικές αρχές να βελτιώσουν την ασφάλεια των αιολικών πάρκων και να βοηθήσουν τους κατασκευαστές να κατασκευάσουν καλύτερα και πιο αθόρυβα μηχανήματα.

Σε μελλοντικά άρθρα, θα εξετάσουμε άλλους μύθους για την αιολική ενέργεια.

Η ιδέα του τραγουδιού του νερού ήρθε στο μυαλό των μεσαιωνικών Ιαπώνων πριν από εκατοντάδες χρόνια και έφτασε στο αποκορύφωμά της στα μέσα του 19ου αιώνα. Μια τέτοια εγκατάσταση ονομάζεται "shuikinkutsu", το οποίο μεταφράζεται χαλαρά ως "άρπα νερού":

Όπως υποδηλώνει το βίντεο, το shuikinkutsu είναι ένα μεγάλο, άδειο σκάφος, που συνήθως τοποθετείται στο έδαφος σε μια τσιμεντένια βάση. Στην κορυφή του αγγείου υπάρχει μια οπή από την οποία στάζει νερό στο εσωτερικό. Ένας σωλήνας αποστράγγισης εισάγεται στη βάση από σκυρόδεμα για την αποστράγγιση της περίσσειας νερού και η ίδια η βάση είναι ελαφρώς κοίλη έτσι ώστε να υπάρχει πάντα μια ρηχή λακκούβα πάνω της. Ο ήχος των σταγόνων αναπηδά από τα τοιχώματα του αγγείου, δημιουργώντας μια φυσική αντήχηση (βλ. εικόνα παρακάτω).

Shuikinkutsu σε τομή: ένα κοίλο δοχείο σε μια βάση από σκυρόδεμα κοίλη στην κορυφή, ένας σωλήνας αποστράγγισης για την αποστράγγιση του υπερβολικού νερού, στη βάση και γύρω από μια επίχωση από πέτρες (χαλίκι).

Το Shuikinkutsu ήταν παραδοσιακά στοιχείο του ιαπωνικού σχεδιασμού τοπίου, οι βραχόκηποι Zen. Τα παλιά τα χρόνια τα είχαν κανονίσει στις όχθες των ρεμάτων κοντά σε βουδιστικούς ναούς και σπίτια για την τελετή του τσαγιού. Πιστεύεται ότι αφού πλύνει κανείς τα χέρια του πριν από την τελετή του τσαγιού και ακούει μαγικούς ήχους από το υπόγειο, ένα άτομο συντονίζεται σε μια υπέροχη διάθεση. Οι Ιάπωνες εξακολουθούν να πιστεύουν ότι το καλύτερο, πιο καθαρό σούικινκουτσού πρέπει να είναι κατασκευασμένο από συμπαγή πέτρα, αν και αυτή η απαίτηση δεν πληρούται σήμερα.
Στα μέσα του 20ου αιώνα, η τέχνη της οργάνωσης του shuikinkutsu είχε σχεδόν χαθεί - μερικά shuikinkutsu παρέμειναν σε όλη την Ιαπωνία, αλλά τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον γι 'αυτά έχει γνωρίσει μια εκπληκτική άνοδο. Σήμερα κατασκευάζονται από πιο προσιτά υλικά - πιο συχνά από κεραμικά ή μεταλλικά αγγεία κατάλληλου μεγέθους. Η ιδιαιτερότητα του ήχου του suikinkutsu είναι ότι, εκτός από τον θεμελιώδη τόνο της πτώσης, προκύπτουν πρόσθετες συχνότητες (αρμονικές) μέσα στο δοχείο λόγω του συντονισμού των τοιχωμάτων, τόσο πάνω όσο και κάτω από τον θεμελιώδη τόνο.
Στις τοπικές μας συνθήκες, το shuikinkutsu μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους: όχι μόνο από ένα κεραμικό ή μεταλλικό δοχείο, αλλά επίσης, για παράδειγμα, απλωμένο απευθείας στο έδαφος από κόκκινο τούβλο κατά μήκος μέθοδος κατασκευής εσκιμώων ιγκλούή χυτό από σκυρόδεμα t τεχνολογίες για τη δημιουργία κουδουνιών- αυτές οι επιλογές στον ήχο θα είναι πιο κοντά στο ολόπετρο shuikinkutsu.
Στην οικονομική έκδοση, μπορείτε να τα βγάλετε πέρα ​​με ένα κομμάτι χαλύβδινου σωλήνα μεγάλης διαμέτρου (630 mm, 720 mm), καλυμμένο από το επάνω άκρο με καπάκι (χοντρό μεταλλικό φύλλο) με οπή για αποστράγγιση νερού. Δεν θα συνιστούσα τη χρήση πλαστικών δοχείων: το πλαστικό απορροφά ορισμένες συχνότητες ήχου και στο shuikinkutsu πρέπει να επιτύχετε τη μέγιστη ανάκλασή τους από τους τοίχους.
Απαραίτητες προϋποθέσεις:
1. όλο το σύστημα πρέπει να είναι εντελώς κρυμμένο κάτω από το έδαφος.
2. Η βάση και το γέμισμα των πλευρικών κόλπων πρέπει να είναι από πέτρα (θρυμματισμένη πέτρα, χαλίκι, βότσαλα) - η πλήρωση των κόλπων με χώμα θα αναιρέσει τις ιδιότητες συντονισμού της δεξαμενής.
Είναι λογικό να το υποθέσουμε κρίσιμοςΣτην εγκατάσταση, έχει το ύψος του σκάφους – πιο συγκεκριμένα, το βάθος του: όσο περισσότερο επιταχύνει μια σταγόνα νερού κατά την πτήση, τόσο πιο δυνατός θα είναι ο αντίκτυπός της στον πυθμένα, τόσο πιο ενδιαφέρον και πληρέστερος θα είναι ο ήχος. Αλλά δεν πρέπει να φτάσετε στον φανατισμό και να φτιάξετε ένα σιλό πυραύλων - το ύψος της δεξαμενής (ένα κομμάτι μεταλλικού σωλήνα) 1,5-2,5 του μεγέθους της διαμέτρου του είναι αρκετά. Σημειώστε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του δοχείου, τόσο χαμηλότερος θα είναι ο ήχος του θεμελιώδους τόνου του shuikinkutsu.
Ο φυσικός Yoshio Watanabe έχει μελετήσει τα χαρακτηριστικά αντήχησης shuikinkutsu στο εργαστήριο, η μελέτη του "Analytic Study of Acoustic Mechanism of "Suikinkutsu"" είναι δωρεάν διαθέσιμη στο Διαδίκτυο. Για τους πιο σχολαστικούς αναγνώστες, ο Watanabe προτείνει, κατά τη γνώμη του, τις διαστάσεις του παραδοσιακού shuikinkutsu που είναι βέλτιστες κατά τη γνώμη του: ένα κεραμικό σκεύος με τοίχο πάχους 2 cm σε σχήμα καμπάνας ή σχήμα αχλαδιού, ύψος ελεύθερης πτώσης 30 έως 40 εκ., μέγιστη εσωτερική διάμετρος περίπου 35 εκ. Αλλά ο επιστήμονας παραδέχεται πλήρως τυχόν αυθαίρετα μεγέθη και μορφές.
Μπορείτε να πειραματιστείτε και να έχετε ενδιαφέροντα εφέ εάν κάνετε ένα shuikinkutsu σαν σωλήνας σε σωλήνα: εισάγετε έναν σωλήνα μικρότερης διαμέτρου (630 mm) και ελαφρώς χαμηλότερου ύψους μέσα σε έναν χαλύβδινο σωλήνα μεγαλύτερης διαμέτρου (για παράδειγμα, 820 mm). και κόψτε αρκετές τρύπες στα τοιχώματα του εσωτερικού σωλήνα σε διαφορετικά ύψη με διάμετρο περίπου 10-15 εκ. Στη συνέχεια το κενό κενό μεταξύ των σωλήνων θα δημιουργήσει πρόσθετη αντήχηση και αν είστε τυχεροί, τότε ηχώ.
Ελαφριά επιλογή: εισάγετε ένα ζευγάρι χοντρές μεταλλικές πλάκες πλάτους 10-15 εκατοστών και πάνω από το μισό του εσωτερικού όγκου της δεξαμενής κατακόρυφα και ελαφρώς υπό γωνία στη βάση από σκυρόδεμα - αυτό θα αυξήσει την περιοχή εσωτερική επιφάνεια shuikinkutsu, θα εμφανιστούν πρόσθετες αντανακλάσεις ήχου και ο χρόνος αντήχησης θα αυξηθεί ελαφρώς ανάλογα.
Μπορείτε να εκσυγχρονίσετε το shuikinkutsu ακόμα πιο ριζικά: αν κρεμάσετε κουδούνια ή προσεκτικά επιλεγμένες μεταλλικές πλάκες στο κάτω μέρος της δεξαμενής κατά μήκος του άξονα της πτώσης του νερού, τότε μπορείτε να πάρετε έναν αρμονικό ήχο από την πρόσκρουση των σταγόνων πάνω τους. Αλλά να έχετε κατά νου ότι σε αυτή την περίπτωση η ιδέα του shuikinkutsu, που είναι να ακούτε τη φυσική μουσική του νερού, παραμορφώνεται.
Τώρα στην Ιαπωνία, το shuikinkutsu εκτελείται όχι μόνο σε πάρκα Zen και ιδιωτικά κτήματα, αλλά ακόμη και σε πόλεις, σε γραφεία και εστιατόρια. Για να γίνει αυτό, εγκαθίσταται ένα μικροσκοπικό σιντριβάνι κοντά στο suikinkutsu, μερικές φορές τοποθετούνται ένα ή δύο μικρόφωνα μέσα στο σκάφος, στη συνέχεια το σήμα τους ενισχύεται και τροφοδοτείται σε ηχεία που είναι μεταμφιεσμένα κοντά. Το αποτέλεσμα ακούγεται κάπως έτσι:

Ένα καλό παράδειγμα προς μίμηση.

Οι λάτρεις του Shuikinkutsu κυκλοφόρησαν ένα CD με ηχογραφήσεις από διάφορα shuikikutsu που έγιναν σε διάφορα μέρη της Ιαπωνίας.
Η ιδέα του shuikinkutsu βρήκε την ανάπτυξή της στην άλλη πλευρά του Ειρηνικού Ωκεανού:

Στην καρδιά αυτού του αμερικανικού «οργάνου κυμάτων» βρίσκονται συνηθισμένοι πλαστικοί σωλήνες μεγάλου μήκους. Τοποθετημένοι με μια άκρη ακριβώς στο επίπεδο των κυμάτων, οι σωλήνες αντηχούν από την κίνηση του νερού και, λόγω της κάμψής τους, λειτουργούν και ως φίλτρο ήχου. Σύμφωνα με την παράδοση του shuikinkutsu, ολόκληρη η δομή είναι κρυμμένη από τα μάτια. Η εγκατάσταση περιλαμβάνεται ήδη στους τουριστικούς οδηγούς.
Η επόμενη βρετανική συσκευή είναι επίσης κατασκευασμένη από πλαστικούς σωλήνες, αλλά δεν προορίζεται να παράγει ήχο, αλλά να αλλάξει ένα υπάρχον σήμα.
Η συσκευή ονομάζεται «Όργανο Κόρτι» και αποτελείται από πολλές σειρές κοίλων πλαστικών σωλήνων στερεωμένων κάθετα ανάμεσα σε δύο πλάκες. Οι σειρές των σωλήνων λειτουργούν ως φυσικό φίλτρο ήχου, παρόμοιο με αυτά που υπάρχουν στα συνθεσάιζερ και τα «gadgets» κιθάρας: ορισμένες συχνότητες απορροφώνται από το πλαστικό, άλλες αντανακλώνται επανειλημμένα και αντηχούν. Ως αποτέλεσμα, ο ήχος που προέρχεται από τον περιβάλλοντα χώρο μετασχηματίζεται τυχαία:

Θα ήταν ενδιαφέρον να βάλετε μια τέτοια συσκευή μπροστά από έναν ενισχυτή κιθάρας ή οποιοδήποτε σύστημα ηχείων και να ακούσετε πώς αλλάζει ο ήχος. Πραγματικά, «…τα πάντα γύρω είναι μουσική. Ή μπορεί να γίνει με τη βοήθεια μικροφώνων "(Αμερικανός συνθέτης John Cage). ...Σκέφτομαι να δημιουργήσω ένα shuikinkutsu στη χώρα μου αυτό το καλοκαίρι. Με lingam.

Ο ήχος είναι ηχητικά κύματα που προκαλούν δονήσεις των μικρότερων σωματιδίων αέρα, άλλων αερίων, καθώς και υγρών και στερεών μέσων. Ο ήχος μπορεί να εμφανιστεί μόνο όπου υπάρχει ύλη, ανεξάρτητα από την κατάσταση της ύλης που βρίσκεται. Σε ένα κενό, όπου δεν υπάρχει μέσο, ​​ο ήχος δεν διαδίδεται, γιατί δεν υπάρχουν σωματίδια που να λειτουργούν ως ηχητικά κύματα. Για παράδειγμα, στο διάστημα. Ο ήχος μπορεί να τροποποιηθεί, να τροποποιηθεί, να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας. Έτσι, ο ήχος που μετατρέπεται σε ραδιοκύματα ή ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μεταδοθεί σε αποστάσεις και να καταγραφεί σε μέσα ενημέρωσης.

Ηχητικό κύμα

Οι κινήσεις αντικειμένων και σωμάτων προκαλούν σχεδόν πάντα δονήσεις στο περιβάλλον. Δεν έχει σημασία αν είναι νερό ή αέρας. Στη διαδικασία αυτού, τα σωματίδια του μέσου, στο οποίο μεταδίδονται οι κραδασμοί του σώματος, αρχίζουν επίσης να ταλαντώνονται. Δημιουργούνται ηχητικά κύματα. Επιπλέον, οι κινήσεις πραγματοποιούνται προς τις κατευθύνσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω, αντικαθιστώντας προοδευτικά η μία την άλλη. Επομένως, το ηχητικό κύμα είναι διαμήκη. Ποτέ σε αυτό δεν υπάρχει εγκάρσια κίνηση πάνω-κάτω.

Χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων

Όπως κάθε φυσικό φαινόμενο, έχουν τις δικές τους τιμές, με τις οποίες μπορείτε να περιγράψετε τις ιδιότητες. Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ηχητικού κύματος είναι η συχνότητα και το πλάτος του. Η πρώτη τιμή δείχνει πόσα κύματα σχηματίζονται ανά δευτερόλεπτο. Το δεύτερο καθορίζει την ένταση του κύματος. Οι ήχοι χαμηλής συχνότητας έχουν τιμές χαμηλής συχνότητας και το αντίστροφο. Η συχνότητα του ήχου μετριέται σε Hertz και αν ξεπεράσει τα 20.000 Hz, τότε γίνεται υπερηχογράφημα. Υπάρχουν αρκετά παραδείγματα ήχων χαμηλής και υψηλής συχνότητας στη φύση και στον κόσμο γύρω μας. Το κελάηδισμα ενός αηδονιού, οι βροντές, ο βρυχηθμός ενός ορεινού ποταμού και άλλα είναι όλα διαφορετικές ηχητικές συχνότητες. Η τιμή του πλάτους του κύματος εξαρτάται άμεσα από το πόσο δυνατός είναι ο ήχος. Η ένταση, με τη σειρά της, μειώνεται καθώς απομακρύνεστε από την πηγή ήχου. Αντίστοιχα, το πλάτος είναι όσο μικρότερο, τόσο πιο μακριά από το επίκεντρο είναι το κύμα. Με άλλα λόγια, το πλάτος ενός ηχητικού κύματος μειώνεται με την απόσταση από την πηγή ήχου.

Ταχύτητα ήχου

Αυτός ο δείκτης ενός ηχητικού κύματος εξαρτάται άμεσα από τη φύση του μέσου στο οποίο διαδίδεται. Η υγρασία και η θερμοκρασία παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο εδώ. Σε μέσες καιρικές συνθήκες, η ταχύτητα του ήχου είναι περίπου 340 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Στη φυσική, υπάρχει κάτι όπως η υπερηχητική ταχύτητα, η οποία είναι πάντα μεγαλύτερη σε αξία από την ταχύτητα του ήχου. Αυτή είναι η ταχύτητα με την οποία διαδίδονται τα ηχητικά κύματα όταν το αεροσκάφος κινείται. Το αεροσκάφος ταξιδεύει με υπερηχητικές ταχύτητες και μάλιστα ξεπερνά τα ηχητικά κύματα που δημιουργούνται από αυτό. Λόγω της σταδιακής αύξησης της πίεσης πίσω από το αεροσκάφος, σχηματίζεται ένα ωστικό ηχητικό κύμα. Ένα ενδιαφέρον και λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν τη μονάδα μέτρησης μιας τέτοιας ταχύτητας. Λέγεται Mach. 1 Mach ισούται με την ταχύτητα του ήχου. Εάν το κύμα κινείται με ταχύτητα 2 Mach, τότε ταξιδεύει δύο φορές πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου.

Θόρυβοι

ΣΤΟ Καθημερινή ζωήανθρώπινα υπάρχουν συνεχείς θόρυβοι. Το επίπεδο θορύβου μετριέται σε ντεσιμπέλ. Η κίνηση των αυτοκινήτων, ο αέρας, το θρόισμα των φύλλων, το πλέξιμο των φωνών των ανθρώπων και άλλοι ήχοι είναι οι καθημερινοί μας σύντροφοι. Όμως ο ανθρώπινος ακουστικός αναλυτής έχει την ικανότητα να συνηθίσει σε τέτοιους θορύβους. Υπάρχουν όμως και τέτοια φαινόμενα που ακόμη και οι προσαρμοστικές ικανότητες του ανθρώπινου αυτιού δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν. Για παράδειγμα, ο θόρυβος που υπερβαίνει τα 120 dB μπορεί να προκαλέσει αίσθηση πόνου. Το πιο δυνατό ζώο είναι η μπλε φάλαινα. Όταν κάνει ήχους, ακούγεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 800 χιλιόμετρα.

Ηχώ

Πώς εμφανίζεται η ηχώ; Όλα είναι πολύ απλά εδώ. Το ηχητικό κύμα έχει την ικανότητα να ανακλάται από διαφορετικές επιφάνειες: από νερό, από βράχους, από τοίχους σε ένα άδειο δωμάτιο. Αυτό το κύμα επιστρέφει σε εμάς, έτσι ακούμε δευτερεύοντα ήχο. Δεν είναι τόσο καθαρό όσο το αρχικό, αφού μέρος της ενέργειας του ηχητικού κύματος διαχέεται όταν κινείται προς το εμπόδιο.

Ηχοεντοπισμό

Η αντανάκλαση του ήχου χρησιμοποιείται για διάφορους πρακτικούς σκοπούς. Για παράδειγμα, ηχοεντοπισμός. Βασίζεται στο γεγονός ότι με τη βοήθεια υπερηχητικών κυμάτων είναι δυνατό να προσδιοριστεί η απόσταση από το αντικείμενο από το οποίο ανακλώνται αυτά τα κύματα. Οι υπολογισμοί γίνονται με μέτρηση του χρόνου για τον οποίο ο υπέρηχος θα φτάσει στο σημείο και θα επιστρέψει πίσω. Πολλά ζώα έχουν την ικανότητα να ηχολογούν. Για παράδειγμα, νυχτερίδες, δελφίνια το χρησιμοποιούν για να αναζητήσουν τροφή. Το Echolocation βρήκε άλλη εφαρμογή στην ιατρική. Κατά την εξέταση με υπερηχογράφημα σχηματίζεται εικόνα εσωτερικά όργαναπρόσωπο. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι ο υπέρηχος, εισερχόμενος σε ένα μέσο εκτός του αέρα, επιστρέφει πίσω, σχηματίζοντας έτσι μια εικόνα.

Ηχητικά κύματα στη μουσική

Γιατί τα μουσικά όργανα παράγουν συγκεκριμένους ήχους; Επιλογές κιθάρας, μελωδίες πιάνου, χαμηλοί τόνοι ντραμς και τρομπέτες, μια γοητευτική λεπτή φωνή ενός φλάουτου. Όλοι αυτοί και πολλοί άλλοι ήχοι οφείλονται σε δονήσεις στον αέρα ή, με άλλα λόγια, λόγω της εμφάνισης ηχητικών κυμάτων. Γιατί όμως ο ήχος των μουσικών οργάνων είναι τόσο διαφορετικός; Αποδεικνύεται ότι εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Το πρώτο είναι το σχήμα του οργάνου, το δεύτερο είναι το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο.

Ας ρίξουμε μια ματιά στο παράδειγμα των έγχορδων οργάνων. Γίνονται η πηγή του ήχου όταν αγγίζονται οι χορδές. Ως αποτέλεσμα, αρχίζουν να ταλαντεύονται και να στέλνουν σε περιβάλλονδιαφορετικούς ήχους. Ο χαμηλός ήχος οποιουδήποτε έγχορδου οργάνου οφείλεται στο μεγαλύτερο πάχος και μήκος της χορδής, καθώς και στην αδυναμία της τάσης της. Αντίθετα, όσο πιο δυνατή είναι η χορδή που τεντώνεται, όσο πιο λεπτή και κοντή είναι, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της αναπαραγωγής.

Δράση μικροφώνου

Βασίζεται στη μετατροπή της ενέργειας των ηχητικών κυμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, η τρέχουσα ισχύς και η φύση του ήχου είναι σε ευθεία αναλογία. Μέσα σε οποιοδήποτε μικρόφωνο υπάρχει μια λεπτή πλάκα από μέταλλο. Όταν εκτίθεται στον ήχο, αρχίζει να κάνει ταλαντευτικές κινήσεις. Η σπείρα στην οποία είναι συνδεδεμένη η πλάκα δονείται επίσης, με αποτέλεσμα ηλεκτρική ενέργεια. Γιατί εμφανίζεται; Αυτό συμβαίνει γιατί το μικρόφωνο έχει και ενσωματωμένους μαγνήτες. Όταν η σπείρα δονείται μεταξύ των πόλων της, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο πηγαίνει κατά μήκος της σπείρας και περαιτέρω - στη στήλη ήχου (μεγάφωνο) ή στον εξοπλισμό εγγραφής σε ένα μέσο πληροφοριών (σε κασέτα, δίσκο, υπολογιστή). Παρεμπιπτόντως, μια παρόμοια δομή έχει μικρόφωνο στο τηλέφωνο. Πώς λειτουργούν όμως τα μικρόφωνα σε σταθερά και κινητά τηλέφωνα; Η αρχική φάση είναι η ίδια γι 'αυτούς - ο ήχος μιας ανθρώπινης φωνής μεταδίδει τους κραδασμούς της στην πλάκα του μικροφώνου, τότε όλα ακολουθούν το σενάριο που περιγράφεται παραπάνω: μια σπείρα που κλείνει δύο πόλους όταν κινείται, δημιουργείται ένα ρεύμα. Τι έπεται? Με ένα σταθερό τηλέφωνο, όλα είναι λίγο-πολύ καθαρά - όπως σε ένα μικρόφωνο, ο ήχος, που μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα, περνάει μέσα από τα καλώδια. Τι γίνεται όμως με ένα κινητό ή, για παράδειγμα, ένα φορητό ραδιόφωνο; Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ήχος μετατρέπεται σε ενέργεια ραδιοκυμάτων και χτυπά τον δορυφόρο. Αυτό είναι όλο.

Φαινόμενο συντονισμού

Μερικές φορές τέτοιες συνθήκες δημιουργούνται όταν το πλάτος των ταλαντώσεων φυσικό σώμααυξάνεται απότομα. Αυτό οφείλεται στη σύγκλιση των τιμών της συχνότητας των εξαναγκασμένων ταλαντώσεων και της φυσικής συχνότητας των ταλαντώσεων του αντικειμένου (σώματος). Η αντήχηση μπορεί να είναι και ευεργετική και επιβλαβής. Για παράδειγμα, για να σωθεί ένα αυτοκίνητο από μια τρύπα, ξεκινά και σπρώχνεται μπρος-πίσω για να προκαλέσει συντονισμό και να δώσει ορμή στο αυτοκίνητο. Υπήρξαν όμως περιπτώσεις αρνητικές επιπτώσειςαπήχηση. Για παράδειγμα, στην Αγία Πετρούπολη, πριν από περίπου εκατό χρόνια, μια γέφυρα κατέρρευσε κάτω από συγχρονισμένους στρατιώτες που βαδίζουν.