რასაც ჰქვია ხმის სიძლიერის სიძლიერის ინტენსივობა. აკუსტიკა. ხმის ფიზიკური მახასიათებლები. სმენის შეგრძნების მახასიათებლები. ხმის რეფრაქცია წყლის ქვეშ
ხმის სიძლიერე ან ინტენსივობა გამავალ (ანუ, არ დგას) ტალღაში არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც მიედინება უბნებში ყოველ წამში, პერპენდიკულარული ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე.
ბგერის ინტენსივობა (სიძლიერე) იზომება 10-ჯერ უფრო დიდში ან ერთეულებში, კერძოდ (მიკროვატში - მემილიონედი ვატი).
გამოთვლები აჩვენებს, რომ ხმის ინტენსივობა უდრის ზეწნევის ამპლიტუდის კვადრატის თანაფარდობას საშუალო აკუსტიკური წინაღობის ორჯერ.
ეს ეხება როგორც თვითმფრინავს, ასევე სფერულ ტალღებს. სიბრტყე ტალღების შემთხვევაში, თუ უგულებელვყოფთ ზარალს შიდა ხახუნის გამო, ხმის ინტენსივობა არ უნდა შეიცვალოს მანძილით. სფერული ტალღების შემთხვევაში, გადაადგილების ამპლიტუდები, ნაწილაკების სიჩქარე და ზეწოლა მცირდება ხმის წყაროდან დაშორების პირველი სიმძლავრის რეციპროკალებით. ამიტომ, სფერული ტალღების შემთხვევაში, ხმის ინტენსივობა მცირდება ხმის წყაროდან მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულად.
მიკროფონები ჩვეულებრივ გამოიყენება ხმის სიძლიერის გასაზომად (მათი მოწყობილობა აღწერილია კურსის მეორე ტომში, ელექტრული ვიბრაციების თავში). ხმის სიძლიერის გასაზომად ასევე გამოიყენება რეილის დისკი - ეს არის თხელი პატარა დისკი (დამზადებულია მიკის ფირფიტისგან 2-3 მეასედი მილიმეტრის სისქით) დიამეტრით დაკიდებული ყველაზე თხელ ძაფზე. ხმის ტალღების ველში დისკზე
მოქმედებს მბრუნავი წყვილი, რომლის მომენტი ბგერის სიძლიერის პროპორციულია და არ არის დამოკიდებული ბგერის სიხშირეზე. ეს მბრუნავი წყვილი ცდილობს დისკის ბრუნვას ისე, რომ მისი სიბრტყე პერპენდიკულარული იყოს ხმის ტალღების გავრცელების მიმართულებაზე. როგორც წესი, რეილის დისკი შეჩერებულია ხმის ველში ტალღის გავრცელების მიმართულებით 45° კუთხით და ხმის ინტენსივობა იზომება დისკის ბრუნვის კუთხის განსაზღვრით.
ხმის სიძლიერის დასადგენად, ასევე შეიძლება გაზომოთ წნევა, რომელსაც ხმის ტალღები ახდენს მყარ კედელზე. ეს წნევა პროპორციულია ხმის სიძლიერისა:
აქ არის მუდმივი წნევის დროს საშუალო სითბური სიმძლავრის თანაფარდობა მუდმივი მოცულობის სითბოს სიმძლავრის მიმართ, c არის ხმის სიჩქარე.
ზემოაღნიშნული ფორმულის (6) ფორმულასთან შედარებისას, ჩვენ ვხედავთ, რომ მყარ კედელზე ხმის ტალღების მიერ განხორციელებული წნევა პროპორციულია ჭარბი წნევის ამპლიტუდის კვადრატისა და უკუპროპორციულია საშუალო სიმკვრივისა.
ბგერის ინტენსივობის განმარტება, რომელიც მოცემულია ამ განყოფილების დასაწყისში, კარგავს თავის მნიშვნელობას მდგარი ტალღისთვის. მართლაც, თუ წნევის ამპლიტუდები პირდაპირ და ასახულ ტალღებში თანაბარია, მაშინ ენერგიის თანაბარი რაოდენობა მიედინება საპირისპირო მიმართულებით ტალღის ღერძზე პერპენდიკულარულად განთავსებული პლატფორმის გავლით. ამიტომ, შედეგად მიღებული ენერგიის ნაკადი ზონაში ნულის ტოლია. ამ შემთხვევაში ხმის ინტენსივობა ხასიათდება ბგერის ენერგიის სიმკვრივით, ანუ ენერგიით, რომელიც შეიცავს ხმის ველში.
სიბრტყეზე გადაცემული ტალღის ველში ბგერის ენერგიის სიმკვრივის გამოსათვლელად წარმოიდგინეთ ცილინდრული მოცულობა ჯვარი კვეთით და სიგრძე რიცხობრივად უდრის ბგერის სიჩქარეს, მოდით ცილინდრის ღერძი ემთხვევა ტალღის გავრცელების მიმართულებას. ნათელია, რომ ცილინდრის შიგნით არსებული ენერგიის ჯამური რაოდენობა რიცხობრივად უდრის ხმის ინტენსივობას, მეორე მხრივ, როცა ცილინდრის მოცულობაში ჯვარი კვეთა რიცხობრივად ტოლია, ხმის ენერგიის სიმკვრივე გამოდის. ტოლია
ენერგიის მოძრაობის იდეა და ენერგიის სიმკვრივის ამჟამინდელი ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნებები საშუალო წერტილში და ენერგიის მოძრაობის სიჩქარის შესახებ მეცნიერებაში შემოიტანეს 1874 წელს ნ.ა. უმოოვმა თავის სადოქტორო დისერტაციაში, სადაც, კერძოდ, განტოლების მკაცრი დასაბუთება (7). ათი წლის შემდეგ უმოვის იდეები შეიმუშავა ინგლისელმა ფიზიკოსმა პოინტინგმა ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე მიმართული.
მოდით განვმარტოთ, როგორ გამოითვლება ხმის ინტენსივობა არეკლილი ბგერის ტალღაში და გარდატეხილ ტალღაში.
ბგერითი ტალღების არეკვლისა და გარდატეხის კანონები მსგავსია სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებისა. როდესაც ხმოვანი ტალღა აირეკლება, ტალღის მიმართულებით წარმოქმნილი კუთხე ამრეკლავ ზედაპირთან ნორმალურთან (შემთხვევის კუთხე) ტოლია არეკლილი ტალღის მიმართულებით წარმოქმნილ კუთხეს იმავე ნორმასთან (არეკვლის კუთხე) .
როდესაც ხმის ტალღა გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე, დაცემის კუთხე და გარდატეხის კუთხე დაკავშირებულია მიმართებით
სად არის ხმის სიჩქარე პირველ და მეორე მედიაში.
თუ ხმის ინტენსივობა პირველ გარემოში, მაშინ ინტერფეისზე ტალღების ნორმალური სიხშირით, მეორე გარემოში ხმის ინტენსივობა იქნება:
სადაც, როგორც რეილიმ ამტკიცებს, ბგერის შეღწევადობის კოეფიციენტი მოცემულია
ცხადია, ასახვის კოეფიციენტი ტოლია
რეილის ფორმულიდან ჩვენ ვხედავთ, რომ რაც უფრო მეტად განსხვავდება მედიის აკუსტიკური წინაღობა, მით უფრო მცირეა ხმის ენერგიის ფრაქცია, რომელიც აღწევს მედიას შორის ინტერფეისის მეშვეობით. ადვილი მისახვედრია, რომ როდესაც მეორე საშუალების აკუსტიკური წინააღმდეგობა ძალიან დიდია პირველი საშუალების აკუსტიკური წინააღმდეგობასთან შედარებით, მაშინ
ასეთი შემთხვევა ხდება მაშინ, როდესაც ხმა ჰაერიდან წყლის მასაში ან ბეტონის, ხის სისქეში გადადის; ამ მედიის აკუსტიკური წინააღმდეგობა რამდენიმე ათასჯერ აღემატება ჰაერის აკუსტიკური წინააღმდეგობას. ამიტომ, ჰაერიდან წყლის, ბეტონის, ხის მასებზე ხმის ნორმალური მოხვედრისას, ხმის ინტენსივობის მეათასედი არ აღემატება ამ მედიას. თუმცა, ბეტონის ან ხის კედელი შეიძლება იყოს ძალიან ხმის გამტარი, თუ ის თხელია; ამ შემთხვევაში, კედელი აღიქვამს და გადასცემს ელასტიურ ვიბრაციას, როგორც დიდი მემბრანა. ზემოაღნიშნული ფორმულა არ გამოიყენება ასეთ შემთხვევაში.
არათანაბარი ტემპერატურის მდგომარეობის გამო ატმოსფერული ჰაერის ცალკეულ ფენებს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული აკუსტიკური წინააღმდეგობა; ხმა აისახება ჰაერის ასეთი ფენების ინტერფეისიდან. ეს განმარტავს, რომ ატმოსფეროში ბგერების მოსმენის დიაპაზონი ექვემდებარება მნიშვნელოვან რყევებს. სმენის დიაპაზონი, ჰაერის ჰომოგენურობის ხარისხზე დამოკიდებულია, შეიძლება განსხვავდებოდეს 10 ან მეტჯერ. ამინდი (წვიმა, თოვლი, ნისლი) არ მოქმედებს ჰაერის ხმის გამტარობაზე. ნათელ დღეს და მკვრივი ნისლის დროს, სმენა შეიძლება იყოს იგივე. და, პირიქით, დღეებში, როდესაც ამინდი აშკარად იგივეა, ჰაერის ხმის გამტარობა შეიძლება ძალიან განსხვავებული იყოს, თუ ჰაერის ფენების ერთგვაროვნების ხარისხი არ არის იგივე.
აკუსტიკის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ამოცანაა იმ პირობების გარკვევა, რომლებიც გავლენას ახდენენ აკუსტიკური ემიტერების ხმის ინტენსივობაზე. როდესაც რხევადი ემიტერის სხეული ასხივებს ბგერით ენერგიას გარე გარემოში, ეს სხეული მუშაობს ხმის ველის რეაქციის საწინააღმდეგოდ, ანუ გამოსხივებულ ტალღაში ჭარბი წნევით გამოწვეული ძალების წინააღმდეგ და აფერხებს ემიტერის რხევის მოძრაობას.
გაანგარიშება აჩვენებს, რომ როდესაც ემიტერს აქვს ტალღის სიგრძესთან შედარებით დიდი ზომები, ის ასხივებს სიბრტყე ტალღას და ხმის გამოსხივების სიმძლავრე უდრის ემიტერისა და რხევის მოძრაობის სიჩქარის ამპლიტუდის ნამრავლის ნახევარს. ემიტერი 5-ის ფართობი და საშუალო აკუსტიკური წინააღმდეგობა:
თუ ემიტერი ტალღის სიგრძესთან შედარებით მცირეა, მაშინ ის ასხივებს სფერულ ტალღას და გამოსხივების სიმძლავრე ამ შემთხვევაში განისაზღვრება ფორმულით.
მოცემული განზომილებების ნებისმიერი ემიტერისთვის (მაგალითად, ფართობის მქონე რხევადი დისკისთვის, სიმძლავრის ზემოთ მოყვანილი ორი ფორმულიდან პირველი განსაზღვრავს მაღალი სიხშირეების (მოკლე ტალღების) გამოსხივების სიმძლავრეს, მეორე - დაბალი სიხშირის გამოსხივების სიმძლავრეს (გრძელი ტალღები).
ხშირად საჭიროა, რომ მაღალი, საშუალო და დაბალი სიხშირის რეგიონში ემიტერს ჰქონდეს იგივე სიმძლავრე (ამ ხარისხს უნდა ფლობდეს გრამოფონის გარსები, დინამიკის დიფუზორები). მაგრამ რხევითი მოძრაობის მოცემული ამპლიტუდისთვის, მცირე ზომის რადიატორებს მაღალი ბგერების დამაკმაყოფილებელი რადიაციული სიმძლავრით აქვთ დაბალი ხმების ძალიან დაბალი გამოსხივების სიმძლავრე. ეს მათ მუსიკალურად არასრულფასოვნებას ხდის.
რაც ითქვა, მცირე გამონაბოლქვის ნაკლოვანებები აშკარაა. დიდი ზომის რადიატორებს აქვთ მნიშვნელოვანი უხერხულობა, რომ მათი მასა არის მნიშვნელოვანი და, შესაბამისად, იმისათვის, რომ მათ მივცეთ რხევითი მოძრაობა საჭირო ამპლიტუდით, აუცილებელია ძალიან დიდი ძალების გამოყენება. ამიტომ, ტექნიკური თვალსაზრისით, სასურველია პატარა რადიატორის დაყენება ყველაზე ხელსაყრელი აკუსტიკური რეჟიმის პირობებში.
ამ პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია სპეციალური მოწყობილობის დახმარებით, რომელიც აკავშირებს ემიტერს ღია სივრცესთან, კერძოდ, რქის დახმარებით. რქა არის თანდათანობით გაფართოებული მილი, რომლის ვიწრო ბოლოში (ყელში) ამოფრქვევა ირხევა. საყვირის ხისტი კედლები არ აძლევს ხმის ტალღას გვერდებზე „გავრცელების“ საშუალებას. ამრიგად, ტალღის ფრონტი ინარჩუნებს მეტ-ნაკლებად ბრტყელ ფორმას, რაც ზემოაღნიშნული ფორმულებიდან პირველს ქმნის
რადიაციული სიმძლავრისთვის, რომელიც გამოიყენება არა მხოლოდ მაღალი სიხშირის, არამედ დაბალი სიხშირის რეგიონში.
ჩვეულებრივ, ხმის ინტენსივობის შესწავლა უნდა ჩატარდეს დახურული ოთახებისთვის. დახურულ სივრცეებში ხმის შესწავლა მნიშვნელოვანია აუდიტორიების, თეატრების, საკონცერტო დარბაზების და ა.შ. დიზაინისთვის და წინასწარი აკუსტიკური გაანგარიშების გარეშე აშენებულ ოთახებში აკუსტიკური დეფექტების გამოსასწორებლად. ტექნოლოგიის ფილიალს, რომელიც ეხება ამ საკითხებს, ეწოდება არქიტექტურული აკუსტიკა.
დახურულ სივრცეებში აკუსტიკური პროცესების მთავარი მახასიათებელია შემოსაზღვრული ზედაპირებიდან (კედლები, ჭერი) ხმის მრავალჯერადი არეკვლის არსებობა. საშუალო ზომის ოთახში ბგერითი ტალღა განიცდის რამდენიმე ასეულ არეკვლას, სანამ მისი ენერგია შემცირდება აუდიტორულ ზღურბლამდე. დიდ ოთახებში საკმარისი სიძლიერის ხმა ისმის არსებობის გამო წყაროს რამდენიმე ათეული წამის გამორთვის შემდეგ. ასახული ტალღები, რომლებიც მოძრაობენ ყველა შესაძლო მიმართულებით. სავსებით აშკარაა, რომ ხმის ასეთი თანდათანობით გაქრობა, ერთი მხრივ, სასარგებლოა, ვინაიდან ხმა ძლიერდება არეკლილი ტალღების ენერგიის გამო; თუმცა, მეორეს მხრივ, ზედმეტად ნელა გაქრობამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეაფერხოს თანმიმდევრული ჟღერადობის აღქმა (მეტყველება, მუსიკა) იმის გამო, რომ თანმიმდევრული კონტექსტის ყოველი ახალი ნაწილი (მაგალითად, მეტყველების ყოველი ახალი მარცვალი) გადაფარავს წინას. რომლებიც ჯერ არ გაჟღერებულა. უკვე ამ ზედაპირული მოსაზრებებიდან ირკვევა, რომ კარგი აუდიტორიის შესაქმნელად, აუდიტორიაში ექო დროს გარკვეული ოპტიმალური მნიშვნელობა უნდა ჰქონდეს.
ყოველი ანარეკლისას ენერგიის ნაწილი იკარგება შთანთქმის გამო. აბსორბირებული ბგერის ენერგიის შეფარდებას ბგერის ჩავარდნილ ენერგიასთან ეწოდება ხმის შთანთქმის კოეფიციენტი. აქ არის მისი მნიშვნელობები რამდენიმე შემთხვევისთვის:
ცხადია, რაც უფრო დიდია ნებისმიერი ოთახის კედლებისთვის დამახასიათებელი ხმის შთანთქმის კოეფიციენტი და უფრო მცირე ზომისამ ოთახში მით უფრო მოკლეა რეაგირების დრო.
ბრინჯი. 162. ოპტიმალური რევერბერაცია სხვადასხვა ზომის ოთახებისთვის.
რეაგირების დრო, რომლის დროსაც ხმის ინტენსივობა მცირდება აუდიტორიის ზღურბლამდე, დამოკიდებულია არა მხოლოდ ოთახის თვისებებზე, არამედ საწყის ხმის ინტენსივობაზე. აუდიტორიების აკუსტიკური თვისებების გამოთვლაში დარწმუნების შეტანის მიზნით, ჩვეულებრივია (საკმაოდ თვითნებური) გამოვთვალოთ დრო, რომლის დროსაც ხმის ენერგიის სიმკვრივე მცირდება საწყისი მნიშვნელობის მემილიონედამდე. ამ დროს უწოდებენ სტანდარტული რევერბის დროს, ან უბრალოდ რევერბს.
რევერბერაციის ოპტიმალური მნიშვნელობა, რომლის დროსაც სმენა საუკეთესოდ შეიძლება ჩაითვალოს, არაერთხელ იქნა განსაზღვრული ექსპერიმენტულად. პატარაში
ოთახებში (ოპტიმალურის მოცულობა არ აღემატება 1,06 წამის რევერბერაციას. მოცულობის შემდგომი მატებასთან ერთად, ოპტიმალური რევერბერაცია იზრდება პროპორციულად, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 162-ში. ცუდი აკუსტიკური თვისებების მქონე ოთახებში (ძალიან „ბუმი“), რევერბერაცია. 1-2 წამის ოპტიმალური მნიშვნელობის არის 3-5 წმ.
სმენითი გაგებით ისინი განასხვავებენ ხმის სიმაღლე, მოცულობა და ტემბრი . სმენის შეგრძნების ეს მახასიათებლები დაკავშირებულია სიხშირესთან, ინტენსივობასთან და ჰარმონიულ სპექტრთან - ხმის ტალღის ობიექტურ მახასიათებლებთან. ხმის გაზომვის სისტემის ამოცანაა ამ კავშირის დამყარება და ამით სმენის შესწავლის საშუალება სხვადასხვა ხალხიერთნაირად შეადარეთ სმენის შეგრძნების სუბიექტური შეფასება ობიექტური გაზომვების მონაცემებთან.
მოედანი - სუბიექტური მახასიათებელი, რომელიც განისაზღვრება მისი ფუნდამენტური ტონის სიხშირით: რაც უფრო მაღალია სიხშირე, მით უფრო მაღალია ხმა.
გაცილებით ნაკლები ზომით, სიმაღლე დამოკიდებულია ტალღის ინტენსივობაზე: იმავე სიხშირეზე უფრო ძლიერ ხმას აღიქვამს ქვედა ხმა.
ბგერის ტემბრი თითქმის ექსკლუზიურად განისაზღვრება მისი სპექტრული შემადგენლობით. მაგალითად, ყური განასხვავებს სხვადასხვა მუსიკალურ ინსტრუმენტზე დაკვრულ ერთსა და იმავე ნოტს. სამეტყველო ბგერები, რომლებიც ერთნაირია ძირითადი სიხშირით სხვადასხვა ადამიანში, ასევე განსხვავდება ტემბრით. ასე რომ, ტემბრი სმენის ხარისხობრივი მახასიათებელია, ძირითადად ბგერის ჰარმონიული სპექტრის გამო.
ხმის მოცულობა E არის სმენის მგრძნობელობის დონე მის ზღურბლზე ზემოთ. ეს პირველ რიგში დამოკიდებულიაინტენსივობა ხმა.მიუხედავად იმისა, რომ სუბიექტურია, ხმამაღალი რაოდენობა შეიძლება განისაზღვროს სმენის შეგრძნების ორი წყაროდან შედარებით.
ინტენსივობის დონეები და ხმის ხმის დონეები. ერთეულები. ვებერ-ფეხნერის კანონი.
ხმის ტალღა ქმნის ხმის შეგრძნებას, როდესაც ხმის სიძლიერე აღემატება გარკვეულ მინიმალურ მნიშვნელობას, რომელსაც ეწოდება სმენის ზღურბლი. ბგერა, რომლის სიძლიერე სმენის ზღურბლზე ქვემოთ დევს, ყურით არ აღიქმება: ის ძალიან სუსტია ამისთვის. სმენის ბარიერი განსხვავებულია სხვადასხვა სიხშირეზე (ნახ. 3). ადამიანის ყური ყველაზე მგრძნობიარეა ვიბრაციების მიმართ, რომელთა სიხშირეა 1000 - 3000 ჰც რეგიონში; ამ ზონისთვის სმენის ბარიერი აღწევს შეკვეთის მნიშვნელობას მე 0\u003d 10 -12 ვტ/მ 2. ყური გაცილებით ნაკლებად მგრძნობიარეა ქვედა და მაღალი სიხშირის მიმართ.
ძალიან მაღალი სიმტკიცის ვიბრაციები, რამდენიმე ათეული ვტ/მ 2-ის რიგის, აღარ აღიქმება როგორც ხმა: ისინი იწვევენ ყურში წნევის ტაქტილურ შეგრძნებას, რაც შემდგომ ტკივილში გადადის. ხმის ინტენსივობის მაქსიმალურ მნიშვნელობას, რომლის ზემოთაც ხდება ტკივილის შეგრძნება, ეწოდება შეხების ბარიერი ან ბარიერი ტკივილის შეგრძნება (ნახ. 3). 1 kHz სიხშირით, ის უდრის I m \u003d 10 W / m 2.
ტკივილის ბარიერი განსხვავებულია სხვადასხვა სიხშირისთვის. მოსმენის ზღურბლსა და ტკივილის ზღურბლს შორის დგას სმენის ზონა, რომელიც ნაჩვენებია სურათზე 3.
ბრინჯი. 3. მოსმენის დიაგრამა.
ხმის ინტენსივობის თანაფარდობა ამ ზღურბლებისთვის არის 10 13 . მოსახერხებელია გამოვიყენოთ ლოგარითმული მასშტაბი და შევადაროთ არა თავად რაოდენობები, არამედ მათი ლოგარითმები. მივიღეთ ხმის ინტენსივობის დონეების მასშტაბი. მნიშვნელობა მე 0აიღეთ სკალის საწყისი დონე, ნებისმიერი სხვა ინტენსივობა მეგამოხატული მისი თანაფარდობის ათობითი ლოგარითმის მიხედვით მე 0 :
ორი ინტენსივობის თანაფარდობის ლოგარითმი იზომება თეთრი (B).
ბელი (B)- ხმის ინტენსივობის დონეების მასშტაბის ერთეული, რომელიც შეესაბამება ინტენსივობის დონის ცვლილებას 10-ჯერ. თეთრებთან ერთად ფართოდ გამოიყენება დეციბელი (დბ),ამ შემთხვევაში, ფორმულა (6) უნდა დაიწეროს შემდეგნაირად:
|
|||
ბრინჯი. 4. ზოგიერთი ბგერის ინტენსივობა.
მოცულობის დონის სკალის შექმნა ეფუძნება ვებერ-ფეხნერის მნიშვნელოვან ფსიქოფიზიკურ კანონს. თუ ამ კანონის თანახმად, გაღიზიანება გაიზარდა ექსპონენციალურად (ანუ იმავე რაოდენობის ჯერ), მაშინ ამ გაღიზიანების შეგრძნება გაიზრდება არითმეტიკული პროგრესიით (ანუ იგივე რაოდენობით).
ელემენტარული ზრდა dEხმის მოცულობა პირდაპირპროპორციულია ნამატის თანაფარდობისა მეინტენსივობა თვით ინტენსივობამდე მეხმა:
სადაც კარის პროპორციულობის ფაქტორი, რომელიც დამოკიდებულია სიხშირეზე და ინტენსივობაზე.
შემდეგ ხმის დონე ემოცემული ბგერა განისაზღვრება გამოხატვის 8-ის ინტეგრირებით რაღაც ნულოვანი დონის დიაპაზონში მე 0მოცემულ დონემდე მეინტენსივობა.
Ამგვარად, ვებერ-ფეხნერის კანონიჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად:
მოცემული ბგერის მოცულობის დონე (ბგერის ვიბრაციების გარკვეული სიხშირეზე) პირდაპირპროპორციულია მისი ინტენსივობის I შეფარდების ლოგარითმისა. რომ შეაფასო მე 0 მოსმენის ბარიერის შესაბამისი:
შედარებითი მასშტაბი, ისევე როგორც ერთეული ბელი და დეციბელი, ასევე გამოიყენება ხმის წნევის დონის დასახასიათებლად.
ხმამაღალი დონის საზომ ერთეულებს აქვთ იგივე სახელები: ბელი და დეციბელი, მაგრამ ხმის ინტენსივობის დონის სკალისგან განსხვავებულად, დეციბელს უწოდებენ. ფონი (F).
ბელი - 1000 ჰც სიხშირის ტონის ხმის დონის შეცვლა, როდესაც ხმის ინტენსივობის დონე იცვლება 10-ჯერ.. 1000 ჰც ტონისთვის, ხმაურის დონისა და ინტენსივობის დონის რიცხვითი მნიშვნელობები იგივეა.
თუ ავაშენებთ მოსახვევებს ამისთვის სხვადასხვა დონეზემოცულობა, მაგალითად, ყოველ 10 ფონზე ნაბიჯებით, მაშინ ვიღებთ გრაფიკების სისტემას (ნახ. 1.5), რაც შესაძლებელს ხდის ვიპოვოთ ხმის ინტენსივობის დონის დამოკიდებულება სიხშირეზე ნებისმიერ მოცულობის დონეზე.
ზოგადად, თანაბარი სიმაღლის მრუდების სისტემა ასახავს ურთიერთობას სიხშირის, ინტენსივობის დონესა და ხმის სიძლიერის დონეს შორის და შესაძლებელს ხდის ამ ორი ცნობილი მნიშვნელობიდან მესამე, უცნობის პოვნას.
სმენის სიმახვილის შესწავლას, ანუ სმენის ორგანოს მგრძნობელობას სხვადასხვა სიმაღლის ბგერების მიმართ, ეწოდება აუდიომეტრია. ჩვეულებრივ, კვლევის დროს, მოსმენის ზღურბლის მრუდის წერტილები გვხვდება ოქტავებს შორის მოსაზღვრე სიხშირეებზე. ოქტავა არის სიმაღლეების ინტერვალი, რომელშიც უკიდურესი სიხშირეების თანაფარდობა არის ორი. არსებობს აუდიომეტრიის სამი ძირითადი მეთოდი: სმენის შესწავლა მეტყველებით, რეგულირების ჩანგალი და აუდიომეტრი.
სმენის ზღურბლის გრაფიკი აუდიო სიხშირის მიმართ ეწოდებააუდიოგრამა. სმენის დაქვეითება განისაზღვრება პაციენტის აუდიოგრამის ნორმალურ მრუდთან შედარებით. ამ შემთხვევაში გამოყენებული მოწყობილობა - აუდიომეტრი - არის ხმის გენერატორი სიხშირისა და ხმის ინტენსივობის დონის დამოუკიდებელი და კარგად რეგულირებით. მოწყობილობა აღჭურვილია ტელეფონებით ჰაერისთვის და ძვლის გამტარობადა სიგნალის ღილაკი, რომლითაც სუბიექტი აღნიშნავს სმენის შეგრძნების არსებობას.
თუ კოეფიციენტი კმუდმივი იყო მაშინ LBდა ეაქედან გამომდინარეობს, რომ ბგერის ინტენსივობის ლოგარითმული სკალა შეესაბამება ხმაურის სკალას. ამ შემთხვევაში, ხმის სიძლიერე, ისევე როგორც ინტენსივობა, გაიზომება ბელებით ან დეციბელებით. თუმცა, ძლიერი დამოკიდებულება კხმის სიხშირეზე და ინტენსივობაზე არ იძლევა საშუალებას, რომ ხმის გაზომვა შემცირდეს ფორმულა 16-ის მარტივ გამოყენებამდე.
პირობითად მიჩნეულია, რომ 1 კჰც სიხშირეზე ხმის სიძლიერის და ინტენსივობის სკალები მთლიანად ემთხვევა, ე.ი. k = 1და
სხვა სიხშირეებზე ხმამაღალი გაზომვა შესაძლებელია ტესტის ქვეშ მყოფი ხმის 1 kHz ბგერასთან შედარებით. ამისათვის ხმის გენერატორის გამოყენებით შექმენით ხმა 1 kHz სიხშირით. ამ ბგერის ინტენსივობა იცვლება მანამ, სანამ არ წარმოიქმნება სმენის შეგრძნება, შესწავლილი ბგერის მოცულობის შეგრძნების მსგავსი. ხმის ინტენსივობა 1 კჰც სიხშირით დეციბელებში, მოწყობილობით გაზომილი, ტოლი იქნება ამ ხმის სიძლიერის ფონებში.
ქვედა მრუდი შეესაბამება ყველაზე სუსტი გასაგონი ბგერების ინტენსივობას - მოსმენის ზღურბლს; ყველა სიხშირეზე E f = 0 f, 1 kHz ხმის ინტენსივობისთვის I0 = 10 - 12ვ/მ2(ნახ..5.). ამ მოსახვევებიდან ჩანს, რომ საშუალო ადამიანის ყური ყველაზე მგრძნობიარეა 2500 - 3000 ჰც სიხშირის მიმართ. ზედა მრუდი შეესაბამება ტკივილის ზღურბლს; ყველა სიხშირეზე E f » 130 F, 1 კჰც მე = 10 ვ/მ2 .
ყოველი შუალედური მრუდი შეესაბამება იგივე ხმაურს, მაგრამ განსხვავებული ხმის ინტენსივობას სხვადასხვა სიხშირეზე. როგორც აღინიშნა, მხოლოდ 1 kHz სიხშირისთვის, ხმის მოცულობა ფონზე უდრის ხმის ინტენსივობას დეციბელებში.
თანაბარი სიძლიერის მრუდიდან შეიძლება ვიპოვოთ ინტენსივობა, რომელიც გარკვეულ სიხშირეზე იწვევს ამ ხმაურის შეგრძნებას.
მაგალითად, 200 ჰც სიხშირის მქონე ბგერის ინტენსივობა იყოს 80 დბ.
რა არის ამ ხმის მოცულობა? ფიგურაში ვპოულობთ წერტილს კოორდინატებით: 200 ჰც, 80 დბ. ის დევს მრუდზე, რომელიც შეესაბამება სიმაღლის დონეს 60 F, რაც არის პასუხი.
ჩვეულებრივი ბგერების შესაბამისი ენერგიები ძალიან მცირეა.
ამის საილუსტრაციოდ შეიძლება მოვიყვანოთ შემდეგი საინტერესო მაგალითი.
თუ 2000 ადამიანი 1½ საათის განმავლობაში ლაპარაკობდა განუწყვეტლივ, მაშინ მათი ხმის ენერგია საკმარისი იქნებოდა მხოლოდ ერთი ჭიქა წყლის ადუღებისთვის.
ბრინჯი. 5. ხმის მოცულობის დონეები სხვადასხვა ინტენსივობის ბგერებისთვის.
Განმარტებით, ხმა არის ყურის მიერ აღქმული ელასტიური ვიბრაცია. აქედან ირკვევა, რომ როგორც ფუნდამენტურად, ისე პრაქტიკულად ხმის გაზომვა შეუძლებელია სმენის ორგანოს მახასიათებლების გათვალისწინების გარეშე. უმარტივესი მაგალითია ის, რომ 30 kHz რხევები შეიძლება იყოს ძალიან ხმამაღალი ღამურასთვის, ხოლო ადამიანისთვის მათი ხმამაღალი არის ნული. ამიტომ, ხმის პარამეტრებზე საუბრისას, აუცილებელია განასხვავოთ რაოდენობათა ორი სერია:
ა. ხმის ფიზიკური მახასიათებლები, რომლებიც არ არის დამოკიდებული სმენის ორგანოზე
ბ. ფსიქოფიზიკური (სუბიექტური) მახასიათებლები სმენის ორგანოს თვისებების გათვალისწინებით.
მოსახერხებელია ამ რაოდენობების სიმრავლის და მათ შორის ურთიერთობის წარმოდგენა შემდეგი ცხრილის სახით:
ფიზიკური მახასიათებლები ფსიქოფიზიკური მახასიათებლები 1. რხევის სიხშირე [Hz] 1. სიმაღლე
2. ჰარმონიული სპექტრი 2. ხმის ტემბრი
3. ხმის ინტენსივობა I [W.m -2] 3. ხმის სიძლიერე [ძილი]
ინტენსივობის დონე L [dB] ხმის დონე[ფონი]
პირველ ორ პოზიციას დიდი ახსნა არ სჭირდება. მხოლოდ უნდა აღინიშნოს, რომ სიმაღლე ასევე დაკავშირებულია სიხშირესთან ლოგარითმული შეფარდებით; სხვაგვარად, ეს შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად: სიხშირის ექსპონენციალურად მატებასთან ერთად, სიმაღლე იზრდება არითმეტიკული პროგრესიით.
რთული ბგერებისთვის, სიმაღლე განისაზღვრება ძირითადად პირველი ჰარმონიის სიხშირით. ამ შემთხვევაში, ბგერის სიმაღლის სუბიექტური შეგრძნება შეიძლება ასევე იყოს დამოკიდებული სხვადასხვა ჰარმონიის ინტენსივობის თანაფარდობაზე.
სპექტრის მიხედვით, ყველა ბგერა იყოფა ტონებად და ხმაურებად. ტონებიჰქვია ბგერები, რომლებსაც აქვთ განაგებდასპექტრი, ანუ საკმარისად მკაცრად პერიოდული. უწყვეტი სპექტრის მქონე ბგერები, რომლებსაც არ აქვთ კონკრეტული პერიოდი, ეწოდება ხმები. ბგერები, კერძოდ, მოიცავს მეტყველების ხმოვან ბგერებს და მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმებს; ხმაურებზე - დასარტყამი ინსტრუმენტების თანხმოვნები და ბგერები.
ხმის ინტენსივობა სუბიექტურ აღქმაში შეესაბამებამოცულობა . თუმცა, შეუძლებელია უშუალოდ დადგინდეს კავშირი ინტენსივობასა და ხმაურს შორის; საჭიროა დამხმარე მნიშვნელობების შემოღება - ინტენსივობის დონედა მოცულობის დონეროგორც ნაჩვენებია ცხრილში.
შინაარსი ინტენსივობის დონეითვალისწინებს ზემოთ ჩამოყალიბებულ ვებერ-ფეხნერის კანონს ნერვული იმპულსების სიხშირესა და ბგერის ინტენსივობას შორის ლოგარითმული ურთიერთობის შესახებ. ინტენსივობის დონე არის მნიშვნელობა L, რომელიც განისაზღვრება ფორმულით
სადაც I არის მოცემული ბგერის ინტენსივობა, I o არის ბარიერის ინტენსივობა. რეალურად მე 0 განსხვავებული ხალხიაქვს განსხვავებული მნიშვნელობა, მაგრამ ამ ფორმულის მიხედვით გაანგარიშებისას გამოიყენება ეგრეთ წოდებული აბსოლუტური ან საშუალო ბარიერი I 0 \u003d 10 -12 W.m -2. ინტენსივობის დონის ერთეული არის დეციბელი [დბ]; (პრეფიქსი "deci" იხსენებს კოეფიციენტის მნიშვნელობას, ანუ 10).
მაგალითად, დატვირთულ ქუჩაზე ხმაურის ინტენსივობა არის დაახლოებით 10–5 ვტ.მ-2. ეს შეესაბამება ინტენსივობის დონეს:
ინტენსივობის დონე ასევე შეიძლება გამოიხატოს ხმის წნევით,იმის გათვალისწინებით, რომ ინტენსივობა პროპორციულია კვადრატიწნევა:
სადაც Δр 0 
- ბარიერი ხმის წნევა, ტოლი (საშუალოდ) 2.10 - 5 Pa. მაგალითად, თუ ზოგიერთი ბგერის ხმის წნევა არის 1 Pa, მაშინ
L = 20.ლგ 
\u003d 20 lg (5.10 4) \u003d 20.4.7 \u003d 94 dB
ეს ძალიან ხმამაღალი ხმაა!
ინტენსივობის დონის ცნების განსაზღვრაში გარკვეულწილად აისახება ბიოფიზიკური კანონზომიერებები. თუმცა, თავად ინტენსივობის დონე ჯერ კიდევ არ შეესაბამება იმ სუბიექტურ შეგრძნებას, რომელსაც ესა თუ ის ხმა იწვევს, ვინაიდან ეს გრძნობა დიდწილად დამოკიდებულიახმის სიხშირიდან . მაგალითად, ადამიანების უმეტესობისთვის, 30 ჰც, 65 დბ და 1000 ჰც, 20 დბ ტონები თანაბრად ხმამაღალი იქნება, მიუხედავად იმისა, რომ მათი ინტენსივობის დონეები მკვეთრად განსხვავდება. აქედან გამომდინარე, დაინერგა მეორე კონცეფცია - მოცულობის დონე , რომლის ერთეულიც არის ფონი (ფონს ზოგჯერ უწოდებენ დეციბელი ხმამაღალი). ეს კონცეფცია განისაზღვრება საფუძველზე ხმის სუბიექტური აღქმა. ამ შემთხვევაში გაზომილი ბგერა შედარებულია „სტანდარტულ“ ბგერასთან 1000 ჰც სიხშირით (მას „სტანდარტული სიხშირე“ ეწოდება).
პრაქტიკაში ასე კეთდება. აუცილებელია ხმის გენერატორი 1000 ჰც სიხშირით; ამ ხმის ინტენსივობის დონე შეიძლება შეიცვალოს. გაზომილი ხმის მოცულობის დონის დასადგენად, ეს ხმა შედარებულია გენერატორის ხმასთან. "სტანდარტული" ხმის ინტენსივობის დონის შეცვლით, ორივე ბგერა "ყურით" თანაბრად ხმამაღალია. მოდით, მაგალითად, ეს იყოს "სტანდარტული" ხმის ინტენსივობის დონეზე 55 dB. მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ გაზომილი ხმის ხმის დონე არის 55 ფონ.
აღწერილი პროცედურის საფუძველზე, შეგვიძლია მივცეთ შემდეგი განმარტება: მოცულობის დონე
ზოგიერთ ხმას (ფონში) ეწოდება მნიშვნელობა,უდრის ასეთი ხმის ინტენსივობის დონეს "სტანდარტული" სიხშირით 1000 ჰც, რომელიც აღიქმება ამ ბგერით თანაბრად ხმამაღლა..
ამ განმარტებიდან ჩანს, რომ ხმაურის დონე არის სუბიექტური მნიშვნელობა, ანუ სხვადასხვა ადამიანს შეუძლია მიაკუთვნოს ერთი და იგივე ხმა. სხვადასხვა მნიშვნელობახმის დონე, რადგან ორ ადამიანს არ აქვს ზუსტად იგივე სმენა. სუბიექტურობის ხარისხის შესამცირებლად და გამოთვლების გასაადვილებლად ე.წ თანაბარი ხმამაღალი მრუდები (იზოფონები). ამისათვის ადამიანთა დიდ ჯგუფს წარუდგინეს სხვადასხვა სიხშირისა და ინტენსივობის ხმები და ხმამაღალი დონის მიღებული მნიშვნელობები საშუალოდ აჩვენეს ყველა საგანში. შედეგად, შეიქმნა გრაფიკი, რომლის გამოყენებითაც ინტენსივობის დონის გათვალისწინებით dB, შეგიძლიათ განსაზღვროთ ხმის ხმის დონე.თანაბარი ხმაურის მრუდები ნაჩვენებია ცხრილში.
ყველაზე ხშირად, ხმის დონის შესაფასებლად გამოიყენება ხმის დონის კონცეფცია. თუმცა, ზოგჯერ მათ ურჩევნიათ გამოიყენონ სხვა მნიშვნელობა - ხმამაღალი, რომელიც იზომება ერთეულებში, რომელსაც ეწოდება "ძილი". მიღებულია, რომ ხმამაღალი დონე 40 ფონზე შეესაბამება 1 შვილის ხმაურს. როდესაც ხმის დონეს ცვლით 10 ფონზე, ხმა იცვლება 2-ჯერ:
ხმის დონე, ფონი 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
მოცულობა, ძილი 1/8 ¼ ½ 1 2 4 8 16 32 64
მოდით მოვიყვანოთ ზოგიერთი ბგერის მოცულობისა და ხმის დონის მაგალითი:
დონის მოცულობა,
ხმის მოცულობის ხედი, ოცნების ფონი
მშვიდი ჩურჩული 10 1/8
ჩვეულებრივი გამოსვლა 40 1
ხმამაღალი გამოსვლა 60 4
ქუჩის ხმაური 70 – 80 8 – 16
ხმაური ავზში, ძრავში
წყალქვეშა განყოფილება 90 - 100 30 - 60
ხმაური ხელახლა
აქტიური თვითმფრინავი 120 250
ხმაური გაშვებისას
ფოთლის რაკეტა > 130 > 600
რა თქმა უნდა, ყველა ეს რიცხვი უხეში შეფასებებია.
ხმაურის ხანგრძლივმა ზემოქმედებამ 70 ფონზე მაღალი სიძლიერის დონე შეიძლება გამოიწვიოს დარღვევები როგორც სმენის ორგანოში, ასევე მთელ სხეულში (პირველ რიგში ნერვულ სისტემაში). 120 ფონზე მაღლა ხმის დონეზე, მოკლევადიანი ექსპოზიციაც კი საზიანოა.
სმენის ორგანოს მდგომარეობის დიაგნოსტიკისთვის გამოიყენება სპეციალური მოწყობილობა - აუდიომეტრი.ამ ინსტრუმენტთან ერთად, სიმაღლის თანაბარი მრუდები ფაქტობრივად განისაზღვრება ზემოთ განხილული პროცედურის შესაბამისად. თუმცა, აუდიომეტრების უმეტესობა შექმნილია ისე, რომ ისინი არ აჩვენებენ მოცემულ პაციენტში მიწოდებული ხმის მოცულობის დონის სიდიდეს, მაგრამ ამ მნიშვნელობის გადახრა "სტანდარტული" მნიშვნელობიდან(ანუ შესაბამისი მნიშვნელობიდან ჯანმრთელი ადამიანებისთვის თანაბარი ხმაურის მრუდების მიხედვით). ამიტომ „აბსოლუტურად ნორმალური“ სმენის მქონე ადამიანისთვის აუდიომეტრზე მიღებული მრუდი, ( აუდიოგრამა) იქნება სწორი ხაზი. თითქმის აბსოლუტურად ნორმალური სმენა არ ხდება; ყველას აქვს რაიმე სახის გადახრა ან სხვა. თუ ეს გადახრები არ აღემატება 10-15 ფონს (დეციბელს ხმამაღლა), ისინი ჩვეულებრივ უმნიშვნელოდ ითვლება. უფრო მნიშვნელოვანი გადახრები შეიძლება მიუთითებდეს სმენის ორგანოს დაავადებაზე. მნიშვნელოვანია იმის დადგენა, თუ რა სიხშირეზე შეიმჩნევა ეს გადახრები. ზოგიერთი დაავადების დროს სმენა დაქვეითებულია (სმენის აღქმის ბარიერი იწევს) ყველა სიხშირეზე, ზოგთან - ძირითადად დაბალ სიხშირეზე, ზოგთან - მაღალ სიხშირეზე. ამ მონაცემებს დიდი დიაგნოსტიკური მნიშვნელობა აქვს.
სტატიის შინაარსი
ხმა და აკუსტიკა.ხმა არის ვიბრაციები, ე.ი. პერიოდული მექანიკური აშლილობა ელასტიურ გარემოში - აირისებრი, თხევადი და მყარი. ასეთი აღშფოთება, რომელიც არის ზოგიერთი ფიზიკური ცვლილებაგარემოში (მაგალითად, სიმკვრივის ან წნევის ცვლილება, ნაწილაკების გადაადგილება), მასში ვრცელდება ხმის ტალღის სახით. ფიზიკის დარგს, რომელიც ეხება ხმის ტალღების წარმოშობას, გავრცელებას, მიღებას და დამუშავებას, ეწოდება აკუსტიკა. ხმა შეიძლება გაუგონარი იყოს, თუ მისი სიხშირე სცილდება ადამიანის ყურის მგრძნობელობას, ან თუ ის გავრცელდება ისეთ გარემოში, როგორიცაა მყარი, რომელსაც არ შეუძლია უშუალო კონტაქტი ყურთან, ან თუ მისი ენერგია სწრაფად იშლება გარემოში. ამრიგად, ჩვენთვის ხმის აღქმის ჩვეულებრივი პროცესი აკუსტიკის მხოლოდ ერთი მხარეა.
ᲮᲛᲘᲡ ᲢᲐᲚᲦᲔᲑᲘ
განვიხილოთ ჰაერით სავსე გრძელი მილი. მარცხენა ბოლოდან მასში ჩასმულია კედლებზე მჭიდროდ მიმაგრებული დგუში (სურ. 1). თუ დგუში მკვეთრად გადაადგილდება მარჯვნივ და გაჩერდება, მაშინ მის სიახლოვეს ჰაერი ერთი წუთით შეკუმშული იქნება (ნახ. 1, ა). შემდეგ შეკუმშული ჰაერი გაფართოვდება, უბიძგებს მის მიმდებარე ჰაერს მარჯვნივ, ხოლო შეკუმშვის არე, რომელიც თავდაპირველად გამოჩნდა დგუშის მახლობლად, გადავა მილში მუდმივი სიჩქარით (ნახ. 1, ბ). ეს შეკუმშვის ტალღა არის ხმის ტალღა გაზში.
აირში ხმის ტალღა ხასიათდება ჭარბი წნევით, ჭარბი სიმკვრივით, ნაწილაკების გადაადგილებით და მათი სიჩქარით. ხმის ტალღებისთვის, ეს გადახრები წონასწორობის მნიშვნელობებისგან ყოველთვის მცირეა. ამრიგად, ტალღასთან დაკავშირებული ჭარბი წნევა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე გაზის სტატიკური წნევა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, საქმე გვაქვს სხვა ფენომენთან – დარტყმის ტალღასთან. ხმის ტალღაში, რომელიც შეესაბამება ჩვეულებრივ მეტყველებას, ჭარბი წნევა ატმოსფერული წნევის მხოლოდ მემილიონედია.
მნიშვნელოვანია, რომ ნივთიერება არ გაიტანოს ხმის ტალღამ. ტალღა არის მხოლოდ დროებითი აშლილობა, რომელიც გადის ჰაერში, რის შემდეგაც ჰაერი უბრუნდება წონასწორულ მდგომარეობას.
ტალღის მოძრაობა, რა თქმა უნდა, არ არის მხოლოდ ბგერითი: მსუბუქი და რადიო სიგნალები ტალღების სახით მოძრაობენ და ყველასთვის ცნობილია ტალღები წყლის ზედაპირზე. ყველა ტიპის ტალღა მათემატიკურად აღწერილია ე.წ. ტალღის განტოლებით.
ჰარმონიული ტალღები.
ტალღა მილში ნახ. 1 ჰქვია ხმის პულსი. ტალღის ძალიან მნიშვნელოვანი ტიპი წარმოიქმნება, როდესაც დგუში ვიბრირებს წინ და უკან, როგორც ზამბარიდან ჩამოკიდებული წონა. ასეთ რხევებს უწოდებენ მარტივ ჰარმონიულს ან სინუსოიდულს, ხოლო აღგზნებულ ტალღას ამ შემთხვევაში ჰარმონიული ეწოდება.
მარტივი ჰარმონიული ვიბრაციებით მოძრაობა პერიოდულად მეორდება. მოძრაობის ორ იდენტურ მდგომარეობას შორის დროის ინტერვალს ეწოდება რხევის პერიოდი, ხოლო სრული პერიოდების რაოდენობას წამში რხევის სიხშირე. ავღნიშნოთ პერიოდი თდა სიხშირე მეშვეობით ვ; მაშინ შეიძლება ამის დაწერა ვ= 1/თ.თუ, მაგალითად, სიხშირე არის 50 პერიოდი წამში (50 ჰც), მაშინ პერიოდი არის წამის 1/50.
მათემატიკურად მარტივი ჰარმონიული რხევები აღწერილია მარტივი ფუნქციით. დგუშის გადაადგილება მარტივი ჰარმონიული რხევებით დროის ნებისმიერ მომენტში ტშეიძლება ჩაიწეროს ფორმაში
Აქ დ-დგუშის გადაადგილება წონასწორული პოზიციიდან და დარის მუდმივი მულტიპლიკატორი, რომელიც უდრის სიდიდის მაქსიმალურ მნიშვნელობას დდა ეწოდება გადაადგილების ამპლიტუდა.
დავუშვათ, რომ დგუში რხევა ჰარმონიული რხევის ფორმულის მიხედვით. შემდეგ, როდესაც ის მარჯვნივ მოძრაობს, ხდება შეკუმშვა, როგორც ადრე, ხოლო მარცხნივ გადაადგილებისას, წნევა და სიმკვრივე შემცირდება მათი წონასწორობის მნიშვნელობებთან შედარებით. არ არის შეკუმშვა, არამედ გაზის იშვიათი. ამ შემთხვევაში, მარჯვენა გავრცელდება, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2, მონაცვლეობითი შეკუმშვისა და იშვიათობის ტალღა. დროის ყოველ მომენტში, მილის სიგრძის გასწვრივ წნევის განაწილების მრუდი ექნება სინუსოიდის ფორმას და ეს სინუსოიდი გადაადგილდება მარჯვნივ ხმის სიჩქარით. ვ. მანძილს მილის გასწვრივ იმავე ტალღის ფაზებს შორის (მაგალითად, მიმდებარე მაქსიმუმებს შორის) ეწოდება ტალღის სიგრძე. ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასოებით ლ(ლამბდა). ტალღის სიგრძე ლარის ტალღის მიერ დროში გავლილი მანძილი თ. Ამიტომაც ლ = სატელევიზიო, ან v = lf.
გრძივი და განივი ტალღები.
თუ ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პარალელურად ირხევა, მაშინ ტალღას გრძივი ეწოდება. თუ ისინი მერყეობენ გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, მაშინ ტალღას ეწოდება განივი. აირებსა და სითხეებში ხმის ტალღები გრძივია. მყარ სხეულებში არის ორივე ტიპის ტალღები. განივი ტალღა მყარში შესაძლებელია მისი სიმტკიცის გამო (ფორმის ცვლილებისადმი წინააღმდეგობა).
ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება ამ ორ ტიპს შორის არის ის, რომ ათვლის ტალღას აქვს თვისება პოლარიზაცია(რხევები ხდება გარკვეულ სიბრტყეში), მაგრამ გრძივი არა. ზოგიერთ ფენომენში, როგორიცაა ბგერის ასახვა და გადაცემა კრისტალების მეშვეობით, ბევრი რამ არის დამოკიდებული ნაწილაკების გადაადგილების მიმართულებაზე, ისევე როგორც სინათლის ტალღების შემთხვევაში.
ხმის ტალღების სიჩქარე.
ხმის სიჩქარე არის საშუალო მახასიათებელი, რომელშიც ტალღა ვრცელდება. მას განსაზღვრავს ორი ფაქტორი: მასალის ელასტიურობა და სიმკვრივე. მყარი ნივთიერებების ელასტიური თვისებები დამოკიდებულია დეფორმაციის ტიპზე. ასე რომ, ლითონის ღეროს ელასტიური თვისებები არ არის იგივე ბრუნვის, შეკუმშვისა და მოხრის დროს. და შესაბამისი ტალღის რხევები ვრცელდება სხვადასხვა სიჩქარით.
ელასტიური გარემო არის ის, რომელშიც დეფორმაცია, იქნება ეს ბრუნვა, შეკუმშვა თუ მოხრილი, პროპორციულია დეფორმაციის გამომწვევი ძალისა. ასეთი მასალები ექვემდებარება ჰუკის კანონს:
ძაბვა = Cґ შედარებითი დეფორმაცია,
სადაც FROMარის ელასტიურობის მოდული, რაც დამოკიდებულია მასალისა და დეფორმაციის ტიპზე.
ხმის სიჩქარე ვმოცემული ტიპის ელასტიური დეფორმაციისთვის მოცემულია გამოხატულება
სადაც რარის მასალის სიმკვრივე (მასა ერთეულ მოცულობაზე).
ხმის სიჩქარე მყარ ღეროში.
გრძელი ჯოხი შეიძლება დაიჭიმოს ან შეკუმშოს ბოლომდე მიყენებული ძალით. ღეროს სიგრძე იყოს ლგამოყენებული დაჭიმვის ძალა ფ, ხოლო სიგრძის ზრდა არის D ლ. ღირებულება D ლ/ლჩვენ დავარქმევთ ფარდობით დეფორმაციას, ხოლო ძალას ღეროს ჯვრის მონაკვეთის ფართობის ერთეულზე დაძაბულობა ეწოდება. ასე რომ, ძაბვა არის ფ/ა, სად მაგრამ -ღეროს სექციური ფართობი. ჰუკის კანონს, როგორც გამოიყენება ასეთ ღეროზე, აქვს ფორმა
სადაც იარის იანგის მოდული, ე.ი. ღეროს ელასტიურობის მოდული დაჭიმვის ან შეკუმშვისთვის, რომელიც ახასიათებს ღეროს მასალას. იანგის მოდული დაბალია ადვილად დაჭიმვის მასალებისთვის, როგორიცაა რეზინი და მაღალია ხისტი მასალებისთვის, როგორიცაა ფოლადი.
თუ ახლა მასში შეკუმშვის ტალღას აღვძრავთ ღეროს ბოლოზე ჩაქუჩით დარტყმით, მაშინ ის გავრცელდება სიჩქარით, სადაც რ, როგორც ადრე, არის მასალის სიმკვრივე, საიდანაც ღერო მზადდება. ტალღის სიჩქარის მნიშვნელობები ზოგიერთი ტიპიური მასალისთვის მოცემულია ცხრილში. ერთი.
|
ცხრილი 1. ხმის სიჩქარე მყარ მასალებში ტალღების სხვადასხვა ტიპისთვის |
|||
| მასალა |
გრძივი ტალღები გაფართოებულ მყარ ნიმუშებში (მ/წმ) |
ათვლის და ბრუნვის ტალღები (მ/წმ) |
შეკუმშვის ტალღები ღეროებში (მ/წმ) |
| ალუმინის | |||
| თითბერი | |||
| ტყვია | |||
| რკინა | |||
| ვერცხლი | |||
| Უჟანგავი ფოლადი | |||
| კაჟის მინა | |||
| გვირგვინის მინა | |||
| პლექსიგლასი | |||
| პოლიეთილენი | |||
| პოლისტირონი | |||
განხილული ტალღა ღეროში არის შეკუმშვის ტალღა. მაგრამ ის არ შეიძლება ჩაითვალოს მკაცრად გრძივად, რადგან ღეროს გვერდითი ზედაპირის მოძრაობა დაკავშირებულია შეკუმშვასთან (ნახ. 3, ა).
ღეროში ასევე შესაძლებელია ტალღების ორი სხვა სახეობა - მოსახვევი ტალღა (ნახ. 3, ბ) და ბრუნვის ტალღა (ნახ. 3, in). მოხრილი დეფორმაციები შეესაბამება ტალღას, რომელიც არც წმინდა გრძივია და არც განივი. ბრუნვის დეფორმაციები, ე.ი. როტაცია ღეროს ღერძის გარშემო, იძლევა წმინდა განივი ტალღას.
ღეროში მოხრილი ტალღის სიჩქარე დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. ასეთ ტალღას ეწოდება "დისპერსიული".
ბრუნვის ტალღები ღეროში არის წმინდა განივი და არადისპერსიული. მათი სიჩქარე მოცემულია ფორმულით
სადაც მარის ათვლის მოდული, რომელიც ახასიათებს მასალის ელასტიურ თვისებებს ათვლის მიმართ. ათვლის ტალღის ზოგიერთი ტიპიური სიჩქარე მოცემულია ცხრილში 1. ერთი.
სიჩქარე გაფართოებულ მყარ მედიაში.
დიდი მოცულობის მყარ მედიაში, სადაც შესაძლებელია საზღვრების გავლენის უგულებელყოფა, შესაძლებელია ელასტიური ტალღების ორი ტიპი: გრძივი და განივი.
გრძივი ტალღის დეფორმაცია არის სიბრტყის დეფორმაცია, ე.ი. ერთგანზომილებიანი შეკუმშვა (ან იშვიათი) ტალღის გავრცელების მიმართულებით. განივი ტალღის შესაბამისი დეფორმაცია არის ათვლის გადაადგილება ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარული.
გრძივი ტალღების სიჩქარე მყარ მასალებში მოცემულია გამოხატვით
სადაც C-L-ელასტიურობის მოდული მარტივისთვის თვითმფრინავის დეფორმაცია. იგი დაკავშირებულია ნაყარის მოდულთან AT(რომელიც ქვემოთ არის განსაზღვრული) და მასალის ათვლის მოდული m როგორც C L = ბ + 4/3მ .მაგიდაზე. 1 გვიჩვენებს გრძივი ტალღების სიჩქარის მნიშვნელობებს სხვადასხვა მყარი მასალისთვის.
ათვლის ტალღების სიჩქარე გაფართოებულ მყარ გარემოში იგივეა, რაც ბრუნვის ტალღების სიჩქარე იმავე მასალის ღეროში. ამიტომ, იგი მოცემულია გამოთქმით. მისი მნიშვნელობები ჩვეულებრივი მყარი მასალებისთვის მოცემულია ცხრილში. ერთი.
სიჩქარე გაზებში.
აირებში შესაძლებელია მხოლოდ ერთი სახის დეფორმაცია: შეკუმშვა - იშვიათობა. ელასტიურობის შესაბამისი მოდული ATნაყარი მოდული ეწოდება. იგი განისაზღვრება მიმართებით
-დ პ = ბ(დ ვ/ვ).
აქ დ პ– წნევის ცვლილება, დ ვ/ვარის მოცულობის შედარებითი ცვლილება. მინუს ნიშანი მიუთითებს იმაზე, რომ წნევის მატებასთან ერთად მოცულობა მცირდება.
ღირებულება ATდამოკიდებულია იმაზე, იცვლება თუ არა გაზის ტემპერატურა შეკუმშვისას. ხმის ტალღის შემთხვევაში შეიძლება აჩვენოს, რომ წნევა ძალიან სწრაფად იცვლება და შეკუმშვისას გამოთავისუფლებულ სითბოს არ აქვს დრო სისტემიდან გასასვლელად. ამრიგად, ხმის ტალღაში წნევის ცვლილება ხდება მიმდებარე ნაწილაკებთან სითბოს გაცვლის გარეშე. ასეთ ცვლილებას ადიაბატური ეწოდება. დადგენილია, რომ გაზში ხმის სიჩქარე დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე. მოცემულ ტემპერატურაზე ხმის სიჩქარე დაახლოებით ერთნაირია ყველა გაზისთვის. 21,1 ° C ტემპერატურაზე, მშრალ ჰაერში ხმის სიჩქარეა 344,4 მ / წმ და იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
სითხეებში სიჩქარე.
სითხეებში ხმის ტალღები არის შეკუმშვის ტალღები - იშვიათი, როგორც გაზებში. სიჩქარე მოცემულია იმავე ფორმულით. თუმცა, სითხე გაცილებით ნაკლებად შეკუმშულია, ვიდრე აირი, და შესაბამისად რაოდენობაც AT, მეტი და სიმკვრივე რ. სითხეებში ხმის სიჩქარე უფრო ახლოს არის მყარ სხეულებში, ვიდრე აირებში. ის გაცილებით მცირეა ვიდრე აირებში და დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. მაგალითად, მტკნარ წყალში სიჩქარე არის 1460 მ/წმ 15,6°C-ზე. ნორმალური მარილიანობის ზღვის წყალში, იგივე ტემპერატურაზე არის 1504 მ/წმ. ხმის სიჩქარე იზრდება წყლის ტემპერატურისა და მარილის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად.
მდგარი ტალღები.
როდესაც ჰარმონიული ტალღა აღგზნებულია შეზღუდულ სივრცეში ისე, რომ ის გადახრის საზღვრებს, წარმოიქმნება ე.წ. მუდმივი ტალღა არის ორი ტალღის სუპერპოზიციის შედეგი, რომლებიც მოძრაობენ ერთი წინ და მეორე საპირისპირო მიმართულებით. არსებობს რხევების ნიმუში, რომელიც არ მოძრაობს სივრცეში, ალტერნატიული ანტინოდებითა და კვანძებით. ანტინოდებში რხევადი ნაწილაკების გადახრები წონასწორობის პოზიციებიდან მაქსიმალურია, ხოლო კვანძებში ისინი ნულის ტოლია.
მდგარი ტალღები სიმებში.
დაჭიმულ ძაფში წარმოიქმნება განივი ტალღები და სიმები გადაადგილებულია თავდაპირველ, სწორხაზოვან პოზიციასთან შედარებით. სიმებიანი ტალღების გადაღებისას აშკარად ჩანს ფუნდამენტური ტონისა და ოვერტონების კვანძები და ანტინოდები.
მდგარი ტალღების სურათი მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს მოცემული სიგრძის სიმის რხევითი მოძრაობის ანალიზს. იყოს სიგრძის სტრიქონი ლდამაგრებულია ბოლოებზე. ასეთი სიმის ნებისმიერი სახის ვიბრაცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მდგარი ტალღების კომბინაცია. ვინაიდან სტრიქონის ბოლოები ფიქსირდება, შესაძლებელია მხოლოდ ისეთი მდგარი ტალღები, რომლებსაც აქვთ კვანძები სასაზღვრო წერტილებში. სიმის ვიბრაციის ყველაზე დაბალი სიხშირე შეესაბამება მაქსიმალურ შესაძლო ტალღის სიგრძეს. ვინაიდან კვანძებს შორის მანძილი არის ლ/2, სიხშირე მინიმალურია, როცა სიმის სიგრძე ტოლია ტალღის სიგრძის ნახევარს, ე.ი. ზე ლ= 2ლ. ეს არის სიმების ვიბრაციის ეგრეთ წოდებული ფუნდამენტური რეჟიმი. მისი შესაბამისი სიხშირე, რომელსაც ფუნდამენტური სიხშირე ან ფუნდამენტური ტონი ეწოდება, მოცემულია ვ = ვ/2ლ, სად ვარის სიმის გასწვრივ ტალღის გავრცელების სიჩქარე.
არსებობს უფრო მაღალი სიხშირის რხევების მთელი თანმიმდევრობა, რომელიც შეესაბამება მდგარ ტალღებს მეტი კვანძებით. შემდეგი უმაღლესი სიხშირე, რომელსაც მეორე ჰარმონიული ან პირველი ოვერტონი ეწოდება, მოცემულია
ვ = ვ/ლ.
ჰარმონიის თანმიმდევრობა გამოიხატება ფორმულით f = nv/2ლ, სად n= 1, 2, 3, და ა.შ. ეს არის ე.წ. სიმებიანი ვიბრაციების საკუთრივ სიხშირეები. ისინი მატულობენ ნატურალური რიცხვების პროპორციულად: უმაღლესი ჰარმონიები 2, 3, 4... და ა.შ. ფუნდამენტურ სიხშირეზე გამრავლებული. ბგერების ასეთ სერიას ბუნებრივ ან ჰარმონიულ შკალას უწოდებენ.
ამ ყველაფერს დიდი მნიშვნელობა აქვს მუსიკალურ აკუსტიკაში, რაზეც დაწვრილებით ქვემოთ იქნება საუბარი. ამ დროისთვის ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ სიმის მიერ წარმოქმნილი ხმა შეიცავს ყველა ბუნებრივ სიხშირეს. თითოეული მათგანის შედარებითი წვლილი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა წერტილში ხდება სიმის ვიბრაცია. თუ, მაგალითად, სტრიქონი შუაზეა ამოღებული, მაშინ ფუნდამენტური სიხშირე ყველაზე მეტად აღელვებულია, რადგან ეს წერტილი შეესაბამება ანტინოდს. მეორე ჰარმონია არ იქნება, რადგან მისი კვანძი მდებარეობს ცენტრში. იგივე შეიძლება ითქვას სხვა ჰარმონიებზეც ( იხილეთ ქვემოთმუსიკალური აკუსტიკა).
ტალღების სიჩქარე სიმებში არის
სადაც T -სიმების დაჭიმულობა და rL -მასა სიმის სიგრძის ერთეულზე. აქედან გამომდინარე, სიმების ბუნებრივი სიხშირის სპექტრი მოცემულია
ამრიგად, სიმების დაძაბულობის ზრდა იწვევს ვიბრაციის სიხშირის ზრდას. მოცემულში რხევების სიხშირის შესამცირებლად თშეგიძლიათ, აიღოთ უფრო მძიმე სიმები (დიდი რ ლ) ან მისი სიგრძის გაზრდა.
მდგარი ტალღები ორგანოს მილებში.
სტრიქონთან დაკავშირებული თეორია ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჰაერის ვიბრაციაზე ორგანოს ტიპის მილში. ორგანოს მილი გამარტივებულად შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც სწორი მილი, რომელშიც მდგარი ტალღები აღფრთოვანებულია. მილს შეიძლება ჰქონდეს როგორც დახურული, ასევე ღია ბოლოები. მდგარი ტალღის ანტინოდი ჩნდება ღია ბოლოს, ხოლო კვანძი ჩნდება დახურულ ბოლოს. ამრიგად, მილს ორი ღია ბოლოთი აქვს ფუნდამენტური სიხშირე, რომლის დროსაც ტალღის სიგრძის ნახევარი შეესაბამება მილის სიგრძეს. მეორეს მხრივ, მილს, რომელშიც ერთი ბოლო ღიაა, მეორე კი დახურული, აქვს ფუნდამენტური სიხშირე, რომლის დროსაც ტალღის სიგრძის მეოთხედი ჯდება მილის სიგრძეზე. ამრიგად, ორივე ბოლოში გახსნილი მილის ფუნდამენტური სიხშირე არის ვ =ვ/2ლდა ერთ ბოლოში გახსნილი მილისთვის, f = v/4ლ(სად ლარის მილის სიგრძე). პირველ შემთხვევაში, შედეგი იგივეა, რაც სტრიქონის: ოვერტონები არის ორმაგი, სამმაგი და ა.შ. ფუნდამენტური სიხშირის მნიშვნელობა. თუმცა, ერთ ბოლოში გახსნილი მილისთვის, ტონები მეტი იქნება ფუნდამენტურ სიხშირეზე 3, 5, 7 და ა.შ. ერთხელ.
ნახ. ნახაზები 4 და 5 სქემატურად ასახავს ფუნდამენტური სიხშირის ტალღებს და პირველ ტონს ორი განხილული ტიპის მილებისთვის. მოხერხებულობის გამო, ოფსეტები აქ ნაჩვენებია როგორც განივი, მაგრამ სინამდვილეში ისინი გრძივია.
რეზონანსული რხევები.
მდგარი ტალღები მჭიდრო კავშირშია რეზონანსის ფენომენთან. ზემოთ განხილული ბუნებრივი სიხშირეები ასევე არის სიმების ან ორგანოს მილის რეზონანსული სიხშირეები. დავუშვათ, რომ დინამიკი მოთავსებულია ორგანოს მილის ღია ბოლოსთან, რომელიც ასხივებს ერთი კონკრეტული სიხშირის სიგნალს, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს სურვილისამებრ. შემდეგ, თუ დინამიკის სიგნალის სიხშირე ემთხვევა მილის ძირითად სიხშირეს ან მის ერთ-ერთ ტონს, მილი ძალიან ხმამაღლა ჟღერს. ეს იმის გამო ხდება, რომ დინამიკი აღაგზნებს ჰაერის სვეტის ვიბრაციას მნიშვნელოვანი ამპლიტუდით. ამბობენ, რომ საყვირი ამ პირობებში ჟღერს.
ფურიეს ანალიზი და ხმის სიხშირის სპექტრი.
პრაქტიკაში, ერთი სიხშირის ხმის ტალღები იშვიათია. მაგრამ რთული ხმის ტალღები შეიძლება დაიშალა ჰარმონიებად. ამ მეთოდს ფურიეს ანალიზს უწოდებენ ფრანგი მათემატიკოსის ჟ. ფურიეს (1768–1830) მიხედვით, რომელმაც პირველმა გამოიყენა იგი (სითბოს თეორიაში).
ბგერის ვიბრაციების შედარებითი ენერგიის გრაფიკს სიხშირის მიმართ ჰქვია ბგერის სიხშირის სპექტრი. ასეთი სპექტრის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს: დისკრეტული და უწყვეტი. დისკრეტული სპექტრი შედგება ცალკეული ხაზებისგან ცარიელი ადგილებით გამოყოფილი სიხშირეებისთვის. ყველა სიხშირე იმყოფება უწყვეტ სპექტრში მის დიაპაზონში.
პერიოდული ხმის ვიბრაცია.
ხმის ვიბრაცია პერიოდულია, თუ რხევითი პროცესი, რაც არ უნდა რთული იყოს, მეორდება გარკვეული დროის ინტერვალის შემდეგ. მისი სპექტრი ყოველთვის დისკრეტულია და შედგება გარკვეული სიხშირის ჰარმონიებისგან. აქედან მოდის ტერმინი „ჰარმონიული ანალიზი“. ამის მაგალითია მართკუთხა რხევები (ნახ. 6, ა) ამპლიტუდის ცვლილებით +Aადრე - მაგრამდა პერიოდი T= 1/ვ. კიდევ ერთი მარტივი მაგალითია სამკუთხა ხერხის კბილის რხევა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 6, ბ. უფრო რთული ფორმის პერიოდული რხევების მაგალითი შესაბამისი ჰარმონიული კომპონენტებით ნაჩვენებია ნახ. 7.
მუსიკალური ბგერები პერიოდული ვიბრაციებია და, შესაბამისად, შეიცავს ჰარმონიებს (ოვერტონებს). ჩვენ უკვე ვნახეთ, რომ სტრიქონში, ფუნდამენტური სიხშირის რხევებთან ერთად, სხვა ჰარმონიები ამა თუ იმ ხარისხით აღგზნებულია. თითოეული ტონის შედარებითი წვლილი დამოკიდებულია სტრიქონის აღელვებაზე. ოვერტონების ნაკრები დიდწილად განისაზღვრება იმით ტემბრიმუსიკალური ხმა. ეს საკითხები უფრო დეტალურად განიხილება ქვემოთ სექციაში მუსიკალური აკუსტიკაზე.
ხმის პულსის სპექტრი.
ხმის ჩვეულებრივი მრავალფეროვნება მოკლე ხანგრძლივობის ხმაა: ტაშის დარტყმა, კარზე კაკუნი, იატაკზე საგნის დაცემის ხმა, გუგულის გუგული. ასეთი ხმები არც პერიოდულია და არც მუსიკალური. მაგრამ ისინი ასევე შეიძლება დაიშალოს სიხშირის სპექტრში. ამ შემთხვევაში, სპექტრი იქნება უწყვეტი: ხმის აღსაწერად საჭიროა ყველა სიხშირე გარკვეული დიაპაზონის ფარგლებში, რომელიც შეიძლება იყოს საკმაოდ ფართო. ასეთი სიხშირის სპექტრის ცოდნა აუცილებელია ასეთი ბგერების დამახინჯების გარეშე რეპროდუცირებისთვის, ვინაიდან შესაბამისმა ელექტრონულმა სისტემამ ყველა ეს სიხშირე თანაბრად კარგად უნდა „გაიმოსოს“.
ხმის პულსის ძირითადი მახასიათებლების გარკვევა შესაძლებელია მარტივი ფორმის პულსის გათვალისწინებით. დავუშვათ, რომ ხმა არის D ხანგრძლივობის რხევა ტ, რომლის დროსაც წნევის ცვლილება ნაჩვენებია ნახ. რვა, ა. ამ შემთხვევისთვის სიხშირის სავარაუდო სპექტრი ნაჩვენებია ნახ. რვა, ბ. ცენტრალური სიხშირე შეესაბამება ვიბრაციას, რომელიც გვექნებოდა, თუ იგივე სიგნალი განუსაზღვრელი ვადით გაგრძელდა.
სიხშირის სპექტრის სიგრძეს ეწოდება გამტარუნარიანობა D ვ(ნახ. 8, ბ). გამტარუნარიანობა არის სიხშირეების სავარაუდო დიაპაზონი, რომელიც საჭიროა ორიგინალური პულსის რეპროდუცირებისთვის ზედმეტი დამახინჯების გარეშე. ძალიან მარტივი ფუნდამენტური კავშირია დ ვდა დ ტ, კერძოდ
დ ვდ ტ"ერთი.
ეს კავშირი მოქმედებს ყველა ხმის პულსისთვის. მისი მნიშვნელობა ის არის, რომ რაც უფრო მოკლეა პულსი, მით მეტ სიხშირეს შეიცავს. დავუშვათ, რომ სონარი გამოიყენება წყალქვეშა ნავის გამოსავლენად, რომელიც ასხივებს ულტრაბგერას პულსის სახით, ხანგრძლივობით 0,0005 წმ და სიგნალის სიხშირით 30 kHz. გამტარუნარიანობა არის 1/0.0005 = 2 kHz, ხოლო სიხშირეები, რომლებიც რეალურად შეიცავს ლოკატორის პულსის სპექტრს, 29-დან 31 kHz-მდეა.
ხმაური.
ხმაური ეხება ნებისმიერ ხმას, რომელიც წარმოიქმნება მრავალი, არაკოორდინირებული წყაროს მიერ. ამის მაგალითია ქარის მიერ ხის ფოთლების ხმა. რეაქტიული ძრავის ხმაური გამოწვეულია მაღალი სიჩქარის გამონაბოლქვის ნაკადის ტურბულენტობით. ხმაური, როგორც შემაშფოთებელი ხმა განიხილება ხელოვნებაში. გარემოს აკუსტიკური დაბინძურება.
ხმის ინტენსივობა.
ხმის მოცულობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. ადვილი მისახვედრია, რომ ეს გამოწვეულია ხმის ტალღის მიერ გადატანილი ენერგიის გამო. ხმაურის რაოდენობრივი შედარებისთვის აუცილებელია ხმის ინტენსივობის ცნების დანერგვა. ხმის ტალღის ინტენსივობა განისაზღვრება, როგორც ენერგიის საშუალო ნაკადი ტალღის ფრონტის ერთეული ფართობის გავლით დროის ერთეულზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ ავიღებთ ერთ ფართობს (მაგალითად, 1 სმ 2), რომელიც მთლიანად შთანთქავს ხმას და მოვათავსებთ მას ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, მაშინ ხმის ინტენსივობა უდრის აკუსტიკური ენერგიის შთანთქმას ერთ წამში. . ინტენსივობა ჩვეულებრივ გამოიხატება W/cm2 (ან W/m2).
ჩვენ ვაძლევთ ამ მნიშვნელობის მნიშვნელობას ზოგიერთი ნაცნობი ბგერისთვის. ზედმეტი წნევის ამპლიტუდა, რომელიც ხდება ნორმალური საუბრის დროს, არის ატმოსფერული წნევის დაახლოებით მემილიონედი, რაც შეესაბამება აკუსტიკური ხმის ინტენსივობას 10-9 ვტ/სმ 2 რიგით. ნორმალური საუბრის დროს გამოსხივებული ხმის საერთო სიმძლავრე მხოლოდ 0.00001 ვატია. ადამიანის ყურის ასეთი მცირე ენერგიების აღქმის უნარი მის საოცარ მგრძნობელობაზე მოწმობს.
ჩვენი ყურის მიერ აღქმული ხმის ინტენსივობის დიაპაზონი ძალიან ფართოა. ინტენსივობა მაღალი ხმარომ ყური უძლებს, დაახლოებით 10 14-ჯერ აღემატება იმას, რაც მას შეუძლია. ხმის წყაროების სრული სიმძლავრე თანაბრად ფართო დიაპაზონს მოიცავს. ამრიგად, ძალზე ჩუმი ჩურჩულის დროს გამოსხივებული სიმძლავრე შეიძლება იყოს 10-9 ვტ-ის რიგის, ხოლო რეაქტიული ძრავის მიერ გამოსხივებული სიმძლავრე 10-5 ვტ-ს აღწევს. ისევ და ისევ, ინტენსივობა განსხვავდება 10 14-ით.
დეციბელი.
იმის გამო, რომ ბგერები ძალიან განსხვავდება ინტენსივობით, უფრო მოსახერხებელია მისი აღქმა, როგორც ლოგარითმული მნიშვნელობა და გაზომვა დეციბელებში. ინტენსივობის ლოგარითმული მნიშვნელობა არის სიდიდის განხილული მნიშვნელობის თანაფარდობის ლოგარითმი მის მნიშვნელობასთან, აღებული, როგორც ორიგინალი. ინტენსივობის დონე ჯრაღაც პირობითად არჩეულ ინტენსივობის მიმართ ჯ 0 არის
ხმის ინტენსივობის დონე = 10 ლგ ( ჯ/ჯ 0) დბ.
ამრიგად, ერთი ხმა, რომელიც 20 დბ-ით უფრო ინტენსიურია, ვიდრე მეორე, 100-ჯერ უფრო ინტენსიურია.
აკუსტიკური გაზომვების პრაქტიკაში ჩვეულებრივია ხმის ინტენსივობის გამოხატვა შესაბამისი ზედმეტი წნევის ამპლიტუდის მიხედვით. პ ე. როდესაც წნევა იზომება დეციბელებში ზოგიერთ ჩვეულებრივ შერჩეულ წნევასთან შედარებით რ 0 , მიიღეთ ხმის წნევის ე.წ. ვინაიდან ხმის ინტენსივობა სიდიდის პროპორციულია პ ე 2 და lg( პ ე 2) = 2ლგ პ ეხმის წნევის დონე განისაზღვრება შემდეგნაირად:
ხმის წნევის დონე = 20 ლგ ( პ ე/პ 0) დბ.
ნომინალური წნევა რ 0 = 2×10–5 Pa შეესაბამება სმენის სტანდარტულ ზღურბლს 1 kHz სიხშირით. მაგიდაზე. 2 აჩვენებს ხმის წნევის დონეს ზოგიერთი ჩვეულებრივი ხმის წყაროსთვის. ეს არის განუყოფელი მნიშვნელობები, რომლებიც მიღებულია საშუალოდ მთელი ხმოვანი სიხშირის დიაპაზონში.
|
ცხრილი 2. ტიპიური ხმის წნევის დონეები |
|
| ხმის წყარო |
ხმის წნევის დონე, dB (რედ. 2H 10–5 პა) |
| ჭედურობის მაღაზია | |
| ძრავის ოთახი ბორტზე | |
| დაწნული და ქსოვის სახელოსნო | |
| მეტროს ვაგონში | |
| მანქანაში მოძრაობაში მოძრაობისას | |
| საბეჭდი ბიურო | |
| Აღრიცხვა | |
| ოფისი | |
| საცხოვრებელი კვარტლები | |
| საცხოვრებელი ფართი ღამით | |
| სამაუწყებლო სტუდია | |
მოცულობა.
ხმის წნევის დონე არ უკავშირდება უბრალო ურთიერთობას ხმაურის ფსიქოლოგიურ აღქმასთან. ამ ფაქტორებიდან პირველი ობიექტურია, მეორე კი სუბიექტური. ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ხმაურის აღქმა დამოკიდებულია არა მხოლოდ ბგერის ინტენსივობაზე, არამედ მის სიხშირეზე და ექსპერიმენტულ პირობებზე.
ბგერების მოცულობა, რომელიც არ არის მიბმული შედარების პირობებთან, შეუძლებელია შედარება. მაინც საინტერესოა სუფთა ტონების შედარება. ამისათვის განსაზღვრეთ ხმის წნევის დონე, რომლის დროსაც მოცემული ბგერა აღიქმება ისეთივე ხმამაღალი, როგორც სტანდარტული ბგერა 1000 ჰც სიხშირით. ნახ. 9 გვიჩვენებს ფლეტჩერისა და მენსონის ექსპერიმენტებში მიღებულ თანაბარ ხმამაღალ მრუდებს. თითოეული მრუდისთვის მითითებულია სტანდარტული ტონის შესაბამისი ხმის წნევის დონე 1000 ჰც. მაგალითად, ტონის სიხშირეზე 200 ჰც, საჭიროა 60 დბ ბგერის დონე, რათა აღიქმებოდეს 1000 ჰც ტონის ტოლი ხმის წნევის დონით 50 დბ.
ეს მრუდები გამოიყენება გუგუნის დასადგენად, სიძლიერის ერთეული, რომელიც ასევე იზომება დეციბელებში. ფონი არის ხმის მოცულობის დონე, რომლისთვისაც ხმის წნევის დონე თანაბრად მაღალი სტანდარტული სუფთა ტონის (1000 Hz) არის 1 dB. ასე რომ, 200 ჰც სიხშირის მქონე ხმას 60 დბ დონეზე აქვს 50 ფონის მოცულობის დონე.
ქვედა მრუდი ნახ. 9 არის კარგი ყურის სმენის ზღურბლის მრუდი. ხმოვანი სიხშირეების დიაპაზონი ვრცელდება დაახლოებით 20-დან 20000 ჰც-მდე.
ხმის ტალღების გავრცელება.
უძრავ წყალში ჩაგდებული კენჭის ტალღების მსგავსად, ხმის ტალღები ყველა მიმართულებით ვრცელდება. მოსახერხებელია ისეთი გამრავლების პროცესის დახასიათება, როგორც ტალღის ფრონტი. ტალღის ფრონტი არის ზედაპირი სივრცეში, რომლის ყველა წერტილში რხევები ხდება იმავე ფაზაში. წყალში ჩავარდნილი კენჭის ტალღის ფრონტები წრეებია.
ბრტყელი ტალღები.
უმარტივესი ფორმის ტალღის ფრონტი ბრტყელია. სიბრტყე ტალღა ვრცელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით და არის იდეალიზაცია, რომელიც მხოლოდ დაახლოებით რეალიზდება პრაქტიკაში. ხმის ტალღა მილში შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით ბრტყელად, ისევე როგორც სფერული ტალღა წყაროდან დიდ მანძილზე.
სფერული ტალღები.
ტალღების მარტივი ტიპები მოიცავს ტალღას სფერული ფრონტით, რომელიც გამოდის წერტილიდან და ვრცელდება ყველა მიმართულებით. ასეთი ტალღა შეიძლება აღფრთოვანდეს პატარა პულსირებული სფეროს გამოყენებით. წყაროს, რომელიც აღაგზნებს სფერულ ტალღას, ეწოდება წერტილის წყარო. ასეთი ტალღის ინტენსივობა მცირდება მისი გავრცელებისას, რადგან ენერგია ნაწილდება უფრო დიდი რადიუსის სფეროზე.
თუ წერტილის წყარო, რომელიც წარმოქმნის სფერულ ტალღას, ასხივებს 4-ის სიმძლავრეს pQ, მაშინ, ვინაიდან რადიუსის მქონე სფეროს ზედაპირის ფართობი რუდრის 4 გვ რ 2, ბგერის ინტენსივობა სფერულ ტალღაში ტოლია
ჯ = ქ/რ 2 ,
სადაც რარის მანძილი წყაროდან. ამრიგად, სფერული ტალღის ინტენსივობა საპირისპიროდ მცირდება წყაროდან მანძილის კვადრატთან.
ნებისმიერი ხმოვანი ტალღის ინტენსივობა მისი გავრცელებისას მცირდება ბგერის შთანთქმის გამო. ეს ფენომენი ქვემოთ იქნება განხილული.
ჰიუგენსის პრინციპი.
ჰიუგენსის პრინციპი მოქმედებს ტალღის ფრონტის გავრცელებისთვის. ამის გასარკვევად, მოდით განვიხილოთ ტალღის ფრონტის ფორმა, რომელიც ჩვენთვის ცნობილია დროის გარკვეულ მომენტში. მისი პოვნა შეიძლება ცოტა ხნის შემდეგაც კი დ ტთუ საწყისი ტალღის ფრონტის თითოეული წერტილი განიხილება, როგორც ელემენტარული სფერული ტალღის წყარო, რომელიც ვრცელდება ამ ინტერვალზე მანძილზე ვდ ტ. ყველა ამ ელემენტარული სფერული ტალღის ფრონტის კონვერტი იქნება ახალი ტალღის ფრონტი. ჰაიგენსის პრინციპი შესაძლებელს ხდის გავრცელების პროცესში ტალღის ფრონტის ფორმის განსაზღვრას. ის ასევე გულისხმობს, რომ ტალღები, როგორც თვითმფრინავი, ასევე სფერული, ინარჩუნებენ გეომეტრიას გავრცელების დროს, იმ პირობით, რომ გარემო ერთგვაროვანია.
ხმის დიფრაქცია.
დიფრაქცია არის ტალღა დაბრკოლების გარშემო. დიფრაქცია გაანალიზებულია ჰაიგენსის პრინციპით. ამ მოხრის ხარისხი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძესა და დაბრკოლების ან ხვრელის ზომას შორის ურთიერთობაზე. ვინაიდან ბგერის ტალღის სიგრძე მრავალჯერ აღემატება სინათლისას, ხმის ტალღების დიფრაქცია უფრო ნაკლებად გვაოცებს ვიდრე სინათლის დიფრაქცია. ასე რომ, შეგიძლიათ ესაუბროთ ვინმეს, რომელიც შენობის კუთხეში დგას, თუმცა ის არ ჩანს. ხმის ტალღა ადვილად იხრება კუთხეში, ხოლო სინათლე, ტალღის სიგრძის სიმცირის გამო, ქმნის მკვეთრ ჩრდილებს.
განვიხილოთ სიბრტყის ბგერითი ტალღის დიფრაქცია ხვრელით მყარ ბრტყელ ეკრანზე. ეკრანის მეორე მხარეს ტალღის ფრონტის ფორმის დასადგენად, თქვენ უნდა იცოდეთ კავშირი ტალღის სიგრძეს შორის ლდა ხვრელის დიამეტრი დ. თუ ეს მნიშვნელობები დაახლოებით იგივეა ან ლბევრად მეტი დ, მაშინ მიიღება სრული დიფრაქცია: გამავალი ტალღის ფრონტი სფერული იქნება და ტალღა მიაღწევს ეკრანის უკან ყველა წერტილს. თუ ლგარკვეულწილად ნაკლები დ, მაშინ გამავალი ტალღა გავრცელდება უპირატესად წინა მიმართულებით. და ბოლოს, თუ ლგაცილებით ნაკლებია დ, მაშინ მთელი მისი ენერგია გავრცელდება სწორი ხაზით. ეს შემთხვევები ნაჩვენებია ნახ. ათი.
დიფრაქცია ასევე შეინიშნება ბგერის გზაზე დაბრკოლების არსებობისას. თუ დაბრკოლების ზომები ტალღის სიგრძეზე გაცილებით დიდია, მაშინ ხმა აირეკლება და დაბრკოლების უკან იქმნება აკუსტიკური ჩრდილის ზონა. როდესაც დაბრკოლების ზომა შედარებულია ან ნაკლებია ტალღის სიგრძეზე, ხმა გარკვეულწილად დიფრაქციულია ყველა მიმართულებით. ეს გათვალისწინებულია არქიტექტურულ აკუსტიკაში. ასე, მაგალითად, ხანდახან შენობის კედლები დაფარულია გამონაზარდებით ხმის ტალღის სიგრძის რიგის ზომებით. (100 ჰც სიხშირეზე ჰაერში ტალღის სიგრძე დაახლოებით 3,5 მ-ია.) ამ შემთხვევაში, კედლებზე დაცემული ხმა ყველა მიმართულებით იფანტება. არქიტექტურულ აკუსტიკაში ამ მოვლენას ხმის დიფუზია ეწოდება.
ხმის ასახვა და გადაცემა.
როდესაც ერთ გარემოში მოძრავი ხმის ტალღა ემთხვევა სხვა გარემოსთან ინტერფეისს, სამი პროცესი შეიძლება ერთდროულად მოხდეს. ტალღა შეიძლება აისახოს ინტერფეისიდან, შეიძლება გადავიდეს სხვა გარემოში მიმართულების შეცვლის გარეშე, ან მიმართულება შეიცვალოს ინტერფეისზე, ე.ი. გარდატეხა. ნახ. 11 გვიჩვენებს უმარტივეს შემთხვევას, როდესაც სიბრტყე ტალღა ეცემა სწორი კუთხით ბრტყელ ზედაპირთან, რომელიც ჰყოფს ორ სხვადასხვა ნივთიერებას. თუ ინტენსივობის ასახვის კოეფიციენტი, რომელიც განსაზღვრავს ასახული ენერგიის პროპორციას, უდრის რ, მაშინ გადაცემის კოეფიციენტი ტოლი იქნება თ = 1 – რ.
ხმის ტალღისთვის, ჭარბი წნევის თანაფარდობას ვიბრაციულ მოცულობითი სიჩქარესთან ეწოდება აკუსტიკური წინაღობა. ასახვა და გადაცემის კოეფიციენტები დამოკიდებულია ორი მედიის ტალღის წინაღობათა თანაფარდობაზე, ტალღის წინაღობა, თავის მხრივ, პროპორციულია აკუსტიკური წინაღობების. აირების ტალღური წინააღმდეგობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე თხევადი და მყარი. ასე რომ, თუ ჰაერის ტალღა მოხვდება სქელ მყარ ობიექტს ან ღრმა წყლის ზედაპირს, ხმა თითქმის მთლიანად აირეკლება. მაგალითად, ჰაერისა და წყლის საზღვრისთვის, ტალღის წინააღმდეგობის თანაფარდობა არის 0,0003. შესაბამისად, ჰაერიდან წყალში გადასული ბგერის ენერგია უდრის მოხვედრის ენერგიის მხოლოდ 0,12%-ს. ასახვის და გადაცემის კოეფიციენტები შექცევადია: ასახვის კოეფიციენტი არის გადაცემის კოეფიციენტი საპირისპირო მიმართულებით. ამრიგად, ხმა პრაქტიკულად არ შეაღწევს არც ჰაერიდან წყლის აუზში, არც წყლის ქვეშიდან გარედან, რაც კარგად არის ცნობილი ყველასთვის, ვინც წყლის ქვეშ ბანაობდა.
ზემოთ განხილული ასახვის შემთხვევაში, ვარაუდობდნენ, რომ მეორე საშუალების სისქე ტალღის გავრცელების მიმართულებით დიდია. მაგრამ გადაცემის კოეფიციენტი მნიშვნელოვნად დიდი იქნება, თუ მეორე გარემო არის კედელი, რომელიც ჰყოფს ორ იდენტურ მედიას, როგორიცაა მყარი დანაყოფი ოთახებს შორის. ფაქტია, რომ კედლის სისქე ჩვეულებრივ ხმის ტალღის სიგრძეზე ნაკლებია ან მასთან შედარებით. თუ კედლის სისქე არის კედელში არსებული ბგერის ტალღის სიგრძის ნახევრის ჯერადი, მაშინ ტალღის გადაცემის კოეფიციენტი პერპენდიკულარულ ინციდენტზე ძალიან დიდია. ბაფლი აბსოლუტურად გამჭვირვალე იქნებოდა ამ სიხშირის ხმის მიმართ, რომ არა შთანთქმა, რასაც აქ უგულებელყოფთ. თუ კედლის სისქე მასში ხმის ტალღის სიგრძეზე გაცილებით ნაკლებია, მაშინ ანარეკლი ყოველთვის მცირეა, ხოლო გადაცემა დიდი, თუ არ არის მიღებული სპეციალური ზომები ბგერის შთანთქმის გაზრდის მიზნით.
ხმის რეფრაქცია.
როდესაც სიბრტყე ბგერითი ტალღა ეცემა ინტერფეისის კუთხით, მისი ასახვის კუთხე უდრის დაცემის კუთხეს. გადაცემული ტალღა გადახრის შემთხვევის ტალღის მიმართულებიდან, თუ დაცემის კუთხე განსხვავდება 90°-დან. ტალღის მიმართულების ამ ცვლილებას რეფრაქცია ეწოდება. ბრტყელ საზღვარზე გარდატეხის გეომეტრია ნაჩვენებია ნახ. 12. მითითებულია კუთხეები ტალღების მიმართულებასა და ზედაპირთან ნორმალურს შორის ქ 1 ინციდენტის ტალღისთვის და ქ 2 - რეფრაქციული წარსულისთვის. ამ ორ კუთხეს შორის კავშირი მოიცავს მხოლოდ ხმის სიჩქარის თანაფარდობას ორი მედიისთვის. როგორც სინათლის ტალღების შემთხვევაში, ეს კუთხეები ერთმანეთთან დაკავშირებულია სნელის (სნელის) კანონით:
ამრიგად, თუ მეორე გარემოში ხმის სიჩქარე პირველზე ნაკლებია, მაშინ გარდატეხის კუთხე ნაკლები იქნება დაცემის კუთხეზე; თუ სიჩქარე მეორე გარემოში მეტია, მაშინ გარდატეხის კუთხე უფრო დიდი იქნება. ვიდრე დაცემის კუთხე.
რეფრაქცია ტემპერატურის გრადიენტის გამო.
თუ არაჰომოგენურ გარემოში ბგერის სიჩქარე მუდმივად იცვლება წერტილიდან წერტილამდე, მაშინ იცვლება გარდატეხაც. ვინაიდან ხმის სიჩქარე ჰაერშიც და წყალშიც დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, ტემპერატურის გრადიენტის არსებობისას ხმის ტალღებს შეუძლიათ შეცვალონ მოძრაობის მიმართულება. ატმოსფეროში და ოკეანეში, ჰორიზონტალური სტრატიფიკაციის გამო, ჩვეულებრივ შეინიშნება ვერტიკალური ტემპერატურის გრადიენტები. ამიტომ, ვერტიკალის გასწვრივ ხმის სიჩქარის ცვლილების გამო, ტემპერატურის გრადიენტების გამო, ხმის ტალღა შეიძლება გადახრილი იყოს ზემოთ ან ქვევით.
განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც ჰაერი დედამიწის ზედაპირთან ახლოს მდებარე ზოგიერთ ადგილას უფრო თბილია, ვიდრე მაღალ ფენებში. შემდეგ, სიმაღლის მატებასთან ერთად აქ ჰაერის ტემპერატურა იკლებს და მასთან ერთად იკლებს ხმის სიჩქარეც. დედამიწის ზედაპირთან მახლობლად მდებარე წყაროს მიერ გამოსხივებული ხმა რეფრაქციის გამო ამაღლდება. ეს ნაჩვენებია ნახ. 13, რომელიც აჩვენებს ბგერას "სხივებს".
ხმის სხივების გადახრა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 13 ზოგადად აღწერილია სნელის კანონით. თუ მეშვეობით ქ, როგორც ადრე, აღნიშნეთ კუთხე ვერტიკალურ და რადიაციის მიმართულებას შორის, მაშინ განზოგადებულ სნელის კანონს აქვს თანასწორობის ცოდვის ფორმა. ქ/ვ= const ეხება სხივის ნებისმიერ წერტილს. ამრიგად, თუ სხივი გადადის იმ რეგიონში, სადაც სიჩქარე ვმცირდება, შემდეგ კუთხე ქასევე უნდა შემცირდეს. ამიტომ, ხმის სხივები ყოველთვის გადახრილია ხმის სიჩქარის შემცირების მიმართულებით.
ნახ. 13 ჩანს, რომ წყაროდან გარკვეულ მანძილზე მდებარეობს რეგიონი, სადაც ხმის სხივები საერთოდ არ აღწევს. ეს არის ეგრეთ წოდებული დუმილის ზონა.
სავსებით შესაძლებელია, რომ სადმე უფრო დიდ სიმაღლეზე, ვიდრე ნაჩვენებია ნახ. 13, ტემპერატურის გრადიენტის გამო, ხმის სიჩქარე იზრდება სიმაღლესთან ერთად. ამ შემთხვევაში, ხმის ტალღა, რომელიც თავდაპირველად გადახრილი იყო ზემოთ, გადაიხრება აქ დედამიწის ზედაპირზე. შორს. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ატმოსფეროში წარმოიქმნება ტემპერატურის ინვერსიის ფენა, რის შედეგადაც შესაძლებელი ხდება ულტრაშორიანი ხმოვანი სიგნალების მიღება. ამავდროულად, დისტანციურ წერტილებში მიღების ხარისხი კიდევ უფრო უკეთესია, ვიდრე ახლოს. ისტორიაში ულტრა შორ მანძილზე მიღების მრავალი მაგალითი ყოფილა. მაგალითად, პირველი მსოფლიო ომის დროს, როდესაც ატმოსფერული პირობები ხელს უწყობს ხმის შესაბამის რეფრაქციას, საფრანგეთის ფრონტზე ქვემეხები ისმოდა ინგლისში.
ხმის რეფრაქცია წყლის ქვეშ.
ოკეანეში ასევე შეინიშნება ხმის გარდატეხა ტემპერატურის ვერტიკალური ცვლილებების გამო. თუ ტემპერატურა და, შესაბამისად, ხმის სიჩქარე სიღრმესთან ერთად მცირდება, ხმის სხივები გადახრილია ქვევით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დუმილის ზონა, რაც ნაჩვენებია ნახ. 13 ატმოსფეროსთვის. ოკეანესთვის შესაბამისი სურათი აღმოჩნდება, თუ ეს სურათი უბრალოდ გადატრიალდება.
დუმილის ზონების არსებობა ართულებს წყალქვეშა ნავების აღმოჩენას სონარით, ხოლო რეფრაქცია, რომელიც ხმის ტალღებს ქვევით გადახრის, მნიშვნელოვნად ზღუდავს მათ გავრცელების დიაპაზონს ზედაპირთან ახლოს. თუმცა, აღმავალი გადახრაც შეინიშნება. მას შეუძლია შექმნას მეტი ხელსაყრელი პირობებიჰიდროლოკაციისთვის.
ხმის ტალღების ჩარევა.
ორი ან მეტი ტალღის სუპერპოზიციას ტალღის ჩარევა ეწოდება.
ჩარევის შედეგად მდგარი ტალღები.
ზემოაღნიშნული მდგარი ტალღები ჩარევის განსაკუთრებული შემთხვევაა. მუდმივი ტალღები წარმოიქმნება ერთიდაიგივე ამპლიტუდის, ფაზის და სიხშირის ორი ტალღის სუპერპოზიციის შედეგად, რომლებიც ვრცელდება საპირისპირო მიმართულებით.
მუდმივი ტალღის ანტინოდებში ამპლიტუდა უდრის თითოეული ტალღის ამპლიტუდას ორჯერ. ვინაიდან ტალღის ინტენსივობა მისი ამპლიტუდის კვადრატის პროპორციულია, ეს ნიშნავს, რომ ინტენსივობა ანტინოდებში 4-ჯერ მეტია თითოეული ტალღის ინტენსივობაზე, ან 2-ჯერ მეტია, ვიდრე ორი ტალღის საერთო ინტენსივობა. აქ ენერგიის შენარჩუნების კანონის დარღვევა არ არის, რადგან კვანძებში ინტენსივობა ნულის ტოლია.
სცემს.
ასევე შესაძლებელია სხვადასხვა სიხშირის ჰარმონიული ტალღების ჩარევა. როდესაც ორი სიხშირე ოდნავ განსხვავდება, ხდება ე.წ. დარტყმები არის ხმის ამპლიტუდის ცვლილებები, რომლებიც წარმოიქმნება სიხშირეზე, რომელიც უდრის ორიგინალურ სიხშირეებს შორის სხვაობას. ნახ. 14 გვიჩვენებს დარტყმის ტალღის ფორმას.
უნდა გვახსოვდეს, რომ დარტყმის სიხშირე არის ხმის ამპლიტუდის მოდულაციის სიხშირე. ასევე, დარტყმები არ უნდა აგვერიოს ჰარმონიული სიგნალის დამახინჯების შედეგად განსხვავებულ სიხშირესთან.
Beats ხშირად გამოიყენება ორი ტონის უნისონში დაყენებისას. სიხშირე რეგულირდება მანამ, სანამ დარტყმები აღარ ისმის. მაშინაც კი, თუ დარტყმის სიხშირე ძალიან დაბალია, ადამიანის ყურს შეუძლია აითვისოს ხმის მოცულობის პერიოდული აწევა და დაცემა. ამიტომ, დარტყმები ძალიან მგრძნობიარე დარეგულირების მეთოდია აუდიო დიაპაზონში. თუ პარამეტრი არ არის ზუსტი, მაშინ სიხშირის სხვაობა შეიძლება განისაზღვროს ყურით ერთ წამში დარტყმების რაოდენობის დათვლით. მუსიკაში უმაღლესი ჰარმონიული კომპონენტების დარტყმები ასევე აღიქმება ყურით, რომელიც გამოიყენება ფორტეპიანოს დაკვრისას.
ხმის ტალღების შეწოვა.
ხმის ტალღების ინტენსივობა მათი გავრცელების პროცესში ყოველთვის მცირდება იმის გამო, რომ აკუსტიკური ენერგიის გარკვეული ნაწილი მიმოფანტულია. სითბოს გადაცემის, ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების და შიდა ხახუნის პროცესების გამო, ხმის ტალღები შეიწოვება ნებისმიერ გარემოში. შთანთქმის ინტენსივობა დამოკიდებულია ხმის ტალღის სიხშირეზე და სხვა ფაქტორებზე, როგორიცაა საშუალო წნევა და ტემპერატურა.
ტალღის შთანთქმა გარემოში რაოდენობრივად ხასიათდება შთანთქმის კოეფიციენტით ა. ის გვიჩვენებს, თუ რამდენად სწრაფად მცირდება ჭარბი წნევა გამავრცელებელი ტალღის მიერ გავლილი მანძილის მიხედვით. ზეწოლის ამპლიტუდის კლება –D პ ედ დისტანციის გავლისას Xსაწყისი ზეწოლის ამპლიტუდის პროპორციულია პ ედა მანძილი D X. Ამგვარად,
-დ პ ე = a P eდ x.
მაგალითად, როდესაც ვამბობთ, რომ შთანთქმის დანაკარგი არის 1 დბ/მ, ეს ნიშნავს, რომ 50 მ მანძილზე ხმის წნევის დონე მცირდება 50 დბ-ით.
შთანთქმა შიდა ხახუნის და სითბოს გამტარობის გამო.
ხმის ტალღის გავრცელებასთან დაკავშირებული ნაწილაკების მოძრაობის დროს გარემოს სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის ხახუნი გარდაუვალია. სითხეებსა და აირებში ამ ხახუნს სიბლანტე ეწოდება. სიბლანტე, რომელიც განსაზღვრავს აკუსტიკური ტალღის ენერგიის შეუქცევად გადაქცევას სითბოდ, არის აირებსა და სითხეებში ბგერის შთანთქმის მთავარი მიზეზი.
გარდა ამისა, აირებსა და სითხეებში შეწოვა გამოწვეულია სითბოს დაკარგვით ტალღაში შეკუმშვის დროს. უკვე ვთქვით, რომ ტალღის გავლისას შეკუმშვის ფაზაში მყოფი გაზი თბება. ამ სწრაფად მიმდინარე პროცესში, სითბოს, როგორც წესი, არ აქვს დრო, რომ გადავიდეს გაზის სხვა რეგიონებში ან ჭურჭლის კედლებზე. მაგრამ სინამდვილეში, ეს პროცესი არ არის იდეალური და გამოთავისუფლებული თერმული ენერგიის ნაწილი ტოვებს სისტემას. ამასთან ასოცირდება ხმის შთანთქმა სითბოს გამტარობის გამო. ასეთი შეწოვა ხდება შეკუმშვის ტალღებში აირებში, სითხეებში და მყარ ნაწილებში.
ხმის შთანთქმა, როგორც სიბლანტის, ასევე თბოგამტარობის გამო, ზოგადად იზრდება სიხშირის კვადრატთან ერთად. ამრიგად, მაღალი სიხშირის ხმები ბევრად უფრო ძლიერად შეიწოვება, ვიდრე დაბალი სიხშირის ხმები. მაგალითად, როდის ნორმალური წნევადა ტემპერატურა, შთანთქმის კოეფიციენტი (ორივე მექანიზმის გამო) ჰაერში 5 kHz სიხშირეზე არის დაახლოებით 3 dB/km. ვინაიდან შთანთქმა სიხშირის კვადრატის პროპორციულია, შთანთქმის კოეფიციენტი 50 kHz-ზე არის 300 dB/km.
აბსორბცია მყარ ნივთიერებებში.
თბოგამტარობისა და სიბლანტის გამო ხმის შთანთქმის მექანიზმი, რომელიც ხდება აირებსა და სითხეებში, შენარჩუნებულია აგრეთვე მყარ სხეულებში. თუმცა აქ მას ახალი შთანთქმის მექანიზმები ემატება. ისინი დაკავშირებულია მყარი ნივთიერებების სტრუქტურის დეფექტებთან. საქმე იმაშია, რომ პოლიკრისტალური მყარი მასალები შედგება მცირე კრისტალიტებისაგან; როდესაც ხმა გადის მათში, ხდება დეფორმაციები, რაც იწვევს ხმის ენერგიის შთანთქმას. ხმა ასევე მიმოფანტულია კრისტალების საზღვრებზე. გარდა ამისა, ერთკრისტალებიც კი შეიცავს დისლოკაციის ტიპის დეფექტებს, რაც ხელს უწყობს ხმის შთანთქმას. დისლოკაციები არის ატომური თვითმფრინავების კოორდინაციის დარღვევა. როდესაც ხმის ტალღა იწვევს ატომების ვიბრაციას, დისლოკაციები მოძრაობენ და შემდეგ უბრუნდებიან თავდაპირველ მდგომარეობას, შინაგანი ხახუნის გამო ენერგიას ფანტავს.
დისლოკაციების გამო შეწოვა განმარტავს, კერძოდ, რატომ არ რეკავს ტყვიის ზარი. ტყვია არის რბილი ლითონი, რომელსაც აქვს ბევრი დისლოკაცია და, შესაბამისად, მასში ხმის ვიბრაცია ძალიან სწრაფად იშლება. მაგრამ კარგად ირეკება, თუ გაცივდება თხევადი ჰაერით. ზე დაბალი ტემპერატურადისლოკაციები "გაყინულია" ფიქსირებულ მდგომარეობაში და ამიტომ არ მოძრაობენ და არ გარდაქმნიან ხმის ენერგიას სითბოდ.
მუსიკალური აკუსტიკა
მუსიკალური ხმები.
მუსიკალური აკუსტიკა სწავლობს მუსიკალური ბგერების თავისებურებებს, მათ მახასიათებლებს, რომლებიც დაკავშირებულია იმაზე, თუ როგორ აღვიქვამთ მათ და ხმის მექანიზმებს. მუსიკალური ინსტრუმენტები.
მუსიკალური ხმა ან ბგერა არის პერიოდული ბგერა, ე.ი. რყევები, რომლებიც მეორდება გარკვეული პერიოდის შემდეგ. ზემოთ ითქვა, რომ პერიოდული ბგერა შეიძლება იყოს წარმოდგენილი, როგორც რხევების ჯამი სიხშირეებით, რომლებიც ფუნდამენტური სიხშირის ჯერადია. ვ: 2ვ, 3ვ, 4ვდა ა.შ. ასევე აღინიშნა, რომ ვიბრაციული სიმები და ჰაერის სვეტები ასხივებენ მუსიკალური ხმები.
მუსიკალური ბგერები გამოირჩევა სამი მახასიათებლით: ხმამაღალი, ხმაური და ტემბრი. ყველა ეს მაჩვენებელი სუბიექტურია, მაგრამ ისინი შეიძლება დაკავშირებული იყოს გაზომილ მნიშვნელობებთან. ხმამაღალი ძირითადად ბგერის ინტენსივობას უკავშირდება; ბგერის სიმაღლე, რომელიც ახასიათებს მის პოზიციას მუსიკალურ სისტემაში, განისაზღვრება ბგერის სიხშირით; ტემბრი, რომლითაც ერთი ინსტრუმენტი ან ხმა განსხვავდება მეორისგან, ხასიათდება ენერგიის განაწილებით ჰარმონიებზე და ამ განაწილების ცვლილებით დროთა განმავლობაში.
ხმის სიმაღლე.
მუსიკალური ბგერის სიმაღლე მჭიდრო კავშირშია სიხშირესთან, მაგრამ არა მისი იდენტური, რადგან სიმაღლის შეფასება სუბიექტურია.
ასე, მაგალითად, დადგინდა, რომ ერთი სიხშირის ბგერის სიმაღლის შეფასება გარკვეულწილად დამოკიდებულია მისი სიმაღლის დონეზე. მოცულობის მნიშვნელოვანი ზრდით, ვთქვათ 40 დბ, აშკარა სიხშირე შეიძლება შემცირდეს 10%-ით. პრაქტიკაში, ამ დამოკიდებულებას ხმამაღლა არ აქვს მნიშვნელობა, რადგან მუსიკალური ხმები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე ერთი სიხშირის ხმა.
ხმასა და სიხშირეს შორის ურთიერთკავშირის საკითხში კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია: თუ მუსიკალური ბგერები შედგება ჰარმონიებისგან, მაშინ რა სიხშირეს უკავშირდება აღქმული სიმაღლე? გამოდის, რომ ეს შეიძლება არ იყოს სიხშირე, რომელიც შეესაბამება მაქსიმალურ ენერგიას და არა ყველაზე დაბალი სიხშირე სპექტრში. მაგალითად, მუსიკალური ხმა, რომელიც შედგება 200, 300, 400 და 500 ჰც სიხშირეების ნაკრებისგან, აღიქმება, როგორც 100 ჰც სიმაღლის ბგერა. ანუ, სიმაღლე ასოცირდება ჰარმონიული სერიის ფუნდამენტურ სიხშირესთან, თუნდაც ის არ იყოს ბგერის სპექტრში. მართალია, ყველაზე ხშირად ფუნდამენტური სიხშირე გარკვეულწილად არის წარმოდგენილი სპექტრში.
სიმაღლესა და მის სიხშირეს შორის ურთიერთობაზე საუბრისას, არ უნდა დავივიწყოთ ადამიანის სმენის ორგანოს მახასიათებლები. ეს არის სპეციალური აკუსტიკური მიმღები, რომელიც შემოაქვს საკუთარ დამახინჯებებს (რომ აღარაფერი ვთქვათ იმაზე, რომ არსებობს მოსმენის ფსიქოლოგიური და სუბიექტური ასპექტები). ყურს შეუძლია გარკვეული სიხშირის შერჩევა, გარდა ამისა, ხმის ტალღა მასში განიცდის არაწრფივ დამახინჯებას. სიხშირის სელექციურობა განპირობებულია ხმის სიძლიერესა და მის ინტენსივობას შორის სხვაობით (ნახ. 9). უფრო რთულია არაწრფივი დამახინჯებების ახსნა, რომლებიც გამოიხატება სიხშირეების გარეგნობაში, რომლებიც არ არის თავდაპირველ სიგნალში. ყურის რეაქციის არაწრფივობა განპირობებულია მისი სხვადასხვა ელემენტების მოძრაობის ასიმეტრიით.
არაწრფივი მიმღები სისტემის ერთ-ერთი დამახასიათებელი მახასიათებელია ის, რომ როდესაც ის აღფრთოვანებულია სიხშირით ხმით ვმასში აღფრთოვანებულია 1 ჰარმონიული ტონი 2 ვ 1 , 3ვ 1 ,... და ზოგ შემთხვევაში ასევე 1/2 ტიპის სუბჰარმონიკა ვერთი . გარდა ამისა, როდესაც არაწრფივი სისტემა აღგზნებულია ორი სიხშირით ვ 1 და ვ 2, მასში აღფრთოვანებულია ჯამისა და სხვაობის სიხშირეები ვ 1 + ვ 2 და ვ 1 - ვ 2. რაც უფრო დიდია საწყისი რხევების ამპლიტუდა, მით მეტია „დამატებითი“ სიხშირეების წვლილი.
ამრიგად, ყურის აკუსტიკური მახასიათებლების არაწრფივობის გამო, შეიძლება გამოჩნდეს სიხშირეები, რომლებიც არ არის ბგერაში. ასეთ სიხშირეებს სუბიექტურ ტონებს უწოდებენ. დავუშვათ, რომ ხმა შედგება სუფთა ტონებისგან 200 და 250 ჰც სიხშირით. პასუხის არაწრფივობის გამო, დამატებითი სიხშირეები გამოჩნდება 250 - 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2' 200 = 400, 2' 250 = 500 Hz და ა.შ. მსმენელს მოეჩვენება, რომ ბგერაში არის კომბინირებული სიხშირეების მთელი ნაკრები, მაგრამ მათი გარეგნობა რეალურად განპირობებულია ყურის არაწრფივი პასუხით. როდესაც მუსიკალური ბგერა შედგება ფუნდამენტური სიხშირისა და მისი ჰარმონიისგან, აშკარაა, რომ ფუნდამენტური სიხშირე ეფექტურად ძლიერდება სხვაობის სიხშირეებით.
მართალია, კვლევებმა აჩვენა, რომ სუბიექტური სიხშირეები წარმოიქმნება მხოლოდ ორიგინალური სიგნალის საკმარისად დიდი ამპლიტუდის დროს. აქედან გამომდინარე, შესაძლებელია, რომ წარსულში სუბიექტური სიხშირეების როლი მუსიკაში ძალიან გაზვიადებული იყო.
მუსიკალური სტანდარტები და მუსიკალური ხმის სიმაღლის გაზომვა.
მუსიკის ისტორიაში ძირითად ტონად მიიღეს სხვადასხვა სიხშირის ხმები, რომელიც განსაზღვრავს მთელ მუსიკალურ სტრუქტურას. ახლა ზოგადად მიღებული სიხშირე პირველი ოქტავის ნოტის "la"-სთვის არის 440 ჰც. მაგრამ წარსულში ის შეიცვალა 400-დან 462 ჰც-მდე.
ხმის სიმაღლის დასადგენად ტრადიციული გზაა მისი შედარება სტანდარტული მარეგულირებელი ჩანგლის ტონთან. მოცემული ბგერის სიხშირის სტანდარტიდან გადახრა ფასდება დარტყმების არსებობით. ტუნინგ ჩანგლები დღესაც გამოიყენება, თუმცა ახლა არის უფრო მოსახერხებელი მოწყობილობები სიმაღლის დასადგენად, მაგალითად, სტაბილური სიხშირის საცნობარო ოსცილატორი (კვარცის რეზონატორით), რომელიც შეიძლება შეუფერხებლად მორგებული იყოს ხმის მთელ დიაპაზონში. მართალია, ასეთი მოწყობილობის ზუსტი დაკალიბრება საკმაოდ რთულია.
ფართოდ გამოიყენება სიმაღლის გაზომვის სტრობოსკოპური მეთოდი, რომლის დროსაც მუსიკალური ინსტრუმენტის ხმა ადგენს სტრობული ნათურის ციმციმის სიხშირეს. ნათურა ანათებს ნიმუშს დისკზე, რომელიც მბრუნავს ცნობილ სიხშირეზე, ხოლო ბგერის ფუნდამენტური სიხშირე განისაზღვრება დისკზე ნიმუშის მოძრაობის აშკარა სიხშირით სტრობოსკოპული განათების ქვეშ.
ყური ძალიან მგრძნობიარეა სიმაღლის ცვლილების მიმართ, მაგრამ მისი მგრძნობელობა დამოკიდებულია სიხშირეზე. ის მაქსიმუმ არის მოსმენის ქვედა ზღურბლთან ახლოს. დაუვარჯიშებელ ყურსაც კი შეუძლია აღმოაჩინოს მხოლოდ 0,3% განსხვავება 500-დან 5000 ჰც-მდე სიხშირეებში. მგრძნობელობა შეიძლება გაიზარდოს ვარჯიშით. მუსიკოსებს აქვთ ძალიან განვითარებული სიმაღლის გრძნობა, მაგრამ ეს ყოველთვის არ უწყობს ხელს საცნობარო ოსცილატორის მიერ წარმოქმნილი სუფთა ტონის სიხშირის დადგენას. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ყურით ბგერის სიხშირის განსაზღვრისას, მისი ტემბრი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს.
ტემბრი.
ტემბრი ეხება მუსიკალური ბგერების იმ მახასიათებლებს, რომლებიც მუსიკალურ ინსტრუმენტებსა და ხმებს ანიჭებენ უნიკალურ სპეციფიკას, თუნდაც შევადაროთ ერთი და იგივე სიმაღლის და სიმაღლის ბგერები. ეს არის, ასე ვთქვათ, ხმის ხარისხი.
ტემბრი დამოკიდებულია ხმის სიხშირის სპექტრზე და მის ცვლილებაზე დროთა განმავლობაში. იგი განისაზღვრება რამდენიმე ფაქტორით: ენერგიის განაწილება ოვერტონებზე, სიხშირეები, რომლებიც წარმოიქმნება ბგერის გამოჩენის ან გაჩერების მომენტში (ე.წ. გარდამავალი ტონები) და მათი დაშლა, აგრეთვე ხმის ნელი ამპლიტუდისა და სიხშირის მოდულაცია. ("ვიბრატო").
ზეტონის ინტენსივობა.
განვიხილოთ დაჭიმული სტრიქონი, რომელიც აღგზნებულია მის შუა ნაწილში მწიკვით (სურ. 15, ა). ვინაიდან ყველა ლუწი ჰარმონიკას აქვს კვანძები შუაში, ისინი არ იქნებიან და რხევები შედგება ფუნდამენტური სიხშირის კენტი ჰარმონიებისგან, ტოლი ვ 1 = ვ/2ლ, სად v-ტალღის სიჩქარე სიმებში და ლარის მისი სიგრძე. ამრიგად, მხოლოდ სიხშირეები იქნება წარმოდგენილი ვ 1 , 3ვ 1 , 5ვ 1 და ა.შ. ამ ჰარმონიების ფარდობითი ამპლიტუდები ნაჩვენებია ნახ. თხუთმეტი, ბ.
ეს მაგალითი საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი მნიშვნელოვანი ზოგადი დასკვნა. რეზონანსული სისტემის ჰარმონიის სიმრავლე განისაზღვრება მისი კონფიგურაციით, ხოლო ენერგიის განაწილება ჰარმონიკაზე დამოკიდებულია აგზნების მეთოდზე. როდესაც სიმები აღელვებულია მის შუაში, ფუნდამენტური სიხშირე დომინირებს და ლუწი ჰარმონიები მთლიანად ჩახშობილია. თუ სტრიქონი დამაგრებულია მის შუა ნაწილში და ამოიჭრება სხვა ადგილას, მაშინ ფუნდამენტური სიხშირე და უცნაური ჰარმონიები ჩახშობილია.
ეს ყველაფერი ეხება სხვა ცნობილ მუსიკალურ ინსტრუმენტებს, თუმცა დეტალები შეიძლება ძალიან განსხვავებული იყოს. ინსტრუმენტებს ჩვეულებრივ აქვთ ჰაერის ღრუ, ხმის დაფა ან საყვირი ხმის გამოსაცემად. ეს ყველაფერი განსაზღვრავს ოვერტონების სტრუქტურას და ფორმანტების გარეგნობას.
ფორმანტები.
როგორც ზემოთ აღინიშნა, მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმის ხარისხი დამოკიდებულია ენერგიის განაწილებაზე ჰარმონიკას შორის. მრავალი ინსტრუმენტის, განსაკუთრებით კი ადამიანის ხმის სიმაღლის შეცვლისას, ჰარმონიის განაწილება იცვლება ისე, რომ ძირითადი ტონები ყოველთვის განლაგებულია დაახლოებით იმავე სიხშირის დიაპაზონში, რომელსაც ფორმატის დიაპაზონი ეწოდება. ფორმანტების არსებობის ერთ-ერთი მიზეზი არის რეზონანსული ელემენტების გამოყენება ბგერის გასაძლიერებლად, როგორიცაა ხმის დაფები და ჰაერის რეზონატორები. ბუნებრივი რეზონანსების სიგანე ჩვეულებრივ დიდია, რის გამოც გამოსხივების ეფექტურობა შესაბამის სიხშირეებზე უფრო მაღალია. სპილენძის ინსტრუმენტებისთვის ფორმანტები განისაზღვრება ზარით, საიდანაც გამოდის ხმა. ოვერტონები, რომლებიც ფორმანტის დიაპაზონშია, ყოველთვის მკაცრად არის ხაზგასმული, რადგან ისინი გამოიყოფა მაქსიმალური ენერგიით. ფორმატები დიდწილად განსაზღვრავენ მუსიკალური ინსტრუმენტის ან ხმის ბგერების დამახასიათებელ თვისებრივ მახასიათებლებს.
დროთა განმავლობაში ტონების შეცვლა.
ნებისმიერი ინსტრუმენტის ხმის ტემბრი დროთა განმავლობაში იშვიათად რჩება მუდმივი და ტემბრი არსებითად დაკავშირებულია ამას. მაშინაც კი, როდესაც ინსტრუმენტი ინარჩუნებს გრძელ ნოტს, ხდება სიხშირის და ამპლიტუდის უმნიშვნელო პერიოდული მოდულაცია, რაც ამდიდრებს ხმას - "ვიბრატო". ეს განსაკუთრებით ეხება სიმებიანი ინსტრუმენტებისთვის, როგორიცაა ვიოლინო და ადამიანის ხმა.
ბევრი ინსტრუმენტისთვის, როგორიცაა ფორტეპიანო, ხმის ხანგრძლივობა ისეთია, რომ მუდმივ ტონს არ აქვს დრო, რომ ჩამოყალიბდეს - აღელვებული ხმა სწრაფად იზრდება, შემდეგ კი მისი სწრაფი დაშლა მოჰყვება. ვინაიდან ოვერტონების დაშლა ჩვეულებრივ გამოწვეულია სიხშირეზე დამოკიდებული ეფექტებით (როგორიცაა აკუსტიკური გამოსხივება), ცხადია, რომ ტონის განაწილება იცვლება ტონის განმავლობაში.
დროთა განმავლობაში ბგერის ცვლილების ბუნება (ხმის აწევისა და დაცემის სიჩქარე) ზოგიერთი ინსტრუმენტისთვის სქემატურად ნაჩვენებია ნახ. 18. როგორც ხედავთ, სიმებიანი ინსტრუმენტები (მოწყვეტილი და კლავიატურა) თითქმის არ აქვთ მუდმივი ტონი. ასეთ შემთხვევებში ოვერტონების სპექტრზე საუბარი მხოლოდ პირობითად არის შესაძლებელი, ვინაიდან ხმა დროთა განმავლობაში სწრაფად იცვლება. აწევისა და დაცემის მახასიათებლები ასევე ამ ინსტრუმენტების ტემბრის მნიშვნელოვანი ნაწილია.
გარდამავალი ტონები.
ბგერის ჰარმონიული შემადგენლობა ჩვეულებრივ სწრაფად იცვლება ხმის აგზნების შემდეგ მოკლე დროში. იმ ინსტრუმენტებში, რომლებშიც ხმა აღფრთოვანებულია სიმებზე დარტყმით ან ტკაცუნით, ენერგია, რომელიც მიეკუთვნება უფრო მაღალ ჰარმონიებს (ისევე, როგორც მრავალ არაჰარმონიულ კომპონენტს) მაქსიმალურია ხმის დაწყებისთანავე, ხოლო წამის ნაწილის შემდეგ ეს სიხშირეები. ქრებოდა. ასეთი ხმები, რომელსაც გარდამავალი ეწოდება, სპეციფიკურ შეღებვას ანიჭებს ინსტრუმენტის ხმას. ფორტეპიანოში ისინი გამოწვეულია ჩაქუჩის მოქმედებით სიმაზე. ზოგჯერ ერთი და იგივე ტონალური სტრუქტურის მქონე მუსიკალური ინსტრუმენტები შეიძლება გამოირჩეოდეს მხოლოდ გარდამავალი ტონებით.
მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმა
მუსიკალური ბგერები შეიძლება აღფრთოვანდეს და შეიცვალოს მრავალი გზით და, შესაბამისად, მუსიკალური ინსტრუმენტები გამოირჩევიან მრავალფეროვანი ფორმებით. ინსტრუმენტებს ძირითადად თავად მუსიკოსები და გამოცდილი ხელოსნები ქმნიდნენ და აუმჯობესებდნენ, რომლებიც მეცნიერულ თეორიას არ მიმართავდნენ. ამიტომ, აკუსტიკური მეცნიერება ვერ ხსნის, მაგალითად, რატომ აქვს ვიოლინოს ასეთი ფორმა. თუმცა, სავსებით შესაძლებელია ვიოლინოს ხმის თვისებების აღწერა ზოგადი პრინციპებითამაშები მასზე და მისი დიზაინი.
ინსტრუმენტის სიხშირის დიაპაზონი ჩვეულებრივ გაგებულია, როგორც მისი ფუნდამენტური ტონების სიხშირის დიაპაზონი. ადამიანის ხმა მოიცავს დაახლოებით ორ ოქტავას, ხოლო მუსიკალური ინსტრუმენტი - მინიმუმ სამს (დიდი ორღანი - ათი). უმეტეს შემთხვევაში, ოვერტონები ვრცელდება ხმოვანი ხმის დიაპაზონის ბოლომდე.
მუსიკალურ ინსტრუმენტებს აქვთ სამი ძირითადი ნაწილი: რხევადი ელემენტი, მისი აგზნების მექანიზმი და დამხმარე რეზონატორი (რქა ან ხმის დაფა) რხევადი ელემენტისა და გარემომცველი ჰაერის აკუსტიკური კომუნიკაციისთვის.
მუსიკალური ჟღერადობა პერიოდულია დროში, ხოლო პერიოდული ბგერები შედგება მთელი რიგი ჰარმონიებისგან. ვინაიდან სიმების და ფიქსირებული სიგრძის საჰაერო სვეტების ვიბრაციის ბუნებრივი სიხშირე ჰარმონიულად არის დაკავშირებული, ბევრ ინსტრუმენტში მთავარი ვიბრაციული ელემენტებია სიმები და ჰაერის სვეტები. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა (ფლეიტა ერთ-ერთი მათგანია), ინსტრუმენტებზე ერთი სიხშირის ხმის აღება შეუძლებელია. როდესაც მთავარი ვიბრატორი აღფრთოვანებულია, ჩნდება ოვერტონების შემცველი ხმა. ზოგიერთი ვიბრატორის რეზონანსული სიხშირე არ არის ჰარმონიული კომპონენტები. ამ ტიპის ინსტრუმენტები (მაგალითად, დრამი და ციმბალები) გამოიყენება საორკესტრო მუსიკაში განსაკუთრებული ექსპრესიულობისა და რიტმის აქცენტისთვის, მაგრამ არა მელოდიური განვითარებისთვის.
სიმებიანი საკრავები.
თავისთავად, ვიბრაციული სიმი არის ბგერის ცუდი გამომცემი და, შესაბამისად, სიმებიანი ინსტრუმენტს უნდა ჰქონდეს დამატებითი რეზონატორი შესამჩნევი ინტენსივობის ხმის გასაღვიძებლად. ეს შეიძლება იყოს ჰაერის დახურული მოცულობა, გემბანი ან ორივეს კომბინაცია. საკრავის ჟღერადობის ბუნებას სიმების აღგზნებაც განსაზღვრავს.
ადრე ვნახეთ, რომ სიგრძის ფიქსირებული სიმის რხევის ფუნდამენტური სიხშირე ლმოცემულია მიერ
სადაც თარის სიმის დაჭიმვის ძალა და რ ლარის მასა სიმის სიგრძის ერთეულზე. აქედან გამომდინარე, ჩვენ შეგვიძლია შევცვალოთ სიხშირე სამი გზით: სიგრძის, დაძაბულობის ან მასის შეცვლით. ბევრი ინსტრუმენტი იყენებს იმავე სიგრძის სიმების მცირე რაოდენობას, რომელთა ფუნდამენტური სიხშირეები განისაზღვრება დაძაბულობისა და მასის სწორი არჩევანით. სხვა სიხშირეები მიიღება თითებით სიმის სიგრძის შემცირებით.
სხვა ინსტრუმენტებს, როგორიც არის ფორტეპიანო, აქვთ ერთი წინასწარ მორგებული სიმები თითოეული ნოტისთვის. პიანინოს დაყენება, სადაც სიხშირის დიაპაზონი დიდია, ადვილი საქმე არ არის, განსაკუთრებით დაბალი სიხშირის რეგიონში. ყველა ფორტეპიანოს სიმების დაძაბულობის ძალა თითქმის ერთნაირია (დაახლოებით 2 კნ), ხოლო სიხშირეების მრავალფეროვნება მიიღწევა სიმების სიგრძისა და სისქის შეცვლით.
სიმებიანი ინსტრუმენტი შეიძლება აღფრთოვანებული იყოს პლუკით (მაგალითად, არფაზე ან ბანჯოზე), დარტყმით (ფორტეპიანოზე) ან მშვილდით (ვიოლინოს ოჯახის მუსიკალური ინსტრუმენტების შემთხვევაში). ყველა შემთხვევაში, როგორც ზემოთ იყო ნაჩვენები, ჰარმონიის რაოდენობა და მათი ამპლიტუდა დამოკიდებულია სიმის აგზნების გზაზე.
ფორტეპიანო.
ინსტრუმენტის ტიპიური მაგალითი, სადაც სიმების აგზნება წარმოიქმნება დარტყმით, არის პიანოფორტე. ინსტრუმენტის დიდი ხმის დაფა უზრუნველყოფს ფორმატების ფართო სპექტრს, ამიტომ მისი ტემბრი ძალიან ერთგვაროვანია ნებისმიერი აღფრთოვანებული ნოტისთვის. ძირითადი ფორმანტების მაქსიმუმი გვხვდება 400-500 ჰც-ის რიგის სიხშირეებზე, ხოლო ქვედა სიხშირეებზე ტონები განსაკუთრებით მდიდარია ჰარმონიკით, ხოლო ფუნდამენტური სიხშირის ამპლიტუდა უფრო მცირეა, ვიდრე ზოგიერთი ტონის. ფორტეპიანოში ჩაქუჩის დარტყმა ყველა სიმზე, გარდა უმოკლესი სიმების, ეცემა წერტილზე, რომელიც მდებარეობს სიმის სიგრძის 1/7 მისი ერთ-ერთი ბოლოდან. ეს ჩვეულებრივ აიხსნება იმით, რომ ამ შემთხვევაში მეშვიდე ჰარმონია, რომელიც ფუნდამენტური სიხშირის მიმართ დისონანსია, მნიშვნელოვნად ჩახშობილია. მაგრამ მალის სასრული სიგანის გამო, მეშვიდესთან მდებარე სხვა ჰარმონიებიც ჩახშობილია.
ვიოლინოს ოჯახი.
ვიოლინოს ინსტრუმენტების ოჯახში გრძელი ხმები წარმოიქმნება მშვილდის საშუალებით, რომელიც ცვალებად მამოძრავებელ ძალას აწვდის სიმს, რომელიც ინარჩუნებს სიმის ვიბრაციას. მოძრავი მშვილდის მოქმედებით, ძაფი ხახუნის გამო გვერდზე იწევა, სანამ არ წყდება დაძაბულობის ძალის გაზრდის გამო. თავდაპირველ პოზიციას დაბრუნების შემდეგ, ის კვლავ მშვილდით გაიტაცა. ეს პროცესი მეორდება ისე, რომ პერიოდული გარეგანი ძალა მოქმედებს სიმებზე.
ზომის გაზრდისა და სიხშირის დიაპაზონის შემცირების მიზნით, ძირითადი მშვილდ-სიმიანი საკრავები განლაგებულია შემდეგნაირად: ვიოლინო, ალტი, ჩელო, კონტრაბასი. ამ ინსტრუმენტების სიხშირის სპექტრი განსაკუთრებით მდიდარია ოვერტონებით, რაც უდავოდ განსაკუთრებულ სითბოსა და გამომხატველობას ანიჭებს მათ ბგერას. ვიოლინოს ოჯახში ვიბრაციული სიმი აკუსტიკურად არის დაკავშირებული ჰაერის ღრუსთან და ინსტრუმენტის კორპუსთან, რაც ძირითადად განსაზღვრავს ფორმანტების სტრუქტურას, რომლებიც იკავებს ძალიან ფართო სიხშირის დიაპაზონს. ვიოლინოების ოჯახის დიდ წარმომადგენლებს აქვთ ფორმანტების ნაკრები დაბალ სიხშირეებზე გადატანილი. მაშასადამე, ვიოლინოების ოჯახის ორ ინსტრუმენტზე მიღებული ერთი და იგივე ნოტი იძენს განსხვავებულ ტემბრულ შეფერილობას ოვერტონების აგებულების განსხვავების გამო.
ვიოლინოს აქვს გამოხატული რეზონანსი 500 ჰც-თან ახლოს, მისი სხეულის ფორმის გამო. ნოტის დაკვრისას, რომლის სიხშირე ამ მნიშვნელობასთან ახლოსაა, შეიძლება წარმოიქმნას არასასურველი ვიბრაციული ხმა, რომელსაც ეწოდება "მგლის ტონი". ვიოლინოს კორპუსის შიგნით ჰაერის ღრუს ასევე აქვს საკუთარი რეზონანსული სიხშირეები, რომელთა მთავარი მდებარეობს 400 ჰც-ის მახლობლად. განსაკუთრებული ფორმის გამო, ვიოლინოს აქვს მრავალი მჭიდროდ დაშორებული რეზონანსი. ყველა მათგანი, გარდა მგლის ტონისა, ნამდვილად არ გამოირჩევა ამოღებული ბგერის ზოგად სპექტრში.
ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
ხის ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
სასრული სიგრძის ცილინდრულ მილში ჰაერის ბუნებრივი ვიბრაციები ადრე იყო განხილული. ბუნებრივი სიხშირეები ქმნიან ჰარმონიის სერიას, რომლის ფუნდამენტური სიხშირე უკუპროპორციულია მილის სიგრძისა. ჩასაბერ ინსტრუმენტებში მუსიკალური ხმები წარმოიქმნება ჰაერის სვეტის რეზონანსული აგზნების გამო.
ჰაერის ვიბრაცია აღგზნებულია ან რეზონატორის კედლის მკვეთრ კიდეზე ჩამოვარდნილი ჰაერის ჭავლის ვიბრაციით, ან ჰაერის ნაკადში ენის მოქნილი ზედაპირის ვიბრაციით. ორივე შემთხვევაში, წნევის პერიოდული ცვლილებები ხდება ხელსაწყოს ლულის ლოკალიზებულ არეალში.
აგზნების ამ მეთოდებიდან პირველი ეფუძნება "ზღვრული ტონების" წარმოქმნას. როდესაც ჰაერის ნაკადი გამოდის ჭრილიდან, გატეხილი სოლი ფორმის დაბრკოლებით, ბასრი კიდით, პერიოდულად ჩნდება მორევები - ჯერ ერთ მხარეს, შემდეგ სოლის მეორე მხარეს. მათი ფორმირების სიხშირე უფრო დიდია, მით მეტია ჰაერის ნაკადის სიჩქარე. თუ ასეთი მოწყობილობა აკუსტიკურად არის დაკავშირებული რეზონანსულ ჰაერის სვეტთან, მაშინ კიდეების ტონის სიხშირე "იპყრობილია" ჰაერის სვეტის რეზონანსული სიხშირით, ე.ი. მორევის წარმოქმნის სიხშირე განისაზღვრება ჰაერის სვეტით. ასეთ პირობებში ჰაერის სვეტის ძირითადი სიხშირე აღგზნებულია მხოლოდ მაშინ, როდესაც ჰაერის ნაკადის სიჩქარე აღემატება გარკვეულ მინიმალურ მნიშვნელობას. სიჩქარის გარკვეულ დიაპაზონში, რომელიც აღემატება ამ მნიშვნელობას, კიდეების ბგერის სიხშირე უდრის ამ ფუნდამენტურ სიხშირეს. ჰაერის ნაკადის კიდევ უფრო მაღალი სიჩქარით (იმ სიჩქარის მახლობლად, რომლის დროსაც კიდეების სიხშირე რეზონატორთან კომუნიკაციის არარსებობის შემთხვევაში უდრის რეზონატორის მეორე ჰარმონიას), კიდეების სიხშირე მკვეთრად გაორმაგდება და მთელი სისტემის მიერ გამოსხივებული სიმაღლე ბრუნდება. იყოს ოქტავაზე მაღალი. ამას ქვია გადინება.
კიდეების ტონები აღაგზნებს ჰაერის სვეტებს ისეთ ინსტრუმენტებში, როგორიცაა ორღანი, ფლეიტა და პიკოლო. ფლეიტაზე დაკვრისას შემსრულებელი აღაგზნებს კიდეების ტონებს, გვერდიდან ერთ-ერთ ბოლოსთან მდებარე გვერდითა ხვრელში აფეთქებით. ერთი ოქტავის ნოტები, დაწყებული „D“-დან და ზემოთ, მიიღება ლულის ეფექტური სიგრძის შეცვლით, გვერდითი ხვრელების გახსნით, ნაპირების ნორმალური ტონით. უმაღლესი ოქტავები გადაჭარბებულია.
ჩასაბერი საკრავის ხმის აღგზნების კიდევ ერთი გზა ემყარება ჰაერის ნაკადის პერიოდულ შეწყვეტას რხევადი ენით, რომელსაც ლერწამი ეწოდება, რადგან ის ლერწმისგან არის დამზადებული. ეს მეთოდი გამოიყენება სხვადასხვა ხის და სპილენძის ინსტრუმენტებში. არსებობს ვარიანტები ერთჯერადი ლერწმით (როგორც, მაგალითად, კლარნეტში, საქსოფონისა და აკორდეონის ტიპის ინსტრუმენტებში) და სიმეტრიული ორმაგი ლერწმით (როგორც, მაგალითად, ჰობოსა და ფაგოტში). ორივე შემთხვევაში რხევის პროცესი ერთნაირია: ჰაერი იფეთქება ვიწრო უფსკრულით, რომელშიც წნევა მცირდება ბერნულის კანონის შესაბამისად. ამავდროულად, ლერწამი ღრძილში იჭრება და ფარავს მას. დინების არარსებობის შემთხვევაში ელასტიური ლერწამი სწორდება და პროცესი მეორდება.
ჩასაბერ საკრავებში სასწორის ნოტების შერჩევა, ისევე როგორც ფლეიტაზე, ხორციელდება გვერდითი ხვრელების გახსნით და ზედმეტად.
მილისგან განსხვავებით, რომელიც ღიაა ორივე ბოლოში, რომელსაც აქვს ტონების სრული ნაკრები, მილს, რომელიც ღიაა მხოლოდ ერთ ბოლოზე, აქვს მხოლოდ უცნაური ჰარმონიები ( სმ. ზემოთ). ეს არის კლარნეტის კონფიგურაცია და ამიტომ მასში ჰარმონიებიც კი სუსტად არის გამოხატული. კლარნეტში გადატვირთვა ხდება მთავარზე 3-ჯერ მაღალი სიხშირით.
ჰობოეში მეორე ჰარმონია საკმაოდ ინტენსიურია. იგი განსხვავდება კლარნეტისგან იმით, რომ მის ნახვრეტს აქვს კონუსური ფორმა, ხოლო კლარნეტში ნახვრეტის კვეთა მუდმივია მისი სიგრძის უმეტეს ნაწილზე. კონუსურ ლულაში სიხშირეების გამოთვლა უფრო რთულია, ვიდრე ცილინდრულ მილში, მაგრამ ჯერ კიდევ არსებობს ზედმეტების სრული დიაპაზონი. ამ შემთხვევაში, კონუსური მილის რხევის სიხშირეები დახურული ვიწრო ბოლოთი იგივეა, რაც ცილინდრული მილის ორივე ბოლოში ღია.
სპილენძის ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
სპილენძი, მათ შორის რქა, საყვირი, კორნეტ-დგუში, ტრომბონი, რქა და ტუბა, აღფრთოვანებულია ტუჩებით, რომელთა მოქმედება სპეციალურად ფორმის მუნდშტუკთან ერთად ორმაგი ლერწმის მოქმედების მსგავსია. ჰაერის წნევა ხმის აგზნების დროს აქ გაცილებით მაღალია, ვიდრე ხის ქარებში. სპილენძის ჩასაბერი ინსტრუმენტები, როგორც წესი, არის ლითონის ლულა ცილინდრული და კონუსური სექციებით, დამთავრებული ზარით. სექციები შეირჩევა ისე, რომ სრული ასორტიმენტიჰარმონიები. ლულის მთლიანი სიგრძე მერყეობს 1,8 მ მილიდან 5,5 მ მილამდე. მილაკი ლოკოკინის ფორმისაა და არა აკუსტიკური მიზეზების გამო.
ლულის ფიქსირებული სიგრძით შემსრულებელს ხელთ აქვს მხოლოდ ლულის ბუნებრივი სიხშირეებით განსაზღვრული ნოტები (უფრო მეტიც, ფუნდამენტური სიხშირე ჩვეულებრივ „არ არის აღებული“), ხოლო უმაღლესი ჰარმონიები აღფრთოვანებულია მუნდშტუკში ჰაერის წნევის გაზრდით. . ამრიგად, მხოლოდ რამდენიმე ნოტის (მეორე, მესამე, მეოთხე, მეხუთე და მეექვსე ჰარმონია) დაკვრა შესაძლებელია ფიქსირებული სიგრძის ბაგელზე. სხვა სპილენძის ინსტრუმენტებზე, სიხშირეები, რომლებიც დევს ჰარმონიებს შორის, აღებულია ლულის სიგრძის ცვლილებით. ამ თვალსაზრისით უნიკალურია ტრომბონი, რომლის ლულის სიგრძე რეგულირდება ასაწევი U-ის ფორმის ფრთების გლუვი მოძრაობით. მთელი მასშტაბის ნოტების ჩამოთვლა მოცემულია ფრთების შვიდი განსხვავებული პოზიციით, ღეროს აღგზნებული ტონის ცვლილებით. სხვა სპილენძის ინსტრუმენტებში ეს მიიღწევა ლულის საერთო სიგრძის ეფექტურად გაზრდით სხვადასხვა სიგრძის სამი გვერდითი არხით და სხვადასხვა კომბინაციით. ეს იძლევა შვიდ სხვადასხვა ლულის სიგრძეს. როგორც ტრომბონის შემთხვევაში, მთელი მასშტაბის ნოტები იკვრება ამ შვიდი ღეროს სიგრძის შესაბამისი ოვერტონების სხვადასხვა სერიის აგზნებით.
ყველა სპილენძის საკრავის ტონები მდიდარია ჰარმონიით. ეს ძირითადად გამოწვეულია ზარის არსებობით, რაც ზრდის ხმის გამოსხივების ეფექტურობას მაღალი სიხშირეები. საყვირი და საყვირი შექმნილია ჰარმონიის ბევრად უფრო ფართო დიაპაზონის დასაკრავად, ვიდრე ბაგლი. სოლო საყვირის ნაწილი ი.ბახის ნაწარმოებებში შეიცავს ბევრ პასაჟს სერიის მეოთხე ოქტავაში, რომელიც აღწევს ამ ინსტრუმენტის 21-ე ჰარმონიას.
დასარტყამი ინსტრუმენტები.
დასარტყამი ინსტრუმენტები ხმას გამოსცემს ინსტრუმენტის სხეულზე დარტყმით და ამით მისი თავისუფალი ვიბრაციების აღგზნებით. ფორტეპიანოდან, რომელშიც ვიბრაციაც აღგზნებულია დარტყმით, ასეთი ინსტრუმენტები განსხვავდება ორი მხრივ: ვიბრაციული სხეული არ იძლევა ჰარმონიულ ტონს და მას შეუძლია ასხივოს ხმა დამატებითი რეზონატორის გარეშე. დასარტყამი ინსტრუმენტები მოიცავს დასარტყამებს, ციმბალებს, ქსილოფონს და სამკუთხედს.
მყარი სხეულების რხევები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე იმავე ფორმის ჰაერის რეზონატორის, ვინაიდან მყარ სხეულებში რხევების უფრო მეტი სახეობაა. ამრიგად, შეკუმშვის, მოხრისა და ტორსიის ტალღები შეიძლება გავრცელდეს ლითონის ღეროზე. აქედან გამომდინარე, ცილინდრულ ღეროს აქვს მრავალი მეტი ვიბრაციის რეჟიმი და, შესაბამისად, რეზონანსული სიხშირე, ვიდრე ცილინდრული ჰაერის სვეტი. გარდა ამისა, ეს რეზონანსული სიხშირეები არ ქმნიან ჰარმონიულ სერიას. ქსილოფონი იყენებს მყარი ზოლების მოსახვევ ვიბრაციას. ვიბრაციული ქსილოფონის ზოლის ზეტონის შეფარდება ფუნდამენტურ სიხშირესთან არის: 2.76, 5.4, 8.9 და 13.3.
სარეკლამო ჩანგალი არის რხევადი მოხრილი ღერო და მისი ძირითადი ტიპის რხევა ხდება მაშინ, როდესაც ორივე ხელი ერთდროულად უახლოვდება ერთმანეთს ან შორდება ერთმანეთს. ტუნინგ ჩანგლს არ აქვს ზედმეტად ჰარმონიული სერია და გამოიყენება მხოლოდ მისი ფუნდამენტური სიხშირე. მისი პირველი ტონის სიხშირე 6-ჯერ აღემატება ფუნდამენტურ სიხშირეს.
რხევადი მყარი სხეულის კიდევ ერთი მაგალითი, რომელიც წარმოქმნის მუსიკალურ ბგერებს, არის ზარი. ზარების ზომები შეიძლება იყოს განსხვავებული - პატარა ზარიდან მრავალტონიანი ეკლესიის ზარებამდე. რაც უფრო დიდია ზარი, მით უფრო დაბალია ის ხმები. ზარების ფორმამ და სხვა მახასიათებლებმა მრავალი ცვლილება განიცადა მათი მრავალსაუკუნოვანი ევოლუციის მსვლელობისას. ძალიან ცოტა საწარმოა დაკავებული მათი დამზადებით, რაც დიდ უნარს მოითხოვს.
ზარის საწყისი ტონალური სერია არ არის ჰარმონიული და ოვერტონის კოეფიციენტები არ არის იგივე სხვადასხვა ზარებისთვის. ასე, მაგალითად, ერთი დიდი ზარისთვის, ოვერტონული სიხშირეების გაზომილი შეფარდება ფუნდამენტურ სიხშირესთან იყო 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97 და 5.33. მაგრამ ენერგიის განაწილება ტონებზე სწრაფად იცვლება ზარის დარტყმისთანავე და ზარის ფორმა, როგორც ჩანს, ისეა შერჩეული, რომ დომინანტური სიხშირეები ერთმანეთთან დაახლოებით ჰარმონიულად იყოს დაკავშირებული. ზარის სიმაღლე განისაზღვრება არა ფუნდამენტური სიხშირით, არამედ ნოტით, რომელიც დომინანტურია დარტყმისთანავე. იგი დაახლოებით შეესაბამება ზარის მეხუთე ტონს. გარკვეული პერიოდის შემდეგ ზარის ხმაში ქვედა ტონები ჭარბობს.
დოლში ვიბრაციული ელემენტია ტყავის მემბრანა, ჩვეულებრივ მრგვალი, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს დაჭიმული სიმის ორგანზომილებიან ანალოგად. მუსიკაში დრამი არ არის ისეთი მნიშვნელოვანი, როგორც სიმებიანი, რადგან მისი ბუნებრივი სიხშირეების ნაკრები არ არის ჰარმონიული. გამონაკლისს წარმოადგენს ტიმპანი, რომლის გარსი გადაჭიმულია ჰაერის რეზონატორზე. დრამის ოვერტონის თანმიმდევრობა შეიძლება იყოს ჰარმონიული თავის სისქის შეცვლით რადიალური მიმართულებით. ასეთი დოლის მაგალითია ტაბლაგამოიყენება კლასიკურ ინდურ მუსიკაში.
სტატიის შინაარსი
ხმა და აკუსტიკა.ხმა არის ვიბრაციები, ე.ი. პერიოდული მექანიკური აშლილობა ელასტიურ გარემოში - აირისებრი, თხევადი და მყარი. ასეთი აშლილობა, რომელიც არის გარემოში გარკვეული ფიზიკური ცვლილება (მაგალითად, სიმკვრივის ან წნევის ცვლილება, ნაწილაკების გადაადგილება), მასში ვრცელდება ხმის ტალღის სახით. ფიზიკის დარგს, რომელიც ეხება ხმის ტალღების წარმოშობას, გავრცელებას, მიღებას და დამუშავებას, ეწოდება აკუსტიკა. ხმა შეიძლება გაუგონარი იყოს, თუ მისი სიხშირე სცილდება ადამიანის ყურის მგრძნობელობას, ან თუ ის გავრცელდება ისეთ გარემოში, როგორიცაა მყარი, რომელსაც არ შეუძლია უშუალო კონტაქტი ყურთან, ან თუ მისი ენერგია სწრაფად იშლება გარემოში. ამრიგად, ჩვენთვის ხმის აღქმის ჩვეულებრივი პროცესი აკუსტიკის მხოლოდ ერთი მხარეა.
ᲮᲛᲘᲡ ᲢᲐᲚᲦᲔᲑᲘ
განვიხილოთ ჰაერით სავსე გრძელი მილი. მარცხენა ბოლოდან მასში ჩასმულია კედლებზე მჭიდროდ მიმაგრებული დგუში (სურ. 1). თუ დგუში მკვეთრად გადაადგილდება მარჯვნივ და გაჩერდება, მაშინ მის სიახლოვეს ჰაერი ერთი წუთით შეკუმშული იქნება (ნახ. 1, ა). შემდეგ შეკუმშული ჰაერი გაფართოვდება, უბიძგებს მის მიმდებარე ჰაერს მარჯვნივ, ხოლო შეკუმშვის არე, რომელიც თავდაპირველად გამოჩნდა დგუშის მახლობლად, გადავა მილში მუდმივი სიჩქარით (ნახ. 1, ბ). ეს შეკუმშვის ტალღა არის ხმის ტალღა გაზში.
აირში ხმის ტალღა ხასიათდება ჭარბი წნევით, ჭარბი სიმკვრივით, ნაწილაკების გადაადგილებით და მათი სიჩქარით. ხმის ტალღებისთვის, ეს გადახრები წონასწორობის მნიშვნელობებისგან ყოველთვის მცირეა. ამრიგად, ტალღასთან დაკავშირებული ჭარბი წნევა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე გაზის სტატიკური წნევა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, საქმე გვაქვს სხვა ფენომენთან – დარტყმის ტალღასთან. ხმის ტალღაში, რომელიც შეესაბამება ჩვეულებრივ მეტყველებას, ჭარბი წნევა ატმოსფერული წნევის მხოლოდ მემილიონედია.
მნიშვნელოვანია, რომ ნივთიერება არ გაიტანოს ხმის ტალღამ. ტალღა არის მხოლოდ დროებითი აშლილობა, რომელიც გადის ჰაერში, რის შემდეგაც ჰაერი უბრუნდება წონასწორულ მდგომარეობას.
ტალღის მოძრაობა, რა თქმა უნდა, არ არის მხოლოდ ბგერითი: მსუბუქი და რადიო სიგნალები ტალღების სახით მოძრაობენ და ყველასთვის ცნობილია ტალღები წყლის ზედაპირზე. ყველა ტიპის ტალღა მათემატიკურად აღწერილია ე.წ. ტალღის განტოლებით.
ჰარმონიული ტალღები.
ტალღა მილში ნახ. 1 ჰქვია ხმის პულსი. ტალღის ძალიან მნიშვნელოვანი ტიპი წარმოიქმნება, როდესაც დგუში ვიბრირებს წინ და უკან, როგორც ზამბარიდან ჩამოკიდებული წონა. ასეთ რხევებს უწოდებენ მარტივ ჰარმონიულს ან სინუსოიდულს, ხოლო აღგზნებულ ტალღას ამ შემთხვევაში ჰარმონიული ეწოდება.
მარტივი ჰარმონიული ვიბრაციებით მოძრაობა პერიოდულად მეორდება. მოძრაობის ორ იდენტურ მდგომარეობას შორის დროის ინტერვალს ეწოდება რხევის პერიოდი, ხოლო სრული პერიოდების რაოდენობას წამში რხევის სიხშირე. ავღნიშნოთ პერიოდი თდა სიხშირე მეშვეობით ვ; მაშინ შეიძლება ამის დაწერა ვ= 1/თ.თუ, მაგალითად, სიხშირე არის 50 პერიოდი წამში (50 ჰც), მაშინ პერიოდი არის წამის 1/50.
მათემატიკურად მარტივი ჰარმონიული რხევები აღწერილია მარტივი ფუნქციით. დგუშის გადაადგილება მარტივი ჰარმონიული რხევებით დროის ნებისმიერ მომენტში ტშეიძლება ჩაიწეროს ფორმაში
Აქ დ-დგუშის გადაადგილება წონასწორული პოზიციიდან და დარის მუდმივი მულტიპლიკატორი, რომელიც უდრის სიდიდის მაქსიმალურ მნიშვნელობას დდა ეწოდება გადაადგილების ამპლიტუდა.
დავუშვათ, რომ დგუში რხევა ჰარმონიული რხევის ფორმულის მიხედვით. შემდეგ, როდესაც ის მარჯვნივ მოძრაობს, ხდება შეკუმშვა, როგორც ადრე, ხოლო მარცხნივ გადაადგილებისას, წნევა და სიმკვრივე შემცირდება მათი წონასწორობის მნიშვნელობებთან შედარებით. არ არის შეკუმშვა, არამედ გაზის იშვიათი. ამ შემთხვევაში, მარჯვენა გავრცელდება, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2, მონაცვლეობითი შეკუმშვისა და იშვიათობის ტალღა. დროის ყოველ მომენტში, მილის სიგრძის გასწვრივ წნევის განაწილების მრუდი ექნება სინუსოიდის ფორმას და ეს სინუსოიდი გადაადგილდება მარჯვნივ ხმის სიჩქარით. ვ. მანძილს მილის გასწვრივ იმავე ტალღის ფაზებს შორის (მაგალითად, მიმდებარე მაქსიმუმებს შორის) ეწოდება ტალღის სიგრძე. ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასოებით ლ(ლამბდა). ტალღის სიგრძე ლარის ტალღის მიერ დროში გავლილი მანძილი თ. Ამიტომაც ლ = სატელევიზიო, ან v = lf.
გრძივი და განივი ტალღები.
თუ ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პარალელურად ირხევა, მაშინ ტალღას გრძივი ეწოდება. თუ ისინი მერყეობენ გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, მაშინ ტალღას ეწოდება განივი. აირებსა და სითხეებში ხმის ტალღები გრძივია. მყარ სხეულებში არის ორივე ტიპის ტალღები. განივი ტალღა მყარში შესაძლებელია მისი სიმტკიცის გამო (ფორმის ცვლილებისადმი წინააღმდეგობა).
ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება ამ ორ ტიპს შორის არის ის, რომ ათვლის ტალღას აქვს თვისება პოლარიზაცია(რხევები ხდება გარკვეულ სიბრტყეში), მაგრამ გრძივი არა. ზოგიერთ ფენომენში, როგორიცაა ბგერის ასახვა და გადაცემა კრისტალების მეშვეობით, ბევრი რამ არის დამოკიდებული ნაწილაკების გადაადგილების მიმართულებაზე, ისევე როგორც სინათლის ტალღების შემთხვევაში.
ხმის ტალღების სიჩქარე.
ხმის სიჩქარე არის საშუალო მახასიათებელი, რომელშიც ტალღა ვრცელდება. მას განსაზღვრავს ორი ფაქტორი: მასალის ელასტიურობა და სიმკვრივე. მყარი ნივთიერებების ელასტიური თვისებები დამოკიდებულია დეფორმაციის ტიპზე. ასე რომ, ლითონის ღეროს ელასტიური თვისებები არ არის იგივე ბრუნვის, შეკუმშვისა და მოხრის დროს. და შესაბამისი ტალღის რხევები ვრცელდება სხვადასხვა სიჩქარით.
ელასტიური გარემო არის ის, რომელშიც დეფორმაცია, იქნება ეს ბრუნვა, შეკუმშვა თუ მოხრილი, პროპორციულია დეფორმაციის გამომწვევი ძალისა. ასეთი მასალები ექვემდებარება ჰუკის კანონს:
ძაბვა = Cґ შედარებითი დეფორმაცია,
სადაც FROMარის ელასტიურობის მოდული, რაც დამოკიდებულია მასალისა და დეფორმაციის ტიპზე.
ხმის სიჩქარე ვმოცემული ტიპის ელასტიური დეფორმაციისთვის მოცემულია გამოხატულება
სადაც რარის მასალის სიმკვრივე (მასა ერთეულ მოცულობაზე).
ხმის სიჩქარე მყარ ღეროში.
გრძელი ჯოხი შეიძლება დაიჭიმოს ან შეკუმშოს ბოლომდე მიყენებული ძალით. ღეროს სიგრძე იყოს ლგამოყენებული დაჭიმვის ძალა ფ, ხოლო სიგრძის ზრდა არის D ლ. ღირებულება D ლ/ლჩვენ დავარქმევთ ფარდობით დეფორმაციას, ხოლო ძალას ღეროს ჯვრის მონაკვეთის ფართობის ერთეულზე დაძაბულობა ეწოდება. ასე რომ, ძაბვა არის ფ/ა, სად მაგრამ -ღეროს სექციური ფართობი. ჰუკის კანონს, როგორც გამოიყენება ასეთ ღეროზე, აქვს ფორმა
სადაც იარის იანგის მოდული, ე.ი. ღეროს ელასტიურობის მოდული დაჭიმვის ან შეკუმშვისთვის, რომელიც ახასიათებს ღეროს მასალას. იანგის მოდული დაბალია ადვილად დაჭიმვის მასალებისთვის, როგორიცაა რეზინი და მაღალია ხისტი მასალებისთვის, როგორიცაა ფოლადი.
თუ ახლა მასში შეკუმშვის ტალღას აღვძრავთ ღეროს ბოლოზე ჩაქუჩით დარტყმით, მაშინ ის გავრცელდება სიჩქარით, სადაც რ, როგორც ადრე, არის მასალის სიმკვრივე, საიდანაც ღერო მზადდება. ტალღის სიჩქარის მნიშვნელობები ზოგიერთი ტიპიური მასალისთვის მოცემულია ცხრილში. ერთი.
|
ცხრილი 1. ხმის სიჩქარე მყარ მასალებში ტალღების სხვადასხვა ტიპისთვის |
|||
| მასალა |
გრძივი ტალღები გაფართოებულ მყარ ნიმუშებში (მ/წმ) |
ათვლის და ბრუნვის ტალღები (მ/წმ) |
შეკუმშვის ტალღები ღეროებში (მ/წმ) |
| ალუმინის | |||
| თითბერი | |||
| ტყვია | |||
| რკინა | |||
| ვერცხლი | |||
| Უჟანგავი ფოლადი | |||
| კაჟის მინა | |||
| გვირგვინის მინა | |||
| პლექსიგლასი | |||
| პოლიეთილენი | |||
| პოლისტირონი | |||
განხილული ტალღა ღეროში არის შეკუმშვის ტალღა. მაგრამ ის არ შეიძლება ჩაითვალოს მკაცრად გრძივად, რადგან ღეროს გვერდითი ზედაპირის მოძრაობა დაკავშირებულია შეკუმშვასთან (ნახ. 3, ა).
ღეროში ასევე შესაძლებელია ტალღების ორი სხვა სახეობა - მოსახვევი ტალღა (ნახ. 3, ბ) და ბრუნვის ტალღა (ნახ. 3, in). მოხრილი დეფორმაციები შეესაბამება ტალღას, რომელიც არც წმინდა გრძივია და არც განივი. ბრუნვის დეფორმაციები, ე.ი. როტაცია ღეროს ღერძის გარშემო, იძლევა წმინდა განივი ტალღას.
ღეროში მოხრილი ტალღის სიჩქარე დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. ასეთ ტალღას ეწოდება "დისპერსიული".
ბრუნვის ტალღები ღეროში არის წმინდა განივი და არადისპერსიული. მათი სიჩქარე მოცემულია ფორმულით
სადაც მარის ათვლის მოდული, რომელიც ახასიათებს მასალის ელასტიურ თვისებებს ათვლის მიმართ. ათვლის ტალღის ზოგიერთი ტიპიური სიჩქარე მოცემულია ცხრილში 1. ერთი.
სიჩქარე გაფართოებულ მყარ მედიაში.
დიდი მოცულობის მყარ მედიაში, სადაც შესაძლებელია საზღვრების გავლენის უგულებელყოფა, შესაძლებელია ელასტიური ტალღების ორი ტიპი: გრძივი და განივი.
გრძივი ტალღის დეფორმაცია არის სიბრტყის დეფორმაცია, ე.ი. ერთგანზომილებიანი შეკუმშვა (ან იშვიათი) ტალღის გავრცელების მიმართულებით. განივი ტალღის შესაბამისი დეფორმაცია არის ათვლის გადაადგილება ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარული.
გრძივი ტალღების სიჩქარე მყარ მასალებში მოცემულია გამოხატვით
სადაც C-L-ელასტიურობის მოდული მარტივი სიბრტყის დეფორმაციისთვის. იგი დაკავშირებულია ნაყარის მოდულთან AT(რომელიც ქვემოთ არის განსაზღვრული) და მასალის ათვლის მოდული m როგორც C L = ბ + 4/3მ .მაგიდაზე. 1 გვიჩვენებს გრძივი ტალღების სიჩქარის მნიშვნელობებს სხვადასხვა მყარი მასალისთვის.
ათვლის ტალღების სიჩქარე გაფართოებულ მყარ გარემოში იგივეა, რაც ბრუნვის ტალღების სიჩქარე იმავე მასალის ღეროში. ამიტომ, იგი მოცემულია გამოთქმით. მისი მნიშვნელობები ჩვეულებრივი მყარი მასალებისთვის მოცემულია ცხრილში. ერთი.
სიჩქარე გაზებში.
აირებში შესაძლებელია მხოლოდ ერთი სახის დეფორმაცია: შეკუმშვა - იშვიათობა. ელასტიურობის შესაბამისი მოდული ATნაყარი მოდული ეწოდება. იგი განისაზღვრება მიმართებით
-დ პ = ბ(დ ვ/ვ).
აქ დ პ– წნევის ცვლილება, დ ვ/ვარის მოცულობის შედარებითი ცვლილება. მინუს ნიშანი მიუთითებს იმაზე, რომ წნევის მატებასთან ერთად მოცულობა მცირდება.
ღირებულება ATდამოკიდებულია იმაზე, იცვლება თუ არა გაზის ტემპერატურა შეკუმშვისას. ხმის ტალღის შემთხვევაში შეიძლება აჩვენოს, რომ წნევა ძალიან სწრაფად იცვლება და შეკუმშვისას გამოთავისუფლებულ სითბოს არ აქვს დრო სისტემიდან გასასვლელად. ამრიგად, ხმის ტალღაში წნევის ცვლილება ხდება მიმდებარე ნაწილაკებთან სითბოს გაცვლის გარეშე. ასეთ ცვლილებას ადიაბატური ეწოდება. დადგენილია, რომ გაზში ხმის სიჩქარე დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე. მოცემულ ტემპერატურაზე ხმის სიჩქარე დაახლოებით ერთნაირია ყველა გაზისთვის. 21,1 ° C ტემპერატურაზე, მშრალ ჰაერში ხმის სიჩქარეა 344,4 მ / წმ და იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
სითხეებში სიჩქარე.
სითხეებში ხმის ტალღები არის შეკუმშვის ტალღები - იშვიათი, როგორც გაზებში. სიჩქარე მოცემულია იმავე ფორმულით. თუმცა, სითხე გაცილებით ნაკლებად შეკუმშულია, ვიდრე აირი, და შესაბამისად რაოდენობაც AT, მეტი და სიმკვრივე რ. სითხეებში ხმის სიჩქარე უფრო ახლოს არის მყარ სხეულებში, ვიდრე აირებში. ის გაცილებით მცირეა ვიდრე აირებში და დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. მაგალითად, მტკნარ წყალში სიჩქარე არის 1460 მ/წმ 15,6°C-ზე. ნორმალური მარილიანობის ზღვის წყალში, იგივე ტემპერატურაზე არის 1504 მ/წმ. ხმის სიჩქარე იზრდება წყლის ტემპერატურისა და მარილის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად.
მდგარი ტალღები.
როდესაც ჰარმონიული ტალღა აღგზნებულია შეზღუდულ სივრცეში ისე, რომ ის გადახრის საზღვრებს, წარმოიქმნება ე.წ. მუდმივი ტალღა არის ორი ტალღის სუპერპოზიციის შედეგი, რომლებიც მოძრაობენ ერთი წინ და მეორე საპირისპირო მიმართულებით. არსებობს რხევების ნიმუში, რომელიც არ მოძრაობს სივრცეში, ალტერნატიული ანტინოდებითა და კვანძებით. ანტინოდებში რხევადი ნაწილაკების გადახრები წონასწორობის პოზიციებიდან მაქსიმალურია, ხოლო კვანძებში ისინი ნულის ტოლია.
მდგარი ტალღები სიმებში.
დაჭიმულ ძაფში წარმოიქმნება განივი ტალღები და სიმები გადაადგილებულია თავდაპირველ, სწორხაზოვან პოზიციასთან შედარებით. სიმებიანი ტალღების გადაღებისას აშკარად ჩანს ფუნდამენტური ტონისა და ოვერტონების კვანძები და ანტინოდები.
მდგარი ტალღების სურათი მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს მოცემული სიგრძის სიმის რხევითი მოძრაობის ანალიზს. იყოს სიგრძის სტრიქონი ლდამაგრებულია ბოლოებზე. ასეთი სიმის ნებისმიერი სახის ვიბრაცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მდგარი ტალღების კომბინაცია. ვინაიდან სტრიქონის ბოლოები ფიქსირდება, შესაძლებელია მხოლოდ ისეთი მდგარი ტალღები, რომლებსაც აქვთ კვანძები სასაზღვრო წერტილებში. სიმის ვიბრაციის ყველაზე დაბალი სიხშირე შეესაბამება მაქსიმალურ შესაძლო ტალღის სიგრძეს. ვინაიდან კვანძებს შორის მანძილი არის ლ/2, სიხშირე მინიმალურია, როცა სიმის სიგრძე ტოლია ტალღის სიგრძის ნახევარს, ე.ი. ზე ლ= 2ლ. ეს არის სიმების ვიბრაციის ეგრეთ წოდებული ფუნდამენტური რეჟიმი. მისი შესაბამისი სიხშირე, რომელსაც ფუნდამენტური სიხშირე ან ფუნდამენტური ტონი ეწოდება, მოცემულია ვ = ვ/2ლ, სად ვარის სიმის გასწვრივ ტალღის გავრცელების სიჩქარე.
არსებობს უფრო მაღალი სიხშირის რხევების მთელი თანმიმდევრობა, რომელიც შეესაბამება მდგარ ტალღებს მეტი კვანძებით. შემდეგი უმაღლესი სიხშირე, რომელსაც მეორე ჰარმონიული ან პირველი ოვერტონი ეწოდება, მოცემულია
ვ = ვ/ლ.
ჰარმონიის თანმიმდევრობა გამოიხატება ფორმულით f = nv/2ლ, სად n= 1, 2, 3, და ა.შ. ეს არის ე.წ. სიმებიანი ვიბრაციების საკუთრივ სიხშირეები. ისინი მატულობენ ნატურალური რიცხვების პროპორციულად: უმაღლესი ჰარმონიები 2, 3, 4... და ა.შ. ფუნდამენტურ სიხშირეზე გამრავლებული. ბგერების ასეთ სერიას ბუნებრივ ან ჰარმონიულ შკალას უწოდებენ.
ამ ყველაფერს დიდი მნიშვნელობა აქვს მუსიკალურ აკუსტიკაში, რაზეც დაწვრილებით ქვემოთ იქნება საუბარი. ამ დროისთვის ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ სიმის მიერ წარმოქმნილი ხმა შეიცავს ყველა ბუნებრივ სიხშირეს. თითოეული მათგანის შედარებითი წვლილი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა წერტილში ხდება სიმის ვიბრაცია. თუ, მაგალითად, სტრიქონი შუაზეა ამოღებული, მაშინ ფუნდამენტური სიხშირე ყველაზე მეტად აღელვებულია, რადგან ეს წერტილი შეესაბამება ანტინოდს. მეორე ჰარმონია არ იქნება, რადგან მისი კვანძი მდებარეობს ცენტრში. იგივე შეიძლება ითქვას სხვა ჰარმონიებზეც ( იხილეთ ქვემოთმუსიკალური აკუსტიკა).
ტალღების სიჩქარე სიმებში არის
სადაც T -სიმების დაჭიმულობა და rL -მასა სიმის სიგრძის ერთეულზე. აქედან გამომდინარე, სიმების ბუნებრივი სიხშირის სპექტრი მოცემულია
ამრიგად, სიმების დაძაბულობის ზრდა იწვევს ვიბრაციის სიხშირის ზრდას. მოცემულში რხევების სიხშირის შესამცირებლად თშეგიძლიათ, აიღოთ უფრო მძიმე სიმები (დიდი რ ლ) ან მისი სიგრძის გაზრდა.
მდგარი ტალღები ორგანოს მილებში.
სტრიქონთან დაკავშირებული თეორია ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჰაერის ვიბრაციაზე ორგანოს ტიპის მილში. ორგანოს მილი გამარტივებულად შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც სწორი მილი, რომელშიც მდგარი ტალღები აღფრთოვანებულია. მილს შეიძლება ჰქონდეს როგორც დახურული, ასევე ღია ბოლოები. მდგარი ტალღის ანტინოდი ჩნდება ღია ბოლოს, ხოლო კვანძი ჩნდება დახურულ ბოლოს. ამრიგად, მილს ორი ღია ბოლოთი აქვს ფუნდამენტური სიხშირე, რომლის დროსაც ტალღის სიგრძის ნახევარი შეესაბამება მილის სიგრძეს. მეორეს მხრივ, მილს, რომელშიც ერთი ბოლო ღიაა, მეორე კი დახურული, აქვს ფუნდამენტური სიხშირე, რომლის დროსაც ტალღის სიგრძის მეოთხედი ჯდება მილის სიგრძეზე. ამრიგად, ორივე ბოლოში გახსნილი მილის ფუნდამენტური სიხშირე არის ვ =ვ/2ლდა ერთ ბოლოში გახსნილი მილისთვის, f = v/4ლ(სად ლარის მილის სიგრძე). პირველ შემთხვევაში, შედეგი იგივეა, რაც სტრიქონის: ოვერტონები არის ორმაგი, სამმაგი და ა.შ. ფუნდამენტური სიხშირის მნიშვნელობა. თუმცა, ერთ ბოლოში გახსნილი მილისთვის, ტონები მეტი იქნება ფუნდამენტურ სიხშირეზე 3, 5, 7 და ა.შ. ერთხელ.
ნახ. ნახაზები 4 და 5 სქემატურად ასახავს ფუნდამენტური სიხშირის ტალღებს და პირველ ტონს ორი განხილული ტიპის მილებისთვის. მოხერხებულობის გამო, ოფსეტები აქ ნაჩვენებია როგორც განივი, მაგრამ სინამდვილეში ისინი გრძივია.
რეზონანსული რხევები.
მდგარი ტალღები მჭიდრო კავშირშია რეზონანსის ფენომენთან. ზემოთ განხილული ბუნებრივი სიხშირეები ასევე არის სიმების ან ორგანოს მილის რეზონანსული სიხშირეები. დავუშვათ, რომ დინამიკი მოთავსებულია ორგანოს მილის ღია ბოლოსთან, რომელიც ასხივებს ერთი კონკრეტული სიხშირის სიგნალს, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს სურვილისამებრ. შემდეგ, თუ დინამიკის სიგნალის სიხშირე ემთხვევა მილის ძირითად სიხშირეს ან მის ერთ-ერთ ტონს, მილი ძალიან ხმამაღლა ჟღერს. ეს იმის გამო ხდება, რომ დინამიკი აღაგზნებს ჰაერის სვეტის ვიბრაციას მნიშვნელოვანი ამპლიტუდით. ამბობენ, რომ საყვირი ამ პირობებში ჟღერს.
ფურიეს ანალიზი და ხმის სიხშირის სპექტრი.
პრაქტიკაში, ერთი სიხშირის ხმის ტალღები იშვიათია. მაგრამ რთული ხმის ტალღები შეიძლება დაიშალა ჰარმონიებად. ამ მეთოდს ფურიეს ანალიზს უწოდებენ ფრანგი მათემატიკოსის ჟ. ფურიეს (1768–1830) მიხედვით, რომელმაც პირველმა გამოიყენა იგი (სითბოს თეორიაში).
ბგერის ვიბრაციების შედარებითი ენერგიის გრაფიკს სიხშირის მიმართ ჰქვია ბგერის სიხშირის სპექტრი. ასეთი სპექტრის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს: დისკრეტული და უწყვეტი. დისკრეტული სპექტრი შედგება ცალკეული ხაზებისგან ცარიელი ადგილებით გამოყოფილი სიხშირეებისთვის. ყველა სიხშირე იმყოფება უწყვეტ სპექტრში მის დიაპაზონში.
პერიოდული ხმის ვიბრაცია.
ხმის ვიბრაცია პერიოდულია, თუ რხევითი პროცესი, რაც არ უნდა რთული იყოს, მეორდება გარკვეული დროის ინტერვალის შემდეგ. მისი სპექტრი ყოველთვის დისკრეტულია და შედგება გარკვეული სიხშირის ჰარმონიებისგან. აქედან მოდის ტერმინი „ჰარმონიული ანალიზი“. ამის მაგალითია მართკუთხა რხევები (ნახ. 6, ა) ამპლიტუდის ცვლილებით +Aადრე - მაგრამდა პერიოდი T= 1/ვ. კიდევ ერთი მარტივი მაგალითია სამკუთხა ხერხის კბილის რხევა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 6, ბ. უფრო რთული ფორმის პერიოდული რხევების მაგალითი შესაბამისი ჰარმონიული კომპონენტებით ნაჩვენებია ნახ. 7.
მუსიკალური ბგერები პერიოდული ვიბრაციებია და, შესაბამისად, შეიცავს ჰარმონიებს (ოვერტონებს). ჩვენ უკვე ვნახეთ, რომ სტრიქონში, ფუნდამენტური სიხშირის რხევებთან ერთად, სხვა ჰარმონიები ამა თუ იმ ხარისხით აღგზნებულია. თითოეული ტონის შედარებითი წვლილი დამოკიდებულია სტრიქონის აღელვებაზე. ოვერტონების ნაკრები დიდწილად განისაზღვრება იმით ტემბრიმუსიკალური ხმა. ეს საკითხები უფრო დეტალურად განიხილება ქვემოთ სექციაში მუსიკალური აკუსტიკაზე.
ხმის პულსის სპექტრი.
ხმის ჩვეულებრივი მრავალფეროვნება მოკლე ხანგრძლივობის ხმაა: ტაშის დარტყმა, კარზე კაკუნი, იატაკზე საგნის დაცემის ხმა, გუგულის გუგული. ასეთი ხმები არც პერიოდულია და არც მუსიკალური. მაგრამ ისინი ასევე შეიძლება დაიშალოს სიხშირის სპექტრში. ამ შემთხვევაში, სპექტრი იქნება უწყვეტი: ხმის აღსაწერად საჭიროა ყველა სიხშირე გარკვეული დიაპაზონის ფარგლებში, რომელიც შეიძლება იყოს საკმაოდ ფართო. ასეთი სიხშირის სპექტრის ცოდნა აუცილებელია ასეთი ბგერების დამახინჯების გარეშე რეპროდუცირებისთვის, ვინაიდან შესაბამისმა ელექტრონულმა სისტემამ ყველა ეს სიხშირე თანაბრად კარგად უნდა „გაიმოსოს“.
ხმის პულსის ძირითადი მახასიათებლების გარკვევა შესაძლებელია მარტივი ფორმის პულსის გათვალისწინებით. დავუშვათ, რომ ხმა არის D ხანგრძლივობის რხევა ტ, რომლის დროსაც წნევის ცვლილება ნაჩვენებია ნახ. რვა, ა. ამ შემთხვევისთვის სიხშირის სავარაუდო სპექტრი ნაჩვენებია ნახ. რვა, ბ. ცენტრალური სიხშირე შეესაბამება ვიბრაციას, რომელიც გვექნებოდა, თუ იგივე სიგნალი განუსაზღვრელი ვადით გაგრძელდა.
სიხშირის სპექტრის სიგრძეს ეწოდება გამტარუნარიანობა D ვ(ნახ. 8, ბ). გამტარუნარიანობა არის სიხშირეების სავარაუდო დიაპაზონი, რომელიც საჭიროა ორიგინალური პულსის რეპროდუცირებისთვის ზედმეტი დამახინჯების გარეშე. ძალიან მარტივი ფუნდამენტური კავშირია დ ვდა დ ტ, კერძოდ
დ ვდ ტ"ერთი.
ეს კავშირი მოქმედებს ყველა ხმის პულსისთვის. მისი მნიშვნელობა ის არის, რომ რაც უფრო მოკლეა პულსი, მით მეტ სიხშირეს შეიცავს. დავუშვათ, რომ სონარი გამოიყენება წყალქვეშა ნავის გამოსავლენად, რომელიც ასხივებს ულტრაბგერას პულსის სახით, ხანგრძლივობით 0,0005 წმ და სიგნალის სიხშირით 30 kHz. გამტარუნარიანობა არის 1/0.0005 = 2 kHz, ხოლო სიხშირეები, რომლებიც რეალურად შეიცავს ლოკატორის პულსის სპექტრს, 29-დან 31 kHz-მდეა.
ხმაური.
ხმაური ეხება ნებისმიერ ხმას, რომელიც წარმოიქმნება მრავალი, არაკოორდინირებული წყაროს მიერ. ამის მაგალითია ქარის მიერ ხის ფოთლების ხმა. რეაქტიული ძრავის ხმაური გამოწვეულია მაღალი სიჩქარის გამონაბოლქვის ნაკადის ტურბულენტობით. ხმაური, როგორც შემაშფოთებელი ხმა განიხილება ხელოვნებაში. გარემოს აკუსტიკური დაბინძურება.
ხმის ინტენსივობა.
ხმის მოცულობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. ადვილი მისახვედრია, რომ ეს გამოწვეულია ხმის ტალღის მიერ გადატანილი ენერგიის გამო. ხმაურის რაოდენობრივი შედარებისთვის აუცილებელია ხმის ინტენსივობის ცნების დანერგვა. ხმის ტალღის ინტენსივობა განისაზღვრება, როგორც ენერგიის საშუალო ნაკადი ტალღის ფრონტის ერთეული ფართობის გავლით დროის ერთეულზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ ავიღებთ ერთ ფართობს (მაგალითად, 1 სმ 2), რომელიც მთლიანად შთანთქავს ხმას და მოვათავსებთ მას ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, მაშინ ხმის ინტენსივობა უდრის აკუსტიკური ენერგიის შთანთქმას ერთ წამში. . ინტენსივობა ჩვეულებრივ გამოიხატება W/cm2 (ან W/m2).
ჩვენ ვაძლევთ ამ მნიშვნელობის მნიშვნელობას ზოგიერთი ნაცნობი ბგერისთვის. ზედმეტი წნევის ამპლიტუდა, რომელიც ხდება ნორმალური საუბრის დროს, არის ატმოსფერული წნევის დაახლოებით მემილიონედი, რაც შეესაბამება აკუსტიკური ხმის ინტენსივობას 10-9 ვტ/სმ 2 რიგით. ნორმალური საუბრის დროს გამოსხივებული ხმის საერთო სიმძლავრე მხოლოდ 0.00001 ვატია. ადამიანის ყურის ასეთი მცირე ენერგიების აღქმის უნარი მის საოცარ მგრძნობელობაზე მოწმობს.
ჩვენი ყურის მიერ აღქმული ხმის ინტენსივობის დიაპაზონი ძალიან ფართოა. ყველაზე ხმამაღალი ბგერის ინტენსივობა, რომელიც ყურს შეუძლია, დაახლოებით 1014-ჯერ აღემატება მინიმუმს, რაც მას შეუძლია. ხმის წყაროების სრული სიმძლავრე თანაბრად ფართო დიაპაზონს მოიცავს. ამრიგად, ძალზე ჩუმი ჩურჩულის დროს გამოსხივებული სიმძლავრე შეიძლება იყოს 10-9 ვტ-ის რიგის, ხოლო რეაქტიული ძრავის მიერ გამოსხივებული სიმძლავრე 10-5 ვტ-ს აღწევს. ისევ და ისევ, ინტენსივობა განსხვავდება 10 14-ით.
დეციბელი.
იმის გამო, რომ ბგერები ძალიან განსხვავდება ინტენსივობით, უფრო მოსახერხებელია მისი აღქმა, როგორც ლოგარითმული მნიშვნელობა და გაზომვა დეციბელებში. ინტენსივობის ლოგარითმული მნიშვნელობა არის სიდიდის განხილული მნიშვნელობის თანაფარდობის ლოგარითმი მის მნიშვნელობასთან, აღებული, როგორც ორიგინალი. ინტენსივობის დონე ჯრაღაც პირობითად არჩეულ ინტენსივობის მიმართ ჯ 0 არის
ხმის ინტენსივობის დონე = 10 ლგ ( ჯ/ჯ 0) დბ.
ამრიგად, ერთი ხმა, რომელიც 20 დბ-ით უფრო ინტენსიურია, ვიდრე მეორე, 100-ჯერ უფრო ინტენსიურია.
აკუსტიკური გაზომვების პრაქტიკაში ჩვეულებრივია ხმის ინტენსივობის გამოხატვა შესაბამისი ზედმეტი წნევის ამპლიტუდის მიხედვით. პ ე. როდესაც წნევა იზომება დეციბელებში ზოგიერთ ჩვეულებრივ შერჩეულ წნევასთან შედარებით რ 0 , მიიღეთ ხმის წნევის ე.წ. ვინაიდან ხმის ინტენსივობა სიდიდის პროპორციულია პ ე 2 და lg( პ ე 2) = 2ლგ პ ეხმის წნევის დონე განისაზღვრება შემდეგნაირად:
ხმის წნევის დონე = 20 ლგ ( პ ე/პ 0) დბ.
ნომინალური წნევა რ 0 = 2×10–5 Pa შეესაბამება სმენის სტანდარტულ ზღურბლს 1 kHz სიხშირით. მაგიდაზე. 2 აჩვენებს ხმის წნევის დონეს ზოგიერთი ჩვეულებრივი ხმის წყაროსთვის. ეს არის განუყოფელი მნიშვნელობები, რომლებიც მიღებულია საშუალოდ მთელი ხმოვანი სიხშირის დიაპაზონში.
|
ცხრილი 2. ტიპიური ხმის წნევის დონეები |
|
| ხმის წყარო |
ხმის წნევის დონე, dB (რედ. 2H 10–5 პა) |
| ჭედურობის მაღაზია | |
| ძრავის ოთახი ბორტზე | |
| დაწნული და ქსოვის სახელოსნო | |
| მეტროს ვაგონში | |
| მანქანაში მოძრაობაში მოძრაობისას | |
| საბეჭდი ბიურო | |
| Აღრიცხვა | |
| ოფისი | |
| საცხოვრებელი კვარტლები | |
| საცხოვრებელი ფართი ღამით | |
| სამაუწყებლო სტუდია | |
მოცულობა.
ხმის წნევის დონე არ უკავშირდება უბრალო ურთიერთობას ხმაურის ფსიქოლოგიურ აღქმასთან. ამ ფაქტორებიდან პირველი ობიექტურია, მეორე კი სუბიექტური. ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ხმაურის აღქმა დამოკიდებულია არა მხოლოდ ბგერის ინტენსივობაზე, არამედ მის სიხშირეზე და ექსპერიმენტულ პირობებზე.
ბგერების მოცულობა, რომელიც არ არის მიბმული შედარების პირობებთან, შეუძლებელია შედარება. მაინც საინტერესოა სუფთა ტონების შედარება. ამისათვის განსაზღვრეთ ხმის წნევის დონე, რომლის დროსაც მოცემული ბგერა აღიქმება ისეთივე ხმამაღალი, როგორც სტანდარტული ბგერა 1000 ჰც სიხშირით. ნახ. 9 გვიჩვენებს ფლეტჩერისა და მენსონის ექსპერიმენტებში მიღებულ თანაბარ ხმამაღალ მრუდებს. თითოეული მრუდისთვის მითითებულია სტანდარტული ტონის შესაბამისი ხმის წნევის დონე 1000 ჰც. მაგალითად, ტონის სიხშირეზე 200 ჰც, საჭიროა 60 დბ ბგერის დონე, რათა აღიქმებოდეს 1000 ჰც ტონის ტოლი ხმის წნევის დონით 50 დბ.
ეს მრუდები გამოიყენება გუგუნის დასადგენად, სიძლიერის ერთეული, რომელიც ასევე იზომება დეციბელებში. ფონი არის ხმის მოცულობის დონე, რომლისთვისაც ხმის წნევის დონე თანაბრად მაღალი სტანდარტული სუფთა ტონის (1000 Hz) არის 1 dB. ასე რომ, 200 ჰც სიხშირის მქონე ხმას 60 დბ დონეზე აქვს 50 ფონის მოცულობის დონე.
ქვედა მრუდი ნახ. 9 არის კარგი ყურის სმენის ზღურბლის მრუდი. ხმოვანი სიხშირეების დიაპაზონი ვრცელდება დაახლოებით 20-დან 20000 ჰც-მდე.
ხმის ტალღების გავრცელება.
უძრავ წყალში ჩაგდებული კენჭის ტალღების მსგავსად, ხმის ტალღები ყველა მიმართულებით ვრცელდება. მოსახერხებელია ისეთი გამრავლების პროცესის დახასიათება, როგორც ტალღის ფრონტი. ტალღის ფრონტი არის ზედაპირი სივრცეში, რომლის ყველა წერტილში რხევები ხდება იმავე ფაზაში. წყალში ჩავარდნილი კენჭის ტალღის ფრონტები წრეებია.
ბრტყელი ტალღები.
უმარტივესი ფორმის ტალღის ფრონტი ბრტყელია. სიბრტყე ტალღა ვრცელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით და არის იდეალიზაცია, რომელიც მხოლოდ დაახლოებით რეალიზდება პრაქტიკაში. ხმის ტალღა მილში შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით ბრტყელად, ისევე როგორც სფერული ტალღა წყაროდან დიდ მანძილზე.
სფერული ტალღები.
ტალღების მარტივი ტიპები მოიცავს ტალღას სფერული ფრონტით, რომელიც გამოდის წერტილიდან და ვრცელდება ყველა მიმართულებით. ასეთი ტალღა შეიძლება აღფრთოვანდეს პატარა პულსირებული სფეროს გამოყენებით. წყაროს, რომელიც აღაგზნებს სფერულ ტალღას, ეწოდება წერტილის წყარო. ასეთი ტალღის ინტენსივობა მცირდება მისი გავრცელებისას, რადგან ენერგია ნაწილდება უფრო დიდი რადიუსის სფეროზე.
თუ წერტილის წყარო, რომელიც წარმოქმნის სფერულ ტალღას, ასხივებს 4-ის სიმძლავრეს pQ, მაშინ, ვინაიდან რადიუსის მქონე სფეროს ზედაპირის ფართობი რუდრის 4 გვ რ 2, ბგერის ინტენსივობა სფერულ ტალღაში ტოლია
ჯ = ქ/რ 2 ,
სადაც რარის მანძილი წყაროდან. ამრიგად, სფერული ტალღის ინტენსივობა საპირისპიროდ მცირდება წყაროდან მანძილის კვადრატთან.
ნებისმიერი ხმოვანი ტალღის ინტენსივობა მისი გავრცელებისას მცირდება ბგერის შთანთქმის გამო. ეს ფენომენი ქვემოთ იქნება განხილული.
ჰიუგენსის პრინციპი.
ჰიუგენსის პრინციპი მოქმედებს ტალღის ფრონტის გავრცელებისთვის. ამის გასარკვევად, მოდით განვიხილოთ ტალღის ფრონტის ფორმა, რომელიც ჩვენთვის ცნობილია დროის გარკვეულ მომენტში. მისი პოვნა შეიძლება ცოტა ხნის შემდეგაც კი დ ტთუ საწყისი ტალღის ფრონტის თითოეული წერტილი განიხილება, როგორც ელემენტარული სფერული ტალღის წყარო, რომელიც ვრცელდება ამ ინტერვალზე მანძილზე ვდ ტ. ყველა ამ ელემენტარული სფერული ტალღის ფრონტის კონვერტი იქნება ახალი ტალღის ფრონტი. ჰაიგენსის პრინციპი შესაძლებელს ხდის გავრცელების პროცესში ტალღის ფრონტის ფორმის განსაზღვრას. ის ასევე გულისხმობს, რომ ტალღები, როგორც თვითმფრინავი, ასევე სფერული, ინარჩუნებენ გეომეტრიას გავრცელების დროს, იმ პირობით, რომ გარემო ერთგვაროვანია.
ხმის დიფრაქცია.
დიფრაქცია არის ტალღა დაბრკოლების გარშემო. დიფრაქცია გაანალიზებულია ჰაიგენსის პრინციპით. ამ მოხრის ხარისხი დამოკიდებულია ტალღის სიგრძესა და დაბრკოლების ან ხვრელის ზომას შორის ურთიერთობაზე. ვინაიდან ბგერის ტალღის სიგრძე მრავალჯერ აღემატება სინათლისას, ხმის ტალღების დიფრაქცია უფრო ნაკლებად გვაოცებს ვიდრე სინათლის დიფრაქცია. ასე რომ, შეგიძლიათ ესაუბროთ ვინმეს, რომელიც შენობის კუთხეში დგას, თუმცა ის არ ჩანს. ხმის ტალღა ადვილად იხრება კუთხეში, ხოლო სინათლე, ტალღის სიგრძის სიმცირის გამო, ქმნის მკვეთრ ჩრდილებს.
განვიხილოთ სიბრტყის ბგერითი ტალღის დიფრაქცია ხვრელით მყარ ბრტყელ ეკრანზე. ეკრანის მეორე მხარეს ტალღის ფრონტის ფორმის დასადგენად, თქვენ უნდა იცოდეთ კავშირი ტალღის სიგრძეს შორის ლდა ხვრელის დიამეტრი დ. თუ ეს მნიშვნელობები დაახლოებით იგივეა ან ლბევრად მეტი დ, მაშინ მიიღება სრული დიფრაქცია: გამავალი ტალღის ფრონტი სფერული იქნება და ტალღა მიაღწევს ეკრანის უკან ყველა წერტილს. თუ ლგარკვეულწილად ნაკლები დ, მაშინ გამავალი ტალღა გავრცელდება უპირატესად წინა მიმართულებით. და ბოლოს, თუ ლგაცილებით ნაკლებია დ, მაშინ მთელი მისი ენერგია გავრცელდება სწორი ხაზით. ეს შემთხვევები ნაჩვენებია ნახ. ათი.
დიფრაქცია ასევე შეინიშნება ბგერის გზაზე დაბრკოლების არსებობისას. თუ დაბრკოლების ზომები ტალღის სიგრძეზე გაცილებით დიდია, მაშინ ხმა აირეკლება და დაბრკოლების უკან იქმნება აკუსტიკური ჩრდილის ზონა. როდესაც დაბრკოლების ზომა შედარებულია ან ნაკლებია ტალღის სიგრძეზე, ხმა გარკვეულწილად დიფრაქციულია ყველა მიმართულებით. ეს გათვალისწინებულია არქიტექტურულ აკუსტიკაში. ასე, მაგალითად, ხანდახან შენობის კედლები დაფარულია გამონაზარდებით ხმის ტალღის სიგრძის რიგის ზომებით. (100 ჰც სიხშირეზე ჰაერში ტალღის სიგრძე დაახლოებით 3,5 მ-ია.) ამ შემთხვევაში, კედლებზე დაცემული ხმა ყველა მიმართულებით იფანტება. არქიტექტურულ აკუსტიკაში ამ მოვლენას ხმის დიფუზია ეწოდება.
ხმის ასახვა და გადაცემა.
როდესაც ერთ გარემოში მოძრავი ხმის ტალღა ემთხვევა სხვა გარემოსთან ინტერფეისს, სამი პროცესი შეიძლება ერთდროულად მოხდეს. ტალღა შეიძლება აისახოს ინტერფეისიდან, შეიძლება გადავიდეს სხვა გარემოში მიმართულების შეცვლის გარეშე, ან მიმართულება შეიცვალოს ინტერფეისზე, ე.ი. გარდატეხა. ნახ. 11 გვიჩვენებს უმარტივეს შემთხვევას, როდესაც სიბრტყე ტალღა ეცემა სწორი კუთხით ბრტყელ ზედაპირთან, რომელიც ჰყოფს ორ სხვადასხვა ნივთიერებას. თუ ინტენსივობის ასახვის კოეფიციენტი, რომელიც განსაზღვრავს ასახული ენერგიის პროპორციას, უდრის რ, მაშინ გადაცემის კოეფიციენტი ტოლი იქნება თ = 1 – რ.
ხმის ტალღისთვის, ჭარბი წნევის თანაფარდობას ვიბრაციულ მოცულობითი სიჩქარესთან ეწოდება აკუსტიკური წინაღობა. ასახვა და გადაცემის კოეფიციენტები დამოკიდებულია ორი მედიის ტალღის წინაღობათა თანაფარდობაზე, ტალღის წინაღობა, თავის მხრივ, პროპორციულია აკუსტიკური წინაღობების. აირების ტალღური წინააღმდეგობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე თხევადი და მყარი. ასე რომ, თუ ჰაერის ტალღა მოხვდება სქელ მყარ ობიექტს ან ღრმა წყლის ზედაპირს, ხმა თითქმის მთლიანად აირეკლება. მაგალითად, ჰაერისა და წყლის საზღვრისთვის, ტალღის წინააღმდეგობის თანაფარდობა არის 0,0003. შესაბამისად, ჰაერიდან წყალში გადასული ბგერის ენერგია უდრის მოხვედრის ენერგიის მხოლოდ 0,12%-ს. ასახვის და გადაცემის კოეფიციენტები შექცევადია: ასახვის კოეფიციენტი არის გადაცემის კოეფიციენტი საპირისპირო მიმართულებით. ამრიგად, ხმა პრაქტიკულად არ შეაღწევს არც ჰაერიდან წყლის აუზში, არც წყლის ქვეშიდან გარედან, რაც კარგად არის ცნობილი ყველასთვის, ვინც წყლის ქვეშ ბანაობდა.
ზემოთ განხილული ასახვის შემთხვევაში, ვარაუდობდნენ, რომ მეორე საშუალების სისქე ტალღის გავრცელების მიმართულებით დიდია. მაგრამ გადაცემის კოეფიციენტი მნიშვნელოვნად დიდი იქნება, თუ მეორე გარემო არის კედელი, რომელიც ჰყოფს ორ იდენტურ მედიას, როგორიცაა მყარი დანაყოფი ოთახებს შორის. ფაქტია, რომ კედლის სისქე ჩვეულებრივ ხმის ტალღის სიგრძეზე ნაკლებია ან მასთან შედარებით. თუ კედლის სისქე არის კედელში არსებული ბგერის ტალღის სიგრძის ნახევრის ჯერადი, მაშინ ტალღის გადაცემის კოეფიციენტი პერპენდიკულარულ ინციდენტზე ძალიან დიდია. ბაფლი აბსოლუტურად გამჭვირვალე იქნებოდა ამ სიხშირის ხმის მიმართ, რომ არა შთანთქმა, რასაც აქ უგულებელყოფთ. თუ კედლის სისქე მასში ხმის ტალღის სიგრძეზე გაცილებით ნაკლებია, მაშინ ანარეკლი ყოველთვის მცირეა, ხოლო გადაცემა დიდი, თუ არ არის მიღებული სპეციალური ზომები ბგერის შთანთქმის გაზრდის მიზნით.
ხმის რეფრაქცია.
როდესაც სიბრტყე ბგერითი ტალღა ეცემა ინტერფეისის კუთხით, მისი ასახვის კუთხე უდრის დაცემის კუთხეს. გადაცემული ტალღა გადახრის შემთხვევის ტალღის მიმართულებიდან, თუ დაცემის კუთხე განსხვავდება 90°-დან. ტალღის მიმართულების ამ ცვლილებას რეფრაქცია ეწოდება. ბრტყელ საზღვარზე გარდატეხის გეომეტრია ნაჩვენებია ნახ. 12. მითითებულია კუთხეები ტალღების მიმართულებასა და ზედაპირთან ნორმალურს შორის ქ 1 ინციდენტის ტალღისთვის და ქ 2 - რეფრაქციული წარსულისთვის. ამ ორ კუთხეს შორის კავშირი მოიცავს მხოლოდ ხმის სიჩქარის თანაფარდობას ორი მედიისთვის. როგორც სინათლის ტალღების შემთხვევაში, ეს კუთხეები ერთმანეთთან დაკავშირებულია სნელის (სნელის) კანონით:
ამრიგად, თუ მეორე გარემოში ხმის სიჩქარე პირველზე ნაკლებია, მაშინ გარდატეხის კუთხე ნაკლები იქნება დაცემის კუთხეზე; თუ სიჩქარე მეორე გარემოში მეტია, მაშინ გარდატეხის კუთხე უფრო დიდი იქნება. ვიდრე დაცემის კუთხე.
რეფრაქცია ტემპერატურის გრადიენტის გამო.
თუ არაჰომოგენურ გარემოში ბგერის სიჩქარე მუდმივად იცვლება წერტილიდან წერტილამდე, მაშინ იცვლება გარდატეხაც. ვინაიდან ხმის სიჩქარე ჰაერშიც და წყალშიც დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, ტემპერატურის გრადიენტის არსებობისას ხმის ტალღებს შეუძლიათ შეცვალონ მოძრაობის მიმართულება. ატმოსფეროში და ოკეანეში, ჰორიზონტალური სტრატიფიკაციის გამო, ჩვეულებრივ შეინიშნება ვერტიკალური ტემპერატურის გრადიენტები. ამიტომ, ვერტიკალის გასწვრივ ხმის სიჩქარის ცვლილების გამო, ტემპერატურის გრადიენტების გამო, ხმის ტალღა შეიძლება გადახრილი იყოს ზემოთ ან ქვევით.
განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც ჰაერი დედამიწის ზედაპირთან ახლოს მდებარე ზოგიერთ ადგილას უფრო თბილია, ვიდრე მაღალ ფენებში. შემდეგ, სიმაღლის მატებასთან ერთად აქ ჰაერის ტემპერატურა იკლებს და მასთან ერთად იკლებს ხმის სიჩქარეც. დედამიწის ზედაპირთან მახლობლად მდებარე წყაროს მიერ გამოსხივებული ხმა რეფრაქციის გამო ამაღლდება. ეს ნაჩვენებია ნახ. 13, რომელიც აჩვენებს ბგერას "სხივებს".
ხმის სხივების გადახრა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 13 ზოგადად აღწერილია სნელის კანონით. თუ მეშვეობით ქ, როგორც ადრე, აღნიშნეთ კუთხე ვერტიკალურ და რადიაციის მიმართულებას შორის, მაშინ განზოგადებულ სნელის კანონს აქვს თანასწორობის ცოდვის ფორმა. ქ/ვ= const ეხება სხივის ნებისმიერ წერტილს. ამრიგად, თუ სხივი გადადის იმ რეგიონში, სადაც სიჩქარე ვმცირდება, შემდეგ კუთხე ქასევე უნდა შემცირდეს. ამიტომ, ხმის სხივები ყოველთვის გადახრილია ხმის სიჩქარის შემცირების მიმართულებით.
ნახ. 13 ჩანს, რომ წყაროდან გარკვეულ მანძილზე მდებარეობს რეგიონი, სადაც ხმის სხივები საერთოდ არ აღწევს. ეს არის ეგრეთ წოდებული დუმილის ზონა.
სავსებით შესაძლებელია, რომ სადმე უფრო დიდ სიმაღლეზე, ვიდრე ნაჩვენებია ნახ. 13, ტემპერატურის გრადიენტის გამო, ხმის სიჩქარე იზრდება სიმაღლესთან ერთად. ამ შემთხვევაში, თავდაპირველად გადახრილი აღმავალი ხმის ტალღა გადაიხრება აქ დედამიწის ზედაპირზე დიდ მანძილზე. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ატმოსფეროში წარმოიქმნება ტემპერატურის ინვერსიის ფენა, რის შედეგადაც შესაძლებელი ხდება ულტრაშორიანი ხმოვანი სიგნალების მიღება. ამავდროულად, დისტანციურ წერტილებში მიღების ხარისხი კიდევ უფრო უკეთესია, ვიდრე ახლოს. ისტორიაში ულტრა შორ მანძილზე მიღების მრავალი მაგალითი ყოფილა. მაგალითად, პირველი მსოფლიო ომის დროს, როდესაც ატმოსფერული პირობები ხელს უწყობს ხმის შესაბამის რეფრაქციას, საფრანგეთის ფრონტზე ქვემეხები ისმოდა ინგლისში.
ხმის რეფრაქცია წყლის ქვეშ.
ოკეანეში ასევე შეინიშნება ხმის გარდატეხა ტემპერატურის ვერტიკალური ცვლილებების გამო. თუ ტემპერატურა და, შესაბამისად, ხმის სიჩქარე სიღრმესთან ერთად მცირდება, ხმის სხივები გადახრილია ქვევით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დუმილის ზონა, რაც ნაჩვენებია ნახ. 13 ატმოსფეროსთვის. ოკეანესთვის შესაბამისი სურათი აღმოჩნდება, თუ ეს სურათი უბრალოდ გადატრიალდება.
დუმილის ზონების არსებობა ართულებს წყალქვეშა ნავების აღმოჩენას სონარით, ხოლო რეფრაქცია, რომელიც ხმის ტალღებს ქვევით გადახრის, მნიშვნელოვნად ზღუდავს მათ გავრცელების დიაპაზონს ზედაპირთან ახლოს. თუმცა, აღმავალი გადახრაც შეინიშნება. მას შეუძლია შექმნას უფრო ხელსაყრელი პირობები სონარისთვის.
ხმის ტალღების ჩარევა.
ორი ან მეტი ტალღის სუპერპოზიციას ტალღის ჩარევა ეწოდება.
ჩარევის შედეგად მდგარი ტალღები.
ზემოაღნიშნული მდგარი ტალღები ჩარევის განსაკუთრებული შემთხვევაა. მუდმივი ტალღები წარმოიქმნება ერთიდაიგივე ამპლიტუდის, ფაზის და სიხშირის ორი ტალღის სუპერპოზიციის შედეგად, რომლებიც ვრცელდება საპირისპირო მიმართულებით.
მუდმივი ტალღის ანტინოდებში ამპლიტუდა უდრის თითოეული ტალღის ამპლიტუდას ორჯერ. ვინაიდან ტალღის ინტენსივობა მისი ამპლიტუდის კვადრატის პროპორციულია, ეს ნიშნავს, რომ ინტენსივობა ანტინოდებში 4-ჯერ მეტია თითოეული ტალღის ინტენსივობაზე, ან 2-ჯერ მეტია, ვიდრე ორი ტალღის საერთო ინტენსივობა. აქ ენერგიის შენარჩუნების კანონის დარღვევა არ არის, რადგან კვანძებში ინტენსივობა ნულის ტოლია.
სცემს.
ასევე შესაძლებელია სხვადასხვა სიხშირის ჰარმონიული ტალღების ჩარევა. როდესაც ორი სიხშირე ოდნავ განსხვავდება, ხდება ე.წ. დარტყმები არის ხმის ამპლიტუდის ცვლილებები, რომლებიც წარმოიქმნება სიხშირეზე, რომელიც უდრის ორიგინალურ სიხშირეებს შორის სხვაობას. ნახ. 14 გვიჩვენებს დარტყმის ტალღის ფორმას.
უნდა გვახსოვდეს, რომ დარტყმის სიხშირე არის ხმის ამპლიტუდის მოდულაციის სიხშირე. ასევე, დარტყმები არ უნდა აგვერიოს ჰარმონიული სიგნალის დამახინჯების შედეგად განსხვავებულ სიხშირესთან.
Beats ხშირად გამოიყენება ორი ტონის უნისონში დაყენებისას. სიხშირე რეგულირდება მანამ, სანამ დარტყმები აღარ ისმის. მაშინაც კი, თუ დარტყმის სიხშირე ძალიან დაბალია, ადამიანის ყურს შეუძლია აითვისოს ხმის მოცულობის პერიოდული აწევა და დაცემა. ამიტომ, დარტყმები ძალიან მგრძნობიარე დარეგულირების მეთოდია აუდიო დიაპაზონში. თუ პარამეტრი არ არის ზუსტი, მაშინ სიხშირის სხვაობა შეიძლება განისაზღვროს ყურით ერთ წამში დარტყმების რაოდენობის დათვლით. მუსიკაში უმაღლესი ჰარმონიული კომპონენტების დარტყმები ასევე აღიქმება ყურით, რომელიც გამოიყენება ფორტეპიანოს დაკვრისას.
ხმის ტალღების შეწოვა.
ხმის ტალღების ინტენსივობა მათი გავრცელების პროცესში ყოველთვის მცირდება იმის გამო, რომ აკუსტიკური ენერგიის გარკვეული ნაწილი მიმოფანტულია. სითბოს გადაცემის, ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების და შიდა ხახუნის პროცესების გამო, ხმის ტალღები შეიწოვება ნებისმიერ გარემოში. შთანთქმის ინტენსივობა დამოკიდებულია ხმის ტალღის სიხშირეზე და სხვა ფაქტორებზე, როგორიცაა საშუალო წნევა და ტემპერატურა.
ტალღის შთანთქმა გარემოში რაოდენობრივად ხასიათდება შთანთქმის კოეფიციენტით ა. ის გვიჩვენებს, თუ რამდენად სწრაფად მცირდება ჭარბი წნევა გამავრცელებელი ტალღის მიერ გავლილი მანძილის მიხედვით. ზეწოლის ამპლიტუდის კლება –D პ ედ დისტანციის გავლისას Xსაწყისი ზეწოლის ამპლიტუდის პროპორციულია პ ედა მანძილი D X. Ამგვარად,
-დ პ ე = a P eდ x.
მაგალითად, როდესაც ვამბობთ, რომ შთანთქმის დანაკარგი არის 1 დბ/მ, ეს ნიშნავს, რომ 50 მ მანძილზე ხმის წნევის დონე მცირდება 50 დბ-ით.
შთანთქმა შიდა ხახუნის და სითბოს გამტარობის გამო.
ხმის ტალღის გავრცელებასთან დაკავშირებული ნაწილაკების მოძრაობის დროს გარემოს სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის ხახუნი გარდაუვალია. სითხეებსა და აირებში ამ ხახუნს სიბლანტე ეწოდება. სიბლანტე, რომელიც განსაზღვრავს აკუსტიკური ტალღის ენერგიის შეუქცევად გადაქცევას სითბოდ, არის აირებსა და სითხეებში ბგერის შთანთქმის მთავარი მიზეზი.
გარდა ამისა, აირებსა და სითხეებში შეწოვა გამოწვეულია სითბოს დაკარგვით ტალღაში შეკუმშვის დროს. უკვე ვთქვით, რომ ტალღის გავლისას შეკუმშვის ფაზაში მყოფი გაზი თბება. ამ სწრაფად მიმდინარე პროცესში, სითბოს, როგორც წესი, არ აქვს დრო, რომ გადავიდეს გაზის სხვა რეგიონებში ან ჭურჭლის კედლებზე. მაგრამ სინამდვილეში, ეს პროცესი არ არის იდეალური და გამოთავისუფლებული თერმული ენერგიის ნაწილი ტოვებს სისტემას. ამასთან ასოცირდება ხმის შთანთქმა სითბოს გამტარობის გამო. ასეთი შეწოვა ხდება შეკუმშვის ტალღებში აირებში, სითხეებში და მყარ ნაწილებში.
ხმის შთანთქმა, როგორც სიბლანტის, ასევე თბოგამტარობის გამო, ზოგადად იზრდება სიხშირის კვადრატთან ერთად. ამრიგად, მაღალი სიხშირის ხმები ბევრად უფრო ძლიერად შეიწოვება, ვიდრე დაბალი სიხშირის ხმები. მაგალითად, ნორმალურ წნევასა და ტემპერატურაზე, შთანთქმის კოეფიციენტი (ორივე მექანიზმის გამო) ჰაერში 5 კჰც სიხშირეზე არის დაახლოებით 3 დბ/კმ. ვინაიდან შთანთქმა სიხშირის კვადრატის პროპორციულია, შთანთქმის კოეფიციენტი 50 kHz-ზე არის 300 dB/km.
აბსორბცია მყარ ნივთიერებებში.
თბოგამტარობისა და სიბლანტის გამო ხმის შთანთქმის მექანიზმი, რომელიც ხდება აირებსა და სითხეებში, შენარჩუნებულია აგრეთვე მყარ სხეულებში. თუმცა აქ მას ახალი შთანთქმის მექანიზმები ემატება. ისინი დაკავშირებულია მყარი ნივთიერებების სტრუქტურის დეფექტებთან. საქმე იმაშია, რომ პოლიკრისტალური მყარი მასალები შედგება მცირე კრისტალიტებისაგან; როდესაც ხმა გადის მათში, ხდება დეფორმაციები, რაც იწვევს ხმის ენერგიის შთანთქმას. ხმა ასევე მიმოფანტულია კრისტალების საზღვრებზე. გარდა ამისა, ერთკრისტალებიც კი შეიცავს დისლოკაციის ტიპის დეფექტებს, რაც ხელს უწყობს ხმის შთანთქმას. დისლოკაციები არის ატომური თვითმფრინავების კოორდინაციის დარღვევა. როდესაც ხმის ტალღა იწვევს ატომების ვიბრაციას, დისლოკაციები მოძრაობენ და შემდეგ უბრუნდებიან თავდაპირველ მდგომარეობას, შინაგანი ხახუნის გამო ენერგიას ფანტავს.
დისლოკაციების გამო შეწოვა განმარტავს, კერძოდ, რატომ არ რეკავს ტყვიის ზარი. ტყვია არის რბილი ლითონი, რომელსაც აქვს ბევრი დისლოკაცია და, შესაბამისად, მასში ხმის ვიბრაცია ძალიან სწრაფად იშლება. მაგრამ კარგად ირეკება, თუ გაცივდება თხევადი ჰაერით. დაბალ ტემპერატურაზე დისლოკაციები ფიქსირებულ მდგომარეობაში „იყინება“ და ამიტომ არ მოძრაობს და არ გარდაქმნის ხმის ენერგიას სითბოდ.
მუსიკალური აკუსტიკა
მუსიკალური ხმები.
მუსიკალური აკუსტიკა სწავლობს მუსიკალური ბგერების თავისებურებებს, მათ მახასიათებლებს, რომლებიც დაკავშირებულია იმაზე, თუ როგორ აღვიქვამთ მათ და მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმის მექანიზმებს.
მუსიკალური ხმა ან ბგერა არის პერიოდული ბგერა, ე.ი. რყევები, რომლებიც მეორდება გარკვეული პერიოდის შემდეგ. ზემოთ ითქვა, რომ პერიოდული ბგერა შეიძლება იყოს წარმოდგენილი, როგორც რხევების ჯამი სიხშირეებით, რომლებიც ფუნდამენტური სიხშირის ჯერადია. ვ: 2ვ, 3ვ, 4ვდა ა.შ. ასევე აღინიშნა, რომ ვიბრაციული სიმები და ჰაერის სვეტები ასხივებენ მუსიკალურ ბგერებს.
მუსიკალური ბგერები გამოირჩევა სამი მახასიათებლით: ხმამაღალი, ხმაური და ტემბრი. ყველა ეს მაჩვენებელი სუბიექტურია, მაგრამ ისინი შეიძლება დაკავშირებული იყოს გაზომილ მნიშვნელობებთან. ხმამაღალი ძირითადად ბგერის ინტენსივობას უკავშირდება; ბგერის სიმაღლე, რომელიც ახასიათებს მის პოზიციას მუსიკალურ სისტემაში, განისაზღვრება ბგერის სიხშირით; ტემბრი, რომლითაც ერთი ინსტრუმენტი ან ხმა განსხვავდება მეორისგან, ხასიათდება ენერგიის განაწილებით ჰარმონიებზე და ამ განაწილების ცვლილებით დროთა განმავლობაში.
ხმის სიმაღლე.
მუსიკალური ბგერის სიმაღლე მჭიდრო კავშირშია სიხშირესთან, მაგრამ არა მისი იდენტური, რადგან სიმაღლის შეფასება სუბიექტურია.
ასე, მაგალითად, დადგინდა, რომ ერთი სიხშირის ბგერის სიმაღლის შეფასება გარკვეულწილად დამოკიდებულია მისი სიმაღლის დონეზე. მოცულობის მნიშვნელოვანი ზრდით, ვთქვათ 40 დბ, აშკარა სიხშირე შეიძლება შემცირდეს 10%-ით. პრაქტიკაში, ამ დამოკიდებულებას ხმამაღლა არ აქვს მნიშვნელობა, რადგან მუსიკალური ხმები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე ერთი სიხშირის ხმა.
ხმასა და სიხშირეს შორის ურთიერთკავშირის საკითხში კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია: თუ მუსიკალური ბგერები შედგება ჰარმონიებისგან, მაშინ რა სიხშირეს უკავშირდება აღქმული სიმაღლე? გამოდის, რომ ეს შეიძლება არ იყოს სიხშირე, რომელიც შეესაბამება მაქსიმალურ ენერგიას და არა ყველაზე დაბალი სიხშირე სპექტრში. მაგალითად, მუსიკალური ხმა, რომელიც შედგება 200, 300, 400 და 500 ჰც სიხშირეების ნაკრებისგან, აღიქმება, როგორც 100 ჰც სიმაღლის ბგერა. ანუ, სიმაღლე ასოცირდება ჰარმონიული სერიის ფუნდამენტურ სიხშირესთან, თუნდაც ის არ იყოს ბგერის სპექტრში. მართალია, ყველაზე ხშირად ფუნდამენტური სიხშირე გარკვეულწილად არის წარმოდგენილი სპექტრში.
სიმაღლესა და მის სიხშირეს შორის ურთიერთობაზე საუბრისას, არ უნდა დავივიწყოთ ადამიანის სმენის ორგანოს მახასიათებლები. ეს არის სპეციალური აკუსტიკური მიმღები, რომელიც შემოაქვს საკუთარ დამახინჯებებს (რომ აღარაფერი ვთქვათ იმაზე, რომ არსებობს მოსმენის ფსიქოლოგიური და სუბიექტური ასპექტები). ყურს შეუძლია გარკვეული სიხშირის შერჩევა, გარდა ამისა, ხმის ტალღა მასში განიცდის არაწრფივ დამახინჯებას. სიხშირის სელექციურობა განპირობებულია ხმის სიძლიერესა და მის ინტენსივობას შორის სხვაობით (ნახ. 9). უფრო რთულია არაწრფივი დამახინჯებების ახსნა, რომლებიც გამოიხატება სიხშირეების გარეგნობაში, რომლებიც არ არის თავდაპირველ სიგნალში. ყურის რეაქციის არაწრფივობა განპირობებულია მისი სხვადასხვა ელემენტების მოძრაობის ასიმეტრიით.
არაწრფივი მიმღები სისტემის ერთ-ერთი დამახასიათებელი მახასიათებელია ის, რომ როდესაც ის აღფრთოვანებულია სიხშირით ხმით ვმასში აღფრთოვანებულია 1 ჰარმონიული ტონი 2 ვ 1 , 3ვ 1 ,... და ზოგ შემთხვევაში ასევე 1/2 ტიპის სუბჰარმონიკა ვერთი . გარდა ამისა, როდესაც არაწრფივი სისტემა აღგზნებულია ორი სიხშირით ვ 1 და ვ 2, მასში აღფრთოვანებულია ჯამისა და სხვაობის სიხშირეები ვ 1 + ვ 2 და ვ 1 - ვ 2. რაც უფრო დიდია საწყისი რხევების ამპლიტუდა, მით მეტია „დამატებითი“ სიხშირეების წვლილი.
ამრიგად, ყურის აკუსტიკური მახასიათებლების არაწრფივობის გამო, შეიძლება გამოჩნდეს სიხშირეები, რომლებიც არ არის ბგერაში. ასეთ სიხშირეებს სუბიექტურ ტონებს უწოდებენ. დავუშვათ, რომ ხმა შედგება სუფთა ტონებისგან 200 და 250 ჰც სიხშირით. პასუხის არაწრფივობის გამო, დამატებითი სიხშირეები გამოჩნდება 250 - 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2' 200 = 400, 2' 250 = 500 Hz და ა.შ. მსმენელს მოეჩვენება, რომ ბგერაში არის კომბინირებული სიხშირეების მთელი ნაკრები, მაგრამ მათი გარეგნობა რეალურად განპირობებულია ყურის არაწრფივი პასუხით. როდესაც მუსიკალური ბგერა შედგება ფუნდამენტური სიხშირისა და მისი ჰარმონიისგან, აშკარაა, რომ ფუნდამენტური სიხშირე ეფექტურად ძლიერდება სხვაობის სიხშირეებით.
მართალია, კვლევებმა აჩვენა, რომ სუბიექტური სიხშირეები წარმოიქმნება მხოლოდ ორიგინალური სიგნალის საკმარისად დიდი ამპლიტუდის დროს. აქედან გამომდინარე, შესაძლებელია, რომ წარსულში სუბიექტური სიხშირეების როლი მუსიკაში ძალიან გაზვიადებული იყო.
მუსიკალური სტანდარტები და მუსიკალური ხმის სიმაღლის გაზომვა.
მუსიკის ისტორიაში ძირითად ტონად მიიღეს სხვადასხვა სიხშირის ხმები, რომელიც განსაზღვრავს მთელ მუსიკალურ სტრუქტურას. ახლა ზოგადად მიღებული სიხშირე პირველი ოქტავის ნოტის "la"-სთვის არის 440 ჰც. მაგრამ წარსულში ის შეიცვალა 400-დან 462 ჰც-მდე.
ხმის სიმაღლის დასადგენად ტრადიციული გზაა მისი შედარება სტანდარტული მარეგულირებელი ჩანგლის ტონთან. მოცემული ბგერის სიხშირის სტანდარტიდან გადახრა ფასდება დარტყმების არსებობით. ტუნინგ ჩანგლები დღესაც გამოიყენება, თუმცა ახლა არის უფრო მოსახერხებელი მოწყობილობები სიმაღლის დასადგენად, მაგალითად, სტაბილური სიხშირის საცნობარო ოსცილატორი (კვარცის რეზონატორით), რომელიც შეიძლება შეუფერხებლად მორგებული იყოს ხმის მთელ დიაპაზონში. მართალია, ასეთი მოწყობილობის ზუსტი დაკალიბრება საკმაოდ რთულია.
ფართოდ გამოიყენება სიმაღლის გაზომვის სტრობოსკოპური მეთოდი, რომლის დროსაც მუსიკალური ინსტრუმენტის ხმა ადგენს სტრობული ნათურის ციმციმის სიხშირეს. ნათურა ანათებს ნიმუშს დისკზე, რომელიც მბრუნავს ცნობილ სიხშირეზე, ხოლო ბგერის ფუნდამენტური სიხშირე განისაზღვრება დისკზე ნიმუშის მოძრაობის აშკარა სიხშირით სტრობოსკოპული განათების ქვეშ.
ყური ძალიან მგრძნობიარეა სიმაღლის ცვლილების მიმართ, მაგრამ მისი მგრძნობელობა დამოკიდებულია სიხშირეზე. ის მაქსიმუმ არის მოსმენის ქვედა ზღურბლთან ახლოს. დაუვარჯიშებელ ყურსაც კი შეუძლია აღმოაჩინოს მხოლოდ 0,3% განსხვავება 500-დან 5000 ჰც-მდე სიხშირეებში. მგრძნობელობა შეიძლება გაიზარდოს ვარჯიშით. მუსიკოსებს აქვთ ძალიან განვითარებული სიმაღლის გრძნობა, მაგრამ ეს ყოველთვის არ უწყობს ხელს საცნობარო ოსცილატორის მიერ წარმოქმნილი სუფთა ტონის სიხშირის დადგენას. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ყურით ბგერის სიხშირის განსაზღვრისას, მისი ტემბრი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს.
ტემბრი.
ტემბრი ეხება მუსიკალური ბგერების იმ მახასიათებლებს, რომლებიც მუსიკალურ ინსტრუმენტებსა და ხმებს ანიჭებენ უნიკალურ სპეციფიკას, თუნდაც შევადაროთ ერთი და იგივე სიმაღლის და სიმაღლის ბგერები. ეს არის, ასე ვთქვათ, ხმის ხარისხი.
ტემბრი დამოკიდებულია ხმის სიხშირის სპექტრზე და მის ცვლილებაზე დროთა განმავლობაში. იგი განისაზღვრება რამდენიმე ფაქტორით: ენერგიის განაწილება ოვერტონებზე, სიხშირეები, რომლებიც წარმოიქმნება ბგერის გამოჩენის ან გაჩერების მომენტში (ე.წ. გარდამავალი ტონები) და მათი დაშლა, აგრეთვე ხმის ნელი ამპლიტუდისა და სიხშირის მოდულაცია. ("ვიბრატო").
ზეტონის ინტენსივობა.
განვიხილოთ დაჭიმული სტრიქონი, რომელიც აღგზნებულია მის შუა ნაწილში მწიკვით (სურ. 15, ა). ვინაიდან ყველა ლუწი ჰარმონიკას აქვს კვანძები შუაში, ისინი არ იქნებიან და რხევები შედგება ფუნდამენტური სიხშირის კენტი ჰარმონიებისგან, ტოლი ვ 1 = ვ/2ლ, სად v-ტალღის სიჩქარე სიმებში და ლარის მისი სიგრძე. ამრიგად, მხოლოდ სიხშირეები იქნება წარმოდგენილი ვ 1 , 3ვ 1 , 5ვ 1 და ა.შ. ამ ჰარმონიების ფარდობითი ამპლიტუდები ნაჩვენებია ნახ. თხუთმეტი, ბ.
ეს მაგალითი საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი მნიშვნელოვანი ზოგადი დასკვნა. რეზონანსული სისტემის ჰარმონიის სიმრავლე განისაზღვრება მისი კონფიგურაციით, ხოლო ენერგიის განაწილება ჰარმონიკაზე დამოკიდებულია აგზნების მეთოდზე. როდესაც სიმები აღელვებულია მის შუაში, ფუნდამენტური სიხშირე დომინირებს და ლუწი ჰარმონიები მთლიანად ჩახშობილია. თუ სტრიქონი დამაგრებულია მის შუა ნაწილში და ამოიჭრება სხვა ადგილას, მაშინ ფუნდამენტური სიხშირე და უცნაური ჰარმონიები ჩახშობილია.
ეს ყველაფერი ეხება სხვა ცნობილ მუსიკალურ ინსტრუმენტებს, თუმცა დეტალები შეიძლება ძალიან განსხვავებული იყოს. ინსტრუმენტებს ჩვეულებრივ აქვთ ჰაერის ღრუ, ხმის დაფა ან საყვირი ხმის გამოსაცემად. ეს ყველაფერი განსაზღვრავს ოვერტონების სტრუქტურას და ფორმანტების გარეგნობას.
ფორმანტები.
როგორც ზემოთ აღინიშნა, მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმის ხარისხი დამოკიდებულია ენერგიის განაწილებაზე ჰარმონიკას შორის. მრავალი ინსტრუმენტის, განსაკუთრებით კი ადამიანის ხმის სიმაღლის შეცვლისას, ჰარმონიის განაწილება იცვლება ისე, რომ ძირითადი ტონები ყოველთვის განლაგებულია დაახლოებით იმავე სიხშირის დიაპაზონში, რომელსაც ფორმატის დიაპაზონი ეწოდება. ფორმანტების არსებობის ერთ-ერთი მიზეზი არის რეზონანსული ელემენტების გამოყენება ბგერის გასაძლიერებლად, როგორიცაა ხმის დაფები და ჰაერის რეზონატორები. ბუნებრივი რეზონანსების სიგანე ჩვეულებრივ დიდია, რის გამოც გამოსხივების ეფექტურობა შესაბამის სიხშირეებზე უფრო მაღალია. სპილენძის ინსტრუმენტებისთვის ფორმანტები განისაზღვრება ზარით, საიდანაც გამოდის ხმა. ოვერტონები, რომლებიც ფორმანტის დიაპაზონშია, ყოველთვის მკაცრად არის ხაზგასმული, რადგან ისინი გამოიყოფა მაქსიმალური ენერგიით. ფორმატები დიდწილად განსაზღვრავენ მუსიკალური ინსტრუმენტის ან ხმის ბგერების დამახასიათებელ თვისებრივ მახასიათებლებს.
დროთა განმავლობაში ტონების შეცვლა.
ნებისმიერი ინსტრუმენტის ხმის ტემბრი დროთა განმავლობაში იშვიათად რჩება მუდმივი და ტემბრი არსებითად დაკავშირებულია ამას. მაშინაც კი, როდესაც ინსტრუმენტი ინარჩუნებს გრძელ ნოტს, ხდება სიხშირის და ამპლიტუდის უმნიშვნელო პერიოდული მოდულაცია, რაც ამდიდრებს ხმას - "ვიბრატო". ეს განსაკუთრებით ეხება სიმებიანი ინსტრუმენტებისთვის, როგორიცაა ვიოლინო და ადამიანის ხმა.
ბევრი ინსტრუმენტისთვის, როგორიცაა ფორტეპიანო, ხმის ხანგრძლივობა ისეთია, რომ მუდმივ ტონს არ აქვს დრო, რომ ჩამოყალიბდეს - აღელვებული ხმა სწრაფად იზრდება, შემდეგ კი მისი სწრაფი დაშლა მოჰყვება. ვინაიდან ოვერტონების დაშლა ჩვეულებრივ გამოწვეულია სიხშირეზე დამოკიდებული ეფექტებით (როგორიცაა აკუსტიკური გამოსხივება), ცხადია, რომ ტონის განაწილება იცვლება ტონის განმავლობაში.
დროთა განმავლობაში ბგერის ცვლილების ბუნება (ხმის აწევისა და დაცემის სიჩქარე) ზოგიერთი ინსტრუმენტისთვის სქემატურად ნაჩვენებია ნახ. 18. როგორც ხედავთ, სიმებიანი ინსტრუმენტები (მოწყვეტილი და კლავიატურა) თითქმის არ აქვთ მუდმივი ტონი. ასეთ შემთხვევებში ოვერტონების სპექტრზე საუბარი მხოლოდ პირობითად არის შესაძლებელი, ვინაიდან ხმა დროთა განმავლობაში სწრაფად იცვლება. აწევისა და დაცემის მახასიათებლები ასევე ამ ინსტრუმენტების ტემბრის მნიშვნელოვანი ნაწილია.
გარდამავალი ტონები.
ბგერის ჰარმონიული შემადგენლობა ჩვეულებრივ სწრაფად იცვლება ხმის აგზნების შემდეგ მოკლე დროში. იმ ინსტრუმენტებში, რომლებშიც ხმა აღფრთოვანებულია სიმებზე დარტყმით ან ტკაცუნით, ენერგია, რომელიც მიეკუთვნება უფრო მაღალ ჰარმონიებს (ისევე, როგორც მრავალ არაჰარმონიულ კომპონენტს) მაქსიმალურია ხმის დაწყებისთანავე, ხოლო წამის ნაწილის შემდეგ ეს სიხშირეები. ქრებოდა. ასეთი ხმები, რომელსაც გარდამავალი ეწოდება, სპეციფიკურ შეღებვას ანიჭებს ინსტრუმენტის ხმას. ფორტეპიანოში ისინი გამოწვეულია ჩაქუჩის მოქმედებით სიმაზე. ზოგჯერ ერთი და იგივე ტონალური სტრუქტურის მქონე მუსიკალური ინსტრუმენტები შეიძლება გამოირჩეოდეს მხოლოდ გარდამავალი ტონებით.
მუსიკალური ინსტრუმენტების ხმა
მუსიკალური ბგერები შეიძლება აღფრთოვანდეს და შეიცვალოს მრავალი გზით და, შესაბამისად, მუსიკალური ინსტრუმენტები გამოირჩევიან მრავალფეროვანი ფორმებით. ინსტრუმენტებს ძირითადად თავად მუსიკოსები და გამოცდილი ხელოსნები ქმნიდნენ და აუმჯობესებდნენ, რომლებიც მეცნიერულ თეორიას არ მიმართავდნენ. ამიტომ, აკუსტიკური მეცნიერება ვერ ხსნის, მაგალითად, რატომ აქვს ვიოლინოს ასეთი ფორმა. თუმცა, სავსებით შესაძლებელია ვიოლინოს ხმოვანი თვისებების აღწერა მისი დაკვრის და კონსტრუქციის ზოგადი პრინციპების მიხედვით.
ინსტრუმენტის სიხშირის დიაპაზონი ჩვეულებრივ გაგებულია, როგორც მისი ფუნდამენტური ტონების სიხშირის დიაპაზონი. ადამიანის ხმა მოიცავს დაახლოებით ორ ოქტავას, ხოლო მუსიკალური ინსტრუმენტი - მინიმუმ სამს (დიდი ორღანი - ათი). უმეტეს შემთხვევაში, ოვერტონები ვრცელდება ხმოვანი ხმის დიაპაზონის ბოლომდე.
მუსიკალურ ინსტრუმენტებს აქვთ სამი ძირითადი ნაწილი: რხევადი ელემენტი, მისი აგზნების მექანიზმი და დამხმარე რეზონატორი (რქა ან ხმის დაფა) რხევადი ელემენტისა და გარემომცველი ჰაერის აკუსტიკური კომუნიკაციისთვის.
მუსიკალური ჟღერადობა პერიოდულია დროში, ხოლო პერიოდული ბგერები შედგება მთელი რიგი ჰარმონიებისგან. ვინაიდან სიმების და ფიქსირებული სიგრძის საჰაერო სვეტების ვიბრაციის ბუნებრივი სიხშირე ჰარმონიულად არის დაკავშირებული, ბევრ ინსტრუმენტში მთავარი ვიბრაციული ელემენტებია სიმები და ჰაერის სვეტები. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა (ფლეიტა ერთ-ერთი მათგანია), ინსტრუმენტებზე ერთი სიხშირის ხმის აღება შეუძლებელია. როდესაც მთავარი ვიბრატორი აღფრთოვანებულია, ჩნდება ოვერტონების შემცველი ხმა. ზოგიერთი ვიბრატორის რეზონანსული სიხშირე არ არის ჰარმონიული კომპონენტები. ამ ტიპის ინსტრუმენტები (მაგალითად, დრამი და ციმბალები) გამოიყენება საორკესტრო მუსიკაში განსაკუთრებული ექსპრესიულობისა და რიტმის აქცენტისთვის, მაგრამ არა მელოდიური განვითარებისთვის.
სიმებიანი საკრავები.
თავისთავად, ვიბრაციული სიმი არის ბგერის ცუდი გამომცემი და, შესაბამისად, სიმებიანი ინსტრუმენტს უნდა ჰქონდეს დამატებითი რეზონატორი შესამჩნევი ინტენსივობის ხმის გასაღვიძებლად. ეს შეიძლება იყოს ჰაერის დახურული მოცულობა, გემბანი ან ორივეს კომბინაცია. საკრავის ჟღერადობის ბუნებას სიმების აღგზნებაც განსაზღვრავს.
ადრე ვნახეთ, რომ სიგრძის ფიქსირებული სიმის რხევის ფუნდამენტური სიხშირე ლმოცემულია მიერ
სადაც თარის სიმის დაჭიმვის ძალა და რ ლარის მასა სიმის სიგრძის ერთეულზე. აქედან გამომდინარე, ჩვენ შეგვიძლია შევცვალოთ სიხშირე სამი გზით: სიგრძის, დაძაბულობის ან მასის შეცვლით. ბევრი ინსტრუმენტი იყენებს იმავე სიგრძის სიმების მცირე რაოდენობას, რომელთა ფუნდამენტური სიხშირეები განისაზღვრება დაძაბულობისა და მასის სწორი არჩევანით. სხვა სიხშირეები მიიღება თითებით სიმის სიგრძის შემცირებით.
სხვა ინსტრუმენტებს, როგორიც არის ფორტეპიანო, აქვთ ერთი წინასწარ მორგებული სიმები თითოეული ნოტისთვის. პიანინოს დაყენება, სადაც სიხშირის დიაპაზონი დიდია, ადვილი საქმე არ არის, განსაკუთრებით დაბალი სიხშირის რეგიონში. ყველა ფორტეპიანოს სიმების დაძაბულობის ძალა თითქმის ერთნაირია (დაახლოებით 2 კნ), ხოლო სიხშირეების მრავალფეროვნება მიიღწევა სიმების სიგრძისა და სისქის შეცვლით.
სიმებიანი ინსტრუმენტი შეიძლება აღფრთოვანებული იყოს პლუკით (მაგალითად, არფაზე ან ბანჯოზე), დარტყმით (ფორტეპიანოზე) ან მშვილდით (ვიოლინოს ოჯახის მუსიკალური ინსტრუმენტების შემთხვევაში). ყველა შემთხვევაში, როგორც ზემოთ იყო ნაჩვენები, ჰარმონიის რაოდენობა და მათი ამპლიტუდა დამოკიდებულია სიმის აგზნების გზაზე.
ფორტეპიანო.
ინსტრუმენტის ტიპიური მაგალითი, სადაც სიმების აგზნება წარმოიქმნება დარტყმით, არის პიანოფორტე. ინსტრუმენტის დიდი ხმის დაფა უზრუნველყოფს ფორმატების ფართო სპექტრს, ამიტომ მისი ტემბრი ძალიან ერთგვაროვანია ნებისმიერი აღფრთოვანებული ნოტისთვის. ძირითადი ფორმანტების მაქსიმუმი გვხვდება 400-500 ჰც-ის რიგის სიხშირეებზე, ხოლო ქვედა სიხშირეებზე ტონები განსაკუთრებით მდიდარია ჰარმონიკით, ხოლო ფუნდამენტური სიხშირის ამპლიტუდა უფრო მცირეა, ვიდრე ზოგიერთი ტონის. ფორტეპიანოში ჩაქუჩის დარტყმა ყველა სიმზე, გარდა უმოკლესი სიმების, ეცემა წერტილზე, რომელიც მდებარეობს სიმის სიგრძის 1/7 მისი ერთ-ერთი ბოლოდან. ეს ჩვეულებრივ აიხსნება იმით, რომ ამ შემთხვევაში მეშვიდე ჰარმონია, რომელიც ფუნდამენტური სიხშირის მიმართ დისონანსია, მნიშვნელოვნად ჩახშობილია. მაგრამ მალის სასრული სიგანის გამო, მეშვიდესთან მდებარე სხვა ჰარმონიებიც ჩახშობილია.
ვიოლინოს ოჯახი.
ვიოლინოს ინსტრუმენტების ოჯახში გრძელი ხმები წარმოიქმნება მშვილდის საშუალებით, რომელიც ცვალებად მამოძრავებელ ძალას აწვდის სიმს, რომელიც ინარჩუნებს სიმის ვიბრაციას. მოძრავი მშვილდის მოქმედებით, ძაფი ხახუნის გამო გვერდზე იწევა, სანამ არ წყდება დაძაბულობის ძალის გაზრდის გამო. თავდაპირველ პოზიციას დაბრუნების შემდეგ, ის კვლავ მშვილდით გაიტაცა. ეს პროცესი მეორდება ისე, რომ პერიოდული გარეგანი ძალა მოქმედებს სიმებზე.
ზომის გაზრდისა და სიხშირის დიაპაზონის შემცირების მიზნით, ძირითადი მშვილდ-სიმიანი საკრავები განლაგებულია შემდეგნაირად: ვიოლინო, ალტი, ჩელო, კონტრაბასი. ამ ინსტრუმენტების სიხშირის სპექტრი განსაკუთრებით მდიდარია ოვერტონებით, რაც უდავოდ განსაკუთრებულ სითბოსა და გამომხატველობას ანიჭებს მათ ბგერას. ვიოლინოს ოჯახში ვიბრაციული სიმი აკუსტიკურად არის დაკავშირებული ჰაერის ღრუსთან და ინსტრუმენტის კორპუსთან, რაც ძირითადად განსაზღვრავს ფორმანტების სტრუქტურას, რომლებიც იკავებს ძალიან ფართო სიხშირის დიაპაზონს. ვიოლინოების ოჯახის დიდ წარმომადგენლებს აქვთ ფორმანტების ნაკრები დაბალ სიხშირეებზე გადატანილი. მაშასადამე, ვიოლინოების ოჯახის ორ ინსტრუმენტზე მიღებული ერთი და იგივე ნოტი იძენს განსხვავებულ ტემბრულ შეფერილობას ოვერტონების აგებულების განსხვავების გამო.
ვიოლინოს აქვს გამოხატული რეზონანსი 500 ჰც-თან ახლოს, მისი სხეულის ფორმის გამო. ნოტის დაკვრისას, რომლის სიხშირე ამ მნიშვნელობასთან ახლოსაა, შეიძლება წარმოიქმნას არასასურველი ვიბრაციული ხმა, რომელსაც ეწოდება "მგლის ტონი". ვიოლინოს კორპუსის შიგნით ჰაერის ღრუს ასევე აქვს საკუთარი რეზონანსული სიხშირეები, რომელთა მთავარი მდებარეობს 400 ჰც-ის მახლობლად. განსაკუთრებული ფორმის გამო, ვიოლინოს აქვს მრავალი მჭიდროდ დაშორებული რეზონანსი. ყველა მათგანი, გარდა მგლის ტონისა, ნამდვილად არ გამოირჩევა ამოღებული ბგერის ზოგად სპექტრში.
ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
ხის ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
სასრული სიგრძის ცილინდრულ მილში ჰაერის ბუნებრივი ვიბრაციები ადრე იყო განხილული. ბუნებრივი სიხშირეები ქმნიან ჰარმონიის სერიას, რომლის ფუნდამენტური სიხშირე უკუპროპორციულია მილის სიგრძისა. ჩასაბერ ინსტრუმენტებში მუსიკალური ხმები წარმოიქმნება ჰაერის სვეტის რეზონანსული აგზნების გამო.
ჰაერის ვიბრაცია აღგზნებულია ან რეზონატორის კედლის მკვეთრ კიდეზე ჩამოვარდნილი ჰაერის ჭავლის ვიბრაციით, ან ჰაერის ნაკადში ენის მოქნილი ზედაპირის ვიბრაციით. ორივე შემთხვევაში, წნევის პერიოდული ცვლილებები ხდება ხელსაწყოს ლულის ლოკალიზებულ არეალში.
აგზნების ამ მეთოდებიდან პირველი ეფუძნება "ზღვრული ტონების" წარმოქმნას. როდესაც ჰაერის ნაკადი გამოდის ჭრილიდან, გატეხილი სოლი ფორმის დაბრკოლებით, ბასრი კიდით, პერიოდულად ჩნდება მორევები - ჯერ ერთ მხარეს, შემდეგ სოლის მეორე მხარეს. მათი ფორმირების სიხშირე უფრო დიდია, მით მეტია ჰაერის ნაკადის სიჩქარე. თუ ასეთი მოწყობილობა აკუსტიკურად არის დაკავშირებული რეზონანსულ ჰაერის სვეტთან, მაშინ კიდეების ტონის სიხშირე "იპყრობილია" ჰაერის სვეტის რეზონანსული სიხშირით, ე.ი. მორევის წარმოქმნის სიხშირე განისაზღვრება ჰაერის სვეტით. ასეთ პირობებში ჰაერის სვეტის ძირითადი სიხშირე აღგზნებულია მხოლოდ მაშინ, როდესაც ჰაერის ნაკადის სიჩქარე აღემატება გარკვეულ მინიმალურ მნიშვნელობას. სიჩქარის გარკვეულ დიაპაზონში, რომელიც აღემატება ამ მნიშვნელობას, კიდეების ბგერის სიხშირე უდრის ამ ფუნდამენტურ სიხშირეს. ჰაერის ნაკადის კიდევ უფრო მაღალი სიჩქარით (იმ სიჩქარის მახლობლად, რომლის დროსაც კიდეების სიხშირე რეზონატორთან კომუნიკაციის არარსებობის შემთხვევაში უდრის რეზონატორის მეორე ჰარმონიას), კიდეების სიხშირე მკვეთრად გაორმაგდება და მთელი სისტემის მიერ გამოსხივებული სიმაღლე ბრუნდება. იყოს ოქტავაზე მაღალი. ამას ქვია გადინება.
კიდეების ტონები აღაგზნებს ჰაერის სვეტებს ისეთ ინსტრუმენტებში, როგორიცაა ორღანი, ფლეიტა და პიკოლო. ფლეიტაზე დაკვრისას შემსრულებელი აღაგზნებს კიდეების ტონებს, გვერდიდან ერთ-ერთ ბოლოსთან მდებარე გვერდითა ხვრელში აფეთქებით. ერთი ოქტავის ნოტები, დაწყებული „D“-დან და ზემოთ, მიიღება ლულის ეფექტური სიგრძის შეცვლით, გვერდითი ხვრელების გახსნით, ნაპირების ნორმალური ტონით. უმაღლესი ოქტავები გადაჭარბებულია.
ჩასაბერი საკრავის ხმის აღგზნების კიდევ ერთი გზა ემყარება ჰაერის ნაკადის პერიოდულ შეწყვეტას რხევადი ენით, რომელსაც ლერწამი ეწოდება, რადგან ის ლერწმისგან არის დამზადებული. ეს მეთოდი გამოიყენება სხვადასხვა ხის და სპილენძის ინსტრუმენტებში. არსებობს ვარიანტები ერთჯერადი ლერწმით (როგორც, მაგალითად, კლარნეტში, საქსოფონისა და აკორდეონის ტიპის ინსტრუმენტებში) და სიმეტრიული ორმაგი ლერწმით (როგორც, მაგალითად, ჰობოსა და ფაგოტში). ორივე შემთხვევაში რხევის პროცესი ერთნაირია: ჰაერი იფეთქება ვიწრო უფსკრულით, რომელშიც წნევა მცირდება ბერნულის კანონის შესაბამისად. ამავდროულად, ლერწამი ღრძილში იჭრება და ფარავს მას. დინების არარსებობის შემთხვევაში ელასტიური ლერწამი სწორდება და პროცესი მეორდება.
ჩასაბერ საკრავებში სასწორის ნოტების შერჩევა, ისევე როგორც ფლეიტაზე, ხორციელდება გვერდითი ხვრელების გახსნით და ზედმეტად.
მილისგან განსხვავებით, რომელიც ღიაა ორივე ბოლოში, რომელსაც აქვს ტონების სრული ნაკრები, მილს, რომელიც ღიაა მხოლოდ ერთ ბოლოზე, აქვს მხოლოდ უცნაური ჰარმონიები ( სმ. ზემოთ). ეს არის კლარნეტის კონფიგურაცია და ამიტომ მასში ჰარმონიებიც კი სუსტად არის გამოხატული. კლარნეტში გადატვირთვა ხდება მთავარზე 3-ჯერ მაღალი სიხშირით.
ჰობოეში მეორე ჰარმონია საკმაოდ ინტენსიურია. იგი განსხვავდება კლარნეტისგან იმით, რომ მის ნახვრეტს აქვს კონუსური ფორმა, ხოლო კლარნეტში ნახვრეტის კვეთა მუდმივია მისი სიგრძის უმეტეს ნაწილზე. კონუსურ ლულაში სიხშირეების გამოთვლა უფრო რთულია, ვიდრე ცილინდრულ მილში, მაგრამ ჯერ კიდევ არსებობს ზედმეტების სრული დიაპაზონი. ამ შემთხვევაში, კონუსური მილის რხევის სიხშირეები დახურული ვიწრო ბოლოთი იგივეა, რაც ცილინდრული მილის ორივე ბოლოში ღია.
სპილენძის ჩასაბერი ინსტრუმენტები.
სპილენძი, მათ შორის რქა, საყვირი, კორნეტ-დგუში, ტრომბონი, რქა და ტუბა, აღფრთოვანებულია ტუჩებით, რომელთა მოქმედება სპეციალურად ფორმის მუნდშტუკთან ერთად ორმაგი ლერწმის მოქმედების მსგავსია. ჰაერის წნევა ხმის აგზნების დროს აქ გაცილებით მაღალია, ვიდრე ხის ქარებში. სპილენძის ჩასაბერი ინსტრუმენტები, როგორც წესი, არის ლითონის ლულა ცილინდრული და კონუსური სექციებით, დამთავრებული ზარით. სექციები შეირჩევა ისე, რომ უზრუნველყოფილია ჰარმონიის სრული დიაპაზონი. ლულის მთლიანი სიგრძე მერყეობს 1,8 მ მილიდან 5,5 მ მილამდე. მილაკი ლოკოკინის ფორმისაა და არა აკუსტიკური მიზეზების გამო.
ლულის ფიქსირებული სიგრძით შემსრულებელს ხელთ აქვს მხოლოდ ლულის ბუნებრივი სიხშირეებით განსაზღვრული ნოტები (უფრო მეტიც, ფუნდამენტური სიხშირე ჩვეულებრივ „არ არის აღებული“), ხოლო უმაღლესი ჰარმონიები აღფრთოვანებულია მუნდშტუკში ჰაერის წნევის გაზრდით. . ამრიგად, მხოლოდ რამდენიმე ნოტის (მეორე, მესამე, მეოთხე, მეხუთე და მეექვსე ჰარმონია) დაკვრა შესაძლებელია ფიქსირებული სიგრძის ბაგელზე. სხვა სპილენძის ინსტრუმენტებზე, სიხშირეები, რომლებიც დევს ჰარმონიებს შორის, აღებულია ლულის სიგრძის ცვლილებით. ამ თვალსაზრისით უნიკალურია ტრომბონი, რომლის ლულის სიგრძე რეგულირდება ასაწევი U-ის ფორმის ფრთების გლუვი მოძრაობით. მთელი მასშტაბის ნოტების ჩამოთვლა მოცემულია ფრთების შვიდი განსხვავებული პოზიციით, ღეროს აღგზნებული ტონის ცვლილებით. სხვა სპილენძის ინსტრუმენტებში ეს მიიღწევა ლულის საერთო სიგრძის ეფექტურად გაზრდით სხვადასხვა სიგრძის სამი გვერდითი არხით და სხვადასხვა კომბინაციით. ეს იძლევა შვიდ სხვადასხვა ლულის სიგრძეს. როგორც ტრომბონის შემთხვევაში, მთელი მასშტაბის ნოტები იკვრება ამ შვიდი ღეროს სიგრძის შესაბამისი ოვერტონების სხვადასხვა სერიის აგზნებით.
ყველა სპილენძის საკრავის ტონები მდიდარია ჰარმონიით. ეს ძირითადად განპირობებულია ზარის არსებობით, რაც ზრდის ხმის გამოსხივების ეფექტურობას მაღალ სიხშირეებზე. საყვირი და საყვირი შექმნილია ჰარმონიის ბევრად უფრო ფართო დიაპაზონის დასაკრავად, ვიდრე ბაგლი. სოლო საყვირის ნაწილი ი.ბახის ნაწარმოებებში შეიცავს ბევრ პასაჟს სერიის მეოთხე ოქტავაში, რომელიც აღწევს ამ ინსტრუმენტის 21-ე ჰარმონიას.
დასარტყამი ინსტრუმენტები.
დასარტყამი ინსტრუმენტები ხმას გამოსცემს ინსტრუმენტის სხეულზე დარტყმით და ამით მისი თავისუფალი ვიბრაციების აღგზნებით. ფორტეპიანოდან, რომელშიც ვიბრაციაც აღგზნებულია დარტყმით, ასეთი ინსტრუმენტები განსხვავდება ორი მხრივ: ვიბრაციული სხეული არ იძლევა ჰარმონიულ ტონს და მას შეუძლია ასხივოს ხმა დამატებითი რეზონატორის გარეშე. დასარტყამი ინსტრუმენტები მოიცავს დასარტყამებს, ციმბალებს, ქსილოფონს და სამკუთხედს.
მყარი სხეულების რხევები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე იმავე ფორმის ჰაერის რეზონატორის, ვინაიდან მყარ სხეულებში რხევების უფრო მეტი სახეობაა. ამრიგად, შეკუმშვის, მოხრისა და ტორსიის ტალღები შეიძლება გავრცელდეს ლითონის ღეროზე. აქედან გამომდინარე, ცილინდრულ ღეროს აქვს მრავალი მეტი ვიბრაციის რეჟიმი და, შესაბამისად, რეზონანსული სიხშირე, ვიდრე ცილინდრული ჰაერის სვეტი. გარდა ამისა, ეს რეზონანსული სიხშირეები არ ქმნიან ჰარმონიულ სერიას. ქსილოფონი იყენებს მყარი ზოლების მოსახვევ ვიბრაციას. ვიბრაციული ქსილოფონის ზოლის ზეტონის შეფარდება ფუნდამენტურ სიხშირესთან არის: 2.76, 5.4, 8.9 და 13.3.
სარეკლამო ჩანგალი არის რხევადი მოხრილი ღერო და მისი ძირითადი ტიპის რხევა ხდება მაშინ, როდესაც ორივე ხელი ერთდროულად უახლოვდება ერთმანეთს ან შორდება ერთმანეთს. ტუნინგ ჩანგლს არ აქვს ზედმეტად ჰარმონიული სერია და გამოიყენება მხოლოდ მისი ფუნდამენტური სიხშირე. მისი პირველი ტონის სიხშირე 6-ჯერ აღემატება ფუნდამენტურ სიხშირეს.
რხევადი მყარი სხეულის კიდევ ერთი მაგალითი, რომელიც წარმოქმნის მუსიკალურ ბგერებს, არის ზარი. ზარების ზომები შეიძლება იყოს განსხვავებული - პატარა ზარიდან მრავალტონიანი ეკლესიის ზარებამდე. რაც უფრო დიდია ზარი, მით უფრო დაბალია ის ხმები. ზარების ფორმამ და სხვა მახასიათებლებმა მრავალი ცვლილება განიცადა მათი მრავალსაუკუნოვანი ევოლუციის მსვლელობისას. ძალიან ცოტა საწარმოა დაკავებული მათი დამზადებით, რაც დიდ უნარს მოითხოვს.
ზარის საწყისი ტონალური სერია არ არის ჰარმონიული და ოვერტონის კოეფიციენტები არ არის იგივე სხვადასხვა ზარებისთვის. ასე, მაგალითად, ერთი დიდი ზარისთვის, ოვერტონული სიხშირეების გაზომილი შეფარდება ფუნდამენტურ სიხშირესთან იყო 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97 და 5.33. მაგრამ ენერგიის განაწილება ტონებზე სწრაფად იცვლება ზარის დარტყმისთანავე და ზარის ფორმა, როგორც ჩანს, ისეა შერჩეული, რომ დომინანტური სიხშირეები ერთმანეთთან დაახლოებით ჰარმონიულად იყოს დაკავშირებული. ზარის სიმაღლე განისაზღვრება არა ფუნდამენტური სიხშირით, არამედ ნოტით, რომელიც დომინანტურია დარტყმისთანავე. იგი დაახლოებით შეესაბამება ზარის მეხუთე ტონს. გარკვეული პერიოდის შემდეგ ზარის ხმაში ქვედა ტონები ჭარბობს.
დოლში ვიბრაციული ელემენტია ტყავის მემბრანა, ჩვეულებრივ მრგვალი, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს დაჭიმული სიმის ორგანზომილებიან ანალოგად. მუსიკაში დრამი არ არის ისეთი მნიშვნელოვანი, როგორც სიმებიანი, რადგან მისი ბუნებრივი სიხშირეების ნაკრები არ არის ჰარმონიული. გამონაკლისს წარმოადგენს ტიმპანი, რომლის გარსი გადაჭიმულია ჰაერის რეზონატორზე. დრამის ოვერტონის თანმიმდევრობა შეიძლება იყოს ჰარმონიული თავის სისქის შეცვლით რადიალური მიმართულებით. ასეთი დოლის მაგალითია ტაბლაგამოიყენება კლასიკურ ინდურ მუსიკაში.
მსგავსი სტატიები
-
ინგლისური - საათი, დრო
ყველას, ვისაც აინტერესებს ინგლისური ენის შესწავლა, მოუწია უცნაურ აღნიშვნებს გვ. მ. და ა. მ , და საერთოდ, სადაც დროა ნახსენები, რატომღაც მხოლოდ 12 საათიანი ფორმატი გამოიყენება. ალბათ ჩვენთვის მცხოვრები...
-
"ალქიმია ქაღალდზე": რეცეპტები
Doodle Alchemy ან Alchemy ქაღალდზე Android-ისთვის არის საინტერესო თავსატეხი ლამაზი გრაფიკით და ეფექტებით. ისწავლეთ როგორ ითამაშოთ ეს საოცარი თამაში და იპოვეთ ელემენტების კომბინაციები, რათა დაასრულოთ ალქიმია ქაღალდზე. Თამაში...
-
თამაშის ავარია Batman: Arkham City?
თუ თქვენ წინაშე აღმოჩნდებით, რომ Batman: Arkham City ანელებს, ავარია, Batman: Arkham City არ დაიწყება, Batman: Arkham City არ დაინსტალირდება, არ არის კონტროლი Batman: Arkham City, არ არის ხმა, გამოდის შეცდომები. ზევით, ბეტმენში:...
-
როგორ მოვიშოროთ ადამიანი სათამაშო აპარატებიდან როგორ მოვიშოროთ ადამიანი აზარტული თამაშებისგან
მოსკოვის Rehab Family კლინიკის ფსიქოთერაპევტთან და აზარტულ თამაშებზე დამოკიდებულების მკურნალობის სპეციალისტთან რომან გერასიმოვთან ერთად, რეიტინგის ბუკმეიკერებმა სპორტულ ფსონებში მოთამაშეს გზა გაუკვლიეს - დამოკიდებულების ჩამოყალიბებიდან ექიმთან ვიზიტამდე,...
-
Rebuses გასართობი თავსატეხები თავსატეხები გამოცანები
თამაში "RIDDLES Charades Rebuses": პასუხი განყოფილებაში "RIDDLES" დონე 1 და 2 ● არც თაგვი, არც ჩიტი - ის ხარობს ტყეში, ცხოვრობს ხეებზე და ღრღნის თხილს. ● სამი თვალი - სამი ბრძანება, წითელი - ყველაზე საშიში. დონე 3 და 4 ● ორი ანტენა თითო...
-
შხამისთვის თანხების მიღების პირობები
რამდენი თანხა მიდის SBERBANK-ის ბარათის ანგარიშზე გადახდის ოპერაციების მნიშვნელოვანი პარამეტრებია სახსრების დაკრედიტების პირობები და ტარიფები. ეს კრიტერიუმები, პირველ რიგში, დამოკიდებულია თარგმანის არჩეულ მეთოდზე. რა პირობებია ანგარიშებს შორის თანხის გადარიცხვისთვის