ในการสร้างโทนเสียงดนตรีที่แตกต่างกันบนเครื่องดนตรีประเภทลม เช่น คลาริเน็ตที่แสดงในภาพ ผู้เล่นจะเริ่มเป่าเข้าไปในกระบอกเสียงและในขณะเดียวกันก็กดคันโยกวาล์วเพื่อเปิดรูบางรูที่ผนังด้านข้างของเครื่องดนตรี การเปิดรูจะทำให้นักดนตรีเปลี่ยนความยาวของคลื่นยืน โดยพิจารณาจากความยาวของเสาอากาศภายในเครื่องดนตรี และเพิ่มหรือลดระดับเสียง

เมื่อเล่นเครื่องดนตรีประเภทลม เช่น ทรัมเป็ตหรือทูบา นักดนตรีจะปิดกั้นพื้นที่การไหลของระฆังบางส่วนและปรับตำแหน่งของวาล์ว ซึ่งจะทำให้ความยาวของคอลัมน์อากาศเปลี่ยนไป

ในทรอมโบน คอลัมน์อากาศจะถูกปรับโดยการเลื่อนเข่าโค้งแบบเลื่อน รูบนผนังของเครื่องดนตรีประเภทลมที่ง่ายที่สุด เช่น ฟลุตและพิคโคโล จะถูกปิดด้วยนิ้วเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน

หนึ่งในการสร้างสรรค์ที่เก่าแก่ที่สุด

การออกแบบอันประณีตของคลาริเน็ตที่แสดงในภาพด้านบนมีต้นกำเนิดมาจากท่อไม้ไผ่หยาบและขลุ่ยดึกดำบรรพ์ ซึ่งถือเป็นเครื่องดนตรีชิ้นแรกๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้นในยามรุ่งอรุณแห่งอารยธรรม เครื่องดนตรีประเภทลมที่เก่าแก่ที่สุดมีอายุเก่าแก่กว่าเครื่องสายหลายพันปี กระดิ่งที่ปลายเปิดของคลาริเน็ตจะชดเชยปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกของคลื่นเสียงกับอากาศโดยรอบ

กกบางๆ ในกระบอกเสียงคลาริเน็ต (ภาพด้านบน) จะสั่นเมื่ออากาศไหลในแนวขวางรอบๆ การสั่นสะเทือนแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นอัดไปตามท่อเครื่องมือ

ท่อยืดไสลด์

ในทรอมโบน ข้อศอกแบบท่อโค้งแบบเลื่อน (รถไฟ) จะพอดีกับท่อหลักอย่างแน่นหนา การเคลื่อนย้ายรถไฟยืดไสลด์เข้าและออกจะเปลี่ยนความยาวของเสาอากาศและโทนเสียงของเสียงด้วย

เปลี่ยนโทนสีด้วยมือของคุณ

เมื่อปิดรูแล้ว คอลัมน์อากาศที่สั่นจะครอบครองความยาวทั้งหมดของท่อ ทำให้เกิดโทนเสียงที่ต่ำที่สุด

การเปิดทั้งสองรูจะทำให้เสาอากาศสั้นลงและสร้างระดับเสียงที่สูงขึ้น

การเปิดรูเพิ่มเติมจะทำให้เสาอากาศสั้นลงและเพิ่มโทนเสียงให้มากขึ้น

คลื่นนิ่งในท่อเปิด

ในท่อที่เปิดที่ปลายทั้งสองข้าง คลื่นนิ่งจะก่อตัวขึ้นเพื่อให้มีแอนติโนดที่ปลายแต่ละด้านของท่อ (พื้นที่ที่มีแอมพลิจูดของการแกว่งสูงสุด)

คลื่นนิ่งในท่อปิด

ในไปป์ที่มีปลายปิดด้านหนึ่ง คลื่นนิ่งจะถูกสร้างขึ้นเพื่อให้มีโหนดที่ปลายปิด (ส่วนที่มีแอมพลิจูดของการแกว่งเป็นศูนย์) และที่ปลายเปิดจะมีแอนติโนด

18 กุมภาพันธ์ 2559

โลกแห่งความบันเทิงภายในบ้านมีความหลากหลายมาก เช่น การชมภาพยนตร์ในระบบโฮมเธียเตอร์ที่ดี การเล่นเกมที่น่าตื่นเต้นและน่าตื่นเต้นหรือฟังเพลง ตามกฎแล้วทุกคนจะพบบางสิ่งของตนเองในพื้นที่นี้หรือรวมทุกอย่างเข้าด้วยกันในคราวเดียว แต่ไม่ว่าเป้าหมายของบุคคลในการจัดเวลาว่างและไม่ว่าพวกเขาจะไปสุดขั้วใดก็ตามลิงก์เหล่านี้เชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาด้วยคำเดียวที่เรียบง่ายและเข้าใจได้ - "เสียง" อันที่จริง ในกรณีทั้งหมดข้างต้น เราจะถูกชักจูงด้วยมือด้วยเสียง แต่คำถามนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายและไม่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการให้ได้เสียงคุณภาพสูงในห้องหรือในสภาวะอื่น ๆ ในการทำเช่นนี้ไม่จำเป็นต้องซื้อส่วนประกอบ hi-fi หรือ hi-end ราคาแพงเสมอไป (แม้ว่าจะมีประโยชน์มากก็ตาม) แต่ความรู้ที่ดีเกี่ยวกับทฤษฎีทางกายภาพก็เพียงพอแล้วซึ่งสามารถขจัดปัญหาส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นกับใครก็ได้ ผู้มุ่งมั่นเพื่อให้ได้เสียงพากย์คุณภาพสูง

ต่อไปจะพิจารณาทฤษฎีเสียงและเสียงจากมุมมองของฟิสิกส์ ในกรณีนี้ ฉันจะพยายามทำให้สิ่งนี้เข้าถึงได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับความเข้าใจของบุคคลใดก็ตามที่อาจห่างไกลจากการรู้กฎหรือสูตรทางกายภาพ แต่ถึงกระนั้นก็ยังมีความฝันอันแรงกล้าที่จะบรรลุความฝันในการสร้างระบบเสียงที่สมบูรณ์แบบ ฉันไม่คิดว่าเพื่อที่จะบรรลุผลลัพธ์ที่ดีในพื้นที่นี้ที่บ้าน (หรือในรถยนต์เป็นต้น) คุณจำเป็นต้องรู้ทฤษฎีเหล่านี้อย่างถี่ถ้วน แต่การทำความเข้าใจพื้นฐานจะช่วยให้คุณสามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่โง่เขลาและไร้สาระมากมาย และยังช่วยให้คุณได้เอฟเฟกต์เสียงสูงสุดจากระบบทุกระดับอีกด้วย

ทฤษฎีทั่วไปของคำศัพท์ทางเสียงและดนตรี

มันคืออะไร เสียง- นี่คือความรู้สึกที่อวัยวะรับเสียงรับรู้ "หู"(ปรากฏการณ์นี้ดำรงอยู่โดยปราศจากการมีส่วนร่วมของ "หู" ในกระบวนการ แต่จะเข้าใจได้ง่ายกว่า) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแก้วหูตื่นเต้นด้วยคลื่นเสียง หูในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็น "ตัวรับ" คลื่นเสียงความถี่ต่างๆ
คลื่นเสียงโดยพื้นฐานแล้วมันคือชุดของการบดอัดและการปล่อยตัวกลางตามลำดับ (ส่วนใหญ่มักจะเป็นตัวกลางอากาศภายใต้สภาวะปกติ) ของความถี่ต่างๆ ธรรมชาติของคลื่นเสียงมีการสั่น เกิดขึ้นและเกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุใดๆ การเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของคลื่นเสียงคลาสสิกเกิดขึ้นได้ในสื่อยืดหยุ่น 3 ชนิด ได้แก่ ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เมื่อคลื่นเสียงเกิดขึ้นในพื้นที่ประเภทใดประเภทหนึ่งเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงบางอย่างจะเกิดขึ้นในตัวกลางอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เช่น การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นหรือความดันอากาศ การเคลื่อนที่ของอนุภาคมวลอากาศ เป็นต้น

เนื่องจากคลื่นเสียงมีลักษณะการสั่น จึงมีลักษณะเฉพาะ เช่น ความถี่ ความถี่วัดเป็นเฮิรตซ์ (เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์) และแสดงถึงจำนวนการสั่นในช่วงเวลาหนึ่งเท่ากับหนึ่งวินาที เหล่านั้น. ตัวอย่างเช่น ความถี่ 20 Hz หมายถึงรอบการสั่น 20 ครั้งในหนึ่งวินาที แนวคิดส่วนตัวเกี่ยวกับความสูงยังขึ้นอยู่กับความถี่ของเสียงด้วย ยิ่งเสียงสั่นสะเทือนต่อวินาทีมากเท่าไร เสียงก็จะยิ่ง “สูงขึ้น” เท่านั้น คลื่นเสียงก็มีอีกอย่างหนึ่ง ลักษณะที่สำคัญที่สุดซึ่งมีชื่อเรียกว่า - ความยาวคลื่น ความยาวคลื่นเป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาระยะทางที่เสียงความถี่หนึ่งเดินทางในช่วงเวลาหนึ่งเท่ากับหนึ่งวินาที ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นของเสียงต่ำสุดในช่วงการได้ยินของมนุษย์ที่ 20 Hz คือ 16.5 เมตร และความยาวคลื่นของเสียงสูงสุดที่ 20,000 Hz คือ 1.7 เซนติเมตร

หูของมนุษย์ถูกออกแบบให้สามารถรับรู้คลื่นได้เฉพาะในช่วงที่จำกัด คือประมาณ 20 Hz - 20,000 Hz (ขึ้นอยู่กับลักษณะของบุคคลใดบุคคลหนึ่ง บ้างอาจได้ยินมากขึ้นบ้าง ได้ยินน้อยลงบ้าง) . ดังนั้น นี่ไม่ได้หมายความว่าไม่มีเสียงที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าความถี่เหล่านี้ เพียงแต่หูของมนุษย์ไม่รับรู้เท่านั้น และอยู่นอกเหนือขอบเขตการได้ยิน เสียงที่อยู่เหนือขอบเขตเสียงเรียกว่า อัลตราซาวนด์เรียกว่าเสียงที่ต่ำกว่าช่วงที่ได้ยิน อินฟาเรด- สัตว์บางชนิดสามารถรับรู้เสียงอัลตราโซนิกและอินฟาเรดได้ บางตัวถึงกับใช้ช่วงนี้เพื่อกำหนดทิศทางในอวกาศ (ค้างคาว โลมา) หากเสียงผ่านตัวกลางที่ไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับอวัยวะการได้ยินของมนุษย์ เสียงดังกล่าวอาจไม่ได้ยินหรืออาจเบาลงอย่างมากในภายหลัง

ในคำศัพท์ทางดนตรีเกี่ยวกับเสียง มีการกำหนดที่สำคัญ เช่น อ็อกเทฟ โทนเสียง และโอเวอร์โทนของเสียง อ็อกเทฟหมายถึงช่วงเวลาที่อัตราส่วนความถี่ระหว่างเสียงคือ 1 ต่อ 2 อ็อกเทฟมักจะแยกแยะได้ด้วยหู ในขณะที่เสียงในช่วงนี้อาจคล้ายกันมาก อ็อกเทฟยังสามารถเรียกว่าเสียงที่สั่นสะเทือนมากเป็นสองเท่าของเสียงอื่นในช่วงเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ความถี่ 800 เฮิรตซ์นั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าอ็อกเทฟที่สูงกว่าที่ 400 เฮิรตซ์ และความถี่ที่ 400 เฮิรตซ์ก็จะเป็นอ็อกเทฟถัดไปของเสียงที่มีความถี่ 200 เฮิรตซ์ อ็อกเทฟจะประกอบด้วยโทนเสียงและโอเวอร์โทน หูของมนุษย์จะรับรู้การสั่นสะเทือนที่แปรผันได้ในคลื่นเสียงฮาร์มอนิกที่มีความถี่เท่ากัน โทนเสียงดนตรี- การสั่น ความถี่สูงสามารถตีความได้ว่าเป็นเสียงแหลมสูง การสั่นความถี่ต่ำเป็นเสียงแหลมต่ำ หูของมนุษย์สามารถแยกแยะเสียงได้อย่างชัดเจนด้วยความแตกต่างของโทนเสียงเดียว (ในช่วงสูงถึง 4,000 เฮิรตซ์) อย่างไรก็ตาม ดนตรีใช้โทนเสียงจำนวนน้อยมาก สิ่งนี้อธิบายได้จากการพิจารณาหลักการความสอดคล้องฮาร์มอนิกทุกอย่างเป็นไปตามหลักการของอ็อกเทฟ

ลองพิจารณาทฤษฎีโทนเสียงดนตรีโดยใช้ตัวอย่างการยืดสายในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง สตริงดังกล่าวจะถูก "ปรับ" ให้เป็นความถี่เฉพาะหนึ่ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงดึง เมื่อสายนี้สัมผัสกับบางสิ่งด้วยแรงเฉพาะอันหนึ่งซึ่งทำให้มันสั่นสะเทือน เราจะสังเกตโทนเสียงเฉพาะหนึ่งอย่างสม่ำเสมอ และเราจะได้ยินความถี่การปรับจูนที่ต้องการ เสียงนี้เรียกว่าเสียงพื้นฐาน ความถี่ของโน้ต "A" ของอ็อกเทฟแรกได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการว่าเป็นโทนเสียงพื้นฐานในสนามดนตรีซึ่งเท่ากับ 440 เฮิรตซ์ อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ เครื่องดนตรีไม่เคยสร้างโทนเสียงพื้นฐานที่บริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว โดยหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะมาพร้อมกับเสียงหวือหวา หวือหวา- ในที่นี้ เป็นการเหมาะสมที่จะระลึกถึงคำจำกัดความที่สำคัญของอะคูสติกทางดนตรี ซึ่งเป็นแนวคิดของเสียงต่ำ ทิมเบร- นี่คือคุณสมบัติ เสียงดนตรีซึ่งทำให้เครื่องดนตรีและเสียงมีความเฉพาะเจาะจงของเสียงที่เป็นเอกลักษณ์และเป็นที่จดจำได้ แม้ว่าจะเปรียบเทียบเสียงที่มีระดับเสียงและระดับเสียงเท่ากันก็ตาม เสียงต่ำของเครื่องดนตรีแต่ละชิ้นขึ้นอยู่กับการกระจายพลังงานเสียงระหว่างเสียงหวือหวาในขณะที่เสียงปรากฏขึ้น

เสียงโอเวอร์โทนจะสร้างสีเฉพาะของโทนสีพื้นฐาน ซึ่งเราสามารถระบุและจดจำเครื่องดนตรีชนิดใดชนิดหนึ่งได้อย่างง่ายดาย รวมทั้งแยกแยะเสียงของมันจากเครื่องดนตรีอื่นได้อย่างชัดเจน โอเวอร์โทนมีสองประเภท: ฮาร์มอนิกและไม่ใช่ฮาร์มอนิก เสียงหวือหวาฮาร์มอนิกตามคำนิยามจะเป็นทวีคูณของความถี่พื้นฐาน ในทางตรงกันข้าม หากเสียงหวือหวาไม่ทวีคูณและเบี่ยงเบนไปจากค่าอย่างเห็นได้ชัด ก็จะถูกเรียก ไม่ฮาร์มอนิก- ในดนตรี ในทางปฏิบัติแล้ว การดำเนินการของโอเวอร์โทนหลายรายการจะไม่รวมอยู่ ดังนั้น คำนี้จึงถูกลดทอนลงเหลือแนวคิด "โอเวอร์โทน" ซึ่งหมายถึงฮาร์โมนิก สำหรับเครื่องดนตรีบางชนิด เช่น เปียโน โทนเสียงพื้นฐานไม่มีเวลาสร้างด้วยซ้ำ ในช่วงเวลาสั้นๆ พลังงานเสียงของโอเวอร์โทนจะเพิ่มขึ้น แล้วก็ลดลงอย่างรวดเร็วเช่นเดียวกัน เครื่องดนตรีหลายชนิดสร้างสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟ็กต์ "โทนการเปลี่ยนผ่าน" โดยที่พลังงานของเสียงหวือหวาบางอย่างจะสูงที่สุด ณ จุดใดเวลาหนึ่ง ซึ่งปกติจะอยู่ที่จุดเริ่มต้น แต่จะเปลี่ยนทันทีและเคลื่อนไปยังเสียงหวือหวาอื่นๆ ช่วงความถี่ของเครื่องดนตรีแต่ละชิ้นสามารถพิจารณาแยกกันได้ และโดยปกติจะจำกัดอยู่ที่ความถี่พื้นฐานที่เครื่องดนตรีนั้นๆ สามารถผลิตได้

ในทฤษฎีเสียงก็มีแนวคิดเช่น NOISE เช่นกัน เสียงรบกวน- นี่คือเสียงใดๆ ที่สร้างขึ้นจากแหล่งต่างๆ ที่ไม่สอดคล้องกัน ใครๆ ก็คุ้นเคยกับเสียงใบไม้ที่ไหวตามแรงลม ฯลฯ

อะไรเป็นตัวกำหนดระดับเสียง?แน่นอนว่าปรากฏการณ์ดังกล่าวขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนโดยคลื่นเสียงโดยตรง ในการกำหนดตัวบ่งชี้เชิงปริมาณของความดัง มีแนวคิดคือ - ความเข้มของเสียง ความเข้มของเสียงหมายถึง การไหลของพลังงานที่ไหลผ่านพื้นที่บางพื้นที่ (เช่น cm2) ต่อหน่วยเวลา (เช่น ต่อวินาที) ในระหว่างการสนทนาปกติ ความเข้มจะอยู่ที่ประมาณ 9 หรือ 10 W/cm2 หูของมนุษย์สามารถรับรู้เสียงในช่วงความไวที่ค่อนข้างกว้าง ในขณะที่ความไวของความถี่จะต่างกันภายในสเปกตรัมเสียง นี่คือวิธีที่ช่วงความถี่ 1,000 Hz - 4000 Hz ซึ่งครอบคลุมคำพูดของมนุษย์อย่างกว้างขวางที่สุดจะรับรู้ได้ดีที่สุด

เนื่องจากความเข้มของเสียงแตกต่างกันอย่างมาก จึงสะดวกกว่าที่จะคิดว่ามันเป็นปริมาณลอการิทึมและวัดเป็นเดซิเบล (ตามชื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อต อเล็กซานเดอร์ เกรแฮม เบลล์) เกณฑ์ขั้นต่ำของความไวในการได้ยินของหูมนุษย์คือ 0 dB เกณฑ์ด้านบนคือ 120 dB หรือที่เรียกว่า "เกณฑ์ความเจ็บปวด" หูของมนุษย์จะรับรู้ขีดจำกัดสูงสุดของความไวด้วยเช่นกัน ซึ่งไม่เหมือนกัน แต่ขึ้นอยู่กับความถี่เฉพาะ เสียงความถี่ต่ำจะต้องมีความเข้มมากกว่าเสียงความถี่สูงมากเพื่อกระตุ้นให้เกิดความเจ็บปวด ตัวอย่างเช่น เกณฑ์ความเจ็บปวดที่ความถี่ต่ำ 31.5 เฮิรตซ์ เกิดขึ้นที่ระดับความเข้มของเสียง 135 เดซิเบล เมื่อที่ความถี่ 2,000 เฮิรตซ์ ความรู้สึกเจ็บปวดจะปรากฏที่ 112 เดซิเบล นอกจากนี้ยังมีแนวคิดเรื่องความดันเสียง ซึ่งจริงๆ แล้วขยายคำอธิบายปกติของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในอากาศ แรงดันเสียง- นี่คือแรงดันส่วนเกินแบบแปรผันที่เกิดขึ้นในตัวกลางยืดหยุ่นอันเป็นผลมาจากการส่งผ่านของคลื่นเสียงผ่านมัน

ลักษณะของคลื่นเสียง

เพื่อให้เข้าใจระบบการสร้างคลื่นเสียงได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงลำโพงคลาสสิกที่อยู่ในท่อที่เต็มไปด้วยอากาศ หากลำโพงเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว อากาศในบริเวณใกล้กับดิฟฟิวเซอร์จะถูกบีบอัดชั่วขณะ จากนั้นอากาศจะขยายตัวและดันบริเวณอากาศอัดไปตามท่อ
การเคลื่อนไหวของคลื่นนี้จะกลายเป็นเสียงเมื่อไปถึงอวัยวะรับเสียงและ "กระตุ้น" แก้วหู เมื่อคลื่นเสียงเกิดขึ้นในก๊าซ ความดันส่วนเกินและความหนาแน่นส่วนเกินจะถูกสร้างขึ้น และอนุภาคจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เกี่ยวกับคลื่นเสียง สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าสสารไม่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับคลื่นเสียง แต่จะมีการรบกวนมวลอากาศเพียงชั่วคราวเท่านั้น

หากเราจินตนาการถึงลูกสูบที่แขวนอยู่ในที่ว่างบนสปริงและทำการเคลื่อนไหวซ้ำ ๆ "ไปมา" การแกว่งดังกล่าวจะเรียกว่าฮาร์มอนิกหรือไซนูซอยด์ (ถ้าเราจินตนาการถึงคลื่นเป็นกราฟ ในกรณีนี้ เราจะได้ค่าที่บริสุทธิ์ ไซนัสอยด์ที่มีการลดลงและเพิ่มขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก) หากเราจินตนาการว่าลำโพงอยู่ในท่อ (ดังตัวอย่างที่อธิบายไว้ข้างต้น) ทำการสั่นแบบฮาร์มอนิก จากนั้นในขณะที่ลำโพงเคลื่อนที่ "ไปข้างหน้า" ก็จะได้ผลลัพธ์ที่ทราบกันดีของการบีบอัดอากาศ และเมื่อลำโพงเคลื่อนที่ "ถอยหลัง" ผลตรงกันข้ามของการหายากเกิดขึ้น ในกรณีนี้ คลื่นของการสลับการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์จะแพร่กระจายผ่านท่อ จะมีการเรียกระยะทางตามท่อระหว่างจุดสูงสุดหรือต่ำสุด (เฟส) ที่อยู่ติดกัน ความยาวคลื่น- หากอนุภาคแกว่งขนานกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นนั้นจะถูกเรียก ตามยาว- หากพวกมันแกว่งตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นก็จะถูกเรียก ขวาง- โดยทั่วไปแล้ว คลื่นเสียงในก๊าซและของเหลวจะเป็นคลื่นตามยาว แต่ในของแข็ง คลื่นทั้งสองประเภทสามารถเกิดขึ้นได้ คลื่นตามขวางในของแข็งเกิดขึ้นเนื่องจากการต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างคลื่นทั้งสองประเภทนี้ก็คือ คลื่นตามขวางมีคุณสมบัติของโพลาไรเซชัน (การแกว่งเกิดขึ้นในระนาบใดระนาบหนึ่ง) ในขณะที่คลื่นตามยาวไม่มีคุณสมบัติดังกล่าว

ความเร็วของเสียง

ความเร็วของเสียงโดยตรงขึ้นอยู่กับลักษณะของสื่อที่มันแพร่กระจาย ถูกกำหนด (ขึ้นอยู่กับ) ด้วยคุณสมบัติสองประการของตัวกลาง: ความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของวัสดุ ความเร็วของเสียงในของแข็งขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุและคุณสมบัติของมันโดยตรง ความเร็วในตัวกลางที่เป็นก๊าซขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนรูปของตัวกลางเพียงประเภทเดียวเท่านั้น: การบีบอัด-การทำให้หายาก การเปลี่ยนแปลงความดันในคลื่นเสียงเกิดขึ้นโดยไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอนุภาครอบๆ และเรียกว่าอะเดียแบติก
ความเร็วของเสียงในก๊าซขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นหลัก โดยจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง นอกจากนี้ความเร็วของเสียงในตัวกลางที่เป็นก๊าซยังขึ้นอยู่กับขนาดและมวลของโมเลกุลของก๊าซด้วย - ยิ่งมวลและขนาดของอนุภาคเล็กลงเท่าใด "การนำไฟฟ้า" ของคลื่นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

ในสื่อของเหลวและของแข็ง หลักการแพร่กระจายและความเร็วของเสียงจะคล้ายคลึงกับวิธีที่คลื่นแพร่กระจายในอากาศ โดยการบีบอัดและปล่อยประจุ แต่ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ นอกเหนือจากการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแล้ว ความหนาแน่นของตัวกลางและองค์ประกอบ/โครงสร้างของตัวกลางก็ค่อนข้างสำคัญ ยิ่งความหนาแน่นของสสารต่ำ ความเร็วของเสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นและในทางกลับกัน การพึ่งพาองค์ประกอบของตัวกลางมีความซับซ้อนมากขึ้นและถูกกำหนดในแต่ละกรณีโดยเฉพาะ โดยคำนึงถึงตำแหน่งและอันตรกิริยาของโมเลกุล/อะตอม

ความเร็วเสียงในอากาศที่ t °C 20: 343 m/s
ความเร็วเสียงในน้ำกลั่นที่ t °C 20: 1481 m/s
ความเร็วเสียงในเหล็กที่ t °C 20: 5000 m/s

คลื่นนิ่งและการรบกวน

เมื่อลำโพงสร้างคลื่นเสียงในพื้นที่จำกัด ผลกระทบของคลื่นที่สะท้อนจากขอบเขตจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ด้วยเหตุนี้สิ่งนี้จึงมักเกิดขึ้นบ่อยที่สุด ผลการรบกวน- เมื่อคลื่นเสียงตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไปซ้อนทับกัน กรณีพิเศษของปรากฏการณ์การรบกวนคือการก่อตัวของ: 1) คลื่นตี หรือ 2) คลื่นนิ่ง คลื่นเต้น- เป็นกรณีที่เกิดการเพิ่มคลื่นที่มีความถี่และแอมพลิจูดใกล้เคียงกัน ภาพการเกิดจังหวะ: เมื่อคลื่นสองลูกที่มีความถี่ใกล้เคียงกันซ้อนทับกัน ในบางช่วงเวลา ด้วยการทับซ้อนกัน จุดสูงสุดของแอมพลิจูดอาจตรงกัน "ในระยะ" และการลดลงก็อาจเกิดขึ้นพร้อมกันใน "แอนติเฟส" นี่คือลักษณะการเต้นของเสียงอย่างแท้จริง สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่า ไม่เหมือนกับคลื่นนิ่งตรงที่ความบังเอิญของจุดสูงสุดไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง เมื่อมองทางหู รูปแบบจังหวะนี้จะแยกแยะได้ค่อนข้างชัดเจน และจะได้ยินเป็นระดับเสียงที่เพิ่มขึ้นและลดลงเป็นระยะๆ ตามลำดับ กลไกที่ทำให้เกิดผลกระทบนี้ง่ายมาก: เมื่อยอดเขาตรงกัน ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น และเมื่อหุบเขาตรงกัน ปริมาตรจะลดลง

คลื่นนิ่งเกิดขึ้นในกรณีของการซ้อนทับกันของคลื่นสองลูกที่มีแอมพลิจูด เฟส และความถี่เท่ากัน เมื่อคลื่นดังกล่าว "มาบรรจบกัน" คลื่นหนึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางไปข้างหน้าและอีกคลื่นหนึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ในพื้นที่ของอวกาศ (ที่เกิดคลื่นนิ่ง) รูปภาพของการทับซ้อนของแอมพลิจูดความถี่สองอันจะปรากฏขึ้นโดยมีการสลับค่าสูงสุด (ที่เรียกว่าแอนติโนด) และมินิมา (ที่เรียกว่าโหนด) เมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้น ความถี่ เฟส และค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนของคลื่น ณ จุดสะท้อนมีความสำคัญอย่างยิ่ง ต่างจากคลื่นเคลื่อนที่ตรงที่ไม่มีการถ่ายเทพลังงานในคลื่นนิ่ง เนื่องจากคลื่นไปข้างหน้าและข้างหลังที่ก่อตัวเป็นคลื่นนี้จะถ่ายเทพลังงานในปริมาณที่เท่ากันทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้เข้าใจอย่างชัดเจนถึงการเกิดคลื่นนิ่ง ลองจินตนาการถึงตัวอย่างจากอะคูสติกภายในบ้าน สมมติว่าเรามีระบบลำโพงแบบตั้งพื้นในพื้นที่จำกัด (ห้อง) ทำให้พวกเขาเล่นเพลงด้วย จำนวนมากเบสลองเปลี่ยนตำแหน่งผู้ฟังในห้องดูครับ ดังนั้นผู้ฟังที่พบว่าตัวเองอยู่ในโซนต่ำสุด (ลบ) ของคลื่นนิ่งจะรู้สึกถึงเอฟเฟกต์ที่มีเสียงเบสน้อยมากและหากผู้ฟังพบว่าตัวเองอยู่ในโซนความถี่สูงสุด (บวก) ก็จะตรงกันข้าม ได้รับผลของการเพิ่มขึ้นอย่างมากในพื้นที่เสียงเบส ในกรณีนี้จะสังเกตผลกระทบในทุกอ็อกเทฟของความถี่พื้นฐาน ตัวอย่างเช่น หากความถี่พื้นฐานคือ 440 Hz ปรากฏการณ์ "การบวก" หรือ "การลบ" จะถูกสังเกตที่ความถี่ 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz เป็นต้น

ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์

ของแข็งส่วนใหญ่มีความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติ ผลกระทบนี้ค่อนข้างง่ายที่จะเข้าใจโดยใช้ตัวอย่างท่อธรรมดาที่เปิดเพียงปลายด้านเดียว ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่ลำโพงเชื่อมต่อกับปลายอีกด้านของไปป์ ซึ่งสามารถเล่นความถี่คงที่ได้ความถี่หนึ่ง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในภายหลัง ดังนั้นไปป์จึงมีความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเอง กล่าวง่ายๆ คือนี่คือความถี่ที่ไปป์ "สะท้อน" หรือสร้างเสียงของตัวเอง หากความถี่ของลำโพง (จากการปรับ) เกิดขึ้นพร้อมกับความถี่เรโซแนนซ์ของท่อ ก็จะเกิดผลของการเพิ่มระดับเสียงหลายครั้ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากลำโพงกระตุ้นการสั่นสะเทือนของคอลัมน์อากาศในท่อด้วยแอมพลิจูดที่มีนัยสำคัญ จนกระทั่งพบ "ความถี่เรโซแนนซ์" ที่เท่ากันและเกิดเอฟเฟกต์เพิ่มเติม ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้: ไปป์ในตัวอย่างนี้ "ช่วย" ผู้พูดโดยการสะท้อนที่ความถี่เฉพาะ ความพยายามของพวกเขาเพิ่มขึ้นและ "ผลลัพธ์" ในรูปแบบเสียงดังที่ได้ยิน จากตัวอย่างเครื่องดนตรี จะเห็นปรากฏการณ์นี้ได้ง่าย เนื่องจากการออกแบบเครื่องดนตรีส่วนใหญ่มีองค์ประกอบที่เรียกว่า เครื่องสะท้อนเสียง ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเดาว่าอะไรมีจุดประสงค์ในการเพิ่มความถี่หรือโทนเสียงดนตรี ตัวอย่างเช่น ตัวกีตาร์ที่มีตัวสะท้อนเสียงในรูปแบบของรูที่เข้าคู่กับระดับเสียง การออกแบบท่อฟลุต (และท่อทั้งหมดโดยทั่วไป) รูปร่างทรงกระบอกของตัวดรัมซึ่งเป็นตัวสะท้อนความถี่ที่แน่นอน

สเปกตรัมความถี่ของเสียงและการตอบสนองความถี่

เนื่องจากในทางปฏิบัติแล้วไม่มีคลื่นที่มีความถี่เท่ากันเลย จึงจำเป็นต้องแยกสเปกตรัมเสียงทั้งหมดของช่วงเสียงที่ได้ยินออกเป็นโอเวอร์โทนหรือฮาร์โมนิกส์ เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ มีกราฟที่แสดงการพึ่งพาพลังงานสัมพัทธ์ของการสั่นสะเทือนของเสียงต่อความถี่ กราฟนี้เรียกว่ากราฟสเปกตรัมความถี่เสียง สเปกตรัมความถี่ของเสียงมีสองประเภท: ไม่ต่อเนื่องและต่อเนื่อง แผนภูมิสเปกตรัมแบบแยกแสดงความถี่แต่ละความถี่โดยคั่นด้วยช่องว่าง สเปกตรัมต่อเนื่องประกอบด้วยความถี่เสียงทั้งหมดในคราวเดียว
ในกรณีของดนตรีหรืออะคูสติก กราฟปกติมักใช้บ่อยที่สุด ลักษณะแอมพลิจูด-ความถี่(เรียกย่อว่า “เอเอฟซี”) กราฟนี้แสดงการขึ้นต่อกันของแอมพลิจูดของการสั่นของเสียงต่อความถี่ตลอดสเปกตรัมความถี่ทั้งหมด (20 Hz - 20 kHz) เมื่อดูกราฟดังกล่าว จะง่ายต่อการเข้าใจ เช่น จุดแข็งหรือจุดอ่อนของลำโพงหรือระบบเสียงโดยรวม พื้นที่ที่ส่งออกพลังงานได้ดีที่สุด ความถี่ที่เพิ่มขึ้นและลดลง การลดทอน และยังติดตามความชันได้อีกด้วย ของการลดลง

การแพร่กระจายของคลื่นเสียง เฟส และแอนติเฟส

กระบวนการแพร่กระจายของคลื่นเสียงเกิดขึ้นในทุกทิศทางจากแหล่งกำเนิด ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้คือก้อนกรวดที่ถูกโยนลงไปในน้ำ
จากจุดที่หินตกลงมา คลื่นเริ่มแผ่กระจายไปทั่วผิวน้ำทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่ใช้ลำโพงในระดับเสียงที่กำหนด เช่น กล่องปิดซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงและเล่นสัญญาณดนตรีบางประเภท สังเกตได้ง่าย (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณใช้สัญญาณความถี่ต่ำที่ทรงพลัง เช่น ดรัมเบส) ว่าลำโพงมีการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว “ไปข้างหน้า” จากนั้นจึงเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วแบบเดียวกัน “ถอยหลัง” สิ่งที่ต้องทำความเข้าใจคือเมื่อผู้พูดก้าวไปข้างหน้า มันจะปล่อยคลื่นเสียงที่เราได้ยินในภายหลัง แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อผู้พูดถอยหลัง? และสิ่งที่ขัดแย้งกันคือสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้น ผู้พูดก็ส่งเสียงเดียวกัน เฉพาะในตัวอย่างของเราเท่านั้นที่แพร่กระจายภายในระดับเสียงของกล่องโดยไม่เกินขีดจำกัด (กล่องปิดอยู่) โดยทั่วไปในตัวอย่างข้างต้นเราสามารถสังเกตปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจได้ค่อนข้างมาก สิ่งที่สำคัญที่สุดคือแนวคิดของเฟส

คลื่นเสียงที่ผู้พูดอยู่ในระดับเสียงที่เปล่งออกมาในทิศทางของผู้ฟังจะ “อยู่ในเฟส” คลื่นย้อนกลับซึ่งเข้าไปในปริมาตรของกล่องจะเป็นแอนติเฟสตามลำดับ ยังคงเป็นเพียงการเข้าใจว่าแนวคิดเหล่านี้หมายถึงอะไร? เฟสสัญญาณ– นี่คือระดับความดันเสียง ณ เวลาปัจจุบัน ณ จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศ วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจเฟสคือการยกตัวอย่างการสร้างเนื้อหาทางดนตรีโดยระบบลำโพงในบ้านคู่สเตอริโอแบบตั้งพื้นแบบธรรมดา ลองนึกภาพว่ามีการติดตั้งลำโพงตั้งพื้นสองตัวในห้องและเล่น ในกรณีนี้ ระบบเสียงทั้งสองจะสร้างสัญญาณซิงโครนัสที่มีความดันเสียงที่เปลี่ยนแปลงได้ และความดันเสียงของลำโพงตัวหนึ่งจะถูกเพิ่มเข้ากับความดันเสียงของลำโพงอีกตัวหนึ่ง ผลกระทบที่คล้ายกันเกิดขึ้นเนื่องจากการซิงโครไนซ์การสร้างสัญญาณจากลำโพงซ้ายและขวาตามลำดับ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือยอดและรางของคลื่นที่ปล่อยออกมาจากลำโพงซ้ายและขวาเกิดขึ้นพร้อมกัน

ทีนี้ลองจินตนาการว่าแรงกดดันของเสียงยังคงเปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกัน (ยังไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลง) แต่ตอนนี้พวกมันอยู่ตรงข้ามกัน กรณีนี้อาจเกิดขึ้นได้หากคุณเชื่อมต่อระบบลำโพงหนึ่งตัวจากสองตัวในขั้วย้อนกลับ (สายเคเบิล "+" จากเครื่องขยายเสียงไปยังขั้วต่อ "-" ของระบบลำโพง และสายเคเบิล "-" จากเครื่องขยายเสียงไปยังขั้วต่อ "+" ของลำโพง ระบบลำโพง) ในกรณีนี้ สัญญาณตรงกันข้ามจะทำให้เกิดความแตกต่างของความดันซึ่งสามารถแสดงเป็นตัวเลขได้ดังนี้ ลำโพงด้านซ้ายจะสร้างความดัน “1 Pa” และลำโพงด้านขวาจะสร้างความดัน “ลบ 1 Pa” เป็นผลให้ระดับเสียงรวม ณ ตำแหน่งของผู้ฟังจะเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแอนติเฟส หากเราดูตัวอย่างโดยละเอียดเพื่อทำความเข้าใจ ปรากฎว่าผู้พูดสองคนที่เล่น "ในเฟส" สร้างพื้นที่การบดอัดอากาศและการแปรสภาพที่เหมือนกัน ดังนั้นจึงช่วยเหลือซึ่งกันและกันอย่างแท้จริง ในกรณีของแอนติเฟสในอุดมคติ พื้นที่ของช่องอากาศอัดที่สร้างขึ้นโดยลำโพงตัวหนึ่งจะมาพร้อมกับพื้นที่ของช่องอากาศที่หายากซึ่งสร้างโดยลำโพงตัวที่สอง ดูเหมือนปรากฏการณ์การยกเลิกคลื่นแบบซิงโครนัสร่วมกันโดยประมาณ จริงอยู่ ในทางปฏิบัติระดับเสียงไม่ได้ลดลงเหลือศูนย์ และเราจะได้ยินเสียงที่ผิดเพี้ยนและเบาลงอย่างมาก

วิธีที่เข้าถึงได้มากที่สุดในการอธิบายปรากฏการณ์นี้มีดังนี้: สัญญาณสองสัญญาณที่มีการแกว่ง (ความถี่) เท่ากัน แต่เปลี่ยนตามเวลา ด้วยเหตุนี้ จะสะดวกกว่าหากจินตนาการถึงปรากฏการณ์การกระจัดเหล่านี้โดยใช้ตัวอย่างของนาฬิกากลมธรรมดา ลองจินตนาการว่ามีนาฬิกาทรงกลมเหมือนกันหลายเรือนแขวนอยู่บนผนัง เมื่อเข็มวินาทีของนาฬิกาเรือนนี้เดินซิงโครนัสบนนาฬิกาเรือนหนึ่ง 30 วินาทีและอีก 30 วินาที นี่เป็นตัวอย่างสัญญาณที่อยู่ในเฟส หากเข็มวินาทีเคลื่อนที่โดยมีการเปลี่ยนเกียร์ แต่ความเร็วยังคงเท่าเดิม เช่น ในนาฬิกาเรือนหนึ่งคือ 30 วินาที และอีกเรือนหนึ่งคือ 24 วินาที นี่เป็นตัวอย่างคลาสสิกของการเปลี่ยนเฟส ในทำนองเดียวกัน เฟสจะถูกวัดเป็นองศา ภายในวงกลมเสมือน ในกรณีนี้เมื่อสัญญาณถูกเลื่อนสัมพันธ์กัน 180 องศา (ครึ่งคาบ) จะได้รับแอนติเฟสแบบคลาสสิก บ่อยครั้งในทางปฏิบัติ การเปลี่ยนเฟสเล็กน้อยเกิดขึ้น ซึ่งสามารถกำหนดเป็นองศาและกำจัดได้สำเร็จ

คลื่นมีลักษณะระนาบและเป็นทรงกลม หน้าคลื่นระนาบแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวเท่านั้น และแทบไม่พบในทางปฏิบัติ หน้าคลื่นทรงกลมเป็นคลื่นประเภทเรียบง่ายที่มีต้นกำเนิดจากจุดเดียวและเคลื่อนที่ไปทุกทิศทาง คลื่นเสียงมีคุณสมบัติ การเลี้ยวเบน, เช่น. ความสามารถในการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางและวัตถุ ระดับความโค้งงอขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความยาวคลื่นเสียงต่อขนาดของสิ่งกีดขวางหรือรู การเลี้ยวเบนยังเกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งกีดขวางในเส้นทางของเสียง ในกรณีนี้ เป็นไปได้สองสถานการณ์: 1) หากขนาดของสิ่งกีดขวางมีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นมาก เสียงก็จะถูกสะท้อนหรือดูดซับ (ขึ้นอยู่กับระดับการดูดซับของวัสดุ ความหนาของสิ่งกีดขวาง ฯลฯ ) และโซน "เงาอะคูสติก" จะเกิดขึ้นด้านหลังสิ่งกีดขวาง 2) หากขนาดของสิ่งกีดขวางเทียบได้กับความยาวคลื่นหรือน้อยกว่านั้น เสียงจะเกิดการหักเหไปบ้างในทุกทิศทาง หากคลื่นเสียงในขณะที่เคลื่อนที่ในตัวกลางตัวหนึ่งไปกระทบกับตัวกลางอีกตัวหนึ่ง (เช่น ตัวกลางอากาศที่มีตัวกลางที่เป็นของแข็ง) ก็สามารถเกิดขึ้นได้ 3 สถานการณ์: 1) คลื่นจะสะท้อนจากส่วนต่อประสาน 2) คลื่น สามารถผ่านเข้าไปในตัวกลางอื่นได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนทิศทาง 3) คลื่นสามารถผ่านไปยังตัวกลางอื่นโดยมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางที่ขอบเขต ซึ่งเรียกว่า "การหักเหของคลื่น"

อัตราส่วนของความดันส่วนเกินของคลื่นเสียงต่อความเร็วปริมาตรการสั่นเรียกว่าความต้านทานของคลื่น การพูด ด้วยคำพูดง่ายๆ, ความต้านทานคลื่นของตัวกลางเรียกได้ว่าสามารถดูดซับคลื่นเสียงหรือ “ต้านทาน” พวกมันได้ ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและการส่งผ่านขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของอิมพีแดนซ์คลื่นของสื่อทั้งสองโดยตรง ความต้านทานคลื่นในตัวกลางที่เป็นก๊าซจะต่ำกว่าในน้ำหรือของแข็งมาก ดังนั้นหากคลื่นเสียงในอากาศกระทบกับวัตถุแข็งหรือพื้นผิวน้ำลึก เสียงนั้นจะถูกสะท้อนจากพื้นผิวหรือถูกดูดซับไปในระดับสูง ขึ้นอยู่กับความหนาของพื้นผิว (น้ำหรือของแข็ง) ที่คลื่นเสียงที่ต้องการตกลงไป เมื่อความหนาของตัวกลางที่เป็นของแข็งหรือของเหลวต่ำ คลื่นเสียงจะ "ผ่าน" เกือบทั้งหมด และในทางกลับกัน เมื่อความหนาของตัวกลางมีขนาดใหญ่ คลื่นก็จะถูกสะท้อนบ่อยขึ้น ในกรณีของการสะท้อนของคลื่นเสียง กระบวนการนี้เกิดขึ้นตามกฎฟิสิกส์ที่รู้จักกันดี: “มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน” ในกรณีนี้ เมื่อคลื่นจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่ำกว่ากระทบกับขอบเขตที่มีตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้น การหักเหของแสง- ประกอบด้วยการโค้งงอ (การหักเห) ของคลื่นเสียงหลังจาก "พบ" สิ่งกีดขวางและจำเป็นต้องมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความเร็ว การหักเหของแสงยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลางที่เกิดการสะท้อนกลับด้วย

ในกระบวนการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในอวกาศ ความเข้มของคลื่นจะลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เราสามารถพูดได้ว่าคลื่นลดทอนลงและเสียงก็อ่อนลง ในทางปฏิบัติ การเผชิญกับผลกระทบที่คล้ายกันนั้นค่อนข้างง่าย เช่น หากคนสองคนยืนอยู่ในทุ่งในระยะใกล้ (หนึ่งเมตรหรือใกล้กว่านั้น) และเริ่มพูดอะไรต่อกัน หากคุณเพิ่มระยะห่างระหว่างบุคคลในเวลาต่อมา (หากพวกเขาเริ่มแยกตัวออกจากกัน) ระดับเสียงสนทนาที่เท่าเดิมจะได้ยินน้อยลงเรื่อยๆ ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงปรากฏการณ์ของการลดความเข้มของคลื่นเสียง ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? เหตุผลก็คือกระบวนการต่างๆ ของการแลกเปลี่ยนความร้อน ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล และการเสียดสีภายในของคลื่นเสียง ในทางปฏิบัติบ่อยครั้งพลังงานเสียงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในสื่อเผยแพร่เสียง 3 ชนิดใด ๆ และสามารถระบุได้ว่าเป็น การดูดซับคลื่นเสียง.

ความเข้มและระดับการดูดกลืนคลื่นเสียงขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ความดันและอุณหภูมิของตัวกลาง การดูดซับยังขึ้นอยู่กับความถี่เสียงจำเพาะด้วย เมื่อคลื่นเสียงแพร่กระจายผ่านของเหลวหรือก๊าซ จะเกิดแรงเสียดทานระหว่างอนุภาคต่างๆ ซึ่งเรียกว่าความหนืด จากผลของแรงเสียดทานในระดับโมเลกุล กระบวนการแปลงคลื่นจากเสียงเป็นความร้อนจึงเกิดขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งค่าการนำความร้อนของตัวกลางสูง ระดับการดูดกลืนคลื่นก็จะยิ่งต่ำลง การดูดซับเสียงในตัวกลางก๊าซยังขึ้นอยู่กับความดัน (ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไปตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับระดับน้ำทะเล) สำหรับการขึ้นอยู่กับระดับการดูดซับของความถี่ของเสียงโดยคำนึงถึงความหนืดและการนำความร้อนที่กล่าวมาข้างต้นยิ่งความถี่ของเสียงสูงเท่าใดการดูดซับเสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เช่น เมื่อใด อุณหภูมิปกติและความดันในอากาศ การดูดกลืนคลื่นที่มีความถี่ 5,000 เฮิรตซ์ เท่ากับ 3 เดซิเบล/กม. และการดูดกลืนคลื่นที่มีความถี่ 50,000 เฮิรตซ์ จะเป็น 300 เดซิเบล/ม.

ในสื่อที่เป็นของแข็ง การพึ่งพาข้างต้นทั้งหมด (การนำความร้อนและความหนืด) จะถูกเก็บรักษาไว้ แต่มีการเพิ่มเงื่อนไขอีกหลายข้อในนี้ มีความเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุแข็งซึ่งอาจแตกต่างออกไปโดยมีความไม่สม่ำเสมอในตัวมันเอง ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลแข็งภายในนี้ การดูดกลืนคลื่นเสียงในกรณีนี้อาจแตกต่างกัน และขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุเฉพาะ เมื่อเสียงผ่านวัตถุที่เป็นของแข็ง คลื่นจะผ่านการเปลี่ยนแปลงและการบิดเบือนหลายประการ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะนำไปสู่การกระจายและการดูดซับพลังงานเสียง ในระดับโมเลกุล ผลกระทบจากความคลาดเคลื่อนสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อคลื่นเสียงทำให้เกิดการกระจัดของระนาบอะตอม ซึ่งจากนั้นจะกลับสู่ตำแหน่งเดิม หรือการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อนนำไปสู่การชนกับความคลาดเคลื่อนที่ตั้งฉากกับพวกมันหรือข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกซึ่งทำให้เกิดการยับยั้งและเป็นผลให้มีการดูดซับคลื่นเสียงบางส่วน อย่างไรก็ตาม คลื่นเสียงยังสามารถสะท้อนกับข้อบกพร่องเหล่านี้ได้ ซึ่งจะนำไปสู่การบิดเบือนของคลื่นดั้งเดิม พลังงานของคลื่นเสียงในขณะที่มีปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบของโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุจะกระจายไปอันเป็นผลมาจากกระบวนการเสียดสีภายใน

ในบทความนี้ ฉันจะพยายามวิเคราะห์คุณลักษณะของการรับรู้การได้ยินของมนุษย์ รวมถึงรายละเอียดปลีกย่อยและคุณลักษณะบางประการของการแพร่กระจายเสียง

ในยุคที่ข้อมูลที่เข้าถึงได้ของเรา ผู้คนยังไม่หยุดเผยแพร่ข่าวลือและเรื่องเล่าปรัมปรา สิ่งนี้มาจากความเกียจคร้านของจิตใจและลักษณะนิสัยอื่นๆ ของแต่ละบุคคล

ขอให้เราระลึกว่าพลังงานลมถือเป็นภาคส่วนสำคัญของเศรษฐกิจโลกซึ่ง เป็นประจำทุกปีมีการลงทุนนับหมื่นล้านดอลลาร์ ดังนั้นแม้แต่พลเมืองที่เกียจคร้านก็สามารถสรุปได้ว่าคำถามที่เกิดขึ้นระหว่างการพัฒนาอุตสาหกรรมได้ถูกหยิบยกขึ้นมาและจัดการโดยใครบางคนที่ไหนสักแห่งแล้ว

เพื่อให้สาธารณชนเข้าถึงข้อมูลที่ถูกต้องได้ง่ายขึ้น เราจะสร้าง "คำแนะนำ" ที่นี่เพื่อแจกแจงความเชื่อผิด ๆ เกี่ยวกับอุตสาหกรรมนี้ ให้เราชี้แจงว่าเรากำลังพูดถึงพลังงานลมอุตสาหกรรมซึ่งมีเครื่องกำเนิดลมระดับเมกะวัตต์ขนาดใหญ่ทำงานอยู่ ต่างจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งโรงไฟฟ้าขนาดเล็กแบบกระจายรวมกันมีส่วนแบ่งการผลิตที่สำคัญ ฟาร์มกังหันลมขนาดเล็กถือเป็นพื้นที่เฉพาะ พลังงานลมคือพลังงานของเครื่องจักรขนาดใหญ่และกำลังการผลิต

วันนี้เราจะพิจารณาตำนานเกี่ยวกับอันตรายของพลังงานลมต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับเสียงที่ปล่อยออกมาและอินฟาเรด (คลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ำกว่าที่หูของมนุษย์รับรู้)

เรามาพิจารณาเรื่องนี้อย่างจริงจัง ความจริงก็คือโดยส่วนตัวแล้วฉันได้ยินเกี่ยวกับผลที่ตามมาอันเลวร้ายของอินฟราซาวด์ที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดลมจากสมาชิกที่เคารพนับถือของ Russian Academy of Sciences ซึ่งเป็นหัวหน้าสถาบัน Kurchatov ทั้งหมด (!), M.V.

เริ่มจากข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องกำเนิดลมเป็นเครื่องจักรที่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ รถที่เงียบสนิทนั้นหายาก ยิ่งไปกว่านั้น เสียงของกังหันลมไม่ได้ดังมากนักเมื่อเปรียบเทียบกับกังหันก๊าซหรืออุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าอื่นๆ ที่มีพลังงานเทียบเท่ากันซึ่งทำงานโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิง ดังที่คุณเห็นในภาพ เสียงของกังหันลมที่อยู่ติดกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรงนั้นไม่สูงไปกว่าเสียงของเครื่องตัดหญ้าที่ทำงานอยู่

แน่นอนว่าการอยู่ใต้กังหันลมขนาดใหญ่นั้นไม่เป็นที่พอใจและไม่ดีต่อสุขภาพ นอกจากนี้ยังมีเสียงดังและเป็นอันตรายต่อที่อยู่อาศัยอีกด้วย ทางรถไฟ, บนวงแหวนสวนมอสโก ฯลฯ

เพื่อป้องกันเสียงรบกวนจึงจำเป็นต้องสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานลมให้ห่างจากอาคารที่พักอาศัย ระยะนี้ควรเป็นเท่าใด? ไม่มีบรรทัดฐานสากลสากล เอกสารขององค์การอนามัยระหว่างประเทศไม่มีคำแนะนำพิเศษ อย่างไรก็ตาม มีเอกสารชื่อ "แนวทางปฏิบัติด้านเสียงตอนกลางคืนสำหรับยุโรป" ที่แนะนำระดับเสียงสูงสุดในเวลากลางคืน (40 เดซิเบล) ซึ่งนำมาพิจารณาด้วยเมื่อวางแผนโรงงานผลิตพลังงานลม ในสหราชอาณาจักร เนื่องจากอุตสาหกรรมพลังงานลมมีการพัฒนาแล้ว ไม่มีกฎเกณฑ์ที่กำหนดระยะห่างระหว่างโรงไฟฟ้าพลังงานลมและอาคารที่พักอาศัย (อยู่ระหว่างการพิจารณาร่างกฎหมาย) ในรัฐบาเดน-เวือร์ทเทมแบร์กของสหพันธรัฐเยอรมนี ระยะทางขั้นต่ำจากอาคารที่อยู่อาศัยกำหนดไว้ที่ 700 เมตร และดำเนินการคำนวณสำหรับแต่ละโครงการโดยเฉพาะโดยคำนึงถึง ระดับที่อนุญาตเสียงรบกวนในเวลากลางคืน (สูงสุด 35-40 dB ขึ้นอยู่กับประเภทการพัฒนาที่อยู่อาศัย)…

มาดูอินฟราซาวด์กันดีกว่า

ก่อนอื่น มาดู "ระดับแสงใต้เสียงใกล้ฟาร์มกังหันลมและพื้นที่อื่น ๆ" ของออสเตรเลียจำนวน 70 หน้าพร้อมผลการวัด การวัดดังกล่าวไม่ได้ดำเนินการโดยใครก็ได้ แต่ดำเนินการโดยบริษัทเฉพาะทางอย่าง Resonate Acoustics ซึ่งมีส่วนร่วมในการวิจัยเกี่ยวกับเสียง และได้รับมอบหมายจากกระทรวงคุ้มครองสิ่งแวดล้อมของรัฐเซาท์ออสเตรเลีย สรุป: “ระดับอินฟราเรดในบ้านที่อยู่ใกล้กังหันลมที่ประเมินไม่สูงกว่าในพื้นที่เมืองและชนบทอื่นๆ และการมีส่วนร่วมของกังหันลมในการวัดระดับอินฟราเรดนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับระดับอินฟราเรดพื้นหลังในสิ่งแวดล้อม”

ตอนนี้เรามาดูโบรชัวร์ “ข้อเท็จจริง: พลังงานลมและอินฟราซาวด์” ซึ่งจัดพิมพ์โดยกระทรวงเศรษฐกิจ พลังงาน การขนส่ง และการพัฒนาดินแดนแห่งสหพันธรัฐเฮสส์ของเยอรมนี: “ไม่มี หลักฐานทางวิทยาศาสตร์คลื่นเสียงจากกังหันลมสามารถก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพได้หากสังเกตระยะทางขั้นต่ำที่กำหนดไว้ในเฮสส์” (1,000 ม. จากขอบเขตการตั้งถิ่นฐาน) “อินฟาเรดที่เล็ดลอดออกมาจากกังหันลมนั้นต่ำกว่าเกณฑ์การรับรู้ของมนุษย์”

ใน วารสารวิทยาศาสตร์ Frontiers in Public Health ตีพิมพ์เกี่ยวกับผลกระทบด้านสุขภาพของเสียงความถี่ต่ำและคลื่นเสียงความถี่ต่ำจากกังหันลม (“แนวทางปฏิบัติด้านเสียงที่ได้ยินเพื่อสุขภาพสำหรับคลื่นเสียงความถี่ต่ำและเสียงรบกวนความถี่ต่ำที่ผลิตโดยกังหันลม”) สรุป: เสียงความถี่ต่ำจะรู้สึกได้ในระยะไกลถึง 480 ม. เช่นเดียวกับเสียงของเครื่องกำเนิดโดยทั่วไป บรรทัดฐานและกฎเกณฑ์ปัจจุบันสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานลมสามารถปกป้องตัวรับเสียงที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างน่าเชื่อถือ รวมถึงเสียงความถี่ต่ำและอินฟาเรด

นอกจากนี้เรายังสามารถนำการศึกษาของกระทรวงสิ่งแวดล้อม สภาพภูมิอากาศ และพลังงานของบาเดน-เวือร์ทเทมแบร์ก “เสียงความถี่ต่ำและคลื่นเสียงความถี่ต่ำจากกังหันลมและแหล่งที่มาอื่นๆ”: “คลื่นเสียงความถี่ต่ำเกิดจากแหล่งธรรมชาติและอุตสาหกรรมจำนวนมาก สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมของเราในชีวิตประจำวันและแพร่หลาย... อินฟราซาวด์ที่ผลิตโดยกังหันลมนั้นต่ำกว่าขีดจำกัดการรับรู้ของมนุษย์มาก ไม่มีหลักฐานเชิงประจักษ์ที่แสดงถึงอันตรายในช่วงนี้"

กระทรวงสาธารณสุขของแคนาดาได้ทำการศึกษาขนาดใหญ่เรื่อง "เสียงรบกวนและสุขภาพของกังหันลม" ซึ่งหัวข้อหนึ่งเกี่ยวกับอินฟราซาวด์โดยเฉพาะ ไม่พบความน่าสะพรึงกลัว

นอกจากนี้ยังไม่สามารถค้นหาหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ร้ายแรงใด ๆ ที่ว่าเสียง (และอินฟาเรด) ของกังหันลมเป็นอันตรายต่อแมลงและสัตว์

มาสรุปกัน

เสียงจากเครื่องกำเนิดลมไม่ใช่ “มลพิษทางเสียงที่อันตรายอย่างยิ่ง” ใช่ อุปกรณ์ส่งเสียงดังเหมือนกับที่รถยนต์ทำ เพื่อไม่ให้ได้ยินเสียงรบกวนนี้ คุณจะต้องอยู่ห่างจากโรงไฟฟ้าพลังงานลมในระยะที่เหมาะสม ขอแนะนำให้ผู้บัญญัติกฎหมายกำหนดระยะทางเหล่านี้โดยคำนึงถึงการวัดแบบมืออาชีพ

มากมาย การวิจัยทางวิทยาศาสตร์พิสูจน์ว่าเสียงกังหันลมที่ต่ำมาก (อินฟาเรด) ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์หากรักษาระยะห่างที่เหมาะสม

นอกจากนี้ จะต้องคำนึงถึงด้วยว่าการวิจัยเป็นประจำยังคงดำเนินต่อไปทั่วโลกที่เกี่ยวข้องกับทุกแง่มุมของอุตสาหกรรมพลังงานลม รวมถึงประเด็นที่ละเอียดอ่อนของเสียงและอินฟราซาวด์ การวิจัยนี้ช่วยให้หน่วยงานกำกับดูแลปรับปรุงความปลอดภัยของโรงงานพลังงานลม และช่วยให้ผู้ผลิตสร้างเครื่องจักรที่ดีขึ้นและเงียบขึ้น

เราจะดูตำนานเกี่ยวกับพลังงานลมอื่น ๆ ในบทความหน้า

ความคิดเรื่องร้องเพลงน้ำเข้ามาในใจชาวญี่ปุ่นยุคกลางเมื่อหลายร้อยปีก่อนและมาถึงจุดสูงสุดในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 การติดตั้งดังกล่าวเรียกว่า "shuikinkutsu" ซึ่งแปลอย่างหลวม ๆ แปลว่า "พิณน้ำ":

ตามวิดีโอ ชูคินคุตสึเป็นภาชนะเปล่าขนาดใหญ่ มักจะติดตั้งบนพื้นบนฐานคอนกรีต ด้านบนของภาชนะจะมีรูซึ่งมีน้ำหยดเข้าไปด้านใน ท่อระบายน้ำถูกสอดเข้าไปในฐานคอนกรีตเพื่อระบายน้ำส่วนเกิน และตัวฐานนั้นมีความเว้าเล็กน้อยเพื่อให้มีแอ่งน้ำตื้นอยู่เสมอ เสียงของหยดน้ำสะท้อนจากผนังของตัวเรือ ทำให้เกิดเสียงสะท้อนตามธรรมชาติ (ดูภาพด้านล่าง)

Shuikinkutsu ในส่วนต่างๆ: ภาชนะกลวงบนฐานคอนกรีตเว้าที่ด้านบน ท่อระบายน้ำเพื่อระบายน้ำส่วนเกิน มีหินถมกลับ (กรวด) ที่ฐานและรอบๆ

Shuikinkutsu เป็นองค์ประกอบของการออกแบบสวนญี่ปุ่นและสวนหินตามจิตวิญญาณของเซน ในสมัยก่อนจะวางไว้ริมลำธารใกล้กับวัดพุทธและบ้านสำหรับพิธีชงชา เชื่อกันว่าหลังจากล้างมือก่อนพิธีชงชาและได้ยินเสียงมหัศจรรย์จากใต้ดิน คนๆ หนึ่งก็จะปรับอารมณ์ให้สูงขึ้น ชาวญี่ปุ่นยังคงเชื่อว่าชูกิงคุตสึที่ดีที่สุดและฟังดูบริสุทธิ์ที่สุดควรทำจากหินแข็ง แม้ว่าในปัจจุบันนี้จะไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้ก็ตาม
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ศิลปะในการสร้างชูอิคินคุสึเกือบจะสูญหายไป มีเพียงชูอิคินคุสึเพียงไม่กี่ชิ้นที่หลงเหลืออยู่ทั่วญี่ปุ่น แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความสนใจในตัวสิ่งเหล่านั้นเพิ่มขึ้นอย่างมาก ปัจจุบันทำจากวัสดุที่มีราคาไม่แพงมาก ส่วนใหญ่มักมาจากภาชนะเซรามิกหรือโลหะ ขนาดที่เหมาะสม- ลักษณะเฉพาะของเสียงของชูอิคินคุตสึคือนอกเหนือจากโทนเสียงหลักของการดรอปภายในคอนเทนเนอร์เนื่องจากการสั่นพ้องของผนังแล้ว ความถี่เพิ่มเติม (ฮาร์โมนิก) เกิดขึ้นทั้งด้านบนและด้านล่างของโทนเสียงหลัก
ในสภาพท้องถิ่นของเรา คุณสามารถสร้างชูอิคินคุตสึได้หลายวิธี ไม่เพียงแต่จากภาชนะเซรามิกหรือโลหะเท่านั้น แต่ยังวางลงบนพื้นด้วยอิฐแดงโดยตรงตามแนว วิธีการทำอิกลูเอสกิโมหรือหล่อจากคอนกรีตตาม เทคโนโลยีการสร้างระฆัง– ตัวเลือกเหล่านี้จะฟังดูใกล้เคียงกับชูกิคินคุสึหินทั้งหมดมากที่สุด
ในรุ่นราคาประหยัดคุณสามารถใช้ท่อเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (630 มม., 720 มม.) ซึ่งปิดที่ปลายด้านบนด้วยฝาปิด (แผ่นโลหะหนา) พร้อมรูระบายน้ำ ฉันไม่แนะนำให้ใช้ภาชนะพลาสติก เนื่องจากพลาสติกดูดซับความถี่เสียงบางส่วน และใน shuikinkutsu คุณจะต้องสะท้อนแสงจากผนังให้ได้มากที่สุด
ข้อกำหนดเบื้องต้น:
1. ระบบทั้งหมดจะต้องถูกซ่อนไว้ใต้ดินอย่างสมบูรณ์
2. ฐานและการอุดรูจมูกด้านข้างต้องทำด้วยหิน (หินบด, กรวด, กรวด) - การเติมดินลงในรูจมูกจะทำให้คุณสมบัติการสะท้อนของภาชนะไร้ผล
มันมีเหตุผลที่จะสรุปอย่างนั้น สำคัญในการติดตั้งมีความสูงของเรือ - ความลึกที่แม่นยำยิ่งขึ้น: ยิ่งหยดน้ำเร่งความเร็วในการบินมากเท่าไร ผลกระทบที่ด้านล่างก็จะดังขึ้นเท่านั้น เสียงก็จะยิ่งน่าสนใจและเต็มอิ่มมากขึ้นเท่านั้น แต่ไม่จำเป็นต้องไปถึงจุดที่คลั่งไคล้และสร้างไซโลขีปนาวุธ - ความสูงของภาชนะ (ท่อโลหะ) ที่ 1.5-2.5 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางก็เพียงพอแล้ว โปรดทราบว่ายิ่งระดับเสียงของภาชนะกว้างขึ้น เสียงโทนหลักของชูกิงคุตสึก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
นักฟิสิกส์ โยชิโอะ วาตานาเบะ ได้ศึกษาคุณลักษณะของเสียงก้องของซุยคินคุตสึในห้องปฏิบัติการ โดยการศึกษาเรื่อง “การศึกษาเชิงวิเคราะห์ของกลไกทางเสียงของ “ซุยคินคุตสึ” มีให้อ่านอย่างเสรีบนอินเทอร์เน็ต สำหรับผู้อ่านที่พิถีพิถันที่สุด วาตานาเบะเสนอขนาดที่เหมาะสมที่สุดของชูคินคุตสึแบบดั้งเดิม: ภาชนะเซรามิกที่มีผนังหนา 2 ซม. รูปทรงระฆังหรือรูปลูกแพร์ ความสูงปล่อยอิสระ 30 ถึง 40 ซม. สูงสุด เส้นผ่านศูนย์กลางภายในประมาณ 35 ซม. แต่นักวิทยาศาสตร์อนุญาตให้มีขนาดและรูปร่างใดก็ได้
คุณสามารถทดลองและรับเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจได้หากคุณสร้างชูอิคินคุตสึเหมือนท่อภายในท่อ: ใส่ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า (630 มม.) และสูงน้อยกว่าเล็กน้อยในท่อเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า (เช่น 820 มม.) และตัดหลาย ๆ รูในผนังของท่อด้านในที่ความสูงต่างกันด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ซม. จากนั้นช่องว่างระหว่างท่อจะสร้างเสียงสะท้อนเพิ่มเติมและหากคุณโชคดีก็จะมีเสียงสะท้อน
ตัวเลือกที่มีน้ำหนักเบา: ในระหว่างการเทให้ใส่แผ่นโลหะหนาคู่หนึ่งที่มีความกว้าง 10-15 เซนติเมตรและสูงกว่าครึ่งหนึ่งของปริมาตรภายในของภาชนะในแนวตั้งและทำมุมเล็กน้อยลงในฐานคอนกรีต - สิ่งนี้จะเพิ่มพื้นที่ พื้นผิวด้านใน Shuikinkutsu การสะท้อนเสียงเพิ่มเติมจะเกิดขึ้น และเวลาของเสียงก้องจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามลำดับ
คุณสามารถปรับปรุงชูกิงคุตสึให้ทันสมัยยิ่งขึ้นไปอีก: หากคุณแขวนระฆังหรือแผ่นโลหะที่เลือกอย่างระมัดระวังไว้ที่ส่วนล่างของภาชนะตามแนวแกนของน้ำที่ตกลงมา คุณจะได้รับเสียงที่ไพเราะจากหยดที่กระทบกับมัน แต่โปรดจำไว้ว่าในกรณีนี้ แนวคิดของชูกิงคุตสึซึ่งก็คือการฟังดนตรีธรรมชาติของน้ำนั้นผิดเพี้ยนไป
ปัจจุบันในญี่ปุ่น ชูอิคินคุตสึไม่ได้แสดงเฉพาะในสวนสาธารณะเซนและทรัพย์สินส่วนตัวเท่านั้น แต่ยังแสดงในเมือง ในสำนักงาน และร้านอาหารด้วย ในการทำเช่นนี้ น้ำพุขนาดเล็กจะถูกติดตั้งไว้ใกล้กับชูกิงคุตสึ บางครั้งมีไมโครโฟนหนึ่งหรือสองตัวถูกวางไว้ภายในภาชนะ จากนั้นสัญญาณจะถูกขยายและส่งไปยังลำโพงที่ปลอมตัวอยู่ใกล้ๆ ผลลัพธ์จะมีลักษณะดังนี้:

เป็นตัวอย่างที่ดีให้ปฏิบัติตาม

ผู้ที่ชื่นชอบขนมชูกิงคุตสึได้เปิดตัวซีดีที่บันทึกเพลงชูกิคินคุตสึที่สร้างขึ้นในส่วนต่างๆ ของญี่ปุ่น
แนวคิดของ shuikinkutsu พบว่ามีการพัฒนาในอีกด้านหนึ่งของมหาสมุทรแปซิฟิก:

“ออร์แกนคลื่น” ของอเมริกานี้มีพื้นฐานมาจากท่อพลาสติกแบบยาวทั่วไป เมื่อติดตั้งขอบด้านหนึ่งที่ระดับคลื่นพอดี ท่อจะสะท้อนจากการเคลื่อนที่ของน้ำ และเนื่องจากการโค้งงอของท่อ จึงทำหน้าที่เป็นตัวกรองเสียงด้วย ตามประเพณีชูคินคุตสึ โครงสร้างทั้งหมดถูกซ่อนไว้ไม่ให้ใครเห็น การติดตั้งรวมอยู่ในไกด์นำเที่ยวแล้ว
อุปกรณ์อังกฤษตัวถัดไปก็ทำจากท่อพลาสติกเช่นกัน แต่ไม่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างเสียง แต่เพื่อเปลี่ยนสัญญาณที่มีอยู่
อุปกรณ์นี้เรียกว่า Organ of Corti และประกอบด้วยท่อพลาสติกกลวงหลายแถวที่ยึดในแนวตั้งระหว่างแผ่นสองแผ่น แถวของไปป์ทำหน้าที่เป็นตัวกรองเสียงธรรมชาติคล้ายกับที่ติดตั้งในซินธิไซเซอร์และ "อุปกรณ์" ของกีตาร์: คลื่นบางความถี่ถูกพลาสติกดูดกลืนไว้ ส่วนความถี่อื่นๆ จะสะท้อนและสะท้อนซ้ำๆ เป็นผลให้เสียงที่มาจากพื้นที่โดยรอบถูกเปลี่ยนแบบสุ่ม:

เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะวางอุปกรณ์ดังกล่าวไว้หน้าแอมป์กีตาร์หรือระบบลำโพงใดๆ และฟังว่าเสียงเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร แท้จริงแล้ว “...ทุกสิ่งรอบตัวล้วนแต่เป็นดนตรี หรือเขาสามารถเป็นหนึ่งเดียวกันได้ด้วยความช่วยเหลือจากไมโครโฟน” (จอห์น เคจ นักแต่งเพลงชาวอเมริกัน) …ฉันกำลังคิดที่จะสร้างชูอิคินคุสึในประเทศของฉันในฤดูร้อนนี้ ด้วยองคชาติ

เสียง คือ คลื่นเสียงที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของอนุภาคเล็กๆ ของอากาศ ก๊าซอื่นๆ และสื่อของเหลวและของแข็ง เสียงสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีสสาร ไม่ว่ามันจะอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มใดก็ตาม ในสภาวะสุญญากาศที่ไม่มีตัวกลาง เสียงจะไม่แพร่กระจาย เนื่องจากไม่มีอนุภาคที่ทำหน้าที่เป็นตัวกระจายคลื่นเสียง ตัวอย่างเช่นในอวกาศ เสียงสามารถดัดแปลง ดัดแปลง เปลี่ยนให้เป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ ดังนั้นเสียงที่แปลงเป็นคลื่นวิทยุหรือพลังงานไฟฟ้าจึงสามารถส่งผ่านระยะทางและบันทึกลงในสื่อสารสนเทศได้

คลื่นเสียง

การเคลื่อนไหวของวัตถุและวัตถุมักทำให้เกิดความผันผวนของสภาพแวดล้อม มันไม่สำคัญว่ามันจะเป็นน้ำหรืออากาศ ในระหว่างกระบวนการนี้ อนุภาคของตัวกลางที่ส่งการสั่นสะเทือนของร่างกายก็เริ่มสั่นสะเทือนเช่นกัน คลื่นเสียงเกิดขึ้น นอกจากนี้การเคลื่อนไหวยังดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้าและข้างหลังโดยค่อยๆ เข้ามาแทนที่กัน ดังนั้นคลื่นเสียงจึงเป็นคลื่นตามยาว ไม่เคยมีการเคลื่อนไหวด้านข้างขึ้นลงเลย

ลักษณะของคลื่นเสียง

เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่นๆ พวกมันก็มีปริมาณของตัวเองซึ่งสามารถอธิบายคุณสมบัติได้ ลักษณะสำคัญของคลื่นเสียงคือความถี่และแอมพลิจูด ค่าแรกแสดงจำนวนคลื่นที่เกิดขึ้นต่อวินาที ส่วนที่สองกำหนดความแรงของคลื่น เสียงความถี่ต่ำจะมีค่าความถี่ต่ำ และในทางกลับกัน ความถี่ของเสียงวัดเป็นเฮิรตซ์ และหากเกิน 20,000 เฮิรตซ์ ก็จะเกิดอัลตราซาวนด์ มีตัวอย่างเสียงความถี่ต่ำและความถี่สูงมากมายในธรรมชาติและโลกรอบตัวเรา เสียงร้องของนกไนติงเกล เสียงฟ้าร้อง เสียงคำรามของแม่น้ำบนภูเขา และอื่นๆ ต่างก็มีความถี่เสียงที่แตกต่างกัน แอมพลิจูดของคลื่นโดยตรงขึ้นอยู่กับความดังของเสียง ในทางกลับกัน ระดับเสียงจะลดลงตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง ดังนั้น ยิ่งคลื่นอยู่ห่างจากศูนย์กลางของแผ่นดินไหวมากเท่าไร แอมพลิจูดก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความกว้างของคลื่นเสียงจะลดลงตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง

ความเร็วของเสียง

ตัวบ่งชี้ของคลื่นเสียงนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของสื่อที่แพร่กระจายโดยตรง ทั้งความชื้นและอุณหภูมิอากาศมีบทบาทสำคัญที่นี่ ในสภาพอากาศโดยเฉลี่ย ความเร็วของเสียงจะอยู่ที่ประมาณ 340 เมตรต่อวินาที ในวิชาฟิสิกส์ มีความเร็วเหนือเสียง ซึ่งมากกว่าความเร็วของเสียงเสมอ นี่คือความเร็วที่คลื่นเสียงเดินทางเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ เครื่องบินเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียงและยังวิ่งเร็วกว่าคลื่นเสียงที่สร้างขึ้นอีกด้วย เนื่องจากแรงกดดันด้านหลังเครื่องบินค่อยๆ เพิ่มขึ้น จึงเกิดคลื่นเสียงขึ้น หน่วยวัดความเร็วนี้น่าสนใจและมีน้อยคนที่รู้ มันชื่อมัค. มัค 1 เท่ากับความเร็วเสียง ถ้าคลื่นเดินทางด้วยความเร็ว 2 มัค คลื่นจะเดินทางเร็วเป็น 2 เท่าของความเร็วเสียง

เสียง

ใน ชีวิตประจำวันบุคคลมีเสียงดังอยู่ตลอดเวลา ระดับเสียงวัดเป็นเดซิเบล ความเคลื่อนไหวของรถ สายลม เสียงใบไม้ที่พลิ้วไหว เสียงผู้คนที่ประสานกัน และเสียงอื่นๆ เป็นเพื่อนของเราในแต่ละวัน แต่เครื่องวิเคราะห์การได้ยินของมนุษย์มีความสามารถในการทำความคุ้นเคยกับเสียงดังกล่าว อย่างไรก็ตาม ยังมีปรากฏการณ์ที่แม้แต่ความสามารถในการปรับตัวของหูมนุษย์ก็ไม่สามารถรับมือได้ ตัวอย่างเช่น เสียงรบกวนที่เกิน 120 เดซิเบลอาจทำให้เกิดอาการปวดได้ สัตว์ที่ดังที่สุดคือวาฬสีน้ำเงิน เมื่อมีเสียงดังจะได้ยินได้ไกลกว่า 800 กิโลเมตร

เอคโค่

เสียงสะท้อนเกิดขึ้นได้อย่างไร? ทุกอย่างง่ายมากที่นี่ คลื่นเสียงมีความสามารถในการสะท้อนออกมา พื้นผิวที่แตกต่างกัน: จากน้ำ จากหิน จากผนังในห้องว่าง คลื่นนี้กลับมาหาเรา เราจึงได้ยินเสียงรอง มันไม่ชัดเจนเท่าของเดิม เนื่องจากพลังงานบางส่วนของคลื่นเสียงจะกระจายไปเมื่อเคลื่อนที่เข้าหาสิ่งกีดขวาง

การระบุตำแหน่งเสียงสะท้อน

การสะท้อนเสียงใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติต่างๆ ตัวอย่างเช่น การกำหนดตำแหน่งทางเสียงสะท้อน ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าด้วยความช่วยเหลือของคลื่นอัลตราโซนิคทำให้สามารถกำหนดระยะห่างจากวัตถุที่คลื่นเหล่านี้สะท้อนได้ การคำนวณทำโดยการวัดเวลาที่อัลตราซาวนด์ใช้ในการเดินทางไปยังสถานที่และเดินทางกลับ สัตว์หลายชนิดมีความสามารถในการระบุตำแหน่งทางเสียงสะท้อน ตัวอย่างเช่น ค้างคาวและโลมาใช้มันเพื่อค้นหาอาหาร Echolocation พบแอปพลิเคชั่นอื่นในการแพทย์ เมื่อตรวจด้วยอัลตราซาวนด์จะเกิดภาพขึ้น อวัยวะภายในบุคคล. พื้นฐานของวิธีการนี้คือ ให้อัลตราซาวนด์เข้าสู่ตัวกลางอื่นที่ไม่ใช่อากาศ แล้วย้อนกลับกลับไป ทำให้เกิดเป็นภาพ

คลื่นเสียงในดนตรี

ทำไมเครื่องดนตรีถึงมีเสียงบางอย่าง? การดีดกีตาร์ การดีดเปียโน เสียงกลองและทรัมเป็ตต่ำ เสียงขลุ่ยอันแผ่วเบาอันมีเสน่ห์ เสียงเหล่านี้และเสียงอื่น ๆ อีกมากมายเกิดขึ้นเนื่องจากการสั่นสะเทือนของอากาศหรืออีกนัยหนึ่งเนื่องจากลักษณะของคลื่นเสียง แต่ทำไมเสียงเครื่องดนตรีถึงมีความหลากหลายมาก? ปรากฎว่าสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ อย่างแรกคือรูปร่างของเครื่องมือ อย่างที่สองคือวัสดุที่ใช้ทำ

ลองดูสิ่งนี้โดยใช้เครื่องสายเป็นตัวอย่าง พวกมันจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดเสียงเมื่อสัมผัสสาย เป็นผลให้พวกมันเริ่มสั่นและส่ง สิ่งแวดล้อมเสียงที่แตกต่างกัน เสียงต่ำของเครื่องสายใดๆ ก็ตามเกิดจากความหนาและความยาวของสายที่มากกว่า รวมถึงความตึงที่อ่อนลงด้วย และในทางกลับกัน ยิ่งสายยืดออกแน่นเท่าไร สายก็จะบางลงและสั้นลง เสียงที่ได้รับจากการเล่นก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

การกระทำของไมโครโฟน

ขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานคลื่นเสียงเป็นพลังงานไฟฟ้า ในกรณีนี้ความแรงของกระแสและธรรมชาติของเสียงจะขึ้นอยู่กับโดยตรง ภายในไมโครโฟนจะมีแผ่นบาง ๆ ที่ทำจากโลหะ เมื่อสัมผัสกับเสียงจะเริ่มมีการเคลื่อนไหวแบบสั่น เกลียวที่เชื่อมต่อแผ่นเปลือกโลกก็สั่นสะเทือนเช่นกัน กระแสไฟฟ้า- ทำไมเขาถึงปรากฏตัว? เนื่องจากไมโครโฟนมีแม่เหล็กในตัวด้วย เมื่อเกลียวหมุนไปมาระหว่างขั้ว กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งไหลไปตามเกลียวแล้วไปยังคอลัมน์เสียง (ลำโพง) หรือไปยังอุปกรณ์สำหรับบันทึกบนสื่อข้อมูล (เทปคาสเซ็ต ดิสก์ คอมพิวเตอร์) อย่างไรก็ตามไมโครโฟนในโทรศัพท์ก็มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่ไมโครโฟนทำงานอย่างไรกับโทรศัพท์บ้านและโทรศัพท์มือถือ? ระยะเริ่มต้นจะเหมือนกันสำหรับพวกเขา - เสียงของมนุษย์ส่งการสั่นสะเทือนไปยังแผ่นไมโครโฟน จากนั้นทุกอย่างจะเป็นไปตามสถานการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้น: เกลียวซึ่งเมื่อเคลื่อนที่จะปิดสองขั้วกระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น อะไรต่อไป? ด้วยโทรศัพท์บ้านทุกอย่างจะชัดเจนไม่มากก็น้อย - เช่นเดียวกับในไมโครโฟนเสียงที่แปลงเป็นกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านสายไฟ แต่แล้วโทรศัพท์มือถือหรือเครื่องส่งรับวิทยุล่ะ? ในกรณีเหล่านี้ เสียงจะถูกแปลงเป็นพลังงานคลื่นวิทยุและกระทบกับดาวเทียม แค่นั้นแหละ.

ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์

บางครั้งเงื่อนไขจะถูกสร้างขึ้นเมื่อแอมพลิจูดของการแกว่ง ร่างกายเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการบรรจบกันของค่าความถี่ของการสั่นแบบบังคับและความถี่ธรรมชาติของการสั่นของวัตถุ (ตัวเครื่อง) เสียงสะท้อนสามารถเป็นได้ทั้งประโยชน์และโทษ ตัวอย่างเช่น ในการเอารถออกจากหลุม รถจะสตาร์ทและดันไปมาเพื่อทำให้เกิดเสียงสะท้อนและทำให้รถมีความเฉื่อย แต่ก็มีกรณีเช่นกัน ผลกระทบด้านลบเสียงก้อง. ตัวอย่างเช่น ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเมื่อประมาณหนึ่งร้อยปีที่แล้ว สะพานแห่งหนึ่งพังถล่มลงมาภายใต้ทหารที่เดินขบวนพร้อมเพรียงกัน