ધ્વનિ તરંગોના પ્રકારો અને તેમની લાક્ષણિકતાઓ. શાળા જ્ઞાનકોશ

પક્ષીઓનું ગાવું, વરસાદ અને પવનનો અવાજ, ગર્જના, સંગીત - જે બધું આપણે સાંભળીએ છીએ, આપણે ધ્વનિ ગણીએ છીએ.

વૈજ્ઞાનિક દ્રષ્ટિકોણથી, ધ્વનિ એ એક ભૌતિક ઘટના છે જે રજૂ કરે છે ઘન, પ્રવાહી અને વાયુયુક્ત માધ્યમોમાં પ્રસરી રહેલા યાંત્રિક સ્પંદનો. તેઓ શ્રાવ્ય સંવેદનાનું કારણ બને છે.

ધ્વનિ તરંગ કેવી રીતે દેખાય છે?

ચિત્ર પર ક્લિક કરો

બધા અવાજો સ્થિતિસ્થાપક તરંગોના સ્વરૂપમાં મુસાફરી કરે છે. અને સ્થિતિસ્થાપક દળોની ક્રિયા હેઠળ તરંગો ઉદ્ભવે છે જે શરીર વિકૃત થાય ત્યારે દેખાય છે. આ દળો શરીરને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરવાનો પ્રયત્ન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે સ્થિર હોય ત્યારે ખેંચાયેલ શબ્દમાળા અવાજ કરતી નથી. પરંતુ જલદી તમે તેને બાજુ પર ખસેડો છો, સ્થિતિસ્થાપકતાના પ્રભાવ હેઠળ તે તેની મૂળ સ્થિતિ લેવાનો પ્રયત્ન કરશે. વાઇબ્રેટિંગ, તે અવાજનો સ્ત્રોત બની જાય છે.

ધ્વનિનો સ્ત્રોત કોઈપણ વાઇબ્રેટિંગ બોડી હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, એક બાજુ પર સ્થિર સ્ટીલની પાતળી પ્લેટ, સંગીતના પવનના સાધનમાં હવા, માનવ અવાજની દોરી, ઘંટડી વગેરે.

જ્યારે કંપન થાય ત્યારે હવામાં શું થાય છે?

કોઈપણ ગેસની જેમ, હવામાં સ્થિતિસ્થાપકતા હોય છે. તે કમ્પ્રેશનનો પ્રતિકાર કરે છે અને જ્યારે દબાણ છોડવામાં આવે છે ત્યારે તરત જ વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે. તે તેના પરના કોઈપણ દબાણને જુદી જુદી દિશામાં સમાનરૂપે સ્થાનાંતરિત કરે છે.

જો તમે પિસ્ટનનો ઉપયોગ કરીને હવાને ઝડપથી સંકુચિત કરો છો, તો આ સ્થાને દબાણ તરત જ વધશે. તે તરત જ હવાના પડોશી સ્તરોમાં પ્રસારિત થશે. તેઓ સંકોચાઈ જશે, અને તેમાં દબાણ વધશે, અને પાછલા સ્તરમાં તે ઘટશે. આમ, ઉચ્ચ અને નીચા દબાણના વૈકલ્પિક ઝોન સાંકળ સાથે આગળ પ્રસારિત થાય છે.

એકાંતરે બાજુઓ તરફ વળીને, ધ્વનિની તાર હવાને પહેલા એક દિશામાં અને પછી વિરુદ્ધ દિશામાં સંકુચિત કરે છે. જે દિશામાં સ્ટ્રિંગ વિચલિત થાય છે, દબાણ વાતાવરણીય દબાણ કરતાં અમુક માત્રામાં વધારે બને છે. વિરુદ્ધ બાજુએ, દબાણ સમાન પ્રમાણમાં ઘટે છે, કારણ કે ત્યાંની હવા દુર્લભ બને છે. સંકોચન અને દુર્લભતા વૈકલ્પિક થશે અને જુદી જુદી દિશામાં ફેલાશે, જેના કારણે હવાના સ્પંદનો થશે. આ ઓસિલેશન કહેવામાં આવે છે ધ્વનિ તરંગ . અને વાતાવરણીય દબાણ અને હવાના સંકોચન અથવા દુર્લભતાના સ્તરમાં દબાણ વચ્ચેના તફાવતને કહેવામાં આવે છે. એકોસ્ટિક અથવા ધ્વનિ દબાણ.

ચિત્ર પર ક્લિક કરો

ધ્વનિ તરંગ માત્ર હવામાં જ નહીં, પણ પ્રવાહી અને નક્કર માધ્યમોમાં પણ ફેલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાણી સંપૂર્ણ રીતે અવાજ કરે છે. આપણે પાણીની અંદર પથ્થરની અસર સાંભળીએ છીએ. સપાટી પરના જહાજના પ્રોપેલરનો અવાજ સબમરીનના ધ્વનિશાસ્ત્ર દ્વારા લેવામાં આવે છે. જો આપણે લાકડાના બોર્ડના એક છેડે યાંત્રિક કાંડા ઘડિયાળ મૂકીએ, તો જો આપણે આપણા કાનને બોર્ડના વિરુદ્ધ છેડે મૂકીએ, તો આપણને તેની ધબકારા સંભળાશે.

શું શૂન્યાવકાશમાં અવાજો અલગ હશે? 17મી સદીમાં રહેતા અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી, રસાયણશાસ્ત્રી અને ધર્મશાસ્ત્રી રોબર્ટ બોયલે કાચના વાસણમાં ઘડિયાળ મૂકી હતી જેમાંથી હવા બહાર કાઢવામાં આવતી હતી. તેણે ઘડિયાળની ટિકીંગ સાંભળી ન હતી. આનો અર્થ એ થયો કે વાયુવિહીન અવકાશમાં ધ્વનિ તરંગોનો પ્રચાર થતો નથી.

ધ્વનિ તરંગની લાક્ષણિકતાઓ

ધ્વનિ સ્પંદનોનો આકાર ધ્વનિ સ્ત્રોત પર આધાર રાખે છે. સૌથી સરળ સ્વરૂપ એકસમાન, અથવા હાર્મોનિક સ્પંદનો છે. તેઓને સાઇનસૉઇડ તરીકે રજૂ કરી શકાય છે. આવા ઓસિલેશનને કંપનવિસ્તાર, તરંગલંબાઇ અને ઓસિલેશનના પ્રચારની આવર્તન દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

કંપનવિસ્તાર

કંપનવિસ્તાર સામાન્ય રીતે, શરીરના સંતુલન સ્થિતિમાંથી મહત્તમ વિચલન કહેવાય છે.

ધ્વનિ તરંગમાં ઉચ્ચ અને નીચા દબાણના વૈકલ્પિક વિસ્તારોનો સમાવેશ થતો હોવાથી, તેને ઘણીવાર દબાણની વધઘટના પ્રસારની પ્રક્રિયા તરીકે ગણવામાં આવે છે. તેથી જ તેઓ વિશે વાત કરે છે હવાનું દબાણ કંપનવિસ્તાર તરંગમાં

અવાજની તીવ્રતા કંપનવિસ્તાર પર આધારિત છે. તે જેટલું મોટું છે, તેટલો મોટો અવાજ.

માનવ વાણીના દરેક અવાજમાં કંપનનું સ્વરૂપ હોય છે જે તેના માટે અનન્ય છે. આમ, ધ્વનિ "a" ના સ્પંદન આકાર ધ્વનિ "b" ના કંપન આકારથી અલગ છે.

તરંગની આવર્તન અને અવધિ

પ્રતિ સેકન્ડના સ્પંદનોની સંખ્યા કહેવાય છે તરંગની આવર્તન .

f = 1/T

જ્યાં ટી - ઓસિલેશનનો સમયગાળો. આ તે સમયગાળો છે જે દરમિયાન એક સંપૂર્ણ ઓસિલેશન થાય છે.

સમયગાળો જેટલો લાંબો છે, તેટલી ઓછી આવર્તન અને ઊલટું.

આંતરરાષ્ટ્રીય માપન પ્રણાલી SI માં આવર્તન માપનનું એકમ છે હર્ટ્ઝ (Hz). 1 Hz એ સેકન્ડ દીઠ એક ઓસિલેશન છે.

1 Hz = 1 s -1 .

ઉદાહરણ તરીકે, 10 હર્ટ્ઝની આવર્તન એટલે પ્રતિ સેકન્ડમાં 10 સ્પંદનો.

1,000 Hz = 1 kHz

સ્વરની પિચ કંપનની આવર્તન પર આધારિત છે. ઉચ્ચ આવર્તન, અવાજની પિચ વધુ.

માનવ કાન તમામ ધ્વનિ તરંગોને સમજવા માટે સક્ષમ નથી, પરંતુ ફક્ત તે જ જે 16 થી 20,000 હર્ટ્ઝની આવર્તન ધરાવે છે. તે આ તરંગો છે જેને ધ્વનિ ગણવામાં આવે છે. તરંગો જેની આવર્તન 16 હર્ટ્ઝથી ઓછી છે તેને ઇન્ફ્રાસોનિક કહેવામાં આવે છે, અને 20,000 હર્ટ્ઝથી વધુને અલ્ટ્રાસોનિક કહેવામાં આવે છે.

વ્યક્તિ ઇન્ફ્રાસોનિક અથવા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોને સમજી શકતી નથી. પરંતુ પ્રાણીઓ અને પક્ષીઓ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સાંભળવામાં સક્ષમ છે. ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય બટરફ્લાય 8,000 થી 160,000 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથે અવાજોને અલગ પાડે છે. ડોલ્ફિન દ્વારા જોવામાં આવતી શ્રેણી વધુ વિશાળ છે, તે 40 થી 200 હજાર હર્ટ્ઝ સુધીની છે.

તરંગલંબાઇ

તરંગલંબાઇ એ હાર્મોનિક તરંગના બે નજીકના બિંદુઓ વચ્ચેનું અંતર છે જે સમાન તબક્કામાં છે, ઉદાહરણ તરીકે, બે ક્રેસ્ટ વચ્ચે. તરીકે સૂચિત ƛ .

એક સમયગાળાના સમાન સમયગાળામાં, તરંગ તેની લંબાઈ જેટલું અંતર પ્રવાસ કરે છે.

તરંગોના પ્રસારની ગતિ

વિ = ƛ /ટી

કારણ કે T = 1/f,

તે વિ = ƛ f

ધ્વનિ ઝડપ

પ્રયોગો દ્વારા ધ્વનિની ઝડપ નક્કી કરવાના પ્રયાસો 17મી સદીના પહેલા ભાગમાં કરવામાં આવ્યા હતા. અંગ્રેજી ફિલસૂફ ફ્રાન્સિસ બેકન, તેમના કાર્ય "ન્યુ ઓર્ગેનન" માં, પ્રકાશ અને ધ્વનિની ગતિમાં તફાવતના આધારે, આ સમસ્યાને હલ કરવાની પોતાની રીતનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો.

તે જાણીતું છે કે પ્રકાશની ઝડપ અવાજની ગતિ કરતાં ઘણી વધારે છે. તેથી, વાવાઝોડા દરમિયાન, આપણે સૌપ્રથમ વીજળીનો ઝબકારો જોઈએ છીએ, અને તે પછી જ ગર્જનાનો અવાજ સાંભળીએ છીએ. પ્રકાશ અને ધ્વનિ સ્ત્રોત અને નિરીક્ષક વચ્ચેનું અંતર તેમજ પ્રકાશ અને ધ્વનિના ફ્લેશ વચ્ચેના સમયને જાણીને, અવાજની ગતિની ગણતરી કરી શકાય છે.

ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક મેરિન માર્સેને બેકોનના વિચારનો લાભ લીધો. મસ્કેટ પર ગોળીબાર કરનાર વ્યક્તિથી થોડે દૂર સ્થિત એક નિરીક્ષકે પ્રકાશના ઝબકારાથી શોટના અવાજ સુધીનો સમય રેકોર્ડ કર્યો. પછી અવાજની ગતિ મેળવવા માટે અંતરને સમય દ્વારા વિભાજિત કરવામાં આવ્યું. પ્રયોગના પરિણામો અનુસાર, ઝડપ 448 મીટર/સેકન્ડ નીકળી. આ એક રફ અંદાજ હતો.

19મી સદીની શરૂઆતમાં, પેરિસ એકેડેમી ઓફ સાયન્સના વૈજ્ઞાનિકોના જૂથે આ પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કર્યું. તેમની ગણતરી મુજબ, પ્રકાશની ઝડપ 350-390 m/s હતી. પરંતુ આ આંકડો પણ સચોટ ન હતો.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, ન્યૂટને પ્રકાશની ઝડપની ગણતરી કરવાનો પ્રયાસ કર્યો. તેમણે બોયલ-મેરિયોટ કાયદા પર તેમની ગણતરીઓ આધારિત હતી, જેમાં ગેસના વર્તનનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા (સતત તાપમાન પર). અને આ ત્યારે થાય છે જ્યારે ગેસનું પ્રમાણ ખૂબ જ ધીરે ધીરે બદલાય છે, તેમાં ઉત્પન્ન થતી ગરમીને પર્યાવરણમાં સ્થાનાંતરિત કરવાનો સમય હોય છે.

ન્યૂટને ધાર્યું કે સંકોચન અને દુર્લભતાના પ્રદેશો વચ્ચે તાપમાન ઝડપથી સમાન થઈ જાય છે. પરંતુ આ શરતો ધ્વનિ તરંગમાં અસ્તિત્વમાં નથી. હવા નબળી રીતે ગરમીનું સંચાલન કરે છે, અને સંકોચન અને દુર્લભતાના સ્તરો વચ્ચેનું અંતર મોટું છે. કમ્પ્રેશન લેયરમાંથી ઉષ્માને રેરેફેશન લેયરમાં જવાનો સમય નથી. અને તેમની વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત ઉભો થાય છે. તેથી, ન્યૂટનની ગણતરીઓ ખોટી નીકળી. તેઓએ 280 m/s નો આંકડો આપ્યો.

ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક લેપ્લેસ એ સમજાવવામાં સક્ષમ હતા કે ન્યુટનની ભૂલ એ હતી કે ધ્વનિ તરંગ હવામાં ફેલાય છે. એડિબેટિક બદલાતા તાપમાન સાથે પરિસ્થિતિઓ. લેપ્લેસની ગણતરી મુજબ, 0 o C ના તાપમાને હવામાં અવાજની ઝડપ 331.5 m/s છે. વધુમાં, તે વધતા તાપમાન સાથે વધે છે. અને જ્યારે તાપમાન 20 o C સુધી વધે છે, તે પહેલાથી જ 344 m/s બરાબર હશે.

વિવિધ માધ્યમોમાં, ધ્વનિ તરંગો જુદી જુદી ઝડપે મુસાફરી કરે છે.

વાયુઓ અને પ્રવાહી માટે, ધ્વનિની ગતિ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે:

જ્યાં સાથે - અવાજની ગતિ,

β - માધ્યમની એડિબેટિક સંકોચનક્ષમતા,

ρ - ઘનતા.

ફોર્મ્યુલામાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, ઝડપ માધ્યમની ઘનતા અને સંકોચનક્ષમતા પર આધારિત છે. હવામાં તે પ્રવાહી કરતાં ઓછું હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, 20 o C ના તાપમાને પાણીમાં તે 1484 m/s બરાબર છે. તદુપરાંત, પાણીની ખારાશ જેટલી વધારે છે, તેટલો ઝડપી અવાજ તેમાંથી પસાર થાય છે.

પાણીમાં અવાજની ઝડપ સૌપ્રથમ 1827માં માપવામાં આવી હતી. આ પ્રયોગ મેરિન માર્સેન દ્વારા પ્રકાશની ગતિના માપનની કંઈક અંશે યાદ અપાવે છે. એક હોડીની બાજુમાંથી એક ઈંટ પાણીમાં નીચે ઉતારવામાં આવી હતી. પ્રથમ બોટથી 13 કિમીથી વધુના અંતરે બીજી બોટ હતી. પ્રથમ બોટ પર ઘંટડી વાગી હતી અને તે જ સમયે ગનપાઉડરને આગ લગાડવામાં આવી હતી. બીજી બોટ પર, ફ્લેશનો સમય રેકોર્ડ કરવામાં આવ્યો હતો, અને પછી ઘંટડીમાંથી અવાજના આગમનનો સમય. અંતરને સમય દ્વારા વિભાજીત કરીને, અમે પાણીમાં ધ્વનિ તરંગની ગતિ મેળવી.

ઘન મીડિયામાં ધ્વનિની ઝડપ સૌથી વધુ છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટીલમાં તે 5000 m/s થી વધુ સુધી પહોંચે છે.

લેખની સામગ્રી

સાઉન્ડ અને એકોસ્ટિક્સ.ધ્વનિ એ સ્પંદનો છે, એટલે કે. સ્થિતિસ્થાપક માધ્યમોમાં સામયિક યાંત્રિક વિક્ષેપ - વાયુયુક્ત, પ્રવાહી અને ઘન. આવી વિક્ષેપ, જે માધ્યમમાં કેટલાક ભૌતિક ફેરફારોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ઘનતા અથવા દબાણમાં ફેરફાર, કણોનું વિસ્થાપન), તેમાં ધ્વનિ તરંગના સ્વરૂપમાં પ્રચાર થાય છે. ધ્વનિ તરંગોના ઉત્પત્તિ, પ્રસાર, સ્વાગત અને પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલા ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રને ધ્વનિશાસ્ત્ર કહેવામાં આવે છે. અવાજ અશ્રાવ્ય હોઈ શકે છે જો તેની આવર્તન માનવ કાનની સંવેદનશીલતાની બહાર હોય, અથવા જો તે ઘન જેવા માધ્યમમાંથી પસાર થાય, જે કાન સાથે સીધો સંપર્ક ન કરી શકે, અથવા જો તેની ઊર્જા માધ્યમમાં ઝડપથી વિખેરાઈ જાય. આમ, અવાજને સમજવાની પ્રક્રિયા જે આપણા માટે સામાન્ય છે તે ધ્વનિશાસ્ત્રની માત્ર એક બાજુ છે.

ધ્વનિ તરંગો

હવાથી ભરેલી લાંબી પાઇપનો વિચાર કરો. એક પિસ્ટન જે દિવાલો સાથે ચુસ્તપણે બંધબેસે છે તે ડાબા છેડેથી તેમાં દાખલ કરવામાં આવે છે (ફિગ. 1). જો પિસ્ટનને ઝડપથી જમણી તરફ ખસેડવામાં આવે અને બંધ કરવામાં આવે, તો તેની નજીકની હવા એક ક્ષણ માટે સંકુચિત થઈ જશે (ફિગ. 1, એ). સંકુચિત હવા પછી વિસ્તરણ કરશે, તેની બાજુની હવાને જમણી તરફ ધકેલશે, અને કમ્પ્રેશન ક્ષેત્ર, જે શરૂઆતમાં પિસ્ટનની નજીક દેખાય છે, તે પાઇપ સાથે સતત ગતિએ આગળ વધશે (ફિગ. 1, b). આ સંકોચન તરંગ એ ગેસમાં ધ્વનિ તરંગ છે.

ગેસમાં ધ્વનિ તરંગ વધુ દબાણ, વધુ ઘનતા, કણોનું વિસ્થાપન અને તેમની ગતિ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ધ્વનિ તરંગો માટે, સંતુલન મૂલ્યોમાંથી આ વિચલનો હંમેશા નાના હોય છે. આમ, તરંગ સાથે સંકળાયેલ વધારાનું દબાણ ગેસના સ્થિર દબાણ કરતાં ઘણું ઓછું છે. નહિંતર, અમે બીજી ઘટના સાથે કામ કરી રહ્યા છીએ - એક આઘાત તરંગ. સામાન્ય વાણીને અનુરૂપ ધ્વનિ તરંગમાં, વધારાનું દબાણ વાતાવરણીય દબાણના માત્ર એક મિલિયનમાં ભાગનું છે.

મહત્વની હકીકત એ છે કે ધ્વનિ તરંગ દ્વારા પદાર્થ દૂર વહન થતો નથી. તરંગ એ હવામાંથી પસાર થતી માત્ર એક અસ્થાયી વિક્ષેપ છે, જેના પછી હવા સંતુલન સ્થિતિમાં પાછી આવે છે.

તરંગ ગતિ, અલબત્ત, અવાજ માટે અનન્ય નથી: પ્રકાશ અને રેડિયો સિગ્નલો તરંગોના સ્વરૂપમાં મુસાફરી કરે છે, અને દરેક વ્યક્તિ પાણીની સપાટી પરના તરંગોથી પરિચિત છે. કહેવાતા તરંગ સમીકરણ દ્વારા તમામ પ્રકારના તરંગોનું ગાણિતિક રીતે વર્ણન કરવામાં આવે છે.

હાર્મોનિક તરંગો.

ફિગમાં પાઇપમાં તરંગ. 1 ને ધ્વનિ પલ્સ કહેવામાં આવે છે. જ્યારે પિસ્ટન સ્પ્રિંગમાંથી લટકેલા વજનની જેમ આગળ અને પાછળ ફરે છે ત્યારે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પ્રકારનું તરંગ ઉત્પન્ન થાય છે. આવા ઓસિલેશનને સિમ્પલ હાર્મોનિક અથવા સિનુસોઇડલ કહેવામાં આવે છે, અને આ કિસ્સામાં ઉત્તેજિત તરંગને હાર્મોનિક કહેવામાં આવે છે.

સરળ હાર્મોનિક ઓસિલેશન સાથે, ચળવળ સમયાંતરે પુનરાવર્તિત થાય છે. ગતિની બે સમાન અવસ્થાઓ વચ્ચેના સમય અંતરાલને ઓસિલેશનનો સમયગાળો કહેવામાં આવે છે, અને પ્રતિ સેકન્ડમાં પૂર્ણ સમયગાળાની સંખ્યાને ઓસિલેશનની આવર્તન કહેવામાં આવે છે. ચાલો સમયગાળો દ્વારા સૂચિત કરીએ ટી, અને આવર્તન - દ્વારા f; પછી આપણે તે લખી શકીએ f= 1/ટી.જો, ઉદાહરણ તરીકે, આવર્તન 50 ચક્ર પ્રતિ સેકન્ડ (50 હર્ટ્ઝ) છે, તો સમયગાળો સેકન્ડનો 1/50 છે.

ગાણિતિક રીતે, સરળ હાર્મોનિક ઓસિલેશનનું વર્ણન સરળ કાર્ય દ્વારા કરવામાં આવે છે. સમયની કોઈપણ ક્ષણ માટે સરળ હાર્મોનિક ઓસિલેશન દરમિયાન પિસ્ટનનું વિસ્થાપન tફોર્મમાં લખી શકાય છે

અહીં ડી -સંતુલન સ્થિતિમાંથી પિસ્ટનનું વિસ્થાપન, અને ડી- સતત ગુણક, જે જથ્થાના મહત્તમ મૂલ્યની બરાબર છે ડીઅને તેને વિસ્થાપન કંપનવિસ્તાર કહેવામાં આવે છે.

ચાલો ધારીએ કે પિસ્ટન હાર્મોનિક ઓસિલેશન ફોર્મ્યુલા અનુસાર ઓસીલેટ થાય છે. પછી, જ્યારે તે જમણી તરફ ખસે છે, સંકોચન થાય છે, પહેલાની જેમ, અને જ્યારે તે ડાબી તરફ જાય છે, ત્યારે દબાણ અને ઘનતા તેમના સંતુલન મૂલ્યોની તુલનામાં ઘટશે. જે થાય છે તે કમ્પ્રેશન નથી, પરંતુ વાયુનું દુર્લભતા છે. આ કિસ્સામાં, જમણી બાજુ ફેલાશે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 2, વૈકલ્પિક સંકોચન અને દુર્લભતાની તરંગ. સમયની દરેક ક્ષણે, પાઇપની લંબાઇ સાથે દબાણ વિતરણ વળાંક સાઇનસૉઇડ જેવો દેખાશે, અને આ સાઇનસૉઇડ અવાજની ઝડપે જમણી તરફ જશે. વિ. સમાન તરંગ તબક્કાઓ (ઉદાહરણ તરીકે, નજીકના મેક્સિમા વચ્ચે) વચ્ચેના પાઇપ સાથેના અંતરને તરંગલંબાઇ કહેવામાં આવે છે. તે સામાન્ય રીતે ગ્રીક અક્ષર દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે l(લેમ્બડા). તરંગલંબાઇ lતરંગ દ્વારા સમયસર પસાર કરવામાં આવેલ અંતર છે ટી. એ કારણે l = ટીવી, અથવા v = l f.

રેખાંશ અને ત્રાંસી તરંગો.

જો કણો તરંગના પ્રસારની દિશાને સમાંતર ઓસીલેટ કરે છે, તો તરંગને રેખાંશ કહેવામાં આવે છે. જો તેઓ પ્રસરણની દિશાને લંબરૂપ રીતે ઓસીલેટ કરે છે, તો તરંગને ટ્રાંસવર્સ કહેવામાં આવે છે. વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં ધ્વનિ તરંગો રેખાંશ હોય છે. ઘન પદાર્થોમાં, બંને પ્રકારના તરંગો અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ઘન માં ટ્રાંસવર્સ તરંગ તેની કઠોરતા (આકારમાં ફેરફાર માટે પ્રતિકાર) ને કારણે શક્ય છે.

આ બે પ્રકારના તરંગો વચ્ચેનો સૌથી નોંધપાત્ર તફાવત એ છે કે ત્રાંસી તરંગની મિલકત હોય છે ધ્રુવીકરણ(ઓસિલેશન ચોક્કસ પ્લેનમાં થાય છે), પરંતુ રેખાંશ નથી. કેટલીક ઘટનાઓમાં, જેમ કે સ્ફટિકો દ્વારા અવાજનું પ્રતિબિંબ અને પ્રસારણ, પ્રકાશ તરંગોના કિસ્સામાં, કણોના વિસ્થાપનની દિશા પર ઘણો આધાર રાખે છે.

ધ્વનિ તરંગોની ગતિ.

ધ્વનિની ગતિ એ માધ્યમની લાક્ષણિકતા છે જેમાં તરંગ પ્રસરે છે. તે બે પરિબળો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે: સામગ્રીની સ્થિતિસ્થાપકતા અને ઘનતા. ઘન પદાર્થોના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો વિરૂપતાના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે. આમ, ટોર્સિયન, કમ્પ્રેશન અને બેન્ડિંગ દરમિયાન મેટલ સળિયાના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો સમાન હોતા નથી. અને અનુરૂપ તરંગ સ્પંદનો જુદી જુદી ઝડપે ફેલાય છે.

સ્થિતિસ્થાપક એ એક માધ્યમ છે જેમાં વિકૃતિ, તે ટોર્સિયન, સંકોચન અથવા બેન્ડિંગ હોય, તે વિરૂપતાનું કારણ બનેલા બળના પ્રમાણસર હોય છે. આવી સામગ્રી હૂકના કાયદાનું પાલન કરે છે:

વોલ્ટેજ = સીґ સંબંધિત વિકૃતિ,

જ્યાં સાથે- સ્થિતિસ્થાપકતાનું મોડ્યુલસ, સામગ્રી અને વિરૂપતાના પ્રકાર પર આધાર રાખીને.

ધ્વનિ ઝડપ વિઆપેલ પ્રકારના સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ માટે અભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવે છે

જ્યાં આર- સામગ્રીની ઘનતા (એકમ વોલ્યુમ દીઠ માસ).

નક્કર સળિયામાં અવાજની ગતિ.

લાંબા સળિયાને છેડા પર લાગુ બળ દ્વારા ખેંચી અથવા સંકુચિત કરી શકાય છે. સળિયાની લંબાઈ રહેવા દો એલ,લાગુ તાણ બળ - એફ, અને લંબાઈમાં વધારો D છે એલ. મૂલ્ય ડી એલ/એલઆપણે સાપેક્ષ વિકૃતિ કહીશું, અને સળિયાના એકમ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર દીઠ બળને તણાવ કહેવામાં આવશે. તેથી વોલ્ટેજ છે એફ/એ, ક્યાં A -સળિયાનો ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર. જ્યારે આવા સળિયા પર લાગુ થાય છે, ત્યારે હૂકનો કાયદો ફોર્મ ધરાવે છે

જ્યાં વાય- યંગ્સ મોડ્યુલસ, એટલે કે. તણાવ અથવા સંકોચન માટે સળિયાની સ્થિતિસ્થાપકતાનું મોડ્યુલસ, સળિયાની સામગ્રીનું લક્ષણ. યંગનું મોડ્યુલસ સરળતાથી ખેંચી શકાય તેવી સામગ્રી માટે નાનું છે, જેમ કે રબર, અને સખત સામગ્રી માટે મોટું છે, જેમ કે સ્ટીલ.

જો આપણે હવે સળિયાના છેડાને હથોડા વડે ફટકારીને તેમાં કમ્પ્રેશન વેવ ઉત્તેજિત કરીએ છીએ, તો તે એવી ઝડપે પ્રચાર કરશે જ્યાં આર, પહેલાની જેમ, સામગ્રીની ઘનતા છે જેમાંથી સળિયા બનાવવામાં આવે છે. કેટલીક લાક્ષણિક સામગ્રી માટે તરંગ ગતિના મૂલ્યો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે. 1.

કોષ્ટક 1. ઘન સામગ્રીમાં વિવિધ પ્રકારના તરંગો માટે અવાજની ગતિ
સામગ્રી	વિસ્તૃત ઘન નમૂનાઓમાં રેખાંશ તરંગો (m/s)	શીયર અને ટોર્સિયન તરંગો (m/s)	સળિયામાં કમ્પ્રેશન તરંગો (m/s)
એલ્યુમિનિયમ
પિત્તળ
લીડ
લોખંડ
ચાંદીના
કાટરોધક સ્ટીલ
ફ્લિન્ટગ્લાસ
તાજ કાચ
પ્લેક્સિગ્લાસ
પોલિઇથિલિન
પોલિસ્ટરીન

સળિયામાં માનવામાં આવતી તરંગ એ કમ્પ્રેશન તરંગ છે. પરંતુ તેને સખત રેખાંશ ગણી શકાય નહીં, કારણ કે કમ્પ્રેશન સળિયાની બાજુની સપાટીની હિલચાલ સાથે સંકળાયેલું છે (ફિગ. 3, એ).

સળિયામાં અન્ય બે પ્રકારના તરંગો પણ શક્ય છે - બેન્ડિંગ વેવ (ફિગ. 3, b) અને ટોર્સિયન વેવ (ફિગ. 3, વી). બેન્ડિંગ વિકૃતિઓ એક તરંગને અનુરૂપ છે જે ન તો સંપૂર્ણ રેખાંશ છે કે ન તો સંપૂર્ણ ટ્રાંસવર્સ છે. ટોર્સનલ વિકૃતિઓ, એટલે કે. સળિયાની ધરીની આસપાસ પરિભ્રમણ સંપૂર્ણ ટ્રાંસવર્સ તરંગ આપે છે.

સળિયામાં બેન્ડિંગ વેવની ઝડપ તરંગલંબાઇ પર આધારિત છે. આવા તરંગને "વિખેરવું" કહેવામાં આવે છે.

સળિયામાં ટોર્સિયન તરંગો સંપૂર્ણપણે ટ્રાંસવર્સ અને બિન-વિખેરાઈ જાય છે. તેમની ગતિ સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છે

જ્યાં m- શીયર મોડ્યુલસ, શીયરના સંદર્ભમાં સામગ્રીના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મોને લાક્ષણિકતા આપે છે. કેટલાક લાક્ષણિક શીયર તરંગ વેગ કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે. 1.

વિસ્તૃત ઘન મીડિયામાં વેગ.

મોટા-વોલ્યુમ સોલિડ મીડિયામાં, જ્યાં સીમાઓના પ્રભાવને અવગણી શકાય છે, બે પ્રકારના સ્થિતિસ્થાપક તરંગો શક્ય છે: રેખાંશ અને ત્રાંસા.

રેખાંશ તરંગમાં તાણ એ પ્લેન તાણ છે, એટલે કે. તરંગ પ્રસારની દિશામાં એક-પરિમાણીય સંકોચન (અથવા દુર્લભતા). ત્રાંસી તરંગને અનુરૂપ વિરૂપતા એ તરંગના પ્રસારની દિશાને લંબરૂપ શીયર ડિસ્પ્લેસમેન્ટ છે.

ઘન પદાર્થોમાં રેખાંશ તરંગોનો વેગ દ્વારા આપવામાં આવે છે

જ્યાં સી એલ -સરળ વિમાન તાણ માટે સ્થિતિસ્થાપકતાનું મોડ્યુલસ. તે બલ્ક મોડ્યુલસ સાથે સંબંધિત છે IN(જેની વ્યાખ્યા નીચે આપેલ છે) અને સંબંધ દ્વારા સામગ્રીનું શીયર મોડ્યુલસ m સી એલ = બી + 4/3mકોષ્ટકમાં કોષ્ટક 1 વિવિધ નક્કર પદાર્થો માટે રેખાંશ તરંગ વેગના મૂલ્યો દર્શાવે છે.

વિસ્તૃત ઘન માધ્યમમાં શીયર તરંગોની ગતિ સમાન સામગ્રીના સળિયામાં ટોર્સિયન તરંગોની ગતિ જેટલી જ હોય ​​છે. તેથી તે અભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવે છે. સામાન્ય નક્કર સામગ્રી માટેના તેના મૂલ્યો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે. 1.

વાયુઓમાં ઝડપ.

વાયુઓમાં, માત્ર એક પ્રકારનું વિકૃતિ શક્ય છે: સંકોચન - દુર્લભતા. સ્થિતિસ્થાપકતાના અનુરૂપ મોડ્યુલસ INબલ્ક મોડ્યુલસ કહેવાય છે. તે સંબંધ દ્વારા નક્કી થાય છે

-ડી પી = બી(ડી વી/વી).

અહીં ડી પી- દબાણમાં ફેરફાર, ડી વી/વી- વોલ્યુમમાં સંબંધિત ફેરફાર. માઇનસ ચિહ્ન સૂચવે છે કે દબાણ વધે છે, વોલ્યુમ ઘટે છે.

તીવ્રતા INકમ્પ્રેશન દરમિયાન ગેસનું તાપમાન બદલાય છે કે નહીં તેના પર આધાર રાખે છે. ધ્વનિ તરંગના કિસ્સામાં, તે બતાવી શકાય છે કે દબાણ ખૂબ જ ઝડપથી બદલાય છે અને કમ્પ્રેશન દરમિયાન છોડવામાં આવતી ગરમીમાં સિસ્ટમ છોડવાનો સમય નથી. આમ, ધ્વનિ તરંગમાં દબાણમાં ફેરફાર આસપાસના કણો સાથે ગરમીના વિનિમય વિના થાય છે. આ ફેરફારને એડિબેટિક કહેવામાં આવે છે. તે સ્થાપિત થયું છે કે ગેસમાં અવાજની ગતિ માત્ર તાપમાન પર આધારિત છે. આપેલ તાપમાને, ધ્વનિની ગતિ લગભગ તમામ વાયુઓ માટે સમાન હોય છે. 21.1 ° સે તાપમાને, શુષ્ક હવામાં અવાજની ગતિ 344.4 m/s છે અને વધતા તાપમાન સાથે વધે છે.

પ્રવાહીમાં વેગ.

પ્રવાહીમાં ધ્વનિ તરંગો વાયુઓની જેમ સંકોચન-વિરલ તરંગો છે. ઝડપ સમાન સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છે. જો કે, પ્રવાહી ગેસ કરતાં ઘણું ઓછું સંકુચિત છે, અને તેથી તેના માટે મૂલ્ય અનેક ગણું મોટું છે IN, વધુ અને ઘનતા આર. પ્રવાહીમાં ધ્વનિની ગતિ વાયુઓ કરતાં ઘન પદાર્થોની ઝડપની નજીક છે. તે વાયુઓ કરતાં ઘણું ઓછું છે અને તાપમાન પર આધાર રાખે છે. દા.ત. પાણીના તાપમાનમાં વધારો અને મીઠાની સાંદ્રતા સાથે અવાજની ઝડપ વધે છે.

સ્થાયી તરંગો.

જ્યારે હાર્મોનિક તરંગ મર્યાદિત જગ્યામાં ઉત્તેજિત થાય છે જેથી તે સીમાઓથી પ્રતિબિંબિત થાય, કહેવાતા સ્થાયી તરંગો થાય છે. સ્થાયી તરંગ એ બે તરંગોની સુપરપોઝિશનનું પરિણામ છે, એક આગળની દિશામાં અને બીજી વિરુદ્ધ દિશામાં મુસાફરી કરે છે. ઓસિલેશનની પેટર્ન, અવકાશમાં આગળ વધતી નથી, વૈકલ્પિક એન્ટિનોડ્સ અને ગાંઠો સાથે દેખાય છે. એન્ટિનોડ્સ પર, તેમની સંતુલન સ્થિતિમાંથી ઓસીલેટીંગ કણોનું વિચલન મહત્તમ છે, અને ગાંઠો પર તેઓ શૂન્ય છે.

એક તાર માં મોજા ઉભા.

ત્રાંસી તરંગો ખેંચાયેલા તારમાં ઉદભવે છે અને તાર તેની મૂળ, સીધી સ્થિતિની તુલનામાં વિસ્થાપિત થાય છે. શબ્દમાળામાં તરંગોનો ફોટોગ્રાફ કરતી વખતે, મૂળભૂત સ્વર અને ઓવરટોનના ગાંઠો અને એન્ટિનોડ્સ સ્પષ્ટપણે દૃશ્યમાન થાય છે.

સ્થાયી તરંગોનું ચિત્ર આપેલ લંબાઈના સ્ટ્રિંગની ઓસીલેટરી હિલચાલના વિશ્લેષણમાં મોટા પ્રમાણમાં સુવિધા આપે છે. લંબાઈની એક સ્ટ્રિંગ થવા દો એલ, છેડા પર નિશ્ચિત. આવી તારનાં કોઈપણ પ્રકારનાં કંપનને સ્થાયી તરંગોના સંયોજન તરીકે રજૂ કરી શકાય છે. શબ્દમાળાના છેડા નિશ્ચિત હોવાને કારણે, ફક્ત આવા સ્થાયી તરંગો શક્ય છે કે જેમાં સીમાના બિંદુઓ પર ગાંઠો હોય. શબ્દમાળાના કંપનની સૌથી ઓછી આવર્તન મહત્તમ શક્ય તરંગલંબાઇને અનુરૂપ છે. ગાંઠો વચ્ચેનું અંતર હોવાથી l/2, જ્યારે શબ્દમાળાની લંબાઈ અડધા તરંગલંબાઇ જેટલી હોય ત્યારે આવર્તન ન્યૂનતમ હોય છે, એટલે કે. ખાતે l= 2એલ. આ શબ્દમાળાના કંપનનો કહેવાતો મૂળભૂત મોડ છે. તેની અનુરૂપ આવર્તન, જેને મૂળભૂત આવર્તન અથવા મૂળભૂત સ્વર કહેવાય છે, દ્વારા આપવામાં આવે છે f = વિ/2એલ, ક્યાં વિ- શબ્દમાળા સાથે તરંગ પ્રસારની ઝડપ.

ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝના ઓસિલેશનનો સંપૂર્ણ ક્રમ છે જે મોટી સંખ્યામાં નોડ્સ સાથે સ્ટેન્ડિંગ તરંગોને અનુરૂપ છે. આગામી ઉચ્ચ આવર્તન, જેને બીજી હાર્મોનિક અથવા પ્રથમ ઓવરટોન કહેવામાં આવે છે, દ્વારા આપવામાં આવે છે

f = વિ/એલ.

હાર્મોનિક્સનો ક્રમ સૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત થાય છે f = nv/2એલ, ક્યાં n= 1, 2, 3, વગેરે આ કહેવાતા છે શબ્દમાળા સ્પંદનોની કુદરતી આવર્તન. તેઓ કુદરતી શ્રેણીની સંખ્યાના પ્રમાણમાં વધે છે: 2, 3, 4... વગેરે પર ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ. મૂળભૂત કંપનની આવર્તન ગણી. અવાજોની આ શ્રેણીને કુદરતી અથવા હાર્મોનિક સ્કેલ કહેવામાં આવે છે.

આ બધું મ્યુઝિકલ એકોસ્ટિક્સમાં મહત્વપૂર્ણ છે, જેની નીચે વધુ વિગતવાર ચર્ચા કરવામાં આવશે. હમણાં માટે, ચાલો નોંધ લઈએ કે શબ્દમાળા દ્વારા ઉત્પાદિત અવાજ તેની પોતાની બધી ફ્રીક્વન્સી ધરાવે છે. તેમાંના દરેકનું સાપેક્ષ યોગદાન એ બિંદુ પર આધાર રાખે છે કે જ્યાં સ્ટ્રિંગ સ્પંદનો ઉત્તેજિત થાય છે. જો, ઉદાહરણ તરીકે, તમે મધ્યમાં સ્ટ્રિંગ ખેંચો છો, તો મૂળભૂત આવર્તન સૌથી વધુ ઉત્સાહિત થશે, કારણ કે આ બિંદુ એન્ટિનોડને અનુરૂપ છે. બીજો હાર્મોનિક ગેરહાજર રહેશે, કારણ કે તેનો નોડ કેન્દ્રમાં સ્થિત છે. અન્ય હાર્મોનિક્સ વિશે પણ એવું જ કહી શકાય ( નીચે જુઓમ્યુઝિકલ એકોસ્ટિક્સ).

શબ્દમાળામાં તરંગોની ગતિ બરાબર છે

જ્યાં ટી -શબ્દમાળા તણાવ, અને આર એલ -સ્ટ્રિંગની એકમ લંબાઈ દીઠ માસ. તેથી, શબ્દમાળાના કુદરતી આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ દ્વારા આપવામાં આવે છે

આમ, સ્ટ્રિંગ ટેન્શનમાં વધારો વાઇબ્રેશન ફ્રીક્વન્સીઝમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે. આપેલ માટે ઓસિલેશન આવર્તન ઘટાડવું ટીતમે ભારે તાર લઈ શકો છો (મોટી આર એલ) અથવા તેની લંબાઈ વધારવી.

ઓર્ગન પાઈપોમાં સ્થાયી તરંગો.

સ્ટ્રિંગના સંબંધમાં પ્રસ્તુત થિયરી પાઈપમાં હવાના સ્પંદનો પર પણ લાગુ કરી શકાય છે જેમ કે અંગ. ઓર્ગન પાઇપને સરળ રીતે સીધી પાઇપ તરીકે જોઈ શકાય છે જેમાં સ્થાયી તરંગો ઉત્તેજિત થાય છે. પાઇપમાં બંધ અને ખુલ્લા બંને છેડા હોઈ શકે છે. સ્થાયી તરંગ એન્ટિનોડ ખુલ્લા છેડે દેખાય છે, અને બંધ છેડે ગાંઠ દેખાય છે. તેથી, બે ખુલ્લા છેડાવાળા પાઇપમાં મૂળભૂત આવર્તન હોય છે જેમ કે અડધા તરંગલંબાઇ પાઇપની લંબાઈ સાથે બંધબેસે છે. પાઇપ, જેમાં એક છેડો ખુલ્લો હોય છે અને બીજો બંધ હોય છે, તેની મૂળભૂત આવર્તન હોય છે કે જેના પર તરંગલંબાઇનો એક ક્વાર્ટર પાઇપની લંબાઈ સાથે બંધબેસે છે. આમ, બંને છેડે ખુલ્લી પાઇપ માટે મૂળભૂત આવર્તન છે f =વિ/2એલ, અને એક છેડે ખુલ્લી પાઇપ માટે, f = v/4એલ(જ્યાં એલ- પાઇપ લંબાઈ). પ્રથમ કિસ્સામાં, પરિણામ શબ્દમાળા જેવું જ છે: ઓવરટોન બમણા, ત્રણ ગણા, વગેરે. મૂળભૂત આવર્તનનું મૂલ્ય. જો કે, એક છેડે ખુલ્લી પાઇપ માટે, ઓવરટોન 3, 5, 7, વગેરેના પરિબળો દ્વારા મૂળભૂત આવર્તન કરતા વધારે હશે. એકવાર

ફિગ માં. 4 અને 5 યોજનાકીય રીતે મૂળભૂત ફ્રિકવન્સીના સ્ટેન્ડિંગ તરંગોનું ચિત્ર અને ધ્યાનમાં લેવાયેલા બે પ્રકારના પાઈપો માટે પ્રથમ ઓવરટોન દર્શાવે છે. વિસ્થાપન અહીં અનુકૂળતા માટે ટ્રાંસવર્સ તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યા છે, પરંતુ હકીકતમાં તે રેખાંશ છે.

રેઝોનન્ટ ઓસિલેશન્સ.

સ્ટેન્ડિંગ તરંગો રેઝોનન્સની ઘટના સાથે નજીકથી સંબંધિત છે. ઉપર ચર્ચા કરેલ કુદરતી ફ્રીક્વન્સી પણ સ્ટ્રિંગ અથવા ઓર્ગન પાઇપની રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીઝ છે. ધારો કે ઓર્ગન પાઈપના ખુલ્લા છેડાની નજીક લાઉડસ્પીકર મૂકવામાં આવે છે, જે એક ચોક્કસ આવર્તનનું સિગ્નલ બહાર કાઢે છે, જે ઈચ્છા મુજબ બદલાઈ શકે છે. પછી, જ્યારે લાઉડસ્પીકર સિગ્નલની આવર્તન પાઇપની મૂળભૂત આવર્તન અથવા તેના ઓવરટોનમાંથી એક સાથે મેળ ખાય છે, ત્યારે પાઇપ ખૂબ જ જોરથી અવાજ કરશે. આવું એટલા માટે થાય છે કારણ કે લાઉડસ્પીકર નોંધપાત્ર કંપનવિસ્તાર સાથે હવાના સ્તંભના સ્પંદનોને ઉત્તેજિત કરે છે. તેઓ કહે છે કે પાઇપ આ પરિસ્થિતિઓમાં પડઘો પાડે છે.

ધ્વનિનું ફોરિયર વિશ્લેષણ અને આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ.

વ્યવહારમાં, એક જ આવર્તનના ધ્વનિ તરંગો દુર્લભ છે. પરંતુ જટિલ ધ્વનિ તરંગોને હાર્મોનિક્સમાં વિઘટિત કરી શકાય છે. ફ્રેન્ચ ગણિતશાસ્ત્રી જે. ફૌરિયર (1768-1830) પછી આ પદ્ધતિને ફ્યુરિયર વિશ્લેષણ કહેવામાં આવે છે, જેમણે તેનો ઉપયોગ (ગરમીના સિદ્ધાંતમાં) પ્રથમ કર્યો હતો.

આવર્તન વિરુદ્ધ ધ્વનિ સ્પંદનોની સંબંધિત ઊર્જાના આલેખને ધ્વનિનું આવર્તન વર્ણપટ કહેવામાં આવે છે. આવા સ્પેક્ટ્રાના બે મુખ્ય પ્રકાર છે: સ્વતંત્ર અને સતત. એક અલગ સ્પેક્ટ્રમમાં ખાલી જગ્યાઓ દ્વારા અલગ કરાયેલ ફ્રીક્વન્સીઝ માટે અલગ રેખાઓ હોય છે. સતત સ્પેક્ટ્રમ તેના બેન્ડમાં તમામ ફ્રીક્વન્સીઝ ધરાવે છે.

સામયિક ધ્વનિ સ્પંદનો.

ધ્વનિ સ્પંદનો સામયિક હોય છે જો ઓસીલેટરી પ્રક્રિયા, ભલે તે ગમે તેટલી જટિલ હોય, ચોક્કસ સમય અંતરાલ પછી પુનરાવર્તિત થાય છે. તેનું સ્પેક્ટ્રમ હંમેશા અલગ હોય છે અને તેમાં ચોક્કસ આવર્તનના હાર્મોનિક્સનો સમાવેશ થાય છે. તેથી "હાર્મોનિક વિશ્લેષણ" શબ્દ. એક ઉદાહરણ લંબચોરસ ઓસિલેશન છે (ફિગ. 6, એ) થી બદલાતા કંપનવિસ્તાર સાથે +એપહેલાં - એઅને સમયગાળો ટી = 1/f. બીજું સરળ ઉદાહરણ ફિગમાં બતાવેલ ત્રિકોણાકાર લાકડાંઈ નો વહેર છે. 6, b. અનુરૂપ હાર્મોનિક ઘટકો સાથે વધુ જટિલ આકારના સામયિક ઓસિલેશનનું ઉદાહરણ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 7.

સંગીતના અવાજો સામયિક સ્પંદનો છે અને તેથી તેમાં હાર્મોનિક્સ (ઓવરટોન) હોય છે. આપણે પહેલેથી જ જોયું છે કે સ્ટ્રિંગમાં, મૂળભૂત આવર્તનના સ્પંદનો સાથે, અન્ય હાર્મોનિક્સ એક અથવા બીજી ડિગ્રી સુધી ઉત્સાહિત હોય છે. દરેક ઓવરટોનનું સંબંધિત યોગદાન સ્ટ્રિંગ કેવી રીતે ઉત્તેજિત છે તેના પર આધાર રાખે છે. ઓવરટોનનો સમૂહ મોટે ભાગે નક્કી કરવામાં આવે છે લાકડાસંગીતનો અવાજ. નીચેના મ્યુઝિકલ એકોસ્ટિક્સ પરના વિભાગમાં આ મુદ્દાઓની વધુ વિગતવાર ચર્ચા કરવામાં આવી છે.

ધ્વનિ પલ્સનું સ્પેક્ટ્રમ.

સામાન્ય પ્રકારનો અવાજ એ ટૂંકા ગાળાનો અવાજ છે: તાળીઓ પાડવી, દરવાજો ખટખટાવવો, ફ્લોર પર પડતી વસ્તુનો અવાજ, કોયલ કોયલ. આવા અવાજો ન તો સામયિક હોય છે કે ન તો સંગીતમય. પરંતુ તેઓ ફ્રીક્વન્સી સ્પેક્ટ્રમમાં પણ વિઘટિત થઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, સ્પેક્ટ્રમ સતત રહેશે: ધ્વનિનું વર્ણન કરવા માટે, ચોક્કસ બેન્ડની અંદરની તમામ ફ્રીક્વન્સીઝ, જે ખૂબ વિશાળ હોઈ શકે છે, તે જરૂરી છે. વિકૃતિ વિના આવા અવાજોનું પુનઃઉત્પાદન કરવા માટે આ આવર્તન સ્પેક્ટ્રમને જાણવું જરૂરી છે, કારણ કે અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમે આ બધી ફ્રીક્વન્સીને સમાન રીતે "પાસ" કરવી જોઈએ.

ધ્વનિ પલ્સની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓને સરળ આકારની પલ્સને ધ્યાનમાં લઈને સ્પષ્ટ કરી શકાય છે. ચાલો માની લઈએ કે ધ્વનિ એ D અવધિનું સ્પંદન છે t, જેના પર દબાણમાં ફેરફાર ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે છે. 8, એ. આ કેસ માટે અંદાજિત આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 8, b. કેન્દ્રીય આવર્તન એ ઓસિલેશનને અનુલક્ષે છે કે જો સમાન સિગ્નલ અનિશ્ચિત સમય સુધી લંબાવવામાં આવે તો આપણી પાસે હશે.

ફ્રીક્વન્સી સ્પેક્ટ્રમની લંબાઈને બેન્ડવિડ્થ D કહેવામાં આવશે f(ફિગ. 8, b). બેન્ડવિડ્થ એ અતિશય વિકૃતિ વિના મૂળ પલ્સનું પુનઃઉત્પાદન કરવા માટે જરૂરી ફ્રીક્વન્સીઝની અંદાજિત શ્રેણી છે. ડી વચ્ચે ખૂબ જ સરળ મૂળભૂત સંબંધ છે fઅને ડી t, એટલે કે

ડી fડી t" 1.

આ સંબંધ તમામ ધ્વનિ સ્પંદનો માટે માન્ય છે. તેનો અર્થ એ છે કે પલ્સ ટૂંકા હોય છે, તેમાં વધુ ફ્રીક્વન્સી હોય છે. ચાલો ધારીએ કે સોનારનો ઉપયોગ સબમરીનને શોધવા માટે થાય છે, જે 30 kHz ની સિગ્નલ આવર્તન સાથે 0.0005 s સુધી ચાલતી પલ્સ સ્વરૂપે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉત્સર્જન કરે છે. બેન્ડવિડ્થ 1/0.0005 = 2 kHz છે, અને વાસ્તવમાં રડાર પલ્સના સ્પેક્ટ્રમમાં સમાયેલ ફ્રીક્વન્સીઝ 29 થી 31 kHz ની રેન્જમાં છે.

ઘોંઘાટ.

ઘોંઘાટ બહુવિધ, અસંગત સ્ત્રોતો દ્વારા બનાવવામાં આવેલ કોઈપણ અવાજનો સંદર્ભ આપે છે. એક ઉદાહરણ એ છે કે પવન દ્વારા ઝાડના પાંદડા ઉડવાનો અવાજ. જેટ એન્જિનનો અવાજ હાઇ-સ્પીડ એક્ઝોસ્ટ ફ્લોના ગરબડને કારણે થાય છે. ઘોંઘાટને બળતરાના અવાજ તરીકે કલામાં ગણવામાં આવે છે. પર્યાવરણનું ધ્વનિ પ્રદૂષણ.

અવાજની તીવ્રતા.

સાઉન્ડ વોલ્યુમ અલગ અલગ હોઈ શકે છે. તે કલ્પના કરવી મુશ્કેલ નથી કે આ ધ્વનિ તરંગ દ્વારા સ્થાનાંતરિત ઊર્જાને કારણે છે. અવાજની માત્રાત્મક સરખામણી કરવા માટે, તમારે અવાજની તીવ્રતાનો ખ્યાલ રજૂ કરવાની જરૂર છે. ધ્વનિ તરંગની તીવ્રતાને એકમ સમય દીઠ વેવ ફ્રન્ટના એકમ વિસ્તારમાંથી સરેરાશ ઊર્જા પ્રવાહ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જો તમે એક ક્ષેત્ર (ઉદાહરણ તરીકે, 1 cm2) લો, જે ધ્વનિને સંપૂર્ણપણે શોષી લે, અને તેને તરંગ પ્રસારની દિશામાં લંબરૂપ સ્થિત કરે, તો ધ્વનિની તીવ્રતા એક સેકન્ડમાં શોષાયેલી એકોસ્ટિક ઊર્જા જેટલી હોય છે. તીવ્રતા સામાન્ય રીતે W/cm2 (અથવા W/m2) માં દર્શાવવામાં આવે છે.

ચાલો કેટલાક પરિચિત અવાજો માટે આ જથ્થાનું મૂલ્ય આપીએ. સામાન્ય વાતચીત દરમિયાન થતા વધારાના દબાણનું કંપનવિસ્તાર એ વાતાવરણીય દબાણનો આશરે એક મિલિયનમો ભાગ છે, જે 10-9 W/cm 2 ના ક્રમની એકોસ્ટિક ધ્વનિ તીવ્રતાને અનુરૂપ છે. સામાન્ય વાતચીત દરમિયાન ઉત્પાદિત અવાજની કુલ શક્તિ માત્ર 0.00001 W છે. માનવ કાનની આવી નાની શક્તિઓને સમજવાની ક્ષમતા તેની અદ્ભુત સંવેદનશીલતાની સાક્ષી આપે છે.

આપણા કાન દ્વારા જોવામાં આવતી ધ્વનિની તીવ્રતાની શ્રેણી ખૂબ વિશાળ છે. કાન સહન કરી શકે તેવા સૌથી મોટા અવાજની તીવ્રતા તે સાંભળી શકે તેવા લઘુત્તમ કરતાં લગભગ 10 14 ગણી વધારે છે. ધ્વનિ સ્ત્રોતોની સંપૂર્ણ શક્તિ સમાન વિશાળ શ્રેણીને આવરી લે છે. આમ, ખૂબ જ શાંત વ્હીસ્પર દ્વારા ઉત્સર્જિત શક્તિ 10-9 W ના ક્રમમાં હોઈ શકે છે, જ્યારે જેટ એન્જિન દ્વારા ઉત્સર્જિત શક્તિ 10-5 W સુધી પહોંચે છે. ફરીથી, તીવ્રતા 10 14 ના પરિબળ દ્વારા અલગ પડે છે.

ડેસિબલ.

કારણ કે અવાજો તીવ્રતામાં ખૂબ બદલાય છે, તેને લઘુગણક મૂલ્ય તરીકે વિચારવું અને તેને ડેસિબલ્સમાં માપવું વધુ અનુકૂળ છે. લઘુગણક તીવ્રતા મૂલ્ય એ પ્રારંભિક મૂલ્ય તરીકે લીધેલા મૂલ્ય સાથે વિચારણા હેઠળના મૂલ્યના મૂલ્યના ગુણોત્તરનું લઘુગણક છે. તીવ્રતા સ્તર જેકેટલીક શરતી પસંદ કરેલી તીવ્રતાના સંબંધમાં જે 0 બરાબર છે

અવાજની તીવ્રતા સ્તર = 10 એલજી ( જે/જે 0) ડીબી.

આમ, એક ધ્વનિ જે 20 dB વધુ તીવ્રતા ધરાવે છે તે બીજા કરતા 100 ગણો વધુ તીવ્રતા ધરાવે છે.

એકોસ્ટિક માપનની પ્રેક્ટિસમાં, વધુ પડતા દબાણના અનુરૂપ કંપનવિસ્તાર દ્વારા અવાજની તીવ્રતા વ્યક્ત કરવાનો રિવાજ છે. આર ઇ. જ્યારે દબાણ કેટલાક મનસ્વી રીતે પસંદ કરેલા દબાણની તુલનામાં ડેસિબલ્સમાં માપવામાં આવે છે આર 0, કહેવાતા ધ્વનિ દબાણ સ્તર પ્રાપ્ત થાય છે. કારણ કે ધ્વનિની તીવ્રતા તીવ્રતાના પ્રમાણસર છે પી ઇ 2 , અને lg( પી ઇ 2) = 2lg પી ઇ, ધ્વનિ દબાણ સ્તર નીચે પ્રમાણે નક્કી કરવામાં આવે છે:

ધ્વનિ દબાણ સ્તર = 20 એલજી ( પી ઇ/પી 0) ડીબી.

શરતી દબાણ આર 0 = 2H 10 –5 Pa 1 kHz ની આવર્તન સાથે અવાજ માટે પ્રમાણભૂત સુનાવણી થ્રેશોલ્ડને અનુરૂપ છે. કોષ્ટકમાં કોષ્ટક 2 કેટલાક સામાન્ય ધ્વનિ સ્ત્રોતો માટે ધ્વનિ દબાણ સ્તર દર્શાવે છે. આ સંપૂર્ણ શ્રાવ્ય આવર્તન શ્રેણીની સરેરાશથી મેળવેલ અભિન્ન મૂલ્યો છે.

કોષ્ટક 2. લાક્ષણિક સાઉન્ડ પ્રેશર લેવલ
ધ્વનિ સ્ત્રોત	ધ્વનિ દબાણ સ્તર, dB (rel. 2H 10-5 પા)
સ્ટેમ્પિંગની દુકાન
જહાજ પર એન્જિન રૂમ
કાંતણ અને વણાટની દુકાન
સબવે કારમાં
ટ્રાફિકમાં ડ્રાઇવિંગ કરતી વખતે કારમાં
ટાઈપરાઈટિંગ બ્યુરો
નામું
ઓફિસ
રહેવાની જગ્યા
રાત્રે રહેણાંક વિસ્તાર
રેડિયો બ્રોડકાસ્ટિંગ સ્ટુડિયો

વોલ્યુમ.

સાઉન્ડ પ્રેશર લેવલ ફક્ત મોટેથીની માનસિક દ્રષ્ટિ સાથે સંબંધિત નથી. આ પરિબળોમાંનું પ્રથમ ઉદ્દેશ્ય છે, અને બીજું વ્યક્તિલક્ષી છે. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે મોટા અવાજની ધારણા માત્ર અવાજની તીવ્રતા પર જ નહીં, પણ તેની આવર્તન અને પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓ પર પણ આધારિત છે.

તુલનાત્મક પરિસ્થિતિઓ સાથે બંધાયેલ ન હોય તેવા અવાજોની માત્રાની તુલના કરી શકાતી નથી. તેમ છતાં, શુદ્ધ ટોનની સરખામણી રસપ્રદ છે. આ કરવા માટે, ધ્વનિ દબાણ સ્તર નક્કી કરો કે જેના પર આપેલ ટોન 1000 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથે પ્રમાણભૂત સ્વર જેટલો જ જોરથી માનવામાં આવે છે. ફિગ માં. આકૃતિ 9 ફ્લેચર અને મેનસન પ્રયોગોમાં મેળવેલ સમાન લાઉડનેસ વણાંકો દર્શાવે છે. દરેક વળાંક માટે, પ્રમાણભૂત 1000 Hz ટોનનું અનુરૂપ ધ્વનિ દબાણ સ્તર સૂચવવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 200 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથેના ટોનને 50 ડીબીના ધ્વનિ દબાણ સ્તર સાથે 1000 હર્ટ્ઝના સ્વર જેટલા જ જોરથી સમજવા માટે 60 ડીબીના ધ્વનિ સ્તરની જરૂર છે.

આ વળાંકોનો ઉપયોગ બેકગ્રાઉન્ડ નક્કી કરવા માટે થાય છે, લાઉડનેસ લેવલનું એક એકમ જે ડેસિબલ્સમાં પણ માપવામાં આવે છે. પૃષ્ઠભૂમિ એ ધ્વનિ વોલ્યુમ સ્તર છે જેના માટે સમાન મોટા પ્રમાણભૂત શુદ્ધ સ્વર (1000 Hz) નું ધ્વનિ દબાણ સ્તર 1 dB છે. આમ, 60 ડીબીના સ્તરે 200 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથેનો અવાજ 50 બેકગ્રાઉન્ડનું વોલ્યુમ લેવલ ધરાવે છે.

ફિગમાં નીચેનો વળાંક. 9 એ સારા કાનની સુનાવણી થ્રેશોલ્ડ વળાંક છે. શ્રાવ્ય ફ્રીક્વન્સીઝની શ્રેણી લગભગ 20 થી 20,000 Hz સુધી વિસ્તરે છે.

ધ્વનિ તરંગોનો પ્રચાર.

શાંત પાણીમાં ફેંકવામાં આવેલા કાંકરામાંથી તરંગોની જેમ, ધ્વનિ તરંગો બધી દિશામાં ફરે છે. તરંગ ફ્રન્ટ દ્વારા આવી પ્રચાર પ્રક્રિયાને દર્શાવવા માટે તે અનુકૂળ છે. વેવ ફ્રન્ટ એ અવકાશમાં એક સપાટી છે, જેના તમામ બિંદુઓ પર સમાન તબક્કામાં ઓસિલેશન થાય છે. પાણીમાં પડતા કાંકરામાંથી તરંગના મોરચા વર્તુળો છે.

સપાટ મોજા.

વેવ ફ્રન્ટનો સૌથી સરળ પ્રકાર સપાટ છે. પ્લેન તરંગ માત્ર એક જ દિશામાં મુસાફરી કરે છે અને તે એક આદર્શીકરણ છે જે વ્યવહારમાં લગભગ સાકાર થાય છે. પાઈપમાં ધ્વનિ તરંગને લગભગ સપાટ ગણી શકાય, જેમ કે સ્ત્રોતથી ઘણા અંતરે ગોળાકાર તરંગ.

ગોળાકાર તરંગો.

તરંગોના સરળ પ્રકારોમાં ગોળાકાર ફ્રન્ટ સાથેની તરંગનો સમાવેશ થાય છે, જે એક બિંદુમાંથી નીકળે છે અને બધી દિશામાં પ્રસરે છે. આવા તરંગને નાના ધબકતા ગોળાનો ઉપયોગ કરીને ઉત્તેજિત કરી શકાય છે. જે સ્ત્રોત ગોળાકાર તરંગને ઉત્તેજિત કરે છે તેને બિંદુ સ્ત્રોત કહેવામાં આવે છે. આવા તરંગોની તીવ્રતા જેમ જેમ તે પ્રસરે છે તેમ તેમ ઘટતી જાય છે, કારણ કે ઉર્જા ક્યારેય મોટા ત્રિજ્યાના ગોળામાં વિતરિત થાય છે.

જો ગોળાકાર તરંગ બનાવતા બિંદુ સ્ત્રોત 4 ની શક્તિ બહાર કાઢે છે pQ, પછી ત્રિજ્યા સાથે ગોળાના સપાટી વિસ્તારથી આર 4 બરાબર છે પી આર 2, ગોળાકાર તરંગમાં અવાજની તીવ્રતા બરાબર છે

જે = પ્ર/આર 2 ,

જ્યાં આર- સ્ત્રોતથી અંતર. આમ, ગોળાકાર તરંગની તીવ્રતા સ્ત્રોતથી અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં ઘટે છે.

તેના પ્રચાર દરમિયાન કોઈપણ ધ્વનિ તરંગની તીવ્રતા ધ્વનિ શોષણને કારણે ઘટે છે. આ ઘટનાની નીચે ચર્ચા કરવામાં આવશે.

હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત.

હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત વેવ ફ્રન્ટ પ્રચાર માટે માન્ય છે. તે શોધવા માટે, ચાલો કોઈ પણ સમયે આપણને જાણીતા તરંગના આગળના આકારને ધ્યાનમાં લઈએ. તે સમય ડી પછી પણ મળી શકે છે t, જો પ્રારંભિક તરંગના આગળના દરેક બિંદુને પ્રાથમિક ગોળાકાર તરંગના સ્ત્રોત તરીકે ગણવામાં આવે છે જે આ અંતરાલ પર અંતર સુધી ફેલાય છે. વિડી t. આ તમામ પ્રાથમિક ગોળાકાર તરંગ મોરચાનું પરબિડીયું નવી વેવ ફ્રન્ટ હશે. હ્યુજેન્સનો સિદ્ધાંત સમગ્ર પ્રચાર પ્રક્રિયા દરમિયાન વેવફ્રન્ટનો આકાર નક્કી કરવા દે છે. તે તેમાંથી પણ અનુસરે છે કે તરંગો, સમતલ અને ગોળાકાર બંને, પ્રચાર દરમિયાન તેમની ભૂમિતિ જાળવી રાખે છે, જો કે માધ્યમ સજાતીય હોય.

ધ્વનિ વિવર્તન.

વિવર્તન એ અવરોધની આસપાસ તરંગોનું વળાંક છે. હ્યુજેન્સના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને વિવર્તનનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. આ બેન્ડિંગની હદ તરંગલંબાઇ અને અવરોધ અથવા છિદ્રના કદ વચ્ચેના સંબંધ પર આધારિત છે. ધ્વનિની તરંગલંબાઇ પ્રકાશ કરતાં ઘણી ગણી લાંબી હોવાથી, ધ્વનિ તરંગોનું વિવર્તન પ્રકાશના વિવર્તન કરતાં ઓછું આશ્ચર્યજનક છે. તેથી, તમે બિલ્ડિંગના ખૂણાની આસપાસ ઊભેલી વ્યક્તિ સાથે વાત કરી શકો છો, જો કે તે દેખાતો નથી. ધ્વનિ તરંગ સરળતાથી એક ખૂણાની આસપાસ વળે છે, જ્યારે પ્રકાશ, તેની ટૂંકી તરંગલંબાઇને કારણે, તીક્ષ્ણ પડછાયાઓ ઉત્પન્ન કરે છે.

ચાલો એક છિદ્ર સાથે ઘન ફ્લેટ સ્ક્રીન પર પ્લેન ધ્વનિ તરંગની ઘટનાના વિવર્તનને ધ્યાનમાં લઈએ. સ્ક્રીનની બીજી બાજુના વેવફ્રન્ટનો આકાર નક્કી કરવા માટે, તમારે તરંગલંબાઇ વચ્ચેનો સંબંધ જાણવાની જરૂર છે. lઅને છિદ્ર વ્યાસ ડી. જો આ મૂલ્યો લગભગ સમાન હોય અથવા lઘણું વધારે ડી, પછી સંપૂર્ણ વિવર્તન પરિણામો: ઉભરતા તરંગનો તરંગ ગોળાકાર હશે, અને તરંગ સ્ક્રીનની પાછળના તમામ બિંદુઓ સુધી પહોંચશે. જો lકંઈક ઓછું ડી, પછી ઉભરતી તરંગ મુખ્યત્વે આગળની દિશામાં પ્રચાર કરશે. અને છેવટે, જો lઘણું ઓછું ડી, પછી તેની બધી ઊર્જા સીધી રેખામાં ફેલાશે. આ કેસો ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે. 10.

જ્યારે ધ્વનિના માર્ગમાં થોડો અવરોધ હોય ત્યારે વિવર્તન પણ જોવા મળે છે. જો અવરોધનું કદ તરંગલંબાઇ કરતા ઘણું મોટું હોય, તો અવાજ પ્રતિબિંબિત થાય છે, અને અવરોધની પાછળ એકોસ્ટિક શેડો ઝોન રચાય છે. જ્યારે અવરોધનું કદ તરંગલંબાઇ સાથે તુલનાત્મક અથવા નાનું હોય છે, ત્યારે ધ્વનિ અમુક અંશે બધી દિશામાં વિચલિત થાય છે. આને આર્કિટેક્ચરલ એકોસ્ટિક્સમાં ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીકવાર ઇમારતની દિવાલો ધ્વનિ તરંગલંબાઇના ક્રમમાં પરિમાણો સાથેના અંદાજોથી ઢંકાયેલી હોય છે. (100 હર્ટ્ઝની આવર્તન પર, હવામાં તરંગલંબાઇ લગભગ 3.5 મીટર છે.) આ કિસ્સામાં, દિવાલો પર પડતો અવાજ બધી દિશામાં વેરવિખેર થાય છે. આર્કિટેક્ચરલ ધ્વનિશાસ્ત્રમાં, આ ઘટનાને ધ્વનિ પ્રસરણ કહેવામાં આવે છે.

પ્રતિબિંબ અને ધ્વનિનું પ્રસારણ.

જ્યારે એક માધ્યમમાં મુસાફરી કરતી ધ્વનિ તરંગ બીજા માધ્યમ સાથેના ઇન્ટરફેસને અથડાવે છે, ત્યારે ત્રણ પ્રક્રિયાઓ એકસાથે થઈ શકે છે. તરંગ ઈન્ટરફેસમાંથી પ્રતિબિંબિત થઈ શકે છે, તે દિશા બદલ્યા વિના બીજા માધ્યમમાં પસાર થઈ શકે છે, અથવા તે સીમા પર દિશા બદલી શકે છે, એટલે કે. રીફ્રેક્ટ ફિગ માં. આકૃતિ 11 સૌથી સરળ કિસ્સો બતાવે છે જ્યારે પ્લેન તરંગ બે અલગ-અલગ પદાર્થોને અલગ કરતી સપાટ સપાટી પર જમણા ખૂણા પર બને છે. જો તીવ્રતા પ્રતિબિંબ ગુણાંક, જે પ્રતિબિંબિત ઊર્જાના અપૂર્ણાંકને નિર્ધારિત કરે છે, તે બરાબર છે આર, પછી ટ્રાન્સમિશન ગુણાંક સમાન હશે ટી = 1 – આર.

ધ્વનિ તરંગ માટે, ઓસીલેટરી વોલ્યુમેટ્રિક વેગના વધારાના દબાણના ગુણોત્તરને એકોસ્ટિક ઇમ્પિડન્સ કહેવામાં આવે છે. પ્રતિબિંબ અને ટ્રાન્સમિશન ગુણાંક બે માધ્યમોના તરંગ અવરોધોના ગુણોત્તર પર આધાર રાખે છે; તરંગ અવરોધો, બદલામાં, એકોસ્ટિક અવરોધોના પ્રમાણસર છે. વાયુઓનો તરંગ પ્રતિકાર પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થો કરતા ઘણો ઓછો છે. તેથી, જો હવામાં તરંગ કોઈ જાડા ઘન પદાર્થ અથવા ઊંડા પાણીની સપાટીને અથડાવે છે, તો અવાજ લગભગ સંપૂર્ણપણે પ્રતિબિંબિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એર-વોટર ઇન્ટરફેસ માટે વેવ ઇમ્પિડન્સ રેશિયો 0.0003 છે. તદનુસાર, હવામાંથી પાણીમાં પસાર થતી ધ્વનિની ઊર્જા ઘટના ઊર્જાના માત્ર 0.12% જેટલી છે. પ્રતિબિંબ અને ટ્રાન્સમિશન ગુણાંક ઉલટાવી શકાય તેવું છે: પ્રતિબિંબ ગુણાંક એ વિરુદ્ધ દિશામાં ટ્રાન્સમિશન ગુણાંક છે. આમ, ધ્વનિ વ્યવહારીક રીતે હવામાંથી પાણીના પૂલમાં અથવા પાણીની નીચેથી બહાર સુધી પ્રવેશી શકતો નથી, જે પાણીની અંદર તરનારા દરેકને સારી રીતે જાણે છે.

ઉપરોક્ત ગણવામાં આવતા પ્રતિબિંબના કિસ્સામાં, એવું માનવામાં આવતું હતું કે તરંગોના પ્રસારની દિશામાં બીજા માધ્યમની જાડાઈ મોટી છે. પરંતુ ટ્રાન્સમિશન ગુણાંક નોંધપાત્ર રીતે વધારે હશે જો બીજું માધ્યમ બે સરખા વાતાવરણને અલગ કરતી દિવાલ હોય, જેમ કે રૂમ વચ્ચેનું નક્કર પાર્ટીશન. હકીકત એ છે કે દિવાલની જાડાઈ સામાન્ય રીતે ધ્વનિ તરંગલંબાઇ કરતા ઓછી હોય છે અથવા તેની સાથે તુલનાત્મક હોય છે. જો દિવાલની જાડાઈ દિવાલમાં અવાજની અડધી તરંગલંબાઇના ગુણાંકમાં હોય, તો લંબરૂપ ઘટના પર તરંગનો પ્રસારણ ગુણાંક ખૂબ મોટો હોય છે. પાર્ટીશન આ ફ્રીક્વન્સીના અવાજ માટે એકદમ પારદર્શક હશે જો તે શોષણ માટે ન હોત, જેની આપણે અહીં અવગણના કરી રહ્યા છીએ. જો દિવાલની જાડાઈ તેમાં ધ્વનિની તરંગલંબાઈ કરતા ઘણી ઓછી હોય, તો પ્રતિબિંબ હંમેશા નાનું હોય છે અને પ્રસારણ મોટું હોય છે, સિવાય કે જ્યારે ધ્વનિ શોષણ વધારવા માટે વિશેષ પગલાં લેવામાં આવે.

અવાજનું રીફ્રેક્શન.

જ્યારે પ્લેન ધ્વનિ તરંગ ઇન્ટરફેસ પરના ખૂણા પર બને છે, ત્યારે તેના પ્રતિબિંબનો કોણ ઘટનાના ખૂણા જેટલો હોય છે. જો ઘટનાનો કોણ 90° થી અલગ હોય તો પ્રસારિત તરંગ ઘટના તરંગની દિશામાંથી વિચલિત થાય છે. તરંગ ચળવળની દિશામાં આ ફેરફારને રીફ્રેક્શન કહેવામાં આવે છે. સપાટ બાઉન્ડ્રી પર રીફ્રેક્ટિવ ભૂમિતિ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 12. તરંગોની દિશા અને સામાન્યથી સપાટી વચ્ચેના ખૂણો દર્શાવેલ છે qઘટના તરંગ માટે 1 અને q 2 – રીફ્રેક્ટેડ ભૂતકાળ માટે. આ બે ખૂણાઓ વચ્ચેના સંબંધમાં માત્ર બે માધ્યમો માટે અવાજની ગતિના ગુણોત્તરનો સમાવેશ થાય છે. પ્રકાશ તરંગોના કિસ્સામાં, આ ખૂણાઓ સ્નેલના નિયમ દ્વારા એકબીજા સાથે સંબંધિત છે:

આમ, જો બીજા માધ્યમમાં ધ્વનિની ઝડપ પ્રથમ કરતા ઓછી હોય, તો વક્રીભવન કોણ ઘટનાના ખૂણા કરતા ઓછો હશે, પરંતુ જો બીજા માધ્યમમાં ઝડપ વધારે હોય, તો વક્રીભવન કોણ હશે. ઘટનાના કોણ કરતા વધારે.

તાપમાનના ઢાળને કારણે રીફ્રેક્શન.

જો અસંગત માધ્યમમાં ધ્વનિની ગતિ બિંદુથી બિંદુ સુધી સતત બદલાતી રહે છે, તો વક્રીભવન પણ બદલાય છે. હવા અને પાણી બંનેમાં અવાજની ગતિ તાપમાન પર આધારિત હોવાથી, તાપમાનના ઢાળની હાજરીમાં, ધ્વનિ તરંગો તેમની હિલચાલની દિશા બદલી શકે છે. વાતાવરણ અને સમુદ્રમાં, સામાન્ય રીતે આડી સ્તરીકરણને કારણે ઊભી તાપમાનના ઢાળ જોવા મળે છે. તેથી, તાપમાનના ઢાળને કારણે ધ્વનિની ઊભી ગતિમાં થતા ફેરફારોને કારણે, ધ્વનિ તરંગને ઉપર અથવા નીચેથી વિચલિત કરી શકાય છે.

જ્યારે પૃથ્વીની સપાટીની નજીક કોઈ જગ્યાએ હવા ઉચ્ચ સ્તરો કરતાં વધુ ગરમ હોય ત્યારે કેસને ધ્યાનમાં લો. પછી, વધતી ઊંચાઈ સાથે, અહીં હવાનું તાપમાન ઘટે છે, અને તેની સાથે અવાજની ગતિ ઘટે છે. પૃથ્વીની સપાટીની નજીકના સ્ત્રોત દ્વારા ઉત્સર્જિત ધ્વનિ વક્રીભવનના કારણે ઉપર તરફ જશે. આ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 13, જે ધ્વનિ "કિરણો" દર્શાવે છે.

ફિગમાં બતાવેલ ધ્વનિ કિરણોનું વિચલન. 13, સ્નેલના કાયદા દ્વારા સામાન્ય સ્વરૂપમાં વર્ણવેલ છે. જો મારફતે q, પહેલાની જેમ, વર્ટિકલ અને રેડિયેશનની દિશા વચ્ચેના કોણને નિયુક્ત કરો, પછી સામાન્યકૃત સ્નેલના કાયદામાં પાપનું સ્વરૂપ છે q/વિ= const, કિરણ પરના કોઈપણ બિંદુનો ઉલ્લેખ કરે છે. આમ, જો બીમ એવા પ્રદેશમાં પસાર થાય છે જ્યાં ગતિ હોય છે વિઘટે છે, પછી કોણ qપણ ઘટવું જોઈએ. તેથી, ધ્વનિ કિરણો હંમેશા અવાજની ગતિ ઘટવાની દિશામાં વિચલિત થાય છે.

ફિગમાંથી. 13 એ જોઈ શકાય છે કે સ્ત્રોતથી અમુક અંતરે એક એવો પ્રદેશ આવેલો છે જ્યાં ધ્વનિ કિરણો બિલકુલ પ્રવેશતા નથી. આ કહેવાતા સાયલન્સ ઝોન છે.

તે તદ્દન શક્ય છે કે ક્યાંક ફિગમાં બતાવેલ કરતાં વધુ ઊંચાઈ પર. 13, તાપમાનના ઢાળને કારણે, અવાજની ઝડપ ઊંચાઈ સાથે વધે છે. આ કિસ્સામાં, ધ્વનિ તરંગો જે શરૂઆતમાં ઉપર તરફ વળ્યા હતા તે પૃથ્વીની સપાટી તરફ ખૂબ જ અંતરે વિચલિત થશે. આ ત્યારે થાય છે જ્યારે વાતાવરણમાં તાપમાનના વ્યુત્ક્રમનું સ્તર રચાય છે, જેના પરિણામે અલ્ટ્રા-લોન્ગ-રેન્જ ધ્વનિ સંકેતો પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય બને છે. તદુપરાંત, દૂરના બિંદુઓ પર સ્વાગતની ગુણવત્તા નજીકના કરતાં પણ સારી છે. ઇતિહાસમાં અતિ-લાંબા-રેન્જના સ્વાગતના ઘણા ઉદાહરણો છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન, જ્યારે વાતાવરણીય પરિસ્થિતિઓ અવાજના યોગ્ય વક્રીભવનની તરફેણ કરતી હતી, ત્યારે ઈંગ્લેન્ડમાં ફ્રેન્ચ મોરચે તોપનો અવાજ સંભળાતો હતો.

પાણીની નીચે અવાજનું રીફ્રેક્શન.

ઉષ્ણતામાનના વર્ટિકલ ફેરફારોને કારણે ધ્વનિનું રીફ્રેક્શન પણ સમુદ્રમાં જોવા મળે છે. જો તાપમાન અને તેથી ધ્વનિની ગતિ, ઊંડાણ સાથે ઘટે છે, તો ધ્વનિ કિરણો નીચે તરફ વળે છે, પરિણામે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે મૌનનો ઝોન બને છે. વાતાવરણ માટે 13. સમુદ્ર માટે, જો આ ચિત્રને ખાલી ફેરવવામાં આવે તો તેને અનુરૂપ ચિત્ર પ્રાપ્ત થશે.

મૌન ઝોનની હાજરી સોનાર સાથે સબમરીનને શોધવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, અને રીફ્રેક્શન, જે ધ્વનિ તરંગોને નીચે તરફ વિચલિત કરે છે, સપાટીની નજીક તેમના પ્રસારની શ્રેણીને નોંધપાત્ર રીતે મર્યાદિત કરે છે. જો કે, ઉપરનું વક્રીભવન પણ જોવા મળે છે. તે સોનાર માટે વધુ અનુકૂળ પરિસ્થિતિઓ બનાવી શકે છે.

ધ્વનિ તરંગોની દખલ.

બે અથવા વધુ તરંગોની સુપરપોઝિશનને તરંગ દખલ કહેવામાં આવે છે.

દખલગીરીના પરિણામે સ્થાયી તરંગો.

ઉપર ચર્ચા કરાયેલા સ્થાયી તરંગો દખલગીરીનો વિશેષ કેસ છે. સ્થાયી તરંગો સમાન કંપનવિસ્તાર, તબક્કા અને આવર્તનના બે તરંગોના સુપરપોઝિશનના પરિણામે રચાય છે, જે વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રચાર કરે છે.

સ્થાયી તરંગના એન્ટિનોડ્સ પરનું કંપનવિસ્તાર દરેક તરંગના બમણા કંપનવિસ્તાર જેટલું છે. તરંગની તીવ્રતા તેના કંપનવિસ્તારના વર્ગના પ્રમાણમાં હોવાથી, તેનો અર્થ એ છે કે એન્ટિનોડ્સ પરની તીવ્રતા દરેક તરંગની તીવ્રતાના 4 ગણી અથવા બે તરંગોની કુલ તીવ્રતાના 2 ગણી છે. અહીં ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદાનું કોઈ ઉલ્લંઘન નથી, કારણ કે ગાંઠો પર તીવ્રતા શૂન્ય છે.

માર.

વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના હાર્મોનિક તરંગોની દખલ પણ શક્ય છે. જ્યારે બે ફ્રીક્વન્સીમાં થોડો તફાવત હોય છે, ત્યારે કહેવાતા ધબકારા થાય છે. ધબકારા એ ધ્વનિના કંપનવિસ્તારમાં થતા ફેરફારો છે જે મૂળ ફ્રીક્વન્સીઝના તફાવતની સમાન આવર્તન પર થાય છે. ફિગ માં. આકૃતિ 14 ધબકારાનો ઓસિલોગ્રામ બતાવે છે.

તે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે ધબકારા આવર્તન એ અવાજની કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેશન આવર્તન છે. ધબકારા પણ હાર્મોનિક સિગ્નલના વિકૃતિને કારણે થતા તફાવત આવર્તન સાથે મૂંઝવણમાં ન હોવા જોઈએ.

એકસાથે બે ટોન ટ્યુન કરતી વખતે બીટ્સનો વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. જ્યાં સુધી ધબકારા સાંભળી ન શકાય ત્યાં સુધી ફ્રીક્વન્સી એડજસ્ટ કરવામાં આવે છે. જો ધબકારાની આવર્તન ખૂબ જ ઓછી હોય, તો પણ માનવ કાન અવાજના જથ્થામાં સામયિક વધારો અને ઘટાડો જોવા માટે સક્ષમ છે. તેથી, ધબકારા એ ઓડિયો શ્રેણીમાં ટ્યુનિંગની ખૂબ જ સંવેદનશીલ પદ્ધતિ છે. જો ટ્યુનિંગ સચોટ નથી, તો પછી એક સેકન્ડમાં ધબકારાઓની સંખ્યાની ગણતરી કરીને આવર્તન તફાવત કાન દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. સંગીતમાં, ઉચ્ચ હાર્મોનિક ઘટકોના ધબકારા પણ કાન દ્વારા જોવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ પિયાનો ટ્યુન કરતી વખતે થાય છે.

ધ્વનિ તરંગોનું શોષણ.

ધ્વનિ તરંગોની તીવ્રતા તેમના પ્રચાર દરમિયાન હંમેશા ઘટે છે કારણ કે એકોસ્ટિક ઊર્જાનો ચોક્કસ ભાગ વિખેરાઈ જાય છે. ઉષ્મા વિનિમય, આંતરપરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને આંતરિક ઘર્ષણની પ્રક્રિયાઓને લીધે, ધ્વનિ તરંગો કોઈપણ માધ્યમમાં શોષાય છે. શોષણની તીવ્રતા ધ્વનિ તરંગની આવર્તન અને માધ્યમના દબાણ અને તાપમાન જેવા અન્ય પરિબળો પર આધારિત છે.

માધ્યમમાં વેવ શોષણ એ શોષણ ગુણાંક દ્વારા જથ્થાત્મક રીતે વર્ગીકૃત થયેલ છે a. તે દર્શાવે છે કે પ્રચાર તરંગ દ્વારા મુસાફરી કરાયેલ અંતરના આધારે વધારાનું દબાણ કેટલી ઝડપથી ઘટે છે. વધારાના દબાણના કંપનવિસ્તારમાં ઘટાડો –D આર ઇઅંતર પસાર કરતી વખતે ડી એક્સપ્રારંભિક વધારાના દબાણના કંપનવિસ્તારના પ્રમાણસર આર ઇઅને અંતર ડી એક્સ. આમ,

-ડી પી ઇ = એ પી ઇડી x.

ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે આપણે કહીએ છીએ કે શોષણ નુકશાન 1 dB/m છે, તો તેનો અર્થ એ કે 50 મીટરના અંતરે ધ્વનિ દબાણનું સ્તર 50 dB ઘટે છે.

આંતરિક ઘર્ષણ અને થર્મલ વાહકતાને કારણે શોષણ.

ધ્વનિ તરંગના પ્રસાર સાથે સંકળાયેલા કણોની હિલચાલ દરમિયાન, માધ્યમના વિવિધ કણો વચ્ચે ઘર્ષણ અનિવાર્ય છે. પ્રવાહી અને વાયુઓમાં, આ ઘર્ષણને સ્નિગ્ધતા કહેવામાં આવે છે. સ્નિગ્ધતા, જે એકોસ્ટિક તરંગ ઊર્જાના ઉષ્મામાં બદલી ન શકાય તેવા રૂપાંતરણનું કારણ બને છે, તે વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં અવાજના શોષણનું મુખ્ય કારણ છે.

વધુમાં, તરંગમાં સંકોચન દરમિયાન ગરમીના નુકશાનને કારણે વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં શોષણ થાય છે. અમે પહેલેથી જ કહ્યું છે કે જ્યારે તરંગ પસાર થાય છે, ત્યારે કમ્પ્રેશન તબક્કામાં ગેસ ગરમ થાય છે. આ ઝડપી પ્રક્રિયામાં, ગરમીને સામાન્ય રીતે ગેસના અન્ય વિસ્તારોમાં અથવા જહાજની દિવાલોમાં સ્થાનાંતરિત થવાનો સમય હોતો નથી. પરંતુ વાસ્તવમાં, આ પ્રક્રિયા અપૂર્ણ છે, અને પ્રકાશિત થર્મલ ઊર્જાનો ભાગ સિસ્ટમમાંથી બહાર નીકળી જાય છે. આ થર્મલ વાહકતાને કારણે ધ્વનિ શોષણ સાથે સંકળાયેલું છે. આ શોષણ વાયુઓ, પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોમાં સંકોચન તરંગોમાં થાય છે.

સ્નિગ્ધતા અને થર્મલ વાહકતા બંનેને કારણે ધ્વનિ શોષણ સામાન્ય રીતે આવર્તનના વર્ગ સાથે વધે છે. આમ, ઉચ્ચ-આવર્તન અવાજો ઓછી-આવર્તન અવાજો કરતાં વધુ મજબૂત રીતે શોષાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય દબાણ અને તાપમાન પર, હવામાં 5 kHz પર શોષણ ગુણાંક (બંને મિકેનિઝમ્સને કારણે) લગભગ 3 dB/km છે. શોષણ આવર્તનના વર્ગના પ્રમાણસર હોવાથી, 50 kHz પર શોષણ ગુણાંક 300 dB/km હશે.

ઘન પદાર્થોમાં શોષણ.

થર્મલ વાહકતા અને સ્નિગ્ધતાને કારણે ધ્વનિ શોષણની પદ્ધતિ, જે વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં થાય છે, તે ઘન પદાર્થોમાં પણ સચવાય છે. જો કે, અહીં તેમાં નવી શોષણ પદ્ધતિઓ ઉમેરવામાં આવી છે. તેઓ ઘન પદાર્થોની રચનામાં ખામીઓ સાથે સંકળાયેલા છે. હકીકત એ છે કે પોલીક્રિસ્ટલાઇન ઘન સામગ્રીમાં નાના સ્ફટિકો હોય છે; જ્યારે ધ્વનિ તેમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે વિકૃતિઓ થાય છે, જે ધ્વનિ ઊર્જાનું શોષણ તરફ દોરી જાય છે. ધ્વનિ પણ સ્ફટિકોની સીમાઓ પર વેરવિખેર છે. વધુમાં, એકલ સ્ફટિકોમાં પણ ખામીઓ હોય છે જેમ કે અવ્યવસ્થા કે જે ધ્વનિ શોષણમાં ફાળો આપે છે. ડિસલોકેશન એ અણુ વિમાનોના સંકલનનું ઉલ્લંઘન છે. જ્યારે ધ્વનિ તરંગો પરમાણુ સ્પંદનોનું કારણ બને છે, ત્યારે અવ્યવસ્થા વિસ્થાપિત થાય છે અને પછી આંતરિક ઘર્ષણને કારણે ઊર્જાને વિખેરી નાખતા, તેમની મૂળ સ્થિતિ પર પાછા ફરે છે.

અવ્યવસ્થાને કારણે શોષણ સમજાવે છે, ખાસ કરીને, લીડથી બનેલી ઘંટડી કેમ વાગતી નથી. લીડ એ એક નરમ ધાતુ છે જેમાં ઘણી બધી અવ્યવસ્થા હોય છે, અને તેથી તેમાં ધ્વનિ સ્પંદનો ખૂબ જ ઝડપથી ક્ષીણ થાય છે. પરંતુ જો પ્રવાહી હવાથી ઠંડુ કરવામાં આવે તો તે સારી રીતે વાગશે. નીચા તાપમાને, અવ્યવસ્થા નિશ્ચિત સ્થિતિમાં "સ્થિર" થાય છે, અને તેથી ખસેડતા નથી અને ધ્વનિ ઊર્જાને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરતા નથી.

મ્યુઝિકલ એકોસ્ટિક્સ

સંગીતના અવાજો.

મ્યુઝિકલ ધ્વનિશાસ્ત્ર સંગીતના અવાજોની લાક્ષણિકતાઓ, આપણે તેમને કેવી રીતે સમજીએ છીએ તેનાથી સંબંધિત તેમની લાક્ષણિકતાઓ અને સંગીતનાં સાધનોના અવાજની પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરે છે.

સંગીતનો અવાજ, અથવા સ્વર, એક સામયિક અવાજ છે, એટલે કે. વધઘટ કે જે ચોક્કસ સમયગાળા પછી વારંવાર પુનરાવર્તિત થાય છે. ઉપર એવું કહેવામાં આવ્યું હતું કે સામયિક ધ્વનિને મૂળભૂત આવર્તનના ગુણાકાર સાથે ફ્રીક્વન્સીઝ સાથેના ઓસિલેશનના સરવાળા તરીકે રજૂ કરી શકાય છે. f: 2f, 3f, 4fવગેરે તે પણ નોંધવામાં આવ્યું હતું કે વાઇબ્રેટિંગ સ્ટ્રિંગ્સ અને એર કૉલમ સંગીતના અવાજો ઉત્પન્ન કરે છે.

સંગીતના અવાજો ત્રણ રીતે અલગ પડે છે: વોલ્યુમ, પીચ અને ટિમ્બર. આ તમામ સૂચકાંકો વ્યક્તિલક્ષી છે, પરંતુ તેઓ માપી શકાય તેવા મૂલ્યો સાથે સંકળાયેલા હોઈ શકે છે. અશિષ્ટતા મુખ્યત્વે અવાજની તીવ્રતા સાથે સંબંધિત છે; ધ્વનિની પિચ, સંગીતની રચનામાં તેની સ્થિતિનું લક્ષણ, સ્વરની આવર્તન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે; લાકડા કે જેના દ્વારા એક સાધન અથવા અવાજ બીજાથી અલગ પડે છે તે સમગ્ર હાર્મોનિક્સમાં ઊર્જાના વિતરણ અને સમય જતાં આ વિતરણમાં ફેરફાર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

અવાજની પીચ.

મ્યુઝિકલ ધ્વનિની પિચ આવર્તન સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે, પરંતુ તે સમાન નથી, કારણ કે પિચનું મૂલ્યાંકન વ્યક્તિલક્ષી છે.

ઉદાહરણ તરીકે, તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે સિંગલ-ફ્રિકવન્સી અવાજની ઊંચાઈનું મૂલ્યાંકન તેના વોલ્યુમ સ્તર પર કંઈક અંશે આધાર રાખે છે. વોલ્યુમમાં નોંધપાત્ર વધારો સાથે, 40 ડીબી કહો, દેખીતી આવર્તન 10% ઘટી શકે છે. વ્યવહારમાં, ઘોંઘાટ પરની આ અવલંબન વાંધો નથી, કારણ કે સંગીતના અવાજો સિંગલ-ફ્રિકવન્સી અવાજ કરતાં વધુ જટિલ છે.

પિચ અને આવર્તન વચ્ચેના સંબંધનો પ્રશ્ન વધુ મૂળભૂત છે: જો સંગીતના અવાજો હાર્મોનિકથી બનેલા હોય, તો પછી માનવામાં આવતી પિચ કઈ આવર્તન સાથે સંકળાયેલ છે? તે તારણ આપે છે કે આ મહત્તમ ઊર્જાને અનુરૂપ આવર્તન ન હોઈ શકે, અને સ્પેક્ટ્રમમાં સૌથી ઓછી આવર્તન નથી. ઉદાહરણ તરીકે, 200, 300, 400 અને 500 હર્ટ્ઝની ફ્રીક્વન્સીઝનો સમૂહ ધરાવતા સંગીતનો અવાજ 100 હર્ટ્ઝની પિચ સાથેના અવાજ તરીકે જોવામાં આવે છે. એટલે કે, ધ્વનિની પિચ હાર્મોનિક શ્રેણીની મૂળભૂત આવર્તન સાથે સંકળાયેલી હોય છે, ભલે તે ધ્વનિ સ્પેક્ટ્રમમાં ન હોય. સાચું, મોટાભાગે મૂળભૂત આવર્તન સ્પેક્ટ્રમમાં એક અથવા બીજી ડિગ્રી સુધી હાજર હોય છે.

ધ્વનિની પિચ અને તેની આવર્તન વચ્ચેના સંબંધ વિશે બોલતા, આપણે માનવ સુનાવણી અંગની લાક્ષણિકતાઓ વિશે ભૂલવું જોઈએ નહીં. આ એક વિશિષ્ટ એકોસ્ટિક રીસીવર છે જે તેની પોતાની વિકૃતિઓ રજૂ કરે છે (હકીકતનો ઉલ્લેખ ન કરવો કે સુનાવણીના મનોવૈજ્ઞાનિક અને વ્યક્તિલક્ષી પાસાઓ છે). કાન ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સીઝને ઓળખવામાં સક્ષમ છે; વધુમાં, ધ્વનિ તરંગ તેમાં બિનરેખીય વિકૃતિઓમાંથી પસાર થાય છે. ફ્રિકવન્સી પસંદગીક્ષમતા ધ્વનિની તીવ્રતા અને તેની તીવ્રતા (ફિગ. 9) વચ્ચેના તફાવતને કારણે થાય છે. બિનરેખીય વિકૃતિઓ સમજાવવી વધુ મુશ્કેલ છે, જે મૂળ સિગ્નલમાં ગેરહાજર હોય તેવા ફ્રીક્વન્સીઝના દેખાવમાં વ્યક્ત થાય છે. કાનની પ્રતિક્રિયાની બિનરેખીયતા તેના વિવિધ તત્વોની હિલચાલની અસમપ્રમાણતાને કારણે છે.

બિનરેખીય રીસીવિંગ સિસ્ટમની એક લાક્ષણિકતા એ છે કે જ્યારે તે આવર્તન સાથે અવાજ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે f 1 હાર્મોનિક ઓવરટોન તેમાં ઉત્સાહિત છે 2 f 1 , 3f 1,..., અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં 1/2 પ્રકારનું સબહાર્મોનિક્સ પણ f 1 વધુમાં, જ્યારે બે ફ્રીક્વન્સીઝ સાથે બિનરેખીય સિસ્ટમની ઉત્તેજના f 1 અને f 2 સરવાળો અને તફાવત ફ્રીક્વન્સીઝ તેમાં ઉત્સાહિત છે f 1 + f 2 અને f 1 - f 2. પ્રારંભિક ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર જેટલું વધારે છે, "વધારાની" ફ્રીક્વન્સીઝનું યોગદાન વધારે છે.

આમ, કાનની એકોસ્ટિક લાક્ષણિકતાઓની બિનરેખીયતાને લીધે, અવાજમાં હાજર ન હોય તેવી ફ્રીક્વન્સીઝ દેખાઈ શકે છે. આવી ફ્રીક્વન્સીને વ્યક્તિલક્ષી ટોન કહેવામાં આવે છે. ચાલો ધારીએ કે ધ્વનિમાં 200 અને 250 હર્ટ્ઝ ફ્રીક્વન્સીઝના શુદ્ધ ટોનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રતિભાવની બિનરેખીયતાને લીધે, વધારાની ફ્રીક્વન્સી દેખાશે: 250 – 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2ґ 200 = 400, 2ґ 250 = 500 Hz, વગેરે. સાંભળનારને એવું લાગશે કે અવાજમાં કોમ્બિનેશન ફ્રીક્વન્સીઝનો આખો સેટ છે, પરંતુ તેમનો દેખાવ વાસ્તવમાં કાનના બિનરેખીય પ્રતિભાવને કારણે છે. જ્યારે મ્યુઝિકલ ધ્વનિમાં મૂળભૂત આવર્તન અને તેના હાર્મોનિક્સનો સમાવેશ થાય છે, ત્યારે તે સ્પષ્ટ છે કે મૂળભૂત આવર્તન તફાવત ફ્રીક્વન્સીઝ દ્વારા અસરકારક રીતે વિસ્તૃત થાય છે.

સાચું છે, જેમ અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે, વ્યક્તિલક્ષી ફ્રીક્વન્સીઝ ત્યારે જ ઊભી થાય છે જ્યારે મૂળ સિગ્નલનું કંપનવિસ્તાર પૂરતું મોટું હોય. તેથી, શક્ય છે કે ભૂતકાળમાં સંગીતમાં વ્યક્તિલક્ષી ફ્રીક્વન્સીઝની ભૂમિકા ખૂબ જ અતિશયોક્તિપૂર્ણ હતી.

સંગીતનાં ધોરણો અને મ્યુઝિકલ પિચનું માપ.

સંગીતના ઇતિહાસમાં, વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના અવાજોને મૂળભૂત સ્વર તરીકે લેવામાં આવ્યા હતા જે સમગ્ર સંગીતની રચનાને નિર્ધારિત કરે છે. હવે પ્રથમ ઓક્ટેવની નોંધ "A" માટે સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત આવર્તન 440 Hz છે. પરંતુ ભૂતકાળમાં તે 400 થી 462 Hz સુધી બદલાય છે.

ધ્વનિની પિચ નક્કી કરવાની પરંપરાગત રીત એ છે કે તેને પ્રમાણભૂત ટ્યુનિંગ ફોર્કના સ્વર સાથે સરખાવવી. ધોરણમાંથી આપેલ ધ્વનિની આવર્તનનું વિચલન ધબકારાની હાજરી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આજે પણ ટ્યુનિંગ ફોર્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જોકે હવે ધ્વનિની પિચ નક્કી કરવા માટે વધુ અનુકૂળ સાધનો છે, જેમ કે પ્રમાણભૂત સ્થિર ફ્રિક્વન્સી જનરેટર (ક્વાર્ટઝ રેઝોનેટર સાથે), જે સમગ્ર ઑડિયો શ્રેણીમાં સરળતાથી ટ્યુન કરી શકાય છે. સાચું, આવા ઉપકરણનું ચોક્કસ માપાંકન ખૂબ મુશ્કેલ છે.

પિચને માપવા માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી સ્ટ્રોબોસ્કોપિક પદ્ધતિ એ છે જેમાં સંગીતનાં સાધનનો અવાજ સ્ટ્રોબોસ્કોપિક લેમ્પની ઝબકારોની આવર્તન સેટ કરે છે. લેમ્પ જાણીતી આવર્તન પર ફરતી ડિસ્ક પરની પેટર્નને પ્રકાશિત કરે છે, અને સ્વરની મૂળભૂત આવર્તન સ્ટ્રોબોસ્કોપિક લાઇટિંગ હેઠળ ડિસ્ક પરની પેટર્નની હિલચાલની દેખીતી આવર્તન પરથી નક્કી થાય છે.

કાન પિચમાં થતા ફેરફારો માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે, પરંતુ તેની સંવેદનશીલતા આવર્તન પર આધારિત છે. તે શ્રાવ્યતાના નીચલા થ્રેશોલ્ડની નજીક મહત્તમ છે. અપ્રશિક્ષિત કાન પણ 500 થી 5000 હર્ટ્ઝની રેન્જમાં માત્ર 0.3% આવર્તન તફાવત શોધી શકે છે. તાલીમ દ્વારા સંવેદનશીલતા વધારી શકાય છે. સંગીતકારોમાં પિચની ખૂબ જ વિકસિત સમજ હોય ​​છે, પરંતુ તે સંદર્ભ ઓસિલેટર દ્વારા ઉત્પાદિત શુદ્ધ સ્વરની આવર્તન નક્કી કરવામાં હંમેશા મદદરૂપ નથી. આ સૂચવે છે કે જ્યારે કાન દ્વારા અવાજની આવર્તન નક્કી કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેનું લાકડું મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

ટિમ્બ્રે.

ટિમ્બ્રે એ સંગીતનાં અવાજોની તે વિશેષતાઓનો ઉલ્લેખ કરે છે જે સંગીતનાં સાધનો અને અવાજોને તેમની વિશિષ્ટ વિશિષ્ટતા આપે છે, પછી ભલે તે સમાન પીચ અને વોલ્યુમના અવાજોની તુલના કરવામાં આવે. આ છે, તેથી વાત કરવા માટે, અવાજ ગુણવત્તા.

ટિમ્બ્રે અવાજની આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ અને સમય જતાં તેના ફેરફારો પર આધાર રાખે છે. તે ઘણા પરિબળો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે: ઓવરટોન પર ઊર્જાનું વિતરણ, ધ્વનિ દેખાય છે અથવા બંધ થાય છે તે ક્ષણે ઊભી થતી ફ્રીક્વન્સીઝ (કહેવાતા સંક્રમણ ટોન) અને તેમનું એટેન્યુએશન, તેમજ ધ્વનિનું ધીમા કંપનવિસ્તાર અને આવર્તન મોડ્યુલેશન ( "વાઇબ્રેટો").

ઓવરટોન તીવ્રતા.

ચાલો એક ખેંચાયેલી સ્ટ્રિંગને ધ્યાનમાં લઈએ, જે તેના મધ્ય ભાગમાં ખેંચીને ઉત્સાહિત થાય છે (ફિગ. 15, એ). બધા સમ હાર્મોનિક્સમાં મધ્યમાં ગાંઠો હોવાથી, તે ગેરહાજર હશે, અને ઓસિલેશનમાં સમાન મૂળભૂત આવર્તનના વિચિત્ર હાર્મોનિક્સનો સમાવેશ થશે. f 1 = વિ/2l, ક્યાં v -શબ્દમાળામાં તરંગની ગતિ, અને l- તેની લંબાઈ. આમ, માત્ર ફ્રીક્વન્સીઝ હાજર રહેશે f 1 , 3f 1 , 5f 1, વગેરે. આ હાર્મોનિક્સના સંબંધિત કંપનવિસ્તાર ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે. 15, b.

આ ઉદાહરણ અમને નીચેના મહત્વપૂર્ણ સામાન્ય નિષ્કર્ષ દોરવા દે છે. રેઝોનન્ટ સિસ્ટમના હાર્મોનિક્સનો સમૂહ તેની ગોઠવણી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને હાર્મોનિક્સ વચ્ચે ઊર્જાનું વિતરણ ઉત્તેજના પદ્ધતિ પર આધારિત છે. જ્યારે શબ્દમાળા ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે તેના મધ્યમાં મૂળભૂત આવર્તન પ્રભુત્વ ધરાવે છે અને સમ હાર્મોનિક્સ સંપૂર્ણપણે દબાઈ જાય છે. જો શબ્દમાળા તેના મધ્ય ભાગમાં નિશ્ચિત હોય અને બીજે ક્યાંક ખેંચવામાં આવે, તો મૂળભૂત આવર્તન અને વિચિત્ર હાર્મોનિક્સ દબાવવામાં આવશે.

આ તમામ અન્ય પ્રખ્યાત સંગીતનાં સાધનોને લાગુ પડે છે, જો કે વિગતો મોટા પ્રમાણમાં બદલાઈ શકે છે. વાજિંત્રોમાં સામાન્ય રીતે હવાનું પોલાણ, સાઉન્ડબોર્ડ અથવા હોર્ન હોય છે જેથી અવાજ બહાર આવે. આ બધું ઓવરટોનનું માળખું અને ફોર્મન્ટ્સના દેખાવને નિર્ધારિત કરે છે.

ફોર્મન્ટ્સ.

ઉપર જણાવ્યા મુજબ, સંગીતનાં સાધનોની ધ્વનિ ગુણવત્તા હાર્મોનિક્સ વચ્ચે ઊર્જાના વિતરણ પર આધારિત છે. જ્યારે ઘણા સાધનોની પિચ, અને ખાસ કરીને માનવ અવાજ, બદલાય છે, ત્યારે હાર્મોનિક્સનું વિતરણ બદલાય છે જેથી મૂળભૂત ઓવરટોન હંમેશા લગભગ સમાન આવર્તન શ્રેણીમાં સ્થિત હોય છે, જેને ફોર્મન્ટ શ્રેણી કહેવામાં આવે છે. ફોર્મન્ટ્સના અસ્તિત્વ માટેનું એક કારણ ધ્વનિને વિસ્તૃત કરવા માટે રેઝોનન્ટ તત્વોનો ઉપયોગ છે, જેમ કે સાઉન્ડબોર્ડ અને એર રિઝોનેટર. કુદરતી પડઘોની પહોળાઈ સામાન્ય રીતે મોટી હોય છે, જેના કારણે અનુરૂપ ફ્રીક્વન્સીઝ પર રેડિયેશન કાર્યક્ષમતા વધારે હોય છે. પિત્તળનાં સાધનો માટે, ફોર્મન્ટ ઘંટ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જેમાંથી અવાજ બહાર આવે છે. ફોર્મન્ટ રેન્જમાં ઓવરટોન પર હંમેશા ભાર મૂકવામાં આવે છે, કારણ કે તે મહત્તમ ઊર્જા સાથે ઉત્સર્જિત થાય છે. ફોર્મન્ટ્સ મોટે ભાગે સંગીતનાં સાધન અથવા અવાજના અવાજોની લાક્ષણિક ગુણાત્મક લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે.

સમય સાથે ટોન બદલતા.

કોઈપણ સાધનનો સ્વર સમય જતાં ભાગ્યે જ સ્થિર રહે છે, અને લાકડું આની સાથે નોંધપાત્ર રીતે સંબંધિત છે. જ્યારે સાધન લાંબી નોંધને ટકાવી રાખે છે ત્યારે પણ, આવર્તન અને કંપનવિસ્તારનું થોડું સામયિક મોડ્યુલેશન હોય છે જે ધ્વનિને સમૃદ્ધ બનાવે છે - "વાઇબ્રેટો". આ ખાસ કરીને વાયોલિન અને માનવ અવાજ જેવા તારનાં સાધનો માટે સાચું છે.

ઘણા સાધનો માટે, ઉદાહરણ તરીકે પિયાનો, ધ્વનિની અવધિ એવી હોય છે કે સતત સ્વર રચવા માટે સમય નથી - ઉત્તેજિત અવાજ ઝડપથી વધે છે, અને પછી ઝડપથી ક્ષીણ થઈ જાય છે. ઓવરટોન એટેન્યુએશન સામાન્ય રીતે આવર્તન-આશ્રિત અસરો (જેમ કે એકોસ્ટિક રેડિયેશન) દ્વારા થાય છે, તે સ્પષ્ટ છે કે ઓવરટોનનું વિતરણ સમગ્ર સ્વરના અવાજમાં બદલાય છે.

સમય જતાં સ્વરમાં ફેરફારની પ્રકૃતિ (ધ્વનિના ઉદય અને પતનની ઝડપ) ફિગમાં યોજનાકીય રીતે બતાવવામાં આવી છે. 18. જોવામાં સરળ છે તેમ, સ્ટ્રિંગ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ (પ્લક્ડ અને કીબોર્ડ) વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ સ્થિર સ્વર નથી. આવા કિસ્સાઓમાં, અમે ફક્ત શરતી રીતે ઓવરટોનના સ્પેક્ટ્રમ વિશે વાત કરી શકીએ છીએ, કારણ કે સમય સાથે અવાજ ઝડપથી બદલાય છે. ઉદય અને પતન લાક્ષણિકતાઓ પણ આવા સાધનોના લાકડાનો એક મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે.

ટ્રાન્ઝિશનલ ટોન.

અવાજ ઉત્તેજિત થયા પછી ટૂંકા સમયમાં સ્વરની હાર્મોનિક રચના સામાન્ય રીતે ઝડપથી બદલાય છે. જે વાદ્યોમાં તાર પર પ્રહાર કરીને અથવા તોડીને ધ્વનિ ઉત્તેજિત થાય છે, તેમાં ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ (તેમજ અસંખ્ય બિન-હાર્મોનિક ઘટકોને) આભારી ઊર્જા અવાજ શરૂ થયા પછી તરત જ મહત્તમ હોય છે, અને વિભાજિત સેકન્ડ પછી આ ફ્રીક્વન્સીઝ મૃત્યુ પામે છે. બહાર આવા અવાજો, જેને ટ્રાન્ઝિશનલ કહેવાય છે, તે સાધનના અવાજને ચોક્કસ રંગ આપે છે. પિયાનોમાં, તે સ્ટ્રિંગ પર પ્રહાર કરતા હથોડાની ક્રિયાને કારણે થાય છે. કેટલીકવાર સમાન ઓવરટોન સ્ટ્રક્ચરવાળા સંગીતનાં સાધનોને ફક્ત તેમના સંક્રમિત ટોન દ્વારા જ ઓળખી શકાય છે.

સંગીતનાં સાધનોનો અવાજ

સંગીતના અવાજોને ઘણી રીતે ઉત્તેજિત અને સુધારી શકાય છે, તેથી જ સંગીતનાં સાધનો વિવિધ આકારોમાં આવે છે. વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતનો આશરો લીધા વિના, સંગીતકારો અને કુશળ કારીગરો દ્વારા મોટે ભાગે સાધનો બનાવવામાં અને સુધારવામાં આવતા હતા. તેથી, એકોસ્ટિક વિજ્ઞાન સમજાવી શકતું નથી, ઉદાહરણ તરીકે, વાયોલિનનો આકાર શા માટે છે. જો કે, તેના વગાડવાના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને તેની રચનાના આધારે વાયોલિનના ધ્વનિ ગુણધર્મોનું વર્ણન કરવું તદ્દન શક્ય છે.

સાધનની આવર્તન શ્રેણી સામાન્ય રીતે તેના મૂળભૂત સ્વરની ફ્રીક્વન્સીઝની શ્રેણીનો સંદર્ભ આપે છે. માનવ અવાજ લગભગ બે ઓક્ટેવ સુધી ફેલાયેલો હોય છે, અને એક સંગીત સાધન ઓછામાં ઓછા ત્રણ સુધી ફેલાયેલું હોય છે (એક મોટું અંગ દસ સુધી ફેલાયેલું હોય છે). મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, ઓવરટોન શ્રાવ્ય શ્રેણીની ખૂબ જ ધાર સુધી વિસ્તરે છે.

સંગીતનાં સાધનોમાં ત્રણ મુખ્ય ભાગો હોય છે: વાઇબ્રેટિંગ એલિમેન્ટ, તેને ઉત્તેજક બનાવવાની પદ્ધતિ અને વાઇબ્રેટિંગ એલિમેન્ટ અને આસપાસની હવા વચ્ચે એકોસ્ટિક કમ્યુનિકેશન માટે સહાયક રિઝોનેટર (હોર્ન અથવા સાઉન્ડબોર્ડ).

સંગીતનો અવાજ સમયાંતરે હોય છે, અને સામયિક અવાજમાં હાર્મોનિક્સની શ્રેણી હોય છે. નિશ્ચિત લંબાઈના તાર અને હવાના સ્તંભોના કંપનની કુદરતી આવર્તનો એકબીજા સાથે સુમેળભર્યા સંબંધ ધરાવે છે, ઘણા સાધનોમાં મુખ્ય સ્પંદન તત્વો તાર અને હવાના સ્તંભો છે. કેટલાક અપવાદો સાથે (વાંસળી તેમાંથી એક છે), વાદ્યો સિંગલ-ફ્રિકવન્સી અવાજ ઉત્પન્ન કરી શકતા નથી. જ્યારે મુખ્ય વાઇબ્રેટર ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે ઓવરટોન ધરાવતો અવાજ દેખાય છે. કેટલાક વાઇબ્રેટર્સ માટે, રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી હાર્મોનિક ઘટકો નથી. આ પ્રકારનાં સાધનો (ઉદાહરણ તરીકે, ડ્રમ્સ અને ઝાંઝ)નો ઉપયોગ ઓર્કેસ્ટ્રલ સંગીતમાં ખાસ અભિવ્યક્તિ માટે અને લય પર ભાર આપવા માટે થાય છે, પરંતુ મધુર વિકાસ માટે નહીં.

તંતુવાદ્યો.

વાઇબ્રેટિંગ સ્ટ્રિંગ પોતે જ નબળો ધ્વનિ ઉત્સર્જક છે, અને તેથી તારવાળા સાધનમાં નોંધપાત્ર તીવ્રતાના અવાજને ઉત્તેજિત કરવા માટે વધારાના રેઝોનેટર હોવું આવશ્યક છે. આ હવાનું બંધ વોલ્યુમ, સાઉન્ડબોર્ડ અથવા બંનેનું મિશ્રણ હોઈ શકે છે. વાદ્યનું ધ્વનિ પાત્ર પણ જે રીતે તાર ઉત્તેજિત થાય છે તેના પરથી નક્કી થાય છે.

આપણે અગાઉ જોયું કે લંબાઈની નિશ્ચિત સ્ટ્રિંગના કંપનની મૂળભૂત આવર્તન એલઅભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવે છે

જ્યાં ટીશબ્દમાળાનું તાણ બળ છે, અને આર એલ- સ્ટ્રિંગની એકમ લંબાઈ દીઠ માસ. તેથી, આપણે આવર્તનને ત્રણ રીતે બદલી શકીએ છીએ: લંબાઈ, તાણ અથવા સમૂહ બદલીને. ઘણા સાધનો સમાન લંબાઈની નાની સંખ્યામાં તારોનો ઉપયોગ કરે છે, જેની મૂળભૂત ફ્રીક્વન્સી તાણ અને સમૂહની યોગ્ય પસંદગી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. અન્ય ફ્રીક્વન્સીઝ તમારી આંગળીઓ વડે સ્ટ્રિંગની લંબાઈને ટૂંકી કરીને મેળવવામાં આવે છે.

અન્ય સાધનો, જેમ કે પિયાનો, દરેક નોંધ માટે ઘણા પૂર્વ-ટ્યુન કરેલ તારમાંથી એક ધરાવે છે. પિયાનોને ટ્યુન કરવું, જ્યાં આવર્તન શ્રેણી મોટી હોય, તે સરળ કાર્ય નથી, ખાસ કરીને ઓછી આવર્તન ક્ષેત્રમાં. તમામ પિયાનો તારનું તાણ બળ લગભગ સમાન છે (આશરે 2 kN), અને તારોની લંબાઈ અને જાડાઈ બદલીને વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ પ્રાપ્ત થાય છે.

સ્ટ્રિંગ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટને હલાવીને (ઉદાહરણ તરીકે, વીણા અથવા બેન્જો પર), ત્રાટકીને (પિયાનો પર), અથવા ધનુષ્યનો ઉપયોગ કરીને (વાયોલિન પરિવારના સંગીતનાં સાધનોના કિસ્સામાં) કરી શકાય છે. બધા કિસ્સાઓમાં, ઉપર બતાવ્યા પ્રમાણે, હાર્મોનિક્સની સંખ્યા અને તેમના કંપનવિસ્તાર શબ્દમાળાના ઉત્તેજનાની પદ્ધતિ પર આધારિત છે.

પિયાનો.

વાદ્યનું એક વિશિષ્ટ ઉદાહરણ કે જ્યાં સ્ટ્રિંગ પ્રહાર કરીને ઉત્તેજિત થાય છે તે પિયાનો છે. ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટનું મોટું સાઉન્ડબોર્ડ ફોર્મન્ટ્સની વિશાળ શ્રેણી પ્રદાન કરે છે, તેથી તેની ટીમ્બર કોઈપણ ઉત્તેજિત નોંધ માટે ખૂબ સમાન છે. મુખ્ય ફોર્મન્ટ્સ 400-500 હર્ટ્ઝની આસપાસ ફ્રીક્વન્સીઝ પર ટોચ પર હોય છે, અને ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર ટોન ખાસ કરીને હાર્મોનિક્સમાં સમૃદ્ધ હોય છે, જેમાં મૂળભૂત આવર્તનનું કંપનવિસ્તાર કેટલાક ઓવરટોન કરતાં નાનું હોય છે. પિયાનોમાં, ટૂંકી તાર સિવાય તમામ પરનો હથોડો તેના એક છેડાથી સ્ટ્રિંગની લંબાઈના 1/7 સ્થિત બિંદુ પર મારવામાં આવે છે. આ સામાન્ય રીતે એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે આ કિસ્સામાં સાતમી હાર્મોનિક, મૂળભૂત આવર્તનના સંદર્ભમાં અસંતુષ્ટ, નોંધપાત્ર રીતે દબાવવામાં આવે છે. પરંતુ હેમરની મર્યાદિત પહોળાઈને કારણે, સાતમા નજીક સ્થિત અન્ય હાર્મોનિક્સ પણ દબાવવામાં આવે છે.

વાયોલિન પરિવાર.

વાદ્યના વાયોલિન પરિવારમાં, ધનુષ દ્વારા લાંબા અવાજો ઉત્પન્ન થાય છે, જેની મદદથી સ્ટ્રિંગ પર વેરિયેબલ પ્રેરક બળ લાગુ કરવામાં આવે છે, જે સ્ટ્રિંગના સ્પંદનોને જાળવી રાખે છે. મૂવિંગ ધનુષની ક્રિયા હેઠળ, તાણ બળમાં વધારો થવાને કારણે તે તૂટી ન જાય ત્યાં સુધી સ્ટ્રિંગ ઘર્ષણને કારણે બાજુ તરફ ખેંચાય છે. પ્રારંભિક સ્થિતિ પર પાછા ફરતા, તેણી ફરીથી ધનુષ દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે જેથી સામયિક બાહ્ય બળ સ્ટ્રિંગ પર કાર્ય કરે.

કદમાં વધારો કરવા અને આવર્તન શ્રેણીમાં ઘટાડો થવાના ક્રમમાં, મુખ્ય નમન કરેલા સ્ટ્રિંગ સાધનો નીચે પ્રમાણે ગોઠવાયેલા છે: વાયોલિન, વાયોલા, સેલો, ડબલ બાસ. આ સાધનોની આવર્તન સ્પેક્ટ્રા ખાસ કરીને ઓવરટોનથી સમૃદ્ધ છે, જે નિઃશંકપણે તેમના અવાજને વિશેષ હૂંફ અને અભિવ્યક્તિ આપે છે. વાયોલિન પરિવારમાં, વાઇબ્રેટિંગ સ્ટ્રિંગ ધ્વનિત રીતે હવાના પોલાણ અને સાધનના શરીર સાથે જોડાયેલ છે, જે મુખ્યત્વે ફોર્મન્ટ્સની રચના નક્કી કરે છે, જે ખૂબ વિશાળ આવર્તન શ્રેણી ધરાવે છે. વાયોલિન પરિવારના મોટા પ્રતિનિધિઓ પાસે નીચા આવર્તન પ્રદેશમાં સ્થાનાંતરિત ફોર્મન્ટ્સનો સમૂહ છે. તેથી, વાયોલિન પરિવારના બે વાદ્યો પર વગાડવામાં આવતી સમાન નોંધ ઓવરટોનની રચનામાં તફાવતને કારણે એક અલગ ટીમ્બર રંગ મેળવે છે.

વાયોલિન તેના શરીરના આકારને કારણે 500 હર્ટ્ઝની નજીક ઉચ્ચારણ રેઝોનન્સ ધરાવે છે. જ્યારે કોઈ નોંધ જેની આવર્તન આ મૂલ્યની નજીક હોય ત્યારે વગાડવામાં આવે છે, ત્યારે "વુલ્ફ ટોન" તરીકે ઓળખાતો અનિચ્છનીય વાઇબ્રેટિંગ અવાજ આવી શકે છે. વાયોલિન બોડીની અંદરની હવાની પોલાણની પોતાની રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીઝ પણ હોય છે, જેમાંથી મુખ્ય 400 હર્ટ્ઝની નજીક સ્થિત છે. તેના વિશિષ્ટ આકારને લીધે, વાયોલિનમાં અસંખ્ય નજીકથી અંતરે રેઝોનન્સ છે. તે બધા, વરુના સ્વર સિવાય, કાઢવામાં આવેલા અવાજના એકંદર સ્પેક્ટ્રમમાં ખૂબ જ અલગ નથી.

પવનનાં સાધનો.

વુડવિન્ડ સાધનો.

મર્યાદિત લંબાઈના નળાકાર પાઈપમાં હવાના કુદરતી સ્પંદનો વિશે અગાઉ ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. કુદરતી આવર્તન હાર્મોનિક્સની શ્રેણી બનાવે છે, જેની મૂળભૂત આવર્તન પાઇપની લંબાઈના વિપરિત પ્રમાણસર છે. હવાના સ્તંભના પ્રતિધ્વનિ ઉત્તેજનાને કારણે પવનનાં સાધનોમાં સંગીતના અવાજો ઉદ્ભવે છે.

હવાના સ્પંદનો કાં તો રેઝોનેટર દિવાલની તીક્ષ્ણ ધાર પર પડતા હવાના પ્રવાહમાં સ્પંદનો દ્વારા અથવા હવાના પ્રવાહમાં રીડની લવચીક સપાટીના સ્પંદનો દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે. બંને કિસ્સાઓમાં, સમયાંતરે દબાણમાં ફેરફાર ટૂલ બેરલના સ્થાનિક વિસ્તારમાં થાય છે.

ઉત્તેજનાની આ પદ્ધતિઓમાંથી પ્રથમ "એજ ટોન" ના દેખાવ પર આધારિત છે. જ્યારે તીક્ષ્ણ ધાર સાથે ફાચર આકારના અવરોધ દ્વારા તૂટી ગયેલા ગેપમાંથી હવાનો પ્રવાહ નીકળે છે, ત્યારે સમયાંતરે વમળો ઊભી થાય છે, પ્રથમ એક બાજુ, પછી ફાચરની બીજી બાજુ. હવાના પ્રવાહની ઝડપ જેટલી વધારે છે, તેમની રચનાની આવર્તન વધારે છે. જો આવા ઉપકરણને એકોસ્ટિકલી રિઝોનેટિંગ એર કોલમ સાથે જોડવામાં આવે છે, તો એજ ટોનની ફ્રીક્વન્સી એર કોલમની રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી દ્વારા "કેપ્ચર" થાય છે, એટલે કે. વમળની રચનાની આવર્તન હવાના સ્તંભ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આવી પરિસ્થિતિઓમાં, હવાના સ્તંભની મૂળભૂત આવર્તન ત્યારે જ ઉત્તેજિત થાય છે જ્યારે હવાના પ્રવાહની ગતિ ચોક્કસ લઘુત્તમ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય. આ મૂલ્ય કરતાં વધુ ઝડપની ચોક્કસ શ્રેણીમાં, કિનારી સ્વરની આવર્તન આ મૂળભૂત આવર્તન જેટલી હોય છે. તેનાથી પણ વધારે હવાના પ્રવાહની ઝડપે (એકની નજીક કે જેના પર કિનારી આવર્તન, રેઝોનેટર સાથે જોડાણની ગેરહાજરીમાં, રેઝોનેટરના બીજા હાર્મોનિકની બરાબર હશે), ધારની આવર્તન બમણી થઈ જાય છે અને સ્વરની પિચ સમગ્ર સિસ્ટમ દ્વારા ઉત્સર્જિત એક ઓક્ટેવ ઉચ્ચ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. આ ઓવરબ્લોઇંગ કહેવાય છે.

એજ ટોન ઓર્ગન, વાંસળી અને પિકોલો જેવા સાધનોમાં હવાના સ્તંભોને ઉત્તેજિત કરે છે. વાંસળી વગાડતી વખતે, કલાકાર એક છેડાની નજીકના બાજુના છિદ્રમાં બાજુથી ફૂંક મારીને કિનારી ટોનને ઉત્તેજિત કરે છે. એક ઓક્ટેવની નોંધો, ડી અને ઉપરથી, બેરલની અસરકારક લંબાઈ બદલીને, બાજુના છિદ્રો ખોલીને, સામાન્ય ધારના સ્વર સાથે બનાવવામાં આવે છે. ઓવરબ્લોઇંગ દ્વારા ઉચ્ચ અષ્ટક પ્રાપ્ત થાય છે.

પવનના વાદ્યના અવાજને ઉત્તેજિત કરવાની બીજી રીત એ ઓસીલેટીંગ રીડ સાથે હવાના પ્રવાહમાં સમયાંતરે વિક્ષેપ પાડવા પર આધારિત છે, જેને રીડ કહેવામાં આવે છે, કારણ કે તે રીડમાંથી બને છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ વિવિધ વુડવિન્ડ અને પિત્તળના સાધનોમાં થાય છે. સિંગલ રીડ (ઉદાહરણ તરીકે, ક્લેરનેટ, સેક્સોફોન અને એકોર્ડિયન પ્રકારનાં સાધનો) અને સપ્રમાણ ડબલ રીડ (ઉદાહરણ તરીકે, ઓબો અને બાસૂનમાં) સાથે વિકલ્પો છે. બંને કિસ્સાઓમાં, ઓસીલેટરી પ્રક્રિયા સમાન છે: હવા સાંકડી ગેપ દ્વારા ફૂંકાય છે, જેમાં બર્નૌલીના કાયદા અનુસાર દબાણ ઘટે છે. શેરડી ગેપમાં ખેંચાય છે અને તેને બંધ કરે છે. પ્રવાહની ગેરહાજરીમાં, સ્થિતિસ્થાપક શેરડી સીધી થાય છે અને પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે.

પવનનાં સાધનોમાં, વાંસળીની જેમ સ્કેલની નોંધોની પસંદગી બાજુના છિદ્રો ખોલીને અને ફૂંકાવાથી કરવામાં આવે છે.

બંને છેડે ખુલ્લું હોય તેવા ટ્રમ્પેટથી વિપરીત, જેમાં ઓવરટોન્સની સંપૂર્ણ શ્રેણી હોય છે, માત્ર એક જ છેડે ખુલ્લું હોય તેવા ટ્રમ્પેટમાં માત્ર વિચિત્ર હાર્મોનિક્સ હોય છે ( સેમી. ઉચ્ચ). આ ક્લેરનેટનું રૂપરેખાંકન છે, અને તેથી તેના હાર્મોનિક્સ પણ નબળા રીતે વ્યક્ત થાય છે. ક્લેરનેટમાં ઓવરબ્લોઇંગ મુખ્ય કરતાં 3 ગણી વધારે આવર્તન પર થાય છે.

ઓબોમાં, બીજું હાર્મોનિક ખૂબ તીવ્ર છે. તે ક્લેરનેટથી અલગ છે કે તેનો બોર આકારમાં શંક્વાકાર છે, જ્યારે ક્લેરનેટમાં બોર ક્રોસ-સેક્શન તેની મોટાભાગની લંબાઈ પર સ્થિર છે. શંક્વાકાર બેરલમાં કંપનની આવર્તનની ગણતરી નળાકાર પાઇપ કરતાં વધુ મુશ્કેલ છે, પરંતુ હજી પણ ઓવરટોનની સંપૂર્ણ શ્રેણી છે. આ કિસ્સામાં, બંધ સાંકડા છેડા સાથે શંકુ આકારની પાઇપની વાઇબ્રેશન ફ્રીક્વન્સી બંને છેડે ખુલ્લી નળાકાર પાઇપની સમાન હોય છે.

પિત્તળનાં સાધનો.

હોર્ન, ટ્રમ્પેટ, કોર્નેટ-એ-પિસ્ટન, ટ્રોમ્બોન, બ્યુગલ અને ટ્યુબા સહિતના પિત્તળના સાધનો હોઠ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે, જે, જ્યારે ખાસ આકારના મુખપત્ર સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે તે ડબલ રીડની ક્રિયા સમાન હોય છે. ઉત્તેજક અવાજ વખતે હવાનું દબાણ અહીં લાકડાના પવનો કરતાં ઘણું વધારે હોય છે. પિત્તળના પવનમાં સામાન્ય રીતે નળાકાર અને શંક્વાકાર વિભાગ સાથે ધાતુની બેરલ હોય છે, જેનો અંત ઘંટડીમાં હોય છે. હાર્મોનિક્સના સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમ પ્રદાન કરવા માટે વિભાગો પસંદ કરવામાં આવ્યા છે. બેરલની કુલ લંબાઇ પાઇપ માટે 1.8 મીટરથી એક ટ્યુબ માટે 5.5 મીટર સુધીની છે. ટ્યુબને ગોકળગાયના આકારમાં હેન્ડલિંગમાં સરળતા માટે સ્ક્રૂ કરવામાં આવે છે, અને એકોસ્ટિક કારણોસર નહીં.

નિશ્ચિત બેરલ લંબાઈ સાથે, કલાકાર પાસે માત્ર બેરલની કુદરતી આવર્તન દ્વારા નિર્ધારિત નોંધો હોય છે (અને મૂળભૂત આવર્તન સામાન્ય રીતે "અનપ્લકેબલ" હોય છે), અને ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ માઉથપીસમાં હવાનું દબાણ વધારીને ઉત્સાહિત થાય છે. આમ, નિશ્ચિત લંબાઈના બ્યુગલ પર તમે માત્ર થોડી જ નોંધો (બીજી, ત્રીજી, ચોથી, પાંચમી અને છઠ્ઠી હાર્મોનિક્સ) વગાડી શકો છો. પિત્તળના અન્ય સાધનો પર, હાર્મોનિક્સ વચ્ચે પડેલી ફ્રીક્વન્સી બેરલની લંબાઈ બદલીને લેવામાં આવે છે. ટ્રોમ્બોન આ અર્થમાં અનન્ય છે, તેના બેરલની લંબાઈ પાછી ખેંચી શકાય તેવી U-આકારની સ્લાઇડની સરળ હિલચાલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. સમગ્ર સ્કેલની નોંધોની પસંદગી બેરલના ઉત્તેજિત ઓવરટોનમાં ફેરફાર સાથે સ્લાઇડની સાત જુદી જુદી સ્થિતિઓ દ્વારા સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. પિત્તળના અન્ય સાધનોમાં આ વિવિધ લંબાઈની ત્રણ બાજુની ચેનલોનો ઉપયોગ કરીને અને વિવિધ સંયોજનોમાં અસરકારક રીતે બેરલની એકંદર લંબાઈને વિસ્તૃત કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આ સાત અલગ અલગ બેરલ લંબાઈ આપે છે. ટ્રોમ્બોનની જેમ, સમગ્ર સ્કેલની નોંધો આ સાત બેરલ લંબાઈને અનુરૂપ ઓવરટોનની ઉત્તેજક શ્રેણી દ્વારા પ્રહાર કરવામાં આવે છે.

પિત્તળના તમામ વાદ્યોના ટોન હાર્મોનિક્સથી સમૃદ્ધ છે. આ મુખ્યત્વે ઘંટડીની હાજરીને કારણે છે, જે ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર ધ્વનિ કિરણોત્સર્ગની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે. ટ્રમ્પેટ અને હોર્ન બ્યુગલ કરતાં હાર્મોનિક્સની વિશાળ શ્રેણી વગાડવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે. I. Bach ની રચનાઓમાં સોલો ટ્રમ્પેટ ભાગમાં પંક્તિના ચોથા ઓક્ટેવમાં ઘણા ફકરાઓ છે, જે આ સાધનના 21મા હાર્મોનિક સુધી પહોંચે છે.

પર્ક્યુસન સાધનો.

વાદ્યના શરીર પર પ્રહાર કરીને અને તેના મુક્ત કંપનોને ઉત્તેજિત કરીને પર્ક્યુસન વગાડવામાં આવે છે. આવા સાધનો પિયાનોથી અલગ પડે છે, જેમાં સ્પંદનો પણ પ્રભાવથી ઉત્તેજિત થાય છે, બે બાબતોમાં: કંપન કરતું શરીર હાર્મોનિક ઓવરટોન ઉત્પન્ન કરતું નથી અને તે પોતે વધારાના રેઝોનેટર વિના અવાજ ઉત્સર્જન કરી શકે છે. પર્ક્યુસન સાધનોમાં ડ્રમ, ઝાંઝ, ઝાયલોફોન અને ત્રિકોણનો સમાવેશ થાય છે.

ઘન પદાર્થોના સ્પંદનો સમાન આકારના એર રિઝોનેટર કરતા વધુ જટિલ હોય છે, કારણ કે ઘન પદાર્થોમાં વધુ પ્રકારના કંપનો હોય છે. આમ, કમ્પ્રેશન, બેન્ડિંગ અને ટોર્સિયનના તરંગો મેટલ સળિયા સાથે પ્રચાર કરી શકે છે. તેથી, નળાકાર સળિયામાં નળાકાર હવાના સ્તંભ કરતાં ઘણા વધુ વાઇબ્રેશન મોડ્સ અને તેથી રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીઝ હોય છે. તદુપરાંત, આ રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીઝ હાર્મોનિક શ્રેણી બનાવતી નથી. ઝાયલોફોન ઘન બારના બેન્ડિંગ સ્પંદનોનો ઉપયોગ કરે છે. વાઇબ્રેટિંગ ઝાયલોફોન બારના ઓવરટોન અને મૂળભૂત આવર્તનનો ગુણોત્તર છે: 2.76, 5.4, 8.9 અને 13.3.

ટ્યુનિંગ ફોર્ક એ ઓસીલેટીંગ વક્ર સળિયા છે, અને તેના કંપનનો મુખ્ય મોડ ત્યારે થાય છે જ્યારે બંને હાથ એકસાથે નજીક આવે અથવા એકબીજાથી દૂર જાય. ટ્યુનિંગ ફોર્કમાં ઓવરટોન્સની હાર્મોનિક શ્રેણી નથી, અને માત્ર તેની મૂળભૂત આવર્તનનો ઉપયોગ થાય છે. તેના પ્રથમ ઓવરટોનની આવર્તન મૂળભૂત આવર્તન કરતાં 6 ગણી વધુ છે.

સંગીતના અવાજો ઉત્પન્ન કરતા ઓસીલેટીંગ સોલિડ બોડીનું બીજું ઉદાહરણ ઘંટ છે. ઘંટના કદ અલગ-અલગ હોઈ શકે છે - નાની ઘંટથી લઈને મલ્ટિ-ટન ચર્ચ ઈંટ સુધી. ઘંટ જેટલો મોટો, તેટલો ઓછો અવાજ તે બનાવે છે. ઘંટના આકાર અને અન્ય લક્ષણોમાં તેમની સદીઓ-લાંબી ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન ઘણા ફેરફારો થયા છે. ખૂબ ઓછા સાહસો તેમના ઉત્પાદનમાં રોકાયેલા છે, જેને મહાન કૌશલ્યની જરૂર છે.

ઘંટડીની પ્રારંભિક ઓવરટોન શ્રેણી હાર્મોનિક નથી, અને ઓવરટોન રેશિયો વિવિધ ઘંટ માટે સમાન નથી. ઉદાહરણ તરીકે, એક મોટી ઘંટડી માટે, મૂળભૂત ફ્રીક્વન્સીઝના ઓવરટોનનો માપેલ ગુણોત્તર 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97 અને 5.33 હતો. પરંતુ બેલ વાગ્યા પછી તરત જ ઓવરટોન વચ્ચે ઊર્જાનું વિતરણ ઝડપથી બદલાય છે, અને ઘંટડીનો આકાર એવી રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે કે પ્રબળ ફ્રીક્વન્સી એકબીજા સાથે લગભગ સુમેળભરી રીતે સંબંધિત હોય. ઘંટડીની પીચ મૂળભૂત આવર્તન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવતી નથી, પરંતુ પ્રહાર કર્યા પછી તરત જ પ્રભાવશાળી નોંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. તે બેલના લગભગ પાંચમા ઓવરટોનને અનુરૂપ છે. થોડા સમય પછી, ઘંટના અવાજમાં નીચલા ઓવરટોન વર્ચસ્વ મેળવવાનું શરૂ કરે છે.

ડ્રમમાં, ઓસીલેટીંગ એલિમેન્ટ એ ચામડાની પટલ છે, સામાન્ય રીતે ગોળાકાર, જેને ખેંચાયેલા સ્ટ્રિંગના દ્વિ-પરિમાણીય એનાલોગ તરીકે ગણી શકાય. સંગીતમાં, ડ્રમ સ્ટ્રિંગ જેટલું મહત્વનું નથી કારણ કે તેની કુદરતી ફ્રીક્વન્સીઝની કુદરતી શ્રેણી હાર્મોનિક નથી. એક અપવાદ એ ટિમ્પાની છે, જેની પટલ એર રિઝોનેટર પર વિસ્તરેલી છે. રેડિયલ દિશામાં માથાની જાડાઈમાં ફેરફાર કરીને ડ્રમના ઓવરટોન સિક્વન્સને હાર્મોનિક બનાવી શકાય છે. આવા ડ્રમનું ઉદાહરણ હશે તબલાશાસ્ત્રીય ભારતીય સંગીતમાં વપરાય છે.

ધ્વનિ (અથવા એકોસ્ટિક) તરંગો એ સ્થિતિસ્થાપક તરંગો છે જે 16-20,000 હર્ટ્ઝની રેન્જમાં ફ્રીક્વન્સીવાળા માધ્યમમાં પ્રસરે છે. આ ફ્રીક્વન્સીઝના તરંગો, માનવ સુનાવણી પ્રણાલીને અસર કરે છે, અવાજની સંવેદનાનું કારણ બને છે. વી સાથે મોજા< 16 Гц (ннфразвуковые) и v >20 kHz (અલ્ટ્રાસાઉન્ડ) માનવ સુનાવણી અંગો દ્વારા જોવામાં આવતું નથી.

વાયુઓ અને પ્રવાહીમાં ધ્વનિ તરંગો માત્ર રેખાંશ હોઈ શકે છે, કારણ કે આ માધ્યમો માત્ર કમ્પ્રેશન (ટેન્શન) વિકૃતિઓના સંદર્ભમાં સ્થિતિસ્થાપક છે. ઘન પદાર્થોમાં, ધ્વનિ તરંગો રેખાંશ અને ટ્રાંસવર્સ બંને હોઈ શકે છે, કારણ કે ઘન પદાર્થો કમ્પ્રેશન (ટેન્શન) અને શીયર વિકૃતિઓના સંદર્ભમાં સ્થિતિસ્થાપકતા ધરાવે છે.

ધ્વનિની તીવ્રતા (અથવા ધ્વનિ શક્તિ) એ તરંગ પ્રસારની દિશામાં લંબરૂપ એકમ વિસ્તાર દ્વારા એકમ સમય દીઠ ધ્વનિ તરંગ દ્વારા સ્થાનાંતરિત સમય-સરેરાશ ઊર્જા દ્વારા નિર્ધારિત જથ્થો છે:

અવાજની તીવ્રતાનું SI એકમ વોટ પ્રતિ ચોરસ મીટર (W/m2) છે.

માનવ કાનની સંવેદનશીલતા વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ માટે બદલાય છે. ધ્વનિ સંવેદના પેદા કરવા માટે, તરંગની ચોક્કસ લઘુત્તમ તીવ્રતા હોવી આવશ્યક છે, પરંતુ જો આ તીવ્રતા ચોક્કસ મર્યાદા કરતાં વધી જાય, તો અવાજ સંભળાતો નથી અને માત્ર પીડાદાયક સંવેદનાનું કારણ બને છે. આમ, દરેક ઓસિલેશન આવર્તન માટે લઘુત્તમ (શ્રવણ થ્રેશોલ્ડ) અને મહત્તમ (પીડા થ્રેશોલ્ડ) અવાજની તીવ્રતા હોય છે જે અવાજની ધારણાનું કારણ બની શકે છે. ફિગ માં. 223 અવાજની આવર્તન પર શ્રાવ્યતા અને પીડાના થ્રેશોલ્ડની અવલંબન દર્શાવે છે. આ બે વળાંકો વચ્ચે સ્થિત વિસ્તાર એ શ્રાવ્ય વિસ્તાર છે.

જો ધ્વનિની તીવ્રતા એ એક એવો જથ્થો છે જે તરંગ પ્રક્રિયાને ઉદ્દેશ્યથી દર્શાવે છે, તો પછી તેની તીવ્રતા સાથે સંકળાયેલ અવાજની વ્યક્તિલક્ષી લાક્ષણિકતા એ ધ્વનિની તીવ્રતા છે, જે આવર્તન પર આધારિત છે. ફિઝિયોલોજિકલ વેબર-ફેકનર કાયદા અનુસાર, ધ્વનિની તીવ્રતામાં વધારો સાથે, અશિષ્ટતા લઘુગણક રીતે વધે છે. આના આધારે, તેની તીવ્રતાના માપેલા મૂલ્યના આધારે અવાજના જથ્થાનું ઉદ્દેશ્ય મૂલ્યાંકન રજૂ કરવામાં આવે છે:

જ્યાં I 0 એ શ્રાવ્યતાના થ્રેશોલ્ડ પર ધ્વનિની તીવ્રતા છે, જે તમામ અવાજો 10 -12 W/m 2 છે. મૂલ્ય L ને અવાજની તીવ્રતા સ્તર કહેવામાં આવે છે અને તે બેલ્સ (બેલ ટેલિફોનના શોધકના સન્માનમાં) માં વ્યક્ત થાય છે. સામાન્ય રીતે તેઓ એકમોનો ઉપયોગ કરે છે જે 10 ગણા નાના હોય છે - ડેસિબલ્સ (ડીબી).

ધ્વનિની શારીરિક લાક્ષણિકતા એ વોલ્યુમ સ્તર છે, જે ફોન (ફોન) માં વ્યક્ત થાય છે. 1000 Hz (પ્રમાણભૂત શુદ્ધ સ્વરની આવર્તન) પર ધ્વનિ માટેનું પ્રમાણ 1 ફોનની બરાબર છે જો તેની તીવ્રતાનું સ્તર 1 dB હોય. ઉદાહરણ તરીકે, હાઇ સ્પીડ પર સબવે કારમાં અવાજ "90 વોન" ને અનુરૂપ છે, અને 1 મીટરના અંતરે એક વ્હીસ્પર "20 વોન" ને અનુરૂપ છે.

વાસ્તવિક ધ્વનિ એ ફ્રીક્વન્સીઝના મોટા સમૂહ સાથે હાર્મોનિક ઓસિલેશનનું સુપરપોઝિશન છે, એટલે કે ધ્વનિમાં એકોસ્ટિક સ્પેક્ટ્રમ હોય છે, જે સતત હોઈ શકે છે (તમામ ફ્રીક્વન્સીઝના ઓસિલેશન ચોક્કસ અંતરાલમાં હાજર હોય છે) અને લાઇન્ડ (એકબીજાથી અલગ પડેલી અમુક ફ્રીક્વન્સીઝના ઓસિલેશન્સ હોય છે. હાજર).

વોલ્યુમ ઉપરાંત, ધ્વનિ પિચ અને ટિમ્બર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સાઉન્ડ પિચ એ અવાજની ગુણવત્તા છે જે વ્યક્તિ દ્વારા વ્યક્તિલક્ષી રીતે કાન દ્વારા અને અવાજની આવર્તનના આધારે નક્કી કરવામાં આવે છે. જેમ જેમ આવર્તન વધે છે તેમ, ધ્વનિની પીચ વધે છે, એટલે કે અવાજ "ઉચ્ચ" બને છે. એકોસ્ટિક સ્પેક્ટ્રમની પ્રકૃતિ અને અમુક ફ્રીક્વન્સીઝ વચ્ચે ઊર્જાનું વિતરણ ધ્વનિ સંવેદનાની વિશિષ્ટતા નક્કી કરે છે, જેને ધ્વનિનું ટિમ્બર કહેવાય છે. આમ, એક જ નોંધ વગાડતા જુદા જુદા ગાયકો અલગ અલગ એકોસ્ટિક સ્પેક્ટ્રમ ધરાવે છે, એટલે કે, તેમના અવાજમાં અલગ ટિમ્બર હોય છે.

ધ્વનિનો સ્ત્રોત એ કોઈપણ શરીર હોઈ શકે છે જે ધ્વનિ આવર્તન સાથે સ્થિતિસ્થાપક માધ્યમમાં વાઇબ્રેટ કરે છે (ઉદાહરણ તરીકે, તારવાળા સાધનોમાં, ધ્વનિનો સ્ત્રોત એ સાધનના શરીર સાથે જોડાયેલ તાર છે).

ઓસીલેટીંગ દ્વારા, શરીર સમાન આવર્તન સાથે માધ્યમના અડીને આવેલા કણોના સ્પંદનોનું કારણ બને છે. ઓસીલેટરી ગતિની સ્થિતિ ક્રમશઃ માધ્યમના કણોમાં પ્રસારિત થાય છે જે શરીરથી વધુને વધુ દૂર હોય છે, એટલે કે, એક તરંગ તેના સ્ત્રોતની આવર્તન સમાન ઓસિલેશન આવર્તન સાથે માધ્યમમાં પ્રસારિત થાય છે, અને ઘનતાને આધારે ચોક્કસ ઝડપ સાથે. અને માધ્યમના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો. વાયુઓમાં ધ્વનિ તરંગોના પ્રસારની ગતિ સૂત્ર દ્વારા ગણવામાં આવે છે

(158.1)

જ્યાં R એ દાઢ વાયુ સ્થિરાંક છે, M એ દાઢ સમૂહ છે, g = C p/C v એ સ્થિર દબાણ અને વોલ્યુમ પર ગેસની દાઢ ઉષ્મા ક્ષમતાનો ગુણોત્તર છે, T એ થર્મોડાયનેમિક તાપમાન છે. સૂત્ર (158.1) પરથી તે અનુસરે છે કે ગેસમાં અવાજની ગતિ દબાણ પર આધારિત નથી આરગેસ, પરંતુ વધતા તાપમાન સાથે વધે છે. વાયુનું દાળનું દળ જેટલું વધારે છે, તેટલી ધ્વનિની ગતિ ઓછી છે. ઉદાહરણ તરીકે, T = 273 K પર, હવામાં અવાજની ઝડપ (M = 29×10 -3 kg/mol) v = 331 m/s, હાઇડ્રોજનમાં (M = 2×10 -3 kg/mol) v = 1260 m/s. અભિવ્યક્તિ (158.1) પ્રાયોગિક ડેટાને અનુરૂપ છે.

વાતાવરણમાં ધ્વનિનો પ્રચાર કરતી વખતે, સંખ્યાબંધ પરિબળો ધ્યાનમાં લેવા જરૂરી છે: પવનની ગતિ અને દિશા, હવામાં ભેજ, વાયુ માધ્યમની પરમાણુ રચના, બે માધ્યમોની સીમા પર ધ્વનિના પ્રતિબિંબ અને પ્રતિબિંબની ઘટના. વધુમાં, કોઈપણ વાસ્તવિક માધ્યમમાં સ્નિગ્ધતા હોય છે, તેથી ધ્વનિ એટેન્યુએશન અવલોકન કરવામાં આવે છે, એટલે કે, તેના કંપનવિસ્તારમાં ઘટાડો અને પરિણામે, ધ્વનિ તરંગની તીવ્રતા જેમ તે પ્રચાર કરે છે. ધ્વનિનું એટેન્યુએશન મોટાભાગે માધ્યમમાં તેના શોષણને કારણે છે, જે ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપો (મુખ્યત્વે થર્મલ) માં ધ્વનિ ઊર્જાના અફર સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલું છે.

ઇન્ડોર એકોસ્ટિક્સ માટે, ધ્વનિ પુનઃપ્રતિક્રમણનું ખૂબ મહત્વ છે - તેના સ્ત્રોત બંધ થયા પછી બંધ જગ્યાઓમાં ધ્વનિના ધીમે ધીમે એટેન્યુએશનની પ્રક્રિયા. જો ઓરડાઓ ખાલી હોય, તો અવાજ ધીમે ધીમે ઓછો થાય છે અને રૂમની "બૂમનેસ" બનાવવામાં આવે છે. જો ધ્વનિ ઝડપથી ઝાંખા પડી જાય છે (જ્યારે ધ્વનિ-શોષક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે), તો તે મફલ્ડ તરીકે જોવામાં આવે છે. રિવર્બરેશન ટાઈમ એ સમય છે કે જે દરમિયાન રૂમમાં ધ્વનિની તીવ્રતા લાખો અને તેનું સ્તર 60 ડીબીથી ઓછી થાય છે. જો રિવર્બરેશનનો સમય 0.5-1.5 સેકન્ડ હોય તો રૂમમાં સારી ધ્વનિ છે.

ધ્વનિ એ માધ્યમ (ઘણી વખત હવા) માં સ્થિતિસ્થાપક તરંગો છે જે અદ્રશ્ય હોય છે પરંતુ માનવ કાનને સમજી શકાય છે (તરંગ કાનના પડદા પર કાર્ય કરે છે). ધ્વનિ તરંગ એ સંકોચન અને દુર્લભતાની રેખાંશ તરંગ છે.

જો આપણે શૂન્યાવકાશ બનાવીશું, તો શું આપણે અવાજોને અલગ કરી શકીશું? રોબર્ટ બોયલે 1660માં કાચની બરણીમાં ઘડિયાળ મૂકી. હવાને બહાર કાઢ્યા પછી, તેણે કોઈ અવાજ સાંભળ્યો નહીં. અનુભવ એ સાબિત કરે છે અવાજના પ્રચાર માટે એક માધ્યમની જરૂર છે.

અવાજ પ્રવાહી અને ઘન માધ્યમો દ્વારા પણ મુસાફરી કરી શકે છે. પત્થરોની અસર પાણીની અંદર સ્પષ્ટપણે સાંભળી શકાય છે. લાકડાના બોર્ડના એક છેડે ઘડિયાળ મૂકો. તમારા કાનને બીજા છેડે રાખીને, તમે સ્પષ્ટપણે ઘડિયાળની ટિકીંગ સાંભળી શકો છો.

ધ્વનિ તરંગ લાકડામાંથી પસાર થાય છે

ધ્વનિનો સ્ત્રોત આવશ્યકપણે ઓસીલેટીંગ બોડીઓ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગિટાર પરની તાર તેની સામાન્ય સ્થિતિમાં અવાજ કરતી નથી, પરંતુ જલદી આપણે તેને વાઇબ્રેટ કરીએ છીએ, ધ્વનિ તરંગ દેખાય છે.

જો કે, અનુભવ દર્શાવે છે કે દરેક ઓસીલેટીંગ બોડી અવાજનો સ્ત્રોત નથી. ઉદાહરણ તરીકે, થ્રેડ પર લટકાવેલું વજન અવાજ કરતું નથી. હકીકત એ છે કે માનવ કાન તમામ તરંગોને સમજી શકતો નથી, પરંતુ ફક્ત તે જ જે 16 હર્ટ્ઝથી 20,000 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથે ઓસીલેટીંગ શરીર બનાવે છે. આવા તરંગો કહેવામાં આવે છે અવાજ. 16Hz કરતા ઓછી આવર્તન સાથેના ઓસિલેશન કહેવામાં આવે છે ઇન્ફ્રાસાઉન્ડ. 20,000 Hz કરતાં વધુની આવર્તન સાથેના ઓસિલેશન કહેવામાં આવે છે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ.

ધ્વનિ ઝડપ

ધ્વનિ તરંગો તરત જ પ્રસારિત થતા નથી, પરંતુ ચોક્કસ મર્યાદિત ગતિ સાથે (સમાન ગતિની ગતિ સમાન).

તેથી જ વાવાઝોડા દરમિયાન આપણે સૌપ્રથમ વીજળી જોઈએ છીએ, એટલે કે, પ્રકાશ (પ્રકાશની ગતિ અવાજની ગતિ કરતા ઘણી વધારે છે), અને પછી અવાજ સંભળાય છે.

ધ્વનિની ગતિ માધ્યમ પર આધાર રાખે છે: ઘન અને પ્રવાહીમાં અવાજની ગતિ હવા કરતાં ઘણી વધારે હોય છે. આ ટેબ્યુલર માપેલા સ્થિરાંકો છે. જેમ જેમ માધ્યમનું તાપમાન વધે છે તેમ ધ્વનિની ગતિ વધે છે અને જેમ જેમ તે ઘટે છે તેમ તેમ તે ઘટે છે.

અવાજો અલગ છે. ધ્વનિને લાક્ષણિકતા આપવા માટે, વિશિષ્ટ જથ્થાઓ રજૂ કરવામાં આવે છે: અવાજનું વોલ્યુમ, પીચ અને ટીમ્બર.

ધ્વનિનું પ્રમાણ સ્પંદનોના કંપનવિસ્તાર પર આધારિત છે: સ્પંદનોનું કંપનવિસ્તાર જેટલું વધારે છે, તેટલો મોટો અવાજ. વધુમાં, આપણા કાન દ્વારા અવાજની માત્રાની ધારણા ધ્વનિ તરંગમાં કંપનની આવર્તન પર આધારિત છે. ઉચ્ચ આવર્તન તરંગો મોટેથી માનવામાં આવે છે.

ધ્વનિ તરંગની આવર્તન સ્વરની પીચ નક્કી કરે છે. ધ્વનિ સ્ત્રોતની કંપન આવર્તન જેટલી ઊંચી હોય છે, તેટલો તે અવાજ ઉત્પન્ન કરે છે. માનવ અવાજો પીચમાં ઘણી શ્રેણીઓમાં વહેંચાયેલા છે.

વિવિધ સ્ત્રોતોમાંથી આવતા અવાજો વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના હાર્મોનિક સ્પંદનોનું સંયોજન છે. સૌથી લાંબી અવધિ (સૌથી ઓછી આવર્તન) ના ઘટકને મૂળભૂત સ્વર કહેવામાં આવે છે. અવાજના બાકીના ઘટકો ઓવરટોન છે. આ ઘટકોનો સમૂહ અવાજનો રંગ અને લાકડા બનાવે છે. જુદા જુદા લોકોના અવાજમાં ઓવરટોનનો સમૂહ ઓછામાં ઓછો થોડો અલગ હોય છે, અને આ ચોક્કસ અવાજની લય નક્કી કરે છે.

પડઘો. વિવિધ અવરોધો - પર્વતો, જંગલો, દિવાલો, મોટી ઇમારતો વગેરેમાંથી અવાજના પ્રતિબિંબના પરિણામે એક પડઘો રચાય છે. ઇકો ત્યારે જ થાય છે જ્યારે પ્રતિબિંબિત ધ્વનિ મૂળ બોલાતા અવાજથી અલગ રીતે જોવામાં આવે છે. જો ત્યાં ઘણી પ્રતિબિંબીત સપાટીઓ હોય અને તે વ્યક્તિથી અલગ અલગ અંતરે હોય, તો પ્રતિબિંબિત ધ્વનિ તરંગો અલગ-અલગ સમયે તેના સુધી પહોંચશે. આ કિસ્સામાં, પડઘો બહુવિધ હશે. પડઘો સંભળાય તે માટે અવરોધ વ્યક્તિથી 11 મીટર દૂર હોવો જોઈએ.

ધ્વનિનું પ્રતિબિંબ.ધ્વનિ સરળ સપાટીને પ્રતિબિંબિત કરે છે. તેથી, હોર્નનો ઉપયોગ કરતી વખતે, ધ્વનિ તરંગો બધી દિશામાં વિખરાયેલા નથી, પરંતુ સંકુચિત રીતે નિર્દેશિત બીમ બનાવે છે, જેના કારણે ધ્વનિ શક્તિ વધે છે અને તે વધુ અંતર પર ફેલાય છે.

કેટલાક પ્રાણીઓ (ઉદાહરણ તરીકે, બેટ, ડોલ્ફિન) અલ્ટ્રાસોનિક સ્પંદનો બહાર કાઢે છે, પછી અવરોધોમાંથી પ્રતિબિંબિત તરંગને સમજે છે. આ રીતે તેઓ આસપાસની વસ્તુઓનું સ્થાન અને અંતર નક્કી કરે છે.

ઇકોલોકેશન. તેમાંથી પ્રતિબિંબિત અલ્ટ્રાસોનિક સિગ્નલો દ્વારા શરીરનું સ્થાન નક્કી કરવાની આ એક રીત છે. શિપિંગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. જહાજો પર સ્થાપિત સોનાર્સ- પાણીની અંદરની વસ્તુઓને ઓળખવા અને તળિયાની ઊંડાઈ અને ટોપોગ્રાફી નક્કી કરવા માટેના ઉપકરણો. જહાજના તળિયે ધ્વનિ ઉત્સર્જક અને રીસીવર મૂકવામાં આવે છે. ઉત્સર્જક ટૂંકા સંકેતો આપે છે. વિલંબના સમય અને પરત આવતા સિગ્નલોની દિશાનું વિશ્લેષણ કરીને, કમ્પ્યુટર ધ્વનિને પ્રતિબિંબિત કરતી ઑબ્જેક્ટની સ્થિતિ અને કદ નક્કી કરે છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ મશીનના ભાગો (વોઇડ્સ, ક્રેક્સ, વગેરે) માં વિવિધ નુકસાનને શોધવા અને નક્કી કરવા માટે થાય છે. આ હેતુ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ઉપકરણને કહેવામાં આવે છે અલ્ટ્રાસોનિક ખામી શોધનાર. ટૂંકા અલ્ટ્રાસોનિક સિગ્નલોનો પ્રવાહ અભ્યાસ હેઠળના ભાગમાં મોકલવામાં આવે છે, જે તેની અંદર સ્થિત અસંગતતાઓથી પ્રતિબિંબિત થાય છે અને, પાછા આવીને, રીસીવરમાં દાખલ થાય છે. તે સ્થળોએ જ્યાં કોઈ ખામી નથી, સંકેતો નોંધપાત્ર પ્રતિબિંબ વિના ભાગમાંથી પસાર થાય છે અને રીસીવર દ્વારા નોંધાયેલ નથી.

ચોક્કસ રોગોના નિદાન અને સારવાર માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો વ્યાપકપણે દવામાં ઉપયોગ થાય છે. એક્સ-રેથી વિપરીત, તેના તરંગો પેશીઓ પર હાનિકારક અસર કરતા નથી. ડાયગ્નોસ્ટિક અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પરીક્ષાઓ (અલ્ટ્રાસાઉન્ડ)સર્જિકલ હસ્તક્ષેપ વિના અંગો અને પેશીઓમાં રોગવિજ્ઞાનવિષયક ફેરફારોને ઓળખવા માટે પરવાનગી આપે છે. એક વિશિષ્ટ ઉપકરણ 0.5 થી 15 મેગાહર્ટઝની આવર્તન સાથેના અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોને શરીરના ચોક્કસ ભાગમાં દિશામાન કરે છે, તેઓ અભ્યાસ હેઠળના અંગમાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે અને કમ્પ્યુટર સ્ક્રીન પર તેની છબી પ્રદર્શિત કરે છે.

ઇન્ફ્રાસાઉન્ડ વિવિધ માધ્યમોમાં નીચા શોષણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જેના પરિણામે હવા, પાણી અને પૃથ્વીના પોપડામાં ઇન્ફ્રાસાઉન્ડ તરંગો ખૂબ લાંબા અંતર સુધી પ્રચાર કરી શકે છે. આ ઘટનામાં વ્યવહારુ ઉપયોગ જોવા મળે છે સ્થાનો નક્કી કરી રહ્યા છીએમજબૂત વિસ્ફોટો અથવા ફાયરિંગ હથિયારની સ્થિતિ. સમુદ્રમાં લાંબા અંતર પર ઇન્ફ્રાસાઉન્ડનો પ્રચાર શક્ય બનાવે છે કુદરતી આપત્તિની આગાહીઓ- સુનામી. જેલીફિશ, ક્રસ્ટેશિયન્સ વગેરે ઇન્ફ્રાસાઉન્ડને સમજવામાં સક્ષમ છે અને તોફાનની શરૂઆતના ઘણા સમય પહેલા તેનો અભિગમ અનુભવે છે.

વાયુયુક્ત, પ્રવાહી અને નક્કર માધ્યમોમાં થાય છે, જે, જ્યારે માનવ શ્રવણ અંગો સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તે તેના દ્વારા ધ્વનિ તરીકે જોવામાં આવે છે. આ તરંગોની આવૃત્તિ 20 થી 20,000 સ્પંદનો પ્રતિ સેકન્ડ સુધીની હોય છે. ચાલો ધ્વનિ તરંગ માટેના સૂત્રો રજૂ કરીએ અને તેના ગુણધર્મોને વધુ વિગતવાર ધ્યાનમાં લઈએ.

શા માટે ધ્વનિ તરંગ દેખાય છે?

ઘણા લોકો આશ્ચર્ય કરે છે કે ધ્વનિ તરંગ શું છે. ધ્વનિની પ્રકૃતિ સ્થિતિસ્થાપક માધ્યમમાં વિક્ષેપની ઘટનામાં રહેલી છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે હવાના ચોક્કસ જથ્થામાં કમ્પ્રેશનના સ્વરૂપમાં દબાણની વિક્ષેપ થાય છે, ત્યારે આ પ્રદેશ અવકાશમાં ફેલાય છે. આ પ્રક્રિયા સ્ત્રોતને અડીને આવેલા વિસ્તારોમાં હવાને સંકુચિત કરવા માટેનું કારણ બને છે, જે વિસ્તૃત થવાનું વલણ ધરાવે છે. જ્યાં સુધી તે અમુક રીસીવર સુધી પહોંચે નહીં ત્યાં સુધી આ પ્રક્રિયા વધુને વધુ જગ્યાને આવરી લે છે, ઉદાહરણ તરીકે, માનવ કાન.

ધ્વનિ તરંગોની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ

ચાલો ધ્વનિ તરંગ શું છે અને તે માનવ કાન દ્વારા કેવી રીતે જોવામાં આવે છે તેના પ્રશ્નો પર વિચાર કરીએ. ધ્વનિ તરંગ રેખાંશ છે; જ્યારે તે કાનના શંખમાં પ્રવેશે છે, ત્યારે તે ચોક્કસ આવર્તન અને કંપનવિસ્તાર સાથે કાનના પડદાના કંપનનું કારણ બને છે. તમે પટલને અડીને હવાના માઇક્રોવોલ્યુમમાં દબાણમાં સામયિક ફેરફારો તરીકે પણ આ વધઘટની કલ્પના કરી શકો છો. પ્રથમ તે સામાન્ય વાતાવરણીય દબાણની તુલનામાં વધે છે, અને પછી હાર્મોનિક ગતિના ગાણિતિક નિયમોનું પાલન કરીને ઘટે છે. હવાના સંકોચનમાં ફેરફારોનું કંપનવિસ્તાર, એટલે કે, વાતાવરણીય દબાણ સાથે ધ્વનિ તરંગ દ્વારા બનાવેલ મહત્તમ અથવા લઘુત્તમ દબાણ વચ્ચેનો તફાવત એ ધ્વનિ તરંગના કંપનવિસ્તારના પ્રમાણસર છે.

ઘણા ભૌતિક પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું છે કે માનવ કાન તેને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના મહત્તમ દબાણ અનુભવી શકે છે તે 2800 µN/cm 2 છે. સરખામણી માટે, ચાલો કહીએ કે પૃથ્વીની સપાટીની નજીક વાતાવરણીય દબાણ 10 મિલિયન μN/cm2 છે. દબાણની પ્રમાણસરતા અને ઓસિલેશનના કંપનવિસ્તારને ધ્યાનમાં લેતા, આપણે કહી શકીએ કે પછીનું મૂલ્ય સૌથી મજબૂત તરંગો માટે પણ નજીવું છે. જો આપણે ધ્વનિ તરંગની લંબાઈ વિશે વાત કરીએ, તો પ્રતિ સેકન્ડ 1000 સ્પંદનોની આવર્તન માટે તે સેન્ટીમીટરનો હજારમો ભાગ હશે.

સૌથી નબળા અવાજો 0.001 μN/cm 2 ના ક્રમમાં દબાણની વધઘટ બનાવે છે, 1000 Hz ની આવર્તન માટે તરંગના કંપનવિસ્તારનું અનુરૂપ કંપનવિસ્તાર 10 -9 cm છે, જ્યારે હવાના અણુઓનો સરેરાશ વ્યાસ 10 -8 cm છે, એટલે કે, માનવ કાન એ અત્યંત સંવેદનશીલ અંગ છે.

ધ્વનિ તરંગની તીવ્રતાનો ખ્યાલ

ભૌમિતિક દૃષ્ટિકોણથી, ધ્વનિ તરંગ ચોક્કસ આકારના સ્પંદનોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, પરંતુ ભૌતિક દૃષ્ટિકોણથી, ધ્વનિ તરંગોની મુખ્ય મિલકત ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરવાની તેમની ક્ષમતા છે. વેવ એનર્જી ટ્રાન્સફરનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉદાહરણ સૂર્ય છે, જેના ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો આપણા સમગ્ર ગ્રહને ઊર્જા પ્રદાન કરે છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ધ્વનિ તરંગની તીવ્રતા તરંગના પ્રસાર માટે લંબરૂપ હોય તેવા એકમ સપાટી વિસ્તાર દ્વારા તરંગ દ્વારા ટ્રાન્સફર થતી ઊર્જાના જથ્થા તરીકે અને પ્રતિ એકમ સમય તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. ટૂંકમાં, તરંગની તીવ્રતા એ એકમ વિસ્તાર દ્વારા ટ્રાન્સફર થતી તેની શક્તિ છે.

ધ્વનિ તરંગોની શક્તિ સામાન્ય રીતે ડેસિબલ્સમાં માપવામાં આવે છે, જે પરિણામોના વ્યવહારિક વિશ્લેષણ માટે અનુકૂળ લઘુગણક સ્કેલ પર આધારિત હોય છે.

વિવિધ અવાજોની તીવ્રતા

ડેસિબલમાં નીચેનો સ્કેલ વિવિધ અને તેનાથી થતી સંવેદનાઓના અર્થનો ખ્યાલ આપે છે:

• અપ્રિય અને અસ્વસ્થતાની થ્રેશોલ્ડ 120 ડેસિબલ્સ (ડીબી) થી શરૂ થાય છે;
• રિવેટિંગ હેમર 95 ડીબીનો અવાજ બનાવે છે;
• હાઇ-સ્પીડ ટ્રેન - 90 ડીબી;
• ભારે ટ્રાફિકવાળી શેરી - 70 ડીબી;
• લોકો વચ્ચે સામાન્ય વાતચીતનું પ્રમાણ 65 ડીબી છે;
• મધ્યમ ગતિએ આગળ વધતી આધુનિક કાર 50 ડીબીના અવાજનું સ્તર બનાવે છે;
• સરેરાશ રેડિયો વોલ્યુમ - 40 ડીબી;
• શાંત વાતચીત - 20 ડીબી;
• ઝાડના પર્ણસમૂહનો અવાજ - 10 ડીબી;
• માનવ ધ્વનિ સંવેદનશીલતાની લઘુત્તમ થ્રેશોલ્ડ 0 ડીબીની નજીક છે.

માનવ કાનની સંવેદનશીલતા ધ્વનિની આવર્તન પર આધાર રાખે છે અને 2000-3000 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથે ધ્વનિ તરંગો માટે મહત્તમ છે. આ આવર્તન શ્રેણીમાં ધ્વનિ માટે, માનવ સંવેદનશીલતાની નીચેની થ્રેશોલ્ડ 10 -5 ડીબી છે. ઉલ્લેખિત અંતરાલ કરતાં ઊંચી અને નીચી ફ્રીક્વન્સી એવી રીતે સંવેદનશીલતાના નીચલા થ્રેશોલ્ડમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે કે વ્યક્તિ 20 Hz અને 20,000 Hz ની નજીકની ફ્રીક્વન્સી માત્ર કેટલાક દસ ડીબીની તીવ્રતા પર સાંભળે છે.

તીવ્રતાના ઉપલા થ્રેશોલ્ડ માટે, જેના પછી અવાજ વ્યક્તિને અસુવિધા અને પીડા થવાનું શરૂ કરે છે, એવું કહેવું જોઈએ કે તે આવર્તનથી વ્યવહારીક સ્વતંત્ર છે અને 110-130 ડીબીની રેન્જમાં આવેલું છે.

ધ્વનિ તરંગની ભૌમિતિક લાક્ષણિકતાઓ

વાસ્તવિક ધ્વનિ તરંગ એ રેખાંશ તરંગોનું એક જટિલ ઓસીલેટરી પેકેટ છે, જે સરળ હાર્મોનિક સ્પંદનોમાં વિઘટિત થઈ શકે છે. આવા દરેક ઓસિલેશનને નીચેની લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા ભૌમિતિક દૃષ્ટિકોણથી વર્ણવવામાં આવે છે:

1. કંપનવિસ્તાર એ સમતુલામાંથી તરંગના દરેક વિભાગનું મહત્તમ વિચલન છે. આ જથ્થા માટે હોદ્દો A અપનાવવામાં આવ્યો છે.
2. સમયગાળો. આ તે સમય છે જે દરમિયાન એક સરળ તરંગ તેની સંપૂર્ણ ઓસિલેશન પૂર્ણ કરે છે. આ સમય પછી, તરંગનો દરેક બિંદુ તેની ઓસીલેટરી પ્રક્રિયાને પુનરાવર્તિત કરવાનું શરૂ કરે છે. સમયગાળો સામાન્ય રીતે અક્ષર T દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે અને SI સિસ્ટમમાં સેકંડમાં માપવામાં આવે છે.
3. આવર્તન. આ એક ભૌતિક જથ્થો છે જે દર્શાવે છે કે આપેલ તરંગ પ્રતિ સેકન્ડમાં કેટલા ઓસિલેશન કરે છે. એટલે કે, તેના અર્થમાં તે સમયગાળા માટે પારસ્પરિક જથ્થો છે. તેને એફ તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવે છે. ધ્વનિ તરંગની આવર્તન માટે, તેને સમયગાળા દ્વારા નક્કી કરવા માટેનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે: f = 1/T.
4. તરંગલંબાઇ એ એક ઓસિલેશન સમયગાળામાં તે પ્રવાસ કરે છે તે અંતર છે. ભૌમિતિક રીતે, તરંગલંબાઇ એ સાઈન કર્વ પર બે નજીકના મેક્સિમા અથવા બે નજીકના મિનિમા વચ્ચેનું અંતર છે. ધ્વનિ તરંગની ઓસિલેશન લંબાઈ એ હવાના સંકોચનના નજીકના વિસ્તારો અથવા તરંગો જ્યાં ફરે છે તે જગ્યામાં તેના દુર્લભતાના નજીકના સ્થાનો વચ્ચેનું અંતર છે. તે સામાન્ય રીતે ગ્રીક અક્ષર λ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.
5. ધ્વનિ તરંગના પ્રસારની ગતિ એ અંતર છે કે જેના પર તરંગનો સંકોચન પ્રદેશ અથવા વિરલ વિસ્તાર એકમ સમય દીઠ પ્રસારિત થાય છે. આ મૂલ્ય v અક્ષર દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. ધ્વનિ તરંગની ગતિ માટે, સૂત્ર છે: v = λ*f.

શુદ્ધ ધ્વનિ તરંગની ભૂમિતિ, એટલે કે, સતત શુદ્ધતાની તરંગ, સિનુસોઇડલ કાયદાનું પાલન કરે છે. સામાન્ય કિસ્સામાં, ધ્વનિ તરંગ માટેના સૂત્રનું સ્વરૂપ છે: y = A*sin(ωt), જ્યાં y એ તરંગ પર આપેલ બિંદુનું સંકલન મૂલ્ય છે, t સમય છે, ω = 2*pi*f છે ઓસિલેશનની ચક્રીય આવર્તન.

એપિરિયોડિક અવાજ

ધ્વનિના ઘણા સ્ત્રોતો સામયિક ગણી શકાય, ઉદાહરણ તરીકે, ગિટાર, પિયાનો, વાંસળી જેવા સંગીતનાં સાધનોમાંથી અવાજ, પરંતુ પ્રકૃતિમાં મોટી સંખ્યામાં અવાજો પણ છે જે એપિરિયોડિક છે, એટલે કે, ધ્વનિ સ્પંદનો તેમની આવર્તનને બદલે છે અને અવકાશમાં આકાર. તકનીકી રીતે, આ પ્રકારના અવાજને અવાજ કહેવામાં આવે છે. એપિરિયોડિક ધ્વનિના આબેહૂબ ઉદાહરણો છે શહેરનો અવાજ, દરિયાઈ અવાજ, પર્ક્યુસન વગાડવાના અવાજો, ઉદાહરણ તરીકે, ડ્રમમાંથી અને અન્ય.

ધ્વનિ તરંગ પ્રચાર માધ્યમ

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનથી વિપરીત, જેના ફોટોનને તેમના પ્રચાર માટે કોઈ ભૌતિક માધ્યમની જરૂર હોતી નથી, ધ્વનિની પ્રકૃતિ એવી છે કે તેને તેના પ્રસાર માટે ચોક્કસ માધ્યમની જરૂર હોય છે, એટલે કે, ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો અનુસાર, ધ્વનિ તરંગો શૂન્યાવકાશમાં પ્રચાર કરી શકતા નથી.

ધ્વનિ વાયુઓ, પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોમાં મુસાફરી કરી શકે છે. માધ્યમમાં પ્રસરી રહેલા ધ્વનિ તરંગની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે:

• તરંગ રેખીય રીતે ફેલાય છે;
• તે સજાતીય માધ્યમમાં બધી દિશામાં સમાન રીતે પ્રચાર કરે છે, એટલે કે, ધ્વનિ સ્ત્રોતમાંથી અલગ થઈને એક આદર્શ ગોળાકાર સપાટી બનાવે છે.
• ધ્વનિના કંપનવિસ્તાર અને આવર્તનને ધ્યાનમાં લીધા વિના, તેના તરંગો આપેલ માધ્યમમાં સમાન ઝડપે પ્રચાર કરે છે.

વિવિધ માધ્યમોમાં ધ્વનિ તરંગોની ગતિ

ધ્વનિના પ્રસારની ઝડપ બે મુખ્ય પરિબળો પર આધારિત છે: માધ્યમ જેમાં તરંગ મુસાફરી કરે છે અને તાપમાન. સામાન્ય રીતે, નીચેનો નિયમ લાગુ પડે છે: માધ્યમ જેટલું ગીચ છે, અને તેનું તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, તેટલો ઝડપી અવાજ તેમાં ફરે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, 20 ℃ તાપમાન અને 50% ભેજ પર પૃથ્વીની સપાટીની નજીક હવામાં ધ્વનિ તરંગોના પ્રસારની ઝડપ 1235 કિમી/કલાક અથવા 343 મી/સે છે. આપેલ તાપમાને પાણીમાં, ધ્વનિ 4.5 ગણી વધુ ઝડપે ફરે છે, એટલે કે લગભગ 5735 કિમી/કલાક અથવા 1600 મીટર/સે. હવાના તાપમાન પર ધ્વનિની ગતિની અવલંબન માટે, તે દરેક ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાનમાં વધારા સાથે 0.6 m/s વધે છે.

ટીમ્બર અને ટોન

જો સ્ટ્રિંગ અથવા મેટલ પ્લેટને મુક્તપણે વાઇબ્રેટ કરવાની મંજૂરી આપવામાં આવે છે, તો તે વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના અવાજો ઉત્પન્ન કરશે. એક ચોક્કસ આવર્તનનો અવાજ ઉત્પન્ન કરતું શરીર શોધવું ખૂબ જ દુર્લભ છે; સામાન્ય રીતે કોઈ પદાર્થના અવાજમાં ચોક્કસ અંતરાલમાં ફ્રીક્વન્સીઝનો સમૂહ હોય છે.

ધ્વનિનું લાકડું તેમાં હાજર હાર્મોનિક્સની સંખ્યા અને તેની સંબંધિત તીવ્રતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ટિમ્બર એ વ્યક્તિલક્ષી જથ્થો છે, એટલે કે, તે ચોક્કસ વ્યક્તિ દ્વારા અવાજ કરતી વસ્તુની ધારણા છે. ટિમ્બ્રે સામાન્ય રીતે નીચેના વિશેષણો દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે: ઉચ્ચ, તેજસ્વી, સોનોરસ, મધુર અને તેથી વધુ.

ટોન એ ધ્વનિ સંવેદના છે જે તેને ઉચ્ચ અથવા નીચી તરીકે વર્ગીકૃત કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ મૂલ્ય પણ વ્યક્તિલક્ષી છે અને તેને કોઈપણ સાધન દ્વારા માપી શકાતું નથી. સ્વર એક ઉદ્દેશ્ય જથ્થા સાથે સંકળાયેલ છે - ધ્વનિ તરંગની આવર્તન, પરંતુ તેમની વચ્ચે કોઈ સ્પષ્ટ જોડાણ નથી. ઉદાહરણ તરીકે, સતત તીવ્રતાના સિંગલ-ફ્રિકવન્સી ધ્વનિ માટે, આવર્તન વધે તેમ સ્વર વધે છે. જો અવાજની આવર્તન સતત રહે અને તેની તીવ્રતા વધે, તો સ્વર નીચો થાય છે.

ધ્વનિ સ્ત્રોતોનો આકાર

શરીરના આકારને અનુરૂપ જે યાંત્રિક સ્પંદનો કરે છે અને તેના દ્વારા તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે, ત્યાં ત્રણ મુખ્ય પ્રકારો છે:

1. બિંદુ સ્ત્રોત. તે ગોળાકાર ધ્વનિ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે જે સ્ત્રોતથી અંતર સાથે ઝડપથી ક્ષીણ થાય છે (જો સ્ત્રોતથી અંતર બમણું થાય તો આશરે 6 ડીબી).
2. રેખા સ્ત્રોત. તે નળાકાર તરંગો બનાવે છે, જેની તીવ્રતા બિંદુ સ્ત્રોત કરતાં વધુ ધીમેથી ઘટે છે (દરેક અંતરના વધારા માટે સ્ત્રોતથી બમણું થાય છે, તીવ્રતા 3 ડીબી ઘટે છે).
3. સપાટ અથવા દ્વિ-પરિમાણીય સ્ત્રોત. તે ચોક્કસ દિશામાં જ તરંગો પેદા કરે છે. આવા સ્ત્રોતનું ઉદાહરણ સિલિન્ડરમાં ફરતું પિસ્ટન હશે.

ઇલેક્ટ્રોનિક ધ્વનિ સ્ત્રોતો

ધ્વનિ તરંગ બનાવવા માટે, ઇલેક્ટ્રોનિક સ્ત્રોતો ખાસ પટલ (સ્પીકર) નો ઉપયોગ કરે છે, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટનાને કારણે યાંત્રિક સ્પંદનો કરે છે. આવા સ્ત્રોતોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• વિવિધ ડિસ્કના પ્લેયર્સ (સીડી, ડીવીડી અને અન્ય);
• કેસેટ રેકોર્ડર્સ;
• રેડિયો
• ટીવી અને કેટલાક અન્ય.