Ano ang dalas ng tunog na sinusukat? Tingnan kung ano ang "Tunog" sa iba pang mga diksyunaryo. Isang tahimik na bulong, ang kiliti ng relo

Ang mga sound wave sa hangin ay mga alternating area ng compression at rarefaction.

Ang mga sound wave ay maaaring magsilbi bilang isang halimbawa ng isang proseso ng oscillatory. Ang anumang pagbabagu-bago ay nauugnay sa isang paglabag sa estado ng balanse ng system at ipinahayag sa paglihis ng mga katangian nito mula sa mga halaga ng balanse na may kasunod na pagbabalik sa orihinal na halaga. Para sa sound vibrations, ang naturang katangian ay ang pressure sa isang punto sa medium, at ang deviation nito ay sound pressure.

Kung gumawa ka ng isang matalim na pag-aalis ng mga particle ng isang nababanat na daluyan sa isang lugar, halimbawa, gamit ang isang piston, kung gayon ang presyon ay tataas sa lugar na ito. Dahil sa nababanat na mga bono ng mga particle, ang presyon ay inililipat sa mga kalapit na mga particle, na, naman, ay kumikilos sa mga susunod, at sa lugar. altapresyon na parang gumagalaw sa isang nababanat na daluyan. Ang lugar ng mataas na presyon ay sinusundan ng lugar pinababang presyon, at sa gayon, isang serye ng mga alternating rehiyon ng compression at rarefaction ay nabuo, na nagpapalaganap sa daluyan sa anyo ng isang alon. Ang bawat butil ng nababanat na daluyan sa kasong ito ay mag-oscillate.

Sa likido at gas na media, kung saan walang makabuluhang pagbabagu-bago sa density, ang mga acoustic wave ay paayon sa kalikasan, iyon ay, ang direksyon ng particle oscillation ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng alon. Sa mga solido, bilang karagdagan sa mga longitudinal deformation, ang mga elastic shear deformation ay lumitaw din, na nagiging sanhi ng paggulo ng mga transverse (paggugupit) na alon; sa kasong ito, ang mga particle ay nag-oscillate patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga longitudinal wave ay mas malaki kaysa sa bilis ng pagpapalaganap ng mga shear wave.

Mga pisikal na parameter ng tunog

Pagbuo ng tunog

Karaniwan, ang mga oscillating na katawan ng iba't ibang kalikasan ay ginagamit upang makabuo ng tunog, na nagiging sanhi ng mga panginginig ng boses sa nakapaligid na hangin. Ang isang halimbawa ng naturang henerasyon ay ang paggamit ng vocal cords, speakers, o tuning fork. Karamihan sa mga instrumentong pangmusika ay nakabatay sa parehong prinsipyo. Ang isang pagbubukod ay mga instrumento ng hangin, kung saan ang tunog ay nabuo dahil sa pakikipag-ugnayan ng daloy ng hangin na may mga heterogeneities sa instrumento. Upang lumikha ng magkakaugnay na tunog, ginagamit ang tinatawag na sound o phonon lasers.

Mga diagnostic sa ultratunog

Ultrasound- elastic sound vibrations ng mataas na dalas. Nakikita ng tainga ng tao ang mga nababanat na alon na kumakalat sa medium na may dalas na hanggang humigit-kumulang 16 Hz-20 kHz; pagbabagu-bago na may higit pa mataas na dalas kumakatawan sa ultrasound (lampas sa pandinig).

Pagpapalaganap ng ultrasound

Ang pagpapalaganap ng ultrasound ay ang proseso ng paggalaw sa espasyo at oras ng mga perturbation na nagaganap sa isang sound wave.

Ang isang sound wave ay kumakalat sa isang sangkap na nasa isang gas, likido o solid na estado sa parehong direksyon kung saan ang mga particle ng sangkap na ito ay inilipat, iyon ay, nagiging sanhi ito ng pagpapapangit ng daluyan. Ang pagpapapangit ay nakasalalay sa katotohanan na mayroong sunud-sunod na rarefaction at compression ng ilang mga volume ng medium, at ang distansya sa pagitan ng dalawang katabing lugar ay tumutugma sa haba ng ultrasonic wave. Kung mas malaki ang tiyak na acoustic resistance ng medium, mas malaki ang antas ng compression at rarefaction ng medium sa isang naibigay na amplitude ng oscillation.

Ang mga particle ng daluyan na kasangkot sa paglipat ng enerhiya ng alon ay nag-iiba-iba sa paligid ng kanilang posisyon ng ekwilibriyo. Ang bilis ng pag-oscillate ng mga particle tungkol sa kanilang mean equilibrium na posisyon ay tinatawag na vibrational speed. Ang vibrational velocity ng mga particle ay nagbabago ayon sa equation:

kung saan ang V ay ang halaga ng vibrational speed;

U - amplitude ng vibrational speed;
f ay ang dalas ng ultrasound;
t - oras;
Ang G ay ang phase difference sa pagitan ng vibrational velocity ng mga particle at ng variable acoustic pressure.

Ang amplitude ng vibrational velocity ay nagpapakilala sa pinakamataas na bilis kung saan ang mga particle ng medium ay gumagalaw sa proseso ng mga oscillations, at tinutukoy ng dalas ng mga oscillations at ang amplitude ng displacement ng mga particle ng medium.

Diffraction, interference

Sa panahon ng pagpapalaganap ng mga ultrasonic wave, ang mga phenomena ng diffraction, interference at reflection ay posible.

Ang diffraction (mga alon na baluktot sa paligid ng mga hadlang) ay nangyayari kapag ang haba ng ultrasonic wave ay maihahambing (o mas malaki) sa laki ng balakid sa daan. Kung ang balakid kumpara sa haba acoustic wave malaki, walang diffraction phenomenon.

Kapag ang ilang mga ultrasonic wave ay gumagalaw nang sabay-sabay sa isang medium, isang superposition (superposition) ng mga wave na ito ay nangyayari sa bawat partikular na punto sa medium. Ang superposisyon ng mga alon ng parehong dalas sa ibabaw ng bawat isa ay tinatawag na interference. Kung nasa proseso ng pagdaan sa bagay mga ultrasonic wave bumalandra, pagkatapos sa ilang mga punto ng daluyan, isang pagtaas o pagbaba sa mga oscillation ay sinusunod. Sa kasong ito, ang estado ng punto ng daluyan kung saan nangyayari ang pakikipag-ugnayan ay nakasalalay sa ratio ng mga yugto ng ultrasonic vibrations sa puntong ito. Kung ang mga ultrasonic wave ay umabot sa isang tiyak na lugar ng daluyan sa parehong mga phase (in-phase), kung gayon ang mga displacement ng particle ay may parehong mga palatandaan at pagkagambala sa ilalim ng naturang mga kondisyon ay humahantong sa isang pagtaas sa amplitude ng oscillation. Kung ang mga alon ay dumating sa punto ng daluyan sa antiphase, kung gayon ang pag-aalis ng mga particle ay magiging multidirectional, na humahantong sa isang pagbawas sa amplitude ng mga oscillations.

Pagsipsip ng mga ultrasonic wave

Kung ang daluyan kung saan ang ultrasound ay nagpapalaganap ay may lagkit at thermal conductivity, o mayroong iba pang mga proseso ng panloob na alitan sa loob nito, kung gayon kapag ang alon ay nagpapalaganap, ang tunog ay nasisipsip, iyon ay, habang ang distansya mula sa pinagmulan ay tumataas, ang amplitude ng ultrasonic vibrations ay nagiging mas maliit, pati na rin ang enerhiya na dinadala nila. Ang daluyan kung saan ang ultrasound ay nagpapalaganap ay nakikipag-ugnayan sa enerhiya na dumadaan dito at sumisipsip ng bahagi nito. Ang nangingibabaw na bahagi ng hinihigop na enerhiya ay na-convert sa init, ang isang mas maliit na bahagi ay nagiging sanhi ng hindi maibabalik na mga pagbabago sa istruktura sa nagpapadalang sangkap. Ang pagsipsip ay ang resulta ng friction ng mga particle laban sa isa't isa, sa iba't ibang media ito ay naiiba. Ang pagsipsip ay nakasalalay din sa dalas ng ultrasonic vibrations. Sa teorya, ang pagsipsip ay proporsyonal sa parisukat ng dalas.

Ang halaga ng pagsipsip ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng koepisyent ng pagsipsip, na nagpapakita kung paano nagbabago ang intensity ng ultrasound sa irradiated medium. Tumataas ito nang may dalas. Ang intensity ng ultrasonic vibrations sa medium ay bumababa nang exponentially. Ang prosesong ito ay dahil sa panloob na alitan, thermal conductivity ng absorbing medium at ang istraktura nito. Ito ay pansamantalang nailalarawan sa laki ng semi-absorbing layer, na nagpapakita sa kung anong lalim ang intensity ng mga oscillations ay bumababa ng kalahati (mas tiyak, sa pamamagitan ng 2.718 beses o ng 63%). Ayon kay Palman, sa dalas ng 0.8 MHz, ang mga average na halaga ng semi-absorbing layer para sa ilang mga tisyu ay ang mga sumusunod: adipose tissue- 6.8 cm; matipuno - 3.6 cm; adipose at kalamnan tissue magkasama - 4.9 cm Sa isang pagtaas sa dalas ng ultrasound, ang halaga ng semi-sumisipsip na layer ay bumababa. Kaya sa dalas ng 2.4 MHz, ang intensity ng ultrasound na dumadaan sa mataba at tissue ng kalamnan bumababa ng kalahati sa lalim na 1.5 cm.

Bilang karagdagan, ang maanomalyang pagsipsip ng enerhiya ng mga ultrasonic vibrations sa ilang mga saklaw ng dalas ay posible - ito ay nakasalalay sa mga katangian ng molekular na istraktura ng isang naibigay na tissue. Ito ay kilala na 2/3 ng ultratunog enerhiya ay attenuated sa antas ng molekular at 1/3 sa antas ng microscopic tissue structures.

Ang lalim ng pagtagos ng mga ultrasonic wave

Sa ilalim ng lalim ng pagtagos ng ultrasound, maunawaan ang lalim kung saan ang intensity ay nabawasan ng kalahati. Ang halagang ito ay inversely proportional sa absorption: mas malakas ang medium na sumisipsip ng ultrasound, mas maliit ang distansya kung saan ang intensity ng ultrasound ay pinahina ng kalahati.

Pagkalat ng mga ultrasonic wave

Kung may mga inhomogeneities sa daluyan, pagkatapos ay nangyayari ang sound scattering, na maaaring makabuluhang baguhin ang simpleng pattern ng pagpapalaganap ng ultrasound at, sa huli, maging sanhi din ng wave na lumala sa orihinal na direksyon ng pagpapalaganap.

Repraksyon ng mga ultrasonic wave

Dahil ang acoustic resistance ng mga malambot na tisyu ng tao ay hindi gaanong naiiba sa paglaban ng tubig, maaari itong ipalagay na ang repraksyon ng mga ultrasonic wave ay makikita sa interface sa pagitan ng media (epidermis - dermis - fascia - muscle).

Reflection ng ultrasonic waves

Batay sa phenomenon ng reflection mga diagnostic ng ultrasound. Ang pagmuni-muni ay nangyayari sa mga hangganan ng balat at taba, taba at kalamnan, kalamnan at buto. Kung ang ultrasound ay nakatagpo ng isang balakid sa panahon ng pagpapalaganap, pagkatapos ay ang pagmuni-muni ay nangyayari, kung ang balakid ay maliit, pagkatapos ay ang ultrasound ay dumadaloy sa paligid nito, tulad ng dati. Ang mga heterogeneity ng katawan ay hindi nagiging sanhi ng mga makabuluhang paglihis, dahil, kumpara sa haba ng daluyong (2 mm), ang kanilang mga sukat (0.1-0.2 mm) ay maaaring mapabayaan. Kung ang ultrasound sa daan nito ay nakatagpo ng mga organo na mas malaki kaysa sa wavelength, pagkatapos ay nangyayari ang repraksyon at pagmuni-muni ng ultrasound. Ang pinakamalakas na pagmuni-muni ay sinusunod sa mga hangganan ng buto - nakapalibot na mga tisyu at tisyu - hangin. Ang hangin ay may mababang density at halos kumpletong pagmuni-muni ng ultrasound ay sinusunod. Ang pagmuni-muni ng mga ultrasonic wave ay sinusunod sa hangganan ng kalamnan - periosteum - buto, sa ibabaw ng mga guwang na organo.

Naglalakbay at nakatayo na mga ultrasonic wave

Kung sa panahon ng pagpapalaganap ng mga ultrasonic wave sa daluyan ay hindi sila makikita, ang mga naglalakbay na alon ay nabuo. Bilang resulta ng pagkawala ng enerhiya, ang mga oscillatory na paggalaw ng mga particle ng medium ay unti-unting nabubulok, at ang mas malayo ang mga particle ay matatagpuan mula sa radiating surface, mas maliit ang amplitude ng kanilang mga oscillations. Kung sa landas ng pagpapalaganap ng mga ultrasonic wave ay may mga tisyu na may iba't ibang mga tiyak na acoustic resistance, kung gayon ang mga ultrasonic wave ay makikita sa ilang lawak mula sa seksyon ng hangganan. Ang superposisyon ng insidente at ang mga sinasalamin na ultrasonic wave ay maaaring humantong sa mga nakatayong alon. Para mangyari ang mga standing wave, ang distansya mula sa emitter surface hanggang sa reflecting surface ay dapat na isang multiple ng kalahati ng wavelength.

infrasound

Ang infrasound na nabuo sa dagat ay tinatawag na isa sa posibleng dahilan paghahanap ng mga barko na inabandona ng mga tripulante

Mga eksperimento at demonstrasyon

Ang Rubens Trumpet ay ginagamit upang ipakita ang mga nakatayong alon ng tunog.

Ang pagkakaiba sa mga bilis ng pagpapalaganap ng tunog ay maliwanag kapag ang helium ay nilalanghap sa halip na hangin, at may sinasabi sila, inilalabas ito - ang boses ay nagiging mas mataas. Kung ang gas ay sulfur hexafluoride SF 6, mas mababa ang tunog ng boses. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga gas ay humigit-kumulang pantay na mahusay na mai-compress, samakatuwid, sa helium, na may napakababang density kumpara sa hangin, mayroong isang pagtaas sa bilis ng tunog, at isang pagbawas sa sulfur hexafluoride na may napakataas na density para sa mga gas, habang ang mga sukat ng oral resonator ng tao ay nananatiling hindi nagbabago, bilang isang resulta, ang mas mataas na resonant na bilis ay nagbabago sa ilalim ng mga kondisyon ng resonant, dahil ang iba pang mga resonant na bilis ay nagbabago, dahil ang iba pang mga resonant na bilis ay nagbabago, dahil ang iba pang mga resonant na bilis ay nagbabago, dahil ang iba pang mga resonant na bilis ay nagbabago.

Ang bilis ng tunog sa tubig ay maaaring makita sa karanasan ng light diffraction ng ultrasound sa tubig. Sa tubig, kumpara sa hangin, ang bilis ng tunog ay mas mataas, dahil kahit na may makabuluhang higit pa mataas na density tubig (na dapat ay humantong sa isang pagbaba sa bilis ng tunog), ang tubig ay napakahina na na-compress na, bilang isang resulta, ang bilis ng tunog sa loob nito ay ilang beses pa ring mas mataas.

Mga Tala

Panitikan

// Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: Sa 86 volume (82 volume at 4 na karagdagang). - St. Petersburg. , 1890-1907.
Radzishevsky Alexander Yurievich. Mga pangunahing kaalaman ng analog at digital na audio. - M .: Williams, 2006. - S. 288. -

Ang tunog ay mga nababanat na alon sa isang daluyan (madalas na hangin) na hindi nakikita ngunit nakikita ng tainga ng tao (ang alon ay kumikilos sa eardrum tainga). Ang sound wave ay isang longitudinal compression at rarefaction wave.

Kung gagawa tayo ng vacuum, makikilala ba natin ang mga tunog? Inilagay ni Robert Boyle ang isang orasan sa isang sisidlang salamin noong 1660. Nang bumuga siya ng hangin, wala siyang narinig na ingay. Pinatunayan iyon ng karanasan kailangan ng medium para magpalaganap ng tunog.

Ang tunog ay maaari ding magpalaganap sa likido at solidong media. Sa ilalim ng tubig ay malinaw mong maririnig ang mga impact ng mga bato. Ilagay ang orasan sa isang dulo ng kahoy na tabla. Sa pamamagitan ng paglalagay ng iyong tainga sa kabilang dulo, malinaw mong maririnig ang pag-tiktik ng orasan.

Ang sound wave ay kumakalat sa pamamagitan ng kahoy

Ang pinagmulan ng tunog ay kinakailangang isang oscillating body. Halimbawa, ang isang string ng gitara sa normal nitong estado ay hindi tumutunog, ngunit sa sandaling gawin natin itong mag-oscillate, isang sound wave ang lumitaw.

Gayunpaman, ipinapakita ng karanasan na hindi lahat ng nanginginig na katawan ay pinagmumulan ng tunog. Halimbawa, ang isang bigat na nasuspinde sa isang thread ay hindi gumagawa ng tunog. Sa katotohanan ay tainga ng tao hindi nakikita ang lahat ng mga alon, ngunit ang mga lumilikha lamang ng mga katawan na nag-o-oscillating na may dalas na 16 Hz hanggang 20,000 Hz. Ang ganitong mga alon ay tinatawag tunog. Ang mga oscillation na may dalas na mas mababa sa 16 Hz ay tinatawag infrasound. Ang mga oscillation na may dalas na higit sa 20,000 Hz ay tinatawag ultrasound.

Bilis ng tunog

Ang mga sound wave ay hindi dumadaloy kaagad, ngunit may tiyak na bilis (katulad ng bilis ng pare-parehong paggalaw).

Iyon ang dahilan kung bakit sa panahon ng isang bagyo ay una nating nakikita ang kidlat, iyon ay, liwanag (ang bilis ng liwanag ay mas malaki kaysa sa bilis ng tunog), at pagkatapos ay naririnig ang tunog.

Ang bilis ng tunog ay nakasalalay sa daluyan: sa mga solido at likido, ang bilis ng tunog ay mas malaki kaysa sa hangin. Ito ay mga tabular na sinusukat na constants. Sa pagtaas ng temperatura ng daluyan, ang bilis ng pagtaas ng tunog, na may pagbaba, bumababa ito.

Magkaiba ang mga tunog. Upang makilala ang tunog, ang mga espesyal na dami ay ipinakilala: loudness, pitch at timbre ng tunog.

Ang lakas ng tunog ay nakasalalay sa amplitude ng mga oscillations: mas malaki ang amplitude ng mga oscillations, ang mas malakas na tunog. Bilang karagdagan, ang pang-unawa sa lakas ng tunog ng ating tainga ay nakasalalay sa dalas ng mga vibrations sa sound wave. Ang mga mas mataas na frequency wave ay itinuturing na mas malakas.

Tinutukoy ng dalas ng sound wave ang pitch. Kung mas mataas ang dalas ng panginginig ng boses ng pinagmulan ng tunog, mas mataas ang tunog na ginawa nito. Ang mga boses ng tao ay nahahati sa ilang hanay ayon sa kanilang pitch.

Ang mga tunog mula sa iba't ibang pinagmulan ay isang kumbinasyon ng mga harmonic vibrations ng iba't ibang mga frequency. Ang bahagi ng pinakamalaking panahon (pinakamababang dalas) ay tinatawag na pangunahing tono. Ang natitirang bahagi ng tunog ay mga overtone. Ang hanay ng mga sangkap na ito ay lumilikha ng pangkulay, ang timbre ng tunog. Ang kabuuan ng mga overtone sa mga boses iba't ibang tao kahit kaunti, ngunit naiiba, tinutukoy nito ang timbre ng isang partikular na boses.

Echo. Ang isang echo ay nabuo bilang isang resulta ng sound reflection mula sa iba't ibang mga hadlang - mga bundok, kagubatan, pader, malalaking gusali, atbp. Ang isang echo ay nangyayari lamang kapag ang sinasalamin na tunog ay nakikita nang hiwalay sa orihinal na sinasalitang tunog. Kung mayroong maraming mga mapanimdim na ibabaw at sila ay nasa iba't ibang distansya mula sa isang tao, kung gayon ang mga sinasalamin na sound wave ay makakarating sa kanya sa iba't ibang oras. Sa kasong ito, ang echo ay magiging marami. Ang balakid ay dapat nasa layong 11m mula sa tao upang marinig ang echo.

Repleksiyon ng tunog. Tumalbog ang tunog sa makinis na ibabaw. Samakatuwid, kapag gumagamit ng isang sungay, ang mga sound wave ay hindi nakakalat sa lahat ng direksyon, ngunit bumubuo ng isang makitid na sinag, dahil sa kung saan ang lakas ng tunog ay tumataas at ito ay kumakalat sa isang mas malaking distansya.

Ang ilang mga hayop (halimbawa, isang paniki, isang dolphin) ay naglalabas ng mga ultrasonic vibrations, pagkatapos ay nakikita ang sinasalamin na alon mula sa mga hadlang. Kaya tinutukoy nila ang lokasyon at distansya sa mga nakapalibot na bagay.

Echolocation. Ito ay isang paraan para sa pagtukoy ng lokasyon ng mga katawan sa pamamagitan ng mga ultrasonic signal na makikita mula sa kanila. Malawakang ginagamit sa nabigasyon. Naka-install sa mga barko mga sonar- mga aparato para sa pagkilala sa mga bagay sa ilalim ng tubig at pagtukoy sa lalim at topograpiya ng ilalim. Ang isang emitter at isang sound receiver ay inilalagay sa ilalim ng sisidlan. Ang emitter ay nagbibigay ng maikling signal. Sa pamamagitan ng pagsusuri sa oras ng pagkaantala at direksyon ng mga bumabalik na signal, tinutukoy ng computer ang posisyon at laki ng bagay na sumasalamin sa tunog.

Ang ultratunog ay ginagamit upang makita at matukoy ang iba't ibang mga pinsala sa mga bahagi ng makina (mga void, bitak, atbp.). Ang aparato na ginagamit para sa layuning ito ay tinatawag ultrasonic flaw detector. Ang isang stream ng maikling ultrasonic signal ay nakadirekta sa bahagi sa ilalim ng pag-aaral, na kung saan ay makikita mula sa inhomogeneities sa loob nito at, bumabalik, mahulog sa receiver. Sa mga lugar kung saan walang mga depekto, ang mga signal ay dumadaan sa bahagi nang walang makabuluhang pagmuni-muni at hindi naitala ng receiver.

Ang ultratunog ay malawakang ginagamit sa gamot upang masuri at gamutin ang ilang mga sakit. Hindi tulad ng X-ray, ang mga alon nito ay hindi mapaminsalang impluwensya sa tela. Diagnostic mga pagsusuri sa ultrasound(ultrasound) payagan nang wala interbensyon sa kirurhiko makilala mga pagbabago sa pathological mga organo at tisyu. Ang isang espesyal na aparato ay nagpapadala ng mga ultrasonic wave na may dalas na 0.5 hanggang 15 MHz sa isang tiyak na bahagi ng katawan, ang mga ito ay makikita mula sa organ na pinag-aaralan at ipinapakita ng computer ang imahe nito sa screen.

Ang infrasound ay nailalarawan sa mababang pagsipsip sa iba't ibang media, bilang resulta kung saan ang mga infrasonic wave sa hangin, tubig at crust ng lupa ay maaaring magpalaganap sa napakalayo. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay matatagpuan praktikal na gamit sa pagtukoy ng mga lugar malakas na pagsabog o ang posisyon ng nagpapaputok na sandata. Ginagawang posible ang pagpapalaganap ng infrasound sa malalayong distansya sa dagat mga hula sa natural na kalamidad- tsunami. Ang dikya, crustacean, atbp. ay nakakakita ng mga infrasound at bago pa man maramdaman ang paglapit ng bagyo.

Tunog (sound wave ) –ay isang elastic wave na nakikita ng organ ng pandinig ng tao at hayop. Sa ibang salita, Ang tunog ay ang pagpapalaganap ng mga pagbabago sa density (o presyon) sa isang nababanat na daluyan, na nagmumula sa pakikipag-ugnayan ng mga particle ng daluyan sa bawat isa.

Ang kapaligiran (hangin) ay isa sa nababanat na media. Ang pagpapalaganap ng tunog sa hangin ay sumusunod sa mga pangkalahatang batas ng pagpapalaganap ng mga acoustic wave sa mga ideal na gas, at mayroon ding mga tampok dahil sa pagkakaiba-iba ng density, presyon, temperatura at halumigmig ng hangin. Ang bilis ng tunog ay tinutukoy ng mga katangian ng daluyan at kinakalkula mula sa mga formula para sa bilis ng isang nababanat na alon.

Mayroong artipisyal at natural pinagmumulan tunog. Kasama sa mga artipisyal na emitter ang:

Vibrations ng solid body (mga string at deck ng mga instrumentong pangmusika, loudspeaker diffuser, lamad ng telepono, piezoelectric plate);

Mga panginginig ng hangin sa isang limitadong dami (mga tubo ng organ, mga whistles);

Talunin (piano keys, bell);

Agos ng kuryente (electroacoustic transducers).

Kabilang sa mga likas na mapagkukunan ang:

Pagsabog, pagbagsak;

Ang daloy ng hangin sa paligid ng mga hadlang (hangin na umiihip sa sulok ng isang gusali, ang tuktok ng alon ng dagat).

Mayroon ding artipisyal at natural mga receiver tunog:

Electroacoustic transducers (mikropono sa hangin, hydrophone sa tubig, geophone sa crust ng lupa) at iba pang mga aparato;

Hearing apparatus ng tao at hayop.

Sa panahon ng pagpapalaganap ng mga sound wave, ang mga phenomena na katangian ng mga alon ng anumang kalikasan ay posible:

Pagninilay mula sa isang balakid

Repraksyon sa hangganan ng dalawang media,

panghihimasok (dagdag),

Diffraction (pag-iwas sa balakid),

Dispersion (depende sa bilis ng tunog sa isang sangkap sa dalas ng tunog);

Absorption (pagbaba ng enerhiya at intensity ng tunog sa medium dahil sa hindi maibabalik na conversion ng sound energy sa init).

Layunin na mga katangian ng tunog

dalas ng tunog

Ang dalas ng tunog na naririnig ng isang tao ay nasa saklaw mula sa 16 Hz dati 16 - 20 kHz . Mga nababanat na alon na may dalas sa ibaba naririnig na saklaw tinawag infrasound (kabilang ang concussion), s mas mataas dalas – ultrasound , at ang pinakamataas na dalas ng nababanat na alon ay hypersonic .

Ang buong saklaw ng dalas ng tunog ay maaaring nahahati sa tatlong bahagi (Talahanayan 1.).

ingay ay may tuloy-tuloy na spectrum ng mga frequency (o wavelength) sa rehiyon ng mababang frequency na tunog (Tables 1, 2). Ang tuluy-tuloy na spectrum ay nangangahulugan na ang mga frequency ay maaaring magkaroon ng anumang halaga mula sa ibinigay na agwat.

Musikal , o tonal , mga tunog may line frequency spectrum sa rehiyon ng mid-frequency at bahagyang high-frequency na tunog. Ang natitirang bahagi ng high-frequency na tunog ay inookupahan ng isang sipol. Ang line spectrum ay nangangahulugan na ang mga musical frequency ay may mahigpit lamang na tinukoy (discrete) na mga halaga mula sa tinukoy na agwat.

Bilang karagdagan, ang pagitan ng mga musical frequency ay nahahati sa mga octaves. Oktaba ay ang frequency interval na nakapaloob sa pagitan ng dalawang boundary value, na ang itaas ay dalawang beses ang mas mababa(Talahanayan 3)

Mga karaniwang octave frequency band

Mga oktaba na banda	 min , Hz	 max , Hz	 ikasal , Hz

Ang mga halimbawa ng frequency interval para sa tunog na ginawa ng human vocal apparatus at nakikita ng human auditory apparatus ay ipinapakita sa Talahanayan 4.


contralto, viola
mezzo soprano

Coloratura soprano

Ang mga halimbawa ng mga hanay ng dalas ng ilang mga instrumentong pangmusika ay ipinapakita sa Talahanayan 5. Sinasaklaw nila hindi lamang ang hanay ng audio, kundi pati na rin ang hanay ng ultrasonic.

Instrumentong pangmusika	Dalas Hz

Saxophone

Ang mga hayop, ibon at mga insekto ay lumilikha at nakakakita ng tunog ng iba mga frequency band kaysa sa isang tao (Talahanayan 6).

Sa musika, ang bawat sinusoidal sound wave ay tinatawag simpleng tono, o tono. Ang pitch ay depende sa frequency: mas mataas ang frequency, mas mataas ang tono. Pangunahing tono ang masalimuot na tunog ng musika ay tinatawag na tono na katumbas ng pinakamababang dalas sa spectrum nito. Ang mga tono na tumutugma sa iba pang mga frequency ay tinatawag overtones. Kung overtones maramihan dalas ng pangunahing, pagkatapos ay tinatawag ang mga overtone maharmonya. Ang overtone na may pinakamababang dalas ay tinatawag na unang harmonic, kasama ang susunod - ang pangalawa, atbp.

Maaaring magkaiba ang mga tunog ng musika na may parehong root note timbre. Ang timbre ay nakasalalay sa komposisyon ng mga overtone, ang kanilang mga frequency at amplitude, ang likas na katangian ng kanilang pagtaas sa simula ng tunog at ang pagkabulok sa dulo.

Bilis ng tunog

Para sa tunog sa iba't ibang media, ang mga pangkalahatang formula (22) - (25) ay wasto. Sa kasong ito, dapat itong isaalang-alang na ang formula (22) ay naaangkop sa kaso ng dry atmospheric air at, isinasaalang-alang ang mga numerical na halaga ng ratio ng Poisson, molar mass at unibersal na gas constant, ay maaaring isulat bilang:

Gayunpaman, ang tunay na hangin sa atmospera ay palaging may halumigmig, na nakakaapekto sa bilis ng tunog. Ito ay dahil ang ratio ni Poisson  depende sa ratio ng bahagyang presyon ng singaw ng tubig ( p singaw) Upang presyon ng atmospera (p). Sa basa-basa na hangin, ang bilis ng tunog ay tinutukoy ng formula:

Mula sa huling equation makikita na ang bilis ng tunog sa basa-basa na hangin ay bahagyang mas malaki kaysa sa tuyong hangin.

Ang mga numerical na pagtatantya ng bilis ng tunog, na isinasaalang-alang ang impluwensya ng mga temperatura at halumigmig ng hangin sa atmospera, ay maaaring isagawa gamit ang tinatayang formula:

Ipinapakita ng mga pagtatantya na ito na kapag ang tunog ay lumaganap sa pahalang na direksyon ( 0 x) na may pagtaas sa temperatura ng 1 0 C ang bilis ng tunog ay tumataas ng 0.6 m/s. Sa ilalim ng impluwensya ng singaw ng tubig na may bahagyang presyon na hindi hihigit sa 10 Pa ang bilis ng tunog ay tumataas ng mas mababa sa 0.5 m/s. Ngunit sa pangkalahatan, sa pinakamataas na posibleng bahagyang presyon ng singaw ng tubig malapit sa ibabaw ng Earth, ang bilis ng tunog ay tumataas nang hindi hihigit sa 1 m/s.

Presyon ng tunog

Sa kawalan ng tunog, ang atmospera (hangin) ay isang hindi nababagabag na daluyan at may static na presyon ng atmospera (
).

Kapag ang mga sound wave ay lumaganap, ang isang karagdagang variable na presyon ay idinagdag sa static na presyon na ito, dahil sa condensation at rarefaction ng hangin. Sa kaso ng mga alon ng eroplano, maaari nating isulat:

saan p sv, max ay ang sound pressure amplitude,  - paikot dalas ng tunog, k ay ang wave number. Samakatuwid, ang presyon ng atmospera sa isang nakapirming punto sa sa sandaling ito ang oras ay nagiging katumbas ng kabuuan ng mga panggigipit na ito:

Presyon ng tunog - ito ay isang variable pressure na katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng instantaneous na aktwal na atmospheric pressure sa isang partikular na punto sa panahon ng pagpasa ng sound wave at ang static na atmospheric pressure sa kawalan ng tunog:

Ang presyon ng tunog sa panahon ng oscillation ay nagbabago ng halaga at tanda nito.

Ang presyon ng tunog ay halos palaging mas mababa kaysa sa presyon ng atmospera.

Ito ay nagiging malaki at naaayon sa atmospheric pressure kapag naganap ang mga shock wave sa panahon ng malalakas na pagsabog o kapag may dumaan na jet aircraft.

Ang mga sound pressure unit ay ang mga sumusunod:

- pascal sa SI
,

- bar sa GHS
,

- milimetro ng mercury,

- kapaligiran.

Sa pagsasagawa, hindi sinusukat ng mga aparato ang agarang halaga ng presyon ng tunog, ngunit ang tinatawag na epektibo (o kasalukuyang )tunog presyon . Katumbas nito ang square root ng average na halaga ng square ng instantaneous sound pressure sa isang partikular na punto sa espasyo sa isang partikular na oras

(44)

at samakatuwid ay tinatawag din RMS sound pressure . Ang pagpapalit ng expression (39) sa formula (40), makuha natin ang:

. (45)

Impedance ng tunog

Sound (acoustic) impedance tinatawag na amplitude ratiosound pressure at vibrational velocity ng mga particle ng medium:

. (46)

Ang pisikal na kahulugan ng sound impedance: ito ay numerong katumbas ng presyon ng tunog, na nagiging sanhi ng mga oscillations ng mga particle ng medium na may isang yunit ng bilis:

Ang yunit ng pagsukat ng sound impedance sa SI ay pascal segundo kada metro:

Sa kaso ng isang alon ng eroplano bilis ng oscillation ng particle ay katumbas ng

Pagkatapos ang formula (46) ay kumukuha ng form:

. (46*)

Mayroon ding isa pang kahulugan ng sound resistance, bilang produkto ng density ng medium at bilis ng tunog sa medium na ito:

. (47)

Pagkatapos ito pisikal na kahulugan ay na ito ay katumbas ng numero sa density ng daluyan kung saan ang nababanat na alon ay nagpapalaganap sa bilis ng yunit:

Bilang karagdagan sa acoustic resistance sa acoustics, ginagamit ang konsepto mekanikal na pagtutol (R m). Ang mekanikal na pagtutol ay ang ratio ng mga amplitude ng pana-panahong puwersa at ang oscillatory velocity ng mga particle ng medium:

, (48)

saan S ay ang surface area ng sound emitter. Ang mekanikal na pagtutol ay sinusukat sa newton segundo bawat metro:

Enerhiya at lakas ng tunog

Ang isang sound wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng parehong dami ng enerhiya bilang isang nababanat na alon.

Ang bawat volume ng hangin kung saan dumadami ang mga sound wave ay may enerhiya na binubuo ng kinetic energy ng mga oscillating particle at ang potensyal na enerhiya ng elastic deformation ng medium (tingnan ang formula (29)).

Ang intensity ng tunog ay tinatawaglakas ng tunog . Siya ay pantay

. (49)

kaya lang ang pisikal na kahulugan ng sound power ay katulad ng kahulugan ng density ng flux ng enerhiya: ayon sa bilang na katumbas ng average na halaga ng enerhiya na inililipat ng isang alon bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng nakahalang ibabaw ng isang unit area.

Ang yunit ng intensity ng tunog ay watts bawat metro kuwadrado:

Ang lakas ng tunog ay proporsyonal sa parisukat ng epektibong presyon ng tunog at kabaligtaran na proporsyonal sa presyon ng tunog (acoustic):

, (50)

o, isinasaalang-alang ang mga expression (45),

, (51)

saan R ak – acoustic impedance.

Ang tunog ay maaari ding mailalarawan sa pamamagitan ng lakas ng tunog. Lakas ng tunog ay ang kabuuang dami ng enerhiya ng tunog na ibinubuga ng isang pinagmulan para sa isang tiyak na oras sa pamamagitan ng isang saradong ibabaw na nakapalibot sa pinagmulan ng tunog:

, (52)

o, isinasaalang-alang ang formula (49),

. (52*)

Ang lakas ng tunog, tulad ng iba pa, ay sinusukat sa watts:

Kapag gumagawa ng musika, maaari itong maging lubhang kapaki-pakinabang na magkaroon ng pangkalahatang ideya kung ano ang tunog at kung paano naitala ang tunog sa isang computer. Sa kaalamang ito, nagiging mas madaling maunawaan kung ano ang compression, halimbawa, o kung paano nangyayari ang clipping. Sa musika, tulad ng halos anumang bagay, ang pag-alam sa mga pangunahing kaalaman ay nagpapadali sa pagsulong.

Ano ang tunog?

Ang tunog ay ang pisikal na vibrations ng daluyan na nagpapalaganap sa anyo ng mga alon. Kinukuha namin ang mga panginginig ng boses na ito at itinuturing ang mga ito bilang tunog. Kung susubukan naming graphical na ilarawan ang isang sound wave, nakakakuha kami, nakakagulat, kumaway.

Sinusoidal sound wave

Sa itaas ay isang sine wave sound na maririnig mula sa mga analog synthesizer o mula sa handset landline na telepono, kung ginagamit mo pa rin ito. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay tumutunog sa telepono, nagsasalita sa isang teknikal, hindi isang musikal na wika.

Ang tunog ay may tatlong mahahalagang katangian, katulad ng: loudness, pitch at timbre. pansariling damdamin, ngunit mayroon silang kanilang pagmuni-muni sa pisikal na mundo sa anyo pisikal na katangian sound wave.

Malawak

Ang nakikita natin bilang loudness ay ang vibration strength o sound pressure level, na sinusukat sa (dB).

Graphic na kinakatawan ng mga alon ng iba't ibang taas:

Kung mas mataas ang amplitude (taas ng alon sa graph), mas malakas ang tunog na nakikita, at vice versa, mas maliit ang amplitude, mas tahimik ang tunog. Siyempre, ang dalas ng tunog ay nakakaapekto rin sa pang-unawa ng loudness, ngunit ito ang mga tampok ng ating pang-unawa.

Mga halimbawa ng iba't ibang loudness, sa decibels:

Tunog	Dami (dB)	Epekto
Rural na lugar na malayo sa mga kalsada	25 dB	Halos hindi marinig
Bulong	30 dB	Napakatahimik
Opisina sa oras ng negosyo	50-60 dB	Ang antas ng ingay ay nananatiling komportable hanggang sa 60 dB
Vacuum cleaner, hair dryer	70 dB	nagmamakaawa; nagpapahirap sa pakikipag-usap sa telepono
Food processor, blender	85-90 dB	Simula sa volume na 85 dB na may matagal na (8 oras) na pakikinig, magsisimula ang pinsala sa pandinig
Truck, concrete mixer, subway car	95-100 dB	Para sa mga tunog mula 90 hanggang 100 dB, inirerekomenda ang pagkakalantad ng hindi hihigit sa 15 minuto sa hindi protektadong tainga.
Chainsaw, jackhammer	110 dB	Ang regular na pagkakalantad sa mga tunog na mas malakas kaysa sa 110 dB para sa higit sa 1 minuto ay nasa panganib ng permanenteng pagkawala ng pandinig
Rock concert	110-140 dB	Ang threshold ng sakit ay nagsisimula sa paligid ng 125 dB

Dalas

Kapag sinabi namin na ang tunog ay "mas mataas" o "mas mababa", naiintindihan namin kung ano ang aming pinag-uusapan, ngunit graphically ito ay ipinapakita hindi sa pamamagitan ng taas, ngunit sa pamamagitan ng distansya at dalas:

Tala (tunog) pitch - dalas ng sound wave

mas maliit ang distansya sa pagitan ng mga sound wave, mas mataas ang frequency ng tunog o, simple lang, mas mataas ang tunog.

Sa palagay ko, alam ng lahat na ang tainga ng tao ay nakakaunawa ng mga tunog na may dalas na humigit-kumulang 20 Hz hanggang 20 kHz (sa mga pambihirang kaso - mula 16 Hz hanggang 22 kHz), at ang mga tunog ng musika ay nasa hanay mula 16.352 Hz ("bago" subcontroctave) hanggang 7.902 kHz ("thsi" octave).

Timbre

At ang huling mahalagang katangian para sa atin ay ang timbre ng tunog. Sa mga salita, ito ay kung paano ang tunog ay "kulay", at sa graphical na ito ay mukhang ibang kumplikado, ang pagiging kumplikado ng isang sound wave. Narito, halimbawa, ang isang graphical na representasyon ng mga sound wave ng isang byolin at piano:

Ang timbre ng tunog ay ang pagiging kumplikado (complexity) ng isang sound wave

Mas kumplikado kaysa sa sinusoid, hindi ba?

Mayroong ilang mga paraan upang mag-record ng tunog: musical notation, analog notation, at digital notation.

Notasyong pangmusika- ito ay simpleng data sa dalas, tagal at dami ng mga tunog na kailangang i-play sa isang instrumento. Sa mundo ng computer, mayroong isang analogue - data ng MIDI. Ngunit ang pagsasaalang-alang sa isyung ito ay lampas sa saklaw ng artikulong ito, susuriin namin ito nang detalyado sa ibang pagkakataon.

pag-record ng analog- mahalagang isang talaan ng mga pisikal na vibrations tulad ng mga ito sa anumang medium: isang vinyl record o magnetic tape. Ito ay dapat magsimula kaagad. labis na paglalaway mahilig sa mainit na tunog ng tubo, ngunit hindi kami isa sa mga na may malakas na error at pangunahing limitasyon ang mga analog device, nagpapakilala ito ng mga pagbaluktot at nagpapababa sa kalidad ng pag-record, at nawawala ang pisikal na media sa paglipas ng panahon, na higit na nagpapababa sa kalidad ng soundtrack, kaya ang pag-record ng analog ay isang bagay na sa nakaraan.

Pag-record ng digital na audio- isang teknolohiya na naging posible para sa sinuman na subukan ang kanilang sarili bilang isang sound engineer o producer. Kaya paano ito gumagana? Pagkatapos ng lahat, ang isang computer ay maaari lamang mag-record ng mga numero, at upang maging tumpak, mga zero at isa lamang, kung saan ang iba pang mga numero, mga titik, mga imahe ay naka-encode. Paano mag-record ng ganitong kumplikadong data bilang tunog sa mga numero?

Ang solusyon ay medyo simple - gupitin ang sound wave sa maliliit na piraso, iyon ay, i-convert ang isang tuluy-tuloy na function (sound wave) sa isang discrete. Ang prosesong ito ay tinatawag na discretization, hindi mula sa salitang "nerd", ngunit mula sa salitang "discreteness" (Latin discretus - hinati, pasulput-sulpot). Ang bawat maliit na piraso ng sound wave ay napakadaling ilarawan sa mga numero (antas ng signal sa isang tiyak na punto ng oras), na nangyayari sa digital recording. Ang prosesong ito ay tinatawag na analog sa digital na conversion(analog to digital conversion), at ang nagko-convert na device (microcircuit), ayon sa pagkakabanggit, sa pamamagitan ng analog-to-digital converter (analog to digital converter) o ADC (ADC).

Narito ang isang halimbawa ng halos limang millisecond na mahabang sound wave snippet mula sa isang ride cymbal:

Tingnan kung paano ang lahat ng mga ngipin? Ito ay mga discrete na maliliit na piraso kung saan pinuputol ang sound wave, ngunit kung ninanais, maaaring gumuhit ng tuluy-tuloy na hubog na linya sa mga column na ito, na magiging orihinal. sound wave. Kapag nagpe-play, nangyayari ito sa isang device (isa ring microcircuit) na tinatawag na digital-to-analog converter (digital to analog converter) o DAC (DAC). Ang ADC at DAC ay ang mga pangunahing bahagi ng audio interface at ang kalidad at kakayahan nito ay nakasalalay sa kanilang kalidad.

Sampling rate at bit depth

Marahil ay napagod na ako kahit na ang pinaka-paulit-ulit na mga mambabasa, ngunit huwag mawalan ng pag-asa, ito ang bahagi ng artikulo kung saan ito nagsimula.

Ang proseso ng pag-convert ng analog signal sa digital (at vice versa) ay may dalawang mahalagang katangian - ang sampling rate (aka ang sampling rate o sample rate) at ang sampling depth (bit depth).

Dalas ng sampling ay ang dalas kung saan ang audio signal ay pinutol sa mga piraso (mga sample). Huwag ulitin ang aking pagkakamali: ang sampling rate ay nauugnay sa dalas ng tunog lamang sa pamamagitan ng Kotelnikov theorem, na nagsasabing: upang natatanging maibalik ang orihinal na signal, ang sampling frequency ay dapat na higit sa dalawang beses ang pinakamataas na frequency sa signal spectrum. Kaya, ang sampling rate na 44.1 kHz na ginagamit sa mga cover ng CD at music recording
saklaw ng dalas ng naririnig ng tao.

Bitness ay ang lalim ng sampling, na sinusukat sa mga bit, iyon ay, ito ay ang bilang ng mga bit na ginamit upang i-record ang amplitude ng signal. Kapag nagre-record ng isang CD, 16 bits ang ginagamit, na sapat para sa 96 dB, iyon ay, maaari tayong mag-record ng isang tunog na may pagkakaiba sa pagitan ng pinakatahimik at pinakamalakas na bahagi nito ay 96 dB, na halos palaging sapat upang mag-record ng anumang musika. Karaniwang gumagamit ang mga studio ng 24-bit bit depth kapag nagre-record, na nagbibigay ng dynamic na hanay na 144 dB, ngunit mula noong 99% ng mga device na gumagawa ng tunog (tape recorder, player, sound card na naka-bundle sa iyong computer) ay maaari lamang magproseso ng 16-bit na audio, kailangan mo pa ring mawalan ng 48 dB (144 minus 96) ng dynamic na saklaw kapag nagre-render gamit ang 16-bit na resolution.

Panghuli, kalkulahin natin ang bitrate ng musika sa isang Audio CD:
16 bits x 44,100 samples per second x 2 channels = 1,411,200 bits per second = 1,411.2 kbps.

Kaya, ang isang segundo ng pag-record sa isang Audio CD ay tumatagal ng 172 kilobytes o 0.168 megabytes.

Iyon lang ang gusto kong sabihin sa iyo tungkol sa sound recording sa isang computer.
Well, halos lahat.

Huling seksyon para sa mga hardcore na mambabasa.

Dither

Kapag nagre-render ng mga proyekto sa mga sound editor, kapag pumipili ng 44 100 kHz 16 bit na format, minsan ay lilitaw ang checkbox ng Dither. Ano ito?
Ito ang paghahalo ng isang pseudo-random na signal. Hindi malamang na mas mabuti ang pakiramdam mo mula sa gayong pagbabalangkas, ngunit ipapaliwanag ko ngayon.

Sa panahon ng analog-to-digital conversion, ang amplitude ay bilugan. Ibig sabihin, na may 16-bit na sampling depth, mayroon tayong 2 16 = 65,536 mga pagpipilian antas ng amplitude. Ngunit kung ang amplitude ng tunog sa isa sa mga sample ay naging 34 integers at 478 thousandths, kailangan nating bilugan ito hanggang 34.

Para sa maliliit na antas ng amplitude ng signal ng input, nagdadala ang naturang rounding Mga negatibong kahihinatnan sa anyo ng mga pagbaluktot, kung saan ito nakikipaglaban pagkataranta.

Ngayon na ang lahat para sigurado. Salamat sa pagbabasa!

Huwag kalimutang magsulat ng komento at mag-click sa magagandang mga pindutan mga social network sa ibaba ng artikulo.