Ano ang tinatawag na tunog. Tunog, sound wave, infrasound, ultrasound. Mga pinahihintulutang antas ng infrasound sa mga lugar ng tirahan

Kapag gumagawa ng musika, maaari itong maging lubhang kapaki-pakinabang upang maunawaan sa pangkalahatan kung ano ang tunog at kung paano nire-record ang tunog sa isang computer. Ang pagkakaroon ng ganoong kaalaman, nagiging mas madaling maunawaan kung ano, halimbawa, ang compression o kung paano nangyayari ang clipping. Sa musika, tulad ng halos anumang negosyo, ang pag-alam sa mga pangunahing kaalaman ay nagpapadali sa pagsulong.

Ano ang tunog?

Ang tunog ay pisikal na vibrations ng isang medium na naglalakbay 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.

Sine wave

Sa itaas ay isang sine wave na maririnig mula sa mga analog synthesizer o handset landline na telepono, kung gumagamit ka pa rin ng isa. Sa pamamagitan ng paraan, ang telepono ay tumutunog, nagsasalita sa teknikal, hindi musikal na wika.

Ang tunog ay may tatlong mahahalagang katangian, katulad ng: volume, 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 lakas ng vibration 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 mababa ang amplitude, mas tahimik ang tunog. Siyempre, ang pang-unawa ng lakas ng tunog ay naiimpluwensyahan din ng dalas ng tunog, ngunit ito ay mga tampok ng ating pang-unawa.

Mga halimbawa ng iba't ibang volume, sa mga decibel:

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 trabaho	50-60 dB	Ang antas ng ingay ay nananatiling komportable hanggang sa 60 dB
Vacuum cleaner, hair dryer	70 dB	Nakakainis; nagpapahirap sa pakikipag-usap sa telepono
Food processor, blender	85-90 dB	Simula sa volume na 85 dB na may pangmatagalang (8 oras) na pakikinig, magsisimula ang pinsala sa pandinig
Truck, concrete mixer, subway car	95-100 dB	Para sa mga tunog sa pagitan ng 90 at 100 dB, inirerekumenda ang pagkakalantad sa 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 nagdudulot ng 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 isang tunog ay "mas mataas" o "mas mababa," naiintindihan namin kung ano ang aming ibig sabihin, ngunit ito ay ipinapakita hindi sa pamamagitan ng taas, ngunit sa pamamagitan ng distansya at dalas:

Ang pitch ng isang nota (tunog) ay ang dalas ng isang sound wave.

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

Sa tingin ko alam ng lahat iyon tainga ng tao may kakayahang makita ang 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 (“C” subcontractave) hanggang 7.902 kHz (“B” ikalimang oktaba).

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 graphically ito ay mukhang iba't ibang kumplikado, ang pagiging kumplikado ng sound wave. Narito, halimbawa, ang isang graphical na representasyon ng mga sound wave ng isang byolin at piano:

Sound timbre - pagiging kumplikado (complexity) ng isang sound wave

Ang mga sinusoid ay mas kumplikado, hindi ba?

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

Notasyong pangmusika- ito ay simpleng data sa dalas, tagal at dami ng mga tunog na kailangang kopyahin 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 natin ito nang detalyado sa ibang pagkakataon.

Analog recording- mahalagang nagre-record ng mga pisikal na vibrations habang ang mga ito ay nasa anumang medium: vinyl record o magnetic tape. Dapat magsimula kaagad labis na paglalaway mahilig sa mainit na tunog ng tubo, ngunit hindi kami isa sa mga taong iyon at ang mga analog na device ay may malakas na error at pangunahing mga limitasyon, ito ay nagpapakilala ng pagbaluktot at lumalala sa kalidad ng pag-record, at ang pisikal na media ay nawawala sa paglipas ng panahon, na higit na nagpapababa sa kalidad ng phonogram, kaya ang analog recording ay nawala na sa nakaraan.

Pag-record ng digital na audio- isang teknolohiya na nagbigay ng pagkakataon 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 lamang at mga kung saan ang iba pang mga numero, mga titik, at 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 sampling, hindi mula sa salitang "cretin", ngunit mula sa salitang "discreteness" (lat. 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 kapag digital recording at nangyayari ito. Ang prosesong ito ay tinatawag na analog-to-digital na conversion(analog to digital conversion), at ang nagko-convert na device (chip), ayon sa pagkakabanggit, ay isang analog-to-digital converter (analog to digital converter) o isang ADC (ADC).

Narito ang isang halimbawa ng halos limang-millisecond sound wave clip mula sa isang ride cymbal:

Nakikita mo ba kung paano ang lahat ng ito ay binubuo ng mga clove? Ang mga 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 pamamagitan ng mga ngipin-column na ito, na magiging orihinal na sound wave. Sa panahon ng pag-playback, nangyayari ito sa isang device (isa ring microcircuit) na tinatawag na digital to analog converter o DAC. Ang ADC at DAC ay ang mga pangunahing bahagi ng isang audio interface at ang kalidad at kakayahan nito ay nakasalalay sa kanilang kalidad.

Sampling frequency at bit depth

Malamang na napapagod na ako kahit na ang pinaka-persistent 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 signal (at kabaliktaran) ay may dalawang mahalagang katangian - ang sampling frequency (kilala rin bilang sampling frequency o sample rate) at ang sampling depth (bit depth).

Dalas ng sampling- ito ang dalas kung saan ang sound signal ay pinutol sa mga piraso (mga sample). Huwag ulitin ang aking pagkakamali: ang sampling frequency ay nauugnay sa audio frequency lamang sa pamamagitan ng Kotelnikov's 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 frequency na 44.1 kHz na ginagamit kapag nagre-record ng mga CD at music cover
saklaw ng dalas ng naririnig ng tao.

Bit depth ay ang sampling depth 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 tunog kung saan ang pagkakaiba sa pagitan ng pinakatahimik at pinakamalakas na bahagi ay 96 dB, na halos palaging sapat upang mag-record ng anumang musika. Kapag nagre-record sa mga studio, kadalasang gumagamit sila ng 24-bit bit depth, 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, kasama sa computer) ay maaari lamang magproseso ng 16-bit na audio, kapag nag-render ay kailangan mo pa ring mawalan ng 48 dB (144 minus 96) ng dynamic na hanay 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 bps = 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 pagre-record ng tunog sa isang computer.
Well, o halos lahat.

Ang huling seksyon ay para sa mga hardcore na mambabasa.

Dither

Kapag nagre-render ng mga proyekto sa mga sound editor, kapag pinipili ang 44 100 kHz 16 bit na format, minsan ay lilitaw ang checkbox na Dither. Ano ito?
Ito ang paghahalo ng isang pseudo-random na signal. Hindi malamang na ang pagbabalangkas na ito ay magpapagaan sa iyong pakiramdam, 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 kaming 2 16 = 65,536 available posibleng mga opsyon antas ng amplitude. Ngunit kung ang amplitude ng tunog sa isa sa mga sample ay naging katumbas ng 34 buo at 478 thousandths, kailangan nating bilugan ito hanggang 34.

Para sa mababang antas ng amplitude ng input signal, ang naturang rounding ay may negatibong kahihinatnan sa anyo ng pagbaluktot, na siyang nilalabanan nito. pagkataranta.

Iyon lang ang sigurado ngayon. Salamat sa pagbabasa!

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

Mga sound wave o simple lang tunog karaniwang tinatawag na mga alon na nakikita ng tainga ng tao. Ang hanay ng dalas ng audio ay humigit-kumulang 20 Hz hanggang 20 kHz. Ang mga alon na may dalas na mas mababa sa 20 Hz ay tinatawag infrasound , at may dalas na higit sa 20 kHz - ultrasound . Ang mga sound wave ay maaaring magpalaganap hindi lamang sa gas, kundi pati na rin sa likido (paayon na mga alon) at sa isang solid (paayon at nakahalang mga alon). Gayunpaman, ang mga alon sa gaseous medium - ang aming tirahan - ay partikular na interes. Ang sangay ng pisika na nag-aaral ng mga sound phenomena ay tinatawag acoustics .

Kapag ang tunog ay nagpapalaganap sa isang gas, ang mga atomo at molekula ay nag-vibrate sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Ito ay humahantong sa mga pagbabago sa lokal na density ρ at presyon p. Ang mga sound wave sa isang gas ay madalas na tinatawag na density waves o pressure waves.

Sa simpleng harmonic sound wave na nagpapalaganap sa kahabaan ng axis OX, pagbabago ng presyon p (x, t) depende sa coordinate x at oras t sa batas

Dalawang palatandaan sa argumentong cosine ay tumutugma sa dalawang direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Mga ugnayan sa pagitan ng circular frequency ω, wave number k, wavelength λ, sound speed υ ay kapareho ng para sa mga transverse wave sa isang string o rubber band (2.6):

Ang isang mahalagang katangian ng mga sound wave ay bilis ng kanilang pagkalat . Ito ay tinutukoy ng hindi gumagalaw at nababanat na mga katangian ng daluyan. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga longitudinal wave sa anumang walang hangganang homogenous medium ay tinutukoy ng formula

saan B- modulus ng pare-parehong compression, ρ - average density ng medium. Sinubukan din ni Newton na kalkulahin ang bilis ng tunog sa hangin. Ipinapalagay niya na ang elasticity ng hangin ay katumbas lamang ng atmospheric pressure p atm, kung gayon ang bilis ng tunog sa hangin ay mas mababa sa 300 m/s, habang ang tunay na bilis ng tunog sa normal na kondisyon (i.e. sa temperaturang 0 °C at presyon ng 1 atm) ay katumbas ng 331.5 m/s, at ang bilis ng tunog sa temperatura na 20 °C at presyon ng 1 atm ay katumbas ng 343 m/s. Makalipas lamang ang mahigit isang daang taon, ipinakita ng siyentipikong Pranses na si Pierre Laplace na ang palagay ni Newton ay katumbas ng pagpapalagay ng mabilis na pagkakapantay-pantay ng temperatura sa pagitan ng mga rehiyon ng rarefaction at compression. Ang pagpapalagay na ito ay hindi natupad dahil sa mahinang thermal conductivity ng hangin at ang maliit na panahon ng oscillation sa sound wave. Sa katunayan, ang isang pagkakaiba sa temperatura ay lumitaw sa pagitan ng mga rehiyon ng rarefaction at compression ng gas, na makabuluhang nakakaapekto sa mga nababanat na katangian. Iminungkahi ni Laplace na ang compression at rarefaction ng gas sa isang sound wave ay nangyayari ayon sa batas adiabatiko, ibig sabihin, walang impluwensya ng thermal conductivity. Ang formula ni Laplace (1816) ay may anyo

saan p- average na presyon sa gas, ρ - average density, γ - ilang pare-pareho depende sa mga katangian ng gas. Para sa mga diatomic na gas γ = 1.4. Ang pagkalkula ng bilis ng tunog gamit ang formula ni Laplace ay nagbibigay ng halaga υ = 332 m/s (sa ilalim ng normal na mga kondisyon).

Sa thermodynamics, napatunayan na ang coefficient γ ay katumbas ng ratio ng mga kapasidad ng init sa pare-parehong presyon. Cp at sa patuloy na dami CV. Ang formula ni Laplace ay maaaring ilarawan sa ibang anyo kung gagamitin natin perpektong gas equation ng estado. Narito ang huling pagpapahayag:

saan T - ganap na temperatura, M - molar mass , R= 8.314 J/mol K - pare-pareho ang unibersal na gas. Ang bilis ng tunog ay lubos na nakasalalay sa mga katangian ng gas. Kung mas magaan ang gas, mas malaki ang bilis ng tunog sa gas na ito. Kaya, halimbawa, sa hangin ( M= 29·10 -3 kg/mol) sa ilalim ng normal na kondisyon υ = 331.5 m/s, sa helium ( M= 4·10 -3 kg/mol) υ = 970 m/s, sa hydrogen ( M= 2·10 -3 kg/mol) υ = 1270 m/s.

Sa mga likido at solido, ang bilis ng mga sound wave ay mas malaki pa. Sa tubig, halimbawa, υ = 1480 m/s (sa 20 °C), sa bakal υ = 5-6 km/s.

Kapag nakakakita ng iba't ibang mga tunog, sinusuri ng tainga ng tao ang mga ito lalo na sa kanilang antas. dami, depende sa daloy ng enerhiya o intensity sound wave. Epekto ng sound wave sa eardrum depende sa presyon ng tunog, ibig sabihin, mga amplitude p 0 pagbabagu-bago ng presyon sa alon. Ang tainga ng tao ay isang perpektong likha ng Kalikasan, na may kakayahang makita ang mga tunog sa isang malaking hanay ng mga intensity: mula sa mahinang langitngit ng isang lamok hanggang sa dagundong ng isang bulkan. Hearing threshold tumutugma sa halaga p Ang 0 ay humigit-kumulang 10 -10 atm, ibig sabihin, 10 -5 Pa. Sa gayong mahinang tunog, ang mga molekula ng hangin ay nag-vibrate sa isang sound wave na may amplitude na 10 -7 cm lamang! Sakit na kayang tiisin tumutugma sa halaga p Ang 0 ay humigit-kumulang 10 -4 atm o 10 Pa. Kaya, ang tainga ng tao ay may kakayahang makita ang mga alon kung saan ang presyon ng tunog ay nagbabago ng isang milyong beses. Dahil ang intensity ng tunog ay proporsyonal sa square ng sound pressure, ang intensity range ay humigit-kumulang 10 12! Ang tainga ng tao, na may kakayahang makadama ng mga tunog sa napakaraming intensity, ay maihahambing sa isang instrumento na maaaring magamit upang sukatin ang diameter ng isang atom at ang laki ng isang football field.

Para sa paghahambing, ituro natin na sa mga ordinaryong pag-uusap ng mga tao sa isang silid, ang intensity ng tunog ay humigit-kumulang 10 6 na beses na mas mataas kaysa sa threshold ng audibility, at ang intensity ng tunog sa isang rock concert ay lumalapit sa pain threshold.

Isa pang katangian ng sound wave na tumutukoy sa kanila pandama ng pandinig, ay pitch . Ang mga panginginig ng boses sa isang harmonic sound wave ay nakikita ng tainga ng tao bilang musikal na tono . Mga oscillations mataas na dalas pinaghihinalaang bilang mga tunog mataas na tono, low frequency vibrations - parang tunog mababang tono. Ang mga tunog na ginawa ng mga instrumentong pangmusika, gayundin ang mga tunog ng boses ng tao, ay maaaring mag-iba nang malaki sa pitch at frequency range. Kaya, halimbawa, ang hanay ng pinakamababang boses ng lalaki ay bass- umaabot mula sa humigit-kumulang 80 hanggang 400 Hz, at ang hanay ng mataas na boses ng babae ay soprano- mula 250 hanggang 1050 Hz.

Ang hanay ng mga sound vibrations na tumutugma sa isang pagdodoble ng vibration frequency ay tinatawag oktaba. Ang boses ng violin, halimbawa, ay sumasaklaw sa humigit-kumulang tatlo at kalahating octaves (196-2340 Hz), at ang mga tunog ng piano ay sumasaklaw sa pitong plus octaves (27.5-4186 Hz).

Kapag pinag-uusapan nila ang dalas ng tunog na ginawa ng mga kuwerdas ng anumang instrumentong pangmusika na may kuwerdas, ang ibig nilang sabihin ay ang dalas f 1 pangunahing tono. Ngunit ang mga vibrations ng mga string ay maaari ring maglaman ng mga harmonika, mga frequency fn na nagbibigay-kasiyahan sa kaugnayan:

fn = nf 1 , (n = 1, 2, 3...).

Samakatuwid, ang isang tunog na string ay maaaring mag-radiate ng isang buo saklaw mga alon na may maraming frequency. Mga amplitude An ang mga alon na ito ay nakasalalay sa paraan ng kapana-panabik na string (bow, martilyo); tinutukoy nila ang musikal na kulay ng tunog o timbre . Ang sitwasyon ay katulad sa mga instrumentong pangmusika ng hangin. Ang mga trumpeta ng mga instrumento ng hangin ay acoustic resonator, iyon ay, acoustic oscillatory system na may kakayahang maging excited (resonate) mula sa mga sound wave ng ilang partikular na frequency. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga nakatayong sound wave ay lumabas sa hangin sa loob ng mga tubo. Sa Fig. Ang Figure 2.7.1 ay nagpapakita ng ilang uri ng standing waves (modes) sa isang organ pipe na nakasara sa isang dulo at nakabukas sa kabilang dulo. Ang mga tunog na ginawa ng mga tubo ng mga instrumento ng hangin ay binubuo ng isang buong spectrum ng mga alon na may maraming frequency.

Kapag nag-tune ng mga instrumentong pangmusika, tinatawag ang isang device tuning fork. Binubuo ito ng isang kahoy na acoustic resonator at isang metal na tinidor na nakakabit dito, na nakatutok sa resonance. Kapag ang martilyo ay tumama sa tinidor, ang buong sistema ay nasasabik at gumagawa ng isang purong musikal na tono.

Ang larynx ng mang-aawit ay isa ring acoustic resonator. Sa Fig. 2.7.2 ay nagpapakita ng spectra ng sound waves na ibinubuga ng isang tuning fork, isang piano string at isang mababang boses ng babae (alto), na tumutunog sa parehong nota.

mga sound wave, frequency spectra na ipinapakita sa Fig. 2.7.2, mayroon parehong pitch, ngunit magkaibang timbre.

Isaalang-alang natin ngayon ang kababalaghan na nangyayari kapag ang dalawang harmonic sound wave na may malapit, ngunit bahagyang magkaibang mga frequency ay nakapatong. Ang kababalaghang ito ay tinatawag beats . Ito ay nangyayari, halimbawa, kapag ang dalawang tuning fork o dalawang string ng gitara na nakatutok sa halos magkaparehong frequency ay tumunog nang sabay-sabay. Ang beat ay nakikita ng tainga bilang isang harmonic tone, ang dami nito na pana-panahong nagbabago sa paglipas ng panahon. Hayaan ang sound pressure p 1 at p 2, kumikilos sa tainga, baguhin ayon sa mga batas

p 1 = A 0 cos ω 1 t At p 2 = A 0 cos ω 2 t.

Alinsunod sa prinsipyo ng superposisyon ang kabuuang presyon na dulot ng parehong mga alon sa bawat sandali ng oras ay katumbas ng kabuuan ng mga presyon ng tunog na dulot ng bawat alon nang hiwalay sa parehong sandali ng oras.

Ang kabuuang pagkilos ng parehong mga alon ay maaaring katawanin gamit ang mga pagbabagong trigonometriko sa anyo

Sa Fig. Ipinapakita ng 2.7.3(1) ang mga dependency sa presyon p 1 at p 2 mula sa oras t. Sa isang sandali sa oras t= 0 parehong mga oscillation ay nasa phase at ang kanilang mga amplitudes ay nagdaragdag. Dahil ang mga frequency ng oscillation ay bahagyang naiiba sa bawat isa, pagkatapos ng ilang oras t 1 oscillations ay nasa antiphase. Sa sandaling ito, ang kabuuang amplitude ay pupunta sa zero (ang mga oscillations ay "kanselahin" ang bawat isa). Sa pagdating ng oras t 2 = 2t 1 ang mga oscillations ay nasa phase muli, atbp. (Fig. 2.7.3 (2)).

Ang pinakamababang pagitan sa pagitan ng dalawang sandali ng oras na may pinakamataas (o pinakamababa) na amplitude ng mga oscillation ay tinatawag beat periodT b. Dahan-dahang nag-iiba-iba ang amplitude A ang resultang oscillation ay katumbas ng

Panahon T b ang pagbabago ng amplitude ay katumbas ng 2π / Δω. Ito ay maipapakita sa ibang paraan, sa pamamagitan ng pag-aakala na ang mga panahon ng pressure oscillations sa sound waves T 1 at T 2 ang ganyan T 1 < T 2 (i.e. ω 1 > ω 2). Sa panahon ng beat T b ilang numero ang nangyayari n buong cycle ng oscillations ng unang wave at ( n- 1) mga cycle ng oscillations ng ikalawang wave.

Ang tunog ay mga sound wave na nagdudulot ng mga vibrations ng maliliit na particle ng hangin, iba pang mga gas, at likido at solidong media. Ang tunog ay maaari lamang lumabas kung saan mayroong isang substansiya, anuman ang estado ng pagsasama-sama nito. Sa mga kondisyon ng vacuum, kung saan walang daluyan, ang tunog ay hindi nagpapalaganap, dahil walang mga particle na kumikilos bilang mga distributor ng sound wave. Halimbawa, sa kalawakan. Ang tunog ay maaaring mabago, mabago, maging iba pang anyo ng enerhiya. Kaya, ang tunog na na-convert sa mga radio wave o elektrikal na enerhiya ay maaaring maipadala sa mga distansya at maitala sa media ng impormasyon.

Sound wave

Ang mga paggalaw ng mga bagay at katawan ay halos palaging nagdudulot ng mga pagbabago sa kapaligiran. Hindi mahalaga kung ito ay tubig o hangin. Sa prosesong ito, ang mga particle ng daluyan kung saan ang mga vibrations ng katawan ay ipinadala ay nagsisimula ring manginig. Lumilitaw ang mga sound wave. Bukod dito, ang mga paggalaw ay isinasagawa sa pasulong at paatras na direksyon, na unti-unting pinapalitan ang isa't isa. Samakatuwid, ang sound wave ay longitudinal. Walang anumang pag-ilid na paggalaw pataas at pababa dito.

Mga katangian ng sound wave

Tulad ng anumang pisikal na kababalaghan, mayroon silang sariling mga dami, sa tulong ng kung aling mga katangian ay maaaring inilarawan. Ang mga pangunahing katangian ng isang sound wave ay ang dalas at amplitude nito. Ang unang halaga ay nagpapakita kung gaano karaming mga alon ang nabuo bawat segundo. Tinutukoy ng pangalawa ang lakas ng alon. May mga mababang frequency na tunog mababang pagganap mga frequency, at vice versa. Ang dalas ng tunog ay sinusukat sa Hertz, at kung ito ay lumampas sa 20,000 Hz, pagkatapos ay nagaganap ang ultrasound. Maraming mga halimbawa ng mababang dalas at mataas na dalas na mga tunog sa kalikasan at sa mundo sa paligid natin. Ang huni ng isang nightingale, ang dagundong ng kulog, ang dagundong ng ilog ng bundok at iba pa - lahat ito ay magkaiba mga frequency ng audio. Ang amplitude ng alon ay direktang nakasalalay sa kung gaano kalakas ang tunog. Ang volume, sa turn, ay bumababa sa distansya mula sa pinagmulan ng tunog. Alinsunod dito, mas malayo ang alon mula sa epicenter, mas maliit ang amplitude. Sa madaling salita, ang amplitude ng isang sound wave ay bumababa sa distansya mula sa pinagmulan ng tunog.

Bilis ng tunog

Ang tagapagpahiwatig na ito ng isang sound wave ay direktang nakasalalay sa likas na katangian ng medium kung saan ito nagpapalaganap. Ang parehong halumigmig at temperatura ng hangin ay may mahalagang papel dito. Sa karaniwang kondisyon ng panahon, ang bilis ng tunog ay humigit-kumulang 340 metro bawat segundo. Sa pisika, mayroong isang bagay tulad ng supersonic na bilis, na palaging mas malaki kaysa sa bilis ng tunog. Ito ang bilis kung saan naglalakbay ang mga sound wave kapag gumagalaw ang isang sasakyang panghimpapawid. Ang eroplano ay gumagalaw sa supersonic na bilis at kahit na lumalampas sa mga sound wave na nilikha nito. Dahil sa unti-unting pagtaas ng presyon sa likod ng sasakyang panghimpapawid, nabuo ang isang shock wave ng tunog. Ang yunit ng pagsukat para sa bilis na ito ay kawili-wili at kakaunti ang nakakaalam nito. Ito ay tinatawag na Mach. Ang Mach 1 ay katumbas ng bilis ng tunog. Kung ang isang alon ay naglalakbay sa Mach 2, ito ay naglalakbay nang dalawang beses nang mas mabilis kaysa sa bilis ng tunog.

Mga ingay

Mayroong palaging ingay sa pang-araw-araw na buhay ng tao. Ang antas ng ingay ay sinusukat sa decibel. Ang galaw ng mga sasakyan, ang hangin, ang kaluskos ng mga dahon, ang pagsasanib ng boses ng mga tao at iba pang ingay sa araw-araw ang aming kasama sa araw-araw. Pero sa mga ganyang ingay auditory analyzer may kakayahan ang isang tao na masanay. Gayunpaman, mayroon ding mga phenomena na kahit na ang mga kakayahang umangkop ng tainga ng tao ay hindi makayanan. Halimbawa, ang ingay na lampas sa 120 dB ay maaaring magdulot ng pananakit. Ang pinakamaingay na hayop ay ang blue whale. Kapag tumunog ito, maririnig ito sa layong 800 kilometro.

Echo

Paano nangyayari ang isang echo? Napakasimple ng lahat dito. Ang isang sound wave ay may kakayahang maipakita mula sa iba't ibang mga ibabaw: mula sa tubig, mula sa isang bato, mula sa mga dingding sa isang walang laman na silid. Bumabalik sa amin ang alon na ito, kaya naririnig namin ang pangalawang tunog. Ito ay hindi kasinglinaw ng orihinal dahil ang ilan sa mga enerhiya sa sound wave ay nawawala habang ito ay naglalakbay patungo sa balakid.

Echolocation

Ginagamit ang sound reflection para sa iba't ibang praktikal na layunin. Halimbawa, echolocation. Ito ay batay sa katotohanan na sa tulong mga ultrasonic wave maaari mong matukoy ang distansya sa bagay kung saan ang mga alon na ito ay makikita. Ginagawa ang mga kalkulasyon sa pamamagitan ng pagsukat sa oras na kinakailangan para sa ultrasound upang maglakbay sa isang lokasyon at bumalik. Maraming mga hayop ang may kakayahang mag-echolocation. Halimbawa, ginagamit ito ng mga paniki at dolphin upang maghanap ng pagkain. Ang echolocation ay nakahanap ng isa pang aplikasyon sa gamot. Kapag sinusuri gamit ang ultrasound, nabuo ang isang larawan lamang loob tao. Ang batayan ng pamamaraang ito ay ang ultrasound, na pumapasok sa isang daluyan maliban sa hangin, ay bumalik, kaya bumubuo ng isang imahe.

Mga sound wave sa musika

Bakit ang mga instrumentong pangmusika ay gumagawa ng ilang mga tunog? Pag-strum ng gitara, pag-strum ng piano, mababang tono ng mga tambol at trumpeta, ang kaakit-akit na manipis na boses ng isang plauta. Ang lahat ng ito at maraming iba pang mga tunog ay lumitaw dahil sa mga panginginig ng hangin o, sa madaling salita, dahil sa hitsura ng mga sound wave. Ngunit bakit iba-iba ang tunog ng mga instrumentong pangmusika? Lumalabas na ito ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan. Ang una ay ang hugis ng tool, ang pangalawa ay ang materyal na kung saan ito ginawa.

Tingnan natin ito gamit ang mga instrumentong string bilang isang halimbawa. Nagiging pinagmumulan ng tunog ang mga ito kapag hinawakan ang mga kuwerdas. Bilang isang resulta, nagsisimula silang mag-oscillate at magpadala kapaligiran iba't ibang tunog. Ang mababang tunog ng anumang instrumentong may kuwerdas ay dahil sa mas malaking kapal at haba ng kuwerdas, pati na rin ang kahinaan ng pag-igting nito. At vice versa, mas mahigpit ang string ay nakaunat, mas manipis at mas maikli ito, mas mataas ang tunog na nakuha bilang isang resulta ng paglalaro.

Aksyon ng mikropono

Ito ay batay sa conversion ng sound wave energy sa electrical energy. Sa kasong ito, ang kasalukuyang lakas at ang likas na katangian ng tunog ay direktang umaasa. Sa loob ng anumang mikropono ay may manipis na plato na gawa sa metal. Kapag nalantad sa tunog, nagsisimula itong magsagawa ng mga oscillatory na paggalaw. Ang spiral kung saan nakakonekta ang plato ay nag-vibrate din, na nagreresulta sa kuryente. Bakit siya lumilitaw? Ito ay dahil ang mikropono ay mayroon ding mga built-in na magnet. Kapag ang spiral ay umiikot sa pagitan ng mga pole nito, isang electric current ang nabubuo, na sumasabay sa spiral at pagkatapos ay sa isang sound column (loudspeaker) o sa mga kagamitan para sa pag-record sa isang medium ng impormasyon (cassette, disk, computer). Sa pamamagitan ng paraan, ang mikropono sa telepono ay may katulad na istraktura. Ngunit paano gumagana ang mga mikropono sa mga landline at mobile phone? Ang paunang yugto ay pareho para sa kanila - ang tunog ng boses ng tao ay nagpapadala ng mga panginginig ng boses nito sa plato ng mikropono, pagkatapos ang lahat ay sumusunod sa senaryo na inilarawan sa itaas: isang spiral, na, kapag gumagalaw, nagsasara ng dalawang pole, isang kasalukuyang ay nilikha. Anong susunod? Sa isang landline na telepono, ang lahat ay higit pa o hindi gaanong malinaw - tulad ng sa isang mikropono, ang tunog, na na-convert sa electric current, ay tumatakbo sa mga wire. Ngunit ano ang tungkol sa isang cell phone o, halimbawa, isang walkie-talkie? Sa mga kasong ito, ang tunog ay na-convert sa radio wave energy at tumama sa satellite. Iyon lang.

Kababalaghan ng resonance

Minsan ang mga kondisyon ay nilikha kapag ang amplitude ng mga oscillations pisikal na katawan tumataas nang husto. Nangyayari ito dahil sa convergence ng mga halaga ng dalas ng sapilitang mga oscillations at ang natural na dalas ng mga oscillations ng bagay (katawan). Ang resonance ay maaaring maging kapaki-pakinabang at nakakapinsala. Halimbawa, upang mailabas ang isang kotse sa isang butas, ito ay sinisimulan at itinulak pabalik-balik upang magdulot ng resonance at bigyan ang kotse ng pagkawalang-galaw. Ngunit mayroon ding mga kaso negatibong kahihinatnan resonance. Halimbawa, sa St. Petersburg, mga isang daang taon na ang nakalilipas, isang tulay ang gumuho sa ilalim ng mga sundalong magkasabay na nagmamartsa.

Tunog (sound wave ) –ito ay isang elastic wave na nakikita ng organ ng pandinig ng mga tao at hayop. Sa ibang salita, Ang tunog ay ang pagpapalaganap ng pagbabagu-bago sa density (o presyon) ng isang nababanat na medium na lumilitaw kapag ang mga particle ng medium ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa.

Ang kapaligiran (hangin) ay isa sa nababanat na media. Ang pagpapalaganap ng tunog sa hangin ay sumusunod sa pangkalahatang mga 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 gamit ang mga formula para sa bilis ng isang nababanat na alon.

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

Mga vibrations ng solid body (mga string at soundboard ng mga instrumentong pangmusika, mga diffuser ng speaker, mga lamad ng telepono, mga piezoelectric na plato);

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

Percussion (piano keys, bell);

Agos ng kuryente (electroacoustic transducers).

Kabilang sa mga likas na mapagkukunan ang:

Pagsabog, pagbagsak;

Daloy ng hangin sa paligid ng mga balakid (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 device;

Hearing apparatus ng mga tao at hayop.

Kapag ang mga sound wave ay nagpapalaganap, 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 (baluktot sa paligid ng mga hadlang),

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

Absorption (pagbaba ng enerhiya at intensity ng tunog sa isang 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 mga tao ay 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), na may mas mataas dalas – ultrasound , at ang pinakamataas na dalas ng nababanat na alon ay hypersound .

Ang buong saklaw ng dalas ng tunog ay maaaring hatiin 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 isang solid spectrum ay nangangahulugan na ang mga frequency ay maaaring magkaroon ng anumang halaga mula sa isang naibigay na agwat.

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

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

Mga karaniwang octave frequency band

Mga bandang dalas ng oktaba	 min , Hz	 max , Hz	 ikasal , Hz

Ang mga halimbawa ng frequency interval ng tunog na nilikha ng human vocal apparatus at nakikita ng human hearing aid ay ibinibigay sa Talahanayan 4.


Contralto, alto
Mezzo-soprano

Coloratura soprano

Ang mga halimbawa ng mga hanay ng dalas ng ilang mga instrumentong pangmusika ay ibinibigay 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 saklaw ng dalas, sa halip na isang tao (Talahanayan 6).

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

Maaaring magkaiba ang mga tunog ng musika na may parehong pangunahing tono timbre. Ang timbre ay nakasalalay sa komposisyon ng mga overtone, ang kanilang mga frequency at amplitudes, ang likas na katangian ng kanilang pagtaas sa simula ng tunog at pagbaba sa dulo.

Bilis ng tunog

Para sa tunog sa iba't ibang media, ang mga pangkalahatang formula (22) - (25) ay wasto. Dapat itong isaalang-alang na ang pormula (22) ay naaangkop sa kaso ng tuyong hangin sa atmospera 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 sa ang katunayan na ang ratio ng Poisson  depende sa ratio ng bahagyang presyon ng singaw ng tubig ( p singaw) sa presyon ng atmospera ( p). Sa mahalumigmig na hangin, ang bilis ng tunog ay tinutukoy ng formula:

Mula sa huling equation makikita na ang bilis ng tunog sa mahalumigmig 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 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 ng 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 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 kapaligiran (hangin) ay isang hindi nababagabag na daluyan at may static Presyon ng atmospera (
).

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

saan p tunog, max- amplitude ng presyon ng tunog,  - cyclic frequency ng tunog, k – wave number. Dahil dito, ang presyon ng atmospera sa isang nakapirming punto sa isang partikular na oras ay nagiging katumbas ng kabuuan ng mga presyon na ito:

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

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

Ito ay nagiging malaki at maihahambing sa atmospheric pressure kapag ang mga shock wave ay nangyayari sa panahon ng malalakas na pagsabog o sa panahon ng pagpasa ng isang 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 instrumento ang agarang halaga ng presyon ng tunog, ngunit ang tinatawag na mabisa (o kasalukuyang )tunog presyon . Ito ay pantay 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 ugat ibig sabihin square sound pressure . Ang pagpapalit ng expression (39) sa formula (40), makuha natin ang:

. (45)

Impedance ng tunog

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

. (46)

Pisikal na kahulugan ng sound resistance: ito ay numerong katumbas ng presyon ng tunog na nagdudulot ng mga panginginig ng boses ng mga particle ng medium sa isang yunit ng bilis:

SI unit ng pagsukat ng sound impedance - pascal segundo kada metro:

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

Pagkatapos ang formula (46) ay kukuha ng form:

. (46*)

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

. (47)

Pagkatapos ito ay 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, ginagamit ng acoustics 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– ibabaw na lugar 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 siyang kabuuan ng kinetic energy ng mga oscillating particle at ang potensyal na enerhiya ng elastic deformation ng medium (tingnan ang formula (29)).

Karaniwang tinatawag ang intensity ng tunogang lakas ng tunog . Ito ay pantay

. (49)

kaya lang pisikal na kahulugan ng lakas ng tunog 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 watt per square meter:

Ang intensity ng tunog ay proporsyonal sa square ng epektibong sound pressure at inversely proportional sa sound (acoustic) pressure:

, (50)

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

, (51)

saan R ak – acoustic resistance.

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 pinagmumulan sa isang tinukoy na oras sa pamamagitan ng isang saradong ibabaw na nakapalibot sa pinagmumulan ng tunog:

, (52)

o, isinasaalang-alang ang formula (49),

. (52*)

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

Nangyayari sa gas, likido at solid na media, na, kapag naabot ang mga organo ng pandinig ng tao, ay nakikita niya bilang tunog. Ang dalas ng mga alon na ito ay mula 20 hanggang 20,000 vibrations bawat segundo. Ipakita natin ang mga formula para sa sound wave at isaalang-alang ang mga katangian nito nang mas detalyado.

Bakit lumilitaw ang isang sound wave?

Maraming tao ang nagtataka kung ano ang sound wave. Ang likas na katangian ng tunog ay nakasalalay sa paglitaw ng kaguluhan sa isang nababanat na daluyan. Halimbawa, kapag ang isang pressure disturbance sa anyo ng compression ay nangyayari sa isang tiyak na dami ng hangin, ang rehiyong ito ay may posibilidad na kumalat sa kalawakan. Ang prosesong ito ay nagiging sanhi ng pag-compress ng hangin sa mga lugar na katabi ng pinagmulan, na malamang na lumawak din. Ang prosesong ito ay sumasaklaw ng higit pa at higit pa sa espasyo hanggang sa maabot nito ang ilang receiver, halimbawa, ang tainga ng tao.

Pangkalahatang katangian ng mga sound wave

Isaalang-alang natin ang mga tanong kung ano ang sound wave at kung paano ito nakikita ng tainga ng tao. Ang sound wave ay longitudinal; kapag ito ay pumasok sa concha ng tainga, nagiging sanhi ito ng mga vibrations ng eardrum na may isang tiyak na dalas at amplitude. Maaari mo ring isipin ang mga pagbabagong ito bilang panaka-nakang pagbabago sa presyon sa isang microvolume ng hangin na katabi ng lamad. Una ay tumataas ito kaugnay sa normal na presyon ng atmospera, at pagkatapos ay bumababa, na sumusunod sa mga batas sa matematika ng maharmonya na paggalaw. Ang amplitude ng mga pagbabago sa air compression, iyon ay, ang pagkakaiba sa pagitan ng maximum o minimum na presyon na nilikha ng isang sound wave na may atmospheric pressure ay proporsyonal sa amplitude ng sound wave mismo.

Maraming pisikal na eksperimento ang nagpakita nito pinakamataas na presyon, na maaaring maramdaman ng tainga ng tao nang hindi sinasaktan ito, ay 2800 µN/cm 2 . Para sa paghahambing, sabihin natin na ang presyon ng atmospera malapit sa ibabaw ng lupa ay 10 milyong μN/cm2. Isinasaalang-alang ang proporsyonalidad ng presyon at amplitude ng mga oscillations, maaari nating sabihin na ang huling halaga ay hindi gaanong mahalaga kahit na para sa pinakamalakas na alon. Kung pinag-uusapan natin ang haba ng sound wave, kung gayon para sa dalas ng 1000 vibrations bawat segundo ito ay magiging isang ikalibo ng isang sentimetro.

Ang pinakamahina na tunog ay lumilikha ng mga pagbabago sa presyon ng pagkakasunud-sunod ng 0.001 μN/cm 2, ang kaukulang amplitude ng mga oscillations ng alon para sa dalas ng 1000 Hz ay 10 -9 cm, habang ang average na diameter ng mga molekula ng hangin ay 10 -8 cm, iyon ay, ang tainga ng tao ay isang lubhang sensitibong organ.

Konsepto ng sound wave intensity

Mula sa isang geometric na pananaw, ang isang sound wave ay kumakatawan sa mga vibrations ng isang tiyak na hugis, ngunit mula sa isang pisikal na punto ng view, ang pangunahing pag-aari ng mga sound wave ay ang kanilang kakayahang maglipat ng enerhiya. Ang pinakamahalagang halimbawa ng paglipat ng enerhiya ng alon ay ang araw, na ang mga ibinubuga na electromagnetic wave ay nagbibigay ng enerhiya sa ating buong planeta.

Ang intensity ng sound wave sa physics ay tinukoy bilang ang dami ng enerhiya na inilipat ng wave sa pamamagitan ng unit surface area na patayo sa propagation ng wave, at bawat unit time. Sa madaling salita, ang intensity ng isang alon ay ang kapangyarihan nito na inilipat sa pamamagitan ng isang unit area.

Ang lakas ng mga sound wave ay karaniwang sinusukat sa mga decibel, na batay sa isang logarithmic scale, na maginhawa para sa praktikal na pagsusuri ng mga resulta.

Intensity ng iba't ibang tunog

Ang sumusunod na sukat sa decibel ay nagbibigay ng ideya ng kahulugan ng iba't-ibang at mga sensasyon na dulot nito:

ang threshold ng hindi kasiya-siya at hindi komportable na mga sensasyon ay nagsisimula sa 120 decibels (dB);
ang isang riveting hammer ay lumilikha ng ingay na 95 dB;
mataas na bilis ng tren - 90 dB;
kalye na may mabigat na trapiko - 70 dB;
ang dami ng isang normal na pag-uusap sa pagitan ng mga tao ay 65 dB;
ang isang modernong kotse na gumagalaw sa katamtamang bilis ay lumilikha ng antas ng ingay na 50 dB;
average na dami ng radyo - 40 dB;
tahimik na pag-uusap - 20 dB;
ingay ng mga dahon ng puno - 10 dB;
Ang pinakamababang threshold ng sensitivity ng tunog ng tao ay malapit sa 0 dB.

Ang sensitivity ng tainga ng tao ay nakasalalay sa dalas ng tunog at ito ay pinakamataas para sa mga sound wave na may dalas na 2000-3000 Hz. Para sa tunog sa saklaw ng dalas na ito, ang mas mababang threshold ng sensitivity ng tao ay 10 -5 dB. Ang mas mataas at mas mababang mga frequency kaysa sa tinukoy na agwat ay humahantong sa isang pagtaas sa mas mababang threshold ng sensitivity sa paraan na ang isang tao ay nakakarinig ng mga frequency na malapit sa 20 Hz at 20,000 Hz lamang sa isang intensity ng ilang sampu ng dB.

Tulad ng para sa itaas na threshold ng intensity, pagkatapos nito ang tunog ay nagsisimulang magdulot ng abala para sa mga tao at maging masakit na sensasyon, kung gayon dapat sabihin na ito ay halos independiyente sa dalas at nasa hanay na 110-130 dB.

Mga geometric na katangian ng isang sound wave

Ang tunay na sound wave ay isang kumplikadong oscillatory packet ng mga longitudinal wave, na maaaring mabulok sa simpleng harmonic vibrations. Ang bawat naturang oscillation ay inilalarawan mula sa isang geometric na punto ng view ng mga sumusunod na katangian:

Ang amplitude ay ang maximum na paglihis ng bawat seksyon ng wave mula sa equilibrium. Ang pagtatalaga A ay pinagtibay para sa dami na ito.
Panahon. Ito ang panahon kung kailan nakumpleto ng isang simpleng alon ang kumpletong oscillation nito. Pagkatapos ng panahong ito, ang bawat punto ng alon ay magsisimulang ulitin ang proseso ng oscillatory nito. Ang panahon ay karaniwang tinutukoy ng letrang T at sinusukat sa mga segundo sa SI system.
Dalas. Ito ay isang pisikal na dami na nagpapakita kung gaano karaming mga oscillations ang ginagawa ng isang partikular na wave bawat segundo. Ibig sabihin, sa kahulugan nito ay isang dami na katumbas ng panahon. Ito ay itinalaga f. Para sa dalas ng isang sound wave, ang formula para sa pagtukoy nito sa pamamagitan ng isang panahon ay ang mga sumusunod: f = 1/T.
Ang haba ng daluyong ay ang distansya na nilakbay nito sa isang panahon ng oscillation. Sa geometrically, ang wavelength ay ang distansya sa pagitan ng dalawang pinakamalapit na maxima o dalawang pinakamalapit na minima sa isang sine curve. Ang haba ng oscillation ng sound wave ay ang distansya sa pagitan ng pinakamalapit na lugar ng air compression o ang pinakamalapit na lugar ng rarefaction nito sa espasyo kung saan gumagalaw ang wave. Ito ay karaniwang tinutukoy ng letrang Griyego na λ.
Ang bilis ng pagpapalaganap ng sound wave ay ang distansya kung saan ang compression region o rarefaction region ng wave ay nagpapalaganap bawat unit time. Ang halagang ito ay tinutukoy ng titik v. Para sa bilis ng sound wave, ang formula ay: v = λ*f.

Ang geometry ng isang dalisay na alon ng tunog, iyon ay, isang alon ng patuloy na kadalisayan, ay sumusunod sa sinusoidal na batas. Sa pangkalahatang kaso, ang formula para sa sound wave ay may anyo: y = A*sin(ωt), kung saan ang y ay ang coordinate value ng isang naibigay na punto sa wave, t ay oras, ω = 2*pi*f ay ang cyclic frequency ng oscillations.

Aperiodic na tunog

Maraming mga mapagkukunan ng tunog ang maaaring ituring na pana-panahon, halimbawa, ang tunog mula sa mga instrumentong pangmusika tulad ng gitara, piano, plauta, ngunit mayroon ding malaking bilang ng mga tunog sa kalikasan na aperiodic, iyon ay, ang mga tunog na panginginig ng boses ay nagbabago ng kanilang dalas at hugis sa kalawakan. Sa teknikal, ang ganitong uri ng tunog ay tinatawag na ingay. Ang mga matingkad na halimbawa ng aperiodic sound ay ang ingay ng lungsod, ingay ng dagat, mga tunog mula sa mga instrumentong percussion, halimbawa, mula sa drum, at iba pa.

Daluyan ng pagpapalaganap ng sound wave

Unlike electromagnetic radiation, na ang mga photon ay hindi nangangailangan ng anumang materyal na daluyan para sa kanilang pagpapalaganap, ang likas na katangian ng tunog ay tulad na ang isang tiyak na daluyan ay kinakailangan para sa pagpapalaganap nito, iyon ay, ayon sa mga batas ng pisika, ang mga sound wave ay hindi maaaring magpalaganap sa isang vacuum.

Ang tunog ay maaaring maglakbay sa mga gas, likido at solid. Ang mga pangunahing katangian ng isang sound wave na nagpapalaganap sa isang medium ay ang mga sumusunod:

ang alon ay kumakalat nang linear;
kumakalat ito nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon sa isang homogenous na daluyan, iyon ay, ang tunog ay nag-iiba mula sa pinagmulan, na bumubuo ng isang perpektong spherical na ibabaw.
Anuman ang amplitude at dalas ng tunog, ang mga alon nito ay kumakalat sa parehong bilis sa isang partikular na daluyan.

Bilis ng sound wave sa iba't ibang media

Ang bilis ng pagpapalaganap ng tunog ay nakasalalay sa dalawang pangunahing salik: ang daluyan kung saan naglalakbay ang alon at ang temperatura. Sa pangkalahatan ito ay gumagana susunod na tuntunin: mas siksik ang medium at mas mataas ang temperatura nito, mas mabilis na gumagalaw ang tunog dito.

Halimbawa, ang bilis ng pagpapalaganap ng sound wave sa hangin malapit sa ibabaw ng lupa sa temperatura na 20 ℃ at halumigmig na 50% ay 1235 km/h o 343 m/s. Sa tubig sa isang naibigay na temperatura, ang tunog ay gumagalaw nang 4.5 beses na mas mabilis, iyon ay, mga 5735 km/h o 1600 m/s. Tulad ng para sa pag-asa ng bilis ng tunog sa temperatura sa hangin, tumataas ito ng 0.6 m/s na may pagtaas ng temperatura para sa bawat degree na Celsius.

Timbre at tono

Kung ang isang string o metal plate ay pinapayagang malayang mag-vibrate, ito ay maglalabas ng mga tunog iba't ibang frequency. Napakabihirang makahanap ng katawan na gumagawa ng tunog ng isang partikular na frequency; kadalasan ang tunog ng isang bagay ay may hanay ng mga frequency sa isang tiyak na pagitan.

Ang timbre ng isang tunog ay tinutukoy ng bilang ng mga harmonika na naroroon dito at ang kani-kanilang mga intensidad. Timbre ay pansariling halaga, ibig sabihin, ito ang persepsyon ng isang bagay na tumutunog ng isang partikular na tao. Ang Timbre ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na pang-uri: mataas, makinang, matunog, melodiko, at iba pa.

Ang tono ay isang tunog na sensasyon na nagpapahintulot na ito ay maiuri bilang mataas o mababa. Ang halagang ito ay subjective din at hindi masusukat ng anumang instrumento. Ang tono ay nauugnay sa isang layunin na dami - ang dalas ng sound wave, ngunit walang malinaw na koneksyon sa pagitan nila. Halimbawa, para sa isang single-frequency na tunog ng pare-pareho ang intensity, tumataas ang tono habang tumataas ang frequency. Kung ang dalas ng tunog ay nananatiling pare-pareho at ang intensity nito ay tumataas, ang tono ay nagiging mas mababa.

Hugis ng mga pinagmumulan ng tunog

Alinsunod sa hugis ng katawan na nagsasagawa ng mga mekanikal na panginginig ng boses at sa gayon ay bumubuo ng mga alon, mayroong tatlong pangunahing uri:

Point source. Gumagawa ito ng mga spherical sound wave na mabilis na nabubulok na may distansya mula sa pinagmulan (humigit-kumulang 6 dB kung dumoble ang distansya mula sa pinagmulan).
Pinagmulan ng linya. Lumilikha ito ng mga cylindrical wave, ang intensity na bumababa nang mas mabagal kaysa mula sa isang point source (para sa bawat pagtaas ng distansya ng kalahati na nauugnay sa pinagmulan, ang intensity ay bumababa ng 3 dB).
Flat o two-dimensional na pinagmulan. Bumubuo lamang ito ng mga alon sa isang tiyak na direksyon. Ang isang halimbawa ng naturang pinagmulan ay isang piston na gumagalaw sa isang silindro.

Mga mapagkukunan ng elektronikong tunog

Upang lumikha ng isang sound wave, ang mga elektronikong mapagkukunan ay gumagamit ng isang espesyal na lamad (speaker), na nagsasagawa ng mga mekanikal na panginginig ng boses dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng electromagnetic induction. Kabilang sa mga naturang mapagkukunan ang sumusunod:

mga manlalaro ng iba't ibang mga disc (CD, DVD at iba pa);
mga cassette recorder;
mga radyo;
Mga TV at ilang iba pa.