Ses, elastik bir malzeme ortamında esas olarak uzunlamasına dalgalar şeklinde yayılan mekanik titreşimlerdir.

Boşlukta ses yayılmaz, çünkü ses iletimi bir maddi ortam ve maddi ortamın parçacıkları arasında mekanik temas gerektirir.

Ses, ortamda ses dalgaları halinde yayılır. Ses dalgaları, ortamda bulunan koşullu parçacıklar yardımıyla iletilen mekanik titreşimlerdir. Çevrenin koşullu parçacıkları altında mikro hacimlerini anlar.

Bir akustik dalganın ana fiziksel özellikleri:

1. Sıklık.

Sıklık ses dalgası miktardır birim zamandaki tam salınım sayısına eşittir. sembolü ile gösterilir v (çıplak) ve ölçülen hertz'de. 1 Hz \u003d 1 sayım / sn \u003d [ s -1 ].

Ses titreşimlerinin ölçeği aşağıdaki frekans aralıklarına bölünmüştür:

ses ötesi (0 ila 16 Hz);

işitilebilir ses (16 ila 16.000 Hz);

Ultrason (16.000 Hz üzerinde).

Bir ses dalgasının frekansı ile yakından ilgili olan, ses dalgasının periyodu olan karşılıklıdır. Dönem ses dalgası, ortamın parçacıklarının bir tam salınımının süresidir. belirtilen T ve saniye [s] cinsinden ölçülür.

Ses dalgasını taşıyan ortamın parçacıklarının salınım yönüne göre ses dalgaları şu şekilde ayrılır:

· boyuna;

enine

Boyuna dalgalar için, ortamdaki parçacıkların salınım yönü, bir ses dalgası ortamındaki yayılma yönü ile çakışır (Şekil 1).

Enine dalgalar için, ortamın parçacıklarının titreşim yönleri, ses dalgasının yayılma yönüne diktir (Şekil 2).

Pirinç. 1 Şek. 2

Boyuna dalgalar gazlarda, sıvılarda ve katılarda yayılır. Enine - yalnızca katılarda.

3. Titreşimlerin şekli.

Titreşimlerin şekline göre ses dalgaları şu şekilde ayrılır:

· basit dalgalar;

karmaşık dalgalar

Basit bir dalganın grafiği bir sinüs dalgasıdır.

Karmaşık bir dalga grafiği, sinüzoidal olmayan herhangi bir periyodik eğridir. .

4. Dalga boyu.

dalga boyu - büyüklük, bir ses dalgasının bir periyoda eşit bir zamanda yayıldığı mesafeye eşittir. λ (lambda) olarak belirtilir ve metre (m), santimetre (cm), milimetre (mm), mikrometre (µm) cinsinden ölçülür.

Dalga boyu, sesin yayıldığı ortama bağlıdır.

5. Bir ses dalgasının hızı.

ses dalgası hızı sabit bir ses kaynağına sahip bir ortamdaki ses yayılma hızıdır. Aşağıdaki formülle hesaplanan v sembolü ile gösterilir:

Bir ses dalgasının hızı ortamın türüne ve sıcaklığa bağlıdır. Katı elastik cisimlerde en yüksek ses hızı, sıvılarda daha az ve gazlarda en küçüğü.

hava, normal atmosferik basınç, sıcaklık - 20 derece, v = 342 m/s;

su, sıcaklık 15-20 derece, v = 1500 m/s;

metaller, v = 5000-10000 m/s.

Havadaki sesin hızı, sıcaklıktaki 10 derecelik artışla yaklaşık 0,6 m/s artar.

18 Şubat 2016

Ev eğlencesi dünyası oldukça çeşitlidir ve şunları içerebilir: iyi bir ev sinema sisteminde film izlemek; eğlenceli ve bağımlılık yapan oyun veya müzik dinlemek. Kural olarak, bu alanda herkes kendine göre bir şeyler bulur veya her şeyi bir kerede birleştirir. Ancak bir kişinin boş zamanlarını organize etmedeki hedefleri ne olursa olsun ve hangi aşırıya giderse gitsin, tüm bu bağlantılar basit ve anlaşılır tek bir kelime olan "ses" ile sıkı bir şekilde birbirine bağlıdır. Gerçekten de, tüm bu durumlarda, film müziği tarafından yönetileceğiz. Ancak bu soru, özellikle bir odada veya diğer koşullarda yüksek kaliteli ses elde etme arzusunun olduğu durumlarda o kadar basit ve önemsiz değildir. Bunu yapmak için, pahalı hi-fi veya hi-end bileşenleri satın almak her zaman gerekli değildir (çok faydalı olmasına rağmen), ancak herkes için ortaya çıkan sorunların çoğunu ortadan kaldırabilecek iyi bir fizik teorisi bilgisi yeterlidir. yüksek kaliteli seslendirme yapmak için yola çıkan.

Daha sonra, ses ve akustik teorisi fizik açısından ele alınacaktır. Bu durumda, belki de fiziksel yasalar veya formüller bilgisinden uzak olan, ancak yine de mükemmel bir akustik yaratma hayalini gerçekleştirmeyi tutkuyla hayal eden herhangi bir kişinin anlayışı için mümkün olduğunca erişilebilir hale getirmeye çalışacağım. sistem. Bu alanda evde (veya örneğin bir arabada) iyi sonuçlar elde etmek için bu teorileri iyice bilmeniz gerektiğini iddia etmiyorum, ancak temel bilgileri anlamak, birçok aptalca ve saçma hatadan kaçınacak ve izin verecektir. sistemden maksimum ses efekti elde etmek için her seviyede.

Genel ses teorisi ve müzik terminolojisi

Nedir ses? Bu, işitsel organın algıladığı duyumdur. "kulak"("kulağın" sürece katılımı olmadan bile fenomenin kendisi vardır, ancak bu şekilde anlamak daha kolaydır), kulak zarı bir ses dalgası tarafından uyarıldığında ortaya çıkar. Bu durumda kulak, farklı frekanslardaki ses dalgalarının bir "alıcısı" görevi görür.
Ses dalgası Aslında, çeşitli frekanslarda ortamın (çoğunlukla normal koşullar altındaki hava ortamı) sıralı bir dizi sızdırmazlığı ve deşarjıdır. Ses dalgalarının doğası salınımlıdır, herhangi bir cismin titreşiminden kaynaklanır ve üretilir. Klasik bir ses dalgasının ortaya çıkışı ve yayılması üç elastik ortamda mümkündür: gaz, sıvı ve katı. Bu uzay türlerinden birinde bir ses dalgası meydana geldiğinde, ortamın kendisinde kaçınılmaz olarak bazı değişiklikler meydana gelir, örneğin, havanın yoğunluğu veya basıncında bir değişiklik, hava kütlelerinin parçacıklarının hareketi vb.

Ses dalgası salınımlı bir yapıya sahip olduğu için frekans gibi bir özelliği vardır. Sıklık hertz cinsinden ölçülür (Alman fizikçi Heinrich Rudolf Hertz'in onuruna) ve bir saniyeye eşit bir süre boyunca titreşim sayısını belirtir. Onlar. örneğin, 20 Hz'lik bir frekans, bir saniyede 20 salınımlık bir döngü anlamına gelir. Yüksekliğinin sübjektif kavramı aynı zamanda sesin frekansına da bağlıdır. Saniyede ne kadar çok ses titreşimi yapılırsa, ses o kadar "yüksek" görünür. Ses dalgasının bir adı olan başka bir önemli özelliği daha vardır - dalga boyu. dalga boyu Belirli bir frekanstaki sesin bir saniyeye eşit bir sürede kat ettiği mesafeyi dikkate almak adettendir. Örneğin 20 Hz'de insanın işitebileceği aralıktaki en düşük sesin dalga boyu 16,5 metre, 20.000 Hz'de en yüksek sesin dalga boyu ise 1,7 santimetredir.

İnsan kulağı, yalnızca sınırlı bir aralıkta, yaklaşık 20 Hz - 20.000 Hz dalgaları algılayabilecek şekilde tasarlanmıştır (belirli bir kişinin özelliklerine bağlı olarak, biri biraz daha fazla, biri daha az duyabilir) . Dolayısıyla bu, bu frekansların altındaki veya üstündeki seslerin olmadığı anlamına gelmez, sadece insan kulağı tarafından algılanmaz, işitilebilir aralığın ötesine geçer. İşitilebilir aralığın üzerindeki sese denir ultrason, işitilebilir aralığın altındaki sese denir ses ötesi. Bazı hayvanlar ultra ve infra sesleri algılayabilir, hatta bazıları bu aralığı uzayda yönlendirmek için kullanır ( yarasalar, yunuslar). Ses, insanın işitme organıyla doğrudan temas etmeyen bir ortamdan geçerse, o zaman böyle bir ses duyulmayabilir veya daha sonra büyük ölçüde zayıflayabilir.

Sesin müzikal terminolojisinde, sesin oktav, ton ve ton gibi önemli tanımları vardır. Oktav sesler arasındaki frekans oranının 1'e 2 olduğu bir aralık anlamına gelir. Bir oktav genellikle çok işitilebilirken, bu aralıktaki sesler birbirine çok benzer olabilir. Bir oktav, aynı zaman diliminde başka bir sesin iki katı titreşim yapan ses olarak da adlandırılabilir. Örneğin, 800 Hz'lik bir frekans, 400 Hz'lik daha yüksek bir oktavdan başka bir şey değildir ve 400 Hz'lik bir frekans, 200 Hz frekanslı bir sonraki ses oktavıdır. Bir oktav, tonlardan ve üst tonlardan oluşur. Bir frekanstaki harmonik ses dalgasındaki değişken salınımlar insan kulağı tarafından şu şekilde algılanır: müzik tonu. Yüksek frekanslı titreşimler, yüksek perdeli sesler olarak, düşük frekanslı titreşimler ise düşük perdeli sesler olarak yorumlanabilir. İnsan kulağı, sesleri bir ton farkla (4000 Hz'e kadar) net bir şekilde ayırt edebilmektedir. Buna rağmen müzikte son derece az sayıda ton kullanılmaktadır. Bu, harmonik ünsüz ilkesinin düşüncelerinden açıklanır, her şey oktav ilkesine dayanır.

Belirli bir şekilde gerilmiş bir tel örneğini kullanarak müzik tonları teorisini düşünün. Gerilim kuvvetine bağlı olarak böyle bir tel, belirli bir frekansa "ayarlanacaktır". Bu tel, titreşmesine neden olacak belirli bir kuvvete sahip bir şeye maruz kaldığında, belirli bir ses tonu sürekli olarak gözlemlenecek, istenen akort frekansını duyacağız. Bu sese temel ton denir. Müzik alanında ana ton için ilk oktavın "la" notasının 440 Hz'e eşit frekansı resmi olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, çoğu müzik aleti asla tek başına saf temel tonları yeniden üretmez; kaçınılmaz olarak bunlara eşlik eden armoniler eşlik eder. imalar. Burada müzik akustiğinin önemli bir tanımını, ses tınısı kavramını hatırlamak yerinde olacaktır. tını- bu, müzik aletlerine ve seslere, aynı perde ve yüksekliğe sahip sesleri karşılaştırırken bile, benzersiz tanınabilir ses özelliklerini veren müzik seslerinin bir özelliğidir. Her müzik aletinin tınısı, sesin ortaya çıktığı anda ses enerjisinin armoniler üzerindeki dağılımına bağlıdır.

Armoniler, belirli bir enstrümanı kolayca tanıyabileceğimiz ve tanıyabileceğimiz ve sesini başka bir enstrümandan net bir şekilde ayırt edebileceğimiz temel tonun belirli bir rengini oluşturur. İki tür armoni vardır: harmonik ve harmonik olmayan. Harmonik imalar tanım gereği, temel frekansın katlarıdır. Aksine, imalar çoklu değilse ve değerlerden belirgin şekilde sapıyorsa, o zaman çağrılır. uyumsuz. Müzikte, çoklu olmayan imaların çalışması pratik olarak hariç tutulur, bu nedenle terim, harmonik anlamına gelen "üst ton" kavramına indirgenir. Piyano gibi bazı enstrümanlar için ana tonun oluşması için zaman bile yoktur, kısa sürede armonilerin ses enerjisi artar ve ardından aynı hızla düşüş gerçekleşir. Pek çok enstrüman, belirli imaların enerjisi zamanın belirli bir noktasında, genellikle en başta maksimum olduğunda, ancak daha sonra aniden değişip diğer imalara geçtiğinde, sözde bir "geçiş tonu" etkisi yaratır. Her enstrümanın frekans aralığı ayrı ayrı değerlendirilebilir ve genellikle bu enstrümanın üretebildiği temel tonların frekansları ile sınırlıdır.

Ses teorisinde GÜRÜLTÜ diye bir şey de vardır. Gürültü- bu, birbiriyle tutarsız kaynakların bir kombinasyonu tarafından oluşturulan herhangi bir sestir. Ağaçların yapraklarının, rüzgarın salladığı vb. Gürültüsünün herkes gayet iyi farkındadır.

Ses seviyesini ne belirler? Böyle bir olgunun doğrudan ses dalgasının taşıdığı enerji miktarına bağlı olduğu açıktır. Ses yüksekliğinin nicel göstergelerini belirlemek için bir kavram vardır - ses yoğunluğu. ses yoğunluğu uzayın bir alanından (örneğin cm2) birim zamanda (örneğin saniyede) geçen enerji akışı olarak tanımlanır. Normal bir konuşmada yoğunluk yaklaşık 9 veya 10 W/cm2'dir. İnsan kulağı, sesleri oldukça geniş bir hassasiyet aralığında algılayabilirken, frekansların duyarlılığı ses spektrumunda tek tip değildir. Dolayısıyla en iyi algılanan frekans aralığı, insan konuşmasını en geniş şekilde kapsayan 1000 Hz - 4000 Hz'dir.

Seslerin yoğunluğu çok değişken olduğundan, bunu logaritmik bir değer olarak düşünmek ve desibel cinsinden ölçmek (İskoç bilim adamı Alexander Graham Bell'den sonra) daha uygundur. İnsan kulağının işitme duyarlılığının alt eşiği 0 dB, üst eşiği 120 dB'dir, buna "ağrı eşiği" de denir. üst sınır Duyarlılık da insan kulağı tarafından algılananla aynı olmayıp belirli frekansa bağlıdır. Düşük frekanslı seslerin bir ağrı eşiği ortaya çıkarması için yüksek frekanslardan çok daha fazla yoğunluğa sahip olması gerekir. Örneğin, 31.5 Hz'lik düşük bir frekanstaki ağrı eşiği, 2000 Hz'lik bir frekansta ağrı hissi zaten 112 dB'de göründüğünde, 135 dB'lik bir ses yoğunluğu seviyesinde gerçekleşir. Ayrıca, bir ses dalgasının havada yayılmasına ilişkin olağan açıklamayı genişleten ses basıncı kavramı da vardır. Ses basıncı- bu, içinden bir ses dalgasının geçmesinin bir sonucu olarak elastik bir ortamda oluşan değişken bir aşırı basınçtır.

Sesin dalga doğası

Ses dalgası üretim sistemini daha iyi anlamak için, havayla dolu bir tüpün içine yerleştirilmiş klasik bir hoparlör hayal edin. Hoparlör ileri doğru keskin bir hareket yaparsa, difüzörün hemen yakınındaki hava bir an için sıkıştırılır. Bundan sonra hava genleşecek ve böylece basınçlı hava bölgesini boru boyunca itecektir.
İşitme organına ulaştığında ve "heyecanlandırdığında" daha sonra ses çıkaracak olan bu dalga hareketidir. kulak zarı. Bir gazda ses dalgası oluştuğunda, aşırı basınç ve yoğunluk oluşur ve parçacıklar sabit bir hızla hareket eder. Ses dalgaları hakkında, maddenin ses dalgasıyla birlikte hareket etmediğini, sadece hava kütlelerinde geçici bir bozulma meydana geldiğini hatırlamak önemlidir.

Bir yay üzerinde boş alanda asılı duran ve "ileri ve geri" tekrarlanan hareketler yapan bir piston hayal edersek, bu tür salınımlara harmonik veya sinüzoidal denir (dalgayı bir grafik şeklinde temsil edersek, o zaman bu durumda elde ederiz tekrarlanan iniş ve çıkışlarla saf bir sinüs dalgası). Bir borudaki bir hoparlörü (yukarıda açıklanan örnekte olduğu gibi), harmonik salınımlar gerçekleştirdiğini hayal edersek, o zaman hoparlör "ileri" hareket ettiği anda, hava sıkıştırmanın zaten bilinen etkisi elde edilir ve hoparlör "geri" hareket ettiğinde ters etki vakum. Bu durumda, değişen sıkıştırma ve seyreltme dalgası boru boyunca yayılacaktır. Bitişik maksimum veya minimum (fazlar) arasındaki boru boyunca mesafe çağrılacaktır. dalga boyu. Parçacıklar dalga yayılma yönüne paralel salınıyorsa, o zaman dalga denir boyuna. Yayılma yönüne dik salınıyorlarsa, dalga denir enine. Genellikle gazlarda ve sıvılarda ses dalgaları boyunadır, katılarda ise her iki türden dalgalar oluşabilir. Katılarda enine dalgalar, şekil değişikliğine karşı direnç nedeniyle ortaya çıkar. Bu iki dalga türü arasındaki temel fark, enine bir dalganın polarizasyon özelliğine sahip olmasıdır (salınımlar belirli bir düzlemde meydana gelir), uzunlamasına bir dalga ise yoktur.

ses hızı

Sesin hızı doğrudan yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Ortamın iki özelliği tarafından belirlenir (bağımlıdır): malzemenin esnekliği ve yoğunluğu. Sesin katılardaki hızı sırasıyla doğrudan malzemenin türüne ve özelliklerine bağlıdır. Gaz halindeki ortamdaki hız, yalnızca bir tür ortam deformasyonuna bağlıdır: sıkıştırma-seyreltme. Bir ses dalgasındaki basınç değişikliği, çevredeki parçacıklarla ısı alışverişi olmadan gerçekleşir ve adyabatik olarak adlandırılır.
Bir gazdaki sesin hızı esas olarak sıcaklığa bağlıdır - artan sıcaklıkla artar ve azaldıkça azalır. Ayrıca, gazlı bir ortamdaki sesin hızı, gaz moleküllerinin boyutuna ve kütlesine bağlıdır - parçacıkların kütlesi ve boyutu ne kadar küçükse, sırasıyla dalganın "iletkenliği" ve hızı o kadar yüksektir.

Sıvı ve katı ortamlarda, yayılma ilkesi ve sesin hızı, bir dalganın havada yayılmasına benzer: sıkıştırma-deşarj yoluyla. Ancak bu ortamlarda, sıcaklığa olan aynı bağımlılığın yanı sıra, ortamın yoğunluğu ve bileşimi/yapısı da oldukça önemlidir. Nasıl daha az yoğunluk madde, sesin hızı ne kadar hızlıysa ve bunun tersi de geçerlidir. Ortamın bileşimine bağımlılık daha karmaşıktır ve moleküllerin/atomların konumu ve etkileşimi dikkate alınarak her özel durumda belirlenir.

Sesin havadaki hızı t, °C 20: 343 m/s
Damıtılmış suda t'de ses hızı, °C 20: 1481 m/s
t'de çelikte ses hızı, °C 20: 5000 m/s

Duran dalgalar ve girişim

Bir hoparlör kapalı bir alanda ses dalgaları oluşturduğunda, dalga yansımasının sınırlardan etkisi kaçınılmaz olarak ortaya çıkar. Sonuç olarak, çoğu zaman girişim etkisi- iki veya daha fazla ses dalgası üst üste geldiğinde. Girişim fenomeninin özel durumları aşağıdakilerin oluşumudur: 1) Akan dalgalar veya 2) Duran dalgalar. dalgaların ritmi- bu, yakın frekanslara ve genliklere sahip dalgaların eklenmesi söz konusu olduğunda geçerlidir. Vuruşların ortaya çıkma şekli: frekansta benzer iki dalga birbiri üzerine bindirildiğinde. Zamanın bir noktasında, böyle bir örtüşmeyle, genlik tepe noktaları "fazda" çakışabilir ve ayrıca "antifaz"daki durgunluklar da çakışabilir. Ses vuruşları bu şekilde karakterize edilir. Duran dalgaların aksine, tepe noktalarının faz çakışmalarının sürekli değil, belirli zaman aralıklarında meydana geldiğini hatırlamak önemlidir. Kulakta, böyle bir atım modeli oldukça net bir şekilde farklılık gösterir ve sırasıyla ses seviyesinde periyodik bir artış ve azalma olarak duyulur. Bu etkinin oluşum mekanizması son derece basittir: zirvelerin çakıştığı anda hacim artar, durgunlukların çakıştığı anda hacim azalır.

duran dalgalar Aynı genlik, faz ve frekansa sahip iki dalganın üst üste binmesi durumunda, bu tür dalgalar "karşılaştığında" biri ileri yönde, diğeri ters yönde hareket ettiğinde ortaya çıkar. Uzay alanında (duran bir dalganın oluştuğu yerde), alternatif maksimumlar (sözde antinodlar) ve minimumlar (sözde düğümler) ile iki frekans genliğinin üst üste binme resmi ortaya çıkar. Bu olay meydana geldiğinde, yansıma yerindeki dalganın frekansı, fazı ve zayıflama katsayısı son derece önemlidir. Duran dalgada, ilerleyen dalgalardan farklı olarak, bu dalgayı oluşturan ileri ve geri dalgaların ileri ve zıt yönlerde eşit miktarda enerji taşıması nedeniyle enerji aktarımı yoktur. Duran bir dalganın oluşumunu görsel olarak anlamak için ev akustiğinden bir örnek düşünelim. Diyelim ki sınırlı bir alanda (oda) ayaklı hoparlörlerimiz var. Onlara bir şarkı çaldırarak büyük miktar bas, dinleyicinin odadaki yerini değiştirmeye çalışalım. Böylece, duran dalganın minimum (çıkarma) bölgesine giren dinleyici, basın çok küçük hale geldiği etkisini hissedecektir ve eğer dinleyici maksimum (toplama) frekans bölgesine girerse, o zaman tam tersi bas bölgesinde belirgin bir artış etkisi elde edilir. Bu durumda etki baz frekansın tüm oktavlarında görülür. Örneğin, temel frekans 440 Hz ise, 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz vb. Frekanslarda da "toplama" veya "çıkarma" olgusu gözlemlenecektir.

rezonans fenomeni

Çoğu katının kendi rezonans frekansı vardır. Bu etkiyi anlamak, yalnızca bir ucu açık olan geleneksel bir boru örneğinde oldukça basittir. Borunun diğer ucundan bir hoparlörün bağlandığı, sabit bir frekansı çalabilen, daha sonra da değiştirilebilen bir durum hayal edelim. Şimdi, bir borunun kendi rezonans frekansı vardır, basit bir ifadeyle bu, borunun "rezonansa girdiği" veya kendi sesini çıkardığı frekanstır. Hoparlörün frekansı (ayarlama sonucunda) borunun rezonans frekansı ile çakışırsa, ses seviyesini birkaç kez artırma etkisi olacaktır. Bunun nedeni, hoparlörün borudaki hava sütununun titreşimlerini aynı "rezonans frekansı" bulunana ve toplama etkisi oluşana kadar önemli bir genlikle uyarmasıdır. Ortaya çıkan fenomen şu şekilde tarif edilebilir: Bu örnekteki boru, belirli bir frekansta rezonansa girerek konuşmacıya "yardımcı olur", çabaları toplanır ve işitilebilir bir yüksek sesle "dökülür". Çoğunluğun tasarımı rezonatör adı verilen unsurlar içerdiğinden, müzik aletleri örneğinde bu fenomen kolayca izlenebilir. Belirli bir frekansı veya müzik tonunu yükseltme amacına neyin hizmet ettiğini tahmin etmek zor değil. Örneğin: ses ile uyumlu, delik şeklinde bir rezonatöre sahip bir gitar gövdesi; Yivdeki borunun tasarımı (ve genel olarak tüm borular); Kendisi belirli bir frekansın rezonatörü olan tambur gövdesinin silindirik şekli.

Sesin frekans spektrumu ve frekans tepkisi

Pratikte aynı frekansta neredeyse hiç dalga olmadığından, işitilebilir aralığın tüm ses spektrumunu armonilere veya harmoniklere ayrıştırmak gerekli hale gelir. Bu amaçlar için, ses titreşimlerinin bağıl enerjisinin frekansa bağımlılığını gösteren grafikler vardır. Böyle bir grafiğe ses frekansı spektrum grafiği denir. Sesin frekans spektrumu Ayrık ve sürekli olmak üzere iki türü vardır. Ayrık spektrum grafiği, frekansları boşluklarla ayrılmış olarak ayrı ayrı görüntüler. Sürekli spektrumda, tüm ses frekansları aynı anda mevcuttur.
Müzik veya akustik söz konusu olduğunda, genellikle olağan program kullanılır. Tepeden Frekansa Özellikleri("AFC" olarak kısaltılır). Bu grafik, tüm frekans spektrumu (20 Hz - 20 kHz) boyunca ses titreşimlerinin genliğinin frekansa bağımlılığını gösterir. Böyle bir grafiğe bakıldığında, örneğin belirli bir hoparlörün veya bir bütün olarak hoparlör sisteminin güçlü veya zayıf yanlarını, enerji geri dönüşünün en güçlü alanlarını, frekans düşüşlerini ve artışlarını, zayıflamayı ve bunun yanı sıra izini sürmek kolaydır. düşüşün sertliği.

Ses dalgalarının yayılması, faz ve antifaz

Ses dalgalarının yayılma süreci, kaynaktan her yöne doğru gerçekleşir. En basit örnek Bu fenomeni anlamak için: suya atılan bir çakıl taşı.
Taşın düştüğü yerden dalgalar su yüzeyinde her yöne doğru ayrılmaya başlar. Bununla birlikte, belirli bir ses seviyesinde bir hoparlör kullanan bir durumu hayal edelim, diyelim ki bir amplifikatöre bağlı ve bir tür müzik sinyali çalan kapalı bir kutu. Hoparlörün hızlı bir "ileri" hareketini ve ardından aynı hızlı hareketi "geri" yaptığını fark etmek kolaydır (özellikle bir bas davul gibi güçlü bir düşük frekanslı sinyal verirseniz). Konuşmacı ileri doğru hareket ettiğinde daha sonra duyduğumuz bir ses dalgası yaydığı anlaşılmaya devam ediyor. Ancak hoparlör geriye doğru hareket ettiğinde ne olur? Ancak paradoksal olarak aynı şey olur, konuşmacı aynı sesi çıkarır, ancak örneğimizde tamamen kutunun hacmi içinde, ötesine geçmeden yayılır (kutu kapalıdır). Genel olarak, yukarıdaki örnekte, en önemlisi faz kavramı olan oldukça fazla sayıda ilginç fiziksel fenomen gözlemlenebilir.

Hoparlörün ses seviyesinde dinleyiciye doğru yaydığı ses dalgası "fazdadır". Kutunun hacmine giren ters dalga buna uygun olarak antifaz olacaktır. Sadece bu kavramların ne anlama geldiğini anlamak için kalır? Sinyal fazı- bu, uzayda bir noktada şu anki ses basıncı seviyesidir. Aşama, en kolay şekilde, müzik malzemesinin geleneksel bir stereo yerde duran ev hoparlörü çifti tarafından çalınması örneğiyle anlaşılır. Belirli bir odaya bu tür iki ayaklı hoparlörün kurulduğunu ve çaldığını düşünelim. Bu durumda her iki hoparlör de senkronize bir değişken ses basıncı sinyali üretir, ayrıca bir hoparlörün ses basıncı diğer hoparlörün ses basıncına eklenir. Benzer bir etki, sırasıyla sol ve sağ hoparlörlerin sinyal çoğaltmasının senkronizasyonundan kaynaklanır, başka bir deyişle, sol ve sağ hoparlörler tarafından yayılan dalgaların tepe noktaları ve çukurları çakışır.

Şimdi ses basınçlarının hala aynı şekilde değiştiğini (değişmemiş) ama artık birbirinin zıttı olduğunu düşünelim. Bu, iki hoparlörden birini ters polaritede ("+" kablosuyla amplifikatörden hoparlör sisteminin "-" terminaline ve "-" kablosunu amplifikatörden hoparlörün "+" terminaline bağlarsanız olabilir) sistem). Bu durumda, yönün tersi olan sinyal, aşağıdaki şekilde sayılarla gösterilebilen bir basınç farkına neden olacaktır: sol hoparlör "1 Pa" basınç oluşturacak ve sağ hoparlör "eksi 1 Pa" basınç oluşturacaktır. ". Sonuç olarak, dinleyicinin konumundaki toplam ses seviyesi sıfıra eşit olacaktır. Bu fenomene antifaz denir. Örneği anlamak için daha ayrıntılı olarak ele alırsak, "fazda" oynayan iki dinamiğin, aslında birbirine yardımcı olan aynı hava sıkıştırma ve seyreltme alanlarını yarattığı ortaya çıkar. İdealleştirilmiş bir antifaz durumunda, bir konuşmacı tarafından oluşturulan hava alanı sıkıştırma alanına, ikinci konuşmacı tarafından oluşturulan bir hava alanı seyreltme alanı eşlik edecektir. Yaklaşık olarak dalgaların karşılıklı senkronize sönümlenmesi olgusuna benziyor. Doğru, pratikte ses sıfıra düşmez ve çok bozuk ve zayıflamış bir ses duyarız.

En erişilebilir şekilde, bu fenomen şu şekilde açıklanabilir: aynı salınımlara (frekansa) sahip, ancak zaman içinde kaydırılmış iki sinyal. Bunun ışığında, bu yer değiştirme olaylarını sıradan yuvarlak saatler örneğini kullanarak temsil etmek daha uygundur. Duvarda birbirinin aynı birkaç yuvarlak saatin asılı olduğunu düşünelim. Bu saatlerin saniye ibresi, bir saatte 30 saniye ve diğerinde 30 saniye senkronize olarak çalıştığında, bu, fazda olan bir sinyal örneğidir. Saniye ibreleri bir kayma ile çalışıyorsa, ancak hız hala aynıysa, örneğin bir saatte 30 saniye ve diğerinde 24 saniye, o zaman bu, bir faz kaymasının (kaymasının) klasik bir örneğidir. Aynı şekilde faz, sanal bir daire içinde derece cinsinden ölçülür. Bu durumda sinyaller birbirine göre 180 derece (periyodun yarısı) kaydırıldığında klasik bir antifaz elde edilir. Genellikle pratikte, derece olarak da belirlenebilen ve başarıyla ortadan kaldırılabilen küçük faz kaymaları vardır.

Dalgalar düz ve küreseldir. Düz bir dalga cephesi yalnızca bir yönde yayılır ve pratikte nadiren karşılaşılır. Küresel bir dalga cephesi, tek bir noktadan yayılan ve her yöne yayılan basit bir dalga türüdür. Ses dalgalarının özelliği var kırınım, yani engellerden ve nesnelerden kaçınma yeteneği. Zarfın derecesi, ses dalgası uzunluğunun engelin veya deliğin boyutlarına oranına bağlıdır. Ses yolunda bir engel olduğunda da kırınım meydana gelir. Bu durumda iki senaryo mümkündür: 1) Engelin boyutları dalga boyundan çok daha büyükse, ses yansıtılır veya emilir (malzemenin emme derecesine, engelin kalınlığına vb. bağlı olarak). ) ve engelin arkasında bir "akustik gölge" bölgesi oluşur. 2) Engelin boyutları dalga boyu ile karşılaştırılabilir veya hatta ondan daha küçükse, ses bir dereceye kadar tüm yönlerde kırılır. Bir ortamda hareket eden bir ses dalgası, başka bir ortamla (örneğin, katı ortamlı bir hava ortamı) arayüze çarparsa, o zaman üç senaryo ortaya çıkabilir: 1) dalga arayüzden yansıtılacaktır 2) dalga yön değiştirmeden başka bir ortama geçebilir 3) Bir dalga, sınırda yön değiştirerek başka bir ortama geçebilir, buna "dalga kırılması" denir.

davranış aşırı basınç ses dalgasının salınımlı hacimsel hızına dalga empedansı denir. Basit bir deyişle, ortamın dalga direnci ses dalgalarını emme veya onlara "direnme" yeteneği olarak adlandırılabilir. Yansıma ve iletim katsayıları doğrudan iki ortamın dalga empedanslarının oranına bağlıdır. Bir gaz ortamındaki dalga direnci, su veya katı maddelerden çok daha düşüktür. Bu nedenle, havadaki bir ses dalgası katı bir nesneye veya bir yüzeye düşerse derin su, o zaman ses ya yüzeyden yansıtılır ya da büyük ölçüde emilir. İstenen ses dalgasının üzerine düştüğü yüzeyin (su veya katı) kalınlığına bağlıdır. Düşük bir katı veya sıvı ortam kalınlığı ile, ses dalgaları neredeyse tamamen "geçer" ve bunun tersi, büyük bir ortam kalınlığı ile dalgalar daha sık yansıtılır. Ses dalgalarının yansıması durumunda, bu süreç iyi bilinen bir fizik yasasına göre gerçekleşir: "Geliş açısı açıya eşit yansıma". Bu durumda, daha düşük yoğunluğa sahip bir ortamdan gelen bir dalga, daha yüksek yoğunluklu bir ortamın sınırına çarptığında, fenomen refraksiyon. Bir engelle "karşılaştıktan" sonra bir ses dalgasını bükmekten (kırmaktan) oluşur ve buna mutlaka hızdaki bir değişiklik eşlik eder. Kırılma ayrıca yansımanın meydana geldiği ortamın sıcaklığına da bağlıdır.

Ses dalgalarının uzayda yayılma sürecinde ister istemez yoğunlukları azalır, dalgaların zayıflaması ve sesin zayıflaması diyebiliriz. Uygulamada, böyle bir etkiyle karşılaşmak oldukça basittir: örneğin, iki kişi bir tarlada yakın bir mesafede (bir metre veya daha yakın) durup birbirleriyle konuşmaya başlarsa. Daha sonra insanlar arasındaki mesafeyi artırırsanız (birbirlerinden uzaklaşmaya başlarlarsa), aynı düzeydeki konuşma sesi giderek daha az duyulabilir hale gelir. Benzer bir örnek, ses dalgalarının yoğunluğunun azaltılması olgusunu açıkça göstermektedir. Bu neden oluyor? Bunun nedeni, çeşitli ısı transferi süreçleri, moleküler etkileşim ve ses dalgalarının iç sürtünmesidir. Çoğu zaman pratikte, ses enerjisinin termal enerjiye dönüşümü gerçekleşir. Bu tür işlemler kaçınılmaz olarak 3 ses yayma ortamından herhangi birinde ortaya çıkar ve şu şekilde karakterize edilebilir: ses dalgalarının soğurulması.

Ses dalgalarının yoğunluğu ve absorpsiyon derecesi, ortamın basıncı ve sıcaklığı gibi birçok faktöre bağlıdır. Ayrıca absorpsiyon, sesin belirli frekansına bağlıdır. Bir ses dalgası sıvılarda veya gazlarda yayıldığında, farklı parçacıklar arasında viskozite adı verilen sürtünme etkisi vardır. Moleküler seviyedeki bu sürtünme sonucunda dalganın sesten ısıl hale dönüşme süreci gerçekleşir. Başka bir deyişle, ortamın termal iletkenliği ne kadar yüksekse, dalga soğurma derecesi o kadar düşük olur. Gaz halindeki ortamlarda ses emilimi de basınca bağlıdır (deniz seviyesine göre rakım arttıkça atmosferik basınç değişir). Absorpsiyon derecesinin ses frekansına bağımlılığına gelince, yukarıdaki viskozite ve termal iletkenlik bağımlılıkları dikkate alındığında, ses emilimi ne kadar yüksekse, frekansı o kadar yüksektir. Örneğin normal sıcaklık ve basınçta havada 5000 Hz frekanslı bir dalganın soğurulması 3 dB/km iken, 50.000 Hz frekanslı bir dalganın soğurulması zaten 300 dB/m olacaktır.

Katı ortamda, yukarıdaki tüm bağımlılıklar (ısıl iletkenlik ve viskozite) korunur, ancak buna birkaç koşul daha eklenir. Kendi homojensizlikleri ile farklı olabilen katı malzemelerin moleküler yapısı ile ilişkilidirler. Bu iç katı moleküler yapıya bağlı olarak, bu durumda ses dalgalarının soğurulması farklı olabilir ve belirli bir malzemenin türüne bağlıdır. Ses katı bir cisimden geçtiğinde, dalga, çoğunlukla ses enerjisinin saçılmasına ve emilmesine yol açan bir dizi dönüşüm ve bozulmaya maruz kalır. Moleküler düzeyde, dislokasyonların etkisi, bir ses dalgası atomik düzlemlerin yer değiştirmesine neden olduğunda ve daha sonra orijinal konumlarına geri döndüğünde ortaya çıkabilir. Veya dislokasyonların hareketi, onlara dik dislokasyonlarla çarpışmaya veya kristal yapıdaki kusurlara yol açarak yavaşlamalarına ve sonuç olarak ses dalgasının bir miktar emilmesine neden olur. Bununla birlikte, ses dalgası da bu kusurlarla rezonansa girebilir ve bu da orijinal dalganın bozulmasına neden olur. Malzemenin moleküler yapısının elemanları ile etkileşim anında bir ses dalgasının enerjisi, iç sürtünme işlemlerinin bir sonucu olarak dağılır.

İçinde insanın işitsel algısının özelliklerini ve ses yayılımının bazı inceliklerini ve özelliklerini analiz etmeye çalışacağım.

Proje konusuyla ilgili bir dizi bilimsel kitap ve makaleyi inceledikten sonra sesin ne olduğunu, özelliklerini ve özelliklerini öğrendik. Ses, duyduğumuz şeydir: Bir kemanın nazik melodisi, rahatsız edici bir zil sesi, bir şelalenin uğultusu, bir kişinin söylediği sözler, gök gürültüsü, depremler.

Fizik açısından, fiziksel bir fenomen olarak ses, işitilebilir frekanslar aralığında elastik bir ortamın (hava, sıvı ve katı) mekanik titreşimidir. İnsan kulağı, frekansı 16 ila 20.000 Hertz (Hz) olan titreşimleri algılar. Havada yayılan ses dalgalarına hava sesi denir. Katılarda yayılan ses frekanslarının salınımlarına yapısal ses veya ses titreşimi denir. Frekansı 16 Hz'den az olan dalgalara infrasound, 20 kHz'den yüksek frekanslar - ultrason denir.

Titreşen bir cismin her zaman ses kaynağı olduğunu öğrendik. Bu gövde, elastik uzunlamasına dalgaların yayılmaya başladığı çevredeki havayı hareket ettirir. Bu dalgalar kulağa ulaştığında kulak zarının titreşmesine neden olur ve biz sesi algılarız. Etkisi kulakta ses hissine neden olan mekanik dalgalara ses dalgaları denir. Ay'da canlılar olsaydı, duymaya ihtiyaçları olmazdı: Ay'da atmosfer yoktur ve havasız uzayda titreşecek hiçbir şey yoktur, ses yoktur.

Ses dalgalarının kökenini, yayılmasını ve özelliklerini inceleyen fizik dalına akustik denir. Akustik tam bir bilim olmaktan uzaktır.

Ansiklopedik yayınları inceledikten sonra, projenin yazarları, insan işitmesinin gizemine ilişkin açıklamalarını hala beklediklerini gördüler. İtalyan ustalar Amati, Stradivari ve Guarneri tarafından XVII-XVIII yüzyıllarda yapılan kemanların sırları şimdiye kadar açıklanmadı. Neden bu kadar çekici geliyorlar? Neden kemanın gövdesinin şeklini biraz değiştirerek sesini biraz artırabilirsiniz? Neden bir odada orkestranın çalışı sesi ve güzelliği ile büyülüyor da diğerinde aynı ses gölgeleri kayboluyor? Akustikte hala birçok önemli, çözülmemiş ve hatta gizemli problem var.

Bilim, balıkların hiç de dilsiz veya sağır olmadığını, ayrıca suda meydana gelen titreşimleri algıladıkları için ses çıkardıklarını ve duyduklarını kanıtladı. İnsanlar onları yalnızca özel cihazların yardımıyla "duymayı" başarırlar.

Titreşimler ayrıca katılarda ortaya çıkar ve yayılır. Depremler sadece oluştukları yerde değil, onlarca, yüzlerce hatta binlerce kilometre ötede hissedilir.

Ses dalgaları, ortam içinde değişken sıkıştırma ve seyrelme bölgeleri yaratır ve buna karşılık gelen bir basınç değişikliği?p, bozulmamış ortam p0'daki basınca kıyasla.

Basıncın ±?p değişken bileşenine akustik basınç denir ve bir kişinin ses algısını belirler.

Ses duyumunun oluşması için, dalgaların duyma eşiği denilen belirli bir minimum yoğunluğa sahip olması gerekir. için farklı farklı insanlar ve büyük ölçüde sesin frekansına bağlıdır. İnsan kulağı en çok 1000 ile 6000 Hz arasındaki frekanslara duyarlıdır.

Bu nedenle, ses hissine neden olmak için üç koşulun karşılanması gerekir: 1) salınım kaynağı, frekansı belirli bir (ses) frekans aralığında değişecek şekilde olmalıdır; 2) ortam elastik olmalıdır; 3) ses dalgasının gücü, sesin duyumsanmasına neden olmak için yeterli olmalıdır.

Ses dalgaları ortama bağlı olarak değişen bir hızla yayılır. Şimşek çakmasının her zaman gök gürültüsünden önce geldiği bilinmektedir. Fırtına çok uzaktaysa, gök gürültüsü gecikmesi birkaç on saniyeye ulaşabilir.

Projenin teorik kısmı üzerinde çalışırken Fransız bilim adamı Laplace'ın 1822'de sesin hızını doğru bir şekilde hesapladığını öğrendik. Paris yakınlarında bir deney kuruldu. Tanınmış bilim adamları buna katıldı - Gay-Lussac, Arago, Humboldt ve diğerleri Artan sıcaklıkla ses hızının arttığı doğrulandı. Kuru havada 0°C'de 331,5 m/s, 20°C'de - 344 m/s'dir. Ve alüminyum ve çelikte - yaklaşık 5000 m / s. Örneğin, çanlar aynı frekansta ses dalgaları yayarlar, ancak daha hızlı yayıldığı ortamda dalga boyu daha uzundur.

Daha kesin olmak gerekirse, 0 ° C'de ses hızı 330 m / s, suda 8 ° C'de 1435 m / s, çelikte - 5000 m / s'dir. Örneğin hareket halindeki bir trenin sesi raylarda havadan çok daha hızlı hareket eder, bu nedenle kulağınızı raylara dayayarak trenin yaklaştığını çok daha erken algılayabilirsiniz.

Ses, yolunda herhangi bir engel yoksa, sondaj gövdesinden her yöne eşit olarak yayılır. Ancak her engel yayılmasını sınırlayamaz. Ses, örneğin küçük bir karton levhayla, bir ışık demetinden korunamaz. Ses dalgaları, herhangi bir dalga gibi, engellerin etrafından dolaşabilir, boyutları dalga boyundan küçükse onları "fark etmez". Havada duyulan ses dalgalarının uzunluğu 15 m ile 0,015 m arasında değişir Yollarındaki engeller daha küçükse (örneğin, hafif ormanlardaki ağaç gövdeleri), dalgalar basitçe etraflarından geçer. Büyük bir engel (duvar, ev, kaya), ses dalgalarını ışık dalgalarıyla aynı yasaya göre yansıtır: geliş açısı yansıma açısına eşittir. Bir yankı bu şekilde oluşur. Hem dağlarda hem de ormanlarla çevrili ovalarda duyulabilir ve dağlarda yankı bulmak çok daha zordur.

Ses, onları titrettiği için ince duvarlardan duyulur ve sesi zaten başka bir odada yeniden üretiyor gibi görünürler, bu nedenle biraz bozulur. İyi ses yalıtım malzemeleri - yün, yumuşacık halılar, köpük betondan veya gözenekli kuru sıvadan yapılmış duvarlar - sadece hava ile katı bir gövde arasında birçok ara yüze sahip olmaları bakımından farklılık gösterir. Bu yüzeylerin her birinden geçen ses tekrar tekrar yansır. Ancak ek olarak, sesin yayıldığı ortam onu ​​emer. Aynı ses, temiz havada, hava ve su damlacıkları arasındaki arayüz tarafından emildiği siste olduğundan daha iyi ve daha uzak duyulur.

Farklı frekanslardaki ses dalgaları havada farklı şekilde emilir. Daha güçlü - yüksek sesler, daha az - bas gibi düşük. Bu nedenle geminin düdüğü bu kadar düşük bir ses çıkarır (kural olarak frekansı 50 Hz'den fazla değildir): çok uzaklardan düşük bir ses duyulur. İnfrasesler, özellikle suda daha da az emilir: balıklar onları onlarca ve yüzlerce kilometre öteden duyar. Ancak ultrason çok hızlı emilir: 1 MHz frekanslı ultrason, havada 2 cm mesafede yarı yarıya zayıflatılır.

Fiziksel olarak sesin perdesini, tınısını, hacmini ayırt edebiliyoruz.

Bir sesin ayırt edilebilir ilk niteliği, yüksekliğidir. Farklı insanlar için aynı ses yüksek ve sessiz görünebilir. Ancak aynı kişiye, ses dalgasının salınımlarının genliğinin daha büyük olduğu bu sesler daha yüksek görünür. Bir sesin hacmindeki herhangi bir değişiklik, titreşimlerin genliğindeki bir değişiklikten kaynaklanır.

Bir sesin ikinci kalitesi perdesidir. Kesin olarak tanımlanmış bir titreşim frekansına karşılık gelen bir sese ton denir. Ses tonu kavramı, Galileo Galilei tarafından akustiğe tanıtıldı. Bir sesin tonu, ses dalgasındaki basıncın değişme sıklığı ile belirlenir. Sesin frekansı ne kadar yüksek olursa, ton da o kadar yüksek olur. Diyapazon adı verilen bir cihaz kullanarak çeşitli tonlarda sesler elde edebilirsiniz.

Diyapazonun bacaklarından birine çekiçle vurarak belirli bir tonun sesini duyabilirsiniz. Çeşitli boyutlardaki ayar çatalları, çeşitli tonlardaki sesleri üretir. Ses dalgaları, diyapazonların titreşen ayakları tarafından heyecanlanır.

Titreşen cisimler aynı anda tek bir ses çıkarsaydı, bir kişinin sesini diğerinin sesinden ayırt edemezdik ve tüm müzik aletleri bize aynı sesi verirdi. Titreşen herhangi bir vücut aynı anda birkaç tonda ve aynı zamanda çeşitli güçlerde sesler üretir. Bunların en küçüğüne temel ton denir; Daha yüksek tonlar ana - armonilere eşlik ediyor. Ortak bir seste, ana ton ve armoniler sesin tınısını oluşturur. Her müzik aletinin, her insan sesinin kendi tınısı, kendi ses "rengi" vardır. Bir tını, armonilerin sayısı ve gücü bakımından diğerinden farklıdır. Temel tonun sesinde ne kadar çok olursa, sesin tınısı o kadar hoş olur.

makalenin içeriği

SES VE AKUSTİK. Ses titreşimdir, yani elastik ortamda periyodik mekanik tedirginlik - gaz, sıvı ve katı. Ortamdaki bazı fiziksel değişiklikler (örneğin, yoğunluk veya basınçtaki bir değişiklik, parçacıkların yer değiştirmesi) olan böyle bir pertürbasyon, ortam içinde bir ses dalgası şeklinde yayılır. Ses dalgalarının kaynağı, yayılması, alınması ve işlenmesi ile ilgilenen fizik alanına akustik denir. Bir ses, frekansı insan kulağının hassasiyetinin ötesindeyse veya katı gibi kulakla doğrudan teması olmayan bir ortamda yayılıyorsa veya enerjisi ortamda hızla dağılıyorsa duyulmayabilir. Bu nedenle, bizim için olağan ses algılama süreci, akustiğin yalnızca bir yönüdür.

SES DALGALARI

Hava ile dolu uzun bir boru düşünün. Sol uçtan, içine duvarlara sıkıca tutturulmuş bir piston sokulur (Şek. 1). Piston keskin bir şekilde sağa hareket ettirilir ve durdurulursa, hemen çevresindeki hava bir an için sıkıştırılacaktır (Şekil 1, A). Daha sonra basınçlı hava genişleyerek sağdaki bitişik havayı itecek ve başlangıçta pistonun yanında görünen sıkıştırma alanı boru boyunca sabit bir hızla hareket edecektir (Şekil 1, B). Bu sıkıştırma dalgası, gazdaki ses dalgasıdır.

Bir gazdaki ses dalgası, aşırı basınç, aşırı yoğunluk, parçacıkların yer değiştirmesi ve hızları ile karakterize edilir. Ses dalgaları için denge değerlerinden bu sapmalar her zaman küçüktür. Böylece, dalgayla ilişkili aşırı basınç, gazın statik basıncından çok daha azdır. Aksi takdirde, başka bir fenomenle - bir şok dalgasıyla - uğraşıyoruz. Sıradan konuşmaya karşılık gelen bir ses dalgasında, aşırı basınç atmosfer basıncının yalnızca milyonda biri kadardır.

Maddenin ses dalgası tarafından taşınmaması önemlidir. Bir dalga, havadan geçen yalnızca geçici bir pertürbasyondur ve bundan sonra hava bir denge durumuna döner.

Dalga hareketi elbette sese özgü değildir: ışık ve radyo sinyalleri dalgalar halinde hareket eder ve herkes su yüzeyindeki dalgalara aşinadır. Tüm dalga türleri, sözde dalga denklemi ile matematiksel olarak tanımlanır.

harmonik dalgalar.

Şekil l'deki borudaki dalga. 1 ses darbesi olarak adlandırılır. Piston, bir yaydan sarkan bir ağırlık gibi ileri geri titreştiğinde çok önemli bir dalga türü üretilir. Bu tür salınımlara basit harmonik veya sinüzoidal denir ve bu durumda uyarılan dalgaya harmonik denir.

Basit harmonik salınımlarla hareket periyodik olarak tekrarlanır. İki özdeş hareket durumu arasındaki zaman aralığına salınım periyodu denir ve saniyedeki tam periyot sayısına salınım frekansı denir. periyodu şu şekilde gösterelim T ve aracılığıyla frekans F; o zaman biri bunu yazabilir F= 1/T.Örneğin, frekans saniyede 50 periyot (50 Hz) ise, periyot saniyenin 1/50'sidir.

Matematiksel olarak basit harmonik salınımlar, basit bir fonksiyonla tanımlanır. Herhangi bir an için basit harmonik salınımlarla piston yer değiştirmesi Tşeklinde yazılabilir.

Burada D- pistonun denge konumundan yer değiştirmesi ve D miktarın maksimum değerine eşit olan sabit bir çarpandır. D ve yer değiştirme genliği olarak adlandırılır.

Pistonun harmonik salınım formülüne göre salınım yaptığını varsayalım. Daha sonra sağa hareket ettiğinde eskisi gibi sıkıştırma meydana gelir ve sola hareket ettiğinde basınç ve yoğunluk denge değerlerine göre azalır. Sıkıştırma değil, gazın seyrekleşmesi vardır. Bu durumda, sağ Şekil 1'de gösterildiği gibi yayılacaktır. 2, alternatif sıkıştırma ve seyreltme dalgası. Zamanın her anında, boru boyunca basınç dağılım eğrisi sinüzoidal bir şekle sahip olacak ve bu sinüzoidal ses hızıyla sağa doğru hareket edecektir. v. Boru boyunca aynı dalga fazları arasındaki mesafeye (örneğin bitişik maksimumlar arasında) dalga boyu denir. Genellikle Yunan harfi ile gösterilir. ben(lambada). dalga boyu ben dalganın zamanda kat ettiği mesafedir T. Bu yüzden ben = televizyon, veya v = lf.

Boyuna ve enine dalgalar.

Parçacıklar dalga yayılma yönüne paralel salınıyorsa, dalga uzunlamasına olarak adlandırılır. Yayılma yönüne dik olarak salınırlarsa, dalga enine olarak adlandırılır. Gazlarda ve sıvılarda ses dalgaları boyunadır. Katılarda, her iki türden dalgalar vardır. Sertliği (şekil değişikliğine karşı direnci) nedeniyle bir katıda enine bir dalga mümkündür.

Bu iki dalga türü arasındaki en önemli fark, kayma dalgasının şu özelliğe sahip olmasıdır: kutuplaşma(salınımlar belirli bir düzlemde meydana gelir), ancak uzunlamasına olan olmaz. Sesin kristaller aracılığıyla yansıması ve iletilmesi gibi bazı olaylarda, tıpkı ışık dalgalarında olduğu gibi, çoğu şey parçacıkların yer değiştirme yönüne bağlıdır.

Ses dalgalarının hızı.

Sesin hızı, dalganın yayıldığı ortamın bir özelliğidir. İki faktör tarafından belirlenir: malzemenin esnekliği ve yoğunluğu. Katıların elastik özellikleri deformasyon tipine bağlıdır. Bu nedenle, bir metal çubuğun burulma, basma ve eğilme sırasındaki elastik özellikleri aynı değildir. Ve karşılık gelen dalga salınımları farklı hızlarda yayılır.

Elastik bir ortam, burulma, sıkıştırma veya bükülme gibi deformasyonun, deformasyona neden olan kuvvetle orantılı olduğu ortamdır. Bu tür malzemeler Hooke yasasına tabidir:

Gerilim = Cґ Bağıl deformasyon,

Nerede İLE malzemeye ve deformasyon tipine bağlı olarak esneklik modülüdür.

ses hızı v belirli bir elastik deformasyon türü için şu ifade ile verilir:

Nerede R malzemenin yoğunluğudur (birim hacim başına kütle).

Katı bir çubukta sesin hızı.

Uzun bir çubuk, ucuna uygulanan kuvvetle gerilebilir veya sıkıştırılabilir. Çubuğun uzunluğu şöyle olsun L uygulanan çekme kuvveti F ve uzunluktaki artış D'dir L. D değeri L/L bağıl deformasyon diyeceğiz ve çubuğun enine kesitinin birim alanı başına kuvvete stres adı verilecek. Yani voltaj F/A, Nerede A -çubuğun kesit alanı. Böyle bir çubuğa uygulandığı şekliyle, Hooke yasası şu şekildedir:

Nerede Y Young modülüdür, yani çubuğun malzemesini karakterize eden, çekme veya sıkıştırma için çubuğun elastisite modülü. Young modülü, kauçuk gibi kolayca gerilebilir malzemeler için düşük ve çelik gibi sert malzemeler için yüksektir.

Şimdi çubuğun ucuna bir çekiçle vurarak içinde bir sıkıştırma dalgası uyandırırsak, o zaman bir hızla yayılacaktır, burada R, daha önce olduğu gibi, çubuğun yapıldığı malzemenin yoğunluğudur. Bazı tipik malzemeler için dalga hızlarının değerleri Tablo'da verilmiştir. 1.

Tablo 1. KATI MALZEMELERDE FARKLI DALGA TİPLERİ İÇİN SES HIZI
Malzeme	Genişletilmiş katı numunelerde boyuna dalgalar (m/s)	Kayma ve burulma dalgaları (m/s)	Çubuklardaki sıkıştırma dalgaları (m/s)
Alüminyum
Pirinç
Yol göstermek
Ütü
Gümüş
Paslanmaz çelik
çakmaktaşı
Taç camı
pleksiglas
polietilen
polistiren

Çubukta dikkate alınan dalga bir sıkıştırma dalgasıdır. Ancak, çubuğun yanal yüzeyinin hareketi sıkıştırma ile ilişkili olduğundan, kesinlikle uzunlamasına olarak kabul edilemez (Şekil 3, A).

Çubukta başka iki tür dalga da mümkündür - bir bükülme dalgası (Şekil 3, B) ve bir burulma dalgası (Şekil 3, V). Bükülme deformasyonları, ne tamamen boyuna ne de tamamen enine olan bir dalgaya karşılık gelir. Burulma deformasyonları, yani çubuğun ekseni etrafında dönüş, tamamen enine bir dalga verir.

Bir çubuktaki bükülen dalganın hızı dalga boyuna bağlıdır. Böyle bir dalgaya "dağıtıcı" denir.

Çubuktaki burulma dalgaları tamamen eninedir ve dağılmaz. Hızları formülle verilir

Nerede M malzemenin kaymaya göre elastik özelliklerini karakterize eden kayma modülüdür. Bazı tipik kayma dalgası hızları Tablo 1'de verilmiştir. 1.

Genişletilmiş katı ortamlarda hız.

Sınırların etkisinin ihmal edilebildiği büyük hacimli katı ortamlarda, iki tür elastik dalga mümkündür: boyuna ve enine.

Boyuna bir dalgadaki deformasyon bir düzlem deformasyonudur, yani dalga yayılımı yönünde tek boyutlu sıkıştırma (veya seyreltme). Enine bir dalgaya karşılık gelen deformasyon, dalga yayılma yönüne dik olan kayma yer değiştirmesidir.

Katı malzemelerdeki boyuna dalgaların hızı şu ifade ile verilir:

Nerede C-L- basit düzlem deformasyonu için esneklik modülü. Toplu modül ile ilgilidir İÇİNDE(aşağıda tanımlanmıştır) ve malzemenin kesme modülü m aşağıdaki gibi CL = B + 4/3M . Masada. 1, çeşitli katı malzemeler için uzunlamasına dalgaların hızlarının değerlerini gösterir.

Genişletilmiş katı ortamdaki kayma dalgalarının hızı, aynı malzemeden bir çubuktaki burulma dalgalarının hızı ile aynıdır. Bu nedenle, ifade ile verilir. Geleneksel katı malzemeler için değerleri Tablo'da verilmiştir. 1.

gazlarda hız.

Gazlarda yalnızca bir tür deformasyon mümkündür: sıkıştırma - seyrelme. Karşılık gelen esneklik modülü İÇİNDE kütle modülü denir. orana göre belirlenir

-D P = B(D V/V).

burada D P– basınç değişimi, D V/V hacimdeki göreli değişimdir. Eksi işareti, basınç arttıkça hacmin azaldığını gösterir.

Değer İÇİNDE sıkıştırma sırasında gazın sıcaklığının değişip değişmemesine bağlıdır. Bir ses dalgası durumunda, basıncın çok hızlı değiştiği ve sıkıştırma sırasında açığa çıkan ısının sistemden ayrılacak zamanı olmadığı gösterilebilir. Böylece ses dalgasındaki basınç değişimi, çevredeki parçacıklarla ısı alışverişi olmadan gerçekleşir. Böyle bir değişime adyabatik denir. Bir gazdaki sesin hızının sadece sıcaklığa bağlı olduğu tespit edilmiştir. Belirli bir sıcaklıkta, sesin hızı tüm gazlar için yaklaşık olarak aynıdır. 21,1 °C sıcaklıkta kuru havada sesin hızı 344,4 m/s'dir ve artan sıcaklıkla artar.

Sıvılarda hız.

Sıvılardaki ses dalgaları, gazlarda olduğu gibi sıkıştırma - seyreltme dalgalarıdır. Hız aynı formülle verilir. Bununla birlikte, bir sıvı bir gazdan çok daha az sıkıştırılabilir ve bu nedenle miktar İÇİNDE, daha fazla ve yoğunluk R. Sesin sıvılardaki hızı katılardaki hıza gazlara göre daha yakındır. Gazlardan çok daha küçüktür ve sıcaklığa bağlıdır. Örneğin tatlı suda hız 15.6°C'de 1460 m/s'dir. Normal tuzluluktaki deniz suyunda ise aynı sıcaklıkta 1504 m/s'dir. Artan su sıcaklığı ve tuz konsantrasyonu ile sesin hızı artar.

duran dalgalar

Kapalı bir alanda bir harmonik dalga uyarıldığında sınırlardan seker, sözde duran dalgalar oluşur. Duran dalga, biri ileri, diğeri zıt yönde hareket eden iki dalganın üst üste binmesinin sonucudur. Alternatif antinodlar ve düğümler ile uzayda hareket etmeyen bir salınım modeli vardır. Antinodlarda, salınan parçacıkların denge konumlarından sapmaları maksimumdur ve düğümlerde sıfıra eşittir.

Bir ipte duran dalgalar.

Gerilmiş bir ipte enine dalgalar ortaya çıkar ve ip orijinal, doğrusal konumuna göre yer değiştirir. Bir dizideki dalgaları fotoğraflarken, temel tonun ve imaların düğümleri ve antinodları açıkça görülebilir.

Duran dalgaların resmi, belirli bir uzunluktaki bir sicimin salınım hareketlerinin analizini büyük ölçüde kolaylaştırır. uzunluğunda bir dizi olsun L uçlarına takılır. Böyle bir ipin herhangi bir titreşimi, duran dalgaların bir kombinasyonu olarak temsil edilebilir. İpin uçları sabit olduğundan, yalnızca sınır noktalarında düğümleri olan bu tür duran dalgalar mümkündür. Bir sicimin en düşük titreşim frekansı, mümkün olan maksimum dalga boyuna karşılık gelir. Düğümler arası uzaklık olduğundan ben/2, dizi uzunluğu dalga boyunun yarısına eşit olduğunda frekans minimumdur, yani de ben= 2L. Bu, sicim titreşiminin sözde temel modudur. Temel frekans veya temel ton olarak adlandırılan karşılık gelen frekansı şu şekilde verilir: F = v/2L, Nerede v dizi boyunca dalga yayılma hızıdır.

Daha fazla düğüme sahip duran dalgalara karşılık gelen bir dizi daha yüksek frekanslı salınım vardır. İkinci harmonik veya birinci aşırı ton olarak adlandırılan bir sonraki daha yüksek frekans, şu şekilde verilir:

F = v/L.

Harmonik dizisi formül ile ifade edilir. f = nv/2L, Nerede n= 1, 2, 3, vesaire. Bu sözde. sicim titreşimlerinin öz frekansları. Doğal sayılarla orantılı olarak artarlar: 2, 3, 4'te daha yüksek harmonikler...vb. çarpı temel frekans. Böyle bir ses dizisine doğal veya harmonik ölçek denir.

Tüm bunlar, aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılacak olan müzik akustiğinde büyük önem taşımaktadır. Şimdilik, bir telin ürettiği sesin tüm doğal frekansları içerdiğini not ediyoruz. Her birinin göreceli katkısı, telin titreşimlerinin uyarıldığı noktaya bağlıdır. Örneğin, bir dize ortadan çekilirse, bu nokta antinoda karşılık geldiğinden, temel frekans en çok uyarılacaktır. Düğümü merkezde bulunduğundan ikinci harmonik bulunmayacaktır. Aynı şey diğer harmonikler için de söylenebilir ( aşağıya bakınız müzik akustiği).

İpteki dalgaların hızı

Nerede T - ip gerilimi ve rL - dizinin birim uzunluğu başına kütle. Bu nedenle, dizinin doğal frekans spektrumu şu şekilde verilir:

Böylece, tel gerginliğindeki bir artış, titreşim frekanslarında bir artışa yol açar. Belirli bir noktada salınımların frekansını azaltmak için T daha ağır bir ip alarak (büyük rL) veya uzunluğunu artırmak.

Organ borularında duran dalgalar.

Bir ip ile ilgili olarak ortaya konulan teori, org tipi bir borudaki hava titreşimlerine de uygulanabilir. Bir org borusu, basit bir şekilde, içinde duran dalgaların uyarıldığı düz bir boru olarak görülebilir. Borunun hem kapalı hem de açık uçları olabilir. Duran dalganın antinodu açık uçta, düğüm ise kapalı uçta oluşur. Bu nedenle, iki açık uçlu bir boru, dalga boyunun yarısının borunun uzunluğu boyunca sığdığı temel bir frekansa sahiptir. Öte yandan, bir ucu açık ve diğer ucu kapalı olan bir boru, dalga boyunun dörtte birinin borunun uzunluğu boyunca sığdığı bir temel frekansa sahiptir. Böylece, her iki ucu açık olan bir boru için temel frekans F =v/2L ve bir ucu açık bir boru için, f = v/4L(Nerede L borunun uzunluğu). İlk durumda, sonuç dize ile aynıdır: imalar çift, üçlü vb. temel frekansın değeri. Bununla birlikte, bir ucu açık olan bir boru için, armoniler temel frekanstan 3, 5, 7, vb. daha yüksek olacaktır. bir kere.

Şek. Şekil 4 ve 5, temel frekansın duran dalgalarını ve dikkate alınan iki tipteki borular için ilk üst tonu şematik olarak göstermektedir. Kolaylık sağlamak için, ofsetler burada enine olarak gösterilmiştir, ancak aslında uzunlamasınadırlar.

rezonans salınımları.

Duran dalgalar, rezonans olgusuyla yakından ilişkilidir. Yukarıda tartışılan doğal frekanslar aynı zamanda bir telin veya org borusunun rezonans frekanslarıdır. Org borusunun açık ucunun yakınına bir hoparlör yerleştirildiğini ve isteğe göre değiştirilebilen belirli bir frekansta bir sinyal yaydığını varsayalım. Ardından, hoparlör sinyalinin frekansı borunun ana frekansıyla veya onun armonilerinden biriyle çakışırsa, boru çok yüksek ses çıkarır. Bunun nedeni, hoparlörün hava sütununun titreşimlerini önemli bir genlikle uyarmasıdır. Trompetin bu koşullar altında çınladığı söylenir.

Fourier analizi ve sesin frekans spektrumu.

Uygulamada, tek bir frekanstaki ses dalgaları nadirdir. Ancak karmaşık ses dalgaları harmoniklere ayrıştırılabilir. Bu yöntem, onu (ısı teorisinde) ilk uygulayan Fransız matematikçi J. Fourier'den (1768-1830) sonra Fourier analizi olarak adlandırılır.

Ses titreşimlerinin frekansa göre bağıl enerjisinin grafiğine sesin frekans spektrumu denir. Bu tür spektrumların iki ana türü vardır: kesikli ve sürekli. Ayrık spektrum, boş alanlarla ayrılan frekanslar için ayrı satırlardan oluşur. Tüm frekanslar kendi bandı içinde sürekli spektrumda mevcuttur.

Periyodik ses titreşimleri.

Titreşim süreci, ne kadar karmaşık olursa olsun, belirli bir zaman aralığından sonra tekrarlanıyorsa, ses titreşimleri periyodiktir. Spektrumu her zaman ayrıktır ve belirli bir frekanstaki harmoniklerden oluşur. Dolayısıyla "harmonik analiz" terimi. Bir örnek, dikdörtgen salınımlardır (Şekil 6, A) genlikte bir değişiklikle +Aönce - A ve dönem T= 1/F. Başka bir basit örnek, Şekil 1'de gösterilen üçgen testere dişi salınımıdır. 6, B. Karşılık gelen harmonik bileşenlerle daha karmaşık bir formun periyodik salınımlarının bir örneği, Şek. 7.

Müzikal sesler periyodik titreşimlerdir ve bu nedenle harmonikler (armoniler) içerirler. Bir dizide, temel frekansın salınımlarıyla birlikte, diğer harmoniklerin bir dereceye kadar uyarıldığını zaten gördük. Her imanın göreceli katkısı, telin uyarılma şekline bağlıdır. Üst tonlar kümesi büyük ölçüde şunlar tarafından belirlenir: tını müzikal ses Bu konular aşağıda müzik akustiği bölümünde daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Bir ses darbesinin spektrumu.

Alışılmış ses çeşitliliği, kısa süreli sestir: el çırpma, kapıyı çalma, yere düşen bir nesnenin sesi, guguk kuşu guguk sesi. Bu tür sesler ne periyodik ne de müzikaldir. Ama aynı zamanda bir frekans spektrumuna ayrıştırılabilirler. Bu durumda, spektrum sürekli olacaktır: sesi tanımlamak için, oldukça geniş olabilen belirli bir bant içindeki tüm frekanslara ihtiyaç vardır. İlgili elektronik sistemin tüm bu frekansları eşit derecede iyi “geçmesi” gerektiğinden, böyle bir frekans spektrumunu bilmek, bu tür sesleri bozulma olmaksızın yeniden üretmek için gereklidir.

Bir ses darbesinin ana özellikleri, basit bir biçimdeki bir darbe dikkate alınarak netleştirilebilir. Sesin D süreli bir salınım olduğunu varsayalım. T, burada basınçtaki değişiklik Şekil 1'de gösterildiği gibidir. 8, A. Bu durum için yaklaşık bir frekans spektrumu Şekil 1'de gösterilmektedir. 8, B. Merkez frekansı, aynı sinyal süresiz olarak uzatılsaydı sahip olacağımız titreşimlere karşılık gelir.

Frekans spektrumunun uzunluğuna bant genişliği D denir. F(Şek. 8, B). Bant genişliği, orijinal darbeyi aşırı bozulma olmadan yeniden üretmek için gereken yaklaşık frekans aralığıdır. D arasında çok basit bir temel ilişki vardır. F ve D T, yani

D F D T" 1.

Bu ilişki tüm ses darbeleri için geçerlidir. Anlamı, darbe ne kadar kısa olursa, o kadar fazla frekans içermesidir. Bir denizaltıyı tespit etmek için bir sonar kullanıldığını, 0,0005 s süreli ve 30 kHz sinyal frekansında bir darbe şeklinde ultrason yadığını varsayalım. Bant genişliği 1/0.0005 = 2 kHz'dir ve yer belirleyici darbenin spektrumunda fiilen bulunan frekanslar 29 ila 31 kHz aralığındadır.

Gürültü.

Gürültü, birden fazla, koordinasyonsuz kaynak tarafından üretilen herhangi bir sesi ifade eder. Bir örnek, rüzgar tarafından sallanan ağaç yapraklarının sesidir. Jet motoru gürültüsü, yüksek hızlı egzoz akımının türbülansından kaynaklanır. Gürültü rahatsız edici bir ses olarak Sanatta ele alınmıştır. ÇEVRENİN AKUSTİK KİRLİLİĞİ.

Ses yoğunluğu.

Ses seviyesi değişebilir. Bunun ses dalgasının taşıdığı enerjiden kaynaklandığını görmek kolaydır. Yüksekliğin nicel karşılaştırmaları için, ses yoğunluğu kavramını tanıtmak gerekir. Bir ses dalgasının yoğunluğu, birim zamanda dalga cephesinin birim alanından geçen ortalama enerji akışı olarak tanımlanır. Diğer bir deyişle, sesi tamamen soğuracak tek bir alanı (örneğin 1 cm2) alıp dalga yayılma yönüne dik yerleştirirsek, ses şiddeti bir saniyede soğurulan akustik enerjiye eşittir. . Yoğunluk genellikle W/cm2 (veya W/m2) olarak ifade edilir.

Bazı tanıdık sesler için bu değerin değerini veriyoruz. Normal bir konuşma sırasında meydana gelen aşırı basıncın genliği, yaklaşık olarak atmosferik basıncın milyonda biri kadardır ve bu da 10–9 W/cm2 mertebesinde bir akustik ses yoğunluğuna karşılık gelir. Normal bir konuşma sırasında yayılan sesin toplam gücü yalnızca 0,00001 watt mertebesindedir. İnsan kulağının bu kadar küçük enerjileri algılama yeteneği, onun inanılmaz hassasiyetine tanıklık ediyor.

Kulağımızın algıladığı ses şiddeti aralığı çok geniştir. Kulağın dayanabileceği en yüksek sesin şiddeti, duyabileceği minimum sesin yaklaşık 1014 katıdır. Ses kaynaklarının tam gücü, eşit derecede geniş bir aralığı kapsar. Böylece, çok sessiz bir fısıltı sırasında yayılan güç 10–9 W mertebesinde olabilirken, bir jet motorunun yaydığı güç 10–5 W'a ulaşır. Yine, yoğunluklar 10 14 kat farklılık gösterir.

Desibel.

Seslerin yoğunluğu çok değişken olduğundan, bunu logaritmik bir değer olarak düşünmek ve desibel cinsinden ölçmek daha uygundur. Yoğunluğun logaritmik değeri, miktarın dikkate alınan değerinin orijinal olarak alınan değerine oranının logaritmasıdır. yoğunluk seviyesi Jşartlı olarak seçilmiş bir yoğunluğa göre J 0

Ses yoğunluğu seviyesi = 10 lg ( J/J 0)dB.

Böylece, diğerinden 20 dB daha şiddetli olan bir ses, 100 kat daha şiddetlidir.

Akustik ölçümlerin pratiğinde, ses yoğunluğunu karşılık gelen aşırı basınç genliği cinsinden ifade etmek adettendir. P e. Basınç, geleneksel olarak seçilmiş bir basınca göre desibel olarak ölçüldüğünde R 0 , sözde ses basıncı seviyesini elde edin. Ses şiddeti büyüklükle orantılı olduğundan P e 2 ve lg( P e 2) = 2lg P e, ses basıncı seviyesi aşağıdaki gibi belirlenir:

Ses basıncı seviyesi = 20 lg ( P e/P 0)dB.

Nominal basınç R 0 = 2×10–5 Pa, 1 kHz frekanslı ses için standart işitme eşiğine karşılık gelir. Masada. 2, bazı yaygın ses kaynakları için ses basıncı seviyelerini gösterir. Bunlar, işitilebilir frekans aralığının tamamı üzerinden ortalaması alınarak elde edilen integral değerlerdir.

Tablo 2. TİPİK SES BASINCI SEVİYELERİ
Ses kaynağı	Ses basıncı seviyesi, dB (bağıl 2H 10–5 Pa)
damgalama dükkanı
Gemideki makine dairesi
İplik ve dokuma atölyesi
Bir metro vagonunda
Trafikte araç kullanırken arabada
Daktilo Bürosu
Muhasebe
Ofis
yaşam alanları
Geceleri yerleşim alanı
yayın stüdyosu

Hacim.

Ses basınç seviyesi, psikolojik şiddet algısı ile basit bir ilişki ile ilişkili değildir. Bu faktörlerden ilki nesnel, ikincisi özneldir. Deneyler, ses yüksekliği algısının sadece sesin yoğunluğuna değil, aynı zamanda frekansına ve deney koşullarına da bağlı olduğunu göstermektedir.

Karşılaştırma koşullarına bağlı olmayan seslerin hacimleri karşılaştırılamaz. Yine de, saf tonların karşılaştırılması ilgi çekicidir. Bunu yapmak için, belirli bir tonun 1000 Hz frekanslı standart bir ton kadar yüksek olarak algılandığı ses basıncı seviyesini belirleyin. Şek. Şekil 9, Fletcher ve Manson'un deneylerinde elde edilen eşit ses yüksekliği eğrilerini göstermektedir. Her eğri için, 1000 Hz'lik standart bir tonun karşılık gelen ses basıncı seviyesi belirtilir. Örneğin, 200 Hz'lik bir ton frekansında, 60 dB'lik bir sesin, 50 dB'lik bir ses basınç seviyesindeki 1000 Hz'lik bir tona eşit olarak algılanması gerekir.

Bu eğriler, yine desibel cinsinden ölçülen bir ses yüksekliği birimi olan uğultuyu tanımlamak için kullanılır. Arka plan, eşit derecede yüksek bir standart saf tonun (1000 Hz) ses basınç seviyesinin 1 dB olduğu ses seviyesi seviyesidir. Yani 60 dB seviyesinde 200 Hz frekanslı bir sesin ses seviyesi 50 fondur.

Şek. 9, iyi bir kulağın işitme eşiği eğrisidir. İşitilebilir frekans aralığı yaklaşık 20 ila 20.000 Hz arasındadır.

Ses dalgalarının yayılması.

Durgun suya atılan bir çakıl taşından çıkan dalgalar gibi, ses dalgaları da her yöne yayılır. Böyle bir yayılma sürecini bir dalga cephesi olarak karakterize etmek uygundur. Bir dalga cephesi, uzayda tüm noktalarında aynı fazda salınımların meydana geldiği bir yüzeydir. Suya düşen bir çakıl taşından gelen dalga cepheleri dairelerdir.

Düz dalgalar.

En basit formun dalga cephesi düzdür. Düz dalga sadece bir yönde yayılır ve pratikte yaklaşık olarak gerçekleşen bir idealleştirmedir. Bir borudaki ses dalgası, kaynaktan çok uzaktaki küresel bir dalga gibi, yaklaşık olarak düz kabul edilebilir.

küresel dalgalar.

Basit dalga türleri, bir noktadan yayılan ve her yöne yayılan küresel bir cepheye sahip bir dalgayı içerir. Böyle bir dalga, küçük bir titreşimli küre kullanılarak uyarılabilir. Küresel bir dalgayı uyaran bir kaynağa nokta kaynağı denir. Böyle bir dalganın yoğunluğu, enerji giderek daha büyük yarıçaplı bir küreye dağıldığından, yayıldıkça azalır.

Küresel bir dalga üreten bir nokta kaynağı 4'lük bir güç yayarsa p Q, o zaman, yarıçaplı bir kürenin yüzey alanı olduğundan R 4'e eşittir pr 2 , küresel bir dalgadaki ses yoğunluğu şuna eşittir:

J = Q/R 2 ,

Nerede R kaynaktan olan uzaklıktır. Böylece küresel bir dalganın şiddeti, kaynaktan olan uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.

Yayılması sırasında herhangi bir ses dalgasının yoğunluğu, sesin emilmesi nedeniyle azalır. Bu fenomen aşağıda tartışılacaktır.

Huygens ilkesi.

Huygens ilkesi, dalga cephesi yayılımı için geçerlidir. Bunu açıklığa kavuşturmak için, zamanın bir noktasında bildiğimiz dalga cephesinin şeklini ele alalım. Bir süre sonra bile bulunabilir D T, ilk dalga cephesinin her noktası, bu aralıkta bir mesafeye yayılan bir temel küresel dalganın kaynağı olarak kabul edilirse v D T. Tüm bu temel küresel dalga cephelerinin zarfı, yeni dalga cephesi olacaktır. Huygens ilkesi, yayılma süreci boyunca dalga cephesinin şeklini belirlemeyi mümkün kılar. Ayrıca, ortamın homojen olması koşuluyla, hem düzlem hem de küresel dalgaların yayılma sırasında geometrilerini koruduklarını ima eder.

ses kırınımı

Kırınım, dalganın bir engelin etrafında bükülmesidir. Kırınım, Huygens prensibi kullanılarak analiz edilir. Bu bükülmenin derecesi, engelin veya deliğin dalga boyu ile boyutu arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bir ses dalgasının dalga boyu ışığınkinden kat kat daha uzun olduğundan, ses dalgalarının kırınımı bizi ışığın kırınımından daha az şaşırtır. Böylece, görünmemesine rağmen binanın köşesinde duran biriyle konuşabilirsiniz. Ses dalgası kolayca köşeyi dönerken, ışık dalga boyunun küçük olması nedeniyle keskin gölgeler oluşturur.

Bir düzlem ses dalgası olayının delikli katı bir düz ekran üzerindeki kırınımını düşünün. Ekranın diğer tarafındaki dalga cephesinin şeklini belirlemek için dalga boyu arasındaki ilişkiyi bilmeniz gerekir. ben ve delik çapı D. Bu değerler yaklaşık olarak aynı ise veya bençok daha fazla D, sonra tam kırınım elde edilir: Giden dalganın dalga cephesi küresel olacak ve dalga ekranın arkasındaki tüm noktalara ulaşacaktır. Eğer ben biraz daha az D, o zaman giden dalga ağırlıklı olarak ileri yönde yayılacaktır. Ve son olarak, eğer ben daha az D, o zaman tüm enerjisi düz bir çizgide yayılacaktır. Bu durumlar Şekil l'de gösterilmiştir. 10.

Ses yolunda bir engel olduğunda da kırınım gözlenir. Engelin boyutları dalga boyundan çok daha büyükse ses yansıtılır ve engelin arkasında akustik bir gölge bölgesi oluşur. Engelin boyutu dalga boyuna eşit veya dalga boyundan küçük olduğunda, ses tüm yönlerde bir dereceye kadar kırılır. Mimari akustiğinde bu dikkate alınır. Bu nedenle, örneğin, bazen bir binanın duvarları, sesin dalga boyu düzeninde boyutlara sahip çıkıntılarla kaplanır. (100 Hz frekansta havadaki dalga boyu yaklaşık 3,5 m'dir.) Bu durumda duvarlara düşen ses her yöne dağılır. Mimari akustiğinde bu olguya ses yayılımı denir.

Sesin yansıması ve iletimi.

Bir ortamda hareket eden bir ses dalgası, başka bir ortamla ara yüze geldiğinde, aynı anda üç işlem meydana gelebilir. Dalga arayüzden yansıyabilir, yön değiştirmeden başka bir ortama geçebilir veya arayüzde yön değiştirebilir yani. kırmak Şek. Şekil 11, iki farklı maddeyi ayıran düz bir yüzeye dik açılarda bir düzlem dalganın geldiği en basit durumu göstermektedir. Yansıtılan enerjinin oranını belirleyen yoğunluk yansıma katsayısı şuna eşitse: R, o zaman iletim katsayısı şuna eşit olacaktır: T = 1 – R.

Bir ses dalgası için, aşırı basıncın titreşimsel hacimsel hıza oranı akustik empedans olarak adlandırılır. Yansıma ve iletim katsayıları iki ortamın dalga empedanslarının oranına bağlıdır, dalga empedansları ise akustik empedanslarla orantılıdır. Gazların dalga direnci sıvı ve katılarınkinden çok daha azdır. Yani havadaki bir dalga kalın katı bir cisme veya derin su yüzeyine çarparsa, ses neredeyse tamamen yansır. Örneğin, hava ve su sınırı için dalga dirençlerinin oranı 0,0003'tür. Buna göre havadan suya geçen sesin enerjisi, gelen enerjinin sadece %0,12'sine eşittir. Yansıma ve iletim katsayıları tersine çevrilebilir: yansıma katsayısı, ters yöndeki iletim katsayısıdır. Böylece ses, su altında yüzen herkes tarafından iyi bilinen ne havadan su havzasına ne de suyun altından dışarıya pratik olarak nüfuz etmez.

Yukarıda ele alınan yansıma durumunda, ikinci ortamın dalga yayılımı yönündeki kalınlığının büyük olduğu varsayılmıştır. Ancak, ikinci ortam, odalar arasında sağlam bir bölme gibi, iki özdeş ortamı ayıran bir duvarsa, iletim katsayısı önemli ölçüde daha büyük olacaktır. Gerçek şu ki, duvar kalınlığı genellikle sesin dalga boyundan daha azdır veya onunla karşılaştırılabilir. Duvar kalınlığı, duvardaki sesin dalga boyunun yarısının katıysa, dikey gelişteki dalganın iletim katsayısı çok büyüktür. Bölme, burada ihmal ettiğimiz emilim için olmasaydı, bu frekansın sesine kesinlikle şeffaf olurdu. Duvar kalınlığı, içindeki sesin dalga boyundan çok daha azsa, ses emilimini artırmak için özel önlemler alınmadıkça yansıma her zaman küçük ve iletim büyüktür.

sesin kırılması

Düzlemsel bir ses dalgası bir arayüze belirli bir açıyla geldiğinde, yansıma açısı geliş açısına eşittir. Geliş açısı 90°'den farklıysa iletilen dalga, gelen dalganın yönünden sapar. Dalganın yönündeki bu değişikliğe kırılma denir. Düz bir sınırda kırılmanın geometrisi Şekil 1'de gösterilmiştir. 12. Dalgaların yönü ile yüzey normali arasındaki açılar belirtilmiştir. Q Olay dalgası için 1 ve Q 2 - kırılan geçmiş için. Bu iki açı arasındaki ilişki, yalnızca iki ortam için ses hızlarının oranını içerir. Işık dalgalarında olduğu gibi, bu açılar birbirleriyle Snell (Snell) yasası ile ilişkilidir:

Buna göre, ikinci ortamdaki sesin hızı birinci ortamdakinden küçükse, kırılma açısı geliş açısından küçük olacaktır; ikinci ortamdaki hız daha büyükse, kırılma açısı daha büyük olacaktır. geliş açısından daha.

Sıcaklık gradyanı nedeniyle kırılma.

Homojen olmayan bir ortamda sesin hızı bir noktadan diğerine sürekli değişiyorsa kırılma da değişir. Sesin hem havadaki hem de sudaki hızı sıcaklığa bağlı olduğundan, bir sıcaklık gradyanının varlığında ses dalgaları hareket yönlerini değiştirebilir. Atmosferde ve okyanusta yatay tabakalaşma nedeniyle dikey sıcaklık gradyanları yaygın olarak gözlenir. Bu nedenle, dikey boyunca sesin hızındaki değişiklikler nedeniyle, sıcaklık gradyanları nedeniyle, ses dalgası yukarı veya aşağı sapabilir.

Dünya yüzeyine yakın bir yerde havanın daha yüksek katmanlara göre daha sıcak olduğu durumu ele alalım. Daha sonra rakım arttıkça buradaki hava sıcaklığı düşer ve bununla birlikte ses hızı da düşer. Dünya yüzeyine yakın bir kaynaktan yayılan ses, kırılma nedeniyle yükselecektir. Bu, şekilde gösterilmiştir. 13, ses "kirişlerini" gösterir.

Şekil 2'de gösterilen ses ışınlarının sapması. 13 genellikle Snell yasası ile tanımlanır. Eğer geçerse Q, daha önce olduğu gibi, dikey ve radyasyon yönü arasındaki açıyı gösterir, daha sonra genelleştirilmiş Snell yasası eşitlik biçimine sahiptir sin Q/v= kirişin herhangi bir noktasına atıfta bulunan const. Böylece ışın hızın olduğu bölgeye geçerse v azalır, ardından açı Q de azaltmalıdır. Bu nedenle, ses ışınları her zaman azalan ses hızı yönünde sapar.

Şek. Şekil 13'te kaynaktan belli bir uzaklıkta ses ışınlarının hiç nüfuz etmediği bir bölge olduğu görülmektedir. Bu sözde sessizlik bölgesidir.

Şekil 1'de gösterilenden daha yüksek bir yerde olması oldukça olasıdır. 13, sıcaklık gradyanı nedeniyle, sesin hızı yükseklikle artar. Bu durumda, başlangıçta yukarı doğru sapan ses dalgası, burada Dünya yüzeyine büyük bir mesafeden sapacaktır. Bu, atmosferde bir sıcaklık inversiyonu tabakası oluştuğunda meydana gelir ve bunun sonucunda ultra uzun menzilli ses sinyallerinin alınması mümkün hale gelir. Aynı zamanda, uzak noktalardaki alım kalitesi yakındakinden bile daha iyidir. Tarihte ultra uzun menzilli alımın birçok örneği olmuştur. Örneğin, Birinci Dünya Savaşı sırasında, atmosferik koşullar uygun ses kırılmasını desteklediğinde, İngiltere'de Fransız cephesinde top atışları duyulabiliyordu.

Sesin su altında kırılması.

Okyanusta dikey sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan ses kırılması da gözlemlenir. Sıcaklık ve dolayısıyla sesin hızı derinlikle azalırsa, ses ışınları aşağı doğru saparak Şekil 1'de gösterilene benzer bir sessizlik bölgesi ile sonuçlanır. 13 atmosfer için. Okyanus için, bu resim basitçe çevrilirse ilgili resim ortaya çıkacaktır.

Sessiz bölgelerin varlığı, denizaltıların sonar ile tespit edilmesini zorlaştırır ve ses dalgalarını aşağı doğru saptıran kırılma, bunların yüzeye yakın yayılma mesafelerini önemli ölçüde sınırlar. Ancak yukarı doğru bir sapma da gözlenmektedir. Sonar için daha uygun koşullar yaratabilir.

Ses dalgalarının girişimi.

İki veya daha fazla dalganın üst üste binmesine dalga girişimi denir.

Girişim sonucu duran dalgalar.

Yukarıdaki duran dalgalar özel bir girişim durumudur. Duran dalgalar, zıt yönlerde yayılan aynı genlik, faz ve frekanstaki iki dalganın üst üste binmesi sonucu oluşur.

Bir duran dalganın antinodlarındaki genlik, dalgaların her birinin genliğinin iki katına eşittir. Dalganın şiddeti, genliğinin karesiyle orantılı olduğundan, bu, antinodlardaki yoğunluğun, dalgaların her birinin yoğunluğundan 4 kat veya iki dalganın toplam yoğunluğundan 2 kat daha fazla olduğu anlamına gelir. Düğümlerdeki yoğunluk sıfır olduğundan, burada enerjinin korunumu yasasının ihlali yoktur.

atım.

Farklı frekanslardaki harmonik dalgaların girişimi de mümkündür. İki frekans çok az farklılık gösterdiğinde, sözde vuruşlar meydana gelir. Vuruşlar, orijinal frekanslar arasındaki farka eşit bir frekansta meydana gelen ses genliğindeki değişikliklerdir. Şek. Şekil 14, vuruş dalga biçimini gösterir.

Vuruş frekansının, sesin genlik modülasyon frekansı olduğu akılda tutulmalıdır. Ayrıca vuruşlar, harmonik bir sinyalin bozulmasından kaynaklanan fark frekansı ile karıştırılmamalıdır.

Vuruşlar genellikle iki tonu akort ederken kullanılır. Frekans, vuruşlar artık duyulamayana kadar ayarlanır. Vuruş frekansı çok düşük olsa bile, insan kulağı sesin hacmindeki periyodik artış ve düşüşleri algılayabilir. Bu nedenle vuruşlar, ses aralığında çok hassas bir ayarlama yöntemidir. Ayar doğru değilse, frekans farkı bir saniyedeki atım sayısı sayılarak kulak tarafından belirlenebilir. Müzikte, daha yüksek harmonik bileşenlerin vuruşları, piyano akort edilirken kullanılan kulak tarafından da algılanır.

Ses dalgalarının soğurulması.

Ses dalgalarının yayılma sürecindeki yoğunluğu, akustik enerjinin belirli bir kısmının dağılması nedeniyle her zaman azalır. Isı transferi, moleküller arası etkileşim ve iç sürtünme süreçleri nedeniyle, ses dalgaları herhangi bir ortamda emilir. Absorpsiyonun yoğunluğu, ses dalgasının frekansına ve ortamın basıncı ve sıcaklığı gibi diğer faktörlere bağlıdır.

Bir ortamdaki bir dalganın soğurulması, soğurma katsayısı ile kantitatif olarak karakterize edilir. A. Yayılan dalganın kat ettiği mesafeye bağlı olarak aşırı basıncın ne kadar hızlı azaldığını gösterir. Azalan aşırı basınç genliği –D P e D mesafesini geçerken X ilk aşırı basıncın genliği ile orantılı P e ve D mesafesi X. Böylece,

-D P e = bir P e D X.

Örneğin absorpsiyon kaybı 1 dB/m dediğimizde bu, 50 m mesafede ses basınç seviyesinin 50 dB azaldığı anlamına gelmektedir.

İç sürtünme ve ısı iletimi nedeniyle soğurma.

Bir ses dalgasının yayılmasıyla ilişkili parçacıkların hareketi sırasında, ortamın farklı parçacıkları arasındaki sürtünme kaçınılmazdır. Sıvılarda ve gazlarda bu sürtünmeye viskozite denir. Akustik dalga enerjisinin geri dönüşümsüz olarak ısıya dönüşmesini belirleyen viskozite, sesin gaz ve sıvılarda soğurulmasının temel sebebidir.

Ayrıca gazlarda ve sıvılarda absorpsiyon, dalgada sıkıştırma sırasındaki ısı kaybından kaynaklanmaktadır. Dalganın geçişi sırasında sıkıştırma fazındaki gazın ısındığını zaten söylemiştik. Bu hızlı akan süreçte, ısının genellikle gazın diğer bölgelerine veya kabın duvarlarına aktarılacak zamanı yoktur. Ama gerçekte bu süreç ideal değildir ve açığa çıkan termal enerjinin bir kısmı sistemden ayrılır. Bununla ilişkili olarak, ısı iletimi nedeniyle ses emilimi vardır. Bu soğurma, gazlarda, sıvılarda ve katılarda sıkıştırma dalgalarında meydana gelir.

Hem viskozite hem de termal iletkenlik nedeniyle ses emilimi genellikle frekansın karesi ile artar. Böylece, yüksek frekanslı sesler, düşük frekanslı seslerden çok daha güçlü bir şekilde emilir. Örneğin, normal basınç ve sıcaklıkta, havada 5 kHz'lik bir frekansta soğurma katsayısı (her iki mekanizmadan dolayı) yaklaşık 3 dB/km'dir. Absorpsiyon, frekansın karesiyle orantılı olduğundan, 50 kHz'de absorpsiyon katsayısı 300 dB/km'dir.

Katılarda absorpsiyon.

Gazlarda ve sıvılarda bulunan ısıl iletkenlik ve viskozite nedeniyle ses yutma mekanizması katılarda da korunur. Ancak burada ona yeni soğurma mekanizmaları eklenir. Katıların yapısındaki kusurlarla ilişkilidirler. Buradaki nokta, çok kristalli katı malzemelerin küçük kristallerden oluşmasıdır; ses içlerinden geçtiğinde, ses enerjisinin emilmesine yol açan deformasyonlar meydana gelir. Ses ayrıca kristalitlerin sınırlarında dağılır. Ek olarak, tek kristaller bile ses emilimine katkıda bulunan dislokasyon tipi kusurlar içerir. Dislokasyonlar, atomik düzlemlerin koordinasyonunun ihlalidir. Ses dalgası atomların titreşmesine neden olduğunda, dislokasyonlar hareket eder ve ardından iç sürtünme nedeniyle enerjiyi dağıtarak orijinal konumlarına geri döner.

Dislokasyonlardan kaynaklanan absorpsiyon, özellikle kurşun çanın neden çalmadığını açıklar. Kurşun, çok fazla dislokasyona sahip yumuşak bir metaldir ve bu nedenle içindeki ses titreşimleri son derece hızlı bir şekilde bozulur. Ancak sıvı hava ile soğutulursa iyi çalacaktır. Düşük sıcaklıklarda dislokasyonlar sabit bir konumda "donar" ve bu nedenle hareket etmezler ve ses enerjisini ısıya dönüştürmezler.

MÜZİK AKUSTİK

Müzikal sesler.

Müzik akustiği, müzik seslerinin özelliklerini, onları nasıl algıladığımızla ilgili özelliklerini ve müzik aletlerinin ses mekanizmalarını inceler.

Müzikal ses veya ton periyodik bir sestir, örn. Belli bir süre sonra tekrar tekrar tekrar eden dalgalanmalar. Yukarıda periyodik sesin, temel frekansın katları olan frekanslarla salınımların toplamı olarak temsil edilebileceği söylendi. F: 2F, 3F, 4F vesaire. Titreşen tellerin ve hava sütunlarının müzikal sesler çıkardığı da kaydedildi.

Müzikal sesler üç özellik ile ayırt edilir: ses yüksekliği, perde ve tını. Tüm bu göstergeler sübjektiftir, ancak ölçülen değerlerle ilişkilendirilebilirler. Yükseklik, esas olarak sesin yoğunluğuyla ilgilidir; müzik sistemindeki konumunu karakterize eden sesin perdesi, tonun frekansı ile belirlenir; bir enstrümanın veya sesin diğerinden farklılaşmasını sağlayan tını, enerjinin armonikler üzerinden dağılımı ve bu dağılımın zaman içinde değişmesi ile karakterize edilir.

Ses perdesi.

Bir müzik sesinin perdesi, frekansla yakından ilişkilidir, ancak frekansla aynı değildir, çünkü perdenin değerlendirilmesi sübjektiftir.

Bu nedenle, örneğin, tek frekanslı bir sesin perdesinin tahmininin, bir şekilde ses yüksekliği seviyesine bağlı olduğu bulundu. Ses seviyesinde önemli bir artışla, örneğin 40 dB, görünen frekans %10 oranında azalabilir. Uygulamada, müzik sesleri tek frekanslı seslerden çok daha karmaşık olduğundan, yüksekliğe olan bu bağımlılık önemli değildir.

Perde ve frekans arasındaki ilişki sorusunda, başka bir şey daha önemlidir: eğer müzikal sesler harmoniklerden oluşuyorsa, o zaman algılanan perde hangi frekansla ilişkilendirilir? Bunun, spektrumdaki en düşük frekans değil, maksimum enerjiye karşılık gelen frekans olmayabileceği ortaya çıktı. Yani örneğin 200, 300, 400 ve 500 Hz'lik bir frekans setinden oluşan bir müzik sesi, yüksekliği 100 Hz olan bir ses olarak algılanır. Yani perde, sesin spektrumunda olmasa bile harmonik serinin temel frekansı ile ilişkilidir. Doğru, çoğu zaman temel frekans bir dereceye kadar spektrumda bulunur.

Perde ile frekansı arasındaki ilişkiden bahsetmişken, insan işitme organının özelliklerini unutmamak gerekir. Bu, kendi bozulmalarını ortaya çıkaran özel bir akustik alıcıdır (işitmenin psikolojik ve öznel yönleri olduğu gerçeğinden bahsetmiyorum bile). Kulak bazı frekansları seçebilir, ayrıca ses dalgası içinde doğrusal olmayan bozulmalara uğrar. Frekans seçiciliği, sesin yüksekliği ile yoğunluğu arasındaki farktan kaynaklanır (Şekil 9). Orijinal sinyalde bulunmayan frekansların görünümünde ifade edilen doğrusal olmayan bozulmaları açıklamak daha zordur. Kulak reaksiyonunun doğrusal olmaması, çeşitli elemanlarının hareketinin asimetrisinden kaynaklanmaktadır.

Doğrusal olmayan bir alıcı sistemin karakteristik özelliklerinden biri, bir frekansa sahip sesle uyarıldığında Fİçinde 1 harmonik ton uyarılır 2 F 1 , 3F 1 ,... ve bazı durumlarda ayrıca 1/2 tipi alt harmonikler F 1. Ek olarak, doğrusal olmayan bir sistem iki frekans tarafından uyarıldığında F 1 ve F 2, toplam ve fark frekansları içinde heyecanlanır F 1 + F 2 Ve F 1 - F 2. İlk salınımların genliği ne kadar büyük olursa, "ekstra" frekansların katkısı da o kadar büyük olur.

Böylece kulağın akustik özelliklerinin doğrusal olmaması nedeniyle seste olmayan frekanslar görünebilir. Bu tür frekanslara öznel tonlar denir. Sesin 200 ve 250 Hz frekanslı saf tonlardan oluştuğunu varsayalım. Yanıtın doğrusal olmaması nedeniyle, ek frekanslar görünecektir: 250 - 200 = 50, 250 + 200 = 450, 2' 200 = 400, 2' 250 = 500 Hz, vb. Dinleyiciye, seste bütün bir kombinasyon frekansları seti varmış gibi görünecektir, ancak görünüşleri aslında kulağın doğrusal olmayan tepkisinden kaynaklanmaktadır. Bir müzik sesi, temel bir frekanstan ve onun harmoniklerinden oluştuğunda, temel frekansın, fark frekansları tarafından etkili bir şekilde yükseltildiği açıktır.

Doğru, çalışmalar, öznel frekansların yalnızca orijinal sinyalin yeterince büyük bir genliğinde ortaya çıktığını göstermiştir. Bu nedenle, geçmişte öznel frekansların müzikteki rolü büyük ölçüde abartılmış olabilir.

Müzik standartları ve müzikal ses perdesinin ölçülmesi.

Müzik tarihinde, tüm müzik yapısını belirleyen farklı frekanslardaki sesler ana ton olarak alınmıştır. Şimdi birinci oktavın "la" notası için genel olarak kabul edilen frekans 440 Hz'dir. Ancak geçmişte 400 Hz'den 462 Hz'e değişti.

Bir sesin perdesini belirlemenin geleneksel yolu, onu standart bir diyapazonun tonuyla karşılaştırmaktır. Belirli bir sesin frekansının standarttan sapması, vuruşların varlığına göre değerlendirilir. Ayar çatalları bugün hala kullanılmaktadır, ancak artık perdeyi belirlemek için tüm ses aralığı içinde sorunsuz bir şekilde ayarlanabilen kararlı bir frekans referans osilatörü (bir kuvars rezonatörlü) gibi daha uygun cihazlar vardır. Doğru, böyle bir cihazın tam kalibrasyonu oldukça zordur.

Bir müzik aletinin sesinin bir flaş lambasının yanıp sönme sıklığını ayarladığı stroboskopik perde ölçme yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Lamba, bilinen bir frekansta dönen bir disk üzerindeki bir deseni aydınlatır ve tonun temel frekansı, stroboskopik aydınlatma altında disk üzerindeki desenin görünen hareket frekansından belirlenir.

Kulak perde değişimine karşı çok hassastır, ancak hassasiyeti frekansa bağlıdır. Alt işitilebilirlik eşiğinin yakınında maksimumdur. Eğitimsiz bir kulak bile 500 ile 5000 Hz arasındaki frekanslardaki sadece %0,3'lük farkı algılayabilir. Duyarlılık eğitimle arttırılabilir. Müzisyenler çok gelişmiş bir perde duygusuna sahiptir, ancak bu, referans osilatörün ürettiği saf tonun frekansını belirlemede her zaman yardımcı olmaz. Bu, bir sesin kulak tarafından frekansı belirlenirken, tınısının önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

tını

Tını, aynı perde ve yüksekliğe sahip sesleri karşılaştırsak bile, müzik aletlerine ve seslere benzersiz özgünlüklerini veren müzik seslerinin özelliklerini ifade eder. Bu, tabiri caizse, ses kalitesidir.

Tını, sesin frekans spektrumuna ve zaman içindeki değişimine bağlıdır. Birkaç faktör tarafından belirlenir: enerjinin üst tonlara göre dağılımı, sesin göründüğü veya durduğu anda ortaya çıkan frekanslar (sözde geçiş tonları) ve bunların zayıflamasının yanı sıra sesin yavaş genliği ve frekans modülasyonu (“vibrato”).

aşırı ton yoğunluğu.

Orta kısmındaki bir kıstırma ile uyarılan gerilmiş bir ip düşünün (Şek. 15, A). Tüm çift harmoniklerin ortasında düğümler olduğundan, bunlar bulunmayacaktır ve salınımlar, temel frekansın tek harmoniklerinden oluşacaktır. F 1 = v/2ben, Nerede v- ipteki dalganın hızı ve ben uzunluğudur. Böylece, sadece frekanslar mevcut olacaktır. F 1 , 3F 1 , 5F 1 vb. Bu harmoniklerin bağıl genlikleri, Şekiller 1 ve 2'de gösterilmektedir. 15, B.

Bu örnek, aşağıdaki önemli genel sonucu çıkarmamızı sağlar. Bir rezonans sisteminin harmonik seti, konfigürasyonu ile belirlenir ve enerjinin harmonikler üzerindeki dağılımı, uyarma yöntemine bağlıdır. Tel ortasından uyarıldığında temel frekans hakim olur ve çift harmonikler tamamen bastırılır. Tel orta kısmında sabitlenir ve başka bir yere çekilirse, temel frekans ve tek harmonikler bastırılır.

Ayrıntılar çok farklı olabilse de, tüm bunlar diğer iyi bilinen müzik enstrümanları için geçerlidir. Enstrümanlar genellikle ses yaymak için bir hava boşluğuna, ses tahtasına veya kornaya sahiptir. Bütün bunlar, üst tonların yapısını ve biçimlendiricilerin görünümünü belirler.

Formantlar.

Yukarıda bahsedildiği gibi, müzik aletlerinin ses kalitesi, enerjinin harmonikler arasındaki dağılımına bağlıdır. Pek çok enstrümanın perdesini ve özellikle insan sesini değiştirirken, harmoniklerin dağılımı değişir, böylece ana armoniler her zaman yaklaşık olarak aynı frekans aralığında yer alır, buna formant aralığı denir. Formantların varlığının nedenlerinden biri, ses tahtaları ve hava rezonatörleri gibi sesi yükseltmek için rezonant elemanların kullanılmasıdır. Doğal rezonansların genişliği, karşılık gelen frekanslardaki radyasyon verimliliğinin daha yüksek olması nedeniyle genellikle büyüktür. Pirinç enstrümanlar için formantlar, sesin yayıldığı çan tarafından belirlenir. Formant aralığına giren imalar, maksimum enerjiyle yayıldıklarından her zaman güçlü bir şekilde vurgulanır. Formantlar, bir müzik aletinin veya sesin seslerinin karakteristik niteliksel özelliklerini büyük ölçüde belirler.

Zamanla değişen tonlar.

Herhangi bir enstrümanın sesinin tonu nadiren zamanla sabit kalır ve tını esasen bununla ilgilidir. Enstrüman uzun bir notayı sürdürdüğünde bile, sesi zenginleştiren hafif bir periyodik frekans ve genlik modülasyonu vardır - "vibrato". Bu, özellikle keman gibi telli çalgılar ve insan sesi için geçerlidir.

Piyano gibi birçok enstrüman için, sesin süresi öyledir ki, sabit bir tonun oluşması için zaman kalmaz - heyecanlı ses hızla artar ve ardından hızlı düşüşü gelir. Armonilerin azalması genellikle frekansa bağlı etkilerden (akustik radyasyon gibi) kaynaklandığından, imalı ton dağılımının bir ton boyunca değiştiği açıktır.

Bazı enstrümanlar için zaman içinde tonda meydana gelen değişimin doğası (sesin yükselme ve alçalma hızı) Şekil 1'de şematik olarak gösterilmiştir. 18. Görüldüğü gibi telli çalgılarda (pluka ve klavyelerde) neredeyse hiç sabit ton yoktur. Bu gibi durumlarda, ses zaman içinde hızla değiştiğinden, imaların spektrumundan yalnızca şartlı olarak bahsetmek mümkündür. Yükselme ve düşme özellikleri de bu enstrümanların tınısının önemli bir parçasıdır.

geçiş tonları

Bir tonun armonik kompozisyonu genellikle hızlı bir şekilde değişir. Kısa bir zaman ses stimülasyonundan sonra. Sesin tellere vurularak veya kopartılarak uyarıldığı enstrümanlarda, daha yüksek harmoniklere (aynı zamanda çok sayıda harmonik olmayan bileşene) atfedilebilen enerji, ses başladıktan hemen sonra maksimumdur ve bu frekanslar bir saniyeden kısa bir süre sonradır. solmak. Geçişli olarak adlandırılan bu tür sesler, enstrümanın sesine belirli bir renk verir. Piyanoda, tele vuran çekicin hareketinden kaynaklanırlar. Bazen aynı armoni yapısına sahip müzik aletleri sadece geçiş tonlarıyla ayırt edilebilir.

MÜZİK ALETLERİNİN SESİ

Müzikal sesler uyarılabilir ve değiştirilebilir Farklı yollar, hangi müzik enstrümanlarının çeşitli formlarla ayırt edildiği bağlantılı olarak. Aletler çoğu kısım için müzisyenlerin kendileri ve bilimsel teoriye başvurmayan yetenekli zanaatkarlar tarafından yaratıldı ve geliştirildi. Bu nedenle akustik bilimi, örneğin bir kemanın neden böyle bir şekle sahip olduğunu açıklayamaz. Bununla birlikte, bir kemanın ses özelliklerini terimlerle açıklamak oldukça mümkündür. Genel İlkelerÜzerindeki oyunlar ve tasarımları.

Bir enstrümanın frekans aralığı genellikle onun temel tonlarının frekans aralığı olarak anlaşılır. İnsan sesi yaklaşık iki oktav ve bir müzik aleti kapsar - en az üç (büyük bir organ - on). Çoğu durumda, imalar işitilebilir ses aralığının en ucuna kadar uzanır.

Müzik aletlerinin üç ana bölümü vardır: bir salınım elemanı, onun uyarılması için bir mekanizma ve salınım elemanı ile çevredeki hava arasındaki akustik iletişim için bir yardımcı rezonatör (korna veya ses tahtası).

Müzikal ses zaman içinde periyodiktir ve periyodik sesler bir dizi harmonikten oluşur. Sabit uzunluktaki tellerin ve hava sütunlarının titreşimlerinin doğal frekansları harmonik olarak ilişkili olduğundan, birçok enstrümanda ana titreşen elemanlar teller ve hava sütunlarıdır. Birkaç istisna dışında (flüt bunlardan biridir), enstrümanlarla tek frekanslı ses alınamaz. Ana vibratör uyarıldığında, armoniler içeren bir ses çıkar. Bazı vibratörlerin rezonans frekansları harmonik bileşenler değildir. Bu tür enstrümanlar (örneğin, davullar ve ziller) orkestra müziğinde özel ifade ve ritme vurgu yapmak için kullanılır, ancak melodik gelişim için kullanılmaz.

Telli çalgılar.

Titreşen bir tel kendi başına zayıf bir ses yayıcıdır ve bu nedenle telli bir enstrümanın, fark edilir yoğunlukta sesi uyarması için ek bir rezonatöre sahip olması gerekir. Kapalı bir hava hacmi, bir güverte veya her ikisinin bir kombinasyonu olabilir. Enstrümanın sesinin doğası da tellerin uyarılma şekliyle belirlenir.

Daha önce gördük ki, sabit uzunluktaki bir dizinin temel salınım frekansı L tarafından verilir

Nerede T ipin çekme kuvvetidir ve rL dizinin birim uzunluğu başına kütledir. Bu nedenle frekansı üç şekilde değiştirebiliriz: uzunluğu, gerilimi veya kütleyi değiştirerek. Birçok enstrüman, temel frekansları doğru gerilim ve kütle seçimi ile belirlenen, aynı uzunlukta az sayıda tel kullanır. Diğer frekanslar, telin uzunluğunu parmaklarınızla kısaltarak elde edilir.

Piyano gibi diğer enstrümanlar, her nota için önceden ayarlanmış birçok telden birine sahiptir. Frekans aralığının geniş olduğu bir piyanoyu akort etmek, özellikle düşük frekans bölgesinde kolay bir iş değildir. Tüm piyano tellerinin gerilim kuvveti hemen hemen aynıdır (yaklaşık 2 kN) ve tellerin uzunluğu ve kalınlığı değiştirilerek frekans çeşitliliği elde edilir.

Telli bir çalgı, bir çekme (örneğin, bir arp veya banjo), bir darbe (piyanoda) veya bir yay (keman ailesinden müzik aletleri söz konusu olduğunda) ile uyarılabilir. Her durumda, yukarıda gösterildiği gibi, harmoniklerin sayısı ve genlikleri telin uyarılma şekline bağlıdır.

piyano.

Bir telin uyarılmasının bir darbe ile üretildiği bir enstrümanın tipik bir örneği piyanodur. Enstrümanın geniş ses tahtası, çok çeşitli formantlar sağlar, bu nedenle tınısı, herhangi bir heyecanlı nota için çok eşittir. Ana formantların maksimumları, 400-500 Hz mertebesindeki frekanslarda meydana gelir ve daha düşük frekanslarda, tonlar özellikle harmonik açısından zengindir ve temel frekansın genliği, bazı üst tonlardan daha azdır. Piyanoda, en kısa tellerin dışındaki tüm tellere yapılan çekiç darbesi, telin bir ucundan itibaren uzunluğunun 1/7'si kadar olan bir noktaya düşer. Bu genellikle, bu durumda temel frekansa göre uyumsuz olan yedinci harmoniğin önemli ölçüde bastırılmasıyla açıklanır. Ancak malleusun sınırlı genişliği nedeniyle, yedinciye yakın diğer harmonikler de bastırılır.

keman ailesi.

Keman enstrüman ailesinde, uzun sesler, telin titreşmesini sağlayan tele değişken bir itici güç uygulayan bir yay tarafından üretilir. Hareket eden bir yayın etkisi altında, ip, gerilim kuvvetinin artması nedeniyle kopana kadar sürtünme nedeniyle yana doğru çekilir. Orijinal konumuna dönerek tekrar yay tarafından taşınır. Bu işlem, ipe periyodik bir dış kuvvet etki edecek şekilde tekrarlanır.

Artan boyut ve azalan frekans aralığına göre, başlıca yaylı çalgılar şu şekilde düzenlenmiştir: keman, viyola, çello, kontrbas. Bu enstrümanların frekans spektrumları, seslerine şüphesiz özel bir sıcaklık ve ifade katan armoniler açısından özellikle zengindir. Keman ailesinde, titreşimli tel akustik olarak hava boşluğuna ve enstrümanın gövdesine bağlıdır ve bu da esas olarak çok geniş bir frekans aralığını işgal eden formantların yapısını belirler. Keman ailesinin büyük temsilcileri, düşük frekanslara kaydırılmış bir dizi biçimlendiriciye sahiptir. Bu nedenle keman ailesinden iki çalgı üzerinde alınan aynı nota, armonilerin yapısındaki farklılıktan dolayı farklı bir tını rengi kazanır.

Keman, gövdesinin şeklinden dolayı 500 Hz civarında belirgin bir rezonansa sahiptir. Frekansı bu değere yakın olan bir nota çalındığında "kurt sesi" adı verilen istenmeyen bir titreşim sesi üretilebilir. Keman gövdesinin içindeki hava boşluğunun da kendi rezonans frekansları vardır ve bunların ana frekansı 400 Hz civarındadır. Özel şekli nedeniyle, keman çok sayıda yakın aralıklı rezonansa sahiptir. Kurt tonu dışında hiçbiri, çıkarılan sesin genel spektrumunda pek göze çarpmıyor.

Rüzgar enstrümanları.

Nefesli çalgılar.

Sonlu uzunluktaki silindirik bir borudaki havanın doğal titreşimleri daha önce tartışılmıştı. Doğal frekanslar, temel frekansı borunun uzunluğuyla ters orantılı olan bir dizi harmonik oluşturur. Üflemeli çalgılardaki müzikal sesler, hava kolonunun rezonans uyarımı nedeniyle ortaya çıkar.

Hava titreşimleri, ya rezonatör duvarının keskin kenarına düşen hava jetindeki titreşimlerle ya da hava akışındaki dilin esnek yüzeyinin titreşimleriyle uyarılır. Her iki durumda da alet namlusunun belirli bir bölgesinde periyodik basınç değişiklikleri meydana gelir.

Bu uyarma yöntemlerinden ilki "kenar tonlarının" oluşumuna dayanmaktadır. Keskin kenarlı kama şeklindeki bir engel tarafından kırılan yuvadan bir hava akışı çıktığında, periyodik olarak girdaplar belirir - önce kamanın bir tarafında, sonra diğer tarafında. Oluşumlarının sıklığı arttıkça, hava akış hızı da artar. Böyle bir cihaz akustik olarak rezonansa giren bir hava kolonuna bağlanırsa, kenar ton frekansı hava kolonunun rezonans frekansı tarafından "yakalanır", yani. girdap oluşum sıklığı hava kolonu tarafından belirlenir. Bu koşullar altında, hava sütununun ana frekansı, yalnızca hava akış hızı belirli bir minimum değeri aştığında uyarılır. Bu değeri aşan belirli bir hız aralığında, kenar tonunun frekansı bu temel frekansa eşittir. Daha da yüksek bir hava akış hızında (rezonatörle iletişim olmadığında kenar frekansının rezonatörün ikinci harmoniğine eşit olacağı hıza yakın), kenar frekansı aniden iki katına çıkar ve tüm sistem tarafından yayılan ses perdesi döner. bir oktav daha yüksek olacak. Buna taşma denir.

Org, flüt ve pikolo gibi enstrümanlarda kenar tonları hava sütunlarını harekete geçirir. Flüt çalarken icracı, uçlardan birinin yakınındaki bir yan deliğe yandan üfleyerek kenar tonlarını heyecanlandırır. "D" ve yukarısından başlayan bir oktavlık notalar, namlunun efektif uzunluğu değiştirilerek, yan delikler açılarak, normal bir kenar tonu ile elde edilir. Daha yüksek oktavlar abartılı.

Bir üflemeli çalgının sesini uyarmanın bir başka yolu da, sazdan yapıldığı için kamış adı verilen salınımlı bir dille hava akışının periyodik olarak kesilmesine dayanır. Bu yöntem çeşitli nefesli ve pirinç enstrümanlarda kullanılır. Tek kamışlı (örneğin klarnet, saksafon ve akordeon tipi enstrümanlarda olduğu gibi) ve simetrik çift kamışlı (örneğin obua ve fagotta olduğu gibi) seçenekler vardır. Her iki durumda da salınım süreci aynıdır: hava, Bernoulli yasasına göre basıncın düştüğü dar bir boşluktan üflenir. Aynı zamanda baston boşluğa çekilir ve üzerini kapatır. Akış olmadığında elastik kamış düzelir ve işlem tekrarlanır.

Üflemeli çalgılarda, gamın notalarının seçimi, flütte olduğu gibi, yan deliklerin açılması ve aşırı üfleme ile gerçekleştirilir.

Her iki ucu da açık olan ve tam bir armoni setine sahip bir borunun aksine, yalnızca bir ucu açık olan bir borunun yalnızca tek harmonikleri vardır ( santimetre. daha yüksek). Bu, klarnetin konfigürasyonudur ve bu nedenle, içinde harmonikler bile zayıf bir şekilde ifade edilir. Klarnetteki aşırı üfleme, ana frekanstan 3 kat daha yüksek bir frekansta gerçekleşir.

Obuada ikinci harmonik oldukça yoğundur. Deliğinin konik bir şekle sahip olması klarnetten farklıdır, oysa klarette deliğin enine kesiti uzunluğunun çoğu boyunca sabittir. Konik bir namludaki frekansları hesaplamak, silindirik bir borudakinden daha zordur, ancak yine de tam bir ton aralığı vardır. Bu durumda, dar bir ucu kapalı konik bir borunun salınım frekansları, her iki ucu açık olan silindirik bir borunun salınım frekanslarıyla aynıdır.

Pirinç üflemeli çalgılar.

Korna, trompet, pistonlu kornet, trombon, korna ve tuba dahil olmak üzere pirinç, özel şekillendirilmiş bir ağızlık ile birlikte hareketi çift kamışınkine benzer olan dudaklar tarafından uyarılır. Ses uyarımı sırasındaki hava basıncı burada nefesli rüzgarlardan çok daha yüksektir. Pirinç üflemeli çalgılar, kural olarak, bir zil ile biten, silindirik ve konik kesitli metal bir varildir. Bölümler, tüm harmonik aralığı sağlanacak şekilde seçilir. Namlunun toplam uzunluğu boru için 1,8 m'den tuba için 5,5 m'ye kadar değişmektedir. Tuba, akustik nedenlerle değil, kullanım kolaylığı için salyangoz şeklindedir.

Sabit bir namlu uzunluğu ile, icracının emrinde yalnızca namlunun doğal frekansları tarafından belirlenen notalar bulunur (ayrıca, temel frekans genellikle "alınmaz") ve ağızlıktaki artan hava basıncıyla daha yüksek harmonikler uyarılır. . Bu nedenle, sabit uzunluktaki bir borazanda yalnızca birkaç nota (ikinci, üçüncü, dördüncü, beşinci ve altıncı harmonikler) çalınabilir. Diğer pirinç aletlerde, harmonikler arasında kalan frekanslar, namlu uzunluğundaki bir değişiklikle alınır. Namlusunun uzunluğu geri çekilebilir U şeklindeki kanatların yumuşak hareketi ile düzenlenen trombon bu anlamda benzersizdir. Tüm ölçeğin notalarının numaralandırılması, gövdenin uyarılmış tonunda bir değişiklik ile kanatların yedi farklı pozisyonu ile sağlanır. Diğer pirinç aletlerde bu, farklı uzunluklarda ve farklı kombinasyonlarda üç yanal kanalla namlunun toplam uzunluğunu etkili bir şekilde artırarak elde edilir. Bu, yedi farklı namlu uzunluğu verir. Trombonda olduğu gibi, tüm gamın notaları, bu yedi gövde uzunluğuna karşılık gelen farklı armoni serilerinin uyarılmasıyla çalınır.

Tüm pirinç enstrümanların tonları harmonik açısından zengindir. Bu, esas olarak, yüksek frekanslarda ses emisyonunun etkinliğini artıran bir zilin varlığından kaynaklanmaktadır. Trompet ve korna, borazandan çok daha geniş bir harmonik yelpazesi çalacak şekilde tasarlanmıştır. I. Bach'ın eserlerinde yer alan solo trompet bölümü, bu çalgının 21. harmoniğine ulaşan serinin dördüncü oktavında birçok pasaj içermektedir.

Vurmalı çalgılar.

Vurmalı çalgılar, aletin gövdesine vurarak ve böylece serbest titreşimlerini uyararak ses çıkarır. Titreşimlerin bir darbeyle de uyarıldığı piyanodan, bu tür enstrümanlar iki açıdan farklıdır: titreşen bir gövde harmonik tonlar vermez ve ek bir rezonatör olmadan sesi kendisi yayabilir. Vurmalı çalgılar davul, zil, ksilofon ve üçgeni içerir.

Katılarda daha fazla salınım türü olduğundan, katıların salınımları aynı şekle sahip bir hava rezonatörününkinden çok daha karmaşıktır. Böylece sıkıştırma, eğilme ve burulma dalgaları metal bir çubuk boyunca yayılabilir. Bu nedenle, silindirik bir çubuğun çok daha fazla mod silindirik bir hava sütunundan daha titreşimler ve dolayısıyla rezonans frekansları. Ayrıca bu rezonans frekansları harmonik bir dizi oluşturmaz. Ksilofon katı çubukların bükülme titreşimlerini kullanır. Titreşen ksilofon çubuğunun temel frekansa aşırı ton oranları: 2.76, 5.4, 8.9 ve 13.3.

Diyapazon, salınım yapan kavisli bir çubuktur ve ana salınım türü, her iki kol aynı anda birbirine yaklaştığında veya birbirinden uzaklaştığında meydana gelir. Diyapazonun harmonik tonları yoktur ve yalnızca temel frekansı kullanılır. İlk üst tonunun frekansı, temel frekansın 6 katından fazladır.

Müzikal sesler üreten salınan katı bir cismin başka bir örneği de bir zildir. Çanların boyutları, küçük bir zilden çok tonlu kilise çanlarına kadar farklı olabilir. Zil ne kadar büyük olursa, çıkardığı sesler o kadar düşük olur. Çanların şekli ve diğer özellikleri, asırlık evrimleri boyunca birçok değişikliğe uğramıştır. Çok az işletme, büyük beceri gerektiren imalatlarıyla uğraşmaktadır.

Zilin ilk üst ton serisi harmonik değildir ve farklı ziller için aşırı ton oranları aynı değildir. Örneğin, büyük bir çan için, aşırı ton frekanslarının temel frekansa ölçülen oranları 1.65, 2.10, 3.00, 3.54, 4.97 ve 5.33 idi. Ancak, armoniler üzerindeki enerji dağılımı, zile vurulduktan hemen sonra hızla değişir ve zilin şekli, baskın frekanslar yaklaşık olarak harmonik olarak birbiriyle ilişkili olacak şekilde seçilmiş gibi görünmektedir. Zilin perdesi, temel frekans tarafından değil, vuruştan hemen sonra baskın olan nota tarafından belirlenir. Yaklaşık olarak zilin beşinci tonuna karşılık gelir. Bir süre sonra, zil sesinde daha düşük tonlar hakim olmaya başlar.

Tamburda, titreşen eleman, gerilmiş bir telin iki boyutlu bir benzeri olarak kabul edilebilecek, genellikle yuvarlak olan deri bir zardır. Müzikte davul tel kadar önemli değildir, çünkü onun doğal doğal frekansları armonik değildir. Bunun istisnası, zarı bir hava rezonatörü üzerine gerilmiş olan timpanidir. Davul armoni dizisi, kafanın kalınlığı radyal yönde değiştirilerek harmonik hale getirilebilir. Böyle bir davul örneği tablo Klasik Hint müziğinde kullanılır.

Ses (ses dalgası ) – insan ve hayvan işitme organı tarafından algılanan elastik bir dalgadır. Başka bir deyişle, ses, ortamın parçacıklarının birbirleriyle etkileşiminden kaynaklanan, elastik bir ortamdaki yoğunluk (veya basınç) dalgalanmalarının yayılmasıdır.

Atmosfer (hava) elastik ortamlardan biridir. Sesin havada yayılması, ideal gazlarda akustik dalgaların genel yayılma yasalarına uyar ve ayrıca havanın yoğunluğu, basıncı, sıcaklığı ve nemindeki değişkenlikten kaynaklanan özelliklere sahiptir. Sesin hızı, ortamın özelliklerine göre belirlenir ve elastik bir dalganın hızı için formüllerden hesaplanır.

Yapay ve doğal var kaynaklar ses. Yapay yayıcılar şunları içerir:

Katı cisimlerin titreşimleri (müzik enstrümanlarının telleri ve güverteleri, hoparlör difüzörleri, telefon membranları, piezoelektrik plakalar);

Sınırlı bir hacimde hava titreşimleri (organ boruları, düdükler);

Beat (piyano tuşları, zil);

Elektrik akımı (elektroakustik dönüştürücüler).

Doğal kaynaklar şunları içerir:

Patlama, çökme;

Engellerin etrafındaki hava akışı (bir binanın köşesinden esen rüzgar, bir deniz dalgasının tepesi).

Ayrıca yapay ve doğal alıcılar ses:

Elektroakustik dönüştürücüler (havada mikrofon, suda hidrofon, yerkabuğunda jeofon) ve diğer cihazlar;

İnsan ve hayvanların işitme cihazları.

Ses dalgalarının yayılması sırasında, herhangi bir doğadaki dalgalara özgü fenomenler mümkündür:

Bir engelden yansıma

İki ortamın sınırında kırılma,

girişim (ekleme),

Kırınım (engelden kaçınma),

Dispersiyon (bir maddedeki ses hızının ses frekansına bağlı olması);

Absorpsiyon (ses enerjisinin geri dönüşümsüz olarak ısıya dönüşmesi nedeniyle ortamdaki sesin enerjisinin ve yoğunluğunun azalması).

1. Objektif ses özellikleri

ses frekansı

Bir kişinin duyabileceği sesin frekansı, 16Hz önce 16 - 20kHz . Frekanslı elastik dalgalar altında işitilebilir aralık isminde ses ötesi (beyin sarsıntısı dahil), s daha yüksek sıklık – ultrason ve en yüksek frekanslı elastik dalgalar hipersonik .

Sesin tüm frekans aralığı üç bölüme ayrılabilir (Tablo 1.).

Gürültü düşük frekanslı ses bölgesinde sürekli bir frekans spektrumuna (veya dalga boylarına) sahiptir (Tablo 1, 2). Sürekli bir spektrum, frekansların verilen aralıktan herhangi bir değere sahip olabileceği anlamına gelir.

müzikal , veya ton , sesler orta frekans ve kısmen yüksek frekanslı ses bölgesinde bir hat frekans spektrumuna sahiptir. Yüksek frekanslı sesin geri kalanı bir düdük tarafından işgal edilir. Çizgi spektrumu, müzikal frekansların yalnızca belirtilen aralıktan kesin olarak tanımlanmış (ayrık) değerlere sahip olduğu anlamına gelir.

Ek olarak, müzik frekanslarının aralığı oktavlara bölünmüştür. Oktav üst değeri alt değerinin iki katı olan iki sınır değeri arasına alınmış frekans aralığıdır.(Tablo 3)