Dźwięk: jego charakterystyka, jak dźwięk podróżuje i odbicia dźwięku (wyjaśniono na schemacie)

Dźwięk: jego charakterystyka, jak dźwięk podróżuje i odbicie dźwięku (wyjaśnione na schemacie)!

W ciągu całego dnia słyszymy wiele różnych rodzajów dźwięków. Niektóre są przyjemne, niektóre nieprzyjemne. Niektóre są przenikliwe, podczas gdy inne są basowe. Niektóre są głośne, a niektóre miękkie. Omówimy, jak powstają dźwięki i co charakteryzuje dźwięk.

Jak powstaje dźwięk:

Poniższe ćwiczenia pomogą ci zrozumieć, jak powstaje dźwięk.

1. Uderz w dzwon świątynny, aby zadzwonił. Dotknij dzwonka, gdy zadzwoni. Poczujesz wibracje.

2. Rozciągnij gumkę na pudełku z ołówkiem. Wciśnij dwa ołówki poniżej gumki. Jeśli zetniesz rozciągnięty gumowy pasek palcem, usłyszysz dźwięk. Zauważysz również, że gumka się wibruje.

3. Delikatnie połóż palce na gardle i mów. Poczujesz wibracje.

4. Rysunek 9.2 pokazuje kamerton, który jest używany w laboratorium do wytwarzania dźwięku. Kiedy uderzysz jednym z występów o gumową podkładkę, kamerton wyda dźwięk. Jeśli delikatnie dotkniesz końcówki, gdy widelec wyda dźwięk, poczujesz, jak wibruje.

Jeśli wibrujesz bolcem kontaktującym się z powierzchnią wody w naczyniu, zobaczysz, że bolec ustawia fale w wodzie. We wszystkich tych działaniach wibrujące jest ciało wytwarzające dźwięk. Jeśli zatrzymasz wibracje, dźwięk ustanie. W ten sposób można wywnioskować, że dźwięk jest wytwarzany przez wibracje lub ruch w jedną stronę ciała.

Charakterystyka dźwięku:

Trzy cechy pomagają nam rozróżnić jeden od drugiego. Są to głośność, wysokość i jakość dźwięku. A te cechy są określane przez wibracje, które wytwarzają dźwięk.

Głośność:

Co decyduje o głośności lub miękkości dźwięku? Poczuj gardło szepcząc, a następnie poczuj to, gdy krzyczysz. Czy potrafisz odgadnąć, od czego zależy głośność dźwięku? Pomocne będzie następujące działanie.

Czynność:

W jednej z poprzednich czynności wyskubałeś rozciągniętą gumkę. Spróbuj ponownie. Plukuj delikatnie gumką, aby wytworzyć małe wibracje i zwróć uwagę na dźwięk, jaki tworzy. Następnie zrób ją mocno, aby wibracje były znacznie większe. Czy dźwięk staje się głośniejszy?

Głośność dźwięku wytwarzanego przez wibrujące ciało zależy od tego, jak duże są wibracje. Bardziej naukowy sposób powiedzenia tego jest taki, że głośność dźwięku zależy od amplitudy wibracji, które go wytwarzają.

Amplituda wibracji wibrującego ciała jest maksymalnym przesunięciem (odległością porusza się) ciała od jego położenia spoczynku. W przypadku opaski gumowej odległość, przez którą ją pociągasz, jest jej amplitudą. Im mocniej go ciągniesz, tym większa jest amplituda i głośniejszy dźwięk.

Smoła:

Wysokość dźwięku zależy od tego, jak piskliwy lub basowy jest. Piskliwy dźwięk przypominający gwizdek jest wysoki. Dźwięk basowy, przypominający bęben basowy, jest niski. Skok głosu dziecka jest wyższy niż głos osoby dorosłej. Zobaczmy, od czego zależy gra.

W działalności gumki sprawdź, jak zmienia się dźwięk, jeśli dokręcasz gumkę, zaciskając ją wokół jednego z ołówków. Zauważysz, że podczas dokręcania gumki ta wibruje szybciej i wytwarza przenikliwy dźwięk. Dotyczy to również instrumentów smyczkowych. Kiedy muzycy chcą "dostroić swój instrument wyżej" lub zwiększyć jego wysokość, zacieśniają struny, aby sprawić, że będą wibrować szybciej.

Tak więc wysokość dźwięku zależy od szybkości jego wibracji. Szybkość wibracji nazywana jest również częstotliwością wibracji. Częstotliwość wibracyjnego ciała to liczba wibracji, które wykonuje w ciągu jednej sekundy. Jednostką częstotliwości SI jest herc (symbol: Hz). Jeśli wibracyjny korpus wykonuje 10 wibracji w ciągu sekundy, jego częstotliwość wynosi 10 Hz.

Zbadajmy nieco więcej. Przybliż ołówki do siebie i zrywaj gumkę. Zauważysz, że wraz ze zmniejszeniem odległości między ołówkami wytwarzany dźwięk staje się ostrzejszy lub bardziej wysoki. W związku z tym krótsze odcinki wytwarzają dźwięki o większym skoku. Następnie porównaj dźwięki wytwarzane przez gumki o różnej grubości. Przekonasz się, że im grubsza gumka, tym niższa jest wysokość wytwarzanego dźwięku.

Instrumenty strunowe:

W instrumentach strunowych, takich jak gitara, skrzypce, veena, sitar i sarod, dźwięk jest wytwarzany przez drgające struny (zwykle metalowe druty). Częstotliwość wytwarzanego dźwięku zależy od długości, grubości i napięcia struny. Grubsze struny wytwarzają dźwięki o niższym tonie, a wraz ze zmniejszaniem długości struny (w zależności od tego, gdzie ją przyciśniesz), wysokość dźwięku rośnie.

Instrumenty dęte:

W instrumentach dętych, takich jak saksofon, klarnet, shehnai i flet, dźwięk jest wytwarzany przez wibrujące kolumny powietrza. Instrumenty te są zasadniczo podobne do wydrążonych rur (o różnych kształtach), a muzyk wieje w nie, aby wibrować w kolumnie powietrza. Częstotliwość wytwarzanego dźwięku zależy od długości kolumny powietrza, którą można regulować.

Napełnij szklaną butelkę odrobiną wody. Przedmuchaj wylot butelki i słuchaj dźwięku. Zmień poziom wody w butelce. Czy wysokość dźwięku zmienia się? Jest to podobne do zmiany wysokości tonu w instrumencie dętym.

Wlać różne ilości wody do czterech lub pięciu szklanek. Uderz w nich ołówkiem i posłuchaj różnicy w wysokości (ryc. 9.4). Tak gra się jal tarang.

Instrumenty perkusyjne:

Instrumenty perkusyjne, takie jak tabla, mridangam, perkusja i bongosy, generalnie mają membranę rozciągniętą na cylindrycznym korpusie metalu, drewna lub gliny. Nacisk membrany i jej powierzchnia określają wysokość wytwarzanego dźwięku. Mniejsze obszary i bardziej napięte membrany wytwarzają przenikliwe dźwięki.

Jakość:

Przez jakość dźwięku rozumiemy, czy jest bogaty czy płaski. Nawet jeśli sitar i sarod wytwarzają dźwięki o tej samej częstotliwości (tonie) i amplitudzie (głośności), będziesz w stanie odróżnić je od siebie, ponieważ jakość dźwięków będzie inna. W rzeczywistości, kiedy ciało wibruje, nigdy nie wytwarza dźwięku o jednej częstotliwości.

Kiedy grasz konkretną nutę na gitarze, instrument nie wytwarza jednej nuty konkretnej częstotliwości. Powiedzmy, że podstawowa nuta (dźwięk) wytwarzana przez gitarę ma częstotliwość f. Wytworzy również dźwięki o częstotliwościach wielokrotności f (tj. 2f, 3f i tak dalej). Podstawowy dźwięk (f) jest najgłośniejszy i nazywany podstawowym.

Pozostałe dźwięki zmieszane z nim są bardziej miękkie niż podstawowe i o różnej głośności. Są to tak zwane harmoniczne (podstawową jest pierwsza harmoniczna). Kiedy ta sama nuta jest odtwarzana na różnych instrumentach, podstawowa częstotliwość generowana lub podstawowa jest taka sama. Jednak obecne harmoniczne i ich względna głośność są różne. To właśnie decyduje o jakości dźwięku. Ogólnie dźwięk jest bogatszy, jeśli występuje większa liczba harmonicznych.

Muzyka i hałas:

Hałas, podobnie jak pękanie krakersów, jest nieprzyjemny dla uszu. Z drugiej strony muzyka jest przyjemna dla uszu. Podstawowa różnica między hałasem a muzyką polega na tym, że pierwsza jest wytwarzana przez nieregularne wibracje, podczas gdy druga jest wytwarzana przez regularne wibracje. Kiedy częstotliwości wibracji (dźwięków) mają określoną relację, nazywamy je regularnymi.

Częstotliwości nut używanych do tworzenia muzyki, czy to indyjskiej (sa, re, ga, ma, pa, dha, ni), czy zachodniej (do, re, mi, fa, so, la, ti), mają określony związek z wzajemnie. Muzyka brzmi nieharmonijnie, off-key lub besura, gdy nie uda ci się utrzymać tej relacji.

Zanieczyszczenie hałasem:

Hałas jest nie tylko nieprzyjemny dla uszu. Może również powodować stres, niepokój, zaburzenia snu i trwałe uszkodzenie słuchu. Jest to głośność dźwięku, która ma znaczenie w kontekście zanieczyszczenia hałasem lub szkodliwego wpływu hałasu na ludzkie zdrowie. Nawet muzyka odtwarzana bardzo głośno może powodować hałas.

Głośność dźwięku jest mierzona w decybelach (symbol: dB). Bardzo głośny hałas (140-150 dB), podobnie jak w przypadku startu samolotu odrzutowego, może rozerwać bębenek. Poziom hałasu 120-140 dB (niezbyt często występujący na koncercie rockowym) może zranić uszy. Nawet poziom hałasu na poziomie 80-90 dB (jak w fabrykach i ruchliwych ulicach) może uszkodzić słuch, jeśli jest się na niego narażonym przez długie godziny.

Co możemy zrobić:

Niektórymi rzeczami, które możemy zrobić, aby zmniejszyć poziom hałasu, jest unikanie używania głośników podczas uroczystości oraz zmniejszenie głośności naszych telewizorów i systemów muzycznych.

Niektóre inne kroki, które można podjąć, są następujące:

1. Branże powinny znajdować się z dala od obszarów mieszkalnych.

2. Rogi pojazdu powinny być używane tylko wtedy, gdy jest to konieczne.

3. Maszyny powinny być utrzymywane w dobrym stanie, aby zmniejszyć hałas przemysłowy. Osoby pracujące w hałaśliwym przemyśle mogą się zabezpieczyć za pomocą nauszników.

Czynność:

Rozpocznij kampanię informacyjną w swojej okolicy. Możesz skonsultować się z lekarzem i umieścić plakaty na temat szkodliwego wpływu hałasu. Postaraj się przekonać ludzi, aby nie wybuchali krakersami ani nie użyli głośników podczas uroczystości. Spróbuj również przekonać ich, by zmniejszyli głośność swoich telewizorów i systemów muzycznych.

Jak dźwięk podróży:

Dźwięk wytwarzany przez wibrujące ciało jest formą energii. Wibrujące ciało przekazuje tę energię do otaczających cząsteczek powietrza, które następnie zaczynają wibrować z tą samą częstotliwością. Te cząsteczki przenoszą wibracje na sąsiednie cząsteczki i tak dalej. W ten sposób dźwięk rozchodzi się we wszystkich kierunkach od ciała wytwarzającego dźwięk.

Po przebyciu pewnej odległości wibracje wymierają z powodu utraty energii. Im głośniejszy jest dźwięk lub im większa amplituda wibracji, tym większa odległość pokonuje je, zanim umrą.

Dźwięk potrzebuje medium do podróży:

Dźwięk wędruje, ponieważ drgające ciało przechodzi przez wibracje do cząsteczek otaczającego ośrodka. Gdyby nie było cząsteczek, które by przekazywały wibracje, nie podróżowałoby. Poniższa czynność pokazuje, że dźwięk nie może przejść przez próżnię.

Będziesz potrzebował słoika podłączonego do pompy próżniowej i szczelnie zamkniętego korkiem. Włącz tranzystor (radio) i umieść go w słoiku. Będziesz mógł usłyszeć grę tranzystora. Uruchom pompę. Gdy powietrze zacznie wypływać, dźwięk będzie słabszy. W końcu nie usłyszysz żadnego dźwięku.

Prędkość dźwięku:

Być może zauważyłeś błysk błyskawicy, zanim usłyszysz towarzyszące mu uderzenie pioruna. Światło porusza się tak szybko (przy 300 000 km / s), że niemal natychmiast widzisz błysk. Dźwięk podróżuje znacznie wolniej, więc odgłos grzmotu wymaga czasu.

Dźwięk porusza się z prędkością około 340 m / s w powietrzu. Podróżuje znacznie szybciej (około 1, 5 km / s) przez wodę. Przesuwa się jeszcze szybciej przez bryły. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki są pakowane bliżej ciał stałych i cieczy niż w powietrzu. Ponieważ cząsteczki niosą wibracje, robią to bardziej efektywnie, gdy są bliżej siebie.

Dźwięk przenosi także znacznie dalej przez ciecze i ciała stałe niż przez powietrze. Ponadto dźwięki są wyraźniejsze i głośniejsze (tj. Amplituda jest większa), gdy są słyszane przez ciecze i ciała stałe, a nie przez powietrze. To jest powód, dla którego wieloryby mogą komunikować się ze sobą nawet na sto kilometrów.

Czynność:

Stań w odległości około 1 m od budzika i słuchaj go. Teraz umieść go około 1 metra od krawędzi stołu, przyłóż ucho do krawędzi i słuchaj. Czy dźwięk staje się głośniejszy?

Telefon:

Mówiąc ogólnie, każde urządzenie, które może przenosić dźwięk na odległość, jest telefonem. Najwcześniejsze próby wyprodukowania urządzenia, w którym dźwięk mógłby być przenoszony przez elektryczność, zostały wykonane w latach 60. XIX wieku. We wczesnym telefonie pergamin z ustnikiem wibrował dźwiękiem.

Wibracje te zostały przekształcone w zmienny prąd elektryczny, który sprawił, że pergamin w odbiorniku wibrował, a wibracje docierały do ​​ucha słuchacza. Jednak na długo przed tym, zanim ktokolwiek pomyślał o użyciu elektryczności do przenoszenia dźwięku, ludzie tworzyli telefony strunowe. Możesz także zrobić.

Telefonowanie:

Wykonuj otwory w podstawie dwóch papierowych kubków. Przeciągnij przez otwory twardy, skręcony sznurek lub cienki drut. Zabezpiecz ciąg, wiążąc mecze na dwóch końcach. Rozciągnij sznur i delikatnie mów do jednej filiżanki, podczas gdy twój przyjaciel nasłuchuje drugiego. Kubki papierowe działają lepiej niż puszki, ponieważ papier wibruje łatwiej.

Dźwięki stworzone i usłyszane przez zwierzęta:

Wszystkie wyższe zwierzęta (ssaki i ptaki) komunikują się ze sobą, wytwarzając dźwięki za pomocą strun głosowych. Wśród niższych zwierząt żaby mają struny głosowe. Niektóre owady wydają bardzo głośne dźwięki, chociaż nie mają strun głosowych.

Świerszcze hałasują, pocierając swoje skrzydła, podczas gdy koniki polne głośno hałasują pocierając tylne nogi o skrzydła. Węże syczą, wypychając powietrze z ich ust. Brzęczenie pszczół, komarów i much spowodowane jest wibracją skrzydeł.

Jak mówimy:

Organ, który pomaga nam mówić, nazywa się krtań. Leży między gardłem a tchawicą. Kiedy wydychane powietrze przechodzi przez krtań, dwie fałdy tkanki w nim wibrują, wytwarzając dźwięk. Fałdy tkanki zwane są strunami głosowymi. Kontrolują również wielkość otworu krtani.

Kiedy struny głosowe stają się napięte i cienkie, a otwór krtani staje się wąski, wzrasta częstotliwość wytwarzanego dźwięku. Częstotliwość (lub wysokość dźwięku) zależy również od długości strun głosowych. Kobiety brzmią bardziej piskliwie niż mężczyźni, ponieważ ich struny głosowe są krótsze.

Jak słyszymy:

Słyszymy za pomocą naszych uszu. Każde ucho jest podzielone na trzy części - zewnętrzną, środkową i wewnętrzną. Wibracje dowolnego ciała wytwarzającego dźwięk (w tym słowa wypowiedziane przez innych) są przekazywane do naszych uszu przez wibrujące cząsteczki powietrza. Te wibracje najpierw docierają do ucha zewnętrznego.

Ucho zewnętrzne:

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej, którą można zobaczyć i poczuć, oraz kanału słuchowego, którego otwór jest widoczny dla ciebie. Kiedy wibracje dźwiękowe docierają do ucha, cząsteczki powietrza w kanale zaczynają wibrować i uderzają w rozciągniętą membranę, zwaną bębenkiem. Broda bębenkowa oddziela ucho zewnętrzne od ucha środkowego.

Ucho środkowe:

Ucho środkowe, które znajduje się poza bębenkiem, ma trzy delikatne, połączone ze sobą kości, zwane młotkiem, kowadłem i strzemiączkiem. Wibracje błony bębenkowej powodują, że kości wibrują. Kości przekazują wibracje do ucha wewnętrznego.

Ucho wewnętrzne:

Ucho wewnętrzne ma zwiniętą rurkę zwaną ślimakiem, który jest rzeczywistym narządem słuchu. Maleńkie włoski w tej wypełnionej cieczą tubce zbierają wibracje przekazywane z ucha środkowego. Następnie wysyłają sygnał do mózgu za pośrednictwem nerwu słuchowego, a mózg interpretuje go, aby słyszeć dźwięki.

Co słyszymy my i inne zwierzęta:

Słychać dźwięki tylko w zakresie częstotliwości 20 Hz i 20 000 Hz. Dźwięki o częstotliwości poniżej 20 Hz nazywane są infrasonikami, a częstotliwościami powyżej 20 000 Hz są nazywane ultradźwiękami. Chociaż możemy usłyszeć dźwięki o częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz, możemy wytwarzać dźwięki w zakresie zaledwie 60-13, 000 Hz.

Zakres dźwięków wytwarzanych i słyszanych przez inne zwierzęta różni się od dźwięków produkowanych i słyszanych przez nas. Psy, koty, małpy i nietoperze to niektóre zwierzęta, które słyszą ultradźwięki. Delfiny, morświny i wieloryby mogą wytwarzać i słyszeć wibracje ultradźwiękowe.

Komunikują się ze sobą za pomocą dźwięków o niskiej częstotliwości (słyszalnych), jęków i gwizdów, ale odnajdują się przy użyciu wibracji ultradźwiękowych. Zakres dźwięków wytwarzanych przez zwierzę nie zawsze pasuje do zakresu dźwięków, które słyszy. W rzeczywistości niektóre zwierzęta, takie jak węże, mogą wydawać dźwięki, chociaż nie słyszą.

Odbicie dźwięku:

Podobnie jak światło, dźwięk jest również odbijany, pochłaniany i przesyłany w różnym stopniu przez różne materiały. Miękkie, porowate materiały, takie jak tkanina, Thermoc, bawełna i wełna, są dobrymi absorberami i słabymi odbiciami dźwięku. Twarde powierzchnie, takie jak betonowe ściany i metale, są dobrymi odbiciami dźwięku.

Echa:

Być może słyszeliście echo w długich korytarzach lub dużych pustych salach. Echa to odbite dźwięki. Dlaczego nie słyszymy ich przez cały czas, mimo że wokół nas jest mnóstwo odblasków dźwięku? Dzieje się tak dlatego, że możemy rozróżnić dwa dźwięki tylko wtedy, gdy między nimi jest upływ czasu wynoszący jedną piętnaście sekundy.

Innymi słowy, możemy usłyszeć echo dźwięku tylko wtedy, gdy uderzy w odbijającą powierzchnię jedną piętnastą sekundy i powróci. Ponieważ prędkość dźwięku wynosi 340 m / s, przemieszcza się 340 m / sx (1/15) s = 22, 6 m (w przybliżeniu) w ciągu jednej piętnastej sekundy. Oznacza to, że powierzchnia odbijająca musi być (22, 6 + 2) m, czyli około 11, 3 m, oddalona. Jeśli jest bliżej, echo podąża za oryginalnym dźwiękiem zbyt szybko, abyśmy mogli rozróżnić dwa dźwięki.

Zmniejszenie echa:

Kolejna rzecz pomaga zmniejszyć echa w życiu codziennym. Większość rzeczy dookoła, takich jak drewno, ubrania i meble, to kiepskie reflektory i dobre pochłaniacze dźwięku. Gdyby tak nie było, nasze głosy odbijałyby się i odbijały od podłogi i ścian, utrudniając nam rozmowę.

Nie będziemy w stanie usłyszeć wyraźnych ech, ale wystąpią zakłócenia. Kiedy musimy być bardziej skupieni na zmniejszaniu odbicia, tak jak w audytoriach i teatrach, stosujemy specjalne materiały pochłaniające, aby zakryć ściany i sufity.

Zastosowania ech:

1. Echa służą do lokalizowania podwodnych obiektów i pomiaru głębokości morza. Wibracje są wysyłane ze statków. Czas potrzebny, by odbite wibracje powróciły, pomaga obliczyć głębokość obiektu, który odzwierciedla wibracje.

2. Lekarze używają echa, aby uzyskać "obraz" narządów wewnętrznych ciała. Wibracje ultradźwiękowe odbite przez różne części narządu pomagają stworzyć obraz narządu. Technika ta nazywana jest echokardiografią w przypadku serca. Termin ultrasonografia jest ogólnie stosowany w przypadku innych narządów.

3. Nietoperze używają echa do zlokalizowania swojej ofiary. Emitują drgania ultradźwiękowe i mogą ocenić odległość ofiary od czasu, jaki echo zabiera, by powrócić. Morświny, wieloryby i foki używają echa, aby znaleźć drogę.