การสั่นสะเทือนของเสียงความถี่สูง รายงาน: แหล่งที่มาของเสียง

ด้วยความช่วยเหลือของบทเรียนวิดีโอนี้ คุณสามารถเรียนรู้หัวข้อ "แหล่งที่มาของเสียง การสั่นสะเทือนของเสียง พิตช์ โทน วอลลุ่ม ในบทเรียนนี้ คุณจะได้เรียนรู้ว่าเสียงคืออะไร เราจะพิจารณาช่วงของการสั่นสะเทือนของเสียงที่มนุษย์ได้ยินด้วย ให้เราพิจารณาว่าอะไรคือแหล่งกำเนิดเสียงและเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเกิดขึ้น เราจะศึกษาลักษณะของเสียงด้วย เช่น ระดับเสียง เสียงต่ำ และความดัง

หัวข้อของบทเรียนเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดเสียงการสั่นสะเทือนของเสียง เราจะพูดถึงลักษณะของเสียง - ระดับเสียงระดับเสียงและเสียงต่ำ ก่อนพูดถึงเสียง เกี่ยวกับคลื่นเสียง จำไว้ว่าคลื่นกลแพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น ส่วนหนึ่งของคลื่นกลตามยาวที่รับรู้ อวัยวะมนุษย์การได้ยิน เรียกว่า เสียง คลื่นเสียง เสียงเป็นคลื่นกลที่อวัยวะการได้ยินของมนุษย์รับรู้ซึ่งทำให้เกิดความรู้สึกเสียง .

การทดลองแสดงให้เห็นว่าหูของมนุษย์ อวัยวะที่ได้ยินของมนุษย์รับรู้การสั่นสะเทือนด้วยความถี่ตั้งแต่ 16 Hz ถึง 20,000 Hz เป็นช่วงที่เราเรียกว่าช่วงเสียงนี้ แน่นอนว่ายังมีคลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 16 Hz (อินฟราซาวน์) และมากกว่า 20,000 Hz (อัลตราซาวนด์) แต่ช่วงนี้ หูของมนุษย์ไม่รับรู้ส่วนเหล่านี้

ข้าว. 1. ช่วงการได้ยินของหูมนุษย์

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่าอวัยวะที่ได้ยินของมนุษย์ไม่รับรู้ถึงบริเวณของอินฟราซาวด์และอัลตราซาวนด์ แม้ว่าจะสามารถรับรู้ได้เช่นโดยสัตว์บางชนิดแมลง

อะไร ? แหล่งกำเนิดเสียงอาจเป็นวัตถุใดก็ได้ที่สั่นด้วยความถี่เสียง (ตั้งแต่ 16 ถึง 20,000 Hz)

ข้าว. 2. ไม้บรรทัดสั่นที่หนีบไว้ในคีมจับอาจเป็นแหล่งกำเนิดเสียง

ให้เราเปิดประสบการณ์และดูว่าคลื่นเสียงเกิดขึ้นได้อย่างไร ในการทำเช่นนี้เราจำเป็นต้องมีไม้บรรทัดโลหะซึ่งเรายึดด้วยคีมจับ ตอนนี้ เมื่อกระทำการกับไม้บรรทัด เราสามารถสังเกตการสั่นสะเทือนได้ แต่เราไม่ได้ยินเสียงใดๆ และยังมีการสร้างคลื่นกลรอบไม้บรรทัด โปรดทราบว่าเมื่อไม้บรรทัดเลื่อนไปด้านใดด้านหนึ่ง ผนึกอากาศจะเกิดขึ้นที่นี่ อีกด้านมีตราประทับด้วย ระหว่างซีลเหล่านี้จะเกิดสุญญากาศขึ้น คลื่นตามยาว -นี่คือคลื่นเสียงประกอบด้วยแมวน้ำและอากาศถ่ายเท. ความถี่การสั่นสะเทือนของไม้บรรทัดในกรณีนี้น้อยกว่าความถี่เสียง ดังนั้นเราจึงไม่ได้ยินเสียงคลื่นนี้ เสียงนี้ จากประสบการณ์ที่เราเพิ่งสังเกตเห็น เมื่อปลายศตวรรษที่ 18 เครื่องดนตรีที่เรียกว่าส้อมเสียงได้ถูกสร้างขึ้น

ข้าว. 3. การขยายพันธุ์ของคลื่นเสียงตามยาวจากส้อมเสียง

ดังที่เราได้เห็นแล้ว เสียงปรากฏขึ้นจากการสั่นของร่างกายด้วยความถี่เสียง คลื่นเสียงแพร่กระจายในทุกทิศทาง ต้องมีสื่อกลางระหว่างเครื่องช่วยฟังของมนุษย์กับแหล่งกำเนิดคลื่นเสียง สื่อนี้สามารถเป็นก๊าซ ของเหลว ของแข็ง แต่ต้องเป็นอนุภาคที่สามารถส่งการสั่นสะเทือนได้ กระบวนการของการส่งคลื่นเสียงจะต้องเกิดขึ้นในที่ที่มีสสาร ถ้าไม่มีสาระ เราจะไม่ได้ยินเสียงใดๆ

สำหรับเสียงที่มีอยู่:

1. แหล่งกำเนิดเสียง

2. วันพุธ

3. เครื่องช่วยฟัง

4. ความถี่ 16-20000Hz

5. ความเข้ม

ทีนี้มาพูดถึงลักษณะของเสียงกันต่อ ที่แรกก็คือสนาม ระดับเสียง -ลักษณะที่กำหนดโดยความถี่ของการแกว่ง. ยิ่งความถี่ของร่างกายทำให้เกิดการสั่นสะเทือนมากเท่าใด เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น หันกลับมาที่ไม้บรรทัดอีกครั้งโดยยึดด้วยคีมจับ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว เราเห็นการสั่นสะเทือน แต่ไม่ได้ยินเสียง ถ้าตอนนี้ความยาวของไม้บรรทัดเล็กลง เราจะได้ยินเสียง แต่จะเห็นการสั่นได้ยากกว่ามาก ดูเส้น. หากเราดำเนินการตอนนี้ เราจะไม่ได้ยินเสียงใดๆ แต่เราสังเกตการสั่นสะเทือน ถ้าเราย่อไม้บรรทัดให้สั้นลง เราจะได้ยินเสียงของระดับเสียงหนึ่ง เราสามารถทำให้ความยาวของไม้บรรทัดสั้นลงได้ แล้วเราจะได้ยินเสียงของระดับเสียงที่สูงขึ้นไปอีก (ความถี่) เราสามารถสังเกตสิ่งเดียวกันด้วยส้อมเสียง ถ้าเราใช้ส้อมปรับเสียงขนาดใหญ่ (เรียกอีกอย่างว่าส้อมปรับเสียงสาธิต) แล้วกระแทกที่ขาของส้อมปรับเสียง เราจะสังเกตการสั่นได้ แต่เราจะไม่ได้ยินเสียง หากเราใช้ส้อมเสียงอีกอัน เมื่อกระแทกเข้าไป เราจะได้ยินเสียงบางอย่าง และตะเกียบถัดมา ส้อมเสียงของจริง ซึ่งใช้ในการจูนเครื่องดนตรี มันสร้างเสียงที่สอดคล้องกับโน้ต la หรืออย่างที่พวกเขาพูด 440 Hz

ลักษณะต่อไปคือเสียงต่ำ Timbreเรียกว่าสีเสียง. ลักษณะนี้จะแสดงให้เห็นได้อย่างไร? Timbre คือความแตกต่างระหว่างเสียงที่เหมือนกันสองเสียงที่เล่นโดยเครื่องดนตรีต่างๆ ทุกท่านทราบดีว่าเรามีเพียงเจ็ดบันทึก หากเราได้ยินโน้ต A ตัวเดียวกัน ที่ถ่ายบนไวโอลินและเปียโน เราจะแยกแยะพวกมันออก เราสามารถบอกได้ทันทีว่าเครื่องดนตรีชนิดใดที่สร้างเสียงนี้ มันคือคุณลักษณะนี้ - สีของเสียง - ที่บ่งบอกลักษณะของเสียงต่ำ ต้องบอกว่าเสียงต่ำขึ้นอยู่กับการสั่นสะเทือนของเสียงนอกเหนือจากโทนเสียงพื้นฐาน ความจริงก็คือการสั่นสะเทือนของเสียงโดยพลการนั้นค่อนข้างซับซ้อน ประกอบด้วยชุดของการสั่นสะเทือนส่วนบุคคล สเปกตรัมการสั่นสะเทือน. เป็นการทำซ้ำของการสั่นสะเทือนเพิ่มเติม (หวือหวา) ที่บ่งบอกถึงความงามของเสียงของเสียงหรือเครื่องดนตรีเฉพาะ Timbreเป็นหนึ่งในการแสดงเสียงที่สำคัญและโดดเด่น

คุณสมบัติอื่นคือปริมาณ ความดังของเสียงขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือน. ลองมาดูและตรวจสอบให้แน่ใจว่าความดังสัมพันธ์กับแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือน ลองใช้ส้อมเสียงกัน ลองทำสิ่งต่อไปนี้: หากคุณกดส้อมเสียงอย่างอ่อน แอมพลิจูดการสั่นจะเล็กและเสียงจะเงียบ ถ้าตอนนี้ส้อมเสียงตีแรงขึ้น แสดงว่าเสียงนั้นดังขึ้นมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าแอมพลิจูดของการแกว่งจะมีขนาดใหญ่กว่ามาก การรับรู้เสียงเป็นเรื่องส่วนตัว ขึ้นอยู่กับว่าเครื่องช่วยฟังเป็นอย่างไร ความผาสุกของบุคคลเป็นอย่างไร

รายการวรรณกรรมเพิ่มเติม:

คุณคุ้นเคยกับเสียงหรือไม่? //ควอนตัม - 1992. - ลำดับที่ 8 - C. 40-41. กิโคอิน เอ.เค. เกี่ยวกับเสียงดนตรีและแหล่งที่มา // Kvant - 2528. - ลำดับที่ 9 - ส. 26-28. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น. เอ็ด. จีเอส ลันด์สเบิร์ก ต. 3. - ม., 2517.

สาขาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนของเสียงเรียกว่า อะคูสติก

หูของมนุษย์ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้รับรู้การสั่นสะเทือนด้วยความถี่ 20 Hz ถึง 20 kHz เป็นเสียง ความถี่ต่ำ(เสียงจากกลองเบสหรือท่อออร์แกน) รับรู้ด้วยหูเป็นโน้ตเบส เสียงนกหวีดหรือเสียงแหลมของยุงนั้นสอดคล้องกับความถี่สูง การสั่นที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 Hz เรียกว่า อินฟาเรดและด้วยความถี่มากกว่า 20 kHz - อัลตราซาวนด์คนไม่ได้ยินการสั่นสะเทือนดังกล่าว แต่มีสัตว์ที่ได้ยินเสียงอินฟราซาวน์จากเปลือกโลกก่อนเกิดแผ่นดินไหว เมื่อได้ยินพวกมัน สัตว์ก็ออกจากพื้นที่อันตราย

ในดนตรี ความถี่อะคูสติกสอดคล้องกับ แต่มี.โน้ต "la" ของอ็อกเทฟหลัก (คีย์ C) สอดคล้องกับความถี่ 440 Hz โน้ต "la" ของอ็อกเทฟถัดไปสอดคล้องกับความถี่ 880 Hz ดังนั้นอ็อกเทฟอื่นๆ ทั้งหมดจึงมีความถี่ต่างกันถึง 2 เท่า ภายในแต่ละอ็อกเทฟ 6 โทนหรือ 12 เซมิโทนมีความโดดเด่น แต่ละ โทนมีความถี่ของ yf2~ 1.12 แตกต่างจากความถี่ของเสียงก่อนหน้าแต่ละ ครึ่งเสียงแตกต่างจากครั้งก่อนใน "$2 เราจะเห็นว่าแต่ละความถี่ถัดไปแตกต่างจากความถี่ก่อนหน้าไม่ใช่ไม่กี่ Hz แต่โดย เบอร์เดียวกันครั้งหนึ่ง. มาตราส่วนดังกล่าวเรียกว่า ลอการิทึมเนื่องจากระยะห่างที่เท่ากันระหว่างโทนเสียงจะอยู่บนมาตราส่วนลอการิทึมพอดี โดยที่ค่าไม่ได้ถูกพล็อต แต่เป็นลอการิทึม

หากเสียงตรงกับหนึ่งความถี่ v (หรือกับ = 2tcv) จากนั้นจะเรียกว่าฮาร์มอนิกหรือโมโนโครม เสียงฮาร์มอนิกล้วนๆ นั้นหายาก เกือบทุกครั้ง เสียงประกอบด้วยชุดของความถี่ กล่าวคือ สเปกตรัม (ดูหัวข้อที่ 8 ของบทนี้) มีความซับซ้อน การสั่นสะเทือนของดนตรีมักจะมีโทนเสียงพื้นฐาน cco \u003d 2n / T โดยที่ T คือคาบและชุดของโอเวอร์โทน 2 (Oo, Zco 0, 4coo เป็นต้น ชุดของโอเวอร์โทนที่ระบุความเข้มในดนตรีเรียกว่า เสียงต่ำเครื่องดนตรีต่าง ๆ นักร้องต่าง ๆ ที่ตีโน้ตตัวเดียวกันมีเสียงต่ำต่างกัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีสีที่ต่างกัน

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ส่วนผสมของความถี่ที่ไม่ใช่หลายความถี่ได้ ในดนตรียุโรปคลาสสิกถือว่าไม่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม มันถูกใช้ในดนตรีสมัยใหม่ แม้แต่การเคลื่อนไหวช้าของความถี่ใด ๆ ในทิศทางของการเพิ่มขึ้นหรือลดลงก็ยังใช้ (อูคูเลเล่)

ในเสียงที่ไม่ใช่เสียงดนตรี ความถี่ใด ๆ ในสเปกตรัมและการเปลี่ยนแปลงของเวลาก็เป็นไปได้ สเปกตรัมของเสียงดังกล่าวสามารถต่อเนื่องกันได้ (ดูหัวข้อ 8) หากความเข้มของความถี่ทั้งหมดใกล้เคียงกัน เสียงดังกล่าวจะเรียกว่า "เสียงสีขาว" (คำนี้นำมาจากเลนส์ โดยที่สีขาวคือจำนวนรวมของความถี่ทั้งหมด)

เสียงพูดของมนุษย์นั้นซับซ้อนมาก พวกมันมีสเปกตรัมที่ซับซ้อนซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อออกเสียงเสียงคำเดียวและทั้งวลี สิ่งนี้ทำให้คำพูดมีน้ำเสียงและสำเนียงที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะแยกแยะบุคคลออกจากอีกคนหนึ่งด้วยเสียง แม้ว่าพวกเขาจะออกเสียงคำเดียวกันก็ตาม

เสียงเกิดจากการสั่นสะเทือนทางกลในตัวกลางและร่างกายที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งความถี่อยู่ในช่วงตั้งแต่ 20 Hz ถึง 20 kHz และหูของมนุษย์สามารถรับรู้ได้

ดังนั้นการสั่นสะเทือนทางกลด้วยความถี่ที่ระบุจึงเรียกว่าเสียงและเสียง การสั่นสะเทือนทางกลที่ไม่ได้ยินซึ่งมีความถี่ต่ำกว่าช่วงเสียงเรียกว่าอินฟราโซนิก และการสั่นสะเทือนที่มีความถี่สูงกว่าช่วงเสียงจะเรียกว่าอัลตราโซนิก

ถ้าตัวที่มีเสียง เช่น กระดิ่งไฟฟ้า วางไว้ใต้กระดิ่งของปั๊มลม เมื่ออากาศถูกสูบออก เสียงจะอ่อนลงและอ่อนลง และสุดท้ายก็จะหยุดลงโดยสมบูรณ์ การส่งการสั่นสะเทือนจากตัวส่งเสียงจะดำเนินการผ่านอากาศ โปรดทราบว่าในระหว่างการสั่น ตัวที่ส่งเสียงระหว่างการสั่นสะเทือนจะบีบอัดอากาศที่อยู่ติดกับพื้นผิวของร่างกายสลับกัน จากนั้นจะสร้างการหายากในชั้นนี้ ดังนั้นการแพร่กระจายของเสียงในอากาศจึงเริ่มต้นด้วยความผันผวนของความหนาแน่นของอากาศที่พื้นผิวของตัวสั่น

โทนดนตรี ความดังและระดับเสียง

เสียงที่เราได้ยินเมื่อแหล่งกำเนิดทำให้เกิดการสั่นแบบฮาร์มอนิกเรียกว่าเสียงดนตรีหรือเรียกสั้น ๆ ว่าโทนเสียง

ในโทนเสียงดนตรีใด ๆ เราสามารถแยกแยะคุณสมบัติสองอย่างด้วยหู: ความดังและระดับเสียง

การสังเกตที่ง่ายที่สุดทำให้เราเชื่อว่าน้ำเสียงของระดับเสียงที่กำหนดนั้นถูกกำหนดโดยแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือน เสียงของส้อมเสียงหลังจากที่กระแทกมันค่อยๆ ลดลง สิ่งนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการหน่วงของการแกว่ง กล่าวคือ ด้วยแอมพลิจูดที่ลดลง ตีส้อมเสียงให้หนักขึ้นเช่น โดยการให้แรงสั่นสะเทือนในแอมพลิจูดขนาดใหญ่ เราจะได้ยินเสียงที่ดังกว่าเสียงกระทบที่เบา สามารถสังเกตได้เช่นเดียวกันกับสตริงและโดยทั่วไปด้วยแหล่งกำเนิดเสียงใด ๆ

หากเราใช้ส้อมเสียงที่มีขนาดต่างกันหลายๆ อัน การจัดเรียงด้วยหูก็ไม่ยาก เพื่อเพิ่มระดับเสียง ดังนั้นพวกเขาจะอยู่ในขนาด: ส้อมเสียงที่ใหญ่ที่สุดให้เสียงต่ำสุดที่เล็กที่สุด - มากที่สุด alt. ดังนั้นสนามจะถูกกำหนดโดยความถี่ของการแกว่ง ยิ่งความถี่สูงขึ้น และระยะเวลาของการสั่นยิ่งสั้นลงเท่าใด ระดับเสียงที่เราได้ยินก็จะยิ่งสูงขึ้น

เสียงสะท้อน

ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์สามารถสังเกตได้จากการสั่นสะเทือนทางกลในทุกความถี่ โดยเฉพาะการสั่นสะเทือนของเสียง

เราวางส้อมเสียงที่เหมือนกันสองอันไว้ข้างกันโดยหมุนรูของกล่องที่ติดตั้งเข้าหากัน กล่องมีความจำเป็นเพราะจะขยายเสียงของส้อมเสียง นี่เป็นเพราะเสียงสะท้อนระหว่างส้อมเสียงกับเสาอากาศที่อยู่ในกล่อง ดังนั้นกล่องจึงเรียกว่าเรโซเนเตอร์หรือกล่องเรโซแนนซ์

ลองตีส้อมเสียงอันใดอันหนึ่งแล้วปิดด้วยนิ้วของเรา เราจะได้ยินเสียงของส้อมเสียงที่สอง

ลองใช้ส้อมเสียงสองแบบที่แตกต่างกัน นั่นคือ ด้วยระดับเสียงที่แตกต่างกัน และทำซ้ำการทดลอง ตอนนี้ส้อมเสียงแต่ละอันจะไม่ตอบสนองต่อเสียงของส้อมเสียงอื่นอีกต่อไป

อธิบายผลลัพธ์นี้ได้ไม่ยาก การสั่นสะเทือนของส้อมเสียงอันหนึ่งกระทำในอากาศโดยใช้แรงบางอย่างบนส้อมปรับเสียงอันที่สอง ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบบังคับ เนื่องจากส้อมเสียง 1 ทำการสั่นแบบฮาร์มอนิก แรงที่กระทำต่อส้อมปรับเสียง 2 จะเปลี่ยนไปตามกฎของการสั่นของฮาร์มอนิกด้วยความถี่ของส้อมปรับเสียง 1 หากความถี่ของแรงต่างกัน การสั่นแบบบังคับจะอ่อนมาก ที่เราจะไม่ได้ยินพวกเขา

เสียงรบกวน

เราได้ยินเสียงดนตรี (โน้ต) เมื่อการแกว่งเป็นระยะ ตัวอย่างเช่น เสียงประเภทนี้สร้างโดยสายเปียโน หากคุณกดปุ่มหลายปุ่มพร้อมกันนั่นคือ ทำเสียงโน้ตหลาย ๆ ตัวจากนั้นความรู้สึกของเสียงดนตรีจะยังคงอยู่ แต่ความแตกต่างระหว่างเสียงพยัญชนะ (น่าฟัง) กับเสียงที่ไม่ลงรอยกัน (ไม่พึงประสงค์) จะออกมาอย่างชัดเจน ปรากฎว่าบันทึกที่มีช่วงเวลาในอัตราส่วนของจำนวนน้อยสอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น จะได้ความสอดคล้องกันเมื่ออัตราส่วนของช่วงเวลาคือ 2:3 (ห้า) ที่ 3:4 (ควอนตัม) 4:5 (หลักสาม) เป็นต้น หากช่วงเวลามีความเกี่ยวข้องกันเป็นจำนวนมากเช่น 19:23 จะได้รับความไม่ลงรอยกัน - ดนตรี แต่เสียงที่ไม่พึงประสงค์ เราจะไปไกลกว่านี้จากช่วงของการสั่นสะเทือนหากเรากดปุ่มหลายปุ่มพร้อมกัน เสียงจะดัง

เสียงรบกวนมีลักษณะเป็นสัญญาณที่ไม่เป็นช่วงที่รุนแรงของรูปแบบการสั่น: ไม่ว่าจะเป็นการสั่นที่ยาวนาน แต่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมาก (เสียงฟ่อ เสียงเอี๊ยด) หรือการปล่อยเสียงแต่ละเสียง (การคลิก การเคาะ) จากมุมมองนี้ เสียงที่เปล่งออกมาโดยพยัญชนะ (เสียงฟ่อ ริมฝีปาก ฯลฯ) ควรนำมาประกอบกับเสียง

ในทุกกรณี การสั่นของสัญญาณรบกวนประกอบด้วยการสั่นของฮาร์มอนิกจำนวนมากที่มีความถี่ต่างกัน

ดังนั้นสเปกตรัมของการสั่นฮาร์มอนิกจึงประกอบด้วยความถี่เดียว สำหรับการสั่นแบบคาบ สเปกตรัมประกอบด้วยชุดของความถี่ - พื้นฐานและทวีคูณของมัน ด้วยพยัญชนะ เรามีสเปกตรัมที่ประกอบด้วยชุดความถี่ดังกล่าวหลายชุด โดยชุดหลักที่เกี่ยวข้องกันเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็ก ในความสามัคคีที่ไม่สอดคล้องกัน ความถี่พื้นฐานจะไม่อยู่ในความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายอีกต่อไป ยิ่งความถี่ในสเปกตรัมต่างกันมากเท่าไร เราก็ยิ่งเข้าใกล้สัญญาณรบกวนมากขึ้นเท่านั้น เสียงทั่วไปมีสเปกตรัมซึ่งมีความถี่สูงมาก

บทเรียนนี้ครอบคลุมหัวข้อ "คลื่นเสียง" ในบทนี้เราจะเรียนเกี่ยวกับอะคูสติกต่อไป ขั้นแรก เราทำซ้ำคำจำกัดความของคลื่นเสียง จากนั้นพิจารณาช่วงความถี่และทำความคุ้นเคยกับแนวคิดของคลื่นอัลตราโซนิกและคลื่นอินฟราเรด เราจะหารือเกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ และค้นหาว่ามีลักษณะอย่างไร .

คลื่นเสียง -สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนทางกลซึ่งแพร่กระจายและมีปฏิสัมพันธ์กับอวัยวะที่ได้ยิน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. คลื่นเสียง

ส่วนที่เกี่ยวข้องกับคลื่นเหล่านี้ในฟิสิกส์เรียกว่าอะคูสติก อาชีพของคนที่มักเรียกกันว่า "ผู้ฟัง" ก็คือวิชาอะคูสติก คลื่นเสียงเป็นคลื่นที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น มันคือคลื่นตามยาว และเมื่อมันแพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่นได้ การบีบอัดและการแรกลับจะสลับกัน มันถูกถ่ายทอดเมื่อเวลาผ่านไปในระยะทาง (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การขยายพันธุ์ของคลื่นเสียง

คลื่นเสียงรวมถึงการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นด้วยความถี่ 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ ความถี่เหล่านี้สอดคล้องกับความยาวคลื่น 17 ม. (สำหรับ 20 Hz) และ 17 มม. (สำหรับ 20,000 Hz) ช่วงนี้จะเรียกว่าเสียงที่ได้ยิน ความยาวคลื่นเหล่านี้กำหนดให้กับอากาศ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงจะเท่ากับ

นอกจากนี้ยังมีช่วงดังกล่าวที่นักอะคูสติกมีส่วนร่วม - อินฟราโซนิกและอัลตราโซนิก Infrasonic คือคลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 20 Hz และอัลตราโซนิกคือความถี่ที่มีความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ช่วงคลื่นเสียง

ผู้มีการศึกษาทุกคนควรได้รับคำแนะนำในช่วงความถี่ของคลื่นเสียงและรู้ว่าถ้าเขาไปสแกนอัลตราซาวนด์ภาพบนหน้าจอคอมพิวเตอร์จะถูกสร้างขึ้นด้วยความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์

อัลตราซาวนด์ -เหล่านี้เป็นคลื่นกลคล้ายกับคลื่นเสียง แต่มีความถี่ 20 kHz ถึงหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์

คลื่นที่มีความถี่มากกว่าหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์เรียกว่า hypersonic.

อัลตราซาวนด์ใช้เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในส่วนที่หล่อ กระแสของสัญญาณอัลตราโซนิกสั้นจะถูกส่งไปยังชิ้นส่วนที่ทดสอบ ในสถานที่ที่ไม่มีข้อบกพร่องสัญญาณจะผ่านส่วนนั้นโดยไม่ได้รับการลงทะเบียนจากผู้รับ

หากมีรอยแตก, ช่องอากาศหรือความไม่สม่ำเสมออื่น ๆ ในส่วนนั้นสัญญาณอัลตราโซนิกจะสะท้อนออกมาจากมันและกลับเข้าสู่เครื่องรับ วิธีการดังกล่าวเรียกว่า การตรวจจับข้อบกพร่องล้ำเสียง.

ตัวอย่างอื่นๆ ของการใช้อัลตราซาวนด์ ได้แก่ เครื่องอัลตราซาวนด์ เครื่องอัลตราซาวนด์ การบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์

อินฟาเรด -คลื่นกลคล้ายกับคลื่นเสียง แต่มีความถี่น้อยกว่า 20 Hz พวกเขาไม่ได้รับรู้โดยหูของมนุษย์

แหล่งธรรมชาติของคลื่นอินฟราเรด ได้แก่ พายุ สึนามิ แผ่นดินไหว พายุเฮอริเคน ภูเขาไฟระเบิด พายุฝนฟ้าคะนอง

อินฟราซาวน์ยังเป็นคลื่นสำคัญที่ใช้ในการสั่นสะเทือนพื้นผิว (เช่น เพื่อทำลายวัตถุขนาดใหญ่บางอย่าง) เราปล่อยอินฟราซาวน์ลงสู่ดิน - และดินก็ถูกบดขยี้ นี้ใช้ที่ไหน? ตัวอย่างเช่น ในเหมืองเพชร ที่พวกเขานำแร่ที่มีส่วนประกอบของเพชรมาบดให้เป็นอนุภาคเล็กๆ เพื่อหาการรวมตัวของเพชรเหล่านี้ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. การประยุกต์ใช้อินฟราซาวน์

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ

โปรดทราบ: ในอากาศ ความเร็วของเสียงเท่ากับ ในขณะที่ความเร็วเพิ่มขึ้นโดย หากคุณเป็นนักวิจัย ความรู้ดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์กับคุณ คุณอาจคิดเซ็นเซอร์อุณหภูมิบางประเภทที่จะตรวจจับความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิโดยการเปลี่ยนความเร็วของเสียงในตัวกลาง เรารู้อยู่แล้วว่ายิ่งสื่อมีความหนาแน่นมากเท่าใด ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของตัวกลางก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น คลื่นก็จะยิ่งแพร่กระจายเร็วขึ้น เราได้กล่าวถึงเรื่องนี้ในย่อหน้าสุดท้ายโดยใช้ตัวอย่างของอากาศแห้งและอากาศชื้น สำหรับน้ำ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียง หากคุณสร้างคลื่นเสียง (เคาะส้อมเสียง) ความเร็วของการแพร่กระจายในน้ำจะมากกว่าในอากาศ 4 เท่า ทางน้ำข้อมูลจะเร็วกว่าทางอากาศถึง 4 เท่า และเร็วกว่าในเหล็กกล้า: (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียง

คุณรู้จากมหากาพย์ที่ Ilya Muromets ใช้ (และวีรบุรุษและคนรัสเซียธรรมดาและเด็กชายจากสภาทหารปฏิวัติของ Gaidar) ใช้อย่างมาก วิธีที่น่าสนใจการตรวจจับวัตถุที่ใกล้เข้ามาแต่ยังห่างไกล เสียงที่เปล่งออกมาขณะเคลื่อนที่ยังไม่ได้ยิน Ilya Muromets ได้ยินเธอด้วยหูของเขาที่พื้น ทำไม เพราะเสียงพื้นแข็งถูกส่งมาจาก ความเร็วมากขึ้นซึ่งหมายความว่ามันจะไปถึงหูของ Ilya Muromets เร็วขึ้นและเขาจะสามารถเตรียมพร้อมสำหรับการพบกับศัตรู

คลื่นเสียงที่น่าสนใจที่สุดคือเสียงดนตรีและเสียง วัตถุอะไรที่สามารถสร้างคลื่นเสียงได้? ถ้าเราใช้แหล่งกำเนิดคลื่นและตัวกลางแบบยืดหยุ่น ถ้าเราทำให้แหล่งกำเนิดเสียงสั่นสะเทือนอย่างกลมกลืน เราจะมีคลื่นเสียงที่ยอดเยี่ยม ซึ่งจะเรียกว่าเสียงดนตรี แหล่งที่มาของคลื่นเสียงเหล่านี้อาจเป็น เช่น สายกีตาร์หรือเปียโน นี่อาจเป็นคลื่นเสียงที่สร้างขึ้นในช่องว่างของท่ออากาศ (อวัยวะหรือท่อ) จากบทเรียนดนตรี คุณรู้โน๊ต: do, re, mi, fa, salt, la, si ในอะคูสติกจะเรียกว่าโทน (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. เสียงเพลง

รายการทั้งหมดที่สามารถเปล่งเสียงได้จะมีคุณสมบัติ พวกเขาแตกต่างกันอย่างไร? มีความยาวคลื่นและความถี่ต่างกัน หากคลื่นเสียงเหล่านี้ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยตัวเสียงที่กลมกลืนกันหรือไม่ได้เชื่อมต่อกับวงดนตรีทั่วไป จำนวนของเสียงดังกล่าวจะเรียกว่าเสียงรบกวน

เสียงรบกวน- ความผันผวนแบบสุ่มของลักษณะทางกายภาพต่างๆ โดดเด่นด้วยความซับซ้อนของโครงสร้างชั่วคราวและสเปกตรัม แนวคิดเรื่องเสียงรบกวนเกิดขึ้นทุกวันและเป็นเรื่องทางกายภาพ มีความคล้ายคลึงกันมาก ดังนั้นเราจึงแนะนำว่าเป็นประเด็นสำคัญที่แยกจากกันในการพิจารณา

มาดูการประมาณการเชิงปริมาณของคลื่นเสียงกัน ลักษณะของคลื่นเสียงดนตรีคืออะไร? ลักษณะเหล่านี้ใช้เฉพาะกับการสั่นสะเทือนของเสียงฮาร์มอนิกเท่านั้น ดังนั้น, ระดับเสียง. อะไรเป็นตัวกำหนดระดับเสียงของเสียง? พิจารณาการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในเวลาหรือการแกว่งของแหล่งกำเนิดคลื่นเสียง (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. ระดับเสียง

ในเวลาเดียวกัน หากเราไม่ได้เพิ่มเสียงเข้าไปในระบบมากนัก (เช่น กดคีย์เปียโนเบาๆ) ก็จะเกิดเสียงที่เงียบขึ้น ถ้าเราดัง ยกมือขึ้นสูง เรียกเสียงนี้โดยกดปุ่ม เราจะได้เสียงดัง มันขึ้นอยู่กับอะไร? เสียงที่เงียบมีการสั่นสะเทือนน้อยกว่าเสียงที่ดัง

ลักษณะสำคัญต่อไปของเสียงดนตรีและอื่น ๆ คือ ความสูง. อะไรกำหนดระดับเสียงของเสียง? ระดับเสียงขึ้นอยู่กับความถี่ เราสามารถทำให้แหล่งสัญญาณสั่นได้บ่อยครั้ง หรือทำให้การสั่นไม่เร็วมาก (นั่นคือทำให้การสั่นน้อยลงต่อหน่วยเวลา) พิจารณาการกวาดเวลาของเสียงสูงและต่ำของแอมพลิจูดเดียวกัน (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. พิช

สามารถสรุปผลได้น่าสนใจ หากคนร้องด้วยเบส แหล่งกำเนิดเสียงของเขา (นี่คือสายเสียง) จะผันผวนช้ากว่าผู้ที่ร้องเพลงโซปราโนหลายเท่า ในกรณีที่สอง สายเสียงจะสั่นบ่อยขึ้น ดังนั้นจึงทำให้เกิดจุดโฟกัสของการบีบอัดและการแรเงาในการแพร่กระจายของคลื่นบ่อยขึ้น

มีคุณลักษณะที่น่าสนใจอีกอย่างของคลื่นเสียงที่นักฟิสิกส์ไม่ศึกษา มัน timbre. คุณรู้จักและแยกแยะเพลงชิ้นเดียวกันที่เล่นบนบาลาไลก้าหรือเชลโลได้อย่างง่ายดาย อะไรคือความแตกต่างระหว่างเสียงเหล่านี้กับการแสดงนี้? ในตอนเริ่มต้นของการทดลอง เราขอให้ผู้ที่สร้างเสียงสร้างเสียงให้มีความกว้างใกล้เคียงกันโดยประมาณ เพื่อให้ระดับเสียงเท่ากัน มันเหมือนกับในกรณีของวงออเคสตรา: หากไม่จำเป็นต้องแยกเครื่องดนตรี ทุกคนจะเล่นในลักษณะเดียวกันโดยประมาณด้วยความแข็งแกร่งที่เท่ากัน ดังนั้นเสียงของบาลาไลก้าและเชลโลจึงแตกต่างกัน หากเราวาดเสียงที่แยกออกมาจากเครื่องดนตรีเครื่องหนึ่ง จากอีกเครื่องหนึ่ง โดยใช้ไดอะแกรม เสียงเหล่านั้นก็จะเหมือนกัน แต่คุณสามารถแยกแยะเครื่องดนตรีเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายด้วยเสียง

อีกตัวอย่างหนึ่งของความสำคัญของไม้เตี้ย ลองนึกภาพนักร้องสองคนที่จบการศึกษาจากโรงเรียนดนตรีเดียวกันกับครูคนเดียวกัน พวกเขาเรียนดีพอๆ กันกับห้าคน ด้วยเหตุผลบางอย่าง คนหนึ่งกลายเป็นนักแสดงที่โดดเด่น ในขณะที่อีกคนไม่พอใจกับอาชีพการงานของเขาไปตลอดชีวิต อันที่จริงสิ่งนี้ถูกกำหนดโดยเครื่องมือของพวกเขาเท่านั้นซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของเสียงในสภาพแวดล้อมนั่นคือเสียงของพวกเขาแตกต่างกันในเสียงต่ำ

บรรณานุกรม

1. Sokolovich Yu.A. , Bogdanova G.S. ฟิสิกส์: หนังสืออ้างอิงพร้อมตัวอย่างการแก้ปัญหา - การแจกจ่ายครั้งที่ 2 - X.: Vesta: สำนักพิมพ์ "ระโนก", 2548. - 464 น.
2. Peryshkin A.V. , Gutnik E.M. , ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9: ตำราเรียนทั่วไป สถาบัน / A.V. Peryshkin, E.M. กุทนิก. - ฉบับที่ 14 แบบแผน - ม.: บัสตาร์ด, 2552. - 300 น.

1. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต "eduspb.com" ()
2. อินเทอร์เน็ตพอร์ทัล "msk.edu.ua" ()
3. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต "class-fizika.narod.ru" ()

การบ้าน

1. การแพร่กระจายเสียงเป็นอย่างไร? แหล่งที่มาของเสียงคืออะไร?
2. เสียงสามารถเดินทางในอวกาศได้หรือไม่?
3. ทุกคลื่นที่มาถึงหูของมนุษย์รับรู้โดยเขาหรือไม่?

1 สไลด์

2 สไลด์

จุดประสงค์ของบทเรียนของเรา เพื่อทำความคุ้นเคยกับแหล่งกำเนิดเสียง แสดงความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างร่างกายที่สั่นและการสั่นสะเทือนของเสียง เปิดใจ.

3 สไลด์

บทสรุปของบทเรียนของเรา ฉันจะฉลาด ฉันจะมีความรู้ ฉันจะพยายาม ... และทุกอย่างจะได้ผล!

4 สไลด์

แผนการสอน ช่วงเวลาขององค์กร-1นาที การทำให้ความรู้เป็นจริง-3นาที แรงจูงใจและการกำหนดเป้าหมาย-3นาที ระยะของการได้รับความรู้ใหม่-10 นาที พลศึกษา-2นาที การรวมสื่อการศึกษา-15นาที ข้อมูลเกี่ยวกับการบ้าน-2นาที สรุปบทเรียน-4นาที

5 สไลด์

6 สไลด์

อะคูสติกเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาปรากฏการณ์ทางเสียง เราอาศัยอยู่ในโลกของเสียงที่ช่วยให้เราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นรอบข้าง

7 สไลด์

8 สไลด์

เสียงได้รับการศึกษามาตั้งแต่สมัยโบราณ การสังเกตด้วยเสียงครั้งแรกเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช พีทาโกรัสสร้างความสัมพันธ์ระหว่างระดับเสียงกับความยาวของสายหรือท่อที่ทำให้เกิดเสียง ในศตวรรษที่สี่ ปีก่อนคริสตกาล อริสโตเติลเป็นคนแรกที่อธิบายอย่างถูกต้องว่าเสียงเดินทางในอากาศอย่างไร เขากล่าวว่าร่างกายที่ส่งเสียงทำให้เกิดการกดทับและการแยกตัวของอากาศ และอธิบายเสียงสะท้อนโดยการสะท้อนของเสียงจากสิ่งกีดขวาง ในศตวรรษที่ 15 Leonardo da Vinci ได้กำหนดหลักการความเป็นอิสระของคลื่นเสียงจากแหล่งต่างๆ ประวัติการศึกษาเสียง

9 สไลด์

ส้อมเสียงเป็น "หนังสติ๊ก" โลหะที่ติดตั้งบนกล่องที่ไม่มีผนังด้านเดียว หากคุณตี "ขา" ของส้อมเสียงด้วยค้อนยางพิเศษจะทำให้เสียงเรียกว่าเสียงดนตรี ส้อมเสียงถูกประดิษฐ์ขึ้นในศตวรรษที่ 18 เพื่อปรับแต่งเครื่องดนตรี

10 สไลด์

เสียง - การสั่นสะเทือนทางกลที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง รับรู้ด้วยหู เสียง (คลื่นเสียง) เป็นคลื่นยืดหยุ่นที่สามารถทำให้เกิดความรู้สึกได้ยินในตัวบุคคล กระบวนการขยายพันธุ์ของเสียงก็เป็นคลื่นเช่นกัน ข้อสันนิษฐานนี้เกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ ไอแซก นิวตัน (ค.ศ. 1643-1727)

11 สไลด์

แหล่งกำเนิดเสียง สามัญในทุกกรณีเป็นที่มาของพวกเขา การสั่นสะเทือนของร่างกายทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของอากาศ ธรรมชาติ (เสียง ใบไม้สั่น เสียงคลื่น ฯลฯ) ประดิษฐ์ (ส้อมเสียง เชือก กระดิ่ง เมมเบรน ฯลฯ)

12 สไลด์

กำหนดแหล่งกำเนิดเสียงในปริศนา 3. อุปกรณ์มีขนาดเล็ก แต่น่าทึ่งมาก ถ้าเพื่อนของฉันอยู่ไกล ฉันก็จะคุยกับเขาได้ง่าย (โทรศัพท์.) 4. สองพี่น้องเคาะที่ก้นเดียวกัน. แต่พวกเขาไม่เพียงแค่เอาชนะ - พวกเขาร้องเพลงด้วยกัน (กลอง.) 2. กินวัวบนทุ่งหญ้า แอร์โฮสเตสส่ง, แขวนระฆังเล็ก. อะไรเนี่ย? เดา! (ระฆัง) 1. ดึงสามสายบนสามเหลี่ยมไม้พวกเขาจับมือพวกเขาเล่น - ขาตัวเองไปเต้นรำ (บาลาไลก้า.)

13 สไลด์

การสั่นสะเทือนของผนังกระจกหลังจากการกระแทกด้วยค้อน กระดิ่ง สั่น ส้อมเสียง แหล่งกำเนิดเสียง แหล่งกำเนิดเสียงคือตัวใด ๆ ที่สั่นด้วยความถี่ 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์

14 สไลด์

ช่วงความถี่ อินฟาเรด ความถี่น้อยกว่า 20 Hz เสียงที่ได้ยินในสภาพแวดล้อม ความถี่ตั้งแต่ 20 Hz ถึง 20 kHz ความถี่อัลตราซาวนด์มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ เสียง

15 สไลด์

คำว่า "โง่อย่างปลา" ถูกหักล้าง ราศีมีนเข้ากับคนง่ายมาก เสียงของปลาบางตัวคล้ายกับเสียงนกหวีดของผู้ตัดสินฟุตบอล ส่วนเสียงอื่นๆ เหมือนยิงจากปืนไรเฟิลหรือปืนพก และบางเสียงก็ส่งเสียงเหมือนรถจักรยานยนต์หรือเสียงดัง มีฉลามเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่เงียบอยู่เสมอ

16 สไลด์

♦ ทำไมคุณไม่ได้ยินเสียงระฆังในภาชนะเปล่า? เสียงแพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น - ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แต่ไม่สามารถแพร่กระจายในอวกาศที่ไม่มีสาร

17 สไลด์

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางในการแพร่กระจายเสียง ในอากาศ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น 1°C ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นประมาณ 0.60 เมตร/วินาที ตารางที่ 1. ความเร็วของเสียงในสารต่างๆ สาร ความเร็วของเสียง m/s อากาศ (ที่ 00C) 340 ฮีเลียม 1005 ไฮโดรเจน 1300 น้ำ 1440 น้ำทะเล 1560 เหล็กและเหล็กกล้า 5000 แก้ว 4500 อลูมิเนียม 5100 ไม้หนัก 4000

18 สไลด์

หากเสียงเป็นคลื่น เพื่อกำหนดความเร็วของเสียง คุณสามารถใช้สูตรที่รู้จักกันดี:

19 สไลด์

20 สไลด์

ตารางที่ 2 ความถี่ของการสั่นของปีกของแมลงและนกในการบิน เฮิรตซ์ นกกระสา ผีเสื้อ นกกระจอก กา นกฮัมมิงเบิร์ด ยุง 2 ถึง 9 ถึง 13 3 – 4 50 300 – 600 แมลงวัน ผึ้ง ตั๊กแตน ม้าลาย แมลงปอ Bumblebees 190 – 330 200 – 250 20 100 38 – 100 180 – 240

21 สไลด์

เครื่องดนตรีชนิดใดถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อปรับแต่งเครื่องดนตรี? (ส้อมเสียงถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อปรับแต่งเครื่องดนตรี มันสามารถสร้างเสียงที่ความถี่เดียว) 2. ความเงียบอย่างแท้จริงทำให้คนสบายใจหรือไม่? (ความเงียบสัมบูรณ์ไม่เหมาะกับเรา เพราะมันรักษา ระบบประสาทใน แรงดันคงที่. การเต้นของหัวใจ ชีพจร การหายใจ และแม้กระทั่งการสั่นของขนตาเริ่มรบกวน) 3. ในสภาพแวดล้อมใดที่เสียงเดินทางได้เร็วที่สุด และอันไหนช้ากว่ากัน? การตรึง (ในก๊าซ เสียงจะแพร่กระจายช้ากว่าสื่ออื่น ๆ ในของเหลว เสียงแพร่กระจายเร็วกว่า ใน ของแข็งเสียงเดินทางได้เร็วที่สุด