Tovush nima

Tovush — fizik hodisa bo‘lib, uning mohiyati elastik to‘lqinlarning uzluksiz muhitlarda (gazlar, suyuqliklar, qattiq jismlar yoki plazmada) tarqalishidir. Tor ma’noda tovush tushunchasi bu to‘lqinlarning sezgi a’zolari orqali qabul qilinishini anglatadi.

Tovush manbai muayyan qonuniyat bo‘yicha mexanik tebranishlar sodir etadigan jism bo‘lishi mumkin.

Umuman olganda, tovush turli chastotali to‘lqinlar yig‘indisidir. Chastotalar bo‘yicha intensivlik taqsimoti $d I / d f$ silliq (uzluksiz) yoki ma’lum chastotalarda yaqqol maksimumlarga ega $f = f_{1}, f_{2}, ..$ (diskret) bo‘lishi mumkin. Soddalashtirish uchun ko‘pincha muayyan chastotali bitta to‘lqin ko‘rib chiqiladi.

Odatdagi odam 16—20 Gs dan 15—20 kGs gacha bo‘lgan chastota oralig‘idagi tovush tebranishlarini eshita oladi. Inson eshita oladigan diapazondan past tovush infratovush, undan yuqorisi, 1 GGs gacha — ultratovush, 1 GGs dan boshlab esa — gipertovush.

Dastlabki yaqinlashuvda tovush qattiqligi to‘lqin amplitudasi bilan, ton, tovush balandligi esa chastotasi bilan belgilanadi. Aniqroq aytganda, tovush qattiqligi samarali tovush bosimi, chastota va tebranish shakliga murakkab tarzda bog‘liq, ton balandligi esa faqat chastotaga emas, tovush bosimining kattaligiga ham bog‘liq.

Eshitiladigan tovushlar orasida fonetik, nutq tovushlari va fonemalar (ulardan og‘zaki nutq tuziladi), shuningdek, musiqiy tovushlar (ulardan musiqa tuziladi) farqlanadi. Musiqiy tovushlar bitta emas, balki bir nechta tondan (chastotalari o‘zgarmas bo‘lgan to‘lqinlardan, $f_{i}$ ), ba’zan esa keng akustik diapazondagi shovqin tarkibiy qismlaridan ham iborat bo‘ladi.

Tovush haqida tushuncha

Havodagi tovush to‘lqinlari — navbatma-navbat keladigan siqilish va siyraklashish sohalari

Tovush to‘lqinlari tebranish jarayoniga misol bo‘la oladi. Har qanday tebranish tizimning muvozanat holati buzilishi bilan bog‘liq bo‘lib, uning xususiyatlari muvozanat qiymatlaridan og‘ib, keyin dastlabki qiymatiga qaytishida namoyon bo‘ladi. Tovush tebranishlarida bunday xususiyat muhitning muayyan nuqtasidagi bosim bo‘lib, uning muvozanatdan og‘ishi tovush bosimi deyiladi.

Agar elastik muhit zarralari bir joyda keskin siljitilsa (masalan, porshen yordamida), shu joyda bosim ortadi. Zarralar o‘rtasidagi elastik bog‘lanishlar tufayli bosim qo‘shni zarralarga uzatiladi; ular esa keyingi zarralarga ta’sir ko‘rsatadi. Natijada yuqori bosimli soha elastik muhit bo‘ylab ko‘chayotgandek bo‘ladi. Yuqori bosimli sohaning ortidan past bosimli soha keladi va shu tariqa muhitda to‘lqin ko‘rinishida tarqaladigan, birin-ketin almashinuvchi siqilish va siyraklashish sohalari hosil bo‘ladi. Bunda elastik muhitning har bir zarrasi tebranma harakat qiladi.

batafsil ma’lumot

Elastik muhit zarralarining tebranma harakat tezligi — tebranish tezligi — m/s yoki sm/s da o‘lchanadi. Energiya nuqtayi nazaridan haqiqiy tebranish tizimlarida energiya ishqalanish kuchlariga qarshi ish bajarish va atrofga nurlanish uchun qisman sarflangani sababli energiya o‘zgaradi. Elastik muhitda tebranishlar asta-sekin so‘nadi. So‘nuvchi tebranishlarni tavsiflash uchun so‘nish koeffitsiyenti (S), logarifmik dekrement (D) va sifat koeffitsiyenti (Q) qo‘llanadi.

So‘nish koeffitsiyenti amplitudaning vaqt o‘tishi bilan kamayish tezligini ifodalaydi. Amplituda e = 2,718 marta kamayishi uchun ketadigan vaqtni $τ$ deb belgilasak:

S = \frac{1}{τ}

.

Bir sikldagi amplituda kamayishi logarifmik dekrement bilan tavsiflanadi. Logarifmik dekrement tebranish davrining so‘nish vaqtiga nisbati bo‘lib, bu vaqt $τ$ :

D = \frac{T}{τ}

Agar energiya yo‘qotadigan tebranish tizimiga davriy kuch ta’sir etsa, majburiy tebranishlar paydo bo‘ladi. Ularning xususiyatlari tashqi kuchning o‘zgarishini ma’lum darajada takrorlaydi. Majburiy tebranishlar chastotasi tebranish tizimining parametrlariga bog‘liq emas. Biroq amplituda tizimning massasi, mexanik qarshiligi va moslashuvchanligiga bog‘liq. Tebranish tezligi amplitudasi eng yuqori qiymatga yetadigan hodisa mexanik rezonans deyiladi. Bunda majburiy tebranishlar chastotasi mexanik tizimning o‘ziga xos so‘nmaydigan tebranishlari chastotasiga tenglashadi.

Ta’sir chastotasi rezonans chastotasidan ancha kichik bo‘lganda, tashqi garmonik kuch asosan elastiklik kuchi bilan muvozanatlanadi. Qo‘zg‘atuvchi chastota rezonans chastotasiga yaqinlashganda ishqalanish kuchlari asosiy rol o‘ynaydi. Tashqi ta’sir chastotasi rezonans chastotasidan ancha yuqori bo‘lsa, tebranish tizimining xatti-harakati inersiya kuchi yoki massaga bog‘liq bo‘ladi.

Muhitning akustik energiyani, jumladan ultratovush energiyasini o‘tkazish xususiyati akustik qarshilik bilan tavsiflanadi. Akustik qarshilik muhitda tovush bosimi zichligining ultratovush to‘lqinlari hajmiy tezligiga nisbati orqali ifodalanadi. Muhitning solishtirma akustik qarshiligi undagi tovush bosimi amplitudasining zarralar tebranish tezligi amplitudasiga nisbati bilan aniqlanadi. Akustik qarshilik qancha yuqori bo‘lsa, muhit zarralari tebranishining muayyan amplitudasida siqilish va siyraklashish darajasi shuncha katta bo‘ladi. Son jihatdan muhitning solishtirma akustik qarshiligi (Z) muhit zichligi ( $ρ$ ) bilan unda tovush to‘lqinlarining tarqalish tezligi (c) ko‘paytmasiga teng.

Z = ρ c

Solishtirma akustik qarshilik paskal-sekund /metr (Pa·s/m) yoki din•s/sm³ (SGS); 1 Pa·s/m = 10⁻¹ din • s/sm³.

Muhitning solishtirma akustik qarshiligi ko‘pincha g/s·sm² da ifodalanadi, bunda 1 g/s·sm² = 1 din•s/sm³. Muhitning akustik qarshiligi ultratovush to‘lqinlarining yutilishi, sinishi va qaytishi bilan belgilanadi.

Tovush yoki akustik bosim muhitning muayyan nuqtasida tovush tebranishlari mavjud bo‘lgandagi oniy bosim bilan ular bo‘lmagandagi statik bosim orasidagi farqdir. Boshqacha aytganda, tovush bosimi — akustik tebranishlar ta’sirida muhitda yuzaga keladigan o‘zgaruvchan bosim. O‘zgaruvchan akustik bosimning eng katta qiymatini (bosim amplitudasini) zarralar tebranishi amplitudasi orqali hisoblash mumkin:

P = 2 π f ρ c A

bu yerda P — eng katta akustik bosim (bosim amplitudasi);

f — chastota;
c — ultratovushning tarqalish tezligi;
$ρ$ — muhit zichligi;
A — muhit zarralari tebranishining amplitudasi.

To‘lqin uzunligining yarmi (λ/2) masofada tovush bosimi musbat qiymatdan manfiy qiymatga o‘tadi. Bosim eng katta va eng kichik bo‘lgan, to‘lqin tarqalishi yo‘nalishida bir-biridan λ/2 masofada joylashgan ikki nuqtadagi bosimlar farqi 2P ga teng.

Tovush bosimini SI birliklarida ifodalash uchun bir kvadrat metrga bir nyuton bosimga teng paskal (Pa) qo‘llanadi (N/m²). SGS tizimida tovush bosimi din/sm² da o‘lchanadi; 1 din/sm² = 10⁻¹ Pa = 10⁻¹ N/m². Yuqoridagi birliklardan tashqari, tizimdan tashqari bosim birliklari — atmosfera (atm) va texnik atmosfera (at) ham ko‘p qo‘llanadi; bunda 1 at = 0,98⋅10⁶ din/sm² = 0,98⋅10⁵ N/m². Ba’zan bar yoki mikrobar (akustik bar) deb ataladigan birlik qo‘llanadi; 1 bar = 10⁶ din/sm².

To‘lqin tarqalayotganda muhit zarralariga ta’sir etadigan bosim elastiklik va inersiya kuchlari natijasida yuzaga keladi. Inersiya kuchlarini tezlanishlar keltirib chiqaradi; ularning kattaligi ham bir davr mobaynida noldan eng yuqori qiymatgacha (tezlanish amplitudasigacha) ortadi. Bundan tashqari, davr davomida tezlanishning ishorasi o‘zgaradi.

Ultratovush to‘lqinlari muhitdan o‘tganda yuzaga keladigan tezlanish va bosimning eng yuqori qiymatlari ayni bir zarra uchun bir vaqtda kuzatilmaydi. Tezlanish farqi eng yuqori qiymatga yetganda, bosim farqi nolga teng bo‘ladi. Tezlanishning amplituda qiymati (a) quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

a = ω^{2} A = (2 π f)^{2} A

Agar tarqaluvchi ultratovush to‘lqinlari to‘siqqa duch kelsa, unga nafaqat o‘zgaruvchan, balki doimiy bosim ham ta’sir qiladi. Ultratovush to‘lqinlari o‘tganda yuzaga keladigan muhitning zichlashish va siyraklashish qismlari atrofdagi tashqi bosimga nisbatan qo‘shimcha bosim o‘zgarishlarini hosil qiladi. Bunday qo‘shimcha tashqi bosim nurlanish bosimi (radiatsion bosim) deyiladi. Shu sababli ultratovush to‘lqinlari suyuqlik bilan havo chegarasidan o‘tganda suyuqlik favvorachalari hosil bo‘ladi va sirtdan ayrim tomchilar ajralib chiqadi. Bu mexanizm dorivor moddalar aerozollarini hosil qilishda qo‘llanadi. Nurlanish bosimidan ultratovush tebranishlari quvvatini maxsus asboblar — ultratovush tarozilari yordamida o‘lchashda ham tez-tez foydalaniladi.

Zichlikning sezilarli tebranishlari kuzatilmaydigan suyuq va gazsimon muhitlarda akustik to‘lqinlar bo‘ylama xususiyatga ega, ya’ni zarralarning tebranish yo‘nalishi to‘lqinning tarqalish yo‘nalishiga mos keladi. Qattiq jismlarda bo‘ylama deformatsiyalardan tashqari ko‘ndalang (siljish) to‘lqinlarni yuzaga keltiradigan elastik siljish deformatsiyalari ham sodir bo‘ladi; bunda zarralar to‘lqin tarqalish yo‘nalishiga perpendikulyar tebranadi (ko‘ndalang to‘lqin). Bo‘ylama to‘lqinlarning tarqalish tezligi siljish to‘lqinlarinikidan ancha yuqori.

Falsafa, psixologiya va kommunikatsiya vositalari ekologiyasida tovush uning idrok va tafakkurga ta’siri nuqtayi nazaridan o‘rganiladi (masalan, elektron aloqa vositalarining ta’siri natijasida shakllanadigan akustik makon haqida so‘z yuritiladi).

Tovushning fizik parametrlari

Tovush spektri

Tovushning spektri deganda energiyaning chastota bo‘yicha taqsimoti $d I / d f$ , ya’ni o‘rganilayotgan tovushda turli chastotalarning nisbiy ulushini ko‘rsatadigan funksiya tushuniladi. Agar bu taqsimot diskret bo‘lsa, $d I / d f$ delta-funksiyalar yig‘indisi sifatida, ya’ni $\sum I_{i} δ (f - f_{i})$ ko‘rinishida yoziladi. Bu holda mavjud chastotalar va ularning umumiy intensivlikka qo‘shgan hissasini sanab o‘tish mumkin: $(f_{1}, I_{1}), (f_{2}, I_{2}), ..$ va hokazo.

Musiqiy tovushlarga nisbatan «spektr» so‘zi o‘rniga xuddi shu ma’nodagi «tembr» tushunchasi ishlatiladi.

Tovush intensivligi

Tovush intensivligi (kuchi) — tovush tarqalishi yo‘nalishida uzatiladigan quvvatni tavsiflovchi skalyar fizik kattalik. U butun chastota diapazonini, ya’ni $I = \int (d I / d f) d f$ ni hisobga oladi. Farqlanadi: muayyan paytdagi oniy intensivlik $I (t)$ va ma’lum vaqt oralig‘ida o‘rtachalashtirilgan $< I (t) >$ intensivlik.

Tovush davomiyligi

Tovush davomiyligi — elastik to‘lqinlar manbai tebranishlarining soniyalarda ifodalangan umumiy davomiyligi yoki musiqada musiqiy ritm birliklaridagi davomiylik (qarang: davomiylik (musiqa)).

Tovush tezligi

Tovush tezligi — tovush to‘lqinlarining muhitda tarqalish tezligi.

Odatda, gazlarda tovush tezligi suyuqliklardagidan kam bo‘ladi.

past bo‘ladi. Havodagi tovush tezligi haroratga bog‘liq bo‘lib, normal sharoitda taxminan 340 m/s ni tashkil qiladi.

Har qanday muhitdagi tovush tezligi quyidagi formula bilan hisoblanadi:

c = \sqrt{\frac{1}{β ρ}}

,

bu yerda $β$ — adiabatik siqiluvchanlik — muhitning siqiluvchanligi; $ρ$ — zichlik.

Tovush qattiqligi

Tovush qattiqligi — tovush kuchining subyektiv idrok etilishi (eshitish sezgisining mutlaq kattaligi). Tovush qattiqligi, asosan, tovush bosimiga, amplitudaga va chastotaga bog‘liq. Tovushning spektral tarkibi, fazodagi joylashuvi, tembri, tovush tebranishlarining ta’sir davomiyligi, inson eshitish analizatorining individual sezgirligi va boshqa omillar ham tovush qattiqligiga ta’sir ko‘rsatadi.

Tovush hosil bo‘lishi

Tovush hosil qilish uchun odatda atrofdagi havoni tebrantiradigan turli tabiatli tebranuvchi jismlardan foydalaniladi. Bunga ovoz paychalaridan, dinamiklardan yoki kamertondan foydalanish misol bo‘ladi. Aksariyat musiqa asboblari ham shu tamoyil asosida ishlaydi. Biroq puflama cholg‘u asboblari bundan mustasno: ularda tovush havo oqimining asbob ichidagi bir jinsli bo‘lmagan qismlar bilan o‘zaro ta’siri natijasida hosil bo‘ladi. Kogerent tovush hosil qilish uchun tovush yoki fonon lazerlari qo‘llanadi.

Texnikada tovush generatorlari qo‘llanadi.

Ultratovush

Ultratovush — yuqori chastotali elastik tovush tebranishlari. Inson qulog‘i muhitda tarqaladigan elastik to‘lqinlarni taxminan 16 Gs–20 kGs chastotagacha qabul qiladi; undan yuqori chastotali tebranishlar ultratovush hisoblanadi (eshitish chegarasidan tashqarida). To‘lqinlarning qaytishi hodisasiga ultratovush diagnostikasi asoslanadi.

Ultratovush to‘lqinlarining yutilishi

Ultratovush tarqaladigan muhit qovushqoqlik, issiqlik o‘tkazuvchanlik va ichki ishqalanishning boshqa sabablariga ega bo‘lgani uchun, to‘lqin tarqalganda uning yutilishi sodir bo‘ladi, ya’ni manbadan uzoqlashgan sari ultratovush tebranishlarining amplitudasi va energiyasi kamayadi. Ultratovush tarqaladigan muhit undan o‘tayotgan energiya bilan o‘zaro ta’sirlashadi va uning bir qismini yutadi. Yutilgan energiyaning katta qismi issiqlikka aylanadi, kichikroq qismi esa energiyani uzatuvchi moddada qaytmas tuzilmaviy o‘zgarishlarni yuzaga keltiradi.

Ultratovushning kirib borish chuqurligi deganda intensivlik ikki baravar kamayadigan chuqurlik tushuniladi. Bu kattalik yutilish darajasiga teskari proporsional: muhit ultratovushni qancha kuchli yutsa, ultratovush intensivligi yarmiga kamayadigan masofa shuncha qisqa bo‘ladi.

Agar muhitda bir jinsli bo‘lmagan qismlar mavjud bo‘lsa, tovush sochiladi. Bu ultratovushning odatdagi tarqalish manzarasini sezilarli o‘zgartirishi va oxir-oqibat dastlabki tarqalish yo‘nalishida to‘lqinning so‘nishiga ham sabab bo‘lishi mumkin.

Muhitlar chegarasida (masalan, epidermis — derma — fassiya — mushak) ultratovush to‘lqinlarining sinishi kuzatiladi.

Tarqaluvchi va turg‘un ultratovush to‘lqinlari

Agar ultratovush to‘lqinlari muhitda tarqalayotganda qaytmasa, tarqaluvchi to‘lqinlar hosil bo‘ladi. Energiya yo‘qotilishi natijasida muhit zarralarining tebranma harakati asta-sekin so‘nadi; zarralar nurlatuvchi sirtdan qancha uzoq bo‘lsa, ularning tebranish amplitudasi shuncha kichik bo‘ladi. Agar ultratovush tarqaladigan yo‘lda solishtirma akustik qarshiligi turlicha bo‘lgan to‘qimalar uchrasa, to‘lqinlar ularning chegarasidan ma’lum darajada qaytadi. Tushayotgan va qaytgan ultratovush to‘lqinlari ustma-ust tushishi natijasida turg‘un to‘lqinlar hosil bo‘lishi mumkin. Turg‘un to‘lqinlar paydo bo‘lishi uchun nurlatgich sirtidan qaytaruvchi sirtgacha bo‘lgan masofa to‘lqin uzunligi yarmining butun sonli karrasi bo‘lishi kerak.

Infratovush

Infratovush ( lotincha infra — pastda, ostida) — inson qulog‘i qabul qiladigan chastotalardan past chastotali tovush tebranishlari. Infratovush diapazonining yuqori chegarasi sifatida odatda 16—25 Gs olinadi. Infratovush diapazonining quyi chegarasi esa shartli ravishda 0,001 Gs deb belgilanadi. Gersning o‘ndan, hatto yuzdan bir ulushiga teng, ya’ni davri o‘nlab soniyalarga yetadigan tebranishlar ham amaliy qiziqish uyg‘otishi mumkin.

Infratovush tebranishlarining kelib chiqish tabiati eshitiladigan tovushniki bilan bir xil bo‘lgani sababli, infratovush ham xuddi shu qonuniyatlarga bo‘ysunadi va uni tavsiflash uchun oddiy eshitiladigan tovushdagidek matematik apparatdan foydalaniladi (tovush darajasiga oid tushunchalardan tashqari). Infratovush muhit tomonidan kam yutiladi, shuning uchun manbadan ancha uzoq masofalarga tarqalishi mumkin. Uning juda katta to‘lqin uzunligi tufayli difraksiya yaqqol namoyon bo‘ladi.

Dengizda hosil bo‘ladigan infratovush ekipaji tark etgan kemalarning topilishiga sabab bo‘lishi mumkin bo‘lgan omillardan biri sifatida qaraladi.

Tajribalar va namoyishlar

Videodars: tovushning hosil bo‘lishi

Turg‘un tovush to‘lqinlarini namoyish etish uchun Ruben quvuri qo‘llanadi.

Tovushning turli muhitlarda tarqalish tezligi farqini ko‘rish uchun havo o‘rniga geliy yutib, uni chiqarayotgan paytda gapirish mumkin — ovoz ingichkalashadi. Agar yutilgan gaz oltingugurt geksaftoridi SF₆ bo‘lsa, aksincha, ovoz yo‘g‘onlashadi. Buning sababi gazlarning siqiluvchanligi deyarli bir xil bo‘lgani holda, zichligi havonikidan juda past bo‘lgan geliyda tovush tezligi ortishi, gazlar uchun juda katta zichlikka ega oltingugurt geksaftoridida esa kamayishidir. Odamning og‘iz bo‘shlig‘i rezonatorining o‘lchamlari o‘zgarmaydi, natijada rezonans chastotasi o‘zgaradi: boshqa sharoitlar bir xil bo‘lganda tovush tezligi qanchalik yuqori bo‘lsa, rezonans chastotasi ham shunchalik yuqori bo‘ladi.

Suvdagi tovush tezligini suvdagi ultratovushda yorug‘lik difraksiyasi tajribasi orqali ko‘rgazmali ravishda tushunish mumkin. Suvda tovush tezligi havodagidan yuqori. Buning sababi shundaki, suvning zichligi havonikidan ancha katta bo‘lsa-da (bu tovush tezligini pasaytirishi kerak edi), suv juda kam siqiladi va natijada unda tovush tezligi baribir bir necha baravar yuqori bo‘ladi.

2014-yilda tovush to‘lqinlari yordamida santimetr kattalikdagi buyumlarni havoga ko‘taradigan qurilma namoyish etildi.

Adabiyotlar

Tovush // Brokgauz va Yefron ensiklopedik lug‘ati : 86 jildda (82 jild va 4 qo‘shimcha jild). — Sankt-Peterburg, 1890—1907.
Radzishevskiy A. Yu. Analog va raqamli tovush asoslari. — Moskva: Vilyams, 2006. — B. 288. — ISBN 5-8459-1002-1.

Havolalar

Ajoyib tovushlar; KS3/4 bosqichi uchun tovush va to‘lqinlar haqidagi o‘quv manbasi Arxiv nusxasi 13-mart 2012-yildagi Wayback Machine ( Flash)
Giperfizika: tovush va eshitish Arxiv nusxasi 2-fevral 2009-yildagi Wayback Machine
Tovush fizikasiga kirish Arxiv nusxasi 23-dekabr 2008-yildagi Wayback Machine
Eshitish egri chiziqlari va onlayn eshitish testi Arxiv nusxasi 21-yanvar 2009-yildagi Wayback Machine
21-asr uchun audio
Tovush birliklari va darajalarini o‘zgartirish Arxiv nusxasi 18-yanvar 2009-yildagi Wayback Machine
Tovushga oid hisob-kitoblar Arxiv nusxasi 18-yanvar 2009-yildagi Wayback Machine
Audio Check: internetda tinglash mumkin bo‘lgan bepul audio testlar va sinov tonlari to‘plami Arxiv nusxasi 3-oktabr 2019-yildagi Wayback Machine
Yana ajoyib tovushlar; yuqori sinf o‘quvchilari uchun tovush to‘lqinlariga oid o‘quv manbasi Arxiv nusxasi 10-fevral 2019-yildagi Wayback Machine