Акустика элементтері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Акустика элементтері
Акустика (грекше akustіkos -- естілетін, тыңдалатын) -- физиканың ең төменгі жиіліктен (шартты түрде 0 Гц) ең жоғарғы жиілікке (1011 -- 1013 Гц) дейінгі аралығын қамтитын серпімді тербелістер мен толқындарды және олардың затпен өзара әсерлесуі мен түрліше қолданылуын зерттейтін саласы.

Дыбыстың таралуы.
Тарихы
Акустика -- өте ерте заманнан белгілі. Ол алғаш адам құлағы ести алатын дыбыс туралы ілім ретінде дамыды. Ертеде Пифагор (біздің заманымыздан бұрын VI ғасырда) естілетін дыбыс тонының биіктігі мен перненің не кернейдің (трубаның) арасындағы байланысты тапты. Аристотель (біздің заманымыздан бұрын 4 ғасырда) дыбыс шығаратын дененің ауаны қысатындығын, оны сирететіндігін, ал жаңғырық дыбыстың кедергіден кері қарай шағылу құбылысы екендігін түсіндіріп берді. Леонардо да Винчи (15 -- 16 ғасырда) дыбыстың шағылуын зерттеді, дыбыс толқындарының таралуы дыбыс көздеріне тәуелсіз болатындығын (тәуелсіздік принципі) тұжырымдады. 17 ғасырдың аяғы мен 18 ғасырдың басында Г. Галилей дыбыс шығаратын денеде тербеліс пайда болатындығын және дыбыстың биіктігі оның жиілігіне, ал қарқыны дыбыс амплитудасына тәуелді екендігін тапты. Ауадағы дыбыс жылдамдығын алғаш рет француз физигі М. Мерсенн анықтаған. 17 ғасырдың аяғынан 20 ғасырдың басына дейін акустика механиканың бір бөлімі ретінде дамыды. Механикалық тербелістердің жалпы теориясы, дыбыс толқындарының (серпімді) белгілі бір ортада таралу және пайда болу заңдылықтары, дыбыстың негізгі сипаттамаларын (дыбыс қысымы, импульсі, энергиясы, дыбыстың таралу жылдамдығы т.б.) өлшеу әдістері Ньютон механикасына, Гуктің серпімділік теориясының негізгі заңына, Гюйгенстің толқындық қозғалыс принципіне (қазақша толқындар) негізделіп жасалды. Сөйтіп дыбыс толқындарының диапазоны кеңейіп, акустика инфрадыбыс (16 Гц-ке дейін) пен ультрадыбыс (20 кГц-тен жоғары) аймақтарын қамтыды. Ағылшын ғалымы Т.Юнг пен француз ғалымы О.Френель толқын интерференциясы мен дифракциясы теориясын, австриялық ғалым Х.Доплер дыбыс көзінің бақылаушымен салыстырғандағы қозғалуы кезіндегі толқын жиілігінің өзгеру заңын тұжырымдады (қазақша Доплер эффектісі). Күрделі тербеліс процесін қарапайым құраушыларға жіктеу әдісінің (Фурье әдісі) жасалуы дыбыс анализін және гармониялық құраушылардан күрделі дыбыс синтезін алудың негізі болды.

Доплер эффектісі диаграммасы.
Акустиканың жоғарыда баяндалған даму сатыларын Дж.У. Рәлей (Дж. Стретт) "Дыбыс теориясы" (1877 -- 78 жылдары) деген еңбегінде қорытындылап берді.
Жаңа бағыты
20 ғасырдың 20 жылдары радиотехника мен радиохабар таратудың дамуына байланысты акустиканың жаңа даму сатысы басталды. Дыбыс сигналдарын электр-магниттік сигналдарға және керісінше түрлендірудің қажеттігі туды. Техникалық сұранысқа байланысты акустиканың қолданылатын жаңа бағыттары -- әуедегі ұшақтың дыбыс локациясы, гидролокация және акустикалық навигация, жарылыстың түрін, орнын және уақытын анықтау, авиацияда, өнеркәсіпте, көлікте болатын шуды азайту т.б. мәселелер пайда болды. Осы проблемаларды шешу үшін дыбыстың пайда болу және жұтылу механизмін, күрделі жағдайларда дыбыс (мысалы: ультрадыбыс) толқындарының таралуын жете зерттеу керек болды. Әсіресе қарқыны күшті дыбыс толқындарының (мысалы: жарылыс толқындары) таралуы туралы мәселеге ерекше көңіл бөлінді. Бұл сызықтықемес акустиканың дамуына әсер етті. 20 ғасырдың ортасынан бастап ультрадыбысты (УД) зерттеудің маңызы зор болды. Дыбыстың көпатомды газдарда, кейіннен сұйықтарда қатты жұтылатындығы және дисперсиясы анықталғаннан кейін акустиканың жаңа бағыты -- зат құрылымын ультрадыбыспен зерттеу (молекулалық акустика) әдісі пайда болды. Қуатты ультрадыбыс тек зерттеу құралы ғана емес, сондай-ақ затқа әсер ету құралына айналды. Бұл ультрадыбыстық технологияның дамуына негіз болды. 60 -- 70 жылдары гипердыбысты (1 ГГц-тен жоғары) зерттеу нәтижесінде акустикалық электроника және акустикалық оптика салалары, сондай-ақ психофизиологиялық акустика жедел дамыды. Қазіргі акустиканың ауқымы кең және ол ғылымның көптеген салаларымен астасып жатады. Оның статистикалық акустика, қозғалатын орта акустикасы, кристалдар акустикасы, физикалық акустика, атмосфералық акустика, геоакустика, гидроакустика, электрлік акустика, архитектуралық акустика, құрылыс акустикасы, ультрадыбыс техникасы, биологиялық акустика т.б. сияқты салалары бар.
Дыбыс табиғаты.Дыбыс жылдамдығы және оны өлшеу
Дыбыс, кең мағынасында - газ, сұйықтық немесе қатты күйдегі серпімді орта бөлшектерінің толқын түрінде таралатын тербелмелі қозғалысы; тар мағынасында - адамдар мен жануарлардың арнаулы сезу органымен субъективті түрде қабылданатын құбылыс.
Жалпы мәліметтер
Адам 16 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі жиіліктегі дыбысты ести алады. Дыбыс жөніндегі физикалық ұғым адам құлағына естілетін, естілмейтін дыбыстардың барлығын қамтиды. Жиілігі 16 Гц-тен төмен болатын дыбыс инфрадыбыс деп, 20 кГц-тен жоғары болатын дыбыс ультрадыбыс деп аталады. Ал 109 Гц-тен 1012 - 1013 Гц-ке дейінгі ең жоғары жиіліктегі серпімді толқындар гипердыбысқа жатады. Дыбысты қарапайым гармониялық тербелістерге жіктеу (жиіліктік дыбыс талдау) нәтижесінде алынатын спектр - дыбыстың маңызды сипаттамасы болып табылады. Егер дыбыс тербелісінің энергиясы жиіліктің кең аймағында таралып жатса, онда ол тұтас спектр деп, ал дискретті (үзілісті) жиілік құраушыларының жиынтығы болса, онда ол сызық спектр деп аталады. Тұтас спектрі бар дыбыс шу (мысалы, ағаштардың желдің әсерінен болатын сыбдыры, механизмдер дыбысы) ретінде қабылданады. Музыкалық дыбыс еселі жиіліктері бар сызықты спектрге жатады; мұнда естілетін дыбыстың негізгі жиілігі - дыбыс биіктігін, ал оның гармониялық құраушыларының жиыны - дыбыс тембрін анықтайды. Сөйлеу кезіндегі дыбыс спектрінде форманттар болады.
Дыбыс көздерінің тербелісін қоздыру, көбінесе, соққы (мысалы, қоңырау, шектер) арқылы жүзеге асырылады. Мұнда автотербеліс режимі (мысалы, үрлемелі музыкалық аспаптарда ауа ағыны есебінен) ұсталуы мүмкін. Табиғаттағы дыбыс, ауа ағыны қатты денелерді орай аққанда, құйындардың түзілуі және құйындардың сол денелерден бөлінуі (мысалы, жел соққан кездегі сымдар мен құбырлардағы дыбыс, т.б.) кезінде пайда болады. Төменгі және инфратөменгі жиіліктегі дыбыс жарылыс, опырылыс кезінде туады. Қазіргі кезде адам организміне және техникалық жабдықтарға зиянды әсері болатын өнеркәсіптік, көліктік шуларды және аэродинамикалық шу көздерін зерттеуге үлкен көңіл аударылып отыр. Дыбыс қабылдағыштар қабылдаған дыбыс энергиясынэнергияның басқа түрлеріне түрлендіреді. Мысалы, адамдар мен жануарлардың есіту аппараты дыбыс қабылдағышқа жатады. Техникада дыбысты қабылдау үшін, көбінесе, электр акустикалық түрлендіргіштер (мысалы, ауада микрофон, суда гидрофон, ал жер қыртысында геофон) пайдаланылады. Дыбыс толқындарының таралуы, ең алдымен, дыбыс жылдамдығымен сипатталады. Газдар мен қатты денелерде қума толқындар (бөлшектердің тербеліс бағыты толқынның таралу бағытымен бағыттас) тарай алады. Ортаның біртекті болмауы да дыбыс толқындарын (мысалы, су көпіршігіндегі, теңіздің толқынданған бетіндегі, т.б. дыбыстың шашырауы) шашыратады. Дыбыстың таралуына атмосфера, теңіздегі қысым, температура, желдің күші мен жылдамдығы да әсер етеді.
Дыбыстың сипаттамалары
Дыбысты сипаттау үшін біздің дыбысты қабылдауымызбен байланысты дыбыс қаттылығы, тонның биіктігі, тембр сияқты арнайы физикалық шамалар енгізіледі. Дыбыстың қаттылығы неге байланысты болатынын анықтау үшін камертонды пайдаланамыз. Камертон -- доға тәрізді қысқа сапталған металл таяқша, оның көмегімен музыкалық дыбыс алуға болады.
Камертондардың немесе басқа гармоникалық тербеліс жасайтын денелердің шығаратын дыбыстары музыкалық дыбыстар деп аталады.
Камертонның бір тармағын таяқшамен ұрсақ, белгілі бір дыбыс естиміз. Камертонның екі тармағы да тербеліп, қоршаған ауада дыбыс толқынын тудырады. Енді оның тармақтарының біріне инені бекітейік, осыдан кейін оның ине бекітілген тармағын қарайтылған әйнек үстімен жүргізсек, дыбыс шығарып тұрған камертонның гармоникалық (синусоидалық) тербелісінің графигін аламыз. Гармоникалық тербеліс -- тербелістердің ең қарапайым түрі болып табылады, сондықтан камертонның гармоникалық дыбысын да қарапайым дыбыс деп санаймыз. Әдетте, мектеп камертондары бірінші октаваның "ля" нотасына сәйкес келетін дыбыс шығарады.
Дыбыстың шағылуы

Дыбыс көзінен шыққан дыбыс толқындары барлық бағытта тарайтыны өздеріңе жақсы таныс. Ал осы дыбыс толқындары тарала отырып, өзінің жолында қандай да бір бөгетті кезіктірсе, онда олар шағылады. Дыбыс толқындарының таралуы материялық бөлшектердің қозғалысына ұқсас болғандықтан, оның шағылуы серпімді соққыдан (мысалы, қабырғаға соғылған доптың кері серпілуінен) онша ерекшеленбейді. Қарапайым бақылау дыбыстың шағылуы кезінде а түсу бұрышы оның в шағылу бұрышына тең болатынын көрсетеді.
Жаңғырық

Тауда естілетін жаңғырық та дыбыстың бөгеттен шағылу нәтижесі болып табылады.
Жаңғырық -- қандай да бір кедергіден шағылған және бастапқы таралған орнына қайта оралған дыбыс толқындары.
Дыбыс кедергілерден шағыла отырып, бақылаушыға сәл кідіріп жетеді. Шағылған дыбысты біз дыбыс көзі мен кедергі арасындағы қашықтықты дыбыс толқындары екі рет (дыбыс көзінен кедергіге жетуі және қайтып оралуы) жүріп өткен кезде естиміз. Шағылған дыбыстың барлығын біз жаңғырық ретінде қабылдай бермейді екенбіз. Адам құлағы алғашқы дыбыс пен шағылған дыбысты жеке-жеке қабылдаған кезде ғана жаңғырық пайда болады. Бұл екі дыбыстың қабылдану уақытының арасы 0,1 с-тан кем болмаған кезде ғана дыбыстар жеке-жеке қабылданады екен. Бұдан біз жаңғырықты дыбыс кезі мен бөгеттің арасы едәуір алыс болған кезде ғана ести алатынымыз байқалады.
Егер ауада дыбыс жылдамдығы 340 мс болса, онда дыбыс 0,1 с аралығында бөгетке дейін және одан қайтып оралғанша 2s-ке тең жол жүреді. Онда бұл қашықтық шамамен
s = vt2 ; s = (340мс * 0,1с) 2 = 17 м.
Дыбыс жақын аралықтағы кедергілерден шағылған кезде, ол алғашқы дыбыспен қосылады да, оны күшейтеді. Сондықтан үйдің ішіндегі дыбыс сырттағы дыбыстан қаттырақ болып естіледі.
Тыңдаушылар аз жиналған кең залда баяндамашының сөзі жаңғырып, түсініксіз болады. Қабырғалардан, орындықтардан шағылған дыбыс тындаушыларға бір мезгілде жетпейді. Осының нәтижесінде, алғашқы дыбысқа қарағанда тыңдаушыларға естілетін дыбыс ұзағырақ болып естіледі.
Дыбыстың әр түрлі кедергілерден шағылуы барысында естілу ұзақтығының артуы реверберация деп аталады.
Жұмсақ жиһаздары бар, кілем төселген және адам көп жиналған бөлмелер дыбыс толқындарын жақсы жұтады, мұндай орындардың реверберациясы аз болады. Сонымен қатар реверберация уақытын өте азайтып жіберуге де болмайды. Өйткені ол кезде дыбыс тез өшеді, олардың жеткілікті дәрежедегі қаттылығы мен айқындығы болмайды. Әншілер мен музыканттар жұмсақ жиһаздарға толы шағын бөлмелерде өлең айтудың, аспапта ойнаудың қолайсыздығын жақсы біледі.

Форманттар
Форманттар - белгілі бір фонетикалық элементтерге сәйкес келетін жиілік құраушыларының тұрақты тобы. Ішіндегі қысымы не механикалық кернеуі өзгерген денелер (газ, сұйықтық, қатты) дыбыс көзіне айналады. Практикада қатты денелердің тербелісі түріндегі дыбыс көздері (мысалы, дыбыс зорайтқыштың диффузоры мен телефонның мембранасы, музыкалық аспаптардың ішектері, пьезоэлектрлік немесе магнитострикциялық материалдардан жасалған пластинкалар мен стерженьдер) кең тараған. Ортаның шектелген көлемінің тербелісі де (мысалы, орган түтіктерінде, үрлемелі аспаптарда, ысқырғыштарда, т.б.) дыбыс көзі бола алады. Адамдар мен жануарлардың дыбыстық аппараты күрделі тербелмелі жүйеге жатады.
Дыбыс қаттылығы (Громкость звука) -- дыбыс әсерін әр адам организмінің өзінше қабылдауы. Оны фонмен өлшейді. Бірдей белсенділік жағдайда дыбыстың ең күштілігі 700-6000 Гц жиілік аралығында болады. Дыбыстық қысым (Звуковое давление) -- толқындар жоқ кездегі қысыммен салыстырғандағы толқындар таралған ортадағы қысымның өлшемі. Децибелмен өлшенеді. Дыбыс өткізбеу (Звукоизоляция) - ауада таралған әр түрлі бөтен шулардан сақтау. Таралған шу адам өміріне көптеген технологиялық әсер тигізіп, олардың агрессивтілігін көтеріп, әлеуметтік денсаулығын нашарлатады. Сондықтан Дыбыс өткізбеу деңгейі мөлшерлі дыбыстан артық болмауы тиіс.
Дыбыс шығару (Звуковое излучение) -- серпімді (қатты, сұйық, газды) ортада дыбыс толқындарын қозғау. Естілетін дыбыс 16 Гц -- 20 кГц, инфрадыбыс -- 16 Гц-дан төмен, ультра- дыбыс -- 21 кГц -- 1 ГГц және гиперды- быс -- 1 ГГц-дан жоғары.
Дыбыстық ақпарат ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.