بخش اول
صوت
|
موج صوتی
|
|
یکی از مهم ترین موج هایی
که ما با آن سر و کار داریم موج صوتی است. موج صوتی از موج های مکانیکی
طولی است که توسط منبع صوتی ایجاد می شود و به صورت تراکم و انبساط در
محیط اطراف منتشر می شود.
وقتی یک شاخه ی دیاپازون را مرتعش می کنیم، لایه ی هوای مجاور شاخه
دیاپازون متراکم شده و چگالی و فشار آن نسبت به حالت تعادل افزایش می
یابد. به این ترتیب یک تپ تراکمی (پرفشار) ایجاد شده در هوا منتشر می شود.
هنگامی که شاخه دیاپازون برمی گردد، لایه ی هوای مجاور آن منبسط می شود و
چگالی و فشار آن نسبت به حالت تعادل کاهش می یابد. به این ترتیب یک تپ
انبساطی (کم فشار) ایجاد شده و در هوا منتشر می شود. بنابراین هنگامی که
دیاپازون مرتعش می شود تپ های متوالی تراکمی و انبساطی در هوا منتشر می
کنمد.
|
نمودار
|
|
در انتشار صوت ذره های هوا
منتقل نمی شوند بلکه حول نقطه ی تعادل خود نوسان می کنند. چون در انتشار
صوت ذره های هوا در راستای انتشار نوسان می کنند. این موج طولی هستند.
هر جسم مرتعش در هوا، خود یک چشمه ی تولید موج های صوتی است.
هنگامی که یک چشمه ی صوت مرتعش می شود، صوت ایجاد شده در تمام جهت ها
منتشر می شود. جبهه های موج های صوتی به صورت سطح های کروی هستند که چشمه
ی صوت در مرکز آنها قرار دارد.
|
سرعت صوت
|
|
موج صوتی برای منتشرشدن به
محیط مادی نیاز دارد. سرعت صوت به ویژگی های فیزیکی محیطی که صوت در آن
منتشر می شود بستگی دارد. هر چه ماده متراکم تر باشد، سرعت انتشار صوت در
آن بیشتر است، زیرا در ماده ی متراکم مولکول ها به یکدیگر نزدیکترند و تپ
ایجاد شده سریعتر منتقل می شود. پس سرعت انتشار صوت در جامدها بیشتر از
مایع هاَ، و در مایع ها بیشتراز گازها می باشد.
|
سرعت انتشار صوت در گازها از رابطه ی زیر بدست می آید:
|
|
که در آن T دمای گاز بر حسب کلوین، R ثابت عمومی گازها، M جرم مولکولی گاز، V سرعت بر حسب متر بر ثانیه و ? ضریب اتمیسیته گاز است.
ضریب اتمیسیته گاز به صورت نسبت ظرفیت گرمایی مولی گاز در فشار ثابت (CMP) به ظرفیت گرمایی مولی آن در حجم ثابت (CMV) تعریف می شود.
|
در جدول زیر مقادیر CMV ، CMP ، ? ، M ، برای گازهای مختلف داده شده است:
|
|
| |
گاز |
CMP j / mol.k |
CMV j / mol.k |
? |
M g |
| تک اتمی |
He Ar |
12.5 12.5 |
20.8 20.8 |
1.67 1.67 |
4 40 |
| دو اتمی |
H2 N2
O2 |
20.4 20.8
21.1 |
28.8 29.1
29.4 |
1.41 1.40
1.39 |
2 28
32 |
|
حدود شنوایی انسان
|
|
انسان نمی تواند هر موج
صوتی با هر بسامدی را بشنود، بلکه تنها می تواند موج هایی را که بسامد
آنها بین 20 تا 000/20 هرتز است بشنود. موج های صوتی با بسامد پایین
ترازHz20 را فرو صوت و موج های صوتی با بسامد بالاتر ازHz 20000 را فرا
صوت می نامند.
|
لوله های صوتی
|
|
لوله های صوتی لوله هایی
هستند که می توان به وسیله آنها ایجاد موج های ایستاده را در ستون هوای
داخل لوله مورد بررسی قرار داد. هنگامی که در دهانه ی لوله صوتی، هوا می
دمیم، در هوای داخل آن موج صوتی منتشر می شود. این موج از دو انتهای لوله
بازتابیده می شود و از برهم نهی موج های فردی و بازتابیده، موج ایستاده
تشکیل می شود. اگر انتهای لوله بسته باشد، انتهای آن گره ایجاد می شود .
اگر انتهای لوله باز باشد و قطر لوله در مقایسه با طول موج صوت کوچک باشد
در این انتها شکم تشکیل می شود.
حال با توجه به اینکه انتهای لوله باز و یا بسته باشد، دو حالت زیر را مورد بررسی قرار می دهیم.
الف- یک انتهای لوله باز و انتهای دیگر آن بسته است.
در این صورت هرگاه موج صوتی به صورت ایستاده در این لوله تشکیل شود در
انتهای باز شکم و در انتهای بسته گره تشکیل می شود. تعداد گره ها و شکم ها
برابر است در ساده ترین حالت یک گره و یک شکم در داخل لوله تشکیل می شود.
د راین حالت موج ایستاده کوچکترین بسامد را دارد و طول موج آن 4 برابر طول
موج لوله ی صوتی است و به این موج ایستاده «صوت اصلی» می گویند.
|
مضرب های درست این صوت را «هماهنگ های صوت اصلی» می گویند.
... , L = ? / 4 , 3? / 4 , 5? / 4 , 7? / 4
...,? (2n-1) = 4l / (2n-1) , n = 1,2,3
|
|
بسامد این صوت برابر است با :
...,v(2n-1) = [(2n-1) v / 4L ] = 2n-1 , n =1,2,3
ملاحظه می کنید که در لوله ای که یک انتهای آن بسته است فقط هماهنگ های فرد صوت اصلی ایجاد می شود.
ب- هر دو انتهای لوله باز است
در این صوت هر گاه موج صوتی به صورت موج ایستاده در این لوله تشکیل
شود در هر دو انتها شکم تشکیل می شود. تعداد شکم ها یکی بیشتر از گره ها
است. در ساده ترین حالت دو شکم و یک گره در داخل لوله تشکیل می شود. در
این حالت موج ایستاده کوچک ترین بسامد را دارد و طول موج آن 2 برابر طول
لوله ی صوتی است و به آن صوت اصلی می گویند.
|
|
|
هماهنگ های دیگر این صوت با تعداد گره های بیشتر تشکیل می شوند.(2 گره ، 3 گره، ... 8 گره)
|
|
و بسامد این صوت برابر است با :
?n = 2L / n
..,n =1,2,3
vn = v / ?n = n = v / 2L = nvl
ملاحظه می کنید که در لوله ای که هردو انتهای آن باز است تمام هماهنگ های صوت اصلی ایجاد می شود.
|
|
با دمیدن در دهانه لوله ی
صوتی نمی توان به راحتی موج ایستاده ایجاد کرد. روش مناسب و مؤثر برای
ایجاد موج ایستاده ، استفاده از پدیده ی تشدید است. کافیست یک دیاپازن را
در نزدیکی دهانه ی لوله ی صوتی به نوسان درآوریم. اگر بسامد نوسان
درآوریم. اگر بسامد نوسان این دیاپازن با هر یک از بسامدهای طبیعی لوله ی
صوتی برابر باشد، تشدید رخ خواهد داد و موج ایستاده با بسامد مورد نظر در
لوله ی صوتی ایجاد می شود.
منبع.شبکه اموزش صدا وسیما http://daneshname4.parsiblog.com/ |
