18 فبراير 2016

عالم الترفيه المنزلي متنوع للغاية ويمكن أن يشمل: مشاهدة فيلم على نظام مسرح منزلي جيد ؛ اللعب الممتع والإدمان أو الاستماع إلى الموسيقى. كقاعدة عامة ، يجد كل شخص شيئًا خاصًا به في هذه المنطقة ، أو يجمع كل شيء مرة واحدة. ولكن بغض النظر عن أهداف الشخص في تنظيم وقت فراغه وبغض النظر عن التطرف الذي يذهب إليه ، فإن كل هذه الروابط مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بكلمة واحدة بسيطة ومفهومة - "الصوت". في الواقع ، في كل هذه الحالات ، سوف يقودنا المقبض من خلال الموسيقى التصويرية. لكن هذا السؤال ليس بهذه البساطة والتافهة ، خاصة في الحالات التي توجد فيها رغبة في تحقيق صوت عالي الجودة في غرفة أو في أي ظروف أخرى. للقيام بذلك ، ليس من الضروري دائمًا شراء مكونات hi-fi أو hi-end باهظة الثمن (على الرغم من أنها ستكون مفيدة للغاية) ، ولكن المعرفة الجيدة بالنظرية الفيزيائية كافية ، والتي يمكن أن تقضي على معظم المشاكل التي تنشأ للجميع الذي يسعى للحصول على تمثيل صوتي عالي الجودة.

بعد ذلك ، سيتم النظر في نظرية الصوت والصوتيات من وجهة نظر الفيزياء. في هذه الحالة ، سأحاول جعله متاحًا قدر الإمكان لفهم أي شخص ربما يكون بعيدًا عن معرفة القوانين الفيزيائية أو الصيغ ، لكنه مع ذلك يحلم بشغف بتحقيق حلم إنشاء صوت مثالي النظام. لا أفترض أن ادعي أنه لتحقيق نتائج جيدة في هذا المجال في المنزل (أو في السيارة ، على سبيل المثال) ، فأنت بحاجة إلى معرفة هذه النظريات جيدًا ، ومع ذلك ، فإن فهم الأساسيات سيتجنب العديد من الأخطاء الغبية والعبثية ، فضلاً عن السماح يمكنك تحقيق أقصى قدر من التأثير الصوتي من النظام.أي مستوى.

نظرية الصوت العامة والمصطلحات الموسيقية

ما هو يبدو؟ هذا هو الإحساس الذي يدركه الجهاز السمعي. "أذن"(الظاهرة نفسها موجودة حتى بدون مشاركة "الأذن" في العملية ، ولكن من السهل فهمها بهذه الطريقة) ، والتي تحدث عندما تثير موجة صوتية طبلة الأذن. تعمل الأذن في هذه الحالة "كمستقبل" للموجات الصوتية ذات الترددات المختلفة.
موجة صوتيةإنها ، في الواقع ، سلسلة متسلسلة من الأختام والتفريغ للوسط (غالبًا بيئة الهواء في ظل الظروف العادية) بترددات مختلفة. طبيعة الموجات الصوتية متذبذبة ، تسببها وتنتجها اهتزازات أي أجسام. يمكن ظهور وانتشار الموجة الصوتية الكلاسيكية في ثلاث وسائط مرنة: غازية ، سائلة وصلبة. عندما تحدث موجة صوتية في أحد هذه الأنواع من الفضاء ، فإن بعض التغييرات تحدث حتمًا في الوسط نفسه ، على سبيل المثال ، تغيير في كثافة الهواء أو ضغطه ، وحركة جسيمات الكتل الهوائية ، إلخ.

نظرًا لأن الموجة الصوتية لها طبيعة متذبذبة ، فإنها تتمتع بخاصية التردد. تكراريقاس بالهرتز (تكريما للفيزيائي الألماني هاينريش رودولف هيرتز) ، ويشير إلى عدد الاهتزازات خلال فترة زمنية تساوي ثانية واحدة. أولئك. على سبيل المثال ، يعني التردد 20 هرتز دورة من 20 ذبذبة في ثانية واحدة. يعتمد المفهوم الذاتي لارتفاعه أيضًا على تردد الصوت. كلما زاد عدد الاهتزازات الصوتية في الثانية ، كلما بدا الصوت "أعلى". للموجة الصوتية أيضًا خاصية مهمة أخرى لها اسم - الطول الموجي. الطول الموجيمن المعتاد مراعاة المسافة التي يقطعها صوت تردد معين في فترة تساوي ثانية واحدة. على سبيل المثال ، يبلغ الطول الموجي لأقل صوت في النطاق المسموع البشري عند 20 هرتز 16.5 مترًا ، ويبلغ الطول الموجي لأعلى صوت عند 20000 هرتز 1.7 سم.

تم تصميم الأذن البشرية بطريقة تجعلها قادرة على إدراك الموجات في نطاق محدود فقط ، حوالي 20 هرتز - 20000 هرتز (اعتمادًا على خصائص شخص معين ، يمكن لشخص ما أن يسمع أكثر قليلاً ، شخص أقل) . وبالتالي ، فإن هذا لا يعني أن الأصوات الموجودة أسفل أو أعلى من هذه الترددات غير موجودة ، فهي ببساطة لا تدركها الأذن البشرية ، وتتجاوز النطاق المسموع. يسمى الصوت فوق النطاق المسموع الموجات فوق الصوتية، الصوت تحت النطاق المسموع يسمى دون صوت. بعض الحيوانات قادرة على إدراك الأصوات فوق والأشعة تحت الحمراء ، حتى أن البعض يستخدم هذا النطاق للتوجيه في الفضاء (الخفافيش والدلافين). إذا مر الصوت عبر وسيط لا يتلامس مباشرة مع عضو السمع البشري ، فقد لا يُسمع مثل هذا الصوت أو يضعف كثيرًا لاحقًا.

في المصطلحات الموسيقية للصوت ، هناك تسميات مهمة مثل الأوكتاف والنغمة ونغمة الصوت. اوكتافتعني الفترة التي تكون فيها نسبة الترددات بين الأصوات من 1 إلى 2. عادةً ما يكون الأوكتاف مسموعًا جدًا ، بينما يمكن أن تكون الأصوات ضمن هذه الفترة متشابهة جدًا مع بعضها البعض. يمكن أيضًا تسمية الأوكتاف بصوت يصدر ضعف عدد الاهتزازات مثل صوت آخر في نفس الفترة الزمنية. على سبيل المثال ، تردد 800 هرتز ليس سوى أوكتاف أعلى من 400 هرتز ، وتردد 400 هرتز هو بدوره أوكتاف الصوت التالي بتردد 200 هرتز. يتكون الأوكتاف من النغمات والنغمات. الاهتزازات المتغيرة في الموجة الصوتية التوافقية ذات التردد الواحد تدركها الأذن البشرية على أنها نغمة موسيقية. يمكن تفسير الاهتزازات عالية التردد على أنها أصوات عالية النبرة ، واهتزازات منخفضة التردد كأصوات منخفضة النبرة. تستطيع الأذن البشرية تمييز الأصوات بوضوح باختلاف نغمة واحدة (في نطاق يصل إلى 4000 هرتز). على الرغم من ذلك ، يتم استخدام عدد قليل جدًا من النغمات في الموسيقى. يفسر هذا من اعتبارات مبدأ التوافق التوافقي ، كل شيء يعتمد على مبدأ الأوكتافات.

تأمل نظرية النغمات الموسيقية باستخدام مثال وتر مشدود بطريقة معينة. مثل هذا الخيط ، اعتمادًا على قوة الشد ، سيتم "ضبطه" على تردد واحد محدد. عندما يتعرض هذا الوتر لشيء ما بقوة معينة ، مما يؤدي إلى اهتزازه ، ستتم ملاحظة نغمة واحدة محددة من الصوت بشكل ثابت ، وسنسمع تردد التوليف المطلوب. يسمى هذا الصوت النغمة الأساسية. بالنسبة للنغمة الرئيسية في المجال الموسيقي ، فإن تردد النوتة الموسيقية "la" لأول أوكتاف ، يساوي 440 هرتز ، مقبول رسميًا. ومع ذلك ، فإن معظم الآلات الموسيقية لا تعيد إنتاج نغمات أساسية نقية بمفردها ؛ فهي مصحوبة حتما بنغمات تسمى النغمات. هنا من المناسب أن نتذكر تعريفًا مهمًا للصوتيات الموسيقية ، مفهوم جرس الصوت. طابع الصوت- هذه ميزة من سمات الأصوات الموسيقية التي تمنح الآلات الموسيقية والأصوات خصوصيتها الفريدة التي يمكن التعرف عليها من الصوت ، حتى عند مقارنة الأصوات من نفس الدرجة والجهارة. يعتمد جرس كل آلة موسيقية على توزيع الطاقة الصوتية على النغمات في لحظة ظهور الصوت.

تشكل النغمات الصوتية لونًا محددًا للنغمة الأساسية ، حيث يمكننا بسهولة التعرف على أداة معينة والتعرف عليها ، وكذلك التمييز بوضوح بين صوتها وأداة أخرى. هناك نوعان من الدلالات: متناسق وغير متناسق. النغمات التوافقيةهي ، بالتعريف ، مضاعفات التردد الأساسي. على العكس من ذلك ، إذا كانت النغمات ليست مضاعفات وتنحرف بشكل ملحوظ عن القيم ، فيتم تسميتها غير منسجم. في الموسيقى ، يتم استبعاد عملية النغمات غير المتعددة عمليًا ، وبالتالي يتم تقليل المصطلح إلى مفهوم "overtone" ، أي التوافقية. بالنسبة لبعض الآلات ، على سبيل المثال ، البيانو ، فإن النغمة الرئيسية ليس لديها وقت لتشكيلها ، في فترة قصيرة تزداد الطاقة الصوتية للنغمات ، ثم يحدث الانخفاض بنفس السرعة. تخلق العديد من الأدوات ما يسمى بتأثير "النغمة الانتقالية" ، عندما تكون طاقة نغمات معينة في الحد الأقصى في وقت معين ، عادةً في البداية ، ولكن بعد ذلك تتغير فجأة وتتحرك إلى نغمات أخرى. يمكن النظر في نطاق التردد لكل أداة على حدة وعادة ما يكون مقيدًا بترددات النغمات الأساسية التي يمكن لهذا الجهاز المعين إعادة إنتاجها.

في نظرية الصوت يوجد أيضًا شيء مثل الضوضاء. ضوضاء- هذا هو أي صوت يتم إنشاؤه بواسطة مجموعة من المصادر غير المتوافقة مع بعضها البعض. يدرك الجميع جيدًا ضوضاء أوراق الأشجار ، التي تتمايل بفعل الرياح ، وما إلى ذلك.

ما الذي يحدد حجم الصوت؟من الواضح أن هذه الظاهرة تعتمد بشكل مباشر على كمية الطاقة التي تحملها الموجة الصوتية. لتحديد المؤشرات الكمية لجهارة الصوت ، هناك مفهوم - شدة الصوت. شدة الصوتيتم تعريفه على أنه تدفق الطاقة الذي يمر عبر مساحة معينة من الفضاء (على سبيل المثال ، سم 2) لكل وحدة زمنية (على سبيل المثال ، في الثانية). في محادثة عادية ، تكون الشدة حوالي 9 أو 10 واط / سم 2. الأذن البشرية قادرة على إدراك الأصوات بنطاق واسع إلى حد ما من الحساسية ، في حين أن حساسية الترددات ليست موحدة داخل الطيف الصوتي. لذا فإن أفضل نطاق تردد محسوس هو 1000 هرتز - 4000 هرتز ، والذي يغطي على نطاق واسع الكلام البشري.

نظرًا لأن الأصوات تتفاوت كثيرًا في شدتها ، فمن الأنسب التفكير فيها كقيمة لوغاريتمية وقياسها بالديسيبل (بعد العالم الاسكتلندي ألكسندر جراهام بيل). الحد الأدنى لحساسية السمع للأذن البشرية هو 0 ديسيبل ، والعليا 120 ديسيبل ، ويسمى أيضًا "عتبة الألم". لا تدرك الأذن البشرية أيضًا الحد الأعلى للحساسية بنفس الطريقة ، ولكنها تعتمد على التردد المحدد. يجب أن يكون للأصوات ذات التردد المنخفض شدة أكبر بكثير من الترددات العالية من أجل استنباط عتبة الألم. على سبيل المثال ، تحدث عتبة الألم عند تردد منخفض يبلغ 31.5 هرتز عند مستوى شدة صوت يبلغ 135 ديسيبل ، عندما يظهر الإحساس بالألم بالفعل عند تردد 2000 هرتز عند 112 ديسيبل. هناك أيضًا مفهوم ضغط الصوت ، والذي يوسع في الواقع التفسير المعتاد لانتشار الموجة الصوتية في الهواء. ضغط الصوت- هذا هو الضغط الزائد المتغير الذي يحدث في وسط مرن نتيجة مرور موجة صوتية خلاله.

طبيعة موجة الصوت

لفهم نظام توليد الموجات الصوتية بشكل أفضل ، تخيل مكبر صوت كلاسيكي موجود في أنبوب مملوء بالهواء. إذا قام مكبر الصوت بحركة أمامية حادة ، فسيتم ضغط الهواء الموجود في المنطقة المجاورة مباشرة للناشر للحظة. بعد ذلك ، سوف يتمدد الهواء ، وبالتالي يتم دفع منطقة الهواء المضغوط على طول الأنبوب.
هذه الحركة الموجية هي التي ستصبح الصوت لاحقًا عندما تصل إلى العضو السمعي و "تثير" طبلة الأذن. عندما تحدث موجة صوتية في الغاز ، يتم إنشاء ضغط وكثافة زائدين ، وتتحرك الجسيمات بسرعة ثابتة. فيما يتعلق بالموجات الصوتية ، من المهم أن نتذكر حقيقة أن المادة لا تتحرك جنبًا إلى جنب مع الموجة الصوتية ، ولكن يحدث اضطراب مؤقت في الكتل الهوائية.

إذا تخيلنا مكبسًا معلقًا في مساحة خالية على زنبرك ويقوم بحركات متكررة "للأمام والخلف" ، فإن هذه التذبذبات ستسمى متناسقة أو جيبية (إذا كنا نمثل الموجة في شكل رسم بياني ، فعندئذ في هذه الحالة نحصل على موجة جيبية نقية مع صعود وهبوط متكرر). إذا تخيلنا مكبر صوت في أنبوب (كما في المثال الموصوف أعلاه) ، يقوم بأداء اهتزازات توافقية ، ففي اللحظة التي يتحرك فيها السماعة "للأمام" ، يتم الحصول على التأثير المعروف بالفعل لضغط الهواء ، وعندما يتحرك السماعة "للخلف" ، يتم الحصول على التأثير العكسي للخلخلة. في هذه الحالة ، تنتشر موجة من الضغط المتناوب والخلخلة عبر الأنبوب. سيتم استدعاء المسافة على طول الأنبوب بين الحدود القصوى أو الصغرى المجاورة (المراحل) الطول الموجي. إذا كانت الجسيمات تتأرجح بالتوازي مع اتجاه انتشار الموجة ، فإن الموجة تسمى طولي. إذا كانت تتأرجح بشكل عمودي على اتجاه الانتشار ، فإن الموجة تسمى مستعرض. عادةً ما تكون الموجات الصوتية في الغازات والسوائل طولية ، بينما في المواد الصلبة ، يمكن أن تحدث موجات من كلا النوعين. تنشأ الموجات المستعرضة في المواد الصلبة بسبب مقاومة تغير الشكل. الفرق الرئيسي بين هذين النوعين من الموجات هو أن الموجة المستعرضة لها خاصية الاستقطاب (تحدث التذبذبات في مستوى معين) ، بينما الموجة الطولية ليست كذلك.

سرعة الصوت

تعتمد سرعة الصوت بشكل مباشر على خصائص الوسط الذي ينتشر فيه. يتم تحديده (تابع) من خلال خاصيتين للوسيط: مرونة وكثافة المادة. تعتمد سرعة الصوت في المواد الصلبة ، على التوالي ، بشكل مباشر على نوع المادة وخصائصها. تعتمد السرعة في الوسائط الغازية على نوع واحد فقط من التشوه المتوسط: الانضغاط - الخلخلة. يحدث التغيير في الضغط في الموجة الصوتية دون تبادل حراري مع الجسيمات المحيطة ويسمى ثابت الحرارة.
تعتمد سرعة الصوت في الغاز بشكل أساسي على درجة الحرارة - فهي تزداد مع زيادة درجة الحرارة وتنخفض مع تناقصها. أيضًا ، تعتمد سرعة الصوت في الوسط الغازي على حجم وكتلة جزيئات الغاز نفسها - فكلما كانت كتلة الجزيئات وحجمها أصغر ، زادت "موصلية" الموجة وزادت السرعة على التوالي.

في الوسائط السائلة والصلبة ، يتشابه مبدأ الانتشار وسرعة الصوت مع كيفية انتشار الموجة في الهواء: عن طريق تفريغ الضغط. ولكن في هذه الوسائط ، بالإضافة إلى نفس الاعتماد على درجة الحرارة ، فإن كثافة الوسط وتكوينه / هيكله مهمة جدًا. كلما انخفضت كثافة المادة ، زادت سرعة الصوت والعكس صحيح. يعتبر الاعتماد على تركيبة الوسيط أكثر تعقيدًا ويتم تحديده في كل حالة محددة ، مع مراعاة موقع وتفاعل الجزيئات / الذرات.

سرعة الصوت في الهواء عند t ، درجة مئوية 20: 343 م / ث
سرعة الصوت في الماء المقطر عند درجة حرارة 20: 1481 م / ث
سرعة الصوت في الفولاذ عند درجة حرارة 20: 5000 م / ث

الموجات الدائمة والتدخل

عندما يخلق مكبر صوت موجات صوتية في مكان ضيق ، فإن تأثير انعكاس الموجة من الحدود يحدث حتمًا. نتيجة لذلك ، في أغلب الأحيان تأثير التدخل- عند تراكب موجتين صوتيتين أو أكثر على بعضهما البعض. من الحالات الخاصة لظاهرة التداخل تشكيل: 1) موجات نابضة أو 2) موجات واقفة. إيقاع الأمواج- هذا هو الحال عندما يكون هناك إضافة موجات ذات ترددات واتساعات متقاربة. نمط حدوث النبضات: عندما يتم فرض موجتين متشابهتين في التردد على بعضهما البعض. في وقت ما ، مع مثل هذا التداخل ، قد تتزامن قمم السعة "في الطور" ، وقد تتزامن أيضًا فترات الانكماش في "الطور المضاد". هذه هي الطريقة التي تتميز بها دقات الصوت. من المهم أن نتذكر أنه على عكس الموجات الواقفة ، فإن مصادفات الطور للقمم لا تحدث باستمرار ، ولكن في فترات زمنية معينة. عن طريق الأذن ، يختلف هذا النمط من الضربات بشكل واضح ، ويُسمع على أنه زيادة دورية وانخفاض في الحجم ، على التوالي. آلية حدوث هذا التأثير بسيطة للغاية: في لحظة تزامن القمم ، يزداد الحجم ، في لحظة تزامن فترات الركود ، ينخفض ​​الحجم.

الموجات الموقوفهتنشأ في حالة تراكب موجتين لهما نفس السعة والطور والتردد ، عندما "تلتقي" هذه الموجات ، تتحرك إحداهما في الاتجاه الأمامي والأخرى في الاتجاه المعاكس. في منطقة الفضاء (حيث تشكلت موجة واقفة) ، تظهر صورة تراكب لاثنين من سعات التردد ، مع الحد الأقصى المتناوب (ما يسمى بالعقد العكسية) والحد الأدنى (ما يسمى بالعقد). عندما تحدث هذه الظاهرة ، فإن معامل التردد والطور والتوهين للموجة في مكان الانعكاس مهم للغاية. على عكس الموجات المتنقلة ، لا يوجد نقل للطاقة في الموجة الواقفة بسبب حقيقة أن الموجات الأمامية والخلفية التي تشكل هذه الموجة تحمل الطاقة بكميات متساوية في الاتجاهين الأمامي والمعاكس. لفهم مرئي لحدوث الموجة الواقفة ، دعنا نتخيل مثالًا من الصوتيات المنزلية. لنفترض أن لدينا مكبرات صوت ثابتة على الأرض في مساحة محدودة (غرفة). بعد جعلهم يلعبون بعض الأغاني مع الكثير من الجهير ، دعونا نحاول تغيير موقع المستمع في الغرفة. وهكذا ، فإن المستمع ، بعد دخوله منطقة الحد الأدنى (الطرح) للموجة الواقفة ، سيشعر بتأثير أن الجهير أصبح صغيرًا جدًا ، وإذا دخل المستمع منطقة الحد الأقصى (الإضافة) للترددات ، فعكس ذلك تم الحصول على تأثير زيادة معنوية في منطقة الجهير. في هذه الحالة ، لوحظ التأثير في جميع أوكتافات التردد الأساسي. على سبيل المثال ، إذا كان التردد الأساسي هو 440 هرتز ، فسيتم أيضًا ملاحظة ظاهرة "الجمع" أو "الطرح" عند ترددات 880 هرتز ، 1760 هرتز ، 3520 هرتز ، إلخ.

ظاهرة الرنين

معظم المواد الصلبة لها تردد الرنين الخاص بها. لفهم هذا التأثير بسيط للغاية في مثال الأنبوب التقليدي ، يفتح فقط من طرف واحد. دعنا نتخيل موقفًا حيث يتم توصيل مكبر صوت من الطرف الآخر للأنبوب ، والذي يمكنه تشغيل تردد واحد ثابت ، ويمكن أيضًا تغييره لاحقًا. الآن ، الأنبوب له تردد طنين خاص به ، بعبارات بسيطة ، هذا هو التردد الذي يرن فيه الأنبوب أو يصدر صوته الخاص. إذا تزامن تردد السماعة (نتيجة الضبط) مع تردد الرنين للأنبوب ، فسيكون هناك تأثير لزيادة الصوت عدة مرات. وذلك لأن مكبر الصوت يثير اهتزازات عمود الهواء في الأنبوب بسعة كبيرة حتى يتم العثور على نفس "تردد الرنين" ويحدث تأثير الإضافة. يمكن وصف الظاهرة الناتجة على النحو التالي: الأنبوب في هذا المثال "يساعد" المتحدث عن طريق الرنين بتردد معين ، وتضيف جهودهم و "تصب" في تأثير صوتي عالٍ. في مثال الآلات الموسيقية ، يمكن تتبع هذه الظاهرة بسهولة ، لأن تصميم الأغلبية يحتوي على عناصر تسمى الرنانات. ليس من الصعب تخمين ما يخدم الغرض من تضخيم تردد معين أو نغمة موسيقية. على سبيل المثال: جسم جيتار به مرنان على شكل ثقب يتوافق مع الحجم ؛ تصميم الأنبوب في الفلوت (وجميع الأنابيب بشكل عام) ؛ الشكل الأسطواني لجسم الأسطوانة ، والذي هو في حد ذاته مرنان بتردد معين.

الطيف الترددي للصوت والاستجابة الترددية

نظرًا لعدم وجود موجات من نفس التردد عمليًا ، يصبح من الضروري تحليل الطيف الصوتي بأكمله للمدى المسموع إلى نغمات إيحائية أو التوافقيات. لهذه الأغراض ، توجد رسوم بيانية تعرض اعتماد الطاقة النسبية لاهتزازات الصوت على التردد. يسمى هذا الرسم البياني بالرسم البياني لطيف التردد الصوتي. طيف تردد الصوتهناك نوعان: منفصل ومستمر. يعرض مخطط الطيف المنفصل الترددات بشكل فردي ، مفصولة بمسافات فارغة. في الطيف المستمر ، توجد جميع ترددات الصوت مرة واحدة.
في حالة الموسيقى أو الصوتيات ، غالبًا ما يتم استخدام الجدول الزمني المعتاد. خصائص الذروة إلى التردد(يختصر "AFC"). يوضح هذا الرسم البياني اعتماد اتساع اهتزازات الصوت على التردد في جميع أنحاء طيف التردد بأكمله (20 هرتز - 20 كيلو هرتز). بالنظر إلى مثل هذا الرسم البياني ، من السهل فهم ، على سبيل المثال ، نقاط القوة أو الضعف في مكبر صوت معين أو نظام مكبر صوت معين ككل ، وأقوى مناطق عودة الطاقة ، وانخفاض التردد والارتفاع ، والتوهين ، وكذلك تتبع شدة الانحدار.

انتشار الموجات الصوتية والمرحلة والطور المضاد

تحدث عملية انتشار الموجات الصوتية في جميع الاتجاهات من المصدر. أبسط مثال لفهم هذه الظاهرة: إلقاء حصاة في الماء.
من مكان سقوط الحجر ، تبدأ الموجات بالتباعد على سطح الماء في كل الاتجاهات. ومع ذلك ، دعونا نتخيل موقفًا يستخدم مكبر صوت بمستوى صوت معين ، دعنا نقول صندوقًا مغلقًا ، متصل بمكبر للصوت ويقوم بتشغيل نوع من الإشارات الموسيقية. من السهل ملاحظة (خاصة إذا أعطيت إشارة قوية منخفضة التردد ، مثل أسطوانة الجهير) ، أن السماعة تقوم بحركة سريعة "للأمام" ، ثم نفس الحركة السريعة "للخلف". يبقى أن نفهم أنه عندما يتحرك المتحدث إلى الأمام ، فإنه يصدر موجة صوتية نسمعها بعد ذلك. لكن ماذا يحدث عندما يتحرك المتحدث للخلف؟ ولكن من المفارقات ، أن نفس الشيء يحدث ، حيث يصدر المتحدث الصوت نفسه ، وينتشر فقط في مثالنا بالكامل داخل حجم الصندوق ، دون تجاوزه (الصندوق مغلق). بشكل عام ، في المثال أعلاه ، يمكن للمرء أن يلاحظ الكثير من الظواهر الفيزيائية المثيرة للاهتمام ، وأهمها مفهوم المرحلة.

الموجة الصوتية التي يشعها مكبر الصوت في اتجاه المستمع - "في الطور". الموجة العكسية ، التي تدخل في حجم الصندوق ، ستكون في المقابل طورًا مضادًا. يبقى فقط لفهم ما تعنيه هذه المفاهيم؟ مرحلة الإشارة- هذا هو مستوى ضغط الصوت في الوقت الحالي في نقطة ما في الفضاء. يمكن فهم المرحلة بسهولة أكبر من خلال مثال تشغيل مادة موسيقية بواسطة زوج من مكبرات الصوت المنزلية التقليدية المثبتة على الأرض. دعنا نتخيل أن اثنين من مكبرات الصوت المثبتة على الأرض مثبتة في غرفة معينة واللعب. يقوم كلا مكبري الصوت في هذه الحالة بإعادة إنتاج إشارة ضغط صوت متغير متزامن ، علاوة على ذلك ، يتم إضافة ضغط الصوت لأحد السماعات إلى ضغط الصوت للسماعة الأخرى. يحدث تأثير مماثل بسبب تزامن إعادة إنتاج إشارة مكبرات الصوت اليمنى واليسرى ، على التوالي ، بمعنى آخر ، تتزامن قمم ووديان الموجات المنبعثة من مكبرات الصوت اليمنى واليسرى.

الآن دعونا نتخيل أن ضغوط الصوت لا تزال تتغير بنفس الطريقة (لم تتغير) ، لكنها الآن معاكسة لبعضها البعض. يمكن أن يحدث هذا إذا قمت بتوصيل أحد مكبري الصوت في قطبية عكسية (كبل "+" من مكبر الصوت إلى الطرف "-" في نظام السماعات ، وكبل "-" من مكبر الصوت إلى الطرف "+" الخاص بمكبر الصوت النظام). في هذه الحالة ، ستسبب الإشارة المعاكسة للاتجاه اختلافًا في الضغط ، والذي يمكن تمثيله كأرقام على النحو التالي: سيخلق السماعة اليسرى ضغطًا قدره "1 باسكال" ، وسيخلق السماعة اليمنى ضغط "ناقص 1 باسكال ". نتيجة لذلك ، سيكون إجمالي حجم الصوت في موضع المستمع مساويًا للصفر. هذه الظاهرة تسمى الطور المضاد. إذا أخذنا في الاعتبار المثال بمزيد من التفصيل لفهمه ، فقد اتضح أن ديناميكيتين تلعبان "في الطور" تخلقان نفس مناطق ضغط الهواء والخلخلة ، والتي تساعد بعضها البعض في الواقع. في حالة الطور المضاد المثالي ، فإن منطقة ضغط الفضاء الجوي التي تم إنشاؤها بواسطة مكبر صوت واحد ستكون مصحوبة بمنطقة خلخلة في الفضاء الجوي تم إنشاؤها بواسطة مكبر الصوت الثاني. يبدو تقريبًا مثل ظاهرة التخميد المتزامن المتبادل للموجات. صحيح ، من الناحية العملية ، لا ينخفض ​​مستوى الصوت إلى الصفر ، وسنسمع صوتًا مشوهًا ومضعفًا بشدة.

بالطريقة الأكثر سهولة ، يمكن وصف هذه الظاهرة على النحو التالي: إشارتان لهما نفس التذبذبات (التردد) ، لكن تم تغييرهما في الوقت المناسب. في ضوء ذلك ، من الأنسب تمثيل ظاهرة الإزاحة هذه باستخدام مثال الساعات الدائرية العادية. لنتخيل أن عدة ساعات دائرية متطابقة معلقة على الحائط. عندما تعمل العقارب الثانية لهذه الساعات بشكل متزامن ، 30 ثانية على إحدى الساعات و 30 ثانية على الأخرى ، فهذا مثال على إشارة في الطور. إذا كان عقرب الثواني يعملان بإزاحة ، لكن السرعة لا تزال كما هي ، على سبيل المثال ، في ساعة واحدة لمدة 30 ثانية ، وفي الساعات الأربع والعشرين الأخرى ، فهذا مثال كلاسيكي على تحول الطور (التحول). بالطريقة نفسها ، تقاس المرحلة بالدرجات ، داخل دائرة افتراضية. في هذه الحالة ، عندما يتم إزاحة الإشارات بالنسبة لبعضها البعض بمقدار 180 درجة (نصف الفترة) ، يتم الحصول على طور مضاد كلاسيكي. في كثير من الأحيان في الممارسة العملية ، هناك تحولات طفيفة في الطور ، والتي يمكن أيضًا تحديدها بالدرجات وإزالتها بنجاح.

الموجات مسطحة وكروية. تنتشر واجهة الموجة المسطحة في اتجاه واحد فقط ونادرًا ما تتم مواجهتها في الممارسة العملية. واجهة الموجة الكروية هي نوع بسيط من الموجات التي تشع من نقطة واحدة وتنتشر في جميع الاتجاهات. الموجات الصوتية لها خاصية الانحراف، بمعنى آخر. القدرة على تجنب العقبات والأشياء. تعتمد درجة الغلاف على نسبة طول الموجة الصوتية إلى أبعاد العائق أو الثقب. يحدث الانعراج أيضًا عند وجود عائق في مسار الصوت. في هذه الحالة ، هناك سيناريوهان محتملان: 1) إذا كانت أبعاد العائق أكبر بكثير من الطول الموجي ، فإن الصوت ينعكس أو يمتص (اعتمادًا على درجة امتصاص المادة ، وسمك العائق ، إلخ. ) ، وتتشكل منطقة "الظل الصوتي" خلف العائق. 2) إذا كانت أبعاد العائق قابلة للمقارنة مع الطول الموجي أو حتى أقل منه ، فإن الصوت ينحرف إلى حد ما في جميع الاتجاهات. إذا اصطدمت موجة صوتية ، عند التحرك في وسيط واحد ، بالواجهة مع وسيط آخر (على سبيل المثال ، وسط هواء به وسط صلب) ، فقد تظهر ثلاثة سيناريوهات: 1) ستنعكس الموجة من الواجهة 2) الموجة يمكن أن تمر إلى وسط آخر دون تغيير الاتجاه 3) يمكن أن تمر الموجة إلى وسط آخر مع تغيير الاتجاه عند الحد ، وهذا ما يسمى "انكسار الموجة".

تسمى نسبة الضغط الزائد لموجة صوتية إلى السرعة الحجمية المتذبذبة بمقاومة الموجة. بكلمات بسيطة ، مقاومة الموجة للوسطيمكن تسميتها بالقدرة على امتصاص الموجات الصوتية أو "مقاومتها". تعتمد معاملات الانعكاس والانتقال بشكل مباشر على نسبة الممانعات الموجية للوسيطتين. تكون مقاومة الموجة في وسط غاز أقل بكثير من مقاومة الماء أو المواد الصلبة. لذلك ، إذا حدثت موجة صوتية في الهواء على جسم صلب أو على سطح المياه العميقة ، فإن الصوت إما ينعكس من السطح أو يُمتص إلى حد كبير. يعتمد ذلك على سمك السطح (الماء أو الصلب) الذي تسقط عليه الموجة الصوتية المرغوبة. مع سماكة منخفضة لوسط صلب أو سائل ، فإن الموجات الصوتية "تمر" بشكل كامل تقريبًا ، والعكس صحيح ، مع سماكة الوسط الكبيرة ، تنعكس الموجات في كثير من الأحيان. في حالة انعكاس الموجات الصوتية ، تحدث هذه العملية وفقًا لقانون فيزيائي معروف: "زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس". في هذه الحالة ، عندما تصطدم موجة من وسيط ذي كثافة منخفضة بالحد بمتوسط ​​كثافة أعلى ، تحدث الظاهرة الانكسار. يتكون من ثني (انكسار) موجة صوتية بعد "لقاء" مع عائق ، ويكون بالضرورة مصحوبًا بتغيير في السرعة. يعتمد الانكسار أيضًا على درجة حرارة الوسط الذي يحدث فيه الانعكاس.

في عملية انتشار الموجات الصوتية في الفضاء ، تقل شدتها حتمًا ، يمكننا القول توهين الموجات وضعف الصوت. من الناحية العملية ، من السهل جدًا مواجهة مثل هذا التأثير: على سبيل المثال ، إذا كان شخصان يقفان في حقل على مسافة قريبة (متر أو أقرب) ويبدآن التحدث مع بعضهما البعض. إذا قمت بعد ذلك بزيادة المسافة بين الأشخاص (إذا بدأوا في الابتعاد عن بعضهم البعض) ، فإن نفس المستوى من حجم المحادثة سيصبح أقل وأقل سماعًا. مثال مشابه يوضح بوضوح ظاهرة تقليل شدة الموجات الصوتية. لماذا يحدث هذا؟ والسبب في ذلك هو العمليات المختلفة لنقل الحرارة والتفاعل الجزيئي والاحتكاك الداخلي للموجات الصوتية. في أغلب الأحيان ، يحدث تحويل الطاقة الصوتية إلى طاقة حرارية. تنشأ مثل هذه العمليات حتماً في أي من وسائط انتشار الصوت الثلاثة ويمكن وصفها بأنها امتصاص الموجات الصوتية.

تعتمد شدة ودرجة امتصاص الموجات الصوتية على العديد من العوامل ، مثل الضغط ودرجة حرارة الوسط. يعتمد الامتصاص أيضًا على التردد المحدد للصوت. عندما تنتشر الموجة الصوتية في السوائل أو الغازات ، يكون هناك تأثير للاحتكاك بين الجسيمات المختلفة ، وهو ما يسمى اللزوجة. نتيجة لهذا الاحتكاك على المستوى الجزيئي ، تحدث عملية تحول الموجة من الصوت إلى الحرارة. بمعنى آخر ، كلما زادت الموصلية الحرارية للوسط ، انخفضت درجة امتصاص الموجة. يعتمد امتصاص الصوت في الوسائط الغازية أيضًا على الضغط (يتغير الضغط الجوي مع زيادة الارتفاع بالنسبة إلى مستوى سطح البحر). أما بالنسبة لاعتماد درجة الامتصاص على تردد الصوت ، فبالنظر إلى التبعيات المذكورة أعلاه من اللزوجة والتوصيل الحراري ، يكون امتصاص الصوت أعلى ، وكلما زاد تردده. على سبيل المثال ، عند درجة الحرارة العادية والضغط ، في الهواء ، يكون امتصاص موجة بتردد 5000 هرتز 3 ديسيبل / كم ، وامتصاص موجة بتردد 50000 هرتز سيكون بالفعل 300 ديسيبل / م.

في الوسائط الصلبة ، يتم الحفاظ على جميع التبعيات المذكورة أعلاه (التوصيل الحراري واللزوجة) ، ولكن تمت إضافة بعض الشروط الأخرى إلى ذلك. ترتبط بالتركيب الجزيئي للمواد الصلبة ، والتي يمكن أن تكون مختلفة ، مع عدم تجانسها. اعتمادًا على هذا التركيب الجزيئي الصلب الداخلي ، يمكن أن يكون امتصاص الموجات الصوتية في هذه الحالة مختلفًا ، ويعتمد على نوع مادة معينة. عندما يمر الصوت عبر جسم صلب ، تخضع الموجة لسلسلة من التحولات والتشوهات ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى تشتت الطاقة الصوتية وامتصاصها. على المستوى الجزيئي ، يمكن أن يحدث تأثير الاضطرابات ، عندما تتسبب الموجة الصوتية في إزاحة الطائرات الذرية ، والتي تعود بعد ذلك إلى موقعها الأصلي. أو أن حركة الخلع تؤدي إلى تصادم مع الاضطرابات المتعامدة عليها أو عيوب في التركيب البلوري مما يؤدي إلى تباطؤها وبالتالي امتصاص بعض الموجات الصوتية. ومع ذلك ، قد يتردد صدى الموجة الصوتية أيضًا مع هذه العيوب ، مما يؤدي إلى تشويه الموجة الأصلية. تتشتت طاقة الموجة الصوتية في لحظة التفاعل مع عناصر التركيب الجزيئي للمادة نتيجة لعمليات الاحتكاك الداخلي.

سأحاول في هذا المقال تحليل سمات الإدراك السمعي البشري وبعض التفاصيل الدقيقة وخصائص انتشار الصوت.

كميات فيزيائية:

λ = vT= الخامس / γ (م)الطول الموجي

ت = λ / T = λ γ (م / ث) سرعة الموجة

T \ u003d t / n (c) فترة التذبذب

ن - عدد التذبذبات t - وقت التذبذب

γ \ u003d 1 / T (Hz) تردد التذبذب A [m] - سعة التذبذب

أنا. 1. التحية ، التحقق من جاهزية الطلاب للدرس ، جاهزية الوسائل البصرية ، السبورات ، الطباشير ، إلخ.

2. الإفصاح عن الغرض العام من الدرس.

اليوم لدينا فرصة لمس عالم الجمال والانسجام الموجود في أحد أنواع الحركات غير المتكافئة - التذبذب. تنتشر الحركات الاهتزازية في الحياة من حولنا. الصوت هو أحد أنواع الحركة التذبذبية ، وهو وسيلة لنقل المعلومات ، ما يقرب من 8-9٪ من الحجم الإجمالي الذي يستقبله الشخص.

سيسمح لنا التعميم التمهيدي وتنظيم المعرفة حول التذبذبات والموجات بالانتقال إلى دراسة الظواهر الصوتية من وجهة نظر التكامل مع العلوم الأخرى.

لذا ، فإن الغرض من هذا الدرس هو تعميم وتنظيم المعرفة حول الاهتزازات الصوتية وخصائصها ومعرفة استخدام الموجات الصوتية في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا والفن والطبيعة. لذلك أقدم موضوع الدرس: "الصوت في الطبيعة والموسيقى والتكنولوجيا".

ثانيًا. تحديث المعارف والمهارات الأساسية. تشكيل الدوافع المعرفية.

ستكون المهمة المستقلة الأولى هي العمل مع ملخص مرجعي ، والذي يحتوي على أهم المعلومات حول التذبذبات والموجات. ركز على المفاهيم الأساسية

· عمل مستقل على تكرار وتوحيد قسم "التذبذبات والأمواج".

· منهجة المفاهيم الأساسية والكميات الفيزيائية التي تميز عملية الموجة.

اعثر على إجابات للأسئلة في الملاحظات المرجعية:

1. أعط أمثلة على الحركات التذبذبية.

2. ما هي السمة الرئيسية للحركة التذبذبية؟

3. ما هي فترة التذبذب؟ تردد التذبذب؟ سعة التذبذب؟

4. اكتب معادلات الكميات الفيزيائية وضح وحدات قياسها.

5. إذا كان الرسم البياني لاعتماد الإحداثيات على الوقت عبارة عن موجة جيبية (موجة جيب التمام) - فما نوع التذبذبات التي يصنعها الجسم؟

6. الاضطرابات التي تنتشر في الفضاء تسمى ...؟

7. في أي وسط يمكن أن تنتشر الموجات المرنة؟

8. اكتب معادلات الطول الموجي وسرعة انتشار الموجة

() وتحديد وحدات القياس الخاصة بهم.

9. وصف موجز للموجات الصوتية: بداية من مفاهيم الاهتزازات الميكانيكية والأمواج ، لننتقل إلى الموجات الصوتية.

	ترددات الموجات الصوتية التي تتلقاها أذن الإنسان
	تم تحديد الملعب	يقذف يعتمد على التردد انت متردد يقذف
	التردد الأساسي (النغمة الأساسية)	أدنى تردد لصوت معقد.
	نغمات Overtones (نغمات توافقية أعلى)	ترددات جميع النغمات الإيحائية لصوت معين هي عدد صحيح من المرات أكبر من تردد النغمة الأساسية. تحدد النغمات الصوتية جرس الصوت وجودته.
	جرس الصوت	تحدد بمجموع النغمات.
	يتم تحديد حجم الصوت	يتم تحديده من خلال سعة التذبذبات. في المهام العملية ، تتميز بمستوى جهارة الصوت (وحدة القياس هي الفون ، البياض (ديسيبل).
	تدخل الصوت	ظاهرة الإضافة في فضاء الموجات ، حيث يتم تشكيل توزيع ثابت زمني لسعات التذبذبات الناتجة.
	الموجات الفيزيائية التي تميز الموجة الصوتية	الطول الموجي: λ سرعة الصوت: V سرعة الصوت في الهواء: V = 340 م / ث

ثالثا. السيطرة والفحص الذاتي للمعرفة (انعكاس) مفاهيم الجماع.

بعد تكرار المادة النظرية ، دعنا ننتقل إلى مهمة عملية لتحديد بعض خصائص الموجات الصوتية.

1. مهمة عملية (مجموعة عمل):

أ) تقوم المجموعة الأولى بإجراء تجربة على انعكاس الصوت باستخدام صنجين وعضو أسطواني.

رقم المهمة 1.استخدام أداة "hurdy-gurdy" للتحقق من خاصية انعكاس الموجات الصوتية. احصل على الصوت الصادر من الصنج المائل على أذنك.

استنتاج: الصوت يرتد عن الأشياء .

ب) تتحقق المجموعة الثانية من الخصائص الرئيسية للصوت: درجة الصوت والجهارة.

رقم المهمة 2.اكتشف الكميات الفيزيائية التي تعتمد درجة الصوت وارتفاع الصوت على استخدام مسطرة مثبتة على الطاولة ، وتغيير طول الجزء البارز وسعة التذبذبات. متى يصبح الصوت مسموعًا غير مسموع؟

استنتاج : من خلال تغيير طول الجزء البارز من المسطرة وسعة اهتزازاته ، يتبين أن درجة الصوت المنبعثة من المسطرة المتذبذبة تعتمد على حجمها ، ويتم تحديد الحجم من خلال سعة التذبذبات.

ج) المجموعة الثالثة تختبر بالملعقة ، وتختبر انتشار الصوت في بيئات مختلفة باستخدام سماعة الطبيب.

رقم المهمة 3. ضع أنابيب الأذن الخاصة بمسبار السماعة في أذنيك. اضرب ملعقة معدنية بمطرقة. استنتج وحقق صوت "الجرس". ماذا يقول؟

استنتاج: ينتشر الصوت ليس فقط في الهواء ، ولكن أيضًا في السوائل والمواد الصلبة.

د) صنع آلة نفخ.

رقم المهمة 4.احصل على أداة رياح بسيطة من غطاء صندوق الرنان وثلاثة أنابيب اختبار.

ه) الحصول على نغمة نقية مع شوكة رنانة وجعل الصوت مرئيًا ؛

رقم المهمة 5. احصل على نغمة موسيقية نظيفة باستخدام شوكة رنانة. اجعل هذا الصوت مرئيًا.

ز) العمل الفردي مع النشرات (إجابات شفهية للطلاب).

أسئلة:

1. عند الطيران ، تصدر معظم الحشرات صوتًا. ماذا يسمي؟

2. يمكن تمييز المطر الغزير عن المطر الصغير بصوت أعلى يحدث عند ارتطام القطرات بالسقف. على ماذا يستند هذا الاحتمال؟

3. هل الأصوات العالية والهادئة لها نفس الأطوال الموجية للموجات الصوتية في نفس الوسط؟

4. أي حشرة - بعوضة أم ذبابة - تصنع المزيد من اللوحات الأجنحة في نفس الوقت؟

5. لماذا ، إذا أردنا أن نُسمع من مسافة بعيدة ، هل نصرخ وفي نفس الوقت نضع أيدينا مطوية مثل لسان حال على فمنا؟

6. آلة موسيقية وترية لها 3 إلى 7 أوتار. كيف يتم تحقيق تنوع الأصوات التي تنتجها الآلة؟

استنتاج: تشكل الموجات الصوتية موجات دائرية على سطح الماء.

رابعا. تعميم وتنظيم المعرفة حول الموجات الصوتية على أساس تكامل علوم الفيزياء والبيولوجيا والبيئة والموسيقى.

الفيزياء كعلم هي إنجاز ثقافي يمنحنا طريقة قوية وفريدة لفهم العالم. يعطي نوع واحد فقط من الاهتزازات الميكانيكية - الموجات الصوتية - مجموعة كاملة من الحقائق المثيرة للاهتمام ذات الأهمية التطبيقية. الأصوات غير ملموسة وغير مرئية ، لكن دعونا نصبح سحرة للحظة ونجسدها.

· الخصائص الفيزيائية للموجات الصوتية.

1. مقياس مدى الموجات الصوتية.

2. جدول سرعة الصوت في المواد المختلفة رسم بياني لسرعة الصوت في الهواء عند درجات حرارة مختلفة واعتماد سرعة الصوت على الارتفاع فوق سطح الأرض.

3. تأثير دوبلر في الصوتيات.

رسم يوضح التغيير في الملعب. حل مشكلة حالة (مراقب يصدر موجة صوتية + جسم يطير من أمامه + ما هي نتيجة تغيير التردد. ما هو التأثير الذي سيُلاحظ؟

4. جرب الموجات الصوتية.

· التطبيق الهندسي لخصائص الصوت.

1. صوتيات القاعة.

تتم مقارنة قاعة مسرح البولشوي بآلة كمان كبيرة ، والآن يتم ترميم غلافها الخشبي لتحسين الصوتيات.

· الات موسيقية.

1. بيانو.

تختلف التلوثات: الطبيعة ، الروح ، المعلومات. هل تنتمي أنماط موسيقى البانك والمعدن والنشوة والتكنو إلى التلوث الضوضائي؟

مهمة المشكلة:إبراز الجوانب الإيجابية والسلبية للمصنفات الموسيقية للأسلوب: "بانك" ، "ميتال" ، "ترانس" ، "تكنو".

· مادة الاحياء. معنى الأصوات في حياة الحيوان.

1. الحوت ثرثارة بشكل لا يصدق.

سؤال . اقترح ليوناردو دافنشي الاستماع إلى الأصوات تحت الماء عن طريق وضع أذنك على مجذاف يتم إنزاله في الماء. المقاومة الصوتية للخشب الخام قريبة من مقاومة الماء. لماذا ا؟

· علم البيئة والموجات فوق الصوتية.

1. "الإحساس" في حوض الماء.

· الموجات فوق الصوتية في الطب.

· التلوث الصوتي.

المجموع. نأمل أن تثري المعلومات التي تلقيتها معرفتك بالموجات الصوتية.

الخامس. تلخيص.

شروط جديدة:

* جيل (خلق ، تعليم) ؛

* صدى (الصوت المتبقي) ؛

* المعاوقة الصوتية (ناتج كثافة مادة ما وسرعة انتشار الموجة الصوتية فيها) ؛

* تحديد الموقع بالصدى (القدرة على إدراك الصدى) ؛

* السونار (أجهزة إرسال واستقبال إشارات الصدى) ؛

* بيانو (منه. forte - "بصوت عال" ، بيانو - "هادئ") ؛

* مقال (نوع من المقالات تلعب فيه الأفكار الدور الرئيسي).

والآن دعونا نستنتج أهمية ومكانة الصوتيات (علم الموجات الصوتية) في نظام العمليات التذبذبية. ما هي المعلومات المفيدة التي تعلمناها من الدرس؟

انسحاب الطلاب:

أ) نطاق الصوت واسع النطاق ، الصوت متعدد الأوجه

ب) قمنا بتعميم وتنظيم المعرفة حول الظواهر الصوتية.

ج) تعرف على تكامل الظاهرة الفيزيائية للاهتزازات الصوتية مع علوم الهندسة والبيولوجيا والبيئة والموسيقى.

استنتاج المعلم:

أشكركم على تعاونكم وتواصلكم وسعيكم لتحسين الذات وتعلم أشياء جديدة والقدرة على التحليل والتعميم. أود بشكل خاص أن أسلط الضوء على الطلاب التاليين ...

السادس. الواجب المنزلي. مقال: "فهمي للصوتيات واستخدامها في العلوم والتكنولوجيا."

أقترح إكمال المهمة ، حيث ستكون هناك معلومات لم يتم سماعها في درس اليوم.

ملخص الخلفية.

الاهتزازات والموجات الميكانيكية. يبدو.

1. أحد أنواع الحركة غير المتساوية هو التذبذب. تنتشر الحركات الاهتزازية في الحياة من حولنا. ومن الأمثلة على التذبذبات: حركة إبرة ماكينة الخياطة ، والتأرجح ، وندول الساعة ، وعربة على النوابض والأجسام الأخرى. يوضح الشكل الأجسام التي تتأرجح عند إخراجها من التوازن:

2. بعد فترة زمنية معينة ، تتكرر حركة أي جسم. يتم استدعاء الفاصل الزمني الذي تتكرر الحركة بعده فترة التذبذب. T = t / n [c] t - وقت التذبذب ؛ n هو عدد التذبذبات لهذه الفترة الزمنية. 3. يتم استدعاء عدد التذبذبات لكل وحدة زمنية تكرر التذبذبات ، يُشار إليها بالحرف V ("nu") ، مُقاسة بالهرتز [Hz]. [هرتز].

4. يسمى أكبر انحراف (نموذجي) لجسم متذبذب من موضع التوازن السعة تقلبات.

OA1 و OB1 - سعة التذبذب (A) ؛ OA1 = OB1 = A [م]

5. في الطبيعة والتكنولوجيا ، والتقلبات على نطاق واسع ، ودعا متناسق.

التذبذبات التوافقية هي تلك التي تحدث تحت تأثير قوة تتناسب مع إزاحة نقطة التذبذب والموجهة عكس هذا الإزاحة.

الرسم البياني لاعتماد إحداثيات الجسم المتأرجح في الوقت المناسب هو شكل جيبي (موجة جيب التمام).

https://pandia.ru/text/78/333/images/image005_14.gif "width =" 13 "height =" 15 "> نصف موجات من الموجات الواقفة المستعرضة. يسمى وضع التذبذب المقابل لـ التوافقي الأول لـ موجات التذبذب الطبيعي أو الوضع الأساسي.

https://pandia.ru/text/78/333/images/image008_9.jpg "العرض =" 645 "الارتفاع =" 490 ">

تحليل الدرس.

1. نوع الدرس: التطبيق المعقد للمعرفة والمهارات والقدرات .

الدرس إشكالي ، تفاعلي ، يعتمد على التطبيق المعقد للمعرفة والمهارات ، وله أهمية عملية ، حيث يتم استخدام الحقائق التجريبية التي تساهم في التقييم الذاتي لهذه الاكتشافات العلمية.

الغرض من الدرس : تكوين القدرة لدى الطلاب على تطبيق المعرفة النظرية والحقائق العلمية التجريبية لفهم طبيعة الضوء ودوره ومكانه والأساليب المختلفة لتحديد سرعته.

2. أنا أعتبر تنظيم الدرس هو الأفضل ، لأنه سمح لنا بالنظر في مشكلة طبيعة الضوء بشكل شامل وجعل من الممكن تنفيذ نهج إبداعي عند البحث عن سرعة الضوء ، لاستخدام المعرفة والمهارات المعقدة والقدرات.

3. لتعزيز انتباه الطلاب ، اخترت طرقًا للتواصل داخل الموضوع وفيما بين الموضوعات بناءً على معرفة علم الفلك ، وتاريخ الاكتشافات الفيزيائية ، واستمرارية العلوم الفيزيائية ، والاكتشافات الهندسية.

في رأيي ، تم ضمان استيعاب محتوى المادة التعليمية من خلال استيعاب المادة النظرية وتوحيدها. لم تكن المهمة فقط لضمان استيعاب المادة ، ولكن تم إيلاء الاهتمام الرئيسي للتطبيق الإنجابي في سياق العمل العملي على التقييم الذاتي لسرعة الضوء والتفكير الإبداعي للطلاب.

4. في رأيي ، كجزء من الهدف التعليمي للدرس ، تم تنفيذ ما يلي:

* في الجانب المعرفي:

جرت محاولة لتوسيع النظرة العلمية للعالم على خلفية المهمة التعليمية ؛

* في الجانب التنموي:

مفردات غنية ومعقدة ؛

يتم تحفيز مهارات التفكير ، مثل المقارنة والتحليل والتوليف والقدرة على إبراز الشيء الرئيسي والإثبات والتفنيد ؛

* في الجانب التربوي:

ينصب التركيز على أهمية استمرارية العلوم الفيزيائية ، وأهم قوانينها ونظرياتها ، وطرق تأكيد مصداقيتها.

يتم توفير نهج مختلف ، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الدرس تم عقده في فصل دراسي غير مألوف. استند العمل إلى المهام الفردية والعمل الجماعي. شارك الطلاب في عملية تحديد علاقات السبب والنتيجة للظواهر والحقائق. في رأيي ، الأساليب التطبيقية للرقابة المتبادلة وضبط النفس من جانب الطلاب لها ما يبررها ، فقد حدثت زيادة في درجة الاستقلالية في نظام المهام.

أعتقد أنه تم خلق مناخ نفسي إيجابي في الدرس. تم النظر إلى المادة باهتمام ، لأنها مبتكرة ولم يتم تقديمها في الكتاب المدرسي (الصف 11). أعتقد أن مستوى الطلاب جعل من الممكن ضمان جودة المعرفة المكتسبة.

المهمة رقم 1: استخدام أداة "hurdy-gurdy" لفحص خاصية انعكاس الموجات الصوتية. احصل على الصوت الصادر من الصنج المائل على أذنك. المهمة رقم 2 تعرف على الكميات الفيزيائية التي تعتمد درجة الصوت وارتفاع الصوت على استخدام مسطرة مثبتة على الطاولة ، وتغيير طول الجزء البارز وسعة التذبذبات. متى يصبح الصوت مسموعًا غير مسموع؟ المهمة رقم 3 ضع أنابيب الأذن الخاصة بمسبار السماعة الطبية في أذنيك. اضرب ملعقة معدنية بمطرقة. احصل على صوت "الجرس". اختم ما يقول؟ المهمة رقم 4 احصل على نغمة موسيقية نظيفة باستخدام شوكة رنانة. اجعل هذا الصوت مرئيًا. المهمة رقم 5 احصل على أبسط أداة رياح من غطاء صندوق الرنان وثلاثة أنابيب اختبار.

صورة 11 من العرض التقديمي "خصائص الصوت"لدروس الفيزياء حول موضوع "الصوت"

الأبعاد: 960 × 720 بكسل ، التنسيق: jpg. لتنزيل صورة لدرس الفيزياء مجانًا ، انقر بزر الماوس الأيمن على الصورة وانقر على "حفظ الصورة باسم ...". لعرض الصور في الدرس ، يمكنك أيضًا تنزيل العرض التقديمي الكامل "Sound Properties.ppt" مع جميع الصور الموجودة في أرشيف مضغوط مجانًا. حجم الأرشيف - 6616 كيلوبايت.

تنزيل العرض التقديمي

يبدو

"اهتزازات الصوت" - انتشار الصوت ومستقبلاته. ينتشر في أي وسط مرن: صلب ؛ سائل الغازي. التجربة رقم 3 الأشعة تحت الصوتية - الاهتزازات التي تحدث عند تردد أقل من 20 هرتز. بحث خصائص الموجات الصوتية عن طريق الكمبيوتر. بصريات. التجربة 1 الجهارة - تعتمد على سعة الوسط المهتز.

"اهتزازات الصوت" - صوت صوتي. الكلمات الرئيسية للدرس. (الصحيح). صناعي. مسموع (صوتي). 3. الموجات فوق الصوتية هي لغة التواصل مع الحيوانات: الدلافين ، الخفافيش. لكن القطط ، التي تنبعث من الأشعة تحت الصوتية ، قادرة على علاج الشخص الذي يعاني من الخرخرة. دولفين. أسباب الصوت. في الهواء في الظروف العادية ، تكون سرعة الصوت 330 م / ث.

"خصائص الصوت" - آلة موسيقية وترية لها من 3 إلى 7 أوتار. إحساس في حوض من الماء. حل مشكلة الوضع. قمنا بتعميم ومنهج المعرفة حول الظواهر الصوتية. الموجات فوق الصوتية في الطب. مراقب يصدر موجة صوتية ؛ عابر الجسد. مهمة عملية. المهمة رقم 3 ضع أنابيب الأذن الخاصة بمسبار السماعة الطبية في أذنيك.

"انعكاس الصوت" - 1. ما سرعة الصوت في الهواء؟ انعكاس الصوت. اختبار حول موضوع "الصوت. 3. الموجة الصوتية في الهواء هي: 6. يعتمد عمل البوق على خاصية الصوت: 4. يتكون الصدى نتيجة: 2. كيف تتغير سرعة الصوت عند كثافة الصوت؟ انخفاضات متوسطة؟

"سرعة الصوت في مختلف الوسائط" - ماذا تقول المراجع؟ تجربة. مهامنا: اكتب الصيغة التي يتم بها حساب سرعة الصوت. كيف تعتمد سرعة الصوت على الوسط؟ دعونا نضع ساعة في إناء به ماء ونضع الأذن على مسافة معينة. أفضل صوت بزاوية ميل الورق المقوى 450. الصوت غير مسموع تقريبًا. لماذا يحدث التضخيم؟

"سرعة انتشار الصوت" - في المواد الصلبة - حتى أسرع. ما هي وحدات الجهارة ومستوى الصوت. ما الذي يحدد حجم الصوت؟ كيف يؤثر العمل المنهجي للأصوات الصاخبة على صحة الإنسان؟ ما الذي يحدد درجة الصوت؟ ما هي النغمة والنغمات الأساسية للصوت؟ سرعة الصوت في الهواء »330 م / ث.

في المجموع ، هناك 34 عرضًا تقديميًا في الموضوع

تعتمد درجة الصوت على عدد مرات اهتزاز مصادر الصوت. كلما زاد تردد التذبذب ، ارتفع الصوت. أبسط أنواع الاهتزازات هو الاهتزاز التوافقي. النغمة النقية هي صوت الشوكة الرنانة.

نغمة نقيةهو صوت يصدر اهتزازات توافقية من نفس التردد. في النغمة الموسيقية ، يمكن تمييز صفتين عن طريق الصوت - جهارة الصوت ودرجة الصوت.

الأصوات من مصادر مختلفة (على سبيل المثال ، آلات موسيقية مختلفة ، صوت بشري ، أصوات أجسام غريبة ، إلخ) تشكل معًا مجموعة من الاهتزازات التوافقية ذات الترددات المختلفة.

التردد الأساسي هو أصغر تردد لهذا الصوت متعدد المكونات ، والصوت الذي يتوافق معه وذو ارتفاع معين يسمى النغمة الأساسية.

النغماتيتم استدعاء جميع المكونات الأخرى لهذا الصوت متعدد المكونات (يمكن أن يكون تردده أكبر بعدة مرات من تردد النغمة الأساسية).

تحديد النغمات طابع الصوتالصوت هو ما يسمح لنا بتمييز الأصوات ، على سبيل المثال ، يمكننا بسهولة التمييز بين صوت التلفزيون والغسالة وأصوات الجيتار والطبل وما إلى ذلك.

يتم قياس طبقة الصوت أيضًا ملك- هذا مقياس درجة الصوت يسمح لك بضبط المساواة بين نغمات صوتين.

نغمة شيبرد (أوهام صوتية) هي صوت مع ارتفاع وهبوط واضح.

يتم تحديد درجة الصوت من خلال تردد نغمة الصوت الأساسية ، فإذا كان تردد النغمة الأساسية أعلى ، يكون الصوت أعلى ، وإذا كان تردد النغمة الأساسية أقل ، يكون الصوت أكثر هدوءًا.

حجم الصوت

حجم الصوت- جودة الإحساس السمعي ، والتي تسمح لك بوضع جميع الأصوات على مقياس من الهدوء إلى الصاخب.

النوم هو وحدة حجم الصوت.

1 sone هو الحجم التقريبي لمحادثة مكتومة ، وحجم الطائرة هو 264 صوتًا. الأصوات الأعلى صوتًا ستسبب الألم.

يعتمد ارتفاع الصوت على سعة الاهتزازات ، فكلما زاد ارتفاع الصوت.

يُقاس مستوى ضغط الصوت بالبل (B) أو بالديسيبل (D) - 1/10 من بيلا (B) ، ويساوي مستوى الصوت ، والذي يُعبر عنه بالفونات.

يمكن أن يتسبب ارتفاع الصوت فوق 180 ديسيبل في تمزق طبلة الأذن.

الضوضاء ، والصوت العالي ، والصوت المزعج لها تأثير سيء على صحة الإنسان ؛ ويرجع ذلك إلى حقيقة أن ترتيب الأصوات ذات جهارة ونبرة وجرس مختلفة مضطرب.

ضوضاء- هذه أصوات بها اهتزازات ذات ترددات مختلفة.

للحصول على إحساس صوتي ، يجب أن تكون الموجة الصوتية قليلة الشدة ، ولكن إذا تجاوزت شدتها القاعدة ، فلن يُسمع الصوت وسيؤدي فقط إلى الشعور بالألم.

علم الصوتيات هو فرع من فروع الفيزياء يدرس الظواهر الصوتية.

الأصوات نوعان: طبيعي واصطناعي.

تعتمد الأحاسيس السمعية التي تسببها الأصوات المختلفة فينا إلى حد كبير على سعة الموجة الصوتية وترددها. السعة والتردد هما الخصائص الفيزيائية للموجة الصوتية. تتوافق هذه الخصائص الفيزيائية مع بعض الخصائص الفسيولوجية المرتبطة بإدراكنا للصوت. هذه الخصائص الفسيولوجية هي الجهارة والنبرة.

مقداريتم تحديد الصوت بسعة: كلما زادت سعة الاهتزازات في الموجة الصوتية ، ارتفع الصوت. لذلك ، عندما تتحلل اهتزازات الشوكة الرنانة ، جنبًا إلى جنب مع السعة ، ينخفض ​​حجم الصوت أيضًا. على العكس من ذلك ، من خلال ضرب الشوكة الرنانة بقوة أكبر وبالتالي زيادة سعة اهتزازاتها ، فإننا نتسبب أيضًا في ارتفاع الصوت.

يعتمد ارتفاع الصوت أيضًا على مدى حساسية الأذن لهذا الصوت. تعتبر الأذن البشرية أكثر حساسية للموجات الصوتية بتردد 1-5 كيلو هرتز.

بقياس الطاقة التي تحملها موجة صوتية في ثانية واحدة عبر سطح مساحته 1 م 2 ، نجد كمية تسمى شدة الصوتأ. اتضح أن شدة أعلى الأصوات (التي يوجد عندها إحساس بالألم) تفوق شدة أضعف الأصوات التي يمكن للإدراك البشري الوصول إليها بمقدار 10 تريليون مرة! بهذا المعنى ، تبين أن الأذن البشرية هي جهاز أكثر تقدمًا من أي من أدوات القياس المعتادة. لا يمكن لأي منهم قياس مثل هذا النطاق الواسع من القيم (بالنسبة للأدوات ، نادرًا ما يتجاوز 100).

وحدة الجهارة تسمى ينام(من اللاتينية "sonus" - الصوت). حجم المحادثة المكتومة هو حلم واحد. يتميز دقات الساعة بحجم حوالي 0.1 صوت ، محادثة عادية - 2 صوت ، صوت آلة كاتبة - 4 صوت ، ضوضاء شارع عالية - 8 صوت. في متجر الحداد ، يصل الحجم إلى 64 ولداً ، وعلى مسافة 4 أمتار من محرك نفاث يعمل - 256 ولداً. حتى الأصوات الأعلى تبدأ في التسبب في الألم.

يمكن زيادة حجم الصوت البشري بواسطة مكبر الصوت. إنه قرن مخروطي الشكل متصل بفم المتحدث (الشكل 54). يحدث تضخيم الصوت في هذه الحالة بسبب تركيز الطاقة الصوتية المشعة في اتجاه محور البوق. يمكن تحقيق زيادة أكبر في الحجم باستخدام مكبر صوت كهربائي ، يتم توصيل قرنه بميكروفون ومضخم ترانزستور خاص.

يمكن أيضًا استخدام البوق لتضخيم الصوت المستقبَل. للقيام بذلك ، يجب أن تعلق على الأذن. في الأيام الخوالي (عندما لم تكن هناك أجهزة سمعية خاصة) ، غالبًا ما كان يستخدمها الأشخاص ضعاف السمع.

كما تم استخدام الأبواق في الأجهزة الأولى المصممة لتسجيل الصوت وإعادة إنتاجه. اخترع T Edison (الولايات المتحدة الأمريكية) التسجيل الميكانيكي للصوت في عام 1877. تم استدعاء الجهاز الذي صممه الفونوغراف. أرسل أحد الفونوغرافات الخاصة به (الشكل 55) إلى ليو تولستوي.

الأجزاء الرئيسية للفونوغراف عبارة عن أسطوانة 1 مغطاة بورق قصدير وغشاء 2 متصل بإبرة ياقوت. تسببت الموجة الصوتية ، التي تعمل من خلال القرن الموجود على الغشاء ، في تأرجح الإبرة ثم بقوة أكبر ، ثم ضغطها برفق في الرقاقة. عندما تم تدوير المقبض ، لم يتم تدوير الأسطوانة (التي كان محورها خيطًا) فحسب ، بل تتحرك أيضًا في اتجاه أفقي. في هذه الحالة ، ظهر أخدود حلزوني ذو عمق متغير على الرقاقة. لسماع الصوت المسجل ، تم وضع الإبرة في بداية الأخدود وتم تدوير الأسطوانة مرة أخرى.

بعد ذلك ، تم استبدال الأسطوانة الدوارة في الفونوغراف بلوحة دائرية مسطحة ، وبدأ الشق الموجود عليها في شكل لولب ملفوف. هذه هي الطريقة التي ولدت بها أسطوانات الجراموفون.

بالإضافة إلى الجهارة ، يتميز الصوت طويل. يتم تحديد درجة الصوت من خلال تردده: كلما زاد تردد التذبذب في الموجة الصوتية ، ارتفع الصوت. الاهتزازات منخفضة التردد تتوافق مع الأصوات المنخفضة ، والاهتزازات عالية التردد تتوافق مع الأصوات العالية.

لذلك ، على سبيل المثال ، ترفرف النحلة الطنانة بجناحيها أثناء الطيران بتردد أقل من البعوض: في النحلة الطنانة تكون 220 ضربة في الثانية ، وفي البعوضة - 500-600. لذلك ، فإن طيران النحلة يكون مصحوبًا بصوت منخفض (أزيز) ، ويرافق طيران البعوض صوت مرتفع (صرير).

تسمى أيضًا الموجة الصوتية بتردد معين نغمة موسيقية. لذلك ، غالبًا ما يشار إلى الملعب باسم الملعب.

تشكل النغمة الرئيسية مع "مزيج" من عدة اهتزازات من ترددات أخرى صوتًا موسيقيًا. على سبيل المثال ، يمكن أن تشتمل أصوات الكمان والبيانو على ما يصل إلى 15-20 اهتزازًا مختلفًا. يعتمد جرسها على تكوين كل صوت معقد.

يعتمد تواتر الاهتزازات الحرة لسلسلة على حجمها وشدها. لذلك ، من خلال شد أوتار الجيتار بمساعدة الأوتاد والضغط عليها في رقبة الجيتار في أماكن مختلفة ، سنغير ترددها الطبيعي ، وبالتالي درجة الأصوات التي تصدرها.

يوضح الجدول 5 ترددات الاهتزاز في أصوات الآلات الموسيقية المختلفة.

يمكن العثور على نطاقات التردد المقابلة لأصوات المطربين والمطربين في الجدول 6.

تعتمد طبيعة إدراك الصوت إلى حد كبير على تصميم الغرفة التي يُسمع فيها الكلام أو الموسيقى. ويفسر ذلك حقيقة أن المستمع في الغرف المغلقة يدرك ، بالإضافة إلى الصوت المباشر ، أيضًا سلسلة مستمرة من التكرارات التي تتبع بعضها البعض بسرعة ، بسبب انعكاسات متعددة للصوت من الأشياء الموجودة في الغرفة والجدران والسقف والأرضية.

تسمى الزيادة في مدة الصوت الناتجة عن انعكاساته من مختلف العوائق بالصدى. الصدى رائع في الغرف الفارغة حيث يؤدي إلى الازدهار. على العكس من ذلك ، فإن الغرف ذات الجدران المنجدة ، والستائر ، والستائر ، والأثاث المنجد ، والسجاد ، وكذلك الغرف المليئة بالناس تمتص الصوت جيدًا ، وبالتالي فإن الصدى فيها لا يكاد يذكر.

يفسر انعكاس الصوت أيضًا صدى الصوت. الأصداء هي موجات صوتية تنعكس من بعض العوائق (مباني ، تلال ، غابات ، إلخ) وتعود إلى مصدرها. إذا وصلت إلينا الموجات الصوتية ، تنعكس على التوالي من عدة عوائق ويفصل بينها فاصل زمني t \ u003e 50-60 مللي ثانية ، ثم يحدث صدى متعدد. اكتسبت بعض هذه الأصداء شهرة عالمية. لذلك ، على سبيل المثال ، تنتشر الصخور على شكل دائرة بالقرب من Adersbach في جمهورية التشيك ، في مكان معين كرر 7 مقاطع لفظية ثلاث مرات ، وفي قلعة Woodstock في إنجلترا ، يكرر الصدى بوضوح 17 مقطعًا!

يرتبط اسم "echo" باسم حورية الجبل Echo ، التي كانت ، وفقًا للأساطير اليونانية القديمة ، تحب نرجس بلا مقابل. من الشوق إلى حبيبها جف صدى وتحجرت ، ولم يبق منها إلا صوت قادر على ترديد نهايات الكلمات في حضرتها.

1. ما الذي يحدد حجم الصوت؟ 2. ما اسم وحدة الجهارة؟ 3. لماذا ، بعد ضرب الشوكة الرنانة بالمطرقة ، يصبح صوتها أهدأ وأهدأ تدريجيًا؟ 4. ما الذي يحدد درجة الصوت؟ 5. مم "يتكون" الصوت الموسيقي؟ 6. ما هو الصدى؟ 7. حدثنا عن مبدأ الفونوغراف اديسون.