Дууны долгионы физикийн эссе
Пендахулуан
Дууны долгион нь өдөр тутмын амьдралтай нягт холбоотой физик үзэгдэл юм. Дуу чимээ нь хүмүүст яриагаар дамжуулан харилцах, хөгжим сонсох, эрүүл мэндийн салбарт утас, сонар, хэт авианы төхөөрөмж зэрэг технологийг ашиглах боломжийг олгодог. Физикийн хувьд дуу чимээ нь вакуум орчинд тархдаг гэрэл шиг цахилгаан соронзон долгионоос ялгаатай нь тархахын тулд орчин шаарддаг механик долгион юм. Дууны долгионыг ойлгоход дуу хэрхэн үүсдэг, хэрхэн тархдаг, түүний хурданд нөлөөлдөг хүчин зүйлс, дууны өнгө, хүчийг тодорхойлдог шинж чанарууд орно. Энэхүү өгүүлэлд дууны долгионы үндсэн ойлголтууд, чухал тэгшитгэлүүд болон тэдгээрийн зарим хэрэглээг авч үзэх болно.
Дууны долгионы үндсэн ойлголт
Дууны долгион нь уртааш механик долгион юм. Тэдгээрийг механик гэж нэрлэдэг, учир нь тэдгээрт орчин (агаар, ус эсвэл хатуу биет) шаардлагатай бөгөөд орчны хэсгүүдийн чичиргээний чиглэл нь долгион тархах чиглэлтэй параллель байдаг тул уртааш гэж нэрлэдэг. Дууны эх үүсвэр чичирхийлэх үед - жишээлбэл, камертын сэрээ эсвэл чанга яригчийн мембран - чичиргээ нь хүрээлэн буй орчинд шахалт ба сийрэгжилтийг үүсгэдэг. Энэхүү шахалт ба сийрэгжилтийн хэв маяг нь дууны долгион хэлбэрээр тархдаг.
Дуу чимээ нь давтамж, үе, долгионы урт, хурд зэрэг хэд хэдэн чухал хэмжигдэхүүнтэй байдаг. Давтамж (f) нь секундэд чичирхийллийн тоог герцээр (Гц) илэрхийлнэ. Үе (T) нь нэг чичирхийллийн хугацаа тул дараах хамаарлыг баримтална.
f = 1/T.
Долгионы урт (λ) нь дараалсан хоёр шахалт эсвэл дараалсан хоёр тэлэлтийн хоорондох зай бөгөөд долгионы хурд (v) нь ерөнхий долгионы тэгшитгэлийг хангадаг:
v = λ f.
Энэ тэгшитгэл нь тодорхой орчны хувьд тархалтын хурдыг тогтмол гэж үзэж болохыг харуулж байна (тодорхой нөхцөлд), ингэснээр долгионы урт нь давтамжтай урвуу хамааралтай байна.
Дууны хурд ба түүнд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд
Дууны хурд нь орчны шинж чанараас ихээхэн хамаардаг. Ерөнхийдөө дуу чимээ нь хатуу биетэд хамгийн хурдан, дараа нь шингэнд, хийд хамгийн удаан тархдаг. Энэ нь орчны нягтрал ба уян хатан чанартай холбоотой. Хатуу биетүүд нь өндөр уян хатан чанартай тул чичиргээг илүү хурдан дамжуулах боломжийг олгодог.
Агаарт 0°C температурт дууны хурд ойролцоогоор 331 м/с байдаг. Агаарт дууны хурд температур нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн дараах томъёогоор ойролцоолдог.
v ≈ 331 + 0,6T
Т-г °C-ээр илэрхийлнэ. Энэ нь 20°C-д дууны хурд ойролцоогоор 331 + 0,6(20) = 343 м/с байна гэсэн үг юм. Чийгшил зэрэг бусад хүчин зүйлс нь агаарын нягтралыг өөрчилдөг тул хурданд нөлөөлдөг. Илүү чийглэг агаар нь хуурай агаартай харьцуулахад дууны хурдыг бага зэрэг нэмэгдүүлдэг.
Дууны эрчим ба эрчимийн түвшин
Дууны эрчим (I) гэдэг нь өгөгдсөн талбайг секундэд нэвтлэх дууны долгионы хүч бөгөөд квадрат метр тутамд ватт (Вт/м²)-аар хэмжигддэг. Эрчим нь дууны чанга байдлыг тодорхойлдог. Дууны эх үүсвэрээс холдох тусам энерги нь илүү том талбайд тархдаг тул эрчим нь ихэвчлэн буурдаг. Жигд ялгаруулдаг цэгэн эх үүсвэрийн хувьд эрчим нь зайны квадраттай урвуу хамааралтай байна:
I ∝ 1/r² .
Практикт дууны эрчмийн түвшинг (β) ихэвчлэн децибелээр (дБ) илэрхийлдэг, учир нь хүний чих дуу чимээнд логарифмын дагуу хариу үйлдэл үзүүлдэг. Томъёо нь:
β = 10 лог(I/I₀)
Хүний сонсголын босго эрчим болох I₀ = 10⁻¹² Вт/м²-ийг ашиглана. β нь 0 дБ орчимтой дуу чимээ нь сонсголын босго хэмжээ болдог бол 120 дБ-ээс дээш дуу чимээ нь өвдөлт эсвэл сонсголын гэмтэл учруулж болзошгүй. Энэ хэмжүүр нь жишээлбэл, хурдны зам эсвэл үйлдвэрүүдэд хүрээлэн буй орчны дуу чимээний түвшинг хэмжихэд тусалдаг.
Давтамж, Өнгө ба Тембр
Дууны долгионы давтамж нь өнгөний мэдрэмжтэй холбоотой. Өндөр давтамжтай дуу чимээ нь өндөр давтамжтай байдаг бол нам давтамжтай дуу чимээ нь нам давтамжтай байдаг. Хүний сонсголын хүрээ ерөнхийдөө 20 Гц-ээс 20.000 Гц орчим байдаг. 20 Гц-ээс доош дуу чимээг хэт авианы гэж нэрлэдэг бол 20 кГц-ээс дээш дуу чимээг хэт авианы гэж нэрлэдэг.
Өнгөний өндрөөс гадна хөгжмийн зэмсгийг, тэр ч байтугай ижил үндсэн давтамжтайг нь ялгадаг дууны чанар буюу тембр байдаг. Тембр нь нарийн төвөгтэй долгионы хэлбэрээс үүдэлтэй үндсэн давтамжийн олонлог болох гармоник найрлагаас хамаардаг. Жишээлбэл, "А" нот (440 Гц) тоглож буй төгөлдөр хуур, гитар нь гармоникийн ялгаатай байдлаас шалтгаалан өөр өөр сонсогдож байна.
Дууны долгион дахь үзэгдэл
Дууны долгионы зарим чухал үзэгдлүүдэд ойлт, хугарал, дифракци, интерференц, резонанс орно.
1. Дууны тусгал (цуурай болон цуурай)
Дууны долгион хатуу гадаргуу дээр хүрэхэд дууны ойлт үүсдэг. Хэрэв ойсон дуу анхны дууны дараа тод сонсогдвол үүнийг цуурай гэж нэрлэдэг. Хэрэв ойлтууд давхцаж, дууг уртасгавал үүнийг цуурай гэж нэрлэдэг.
2. Дууны хугарал
Дуу чимээ температур эсвэл нягтралын зөрүүтэй орчинд дамжин хурдаа өөрчлөх үед хугарал үүсдэг. Жишээлбэл, шөнөдөө газрын ойролцоох агаар сэрүүн байдаг тул тодорхой нөхцөлд дуу чимээ хол тархах боломжийг олгодог.
3. Дифракци
Дифракци гэдэг нь долгион завсар эсвэл саадны ирмэгээр дамжин өнгөрөх үед нугалах явдал юм. Дууны долгионы урт харьцангуй урт тул амархан дифракцдаг. Ийм учраас дууны эх үүсвэр нь хана эсвэл хаалганы цаана байсан ч сонсогдож болно.
4. Хөндлөнгийн оролцоо
Интерференц гэдэг нь олшруулалт (бүтээлч) эсвэл сулралт (хор хөнөөлтэй) үүсгэдэг хоёр долгионы нэгдэл юм. Дууны интерференцийг фазаас гадуурх долгион үүсгэх замаар идэвхтэй дуу чимээг дарах технологид ашиглаж болно.
5. Резонанс
Систем нь өөрийн байгалийн давтамжтай ижил эсвэл ойролцоо тодорхой давтамжтайгаар хүчтэй чичирхийлэх үед резонанс үүсдэг. Дууны резонансын жишээнд лимбэ, гитар, гуурсан хоолой зэрэг хөгжмийн зэмсэг багтдаг бөгөөд агаарын багана нь илүү чанга дуу гаргадаг.
Дууны долгионы хэрэглээ
Дууны долгионыг технологи, шинжлэх ухаанд өргөн ашигладаг. Анагаах ухаанд хэт авиан долгионыг хэт авиан шинжилгээнд (хэт авиан) ураг эсвэл дотор эрхтнийг мэс засалгүйгээр шалгахад ашигладаг. Далайн тээвэр, далайн шинжлэх ухаанд сонар нь дууны долгионы тусгалыг ашиглан далайн гүнийг хэмжих эсвэл усан доорх объектуудыг илрүүлдэг. Аж үйлдвэрт хэт авиан шинжилгээг материалын ан цавыг илрүүлэх (үл эвдэх туршилт) болон өндөр давтамжийн чичиргээ ашиглан жижиг объектуудыг цэвэрлэхэд ашигладаг.
Харилцаа холбооны салбарт микрофон нь дууны долгионыг цахилгаан дохио болгон хувиргадаг бол чанга яригч нь цахилгаан дохиог буцааж дууны долгион болгон хувиргадаг. Акустикийг бий болгоход дууны ойлт болон шингээлтийн талаарх мэдлэгийг сайн дууны чанарт хүрэх, хэт их цуурайг багасгахын тулд концертын танхимуудыг зохион бүтээхэд ашигладаг.
Дүгнэлт
Дууны долгион нь тархахын тулд орчныг шаарддаг уртааш механик долгион юм. Дууны шинж чанарыг давтамж, долгионы урт, хурд, эрчим зэрэг физик хэмжигдэхүүнээр тайлбарлаж болно. Дууны хурд нь орчны төрөл болон температураас хамаардаг бол чанга дууны мэдрэмж нь эрчим болон децибелээр илэрхийлэгдсэн эрчимийн түвшинтэй холбоотой байдаг. Ойлт, интерференц, дифракци, резонанс зэрэг үзэгдлүүд нь дууны долгионы судалгааг баяжуулж, технологи, анагаах ухаан, үйлдвэрлэл, харилцаа холбооны янз бүрийн хэрэглээг дэмждэг. Дууны долгионы тухай ойлголтыг ойлгосноор бид эргэн тойрон дахь янз бүрийн акустик үзэгдлийг тайлбарлаж, дууг илүү үр дүнтэй, аюулгүй ашиглаж чадна.
-
Хэрэв та хүсвэл би бүрэн хэмжээний өгүүллийн бүтцийг (товч агуулга, асуудлын томъёолол, зорилго, онолын тойм, хэлэлцүүлэг, дүгнэлт, ном зүй) нэмж, ахлах сургууль эсвэл коллежийн түвшинд тохируулан өөрчилж болно.
