Lyd: Dens egenskaper, hvordan lydreiser og refleksjon av lyd (forklart med diagram)

Lyd: Dens egenskaper, hvordan lydreiser og refleksjon av lyd (forklart med diagram)!

Vi hører så mange forskjellige typer lyder i alle våre våkne timer. Noen er hyggelige, noen ubehagelige. Noen er skarpe, mens andre er bas. Noen er høyt og litt myke. Vi vil diskutere hvordan lyder produseres og hva som karakteriserer en lyd.

Hvordan lyd blir produsert:

Følgende aktiviteter vil hjelpe deg å forstå hvordan lyden produseres.

1. Slå et tempelklokke for å få det til å ringe. Trykk på klokken når den ringer. Du vil føle vibrasjoner.

2. Strekk et gummibånd over en blyantboks. Skyv to blyanter under gummibåndet. Hvis du plukker det strakte gummibåndet med fingeren, hører du en lyd. Du vil også merke at gummibåndet vibrerer.

3. Legg fingrene lett på halsen og snakk. Du vil føle vibrasjoner.

4. Figur 9.2 viser en stemmegaffel, som brukes i laboratoriet for å produsere lyd. Når du slår en av tappene mot en gummipute, gir tuningsgaffelen en lyd. Hvis du berører forsiden forsiktig mens gaffelen produserer en lyd, vil du føle den vibrere.

Hvis du bringer den vibrerende spissen i kontakt med overflaten av noe vann i et fartøy, vil du se at spissen setter opp krusninger i vannet. I alle disse aktivitetene vibrerer den lydproducerende kroppen. Hvis du stopper vibrasjonene, stopper lyden. Dermed kan du konkludere med at lyden produseres av vibrasjoner, eller frem og tilbake bevegelse, av en kropp.

Egenskaper for lyd:

Tre karakteristikker hjelper oss å skille mellom en lyd og en annen. Disse er lydens høyde, tonehøyde og kvalitet. Og disse egenskapene bestemmes av vibrasjonene som produserer lyden.

Loudness:

Hva bestemmer lydstyrken eller mykheten til en lyd? Føl halsen mens du hvisker og føl det som du roper. Kan du gjette hva lydstyrken avhenger av? Følgende aktivitet vil hjelpe.

Aktivitet:

I en av de foregående aktivitetene hadde du plukket et strukket gummibånd. Prøv igjen. Plukk gummibåndet forsiktig for å produsere små vibrasjoner og legg merke til lyden det gjør. Deretter plukkes det hardt slik at vibrasjonene er mye større. Blir lyden høyere?

Lyden av lyden som produseres av en vibrerende kropp, avhenger av hvor stor vibrasjonene er. En mer vitenskapelig måte å si dette på er at lydstyrken av en lyd avhenger av amplitude av vibrasjonene som produserer den.

Amplituden til vibrasjonens vibrasjoner er den maksimale forskyvningen (avstanden det beveger seg) fra legemet fra hvilestillingen. I tilfelle av gummibåndet, er avstanden der du trekker den dens amplitude. Jo vanskeligere du trekker den, jo større er amplitude og jo høyere lyden.

Tonehøyde:

Plassen av en lyd har å gjøre med hvor skarp eller bass det er. En skarp lyd, som en fløyte, er høyt. En basslyd, som for en bass tromme, er lavt. Stemmen på et barns stemme er høyere enn for en voksen. La oss se hvilken tone avhenger av.

I gummibåndets aktivitet må du merke hvordan lyden endres hvis du fortsetter å stramme gummibåndet ved å løve det rundt en av blyantene. Du vil legge merke til at når du strammer gummibåndet, vibrerer den raskere og produserer en shriller lyd. Dette gjelder også for strenginstrumenter. Når musikerne vil "tune deres instrument høyere" eller øke tonehøyde, strammer de strengene for å få dem til å vibrere raskere.

Dermed avhenger tonehøyde av en lyd av sin vibrasjons hastighet. Vibrationshastigheten kalles også frekvensen av vibrasjoner. Frekvensen til en vibrerende kropp er antall vibrasjoner det fullfører på ett sekund. SI-enheten av frekvens er Hertz (symbol: Hz). Hvis en vibrerende kropp fullfører 10 vibrasjoner på et sekund, er frekvensen 10 Hz.

La oss undersøke litt mer. Ta blyantene nærmere hverandre og plukk gummibåndet. Du vil legge merke til at når avstanden mellom blyantene er redusert, blir den produserte lyden shriller eller mer høyhøyde. Dermed produserer kortere lengder lyder med høyere tonehøyde. Sammenligne deretter lydene produsert av gummibånd av forskjellig tykkelse. Du vil finne at jo tykkere gummibåndet, jo lavere er tonen av lyden som produseres.

String instrumenter:

I strenginstrumenter, som gitar, fiolin, veena, sitar og sarod, blir lyd produsert av vibrerende strenger (vanligvis metalltråd). Frekvensen av lyden som produseres, avhenger av lengden, tykkelsen og stramheten til strengen. Tykkere strenger produserer lyder av lavere tonehøyde, og når du reduserer lengden på en streng (avhengig av hvor du trykker på den) øker banen.

Vindinstrumenter:

I blåsinstrumenter, som saxofon, klarinett, shehnai og fløyte, produseres lyd av vibrerende luftkolonner. Disse instrumentene er i utgangspunktet hule rør (av forskjellige former), og musikken blåser inn i dem for å få luftkolonnen til å vibrere. Frekvensen av lyden som produseres, avhenger av lengden på luftkolonnen, som kan justeres.

Fyll en glassflaske med litt vann. Blås over munnen av flasken og hør på lyden. Bytt vannivået i flasken. Skifter lydens tonehøyde? Dette ligner hvordan tonehøyde endres i et vindinstrument.

Hell ulike mengder vann i fire eller fem briller. Slå dem med en blyant og lytt til forskjellen i tonehøyde (Figur 9.4). Dette er hvordan jal tarang spilles.

Percussion Instruments:

Percussion instrumenter, som tabla, mridangam, trommer og bongos, har vanligvis en membran strukket over en sylindrisk kropp av metall, tre eller leire. Tennheten i membranen og dens område bestemmer tonehøyde av lyden som produseres. Mindre områder og tauter membraner produserer shriller lyder.

Kvalitet:

Med kvaliteten på en lyd mener vi om den er rik eller flat. Selv om en sitar og en sarod produserer lyder med samme frekvens (tonehøyde) og amplitude (høyhet), vil du kunne fortelle dem fra hverandre fordi lydens kvalitet vil være annerledes. Faktisk, når en kropp vibrerer, produserer den aldri lyd av bare en frekvens.

Når du spiller et spesielt notat på gitar, produserer instrumentet ikke ett notat av en bestemt frekvens. Si, det grunnleggende notatet (lyden) produsert av gitaren er av frekvens f. Det vil også produsere lyder av frekvenser som er multipler av f (dvs. 2f, 3f, og så videre). Den grunnleggende lyden (f) som produseres er den høyeste og kalles den grunnleggende.

De andre lydene som er blandet med det, er mykere enn den grunnleggende og varierende lydstyrken. Disse kalles harmoniske (fundamental er første harmoniske). Når samme notat spilles på forskjellige instrumenter, er den grunnleggende frekvensen som genereres, eller den grunnleggende, den samme. Imidlertid er harmoniene tilstede og deres relative høyhet forskjellig. Dette er hva som bestemmer kvaliteten på en lyd. Generelt er en lyd rikere hvis et større antall harmoniske er til stede.

Musikk og støy:

Støy, som sprekker av kjeks, er ubehagelig for ørene. Musikk, derimot, er behagelig for ørene. Den grunnleggende forskjellen mellom støy og musikk er at den første er produsert av uregelmessige vibrasjoner, mens den andre produseres av vanlige vibrasjoner. Når frekvensene av vibrasjoner (lyder) har et klart forhold til hverandre, kaller vi dem regelmessig.

Frekvensene til notatene som brukes til å produsere musikk, enten indisk (sa, re, ga, ma, pa, dha, ni) eller vestlig (gjør, re, mi, fa, så, la, ti), har et klart forhold til hverandre. Musikken høres uheldig, off-key eller besura når du ikke klarer å opprettholde dette forholdet.

Støyforurensning:

Støy er ikke bare ubehagelig for ørene. Det kan også forårsake stress, angst, søvnforstyrrelse og permanent skade på hørselen. Det er lydstyrken som er relevant i sammenheng med støyforurensning, eller den skadelige effekten av støy på menneskers helse. Selv musikk spilles veldig høyt kan forårsake forurensning.

Lydstyrken er målt i desibel (symbol: dB). Meget høy lyd (140-150 dB), som det produseres når et jetfly tar av, kan briste trommehinnen. Et støynivå på 120-140 dB (ikke uvanlig i en rockekonsert) kan skade ørene. Selv et støynivå på 80-90 dB (som i fabrikker og travle gater) kan skade hørselen hvis man blir utsatt for det i lange timer.

Hva vi kan gjøre:

Noen ting vi alle kan gjøre for å redusere støyforurensning, er å unngå å bruke høyttalere under festligheter og å skru ned volumet på våre TVer og musikksystemer.

Noen andre trinn som kan tas, er som følger:

1. Bransjer bør være plassert vekk fra boligområder.

2. Vehicular horns skal bare brukes når det er nødvendig.

3. Maskiner bør opprettholdes i god stand for å redusere industriell støy. Personer som arbeider i støyende næringer kan beskytte seg ved å bruke ørepropper.

Aktivitet:

Start en bevissthetskampanje i ditt nabolag. Du kan konsultere en lege og sette opp plakater på de skadelige effektene av støyforurensning. Prøv å overbevise folk om ikke å sprenge kjeks eller bruke høyttalere under festligheter. Prøv også å overbevise dem om å skru ned volumet på sine TVer og musikksystemer.

Hvordan lyd reiser:

Lyden produsert av en vibrerende kropp er en form for energi. Den vibrerende kroppen overfører denne energien til de omgivende luftmolekylene, som deretter begynner å vibrere med samme frekvens. Disse molekylene overfører vibrasjonene til de nærliggende molekylene, og så videre. Slik reiser lyden i alle retninger fra den lydproducerende kroppen.

Etter å ha kjørt litt avstand dør vibrasjonene ut på grunn av tap av energi. Jo høyere lyden eller jo større vibrasjonens amplitude er, desto større er avstanden de reiste før de dør ut.

Lyd trenger et medium å reise:

Lyden beveger seg fordi det vibrerende legemet passerer vibrasjonene til molekylene i det omgivende medium. Hvis det ikke var noen molekyler å passere vibrasjonene på, ville det ikke reise. Følgende aktivitet vil vise deg at lyden ikke kan bevege seg gjennom vakuum.

Du trenger en krukke koblet til en vakuumpumpe og forseglet tett av en stopper. Slå på en transistor (radio) og plasser den inne i krukken. Du vil kunne høre transistoren spille. Start pumpen. Når luften begynner å pumpes ut, blir lyden svakere. Til slutt hører du ingen lyd i det hele tatt.

Lydens hastighet:

Du har kanskje lagt merke til at du ser en lynnedslag før du hører den tilhørende klaffen av torden. Lyset reiser så fort (ved 300.000 km / s) at du ser blitsen nesten øyeblikkelig. Lyden reiser mye tregere, så lyden av torden tar deg tid til å nå deg.

Lyden beveger seg med en hastighet på 340 m / s i luften. Det reiser mye raskere (ca 1, 5 km / s) gjennom vann. Den reiser raskere fremdeles gjennom faste stoffer. Dette skyldes at molekylene er pakket nærmere i faststoffer og væsker enn i luften. Siden molekylene bærer vibrasjonene, gjør de det mer effektivt når de er nærmere sammen.

Lyden bærer også mye lenger gjennom væsker og faste stoffer enn gjennom luft. Videre er lydene klarere og høyere (dvs. amplituden er større) når de høres gjennom væsker og faste stoffer i stedet for gjennom luft. Dette er grunnen til at hval kan kommunisere med hverandre over enda hundre kilometer.

Aktivitet:

Stå ca 1 m unna en vekkerklokke og hør på den kryss. Legg det nå ca. 1 m fra kanten av et bord, legg øre til kanten og hør. Blir lyden høyere?

Telefon:

Generelt sett er en enhet som kan bære lyd over en avstand en telefon. De tidligste anstrengelsene for å produsere en enhet der lyden kunne bli båret av elektrisitet ble laget på 1860-tallet. I den tidlige telefonen vibrerte en stakkert pergament i munnstykket med lyd.

Disse vibrasjonene ble omgjort til en svingende elektrisk strøm, noe som gjorde en pergament i mottakeren vibrere og disse vibrasjonene nådde øret til lytteren. Men lenge før noen tenkte på å bruke elektrisitet til å bære lyd, gjorde folk strengetelefoner. Du kan også lage en.

Lag en telefon:

Lag hull i bunnen av to papirkopper. Pass en hard, snoet streng eller en tynn ledning gjennom hullene. Fest strenget ved å knytte kamper i de to ender. Strek strengen og snakk mykt inn i en kopp, mens vennen din lytter gjennom den andre. Papirkopper fungerer bedre enn tinn bokser, fordi papiret vibrerer lettere.

Lyder laget og hørt av dyr:

Alle høyere dyr (pattedyr og fugler) kommuniserer med hverandre ved å lage lyder ved hjelp av stemmekabler. Blant de nedre dyrene har frosker vokalledninger. Noen insekter gjør veldig høye lyder, selv om de ikke har stemmekabler.

Kriketter gjør en chirping støy ved å gni sine vinger sammen, mens gresshopper gir høy lyd ved å gni sine bakben mot vingene sine. Snakes hiss ved å tvinge luft ut av munnen. Humming av bier, mygg og fluer er forårsaket av vibrasjonene av sine vinger.

Hvordan vi snakker

Orgelet som hjelper oss å snakke kalles strupehode. Den ligger mellom strupehodet og luftrøret. Når utåndet luft passerer gjennom strupehodet, svinger to bretter vev i det, som produserer lyd. Vevfolkene kalles stemmeleddet. De kontrollerer også størrelsen på åpningen av strupehodet.

Når vokalbåndene blir stramme og tynne, og åpningen av strupehodet blir smal, øker frekvensen av lyden som produseres. Frekvensen (eller tonehøyde) avhenger også av lengden på stemmene. Kvinner høres mer høye enn menn fordi deres vokale snorer er kortere.

Hvordan vi hører:

Vi hører med hjelp av våre ører. Hvert øre er delt inn i tre deler, ytre, mellomstore og indre. Vibrasjonene til en lydproducerende kropp (inkludert ord som er talt av andre) overføres til våre ører av luftens vibrerende molekyler. Disse vibrasjonene kommer først til ytre øret.

Ytre øret:

Ytre øret består av pinna, som du kan se og føle, og øregangen, hvis åpning er synlig for deg. Når lydvibrasjoner når øret, begynner luftmolekylene i kanalen å vibrere og strekke en strukket membran, kalt trommehinnen. Trommehinnen skiller det ytre øret fra mellomøret.

Midtør:

Mellomøret, som ligger utenfor trommehinnen, har tre delikate, sammenlåste bein, kalt hammeren, ambolten og stupet. Vibrasjoner i trommehinnen gjør disse beinene vibrere. Beinene overfører vibrasjonene til indre øre.

Indre øre:

Det indre øret har et spiralrør kalt cochlea, som er det virkelige høreapparatet. Små hår inne i dette væskefylte rør plukk opp vibrasjonene som sendes fra mellomøret. De sender så et signal til hjernen via den auditive nerven, og hjernen tolker den for å få oss til å høre lyder.

Hva vi og andre dyr hører:

Vi kan bare høre lyder innen frekvensområdet 20 Hz og 20 000 Hz. Lyder med en frekvens under 20 Hz kalles infrasonics, og de med en frekvens over 20.000 Hz kalles ultralyd. Selv om vi kan høre lyder mellom 20 Hz og 20 000 Hz, kan vi produsere lyder innen et område på bare 60-13 000 Hz.

Omfanget av lyder produsert og hørt av andre dyr er forskjellig fra de som produseres og høres av oss. Hunder, katter, apekatter og flaggermus er noen dyr som kan høre ultralyd. Delfiner, marsvin og hvaler kan lage og høre ultralydsvibrasjoner.

De kommuniserer med hverandre gjennom lavfrekvent (hørbar) bjeffer, moans og fløyter, men finner seg rundt med ultralydvibrasjoner. Spekteret av lyder som produseres av et dyr, samsvarer ikke alltid med lydene det kan høre. Faktisk kan noen dyr, som slanger, lage lyder, selv om de ikke kan høre.

Refleksjon av lyd:

Som lys blir lyden også reflektert, absorbert og overført i forskjellige utstrekninger av forskjellige materialer. Myke, porøse materialer, som klut, Thermocol, bomull og ull, er gode absorbere og dårlige reflektorer av lyd. Hard overflater, som betongvegger og metaller, er gode reflektorer av lyd.

Echoes:

Du har kanskje hørt ekko i lange korridorer eller store tomme haller. Ekkoer reflekteres lyder. Hvorfor hører vi ikke dem hele tiden, selv om det er mange reflektorer av lyd rundt oss? Dette skyldes at vi kun kan skille mellom to lyder hvis det er en tidsfrist på en femtende av et sekund mellom dem.

Med andre ord kan vi bare høre ekkoet av en lyd hvis det tar en femtende av et sekund å treffe den reflekterende overflaten og komme tilbake. Siden lydens hastighet er 340 m / s, reiser den 340 m / sx (1/15) s = 22, 6 m (omtrentlig) på en femtende av sekundet. Dette betyr at den reflekterende overflaten må være (22, 6 + 2) m, eller ca. 11, 3 m, vekk. Hvis det er nærmere enn det, følger ekkoet den opprinnelige lyden for fort for at vi skal fortelle de to lydene fra hverandre.

Redusere ekkoer:

En annen ting bidrar til å kutte ned ekkoer i hverdagen. De fleste tingene rundt oss, som tre, klær og møbler, er dårlige reflektorer og gode lydabsorberende. Hvis dette ikke hadde vært tilfelle, ville våre stemmer reflekteres og reflekteres fra gulv og vegger, noe som gjør det vanskelig for oss å snakke om.

Vi ville ikke kunne høre forskjellige ekkoer, men det ville være en forstyrrelse. Når vi trenger å være mer spesielt om å redusere refleksjon, som i auditorier og teatre, bruker vi spesielle absorberende materialer til å dekke vegger og tak.

Applikasjoner av ekkoer:

1. Ekkoer brukes til å finne undervannsobjekter og måle dybden på havet. Vibrasjoner sendes ned fra skip. Tiden som er tatt for reflekterte vibrasjoner for å returnere, hjelper med å beregne dybden på objektet som reflekterer vibrasjonene.

2. Leger bruker ekkoer for å få et bilde av kroppens indre organer. Ultralyd vibrasjoner reflektert av ulike deler av et organ hjelper til med å skape et bilde av orgelet. Teknikken kalles ekkokardiografi når det gjelder hjertet. Begrepet ultrasonografi er vanligvis brukt i tilfelle av andre organer.

3. Bats bruker ekkoer til å finne sitt byttedyr. De avgir ultrasoniske vibrasjoner og kan dømme avstanden til byttet fra tiden som ekkoet tar for å komme tilbake. Marsvin, hvaler og seler bruker ekkoer til å finne seg rundt.