Ix bob. Akustika 65 §. Akustika

IX BOB. AKUSTIKA
65 - §. Akustika
Tovush to‘g‘risidagi ta’limot akustika deb ataladi. Inson va hayvonlarning tovushni sezishining sababi havo yoki boshqa elastik muhitda tarqalayotgan elastik to‘lqinlarning eshitish organlariga ta’siridir. Bu elastik to‘lqinlar manbai tebranayotgan jismlardir. Tebranayotgan jism o‘z atrofida tebranayotgan muhit zarrachalarining siyraklashishi yoki quyuqlashishini hosil qiladi. Zarrachalarning siyraklashishi va quyuqlashishi, muhitning elastikligi sababli, unda tarqalib, tovush to‘lqinlarini hosil qiladi.

Tovush to‘lqinlari, odatdagi mexanik to‘lqinlarga o‘xshab, sferik yoki yassi frontga ega bo‘lishi mumkin. Tovush to‘lqinlari gazli, suyuqlik va qattiq muhitlarda tarqalishi mumkin. Gaz va suyuqliklarda ular bo‘ylama to‘lqin shaklida bo‘ladilar, qattiq jismlarda bo‘ylama va ko‘ndalang to‘lqin shaklida bo‘ladilar.

Tovush deganda quloqlarimizga ta’sir qiluvchi fizikaviy hodisa, ya’ni ko‘ndalang to‘lqinlarni tushunamiz.

Tovushni o‘rganayotganda asosiy uchta aspektni ko‘rish mumkin. Birinchidan, tovush manbai mavjud bo‘lishi kerak; boshqa to‘lqinlarga o‘xshash tovush to‘lqinlarining manbai jismlarning tebranishi hisoblanadi. Ikkinchidan, tovush manbaidan energiya ko‘ndalang to‘lqinlar ko‘rinishida uzatiladi. Uchinchidan, tovush bizning qulog‘imiz yoki asboblar orqali qayd qilinadi.

Childirma, dutor, rubob va boshqa musiqa asboblarida tortilgan teri tebranishi natijasida havoda tovush to‘qinlarini hosil qiladi. Haqiqatda, tovush havoda tarqaladi, havo qulog‘imizning havo pardalari bilan kontaktda bo‘ladi va ularni tebratadi. Ammo tovush to‘lqinlari boshqa moddalarda ham tarqalishi mumkin. Suv ostida ikkita tosh bir-biriga urilganda, tebranish suv orqali tarqalib bizning qulog‘imizga etib keladi. Haqiqatda, istalgan moddiy muhitda tarqalayotgan kon‘dalang to‘lqinlarni, ko‘pinchalik tovushlar deb atashadi. Moddiy muhit yo‘qligida tovush to‘lqini tarqalmaydi. Masalan, havosi so‘rilgan idishdagi qo‘ng‘iroq ovozini eshitib bo‘lmaydi.

Tovush tezligi har xil moddalarda har xil qiymatlarga ega bo‘ladi. 0⁰C temperaturada, 1atm bosimda havoda tovush 331.3m/s tezlik bilan tarqaladi. Tezlik elastiklik moduli va modda zichligiga bog‘liq bo‘ladi. Havo va boshqa gaz va suyuq muhitlarda tovush tezligi quyidagicha ifodalanadi:
,
bu yerda B – elastik kuch yoki har tomonlama siqilish moduli; ρ – muhit zichligi. Zichligi havoga nisbatan sezilarli kichik bo‘lgan geliyda, har tomonlama siqilish moduli bir xil bo‘lishiga qaramay, tovush tezligi deyarli uch marta kattadir.

Tovush o‘zining kuchi, balandligi va tembri bilan tavsiflanadi. Tovushning kuchi yoki jadalligi to‘lqin tarqalishi yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan birlik yuza kesimidan uzatilayotgan to‘lqin energiyasi miqdori bilan aniqlanadi. To‘lqin uzatayotgan energiya to‘lqin amplitudasining va chastotasining kvadratlariga proporsional bo‘lgani uchun, tovush kuchi ham shu kattaliklarga proporsionaldir.

, (65.1)
bu yerda A – to‘lqin amplitudasi; – to‘lqinning siklik chastotasi, – muhit zichligi; – to‘lqin tarqalishining fazaviy tezligidir.

Misol uchun, chastota o‘zgarmas bo‘lganda, amplituda ikki marotaba kuchayadi, tovush jadalligi esa, bir marotaba oshadi. XBT da tovush jadalligi birligi Vt/m² da o‘lchanadi, SGS tizimida esa da o‘lchanadi.

Elastik muhitda bo‘ylama tovush to‘lqinlarining tarqalishi mu­hitning hajmiy deformatsiyalanishi bilan bog‘liqdir. Shuning uchun muhitning har bir nuqtasidagi bosim uzluksiz tebranib turadi va u muhit bosimining muvozanatdagi qiymati va qo‘shimcha bosim yig‘indisiga tengdir. qo‘shimcha bosim muhitning tovush bosimi deb ataladigan deformatsiyasi ta’sirida vujudga keladi.

Sinusoidal to‘lqin tovush bosimi muhitning to‘lqin qarshiligini zarrachalarning tebranish tezligiga ko‘paytmasiga tengdir.

. (65.2)

Tovush bosimi balandligining birligi qilib «Bell» olingan. «Bell» katta o‘lchov birligi bo‘lgani uchun uning o‘ndan bir qismi detsibell (dB) olinadi.

Fiziologik akustikada tovush sezishining tavsifi sifatida tovushning balandligi, tembri va qattiqligi qabul qilinadi. Tovush balandligi deb, tebranish chastotasi va eshitish qobiliyatiga bog‘liq bo‘lgan, deyarli davriy tovushning sifatiga aytiladi. Chastota pasayishi bilan tovushning balandligi pasayadi.

Tovushning kuchi va jadalligidan farqli, tovush qattiqligi eshitish sezgirligi kuchining sub’yektiv bahosidir, u muhitning zichligi va quloqning sezgirligiga bog‘liqdir.

Tovush qattiqligi birligi sifatida «fon» qabul qilinadi va uni chastotasi 10³ Hz bo‘lgan tovushning hosil qilgan bosimi 1dB ga tengligini bildiradi.

Inson qulog‘i tovushning ayrim jadalligini qabul qiladi. Past yoki sust tovushlarni inson qabul qila olmaydi. Tovushning har bir chastotasi uchun eshitish chegarasi deb ataladigan ayrim tovush jadalligi mavjud, ya’ni bundan past holatlarda shu chastotali tovush eshitilmaydi. Kuchli tovushlarni ham, inson qulog‘i eshitmasligi mumkin, chunki u faqat quloqda og‘riq qo‘zg‘atishi mumkin.

Inson qulog‘i 10^-12Vt/m² (eshitishning eng quyi chegarasi)dan 1Vt/m² (og‘riq seziladigan chegara)gacha jadallikdagi tovushlarni qabul qilishi mumkin. Inson yanada jadalligi yuqori bo‘lgan tovushni eshitishi mumkin, ammo bu holda quloqda og‘riqni seza boshlaydi. Eshitish mumkin bo‘lgan tovush jadalligi diapazoni juda katta bo‘lganligi sababli (10¹² marta), tovush balandligi to‘g‘ridan-to‘g‘ri jadallikka proporsional emas. Jadallik ortishi bilan tovush balandligi kuchayishi kuzatiladi, ammo tovush balandligini ikki marta oshirish uchun tovush to‘lqini jadalligini kamida 10 dan ortiq marta orttirish zarur bo‘ladi. Masalan, o‘rtacha inson 10^-9Vt/m² jadallikdagi tovush to‘lqinini 10^-10Vt/m² jadallikdagi to‘lqinga nisbatan bor-yo‘g‘i ikki marta balandroq eshitadi. 10^-2Vt/m² jadallikdagi tovush to‘lqini, 10^-3Vt/m² jadallikdagiga nisbatan ikki marta, 10^-4 Vt/m² jadallikdagiga nisbatan to‘rt marta baland bo‘ladi.

Inson qulog‘i ayrim chastotali tovushlarni qabul qilishi mumkin va u har xil odamlarda har xildir, ammo inson o‘rtacha 20Hz dan 20000Hz gacha bo‘lgan chastotadagi tovushlarni qabul qiladi.

Chastotasi 20Hz dan past tovushlar – infratovushlar, 20000Hz dan yuqorisi - ultratovushlar deb ataladi.

Odatda, ultratovush to‘lqinlarini generatsiya qilish uchun, asosan pyezoelektrik va magnitostriksiyaviy nurlatgichlar ishlatiladi.

Ultratovushli to‘lqinlar bir qator o‘ziga xos xususiyatlarga ega. Ulardan eng muhimi, yorug‘likka o‘xshab tor yo‘nalgan dastalar – ultratovushli nurlar kabi nurlanishi mumkin.

Ultratovushli nurlarning ikki muhit chegarasida qaytishi va sinishi geometriyaviy optika qonunlariga asosan sodir bo‘ladi. Shuning uchun ultratovush nurlari tarqalish yo‘nalishini o‘zgartirish va fokuslashda har xil shakldagi oynalar, tovushli linzalar, prizmalar va boshqa qurilmalar qo‘llaniladi.