ध्वनि: इतिहास, विशेषताएँ, यह कैसे उत्पन्न होता है, प्रकार - शारीरिक - 2025

ध्वनि, जैसे हवा के रूप में एक माध्यम में प्रचार करने के लिए एक गड़बड़ी के रूप में परिभाषित बारी-बारी से उसमें बार दबाने और विस्तार का उत्पादन कर रहा है। हवा के दबाव और घनत्व में ये बदलाव कान तक पहुंच जाते हैं और मस्तिष्क द्वारा श्रवण संवेदनाओं के रूप में व्याख्या की जाती है।

लगता है कि जीवन शुरू होने के बाद से, उपकरणों का हिस्सा है जो जानवरों को एक दूसरे के साथ और उनके पर्यावरण के साथ संवाद करना है। कुछ लोग कहते हैं कि पौधे भी सुनते हैं, लेकिन किसी भी स्थिति में वे पर्यावरण के कंपन को महसूस कर सकते हैं, भले ही उनके पास उच्चतर जानवरों के लिए श्रवण यंत्र न हो।

चित्रा 1. ध्वनि अवरोध का टूटना

भाषण के माध्यम से संवाद करने के लिए ध्वनि का उपयोग करने के अलावा, लोग इसे संगीत के माध्यम से एक कलात्मक अभिव्यक्ति के रूप में उपयोग करते हैं। सभी संस्कृतियों, प्राचीन और हाल ही में, सभी प्रकार की संगीतमय अभिव्यक्तियाँ हैं, जिसके माध्यम से वे अपनी कहानियों, रीति-रिवाजों, धार्मिक विश्वासों और भावनाओं को बताते हैं।

इतिहास

इसके महत्व के कारण, मानवता अपने स्वभाव का अध्ययन करने में दिलचस्पी लेती है और ध्वनिकी का निर्माण करती है, जो ध्वनि तरंगों के गुणों और व्यवहार के लिए समर्पित भौतिकी की एक शाखा है।

यह ज्ञात है कि प्रसिद्ध गणितज्ञ पाइथागोरस (569-475 ईसा पूर्व) ने लंबे समय तक ध्वनियों के बीच ऊंचाई (आवृत्ति) में अंतर का अध्ययन किया था। दूसरी ओर, अरस्तू, जिन्होंने प्रकृति के सभी पहलुओं पर अनुमान लगाया, ने सही ढंग से कहा कि ध्वनि में हवा में विस्तार और संपीडन शामिल थे।

बाद में प्रसिद्ध रोमन इंजीनियर विट्रुवियस (80-15 ईसा पूर्व) ने थिएटर के निर्माण में ध्वनिकी और इसके अनुप्रयोगों पर एक ग्रंथ लिखा। आइजैक न्यूटन ने खुद (1642-1727) ठोस मीडिया में ध्वनि के प्रसार का अध्ययन किया और इसके प्रसार की गति के लिए एक सूत्र निर्धारित किया।

समय के साथ, गणना के गणितीय साधनों ने लहर व्यवहार के सभी जटिलता को पर्याप्त रूप से व्यक्त करना संभव बना दिया।

ध्वनि विशेषताओं (गुण)

अपने सरलतम रूप में, एक ध्वनि तरंग को एक साइनसोइडल तरंग के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो समय और स्थान में प्रचारित करती है, जैसे कि आकृति 2 में दिखाया गया है। वहां यह देखा गया है कि लहर आवधिक है, अर्थात यह एक है फार्म जो समय में खुद को दोहराता है।

अनुदैर्ध्य तरंग होने के नाते, प्रसार की दिशा और दिशा जिसमें हिल माध्यम के कण समान हैं।

ध्वनि तरंग पैरामीटर

चित्रा 2. ध्वनि एक अनुदैर्ध्य लहर है, अशांति उसी दिशा में फैलती है जिसमें अणु अपने विस्थापन का अनुभव करते हैं। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

एक ध्वनि तरंग के पैरामीटर हैं:

पीरियड टी: वह समय होता है जब तरंग के एक चरण को दोहराते हैं। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में इसे सेकंड में मापा जाता है।

चक्र: अवधि के भीतर निहित तरंग का हिस्सा है और एक बिंदु से दूसरे तक शामिल है जिसमें समान ऊंचाई और समान ढलान है। यह एक घाटी से दूसरी घाटी तक, एक रिज से दूसरे में, या एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर हो सकता है जो वर्णित विनिर्देश से मिलता है।

तरंग दैर्ध्य λ: एक शिखा और दूसरी लहर के बीच की दूरी है, एक घाटी और दूसरी के बीच, या सामान्य रूप से एक बिंदु और अगले के बीच समान ऊँचाई और ढलान के बीच की दूरी। लंबाई होने के कारण इसे मीटरों में मापा जाता है, हालांकि लहर के प्रकार के आधार पर अन्य इकाइयाँ अधिक उपयुक्त होती हैं।

फ़्रिक्वेंसी f: समय की प्रति इकाई चक्र की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। इसकी इकाई हर्ट्ज (Hz) है।

आयाम ए: क्षैतिज अक्ष के संबंध में लहर की अधिकतम ऊंचाई से मेल खाती है।

ध्वनि का उत्पादन और प्रचार कैसे किया जाता है?

ध्वनि तब उत्पन्न होती है जब किसी वस्तु को किसी माध्यम में विसर्जित किया जाता है, जैसा कि चित्र 2 के निचले भाग में दिखाया गया है। बाईं ओर लाउडस्पीकर की तना झिल्ली वाइब्रेट करती है और हवा में गड़बड़ी को तब तक प्रसारित करती है जब तक श्रोता तक पहुँचता है।

जैसे ही गड़बड़ी फैलती है, ऊर्जा पर्यावरण में अणुओं को प्रेषित होती है, जो एक-दूसरे के साथ विस्तार और संपीडन के माध्यम से बातचीत करते हैं। आपको हमेशा ध्वनि के प्रसार के लिए एक सामग्री माध्यम की आवश्यकता होती है, यह ठोस, तरल या गैस हो।

जब हवा में गड़बड़ी कान तक पहुंचती है, तो हवा के दबाव में बदलाव से ईयरड्रम कंपन होता है। यह विद्युत आवेगों को जन्म देता है जो श्रवण तंत्रिका के माध्यम से मस्तिष्क में प्रसारित होते हैं, और एक बार आवेगों को ध्वनि में अनुवादित किया जाता है।

ध्वनि की गति

किसी दिए गए माध्यम में यांत्रिक तरंगों की गति इस संबंध का अनुसरण करती है:

उदाहरण के लिए, जब हवा जैसी गैस में प्रसार होता है, तो ध्वनि की गति की गणना निम्न प्रकार से की जा सकती है:

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, वैसे-वैसे ध्वनि की गति बढ़ जाती है, क्योंकि माध्यम में अणु अधिक हिलने-डुलने के लिए तैयार रहते हैं और कंपन को अपनी गति से संचारित करते हैं। दूसरी ओर दबाव, इसके मूल्य को प्रभावित नहीं करता है।

तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के बीच संबंध

हम पहले ही देख चुके हैं कि किसी चक्र को पूरा करने के लिए लहर में लगने वाला समय वह अवधि है, जबकि उस अवधि में यात्रा की गई दूरी एक तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है। इसलिए ध्वनि की गति v को निम्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

दूसरी ओर, आवृत्ति और अवधि संबंधित हैं, एक दूसरे का विलोम है, जैसे:

जिससे होता है:

मनुष्यों में श्रव्य आवृत्ति रेंज 20 और 20,000 हर्ट्ज के बीच है, इसलिए उपरोक्त समीकरण में मानों को प्रतिस्थापित करते समय ध्वनि की तरंगदैर्ध्य 1.7 सेमी और 17 मीटर के बीच होती है।

ये तरंग दैर्ध्य सामान्य वस्तुओं के आकार के होते हैं, जो ध्वनि के प्रसार को प्रभावित करते हैं, क्योंकि एक लहर होने के बाद, यह बाधाओं का सामना करने पर प्रतिबिंब, अपवर्तन और विवर्तन का अनुभव करता है।

विवर्तन का अनुभव करने का अर्थ है कि ध्वनि प्रभावित होती है जब यह बाधाओं और उद्घाटन का सामना करती है जो इसके तरंग दैर्ध्य के आकार के करीब या छोटे होते हैं।

बास की आवाज़ लंबी दूरी पर बेहतर तरीके से फैल सकती है, यही वजह है कि हाथियों ने अपने विशाल प्रदेशों में संचार करने के लिए इंसराउंड (मानव कान के लिए बहुत कम आवृत्ति वाली आवाज़) का उपयोग किया है।

इसके अलावा जब पास के कमरे में संगीत होता है, तो बास को तिहरा से बेहतर सुना जाता है, क्योंकि इसकी तरंग दैर्ध्य दरवाजे और खिड़कियों के आकार के बारे में है। दूसरी ओर, कमरे से बाहर निकलते समय, ऊँची-ऊँची आवाज़ें आसानी से खो जाती हैं और इसलिए सुनाई देना बंद हो जाता है।

ध्वनि को कैसे मापा जाता है?

ध्वनि में हवा के संकुचन और दुलर्भों की एक श्रृंखला होती है, ऐसे में जैसे-जैसे वह प्रचार करता है, ध्वनि बढ़ती जाती है और दबाव में घटती जाती है। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में, दबाव पास्कल में मापा जाता है, जो पा के संक्षिप्त रूप में होता है।

क्या होता है कि ये परिवर्तन वायुमंडलीय दबाव की तुलना में बहुत कम हैं, जिसकी कीमत लगभग 101,000 पा है।

यहां तक ​​कि सबसे ऊंची आवाज़ में 20-30 पा (दर्द दहलीज) के उतार-चढ़ाव की तुलना में काफी कम मात्रा में उतार-चढ़ाव होता है। लेकिन अगर आप उन परिवर्तनों को माप सकते हैं, तो आपके पास ध्वनि को मापने का एक तरीका है।

ध्वनि दबाव ध्वनि के साथ वायुमंडलीय दबाव और ध्वनि के बिना वायुमंडलीय दबाव के बीच का अंतर है। जैसा कि हमने कहा है, सबसे ऊँची आवाज़ें 20 पा के ध्वनि दबाव पैदा करती हैं, जबकि सबसे कमजोर लोग 0.00002 पा (ध्वनि थ्रेशोल्ड) का कारण बनते हैं।

चूंकि ध्वनि दबाव की सीमा 10 की कई शक्तियां फैलाती है, उन्हें इंगित करने के लिए एक लघुगणक पैमाने का उपयोग किया जाना चाहिए।

दूसरी ओर, प्रयोगात्मक रूप से यह निर्धारित किया गया था कि लोग कम तीव्रता वाली ध्वनियों में परिवर्तन को एक ही परिमाण के परिवर्तनों की तुलना में अधिक लेकिन गहन ध्वनियों में देखते हैं।

उदाहरण के लिए, यदि ध्वनि दबाव 1, 2, 4, 8, 16… बढ़ जाता है, तो कान में 1, 2, 3, 4… की तीव्रता बढ़ जाती है। इस कारण से, ध्वनि दबाव स्तर (साउंड प्रेशर लेवल) L _P नामक एक नई मात्रा को परिभाषित करना सुविधाजनक है:

जहां पी _ओ संदर्भ दबाव है जिसे श्रवण सीमा के रूप में लिया जाता है और पी ₁ मतलब प्रभावी दबाव या आरएमएस दबाव है। यह RMS या औसत दबाव वह है जो कान ध्वनि संकेत की औसत ऊर्जा के रूप में मानता है।

डेसीबल

एल _{पी के} लिए उपरोक्त अभिव्यक्ति का परिणाम, जब पी _{1 के} विभिन्न मूल्यों के लिए मूल्यांकन किया जाता है, तो डेसीबल, एक आयामहीन मात्रा में दिया जाता है। इस तरह से ध्वनि दबाव स्तर व्यक्त करना बहुत सुविधाजनक है, क्योंकि लॉगरिथम बड़ी संख्या को छोटे, अधिक प्रबंधनीय संख्याओं में परिवर्तित करते हैं।

हालांकि, कई मामलों में ध्वनि दबाव के बजाय डेसिबल निर्धारित करने के लिए ध्वनि की तीव्रता का उपयोग करना पसंद किया जाता है।

ध्वनि की तीव्रता वह ऊर्जा है जो एक इकाई सतह के माध्यम से एक सेकंड (शक्ति) के लिए प्रवाहित होती है, जो उस दिशा में लंबवत होती है, जिसमें तरंग का प्रसार होता है। साउंड प्रेशर की तरह, यह एक अदिश मात्रा है और इसे I से दर्शाया जाता है। I की इकाइयाँ W / m ^{2 हैं}, अर्थात प्रति इकाई क्षेत्र की शक्ति।

यह दिखाया जा सकता है कि ध्वनि की तीव्रता ध्वनि दबाव के वर्ग के समानुपाती होती है:

इस अभिव्यक्ति में, ρ माध्यम का घनत्व है और c ध्वनि की गति है। तब ध्वनि की तीव्रता का स्तर एल _I निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

जिसे डेसीबल में भी व्यक्त किया जाता है और कभी-कभी ग्रीक अक्षर also द्वारा निरूपित किया जाता है। संदर्भ मान I _o 1 x 10 ^-12 W / m ^{2 है} । इस प्रकार, 0 डीबी मानव सुनवाई की निचली सीमा का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि दर्द की सीमा 120 डीबी है।

चूंकि यह एक लघुगणकीय पैमाने है, इसलिए इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि डेसिबल की संख्या में छोटे अंतर ध्वनि की तीव्रता के संदर्भ में एक बड़ा अंतर रखते हैं।

ध्वनि स्तर मीटर

ध्वनि स्तर मीटर या डेसिबलमीटर ध्वनि दबाव को मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण है, जो डेसीबल में माप को दर्शाता है। इसे उसी तरीके से प्रतिक्रिया देने के लिए डिज़ाइन किया गया है जैसा कि मानव कान में होता है।

चित्रा 3. ध्वनि स्तर को मापने के लिए ध्वनि स्तर मीटर या डेसीबलमीटर का उपयोग किया जाता है। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

इसमें सिग्नल को इकट्ठा करने के लिए एक माइक्रोफोन होता है, एम्पलीफायरों और फिल्टर के साथ अधिक सर्किट, जो इस संकेत को विद्युत प्रवाह में पर्याप्त रूप से बदलने के लिए जिम्मेदार होते हैं, और आखिरकार रीडिंग के परिणाम दिखाने के लिए एक स्केल या स्क्रीन।

वे व्यापक रूप से प्रभाव को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं जो कुछ शोर लोगों और पर्यावरण पर होते हैं। उदाहरण के लिए कारखानों, उद्योगों, हवाई अड्डों, यातायात शोर और कई अन्य लोगों में शोर।

ध्वनि के प्रकार (अल्ट्रासाउंड, अल्ट्रासाउंड, मोनो, स्टीरियो, पॉलीफोनिक, होमोफोनिक, बास, ट्रेबल)

ध्वनि इसकी आवृत्ति द्वारा विशेषता है। उन लोगों के अनुसार जो मानव कान पर कब्जा कर सकते हैं, सभी ध्वनियों को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है: जिन्हें हम सुन सकते हैं या श्रव्य स्पेक्ट्रम, उन जिनकी श्रव्य स्पेक्ट्रम या श्रवण की निचली सीमा के नीचे आवृत्ति होती है, और जो श्रव्य स्पेक्ट्रम से ऊपर होती हैं। ऊपरी सीमा, जिसे अल्ट्रासाउंड कहा जाता है।

किसी भी मामले में, चूंकि ध्वनि तरंगें रैखिक रूप से, रोजमर्रा की ध्वनियों को ओवरलैप कर सकती हैं, जिन्हें हम कभी-कभी अद्वितीय के रूप में व्याख्या करते हैं, वास्तव में अलग-अलग लेकिन करीब आवृत्तियों के साथ विभिन्न ध्वनियों से मिलकर बनता है।

चित्रा 4. ध्वनि स्पेक्ट्रम और आवृत्ति रेंज। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

श्रव्य स्पेक्ट्रम

मानव कान को आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला लेने के लिए डिज़ाइन किया गया है: 20 से 20,000 हर्ट्ज के बीच। लेकिन इस रेंज में सभी आवृत्तियों को समान तीव्रता के साथ नहीं माना जाता है।

500 और 6,000 हर्ट्ज के बीच आवृत्ति बैंड में कान अधिक संवेदनशील है। हालांकि, ऐसे अन्य कारक हैं जो ध्वनि को देखने की क्षमता को प्रभावित करते हैं, जैसे कि उम्र।

infrasound

वे ऐसी आवाजें हैं जिनकी आवृत्ति 20 हर्ट्ज से कम है, लेकिन यह तथ्य कि मनुष्य उन्हें नहीं सुन सकता है इसका मतलब यह नहीं है कि अन्य जानवर नहीं कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हाथी उन्हें संवाद करने के लिए उपयोग करते हैं, क्योंकि अल्ट्रासाउंड लंबी दूरी की यात्रा कर सकता है।

अन्य जानवर, जैसे कि बाघ, अपने शिकार को अचेत करने के लिए उनका उपयोग करते हैं। इन्फ्रासाउंड का उपयोग बड़ी वस्तुओं के पता लगाने में भी किया जाता है।

अल्ट्रासाउंड

उनके पास 20,000 हर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों हैं और कई क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासाउंड के सबसे उल्लेखनीय उपयोगों में से एक निदान और उपचार दोनों के रूप में दवा का एक उपकरण है। अल्ट्रासाउंड द्वारा प्राप्त छवियां गैर-आक्रामक होती हैं और आयनित विकिरण का उपयोग नहीं करती हैं।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग संरचनाओं में दोष खोजने, दूरियां निर्धारित करने, नेविगेशन के दौरान बाधाओं का पता लगाने और बहुत कुछ करने के लिए भी किया जाता है। पशु भी अल्ट्रासाउंड का उपयोग करते हैं, और वास्तव में यह है कि इसका अस्तित्व कैसे खोजा गया था।

चमगादड़ ध्वनि दालों का उत्सर्जन करते हैं और फिर उन गूंज की व्याख्या करते हैं जो वे दूरी का अनुमान लगाने और शिकार का पता लगाने के लिए पैदा करते हैं। उनके हिस्से के लिए, कुत्ते भी अल्ट्रासाउंड सुन सकते हैं और यही कारण है कि वे कुत्ते की सीटी का जवाब देते हैं जो उनके मालिक सुन नहीं सकते हैं।

मोनोफोनिक ध्वनि और स्टीरियोफोनिक ध्वनि

चित्रा 4. एक रिकॉर्डिंग स्टूडियो में, ध्वनि को इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उचित रूप से संशोधित किया जाता है। स्रोत: पिक्साबे

मोनोफोनिक ध्वनि एकल माइक्रोफोन या ऑडियो चैनल के साथ रिकॉर्ड किया गया एक संकेत है। हेडफ़ोन या साउंड हॉर्न के साथ सुनने पर, दोनों कान बिल्कुल एक ही चीज़ सुनते हैं। इसके विपरीत, स्टीरियोफोनिक साउंड दो स्वतंत्र माइक्रोफोन के साथ सिग्नल रिकॉर्ड करता है।

माइक्रोफोन विभिन्न स्थितियों में स्थित होते हैं ताकि वे जो आप रिकॉर्ड करना चाहते हैं उसके विभिन्न ध्वनि दबाव उठा सकें।

तब प्रत्येक कान संकेतों के इन सेटों में से एक प्राप्त करता है, और जब मस्तिष्क इकट्ठा होता है और उनकी व्याख्या करता है, तो परिणाम मोनोफोनिक ध्वनियों को सुनने की तुलना में बहुत अधिक यथार्थवादी होता है। यह संगीत और फिल्म की बात आती है, इसलिए यह पसंदीदा तरीका है, हालांकि मोनोफोनिक या मोनोरल ध्वनि अभी भी रेडियो पर उपयोग की जाती है, खासकर साक्षात्कार और बातचीत के लिए।

होमोफनी और पॉलीफनी

व्यावहारिक रूप से, होमोफनी में एक ही राग दो या अधिक स्वरों या वाद्यों द्वारा बजाया जाता है। दूसरी ओर, पॉलीफोनी में समान महत्व के दो या दो से अधिक स्वर या वाद्ययंत्र होते हैं जो धुनों और यहां तक ​​कि अलग-अलग लय का पालन करते हैं। इन ध्वनियों का परिणामी पहनावा सामंजस्यपूर्ण है, जैसे कि बाख का संगीत।

बास और तिहरा लगता है

मानव कान श्रव्य आवृत्तियों को उच्च, निम्न या मध्यम के रूप में विभेदित करता है। इसे ही ध्वनि की पिच के रूप में जाना जाता है।

1600 और 20,000 हर्ट्ज के बीच उच्चतम आवृत्तियों को तीव्र ध्वनियों के रूप में माना जाता है, 400 और 1600 हर्ट्ज के बीच का बैंड एक मध्यम स्वर के साथ ध्वनियों से मेल खाता है और अंत में, 20 से 400 हर्ट्ज की सीमा में आवृत्तियां बास टन हैं।

बास ध्वनियाँ तिहरे से भिन्न होती हैं, जो पहले की तरह गहरी, गहरी और उफनती मानी जाती हैं, जबकि बाद वाली हल्की, स्पष्ट, हर्षित और छेदने वाली हैं। इसके अलावा, कान बास ध्वनियों के विपरीत, उन्हें अधिक गहन रूप में व्याख्या करते हैं, जो कम तीव्रता की अनुभूति पैदा करते हैं।

संदर्भ

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