ప్రతిరోజూ మనం మానవులు, పక్షులు, గంటలు, యంత్రాలు, వాహనాలు, టెలివిజన్లు, రేడియోలు మొదలైన వివిధ మూలాల నుండి ధ్వనులను వింటాము. ధ్వని శక్తి యొక్క ఒక రూపం, ఇది మన చెవులలో వినికిడి సంవేదనను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. యాంత్రిక శక్తి, కాంతి శక్తి మొదలైన ఇతర రూపాల శక్తులు కూడా ఉన్నాయి. మునుపటి అధ్యాయాలలో మేము యాంత్రిక శక్తి గురించి మాట్లాడాము. శక్తి నిత్యత్వ నియమం గురించి మీకు బోధించబడింది, ఇది మనం శక్తిని సృష్టించలేము లేదా నాశనం చేయలేము అని పేర్కొంటుంది. మనం దానిని ఒక రూపం నుండి మరొక రూపంలోకి మార్చవచ్చు. మీరు చప్పట్లు కొట్టినప్పుడు, ధ్వని ఉత్పత్తి అవుతుంది. మీ శక్తిని ఉపయోగించకుండా మీరు ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేయగలరా? ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేయడానికి మీరు ఏ రూప శక్తిని ఉపయోగించారు? ఈ అధ్యాయంలో ధ్వని ఎలా ఉత్పత్తి అవుతుంది మరియు అది ఒక మాధ్యమం ద్వారా ఎలా ప్రసారం చేయబడుతుంది మరియు మన చెవుల ద్వారా ఎలా గ్రహించబడుతుందో నేర్చుకోబోతున్నాం.

11.1 ధ్వని ఉత్పత్తి

కృత్యం 11.1

• ఒక ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ తీసుకొని దాని ప్రాంగ్ ను రబ్బర్ ప్యాడ్ పై కొట్టడం ద్వారా కంపించేలా చేయండి. దానిని మీ చెవి దగ్గరకు తీసుకురండి.

• మీరు ఏదైనా ధ్వనిని వింటున్నారా?

• కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క ఒక ప్రాంగ్ ను మీ వేలితో తాకండి మరియు మీ అనుభవాన్ని మీ స్నేహితులతో పంచుకోండి.

• ఇప్పుడు, ఒక టేబుల్ టెన్నిస్ బంతి లేదా చిన్న ప్లాస్టిక్ బంతిని ఒక ఆధారం నుండి దారం ద్వారా వేలాడదీయండి [ఒక పెద్ద సూది మరియు దారం తీసుకొని, దారం యొక్క ఒక చివర ఒక ముడి వేయండి, ఆపై సూది సహాయంతో బంతి గుండా దారం పంపించండి]. కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క ప్రాంగ్ తో బంతిని మెల్లగా తాకండి (Fig. 11.1).

• ఏమి జరుగుతుందో గమనించండి మరియు మీ స్నేహితులతో చర్చించండి.

Fig. 11.1: వేలాడదీయబడిన టేబుల్ టెన్నిస్ బంతిని తాకుతున్న కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్.

కృత్యం 11.2

• ఒక బీకర్ లేదా గ్లాస్ ను అంచు వరకు నీటితో నింపండి. Fig. 11.2 లో చూపినట్లుగా, కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క ఒక ప్రాంగ్ తో నీటి ఉపరితలాన్ని మెల్లగా తాకండి.

• తరువాత కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క ప్రాంగ్ లను Fig. 11.3 లో చూపినట్లుగా నీటిలో ముంచండి.

• రెండు సందర్భాలలో ఏమి జరుగుతుందో గమనించండి.

• ఇది ఎందుకు జరుగుతుందో మీ స్నేహితులతో చర్చించండి.

Fig. 11.2: కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క ఒక ప్రాంగ్ నీటి ఉపరితలాన్ని తాకుతోంది.

Fig. 11.3: కంపిస్తున్న ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ యొక్క రెండు ప్రాంగ్ లు నీటిలో ముంచబడ్డాయి

పై కృత్యాల నుండి మీరు ఏమి తీర్మానించారు? కంపించే వస్తువు లేకుండా మీరు ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేయగలరా?

పై కృత్యాలలో మేము ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ ను కొట్టడం ద్వారా ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేసాము. వివిధ వస్తువులను పులిమి, గీరడం, రుద్దడం, ఊదడం లేదా కుదుపడం ద్వారా కూడా మనం ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. పై కృత్యాల ప్రకారం మనం వస్తువులకు ఏమి చేస్తాము? మనం వస్తువులను కంపించేలా చేస్తాము మరియు ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తాము. కంపనం అంటే ఒక వస్తువు యొక్క ఒక రకమైన వేగవంతమైన ముందుకు వెనుకకు చలనం. మానవ వాణి యొక్క ధ్వని స్వర తంత్రులలో కంపనాల కారణంగా ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఒక పక్షి రెక్కలను అదిరించినప్పుడు, మీరు ఏదైనా ధ్వనిని వింటారా? తేనెటీగతో పాటు వచ్చే గుసగుస ధ్వని ఎలా ఉత్పత్తి అవుతుందో ఆలోచించండి. ఒక సాగదీయబడిన రబ్బర్ బ్యాండ్ పులిమినప్పుడు కంపిస్తుంది మరియు ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మీరు ఇది ఎప్పుడూ చేయకపోతే, దీన్ని చేసి సాగదీయబడిన రబ్బర్ బ్యాండ్ యొక్క కంపనాన్ని గమనించండి.

కృత్యం 11.3

• వివిధ రకాల సంగీత వాయిద్యాల జాబితాను తయారు చేయండి మరియు ఏ వాయిద్యం యొక్క ఏ భాగం ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేయడానికి కంపిస్తుందో మీ స్నేహితులతో చర్చించండి.

11.2 ధ్వని ప్రసారం

ధ్వని కంపించే వస్తువుల ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది. ధ్వని ప్రసారం చేయబడే పదార్థం లేదా వస్తువును మాధ్యమం అంటారు. ఇది ఘన, ద్రవ లేదా వాయువు కావచ్చు. ధ్వని ఒక మాధ్యమం ద్వారా ఉత్పత్తి స్థానం నుండి వినేవారి వరకు కదులుతుంది. ఒక వస్తువు కంపించినప్పుడు, అది దాని చుట్టూ ఉన్న మాధ్యమం యొక్క కణాలను కంపించేలా చేస్తుంది. కణాలు కంపించే వస్తువు నుండి చెవి వరకు అన్ని మార్గం ప్రయాణించవు. కంపించే వస్తువుతో సంపర్కంలో ఉన్న మాధ్యమం యొక్క ఒక కణం మొదట దాని సమతౌల్య స్థానం నుండి స్థానభ్రంశం చెందుతుంది. అది ఆపై పక్కనున్న కణంపై ఒక బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. దీని ఫలితంగా పక్కనున్న కణం దాని విశ్రాంతి స్థానం నుండి స్థానభ్రంశం చెందుతుంది. పక్కనున్న కణాన్ని స్థానభ్రంశం చేసిన తర్వాత, మొదటి కణం దాని అసలు స్థానానికి తిరిగి వస్తుంది. ఈ ప్రక్రియ ధ్వని మీ చెవిని చేరే వరకు మాధ్యమంలో కొనసాగుతుంది. ఒక మాధ్యమంలో ధ్వని మూలం ద్వారా సృష్టించబడిన అలజడి మాధ్యమం ద్వారా ప్రయాణిస్తుంది మరియు మాధ్యమం యొక్క కణాలు కాదు.

ఒక తరంగం అనేది మాధ్యమం యొక్క కణాలు పక్కనున్న కణాలను చలనంలోకి తీసుకురాగా మాధ్యమం ద్వారా కదిలే ఒక అలజడి. అవి క్రమంగా ఇతరులలో ఇదే విధమైన చలనాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. మాధ్యమం యొక్క కణాలు ముందుకు కదలవు, కానీ అలజడి ముందుకు తీసుకువెళ్లబడుతుంది. ఒక మాధ్యమంలో ధ్వని ప్రసారం సమయంలో ఇదే జరుగుతుంది, కాబట్టి ధ్వనిని ఒక తరంగంగా ఊహించవచ్చు. ధ్వని తరంగాలు మాధ్యమంలోని కణాల చలనం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి మరియు వాటిని యాంత్రిక తరంగాలు అంటారు.

గాలి ధ్వని ప్రయాణించే అత్యంత సాధారణ మాధ్యమం. ఒక కంపించే వస్తువు ముందుకు కదిలినప్పుడు, అది ముందు ఉన్న గాలిని నెట్టి సంపీడనం చేస్తుంది, అక్కడ ఒక అధిక పీడన ప్రాంతాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ ప్రాంతాన్ని సంపీడనం (C) అంటారు, Fig. 11.4 లో చూపినట్లుగా. ఈ సంపీడనం కంపించే వస్తువు నుండి దూరంగా కదలడం ప్రారంభిస్తుంది. కంపించే వస్తువు వెనుకకు కదిలినప్పుడు, అది అరుదైన ప్రాంతం (R) అని పిలువబడే తక్కువ పీడన ప్రాంతాన్ని సృష్టిస్తుంది, Fig. 11.4 లో చూపినట్లుగా. వస్తువు వేగంగా ముందుకు వెనుకకు కదులుతున్నప్పుడు, గాలిలో సంపీడనాలు మరియు అరుదైన ప్రాంతాల శ్రేణి సృష్టించబడుతుంది. ఇవి మాధ్యమం ద్వారా ప్రసారం చేయబడే ధ్వని తరంగాన్ని తయారు చేస్తాయి.

Fig. 11.4: మాధ్యమంలో సంపీడనాలు $(C)$ మరియు అరుదైన ప్రాంతాలు $(R)$ యొక్క శ్రేణిని సృష్టించే ఒక కంపించే వస్తువు.

సంపీడనం అనేది అధిక పీడన ప్రాంతం మరియు అరుదైన ప్రాంతం అనేది తక్కువ పీడన ప్రాంతం. పీడనం ఇచ్చిన ఘనపరిమాణంలో ఒక మాధ్యమం యొక్క కణాల సంఖ్యకు సంబంధించినది. మాధ్యమంలో కణాల సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటే పీడనం ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, ధ్వని ప్రసారాన్ని మాధ్యమంలో సాంద్రత వైవిధ్యాలు లేదా పీడన వైవిధ్యాల ప్రసారంగా ఊహించవచ్చు.

11.2.1 ధ్వని తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు

కృత్యం 11.4

• ఒక స్లింకీ తీసుకోండి. మీ స్నేహితుడిని ఒక చివర పట్టుకోమని చెప్పండి. మీరు మరొక చివర పట్టుకోండి.

• ఇప్పుడు Fig. 11.5(a) లో చూపినట్లుగా స్లింకీ ను సాగదీయండి. అప్పుడు దానిని మీ స్నేహితుడి వైపు ఒక పదునైన తోసుకు ఇవ్వండి.

• మీరు ఏమి గమనించారు? మీరు మీ చేతిని కదిపి, స్లింకీ ను ప్రత్యామ్నాయంగా నెట్టడం మరియు లాగడం చేస్తే, మీరు ఏమి గమనిస్తారు?

• మీరు స్లింకీ పై ఒక బిందువును గుర్తు పెట్టినట్లయితే, స్లింకీ పై ఉన్న బిందువు అలజడి ప్రసార దిశకు సమాంతరంగా ముందుకు వెనుకకు కదులుతుందని మీరు గమనిస్తారు.

(a)

(b)

Fig. 11.5: స్లింకీ లో అనుదైర్ఘ్య తరంగం.

చుట్టలు దగ్గరగా మారే ప్రాంతాలను సంపీడనాలు (C) అని మరియు చుట్టలు మరింత దూరంగా ఉండే ప్రాంతాలను అరుదైన ప్రాంతాలు (R) అని అంటారు. మనకు ఇప్పటికే తెలిసినట్లుగా, ధ్వని మాధ్యమంలో సంపీడనాలు మరియు అరుదైన ప్రాంతాల శ్రేణిగా ప్రసారం చేయబడుతుంది. ఇప్పుడు, మనం స్లింకీ లో అలజడి ప్రసారాన్ని మాధ్యమంలో ధ్వని ప్రసారంతో పోల్చవచ్చు. ఈ తరంగాలను అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు అంటారు. ఈ తరంగాలలో మాధ్యమం యొక్క వ్యక్తిగత కణాలు అలజడి ప్రసార దిశకు సమాంతరంగా ఒక దిశలో కదులుతాయి. కణాలు ఒక ప్రదేశం నుండి మరొక ప్రదేశానికి కదలవు, కానీ అవి వాటి విశ్రాంతి స్థానం గురించి ముందుకు వెనుకకు కేవలం డోలనం చేస్తాయి. ధ్వని తరంగం ప్రసారం చేయబడే విధం ఇదే, కాబట్టి ధ్వని తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు.

అడ్డంకి తరంగం అని పిలువబడే మరొక రకమైన తరంగం కూడా ఉంది. ఒక అడ్డంకి తరంగంలో కణాలు తరంగ ప్రసార దిశలో డోలనం చేయవు, కానీ తరంగం ప్రయాణించేటప్పుడు వాటి సగటు స్థానం గురించి పైకి కిందకు డోలనం చేస్తాయి. అందువల్ల, ఒక అడ్డంకి తరంగం అనేది మాధ్యమం యొక్క వ్యక్తిగత కణాలు తరంగ ప్రసార దిశకు లంబంగా ఉండే దిశలో వాటి సగటు స్థానాల చుట్టూ కదులుతాయి. మనం ఒక చెరువులో ఒక గులకరాయిని వేసినప్పుడు, మీరు నీటి ఉపరితలంపై చూసే తరంగాలు అడ్డంకి తరంగానికి ఒక ఉదాహరణ. కాంతి ఒక అడ్డంకి తరంగం, కానీ కాంతికి, డోలనాలు మాధ్యమం కణాల లేదా వాటి పీడనం లేదా సాంద్రత యొక్కవి కావు - ఇది యాంత్రిక తరంగం కాదు. అధిక తరగతులలో మీరు అడ్డంకి తరంగాల గురించి మరింత తెలుసుకుంటారు.

11.2.2 ధ్వని తరంగం యొక్క లక్షణాలు

మనం ఒక ధ్వని తరంగాన్ని దాని ద్వారా వివరించవచ్చు

• పౌనఃపున్యం
• కంపన పరిమితి మరియు
• వేగం.

గ్రాఫిక్ రూపంలో ఒక ధ్వని తరంగం Fig. 11.6(c) లో చూపబడింది, ఇది ధ్వని తరంగం మాధ్యమంలో కదులుతున్నప్పుడు సాంద్రత మరియు పీడనం ఎలా మారుతుందో సూచిస్తుంది. ఇచ్చిన సమయంలో మాధ్యమం యొక్క సాంద్రత మరియు పీడనం సగటు విలువ పైన మరియు క్రింద, దూరంతో మారుతూ ఉంటాయి. Fig. 11.6(a) మరియు

Fig. 11.6(b) వరుసగా సాంద్రత మరియు పీడన వైవిధ్యాలను సూచిస్తాయి, ధ్వని తరంగం మాధ్యమంలో ప్రసారం చేయబడుతున్నప్పుడు.

సంపీడనాలు అనేవి కణాలు గుంపుగా కలిసి ఉండే ప్రాంతాలు మరియు Fig. 11.6(c) లో వక్రం యొక్క ఎగువ భాగం ద్వారా సూచించబడతాయి. శిఖరం గరిష్ట సంపీడన ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, సంపీడనాలు అనేవి సాంద్రత మరియు పీడనం ఎక్కువగా ఉండే ప్రాంతాలు. అరుదైన ప్రాంతాలు అనేవి తక్కువ పీడన ప్రాంతాలు, ఇక్కడ కణాలు విడివిడిగా వ్యాపించి ఉంటాయి మరియు లోయ, అంటే Fig. 11.6(c) లో వక్రం యొక్క దిగువ భాగం ద్వారా సూచించబడతాయి. ఒక శిఖరాన్ని తరంగం యొక్క శృంగం అని మరియు ఒక లోయను తరంగం యొక్క ద్రోణి అని అంటారు.

రెండు వరుస సంపీడనాలు (C) లేదా రెండు వరుస అరుదైన ప్రాంతాలు (R) మధ్య దూరాన్ని తరంగదైర్ఘ్యం అంటారు, Fig. 11.6(c) లో చూపినట్లుగా, తరంగదైర్ఘ్యం సాధారణంగా $\lambda$ (గ్రీకు అక్షరం లాంబ్డా) ద్వారా సూచించబడుతుంది. దీని SI ప్రమాణం మీటర్ (m).

హెన్రిచ్ రూడాల్ఫ్ హెర్ట్జ్ 22 ఫిబ్రవరి 1857 న జర్మనీలోని హాంబర్గ్ లో జన్మించారు మరియు బెర్లిన్ విశ్వవిద్యాలయంలో చదువుకున్నారు. అతను తన ప్రయోగాల ద్వారా J.C. మాక్స్వెల్ యొక్క విద్యుదయస్కాంత సిద్ధాంతాన్ని నిర్ధారించాడు. రేడియో, టెలిఫోన్, టెలిగ్రాఫ్ మరియు టెలివిజన్ యొక్క భవిష్యత్ అభివృద్ధికి అతను పునాది వేశాడు. అతను ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని కూడా కనుగొన్నాడు, దీనిని తరువాత ఆల్బర్ట్ ఐన్స్టీన్ వివరించాడు. పౌనఃపున్యం యొక్క SI ప్రమాణం అతని గౌరవార్థం హెర్ట్జ్ అని పేరు పెట్టబడింది.

పౌనఃపున్యం ఒక సంఘటన ఎంత తరచుగా జరుగుతుందో మనకు తెలియజేస్తుంది. మీరు ఒక డ్రమ్ ను కొడుతున్నారని అనుకోండి. యూనిట్ సమయంలో మీరు డ్రమ్ ను ఎన్నిసార్లు కొడుతున్నారో దానిని మీ డ్రమ్ కొట్టే పౌనఃపున్యం అంటారు. ధ్వని ఒక మాధ్యమం ద్వారా ప్రసారం చేయబడినప్పుడు,

Fig. 11.6: ధ్వని సాంద్రత లేదా పీడన వైవిధ్యాలుగా ప్రసారం చేయబడుతుంది (a) మరియు (b) లో చూపినట్లుగా, (c) గ్రాఫికల్గా సాంద్రత మరియు పీడన వైవిధ్యాలను సూచిస్తుంది.

మాధ్యమం యొక్క సాంద్రత గరిష్ట విలువ మరియు కనిష్ట విలువ మధ్య డోలనం చేస్తుంది. గరిష్ట విలువ నుండి కనిష్ట విలువకు సాంద్రతలో మార్పు, ఆపై మళ్ళీ గరిష్ట విలువకు, ఒక పూర్తి డోలనాన్ని చేస్తుంది. యూనిట్ సమయానికి అటువంటి డోలనాల సంఖ్య ధ్వని తరంగం యొక్క పౌనఃపున్యం. యూనిట్ సమయానికి మనల్ని దాటుకునే సంపీడనాలు లేదా అరుదైన ప్రాంతాల సంఖ్యను మనం లెక్కించగలిగితే, మనకు ధ్వని తరంగం యొక్క పౌనఃపున్యం లభిస్తుంది. ఇది సాధారణంగా $v$ (గ్రీకు అక్షరం, న్యూ) ద్వారా సూచించబడుతుంది. దీని SI ప్రమాణం హెర్ట్జ్ (చిహ్నం, Hz).

రెండు వరుస సంపీడనాలు లేదా అరుదైన ప్రాంతాలు ఒక స్థిర బిందువును దాటడానికి తీసుకునే సమయాన్ని తరంగం యొక్క ఆవర్తన కాలం అంటారు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక పూర్తి డోలనం చేయడానికి తీసుకునే సమయాన్ని ధ్వని తరంగం యొక్క ఆవర్తన కాలం అంటారు. ఇది చిహ్నం $T$ ద్వారా సూచించబడుతుంది. దీని SI ప్రమాణం సెకను (s). పౌనఃపున్యం మరియు ఆవర్తన కాలం క్రింది విధంగా సంబంధం కలిగి ఉంటాయి:

$$ v=\frac{1}{T} $$

ఒక వయోలిన్ మరియు ఒక వేణువు రెండూ ఒక ఆర్కెస్ట్రాలో ఒకే సమయంలో వాయించబడతాయి. రెండు ధ్వనులు ఒకే మాధ్యమం ద్వారా, అంటే గాలి ద్వారా ప్రయాణిస్తాయి మరియు ఒకే సమయంలో మన చెవిని చేరతాయి. రెండు ధ్వనులు మూలం నుండి స్వతంత్రంగా ఒకే వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి. కానీ మనం గ్రహించే ధ్వనులు భిన్నంగా ఉంటాయి. ఇది ధ్వనితో అనుబంధించబడిన విభిన్న లక్షణాల కారణంగా ఉంటుంది. స్వరం ఒక లక్షణం.

ఉద్గారించబడిన ధ్వని యొక్క పౌనఃపున్యాన్ని మెదడు ఎలా అర్థం చేసుకుంటుందో దాని స్వరం అంటారు. మూలం యొక్క కంపనం వేగంగా ఉంటే, పౌనఃపున్యం