Bir piyanonun pedalına basarsanız ve ona sert bir şekilde bağırırsanız, orijinal sese çok benzeyen bir ton (frekans) ile bir süre duyulacak olan yankıyı duyabilirsiniz.
Sesin analizi ve sentezi.
Akustik rezonatör setlerini kullanarak, hangi tonların belirli bir sesin parçası olduğunu ve bu seste hangi genliklerde mevcut olduklarını belirleyebilirsiniz. Karmaşık bir sesin harmonik spektrumunun bu şekilde oluşturulmasına harmonik analizi denir. Daha önce böyle bir analiz aslında rezonatör setleri, özellikle de farklı boyutlarda içi boş küreler olan, kulağa yerleştirilen bir uzantıyla donatılmış ve karşı tarafta bir açıklığa sahip olan Helmholtz rezonatörleri kullanılarak gerçekleştiriliyordu.
Ses analizi için, analiz edilen sesin rezonatörün frekansında bir ton içerdiği durumlarda rezonatörün bu tonda yüksek ses vermeye başlaması önemlidir.
Bu tür analiz yöntemleri oldukça hatalı ve zahmetlidir. Günümüzde bunların yerini çok daha gelişmiş, doğru ve hızlı elektro-akustik yöntemler alıyor. Bunların özü, akustik titreşimin ilk önce aynı şekli koruyarak ve dolayısıyla aynı spektruma sahip olarak elektriksel titreşime dönüştürülmesi gerçeğine dayanır; Daha sonra elektriksel titreşim elektriksel yöntemler kullanılarak analiz edilir.
Harmonik analizin önemli bir sonucu konuşmamızın sesleri ile ilgili olarak belirtilebilir. Bir kişinin sesini tınısından tanıyabiliriz. Fakat aynı kişi aynı nota üzerinde farklı sesli harfleri söylediğinde ses titreşimleri nasıl farklılık gösterir: a, i, o, u, e? Başka bir deyişle, dudakların ve dilin farklı konumlarında olduğu ve ağız boşluklarının ve boğazın şeklindeki değişikliklerin olduğu bu durumlarda, ses aparatının neden olduğu periyodik hava titreşimleri nasıl farklılık gösterir? Açıkçası, sesli harf spektrumunda, belirli bir kişinin sesinin tınısını yaratan özelliklere ek olarak, her sesli harfe özgü bazı özellikler bulunmalıdır. Ünlülerin harmonik analizi bu varsayımı doğrular; yani sesli harfler, spektrumlarında büyük genliğe sahip üst tonlu alanların varlığıyla karakterize edilir ve bu alanlar, söylenen sesli harfin yüksekliğinden bağımsız olarak her sesli harf için her zaman aynı frekanslarda bulunur. Güçlü imaların olduğu bu bölgelere formantlar denir. Her sesli harfin kendisine özgü iki formantı vardır.
Açıkçası, eğer belirli bir sesin spektrumunu, özellikle de bir sesli harfin spektrumunu yapay olarak yeniden üretirsek, doğal kaynağı olmasa da kulağımız bu sesin izlenimini alacaktır. Elektroakustik cihazlar kullanılarak bu tür ses sentezini (ve sesli harflerin sentezini) gerçekleştirmek özellikle kolaydır. Elektrikli müzik aletleri ses spektrumunu değiştirmeyi çok kolaylaştırır; tınısını değiştir. Basit bir anahtar, sesi bir flüt, keman veya insan sesine benzer veya herhangi bir sıradan enstrümanın sesinden farklı olarak tamamen benzersiz hale getirir.
Akustikte Doppler etkisi.
Duran bir gözlemcinin, ses kaynağı kendisine yaklaştığında veya uzaklaştığında duyduğu ses titreşimlerinin frekansı, bu ses kaynağıyla birlikte hareket eden veya hem gözlemci hem de ses kaynağı hareketsiz duran bir gözlemcinin algıladığı ses frekansından farklıdır. Kaynağın ve gözlemcinin göreceli hareketiyle ilişkili ses frekansındaki (perdelik) değişime akustik Doppler etkisi denir. Sesin kaynağı ve alıcısı yaklaştığında sesin perdesi artar, uzaklaştığında ise sesin şiddeti artar. daha sonra sesin perdesi azalır. Bunun nedeni, bir ses kaynağının, ses dalgalarının yayıldığı ortama göre hareket etmesi durumunda, bu hareketin hızının, sesin yayılma hızına vektörel olarak eklenmesidir.
Örneğin, sireni açık bir araba yaklaşıyorsa ve sonra geçip uzaklaşıyorsa, önce tiz bir ses, sonra da alçak bir ses duyulur.
Sonik patlamalar
Şok dalgaları atış, patlama, elektrik boşalması vb. durumlarda ortaya çıkar. Şok dalgasının ana özelliği dalga cephesindeki basınçta keskin bir sıçramadır. Şok dalgasının geçiş anında, belirli bir noktadaki maksimum basınç neredeyse anında 10-10 saniyelik bir sürede meydana gelir. Aynı zamanda ortamın yoğunluğu ve sıcaklığı da aniden değişir. Daha sonra basınç yavaş yavaş düşer. Şok dalgasının gücü patlamanın gücüne bağlıdır. Şok dalgalarının yayılma hızı, belirli bir ortamdaki ses hızından daha büyük olabilir. Örneğin bir şok dalgası basıncı bir buçuk kat artırırsa sıcaklık 35 0C artar ve böyle bir dalganın ön kısmının yayılma hızı yaklaşık 400 m/s olur. Böyle bir şok dalgasının yolunda buluşan orta kalınlıktaki duvarlar yıkılacaktır.
Güçlü patlamalara, dalga cephesinin maksimum aşamasında atmosferik basınçtan 10 kat daha yüksek bir basınç oluşturan şok dalgaları eşlik edecek. Bu durumda ortamın yoğunluğu 4 kat artar, sıcaklık 500 0C artar ve böyle bir dalganın yayılma hızı 1 km/s'ye yaklaşır. Şok dalgası cephesinin kalınlığı moleküllerin serbest yolu (10-7 - 10-8 m) düzeyindedir, bu nedenle teorik olarak şok dalgası cephesinin geçişte bir patlama yüzeyi olduğunu varsayabiliriz. gaz parametrelerinin aniden değiştiği.
Şok dalgaları ayrıca katı bir cisim ses hızını aşan bir hızda hareket ettiğinde de ortaya çıkar. Süpersonik hızda uçan bir uçağın önünde, uçağın hareketine karşı direnci belirleyen ana faktör olan bir şok dalgası oluşur. Bu direnci azaltmak için süpersonik uçaklara ok şeklinde bir şekil verilmiştir.
Yüksek hızda hareket eden bir nesnenin önündeki havanın hızlı bir şekilde sıkıştırılması, nesnenin hızı arttıkça artan sıcaklıkta bir artışa neden olur. Uçak ses hızına ulaştığında hava sıcaklığı 60 0C'ye ulaşır. Ses hızının iki katı hızda sıcaklık 240 0C artar, ses hızının üç katına yakın bir hızda ise 800 0C olur. 10 km/s'ye yakın hızlar, hareketli bir cismin erimesine ve gaz haline dönüşmesine neden olur. Göktaşlarının saniyede birkaç on kilometre hızla düşmesi, zaten 150 - 200 kilometre yükseklikte, seyrekleştirilmiş bir atmosferde bile göktaşı gövdelerinin gözle görülür şekilde ısınmasına ve parlamasına neden olur. Çoğu 100 - 60 kilometre yükseklikte tamamen parçalanıyor.
Gürültüler.
Birbirine göre rastgele karışan ve zaman içinde yoğunluğu rastgele değişen çok sayıda salınımın üst üste binmesi, karmaşık bir salınım biçimine yol açar. Çok sayıda farklı tonlardaki basit seslerden oluşan bu tür karmaşık titreşimlere gürültü denir. Örnekler arasında ormandaki yaprakların hışırtısı, bir şelalenin kükremesi, şehrin caddesindeki gürültü sayılabilir. Gürültüler aynı zamanda ünsüz harflerle ifade edilen sesleri de içerebilir. Gürültülerin dağılımı zaman içinde ses yoğunluğu, frekansı ve sesin süresi açısından farklılık gösterebilir. Rüzgarın, düşen suyun ve deniz sörfünün yarattığı sesler uzun süre duyulabilir. Gök gürültüsünün gürültüsü ve dalgaların uğultusu nispeten kısa ömürlüdür ve düşük frekanslı seslerdir. Mekanik gürültü katıların titreşiminden kaynaklanabilir. Kavitasyon süreçlerine eşlik eden bir sıvı içinde kabarcıklar ve boşluklar patladığında ortaya çıkan sesler kavitasyon gürültüsüne yol açar.
Spektral analizin eserleri ve Heisenberg belirsizlik ilkesi
Önceki derste, herhangi bir ses sinyalini, gelecekte sesin atomik bilgi elemanları olarak adlandıracağımız temel harmonik sinyallere (bileşenlere) ayırma problemini inceledik. Ana sonuçları tekrarlayalım ve bazı yeni gösterimler sunalım.
İncelenmekte olan ses sinyalini son derste olduğu gibi göstereceğiz.
Bu sinyalin karmaşık spektrumu Fourier dönüşümü kullanılarak aşağıdaki şekilde bulunur:
. (12.1)
Bu spektrum, üzerinde çalışılan ses sinyalinin farklı frekanslardaki hangi temel harmonik sinyallere ayrıştırıldığını belirlememize olanak tanır. Başka bir deyişle spektrum, incelenen sinyalin ayrıştırıldığı harmoniklerin tamamını tanımlar.
Açıklamanın kolaylığı için, formül (12.1) yerine sıklıkla aşağıdaki daha anlamlı gösterim kullanılır:
, (12.2)
böylece Fourier dönüşümünün girişine bir zaman fonksiyonu sağlandığı ve çıkışın zamana değil frekansa bağlı bir fonksiyon olduğu vurgulanmaktadır.
Ortaya çıkan spektrumun karmaşıklığını vurgulamak için genellikle aşağıdaki biçimlerden birinde sunulur:
harmoniklerin genlik spektrumu nerede, (12.4)
A 
harmoniklerin faz spektrumudur. (12.5)
Denklemin (12.3) sağ tarafını logaritmik olarak alırsak aşağıdaki ifadeyi elde ederiz:
Karmaşık spektrumun logaritmasının gerçek kısmının, logaritmik ölçekte (Weber-Fechner yasasıyla örtüşen) genlik spektrumuna eşit olduğu ve karmaşık spektrumun logaritmasının sanal kısmının, şuna eşit olduğu ortaya çıktı: değerleri (faz değerleri) kulağımız tarafından hissedilmeyen harmoniklerin faz spektrumu. Bu kadar ilginç bir tesadüf ilk başta endişe verici olabilir ama dikkate almayacağız. Ancak şimdi bizim için temel olarak önemli olan bir gerçeği vurgulayalım - Fourier dönüşümü, herhangi bir sinyali geçici fiziksel sinyal alanından, ses sinyalinin ayrıştırıldığı harmoniklerin frekanslarının değişmez olduğu bilgi frekans alanına aktarır.
Sesin atomik bilgi unsurunu (harmonik) şu şekilde gösterelim:
E. Zwicker ve H. Fastl'ın “Psikoakustik: gerçekler ve modeller” (İkinci Baskı, Springer, 1999) sayfa 17 adlı harika kitabından alınan, farklı frekans ve genliklerdeki harmoniklerin işitilebilirlik aralığını yansıtan grafiksel bir görüntü kullanalım (bkz. Şekil 12.1) .
Belirli bir ses sinyali iki harmonikten oluşuyorsa:
daha sonra işitsel bilgi alanındaki konumları, örneğin Şekil 2'de gösterilen forma sahip olabilir. 12.2.
Bu rakamlara bakıldığında neden bireysel harmonik sinyallere sesin atomik bilgi elemanları adını verdiğimizi anlamak daha kolaydır. İşitsel bilgi alanının tamamı (Şekil 12.1), aşağıdan işitme eşiği eğrisi ile ve yukarıdan, farklı frekans ve genliklerdeki ses harmoniklerinin ağrı eşiği eğrisi ile sınırlıdır. Bu alan biraz düzensiz hatlara sahiptir, ancak şekli olarak gözümüzde bulunan başka bir bilgi alanı olan retinayı anımsatmaktadır. Retinada atomik bilgi nesneleri çubuklar ve konilerdir. Dijital bilgi teknolojisindeki analogları piskels'tir. Bu benzetme tamamen doğru değildir, çünkü bir görüntüdeki tüm pikseller (iki boyutlu uzayda) kendi rollerini oynarlar. Ses bilgi uzayımızda iki nokta aynı dikey üzerinde olamaz. Ve bu nedenle, herhangi bir ses bu alana, en iyi ihtimalle, solda düşük frekanslarda (yaklaşık 20 Hz) başlayıp sağda yüksek frekanslarda (yaklaşık 20 Hz) biten bir eğri çizgi (genlik spektrumu) biçiminde yansıtılır. kHz).
Böyle bir akıl yürütme, doğanın gerçek yasalarını hesaba katmadığınız sürece oldukça güzel ve ikna edici görünüyor. Gerçek şu ki, orijinal ses sinyali yalnızca tek bir harmonikten (belirli bir frekans ve genlikte) oluşsa bile, gerçekte işitsel sistemimiz onu işitsel bilgi alanındaki bir nokta olarak "görmeyecektir". Gerçekte bu nokta biraz bulanıklaşacaktır. Neden? Evet, çünkü tüm bu argümanlar sonsuz uzunlukta ses veren harmonik sinyallerin spektrumları için geçerlidir. Ancak gerçek işitsel sistemimiz sesleri nispeten kısa zaman aralıklarında analiz eder. Bu aralığın uzunluğu 30 ile 50 ms arasında değişmektedir. Beynin tüm sinir mekanizması gibi işitsel sistemimizin saniyede 20-33 kare kare hızıyla ayrık bir şekilde çalıştığı ortaya çıktı. Bu nedenle spektral analizin kare kare yapılması gerekmektedir. Bu da bazı hoş olmayan sonuçlara yol açıyor.
Dijital bilgi teknolojilerini kullanarak ses sinyallerinin araştırılması ve analizinin ilk aşamalarında, geliştiriciler sinyali, örneğin Şekil 2'de gösterildiği gibi, basitçe ayrı çerçevelere keserler. 12.3.
Bir çerçevedeki bu harmonik sinyalin bir parçası Fourier dönüşümüne gönderilirse, örneğin Şekil 2'de gösterildiği gibi tek bir spektral çizgi elde edemeyiz. 12.1. Ve Şekil 2'de gösterilen genlik (logaritmik) spektrumun bir grafiğini elde edeceksiniz. 12.4.
Şek. Şekil 12.4, harmonik sinyalin (12.7) frekansının ve genliğinin gerçek değerini kırmızı renkte gösterir. Ancak ince spektral (kırmızı) çizgi önemli ölçüde bulanıklaştı. Ve en kötüsü, aslında spektral analizin kullanışlılığını sıfıra indiren pek çok yapay yapının ortaya çıkmasıdır. Aslında, eğer ses sinyalinin her bir harmonik bileşeni kendi benzer yapay yapılarını ortaya koyuyorsa, o zaman sesin gerçek izlerini yapay yapaylıklardan ayırt etmek mümkün olmayacaktır.
Bu bağlamda, geçen yüzyılın 60'lı yıllarında birçok bilim adamı, ses sinyalinin ayrı karelerinden elde edilen spektrumların kalitesini artırmak için yoğun girişimlerde bulundu. Çerçeve kabaca kesilmemişse ("düz makas"), ancak ses sinyalinin kendisi bazı yumuşak işlevlerle çarpılırsa, artefaktların önemli ölçüde bastırılabileceği ortaya çıktı.
Örneğin, Şekil 2'de. Şekil 12.5, kosinüs fonksiyonunun bir periyodunu kullanarak bir sinyalin bir parçasını (çerçevesini) kesmenin bir örneğini göstermektedir (bu pencereye bazen Hanning penceresi denir). Bu şekilde kesilen tek bir harmonik sinyalin logaritmik spektrumu Şekil 2'de gösterilmektedir. 12.6. Şekil, spektral analizin yapaylıklarının büyük ölçüde ortadan kaybolduğunu ancak hala varlığını sürdürdüğünü açıkça göstermektedir.
Aynı yıllarda, ünlü araştırmacı Hamming, iki tip pencerenin (dikdörtgen ve kosinüs) bir kombinasyonunu önerdi ve bunların oranını, eserlerin boyutu minimum olacak şekilde hesapladı. Ancak en basit pencerelerin en iyi kombinasyonlarının en iyisinin bile aslında prensipte en iyisi olmadığı ortaya çıktı. Gauss penceresinin tüm pencere açılarından en iyisi olduğu ortaya çıktı.
Şekil 2'deki tüm zaman pencereleri türlerinin ortaya çıkardığı eserleri karşılaştırmak için. Şekil 12.7, tek bir harmonik sinyalin (12.7) genlik spektrumunun elde edilmesi örneğini kullanarak bu pencereleri kullanmanın sonuçlarını göstermektedir. Ve Şekil 2'de. Şekil 12.8 “o” sesli harfinin spektrumunu göstermektedir.
Gauss zaman penceresinin artefakt yaratmadığı şekillerden açıkça görülmektedir. Ancak özellikle dikkat edilmesi gereken şey, aynı tek harmonik sinyalin ortaya çıkan genlik spektrumunun (logaritmik değil, doğrusal ölçekte) dikkate değer bir özelliğidir. Ortaya çıkan spektrumun grafiğinin kendisinin bir Gauss fonksiyonuna benzediği ortaya çıktı (bkz. Şekil 12.9). Ayrıca, Gauss zaman penceresinin yarı genişliği, ortaya çıkan spektrumun yarı genişliği ile aşağıdaki basit ilişkiyle ilişkilidir:
Bu ilişki Heisenberg belirsizlik ilkesini yansıtmaktadır. Bize Heisenberg'in kendisinden bahsedin. Heisenberg belirsizlik ilkesinin nükleer fizikte, spektral analizde, matematiksel istatistikte (Student's t-testi), psikolojide ve sosyal olgularda tezahürüne örnekler verin.
Heisenberg belirsizlik ilkesi, bir sinyalin bazı harmonik bileşenlerinin izlerinin spektrumda neden farklılık göstermediğine ilişkin birçok soruya yanıt sağlar. Bu sorunun genel yanıtı şu şekilde formüle edilebilir. Kare hızına sahip bir spektral film yaparsak, frekans farkı daha az olan harmonikleri ayırt edemeyiz, spektrumdaki izleri birleşir.
Aşağıdaki örneği kullanarak bu ifadeyi ele alalım.
Şek. Şekil 12.10, yalnızca farklı frekanslardaki birkaç harmonikten oluştuğunu bildiğimiz bir sinyali göstermektedir.
Küçük genişlikte (yani nispeten küçük) bir Gauss zaman penceresi kullanarak bu karmaşık sinyalin bir çerçevesini keserek, Şekil 2'de gösterilen genlik spektrumunu elde ederiz. 12.11. Çok küçük olması nedeniyle, her bir harmoniğin genlik spektrumunun yarı genişliği o kadar büyük olacaktır ki, tüm harmoniklerin frekanslarından gelen spektral loblar birleşecek ve birbiriyle örtüşecektir (bkz. Şekil 12.11).
Gauss zaman penceresinin genişliğini biraz artırarak, Şekil 2'de gösterilen başka bir spektrum elde ederiz. 12.12. Bu spektruma dayanarak, incelenen sinyalin en az iki harmonik bileşen içerdiği varsayılabilir.
Zaman penceresinin genişliğini arttırmaya devam ederek, Şekil 1'de gösterilen spektrumu elde ederiz. 12.13. Sonra - Şekil 2'deki spektrumlar. 12.14 ve 12.15. Son şekle baktığımızda, Şekil 2'deki sinyalin yüksek derecede güvenle söyleyebiliriz. 12.10 üç ayrı bileşenden oluşmaktadır. Bu kadar büyük ölçekli çizimlerin ardından gerçek konuşma sinyallerinde harmonik bileşenlerin aranması konusuna dönelim.
Burada gerçek bir konuşma sinyalinde saf harmonik bileşenlerin bulunmadığı vurgulanmalıdır. Başka bir deyişle (12.7) tipinde harmonik bileşenler üretmiyoruz. Ancak yine de konuşmada yarı harmonik bileşenler hala mevcuttur.
Konuşma sinyalindeki tek yarı harmonik bileşenler, ses tellerinin çırpılmasından sonra rezonatörde (ses yolu) meydana gelen sönümlenmiş harmoniklerdir. Bu sönümlü harmoniklerin frekanslarının göreceli düzenlemesi, konuşma sinyalinin formant yapısını belirler. Sönümlü harmonik sinyalin sentezlenmiş bir örneği Şekil 2'de gösterilmektedir. 12.16. Gauss zaman penceresini kullanarak bu sinyalden küçük bir parça keserseniz ve bunu Fourier dönüşümüne gönderirseniz, Şekil 2'de gösterilen genlik spektrumunu (logaritmik ölçekte) elde edersiniz. 12.17.
Gerçek bir konuşma sinyalinden ses tellerinin iki alkışı arasındaki bir periyodu kesersek (bkz. Şekil 12.18) ve bu parçanın ortasında bir yere spektral tahmin için bir zaman penceresi yerleştirirsek, o zaman gösterilen genlik spektrumunu elde ederiz. Şek. 12.19. Bu şekilde kırmızı çizgiler, ses yolunun karmaşık rezonans salınımlarının ortaya çıkan frekanslarının değerlerini göstermektedir. Bu şekil, spektral tahmin zaman penceresinin seçilen küçük genişliği ile ses yolunun tüm rezonans frekanslarının spektrumda açıkça görülmediğini açıkça göstermektedir.
Ama bu kaçınılmazdır. Bu bağlamda, ses yolunun rezonans frekanslarının izlerini görselleştirmek için aşağıdaki öneriler formüle edilebilir. Spektral filmin kare hızı, ses tellerinin frekansından bir büyüklük sırası (10 kat) daha büyük olmalıdır. Ancak spektral filmin kare hızını süresiz olarak artırmak imkansızdır, çünkü Heisenberg'in belirsizlik ilkesi nedeniyle sonogramdaki formantların izleri birleşmeye başlayacaktır.
Dikdörtgen bir pencere harmonik sinyalin tam olarak N periyodunu keserse önceki slayttaki spektrum nasıl görünürdü? Fourier serisini hatırlayın.
Artefakt - [enlemden itibaren. arte yapay + gerçek yapılmış] – biyol. araştırma koşullarının kendisinin etkisi nedeniyle bazen biyolojik bir nesnenin incelenmesi sırasında ortaya çıkan oluşumlar veya süreçler.
Bu fonksiyona çeşitli adlar verilir: ağırlıklandırma fonksiyonu, pencereleme fonksiyonu, tartım fonksiyonu veya ağırlıklandırma penceresi.
Harmonik analiz yönteminin akustik olayların incelenmesine uygulanması birçok teorik ve pratik problemin çözülmesini mümkün kılmıştır. Akustiğin zor sorularından biri, insan konuşmasının algılanmasının özellikleri sorunudur.
Ses titreşimlerinin fiziksel özellikleri frekans, genlik ve titreşimlerin başlangıç aşamasıdır. Sesin insan kulağı tarafından algılanması için yalnızca iki fiziksel özellik önemlidir: titreşimlerin frekansı ve genliği.
Fakat eğer durum gerçekten buysa, o zaman farklı insanların konuşmasındaki aynı sesli harfleri a, o, u vb. nasıl tanıyabiliriz? Sonuçta biri bas, diğeri tenor, diğeri soprano konuşuyor; bu nedenle, aynı sesli harf telaffuz edilirken sesin perdesi, yani ses titreşimlerinin frekansı farklı insanlar için farklı olur. Ses titreşimlerinin frekansını yarı yarıya değiştirerek aynı sesli harfle tam bir oktav şarkı söyleyebiliriz ve yine de bunun a olduğunu, ancak o veya u olmadığını öğreniriz.
Sesin şiddeti değiştiğinde, yani titreşimlerin genliği değiştiğinde sesli harf algımız değişmez. Yüksek sesle ve sessizce konuşulan a'yı i, u, o, e'den güvenle ayırt ederiz.
İnsan konuşmasının bu dikkat çekici özelliğine ilişkin bir açıklama, sesli harfleri telaffuz ederken ortaya çıkan ses titreşimleri spektrumunun analizinin sonuçlarıyla sağlanmaktadır.
Ses titreşimlerinin spektrumunun analizi çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilir. En basiti, Helmholtz rezonatörleri adı verilen bir dizi akustik rezonatörün kullanılmasıdır.
Akustik rezonatör, genellikle küresel olan bir boşluktur.
küçük bir delik aracılığıyla dış ortamla iletişim kurar. Helmholtz'un gösterdiği gibi, böyle bir boşlukta bulunan havanın doğal salınım frekansı, ilk yaklaşımla, boşluğun şekline bağlı değildir ve yuvarlak bir delik durumunda aşağıdaki formülle belirlenir:
rezonatörün doğal frekansı nerede; - havadaki ses hızı; - delik çapı; V rezonatörün hacmidir.
Farklı doğal frekanslara sahip bir dizi Helmholtz rezonatörünüz varsa, o zaman bir kaynaktan gelen sesin spektral bileşimini belirlemek için, dönüşümlü olarak farklı rezonatörleri kulağınıza getirmeniz ve ses seviyesini artırarak rezonansın başlangıcını kulakla belirlemeniz gerekir. Bu tür deneylere dayanarak, karmaşık akustik titreşimlerin, rezonans olgusunun gözlemlendiği rezonatörlerin doğal frekansları olan harmonik bileşenleri içerdiği iddia edilebilir.
Sesin spektral bileşimini belirlemeye yönelik bu yöntem çok emek yoğundur ve pek güvenilir değildir. Bunu iyileştirmeye çalışabiliriz: tüm rezonatör setini aynı anda kullanın, her birine ses titreşimlerini elektriksel titreşimlere dönüştürmek için bir mikrofon ve mikrofon çıkışındaki akım gücünü ölçmek için bir cihaz sağlayın. Böyle bir cihazı kullanarak karmaşık ses titreşimlerinin harmonik bileşenlerinin spektrumu hakkında bilgi edinmek için, çıkıştaki tüm ölçüm cihazlarından okuma almak yeterlidir.
Ancak sesin spektral analizi için daha uygun ve güvenilir yöntemler geliştirildiğinden bu yöntem pratikte kullanılmamaktadır. Bunlardan en yaygın olanlarının özü aşağıdaki gibidir. Bir mikrofon kullanılarak, üzerinde çalışılan ses frekansı hava basıncı dalgalanmaları, mikrofon çıkışında elektriksel voltaj dalgalanmalarına dönüştürülür. Mikrofonun kalitesi yeterince yüksekse, mikrofon çıkışındaki voltajın zamana bağlılığı, ses basıncının zaman içindeki değişimiyle aynı işlevle ifade edilir. Daha sonra ses titreşimleri spektrumunun analizi, elektriksel titreşimlerin spektrumunun analizi ile değiştirilebilir. Ses frekansının elektriksel titreşim spektrumunun analizi teknik olarak daha basittir ve ölçüm sonuçları çok daha doğru çıkar. İlgili analizörün çalışma prensibi de rezonans olgusuna dayanmaktadır, ancak mekanik sistemlerde değil, elektrik devrelerinde.
Spektrum analizi yönteminin insan konuşmasının incelenmesine uygulanması, bir kişi örneğin a sesli harfini ilk oktava kadar bir perdede telaffuz ettiğinde bunu keşfetmeyi mümkün kıldı.
karmaşık bir frekans spektrumunun ses titreşimleri ortaya çıkar. Birinci oktava kadar olan bir tona karşılık gelen 261,6 Hz frekansındaki salınımların yanı sıra, bunlarda çok sayıda yüksek frekanslı harmonik bulunur. Sesli harfin telaffuz edildiği ton değiştiğinde, ses titreşimlerinin spektrumunda değişiklikler meydana gelir. 261,6 Hz frekanslı harmoniğin genliği sıfıra düşer ve sesli harfin şimdi telaffuz edildiği tona karşılık gelen bir harmonik belirir, ancak diğer bazı harmonikler genliklerini değiştirmez. Belirli bir sesin karakteristik özelliği olan kararlı bir harmonik grubuna formant adı verilir.
78 rpm'de çalınan ve 33 rpm'de çalınması amaçlanan bir şarkının kaydını çalarsanız, şarkının melodisi değişmeden kalır, ancak sesler ve kelimeler yalnızca daha tiz ses çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda tanınmaz hale gelir. Bu olgunun nedeni her sesin tüm harmonik bileşenlerinin frekanslarının değişmesidir.
İnsan beyninin, işitme cihazından sinir lifleri yoluyla alınan sinyallere dayanarak, yalnızca ses titreşimlerinin frekansını ve genliğini değil, aynı zamanda karmaşık ses titreşimlerinin spektral bileşimini de sanki bir işitiyormuş gibi belirleyebildiği sonucuna varıyoruz. Harmonik olmayan titreşimlerin harmonik bileşenlerinin spektrum analizörünün çalışması.
Bir kişi, tanıdık kişilerin seslerini tanıyabilir, çeşitli müzik aletleri kullanılarak elde edilen aynı tondaki sesleri ayırt edebilir. Bu yetenek aynı zamanda farklı kaynaklardan gelen aynı temel tondaki seslerin spektral kompozisyonlarındaki farklılığa da dayanmaktadır. Kararlı grupların spektrumundaki varlığı - harmonik bileşenlerin oluşturucuları - her müzik enstrümanının sesine, ses tınısı adı verilen karakteristik bir "renklendirme" verir.
1. Harmonik olmayan titreşimlere örnekler verin.
2. Harmonik analiz yönteminin özü nedir?
3. Harmonik analiz yönteminin pratik uygulamaları nelerdir?
4. Farklı sesli harfler birbirinden nasıl farklıdır?
5. Uygulamada sesin harmonik analizi nasıl yapılmaktadır?
6. Sesin tınısı nedir?
BU GÖREVLERLE İLGİLİ BİR TARTIŞMA GÖRMEDİM! SÖZLÜ OLARAK SORACAĞIM!
Talep 20 No. 44. Elektrik arkı
A. akım kaynağına bağlı elektriğin ışığından.
B. gazdaki elektrik deşarjı.
Doğru cevap
1) yalnızca A
2) yalnızca B
4) ne A ne de B
Elektrik arkı
Elektrik arkı gaz deşarj türlerinden biridir. Aşağıdaki şekilde alabilirsiniz. Bu durumda, iki kömür çubuğu sivri uçlarla birbirine tutturulur ve bir akım kaynağına bağlanır. Kömürler temas ettirilip hafifçe hareket ettirildiğinde, alevlerin uçları arasında parlak bir ışık belirir ve kömürlerin kendileri beyazlaşır. Ark içinden sabit bir elektrik akımı geçtiğinde sürekli yanar. Bu durumda, bir elektrot her zaman pozitiftir (anot), diğeri ise pozitiftir (katot). Elektrik arasında elektriğe iyi gelen bir sıcak gaz sütunu vardır. Daha yüksek sıcaklığa sahip olan po-living kömür daha hızlı yanar ve içinde -le-nie - po-lo-zhi-tel-ny kraterinde bir derinleşme oluşur. Atmosfer basıncındaki havanın sıcaklığı 4.000 °C'ye kadar ulaşır.
Ark ayrıca elektrikli metaller arasında da yanabilir. Aynı zamanda elektrik eriyip hızla tüketilir, bu da çok fazla enerji tüketir. Bu nedenle metal-li-che-elektriğin sıcaklığı genellikle kömürden daha düşüktür (2.000-2.500 °C). Ark yüksek basınçta (yaklaşık 2 10 6 Pa) gaz içinde yakıldığında, 5.900 °C'ye, yani Güneş'in tepe sıcaklığına kadar sıcaklık elde edildi. Boşalmanın gerçekleştiği gaz veya buhar kolonu daha da yüksek bir sıcaklığa sahiptir - 6.000-7.000 °C'ye kadar. Bu nedenle bilinen maddelerin hemen hepsi kolonda yay şeklinde eriyip buhara dönüşür.
Arkı korumak için biraz voltaja ihtiyacınız var, ark 40 V elektrik dahında voltaj olduğunda yanar. Arktaki akım gücü oldukça önemlidir, ancak bunun tersi önemli değildir; daha sonra parlayan gaz sütunu iyi bir elektrik akımı iletir. Elektronlar arasındaki boşluktaki gaz moleküllerinin iyonlaşması, onların elektronlar üzerindeki etkilerinden kaynaklanır, bu da Let-my-house-arklarda kullanılır. Elektrikli cihazların çok sayıda kullanımı, katodun çok yüksek bir sıcaklığa ısıtılması gerçeğiyle sağlanır. Arkı ateşlemek için kömürler temas ettirildiğinde, temas yerinde yaklaşık-la-da-yu -Çok büyük miktarda ısımız var, çok büyük miktarda sıcaklığınız var. Bu nedenle kömürlerin uçları çok ısınır ve bu, birbirlerinden ayrıldıklarında aralarında bir ark oluşması için yeterlidir. Daha sonra arkın katodu, arkın içinden geçen akımın kendisi tarafından ısıtılmış bir durumda tutulur.
Talep 20 No. 71. Gar-mo-no-che-ana-li-z sesi na-zy-va-yut
A. Karmaşık bir sesin kompozisyonunda yer alan ton sayısını belirlemek.
B. karmaşık bir sesin bileşiminde yer alan tonların frekanslarının ve genliklerinin oluşturulması.
Doğru cevap:
1) yalnızca A
2) yalnızca B
4) ne A ne de B
Ses analizi
Akustik sinyallerin yardımıyla, belirli bir sese hangi tonların dahil olduğunu ve bunları nasıl yapacağınızı belirleyebilirsiniz. Karmaşık bir sesin spektrumunun böyle bir şekilde kurulması, onun harmonik analizini gerektirir.
Daha önce, ses analizi, farklı boyutlarda içi boş topları temsil eden, açık-açık bir drenaja sahip, kulağa yerleştirilmiş ve karşı tarafta bir delik bulunan hendek re-zo-on-hendek yardımıyla gerçekleştiriliyordu. biz. Ses analizi için, bir ana-li-zi-ru-e sesi bir ton içerdiğinde, genellikle -the-ro-go'nun re-zo-na-to-ra'nın frekansına eşit olması önemlidir. bu tonda son-chi-na-yüksek seslidir.
Ancak bu yöntemler son derece hatalı ve kanlıdır. Şu anda elektriksel olarak çok daha gelişmiş, doğru ve hızlılar. Bunların özü, uykunun akustik co-le-ba-nie'sinin aynı şekilde ortak depolamaya sahip ve dolayısıyla aynı spektruma sahip olan elektrikli bir co-co -le-ba-nie'ye dönüşmesi gerçeğine dayanmaktadır ve sonra bu co-le-ba-nie ana-li-zi-ru-et-sya elek-tri-che-ski-mi me-to-da-mi.
Konuşmamızın seslerine-hiç-hiç-hiçbir-şey-ana-ly-için-değilinin temel sonuçlarından biri. Tını ile bir kişinin sesini tanıyabiliriz. Peki aynı kişi aynı nota üzerinde farklı sesli harfleri söylediğinde çıkan sesler ne kadar farklıdır? Başka bir deyişle, bu durumlarda pe-ri-o-di-che-ko-le-ba-niya air ha, sen-sen-benim-gideceğim-lo-seninle a-pa arasındaki farklar nelerdir? -ra-tom farklı dudak ve dillere sahip ve benden-değil-hayır- Ağız ve yutak şekilleri nasıl? Açıkçası, sesli harflerin spektrumunda, belirli bir kişinin sesinin tınısını yaratan özel-ben-no-stey'e ek olarak, her sesli harf için karakteristik bazı özel özellikler bulunmalıdır. Ünlülerin Gar-mo-ni-che-analizi bu ön konumu doğrulamaktadır, yani: bölgelerin spektrumlarındaki sesli harfler ha-rak-te-ri-zu-yut-sya on-li-chi-em Yeni bir genlik ile gözlenir ve bu bölgeler her sesli harf için her zaman aynı frekanstadır, sesli harf sesinin arkasında değildir.
Talep 20 No. 98. Kütle spektrografında
1) elektrik ve manyetik alanlar parçanın yükünü hızlandırmaya yarar
2) elektrik ve manyetik alanlar yüklü parçanın hareket yönünü değiştirmeye yarar tsy
3) elektrik alanı şarj parçasını hızlandırmaya hizmet eder ve manyetik alan hareketinin sağ yönünü değiştirmeye hizmet eder
4) elektrik alanı yüklü parçanın hareket yönünü değiştirmeye yarar ve mıknatıs Alan onu hızlandırmaya yarar
Kütle spektrografı
Kütle spektrografı, iyonları yüklerinden kütlelerine kadar değerlerine göre ayıran bir cihazdır. En basit mo-di-fi-ka-tion'da pri-bo-ra'nın şeması ri-sun-ke'de görünür.
Özel-tsi-al-ny-mi me-to-da-mi'nin bir sonraki örneği (pa-re-ni-em, elektronik şok kullanılarak) gaz halindeki bir duruma aktarılır, ardından iyon -oluşturulan gaz tam olarak 1'e dönüştürülür. Daha sonra iyonlar bir elektrik alanıyla hızlandırılır ve bir hızlandırıcı cihazda (2) dar bir ışın halinde oluşturulur, ardından dar bir giriş yarığından tek bir manyetik alanın bulunduğu odaya (3) girerler. yaratıldı. Manyetik alan parçacıkların hareketinin yörüngesini değiştirir. Lorentz kuvvetinin etkisi altında, iyonlar bir daire yayı boyunca hareket etmeye başlar ve -ru-et-pa-da-niya'daki yerlerinin bulunduğu ekran 4'e doğru hareket eder. Kayıt yöntemleri farklı olabilir: fotoğrafik, elektronik vb. Ra-di-ustra -ek-to-rii şu şekilde belirlenir:
Nerede sen- elektrik alanını hızlandıran elektrik voltajı; B- manyetik alanın indüksiyonu; M Ve Q- buna göre parçacığın kütlesi ve yükü.
Tra-ek-to-rii'nin yarıçapı iyonun kütlesine ve yüküne bağlı olduğundan, ekranda farklı ırklarda farklı iyonlar belirir -Onları ayırmama ve bileşimi analiz etmeme izin veren kaynağa dayanıyorum numunenin.
Şu anda, çalışma prensipleri yukarıdaki hususlara dayanan birçok türde kütle spektrometresi geliştirilmektedir. From-go-tav-li-va-yut-sya, örneğin, kütlelerin incelendiği di-na-mi-che-kütle-spektrometreler. İyonların sayısı, kaynaktan uçuş zamanına göre belirlenir. re-gi-stri-ru-y cihazına.
