मुख्य विचार
यांत्रिक तरंग परस्पर क्रिया करते पदार्थ में विक्षोभ पहुँचाती है। हवा में ध्वनि अनुदैर्ध्य दाब तरंग है; आवृत्ति, आयाम और तरंगदैर्ध्य अलग गुण बताते हैं, जबकि श्रवण कंपन को तंत्रिका संकेतों में बदलता है।
1. एक कण नहीं, विक्षोभ का पीछा करें
तरंग चलता हुआ विक्षोभ, या ऐसे विक्षोभों से बना पैटर्न है। यांत्रिक तरंग में पदार्थ के पास-पास के भाग एक-दूसरे पर बल लगाते हैं। इसलिए एक स्थान का विस्थापन अगले स्थान को प्रभावित कर ऊर्जा पहुँचाता है। पदार्थ को पैटर्न के साथ चलना आवश्यक नहीं। आदर्श छोटी ध्वनि तरंग में हवा के कण स्थानीय संतुलन स्थिति के आसपास आगे-पीछे चलते हैं, जबकि ध्वनि कमरे में आगे बढ़ती है। इसके विपरीत पवन हवा का सामूहिक प्रवाह है। अनुप्रस्थ तरंग में कण गति, तरंग की चाल-दिशा के लम्बवत और अनुदैर्ध्य तरंग में समानांतर होती है। ये नाम दो दिशाओं की तुलना करते हैं, दो चालों की नहीं।
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗
2. संपीडन और विरलन बनाएँ
कंपन करता स्रोत पास की हवा को बारी-बारी दबाता और फैलने देता है। थोड़े अधिक दाब व घनत्व वाले क्षेत्र संपीडन और कम दाब व घनत्व वाले क्षेत्र विरलन हैं। इन्हीं का प्रसार हवा में ध्वनि है। कागज पर हवा को बिंदुओं से दिखाएँ: घने और कम घने बैंड बारी-बारी हों। बैंड आगे बढ़ते हैं, जबकि चिह्नित बिंदु स्थानीय दोलन करता है। दाब-बनाम-स्थिति आलेख ऊपर-नीचे वक्र जैसा हो सकता है, पर इसका अर्थ हवा का ऊपर-नीचे चलना नहीं है। उसका ऊर्ध्वाधर अक्ष दाब परिवर्तन दिखाता है। ध्वनि को भौतिक माध्यम चाहिए, इसलिए आदर्श निर्वात सामान्य ध्वनि तरंग नहीं ले जा सकता।
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗
3. हर तरंग राशि का अलग काम
आवृत्ति f प्रति सेकंड पूरे दोलनों की संख्या है; इकाई हर्ट्ज, Hz है। आवर्तकाल T एक दोलन का समय सेकंड में है: T = 1/f। तरंगदैर्ध्य λ, जिसे लैम्ब्डा कहते हैं, दोहराते पैटर्न में समान चरण के लगातार बिंदुओं की दूरी मीटर में है, जैसे पास-पास के संपीडन। आयाम किसी चुनी राशि का संतुलन से अधिकतम विचलन है; विस्थापन आयाम और दाब आयाम की इकाइयाँ अलग हैं। आवृत्ति का अनुभव की गई तारता से गहरा संबंध है। आयाम ध्वनि तीव्रता और सुनाई देने वाले प्रबलपन को प्रभावित करता है, लेकिन प्रबलपन आवृत्ति व श्रोता पर भी निर्भर है। ध्वनि अधिक तेज सुनाना अपने आप उसकी तारता नहीं बढ़ाता।
तरंग की हर राशि का अलग काम
| राशि | अर्थ | उदाहरण का मान |
|---|---|---|
| आवृत्ति f | प्रति सेकंड चक्र | 250 Hz |
| आवर्तकाल T | एक चक्र का समय | 1/250 s = 4 ms |
| तरंगदैर्ध्य λ | पास-पास के संपीडनों का अंतर | 1.36 m |
| तरंग चाल v | प्रति सेकंड पैटर्न की यात्रा | fλ = 340 m/s |
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗
4. चाल, तरंगदैर्ध्य और परावर्तन जोड़ें
एक आवर्तकाल में दोहराती चल तरंग एक तरंगदैर्ध्य आगे बढ़ती है। इसलिए v = λ/T = fλ, जहाँ v तरंग चाल m/s में है। छोटी ध्वनि तरंगों की चाल मुख्यतः माध्यम और तापमान जैसी परिस्थितियों पर निर्भर है; केवल स्रोत के जोर से कंपन करने से तय नहीं होती। स्थिर सीमा पर संचरित तरंग की आवृत्ति स्रोत जैसी रहती है, जबकि चाल और तरंगदैर्ध्य बदल सकते हैं। कुछ ऊर्जा परावर्तित हो सकती है। अलग पहचानी जाने वाली लौटती ध्वनि प्रतिध्वनि है; बार-बार मिलते परावर्तन अनुरणन बनाते हैं। कुछ ध्वनि ऊर्जा अवशोषित करने वाले पदार्थ कक्षा में अनुरणन घटा सकते हैं। प्रतिध्वनि की गणना में जाने और लौटने, दोनों रास्ते गिनने चाहिए।
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗ · ओपनस्टैक्स: ध्वनि की चाल, आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य ↗
5. कंपन को संकेत में बदलें
बाहरी कान ध्वनि को कान के पर्दे तक पहुँचाता है। पर्दे का कंपन मध्यकर्ण की हड्डियाँ चलाता है, जो भीतरी कान की तरल भरी कर्णावर्त संरचना तक कंपन पहुँचाती हैं। तरल की गति अंदर की झिल्ली पर चलती तरंग बनाती है। संवेदी रोम कोशिकाएँ प्रतिक्रिया करती हैं; उनके छोटे उभार मुड़ने से चैनलों में आयनों का प्रवाह बदलता और विद्युत प्रतिक्रिया बनती है। संकेत श्रवण तंत्रिका से मस्तिष्क जाते हैं, जहाँ ध्वनि का अर्थ समझा जाता है। कर्णावर्त के अलग भाग अलग आवृत्तियों पर सबसे अधिक प्रतिक्रिया करते हैं। इस क्रम में गति और संकेत के कई रूप आते हैं; तंत्रिका में ध्वनि हवा की दाब तरंग बनी नहीं रहती। बिना तेज ध्वनि उत्पन्न किए नामांकित कागजी प्रवाह-चित्र से ये चरण पढ़े जा सकते हैं।
6. हल उदाहरण: दोहराता दाब पैटर्न
काल्पनिक कक्षा गणना: स्रोत की आवृत्ति 250 Hz और ध्वनि चाल 340 m/s दी है। यह चाल बताई परिस्थितियों का मॉडल मान है, सार्वत्रिक नियतांक नहीं। तरंगदैर्ध्य λ = v/f = 340/250 = 1.36 m। आवर्तकाल T = 1/250 = 0.004 s यानी 4 मिलीसेकंड; 1 मिलीसेकंड = 0.001 s। इन 4 मिलीसेकंड में पैटर्न 1.36 m बढ़ता है। हवा का कण उसके साथ 1.36 m नहीं चलता। माध्यम और चाल समान रखकर आवृत्ति दुगनी करने से तरंगदैर्ध्य आधा होगा, क्योंकि प्रति सेकंड दुगने पैटर्न गुजरने होंगे।
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗
7. हल उदाहरण: कागज पर प्रतिध्वनि
काल्पनिक ध्वनि स्पंद स्थिर दीवार से लौटकर शुरुआती स्थान पर 0.40 s बाद आता है। सीधा रास्ता, नगण्य पवन और स्थिर ध्वनि चाल 340 m/s मानें। कुल रास्ता vt = 340 × 0.40 = 136 m। दीवार की दूरी d हो तो d जाना और d लौटना है; इसलिए 2d = 136 m और d = 68 m। दीवार की दूरी 136 m मानना वापसी के रास्ते को भी दूरी में जोड़ना होगा। यदि ग्राहक किसी अन्य स्थान पर हो, तो दोनों हिस्से सामान्यतः बराबर नहीं होंगे; तब दो से भाग देने का सरल नियम दोबारा जाँचना पड़ेगा।
स्रोत: एनसीईआरटी: तरंगें ↗ · ओपनस्टैक्स: ध्वनि की चाल, आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य ↗
अभ्यास करें
लागू करें और अपना तर्क जाँचें
- कागज पर काल्पनिक f = 500 Hz और v = 340 m/s लें। हर चरण में इकाइयों सहित λ और T निकालें।
- पास-पास के संपीडनों में एक तरंगदैर्ध्य दूरी बनाएँ और एक कण की आगे-पीछे दिशा दिखाएँ। समान चाल पर आवृत्ति दुगनी हो तो तरंगदैर्ध्य का अनुमान लगाएँ।
- जाँचें: λ = 0.68 m और T = 0.002 s = 2 ms। 1000 Hz पर तरंगदैर्ध्य 0.34 m होगा। कण दोलन ध्वनि की दिशा के समानांतर है, पर उसका स्थानीय विस्थापन तरंगदैर्ध्य नहीं है।
अपनी समझ जाँचें
ध्वनि तरंग और पवन में क्या अंतर है?
ध्वनि स्थानीय दोलन वाला चलता दाब विक्षोभ है; पवन हवा का सामूहिक प्रवाह है। दोनों साथ हो सकते हैं।
क्या चित्र का शिखर हवा में ध्वनि को अनुप्रस्थ सिद्ध करता है?
नहीं। ऊर्ध्वाधर अक्ष की राशि देखें। दाब आलेख दाब का बढ़ना-घटना दिखाता है, कण का बगल की ओर विस्थापन नहीं।
क्या समान तारता वाली ध्वनियों का प्रबलपन अलग हो सकता है?
हाँ। समान आवृत्तियों पर आयाम और तीव्रता अलग हो सकते हैं। तारता और प्रबलपन अनुभूति के अलग गुण हैं।
प्रतिध्वनि की दूरी सामान्यतः चाल गुणा वापसी समय से कम क्यों है?
वह गुणनफल पूरा चला रास्ता देता है। स्रोत और ग्राहक एक स्थान पर हों तो दीवार की दूरी जाने-लौटने के कुल रास्ते की आधी है।
क्या श्रवण तंत्रिका हवा को मस्तिष्क तक ले जाती है?
नहीं। संवेदी कोशिकाएँ यांत्रिक उत्तेजना को विद्युत संकेतों में बदलती हैं, जिन्हें तंत्रिका तंत्र पहुँचाता और समझता है।