Ձայն

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Ձայն (այլ կիրառումներ)

Ձայն, ֆիզիկական երևույթ, որ ալիքների մեխանիկական տատանումների տեսքով տարածումն է պինդ, հեղուկ կամ գազային միջավայրում։

Օդի տատանումները տարածվելով հասնում են որևէ խոչընդոտի, բախվում նրան, ապա անդրադառնում են ու տարածվում հակառակ ուղղությամբ։ Այսպես առաջանում է արձագանք։

Այն վայրում որտեղ օդ չկա չեն կարող տարածվել ձայնային ալիքներ, օրինակ՝ Լուսնի վրա։ Օդում ձայնի արագությունը մեկ վայրկյանում 340 մետր է, 340մ/վ ։ Սակայն ձայնային ալիքները տարածվում են ոչ միայն օդում, այլ նաև ջրում, ընդ որում, գրեթե հինգ անգամ ավելի արագ։ Ձայնային ալիքներն էլ ավելի արագ տարածվում են պինդ մարմիններում, օրինակ պողպատե ձողում։ Ի դեպ Լուսնի վրա էլ կա պինդ մարմին՝ լուսնակեղևը։ Այդ պատճառով էլ, եթե նրա մակերևույթին հպենք ականջը կամ զգայուն որևէ սարք, պայթյունն, այնուամենայնիվ, կարել է «լսել»։

Ինչպես մյուս ալիքները, ձայնային ալիքները նույնպես ունեն որոշակի երկարություն։ Որքան կարճ են ալիքները, այնքան ավելի հաճախ են հաջորդում միմյանց։ Այդ հաճախությունից է կախված ձայնի տոնը։ Մատներով բռնելով «երգող» լարը հասկանալի է, փորձեք կարճացնել այն։ Դուք կլսեք, որ լարի հնչողությունն ավելի է բարձրանում։ Այժմ հասկանալի է՞, թե ինչու մարդիկ տարբեր ձայներ ունեն։ Օդի ոչ բոլոր տատանումներն է, որ մենք կարող ենք լսել։ Մեր ականջի ընկալած ամենափոքր հաճախությունը կազմում է վայրկյանում 16 տատանում, ամենամեծ՝ մեկ վայրկյանում 20հզ. տատանում։ Եթե տատանումների հաճախությունը մեկ վայրկյանում 15-20 տատանումից փոքր է, այդ դեպքում ձայնը կոչվում է ինֆրաձայն, իսկ եթե մեկ վայրկյանում 15-20հզ. տատանումից մեծ է, ապա դա ուլտրաձայն է։ Ուլտրաձայներն ու ինֆրաձայները լսելու համար հարկավոր են հատուկ սարքեր։

Ձայներն առաջանում են տատանումներից։ Դրանք մեր ականջներին հասնում են ալիքներով։ Ձայները լինում են բարձր ու ցածր, ուժգին ու թույլ։ 16 Հց-ից փոքր և 20000 Հց-ից մեծ հաճախությամբ ձայները մեր ականջը չի ընկալում։ Չափազանց ուժգին ձայները կարող են վնասել լսողությունը։ Եթե ձգենք կիթառի լարը, այն կսկսի թրթռալ, իսկ դրա հետ նրան շրջապատող օդը հաջորդաբար կսեղմվի ու կնոսրանա։ Արդյունքում այդպիսի բազմաթիվ սեղմումներն ու նոսրացումները ջրի մակերևույթին տարածվող ալիքների նման կտարածվեն օդում։ Այդպիսի ալիքները կոչվում են ձայնական ալիքներ։ Դրանք անտեսանելի են, սակայն, երբ հասնում են մեր ականջներին, նրանց ազդեցությամբ թմբկաթաղանթներն սկսում են տատանվել, և մենք լսում ենք ձայնը։

Ձայնի արագությունը

Ձայնային ալիքներն օդում տարածվում են 330 մ/վ արագությամբ, թեև, ջերմաստիճանից կախված, այս մեծությունը որոշակի չափով տատանվում է։ Ձայնը մոտավորապես միլիոն անգամ ավելի դանդաղ է տարածվում, քան լույսը, ուստի ամպրոպի ժամանակ նախ երևում է հեռավոր կայծակի փայլատակումը, ապա լսվում որոտը։ Գերձայնային ինքնաթիռները սլանում են ձայնից արագ։ Դրանց թռիչքների ժամանակ առաջանում են հարվածային ալիքներ, որոնք ինքնաթիռի կառուցվածքի ոչ ճիշտ հաշվարկման դեպքում կարող են քայքայել այն։ Ձայնական ալիքները տարածվում են ոչ միայն օդում, այլև ջրում, ընդ որում՝ գրեթե հինգ անգամ ավելի արագ։ Նրանք է՜լ ավելի արագ են տարածվում պինդ մարմիններում, օրինակ՝ պողպատե ձողում։ 2 հզ. կմ տարածությունը ձայնն օդով անցնում է 1 ժամ 40 րոպեում, ջրով՝ 20 րոպեում, իսկ պողպատե ձողով՝ 7 րոպեում։ Երկաթգծին ականջը հպելով կարելի է արագ կողմնորոշվել և իմանալ գնացքի գալու մասին։

Արձագանք

Ձայնն անդրադառնում է պինդ մակերևույթներից. եթե մենք կանգնենք բարձր ժայռի առջև և ամբողջ ձայնով բղավենք, ապա քիչ անց կլսենք անդրադարձած ձայնը։ Դա էլ հենց արձագանքն է։ Օգտագործելով ստորջրյա արձագանքը՝ նավաստիները որոշում են մինչև ծովի հատակը (կամ մինչև ստորջրյա որևէ առարկա) եղած հեռավորությունը։ Ձայնի արձագանքով հեռավորություն որոշող սարքը կոչվում է ձայնային տեղորոշիչ։ Այս սարքն ուղարկում է ձայնային ալիքների իմպուլսներ և չափում է այն ժամանակը, որից հետո ձայներն անդրադառնալով վերադառնում են։ Որքան մեծ է այդ ժամանակը, այնքան մեծ է չափվող հեռավորությունը։

Ալիքներ

Ձայնը բնութագրվում է հաճախությամբ և բարձրությամբ

Ձայնի հաճախություն և բարձրություն

Ձայնը բնութագրվում է հաճախությամբ և բարձրությամբ։ Ձայնի հաճախությունը ձայնական ալիքի կատարած տատանումների թիվն է 1 վայրկյանում։ Այն չափում են Հերցերով (Հց)։ Վայրկյանում 1000 տատանում կատարող լարն արձակում է 1000 Հց հաճախությամբ ձայն։ Որքան մեծ է ձայնի հաճախությունը, այնքան գործիքի ձայնածավալում բարձր է ձայնի նոտան, այսինքն՝ այնքան սուր ձայն են ընկալում մեր ականջները։ Եթե մատներով բռնելով կարճացնենք տատանվող՝ «երգող» լարը, ապա կլսենք, որ լարի արձակած ձայնի հնչողությունը (տոնը) ավելի է բարձրանում։ Այդպես հասկանալի է դառնում, թե ինչու են մարդկանց ձայները տարբեր. տենորի ձայնալարերը տատանվում են ավելի մեծ հաճախությամբ, քան բասինը։ Սակայն մարդկանց կամ նվագարանների՝ մեր ականջին հասած ձայներն ու հնչյունները միշտ բաղկացած են ոչ թե մեկ, այլ մի քանի ալիքներից՝ օբերտոններից (հնչերանգներից). օրինակ՝ լարը տատանվում է միաժամանակ մի քանի ուղղություններով և առաջացնում է ձայնային ալիքների խառնուրդներ։ Մարդու ականջները կարող են ընկալել մոտավորապես 20-20000 Հց հաճախությամբ ձայները։ Տարիքի հետ ընկալման վերին սահմանն աստիճանաբար իջնում է։ Մարդու ականջին ընկալելի ձայներից բարձր հաճախությամբ ձայները կոչվում են անդրաձայներ։ Դրանց մի մասը լսում են շները, կատուներն ու չղջիկները։

Ձայնի ուժգնություն և աղմուկ

Ձայնի ուժգնությունը կախված է ձայնային ճնշումից (կամ ձայնի ինտենսիվությունից), հաճախությունից և տատանման ձևից։ Չափից դուրս ուժգին կամ տհաճ ձայնը կոչվում է աղմուկ։ Աղմուկի մակարդակն անհրաժեշտ է վերահսկել, քանի որ այն վնասակար է. շատ բարձր աղմուկից ականջները կարող են վնասվել, գլուխը ցավել և այլն։

Մարդու ձայնը

Մարդու ձայնը ձայնային ապարատի միջոցով արտաբերվող տարբեր բարձրության, ուժգնության և գուներանգի (տեմբր) հնչյունների ամբողջություն է։ Առաջանում է կոկորդում. թոքերից արտաշնչվող օդի հոսքը, անցնելով ձայնալարերի միջով, տատանում է դրանք, ստացված թույլ ձայնը ուժեղանում է վերին ռեզոնատորով (բերանի, ըմպանի, քթի և հավելյալ ծոցերի խոռոչներով) և ձեռք է բերում անհատական ձայներանգ։ Կախված արտաշնչվող շիթի ճնշումից, ձայնալարերի դիմադրությունից և տատանումների ամպլիտուդից՝ ձայնը կարող է լինել ուժեղ կամ թույլ։ Ձայնական ալիքների երկարությունն ու հաճախությունը պայմանավորում են ձայնի բարձրությունը։ Ձայնը հաղորդակցման եզակի միջոց է, իսկ երգչի, դասախոսի, դերասանի և այլ մասնագիտության անձանց համար՝ հիմնական «աշխատանքի գործիք»։ Առողջ մարդու ձայնը հնչում է թեթև և ազատ։ Ձայնի փոփոխությունների պատճառ կարող են լինել ձայնային ապարատի մշտական գերլարումը, ծխելը, ալկոհոլի չարաշահումը, կոկորդի, քթըմպանի, քթի և այլ հիվանդությունների պատճառով։

Կենդանիների ձայնը

Կենդանիներից ձայնը բնորոշ է բազմաթիվ միջատների, ձկների, անպոչ երկկենցաղների (գորտեր), որոշ սողունների (գեկոններ, քամելեոններ, կոկորդիլոսներ և այլն), գրեթե բոլոր թռչուններին ու կաթնասուններին։ Կենդանիների ձայներին են վերագրում բոլոր այն հնչյունային ռեակցիաները, որոնք արտաբերվում են ոչ միայն նրանց ձայնային ապարատի, այլ ուրիշ մասերի [օրինակ՝ ձկների լողափամփուշտի, լողակների, թռչունների պոչի, թևերի, կտուցի, որոշ միջատների (ծղրիդներ, ճռիկներ) ոտքերի ու թևերի՝ հատուկ ձայնային ապարատների, որովայնի հատվածի] կողմից։ Միջատների և երկկենցաղների հնչյունային ռեակցիան բազմացման ժամանակ ծառայում է իբրև տեսակի ճանաչման ազդանշան, ձկներինը՝ վտանգի և տագնապի, կապիկներինը և երգող թռչուններինը՝ վախի, վտանգի, և այլն։ Որոշ կենդանիներ և թռչուններ (դելֆիններ, չղջիկներ, մութ անձավներում բնադրող թռչուններ և այլն) սեփական ձայնի անդրադարձման ընկալումով կարողանում են որոշել առարկաների (որս, արգելք և այլն) տեղը տարածության մեջ։

Ձայնային ալիքներ

Ծովի ձայնը կարող է սպանել մարդկանց

Հին ծովային պատմություններում հաճախ հիշատակվում է այն մասին, երբ բաց օվկիանոսում հանդիպել են նավեր, որոնց ամբողջ անձնակազմն ու ուղևորները գտնվել են մահացած՝ ամեն մեկն իր տեղում, որտեղ գտնվել է այդ պահին, կամ բացարձակ ոչ մեկ չի եղել նավի վրա և հապճեպ փախուստի վառ նշաններով։ Անկասկած նավի թիմն ու ուղևորները փորձել են փրկվել իրենց վրա հասնող անսպասելի մահից։

1948 թվականին Ուրանգ Մեդան հոլանդական նավի նավապետը ռադիոյով հաղորդել է աղետի ազդանշան, տեղեկացնելով, որ նավի վրա նավաստիները բոլորը մահացել են, ինքն էլ է մահանում։ Երբ պատահարի վայր են հասել փրկարարները, նավի վրա ոչ մեկ կենդանի չի եղել։ Տարբեր տեղերում, դեմքներին սարսափի արտահայտությամբ, ընկած են եղել մարդկանց դիակներ։ Ավազակների հարձակումը բացառվում էր՝ մարմինները եղել են անվնաս, առանց կռվի հետքերի, թանկարժեք իրերն էլ բոլորը իրենց տեղում։

1960-ին Ատլանտյան օվկիանոսում հայտնաբերվել են երկու բացարձակ անմարդ առագաստանավ ջրի, մթերքի և փրկարար միջոցների պաշարով։ Ի՞նչն է ստիպել մարդկանց այդքան շտապ լքել նավը։ Եւ էլի շատ նման դեպքեր են գրանցվել ծովային պատմության մեջ։

Ճշմարիտ բացատրությունը այդ երևույթի երկար ժամանակ մնացել է հանելուկ։ Վերջին շրջաննում է միայն բացահայտվել դրա պատճառը։

1937-ին ռուս ֆիզիկոս Վ.Շուլեյկինը տպագրեց մի հոդված Ծովի ձայնը գայթակղիչ վերնագրով։ Նա ապացուցեց, որ երբ քամին սլանում է ալեկոծվող ծովի ալիքների վրայով, օդում առաջանում են մեր լսողությանը անհասանելի ցածր հաճախության ինֆրաձայնային ալիքներ, որոնք ի զորու են անցնել մեծ տարածություններ։ Ինֆրաձայնին հատկանիշ է կենսաբանական ակտիվությունը, ինչի հիմքում է նրա համընկնումը մարդու ուղեղի ալֆա-ռիթմերի հետ։

15-20 Հերց հաճախությամբ ձայնը մարդը արդեն չի լսում, սակայն այն ռեզոնացնելու դեպքում կարող է ցավ պատճառել ականջին։ 15 Հց-ից ցածր նրա ազդեցությունը ուժեղանում է։ 7 Հց-ի դեպքում և ավելի ցածր, որոշ պայմանների դեպքում մարդիկ մահանում են։ Նրանց սպանում է ձայնը։

• 20 – 30 Hz- գլխի ռեզոնանս
• 40 – 100 Hz-աչքերի ռեզոնանս
• 0.5 – 13 Hz -շնչառական ապարատի ռեզոնանս
• 4 – 6 Hz-սրտի ռեզոնանս
• 2 – 3 Hz- ստամոքսի ռեզոնանս
• 2 – 4 Hz - հաստ աղիքի ռեզոնանս
• 6 – 8 Hz- երիկամների ռեզոնանս
• 2 – 5 Hz -ձեռքերի ռեզոնանս

Արտաքին հղումներ

• Ձայն - դասարան․ամ
• The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 47: Sound. The wave equation

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 688)։