אקוסטיקה

אקוסטיקה הוא ענף בפיזיקה העוסק בחקר הקול, גלים מכניים בגזים, נוזלים ומוצקים. מדען העוסק באקוסטיקה נקרא אקוסטיקאי. השימוש במדע האקוסטיקה בתעשייה ובטכנולוגיה מכונה הנדסה אקוסטית. ישנה חפיפה רבה בין תחומי העניין והעיסוק של אקוסטיקאי ושל מהנדס אקוסטיקה.

תחומי המשנה העיקריים של אקוסטיקה כוללים בין השאר:

גלי קול - גל מכני

גל קול (גל מכני), המאופיין על ידי מהירותו, אורך הגל שלו והמשרעת (אמפליטודה) שלו. מהירות הקול תלויה בתווך דרכו עובר הקול, וגם בטמפרטורה שלו, ותלויה בלחץ התווך. מהירות הקול היא בערך 340 מטר בשנייה באוויר ו-1500 מטר בשנייה במים. אורך הגל הוא המרחק משיא אחד של הגל לשיאו הבא; אורך הגל של גל קול, , תלוי ביחס בין מהירות הגל, , לבין תדירותו :

.

מידת לחץ הקול

המשרעת של גל קול מאופיינת בדרך-כלל בעזרת לחץ הקול. בסביבה רגילה ניתן למצוא טווח נרחב מאוד של לחצים, ולפיכך מקובל למדוד את לחץ הקול בסקאלה לוגריתמית, ביחידת המידה דציבל. אם הוא שורש ממוצע הריבועים של משרעת לחץ הקול אזי מידת לחץ הקול (sound pressure level, SPL) מוגדרת כ-20 פעמים הלוגוריתם של היחס בין לבין לחץ ידוע כלשהו, .

ניתן לחשב את מידת לחץ הקול בדציבלים כך:

הלחץ הידוע בו משתמשים הוא סף טווח השמיעה האנושי:

(דהיינו, 20 מיקרו-פסקל; במים, סף השמיעה הוא מיקרו-פסקל אחד).

עוצמת הקול

בדברנו על רמות קול יש להבדיל בין מידת לחץ הקול לבין מידת כוח הקול. מידת לחץ הקול נמדדת בעזרת מיקרופונים ומכשירים דומים, וניתן למדוד אותה ישירות. מידת עוצמת הקול, לעומת זאת, היא מידה של כמות האנרגיה המושקעת (ברמקול, למשל) כדי לייצר קול. בשל גורמים סביבתיים והשפעות אחרות, כמות האנרגיה המשמשת להפקת הקול לא בהכרח שווה למידת הקול הנתפשת בחושיו של השומע.

לא ניתן למדוד עוצמת קול ישירות, ולכן מידה זו מחושבת על-פי נתונים אחרים. ישנן שתי שיטות מקובלות למדידתה: "השיטה הישירה" ו"השיטה ההשוואתית". בשיטה הראשונה מודדים את עוצמת הקול על ידי חישוב משוואה הכוללת את התנאים הסביבתיים (כגון טמפרטורה, לחות, זמן תהודה וכו') ואת לחץ הקול. בשיטה השנייה, משווים את לחץ הקול ללחץ קול המופק באותם תנאים ממקור קול מוכר המפיק עוצמת קול ידועה וקבועה, והשוואת לחץ זה עם לחץ הקול הנמדד. שתי השיטות אמינות ומדויקות באותה המידה.

חדרי הדהוד וחדרים שקטים

מדידות כמו אלה שנזכרו לעיל מבוצעות לעיתים בחדרי הדהוד או בחדרים שקטים. חדרי הדהוד מתוכננים כך שייצרו הדים מתמשכים של גלי קול, זאת כדי ליצור רמת קול אחידה מאוד, המגיעה באותה מידה מכל הכיוונים, אם חדר ההדהוד נבנה שלא כהלכה יגיעו ההדים של גלי הקול אל המאזין בזה אחר זה ולא בבת אחת, וייצרו רצף מעורבל במקום צליל נקי. דוגמאות טיפוסיות לחדרים בעלי מאפיינים הדומים לחדרי הדהוד הן מנהרות בטון ומערות.

לעומתם, חדרים שקטים נבנים כדי לדמות "שדה חופשי". שדה חופשי הוא ייצוג תאורטי של מרחב אינסופי, בו אין החזרה של גלי קול (כלומר, אין הדים). בחדרים כאלה, הקול היחיד הוא הקול ממקור הקול הנמדד. החדר השקט הראשון נבנה בשנת 1940 במעבדות בל. עובי קירותיו החיצוניים כמטר, כדי למנוע כניסת רעש חיצוני, והם מרופדים מבפנים בחיפוי מיוחד הבולע 99.995% מגלי הקול בתדירות הגבוהה מ-200 הרץ.

ראו גם

קישורים חיצוניים

עיינו גם בפורטל

פורטל הפיזיקה מהווה שער לחובבי הפיזיקה ולמתעניינים בתחום. בפורטל תוכלו למצוא מידע על פיזיקאים חשובים, על ענפי הפיזיקה, על תאוריות פיזיקליות ועוד.

אולטרה סאונד

אוּלְטְרָה סָאוּנְד (בעברית: על-שמע, באנגלית: Ultra sound או US) הוא קול בתדירות גבוהה מזו שאדם יכול לשמוע (תחום השמע של האדם הוא מ-20 הרץ עד 20 קילוהרץ כאשר תחום התדרים העליון נפגע במהלך השנים - ילדים שומעים תדרים שמבוגרים כבר אינם שומעים). כמה בעלי-חיים, כגון כלבים, דולפינים ועטלפים, יכולים לשמוע תדירויות גבוהות יותר מהאדם, ולפיכך ביכולתם לשמוע אולטרה סאונד (בתדירויות מסוימות).

אולם תיאטרון

תיאטרון, פירוש השם מיוונית "מקום להסתכלות", ולכן לאולם התיאטרון, למקום הפיסי, חשיבות מכרעת והשפעה גדולה על ההצגה.

גודל האולם משפיע על המשחק, הסגנון, התפאורה ועוד.

תקרה: בעיות אקוסטיקה, תאורה, אווירה ועוד.

היערכות הקהל והשחקנים (במה) בחלל האולם.

אמפיתיאטרון

אמפיתיאטרון (מכונה בעברית גם "אמפי") הוא מבנה גדול ופתוח המשמש להצגות, מופעים, תחרויות ספורט וכדומה. האמפי-תיאטרון הוא המצאה רומית שמקורה בתיאטרון ביוון העתיקה.

מקור המלה יווני: "אמפי" αμφί = "דו-", "משני צדדים", או "מסביב", ו"תיאטרון" = "מקום צפיה".

בידוד אקוסטי

בידוד אקוסטי הוא סידור המקטין את מעבר אנרגיית קול בין שני חללים או מקטין את ההד בתוך חלל אחד.

ביולוגיה ימית

ביולוגיה ימית היא תחום של מדעי הטבע החוקר את האורגניזמים בסביבה ימית, מאגמים ועד אוקיינוסים. הדיסציפלינה מתבססת על מיון ענף הביולוגיה לפי בית גידול במקום לפי טקסונומיה. הביולוגיה הימית חוקרת את האורגניזמים עצמם. תחום הדעת העוסק בחקר יחסי הגומלין המערכתיים בין האורגניזמים נקרא אקולוגיה ימית. הביולוגיה הימית עוסקת במגוון רב יותר של אורגניזמים מאשר כל תחום אחר בביולוגיה. הימים מכסים מעל 70% משטח כדור הארץ, ובשל עומקם, כמות האורגניזמים בהם גדולה פי 300 מזו שבשטח היבשתי. למרות ההשפעה הגדולה שיש לימים והסביבה הימית על היבשה כמות המחקרים שנעשו עד כה בסביבה הימית קטנה עשרות מונים מאלו שנעשו בסביבה היבשתית.

בשנת 1832 ז'אן וילפרו-פאוור בנתה לראשונה אקווריום לצורכי חקר ייצורים ימיים. הביולוג הימי משלב עבודה במעבדה עם עבודת שטח הנעשית בצלילה או שיט ופעמים רבות ביולוגים ימיים הם בעלה הכשרה במיומנויות אלה.

בתחום הביולוגיה הימית התפתחו שיטות מחקר חדשניות, שנועדו לבצע מחקר מבלי לפגוע בסביבה הרגישה, בעיקר שונית אלמוגים, כגון מחקר המתבסס על אקוסטיקה תת-מימית.

הד

הד הוא החזרה או השתקפות של צליל, המגיעה אל המאזינים זמן מה לאחר שמיעת הצליל הישיר. באקוסטיקה ובעיבוד קול נעשה שימוש רב מושג זה.

דוגמאות נפוצות להד הן החזרת גל קול מתחתית באר, או מקירות חדר או אולם, בניין וכדומה. הפרש הזמן בין הצליל הישיר ובין ההד שלו שווה ליחס בין המרחק הנוסף שעל הקול לעבור לבין מהירות הקול (כ-340 מטרים לשנייה, באוויר).

מאסטרינג

מאסטרינג (מאנגלית: mastering) הוא שלב סופי של בקרה והפקת המאסטר הסופי של קטע או רצף של קטעים מוזיקליים המיועדים ליצור תקליט או תקליטור, וזאת לאחר שלב ההקלטה. המאסטר הסופי מופק לשם שכפול וייצור העתקים לצורך ההוצאה לאור. לעיתים קרובות יש צורך בשלב המאסטרינג בטיפול בצלילים או במרווחים בין הקטעים במיוחד בהפקת אלבומי אוסף כשהקטעים המוזיקליים מגיעים ממקורות שונים ומגוונים. המאסטרינג עדיין עושה שימוש במערכות אנלוגיות בשילוב עם מערכות דיגיטליות.

מהירות הקול

מהירות הקול היא המהירות שבה נעים גלי הקול בתווך. מהירות הקול תלויה במקדם הקשיחות של חומר התווך ובצפיפות שלו. בתנאים מסוימים מושפעת מהירות הקול גם מהטמפרטורה והלחץ.

בדרך כלל, משתמשים במונח "מהירות הקול" כשמתכוונים למהירות הקול באוויר, שהיא 343 מטר לשנייה או 1234.8 קמ"ש, בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס באוויר יבש. בברזל, למשל, מהירות הקול היא אלפי מטרים בשנייה, ובמים מהירות הקול גבוהה פי 4.3 מהמהירות באוויר. לעומת זאת, בריק מוחלט או בחלל החיצון (שהצפיפות בו היא כאטום אחד למטר מעוקב), גלי הקול אינם יכולים לנוע כלל ולכן לא ניתן להעביר קול בחלל החיצון.

באופן כללי מהירות הקול ניתנת בנוסחה:

מסמל מקדם הקשיחות של החומר ואילו מסמל את צפיפות החומר.

מכיוון שמהירות הקול באוויר תלויה בלחץ האוויר היא תלויה בטמפרטורה ובגובה מעל פני הים.

נוסחה לחישוב מהירות הקול באוויר על פי הטמפרטורה:

כאשר (תטה) מייצגת את הטמפרטורה בצלזיוס, ו- מייצג את מהירות הקול באוויר.

ביטוי מדויק יותר:

כאשר:

לציון מהירותם של עצמים כמו מטוסים או חלליות הנעים במהירות על קולית (מהירות הגבוהה ממהירות הקול) נהוג להשתמש במספר מאך, שהוא היחס בין מהירות העצם בתווך, לבין מהירות הקול באותו תווך. מאך 1 שווה למהירות הקול, מאך 2 הוא פי 2 ממהירות הקול וכן הלאה.

ב-14 באוקטובר 2012 שבר פליקס באומגרטנר את מהירות הקול בצניחה חופשית. באומגרטנר קבע את שיא המהירות בצניחה חופשית, 373 מטר לשנייה שהם 1,342.8 קמ"ש, או 1.24 מאך.

מוזיקולוגיה

מוזיקולוגיה היא התחום האקדמי העוסק במוזיקה. זהו נושא מסיבי ומקיף אשר נוגע בפנים הרבות של המוזיקה כגון נגינה, הלחנה, היסטוריית המוזיקה וכיוצא בזאת. מוזיקולוגיה כוללת בתוכה למידה ספציפית של ז'אנרים, כדוגמת מוזיקה אימפרסיוניסטית, היסטוריה של התוים, היסטוריית כלי הנגינה וכדומה. התחום האקדמי העוסק במוזיקה שאינה מערבית נקרא אתנומוזיקולוגיה.

מופע

מופע (או פאזה) הוא מושג שמתאר את מצבה הרגעי של תופעה מחזורית.

המופע משמש לתיאור תופעות בתחומי מדע רבים: אופטיקה, אלקטרומגנטיות, הנדסת חשמל, אקוסטיקה, מכניקה ועוד. תופעות מחזוריות מתוארות לרוב באמצעות גלים. המופע הוא המקום במחזור שבו הגל נמצא במצב מסוים.

משרוקית

משרוקית היא כלי שבאמצעותו ניתן להפיק צלילי שריקה באמצעים מלאכותיים.

במשרוקית, נוצר הצליל מפיצול של זרם האוויר על פני חיץ או מכשול חד, כך שנוצרות מערבולות אוויר שהדהודן בתיבת תהודה יוצר את גל הקול. בדומה לשריקה באמצעות השפתיים, משמשת המשרוקית לתקשורת בלתי-מילולית. יתרונה הוא בעוצמתה הגבוהה, ובתפעולה שאינו דורש מיומנות מיוחדת.

משרוקית משמשת, בין השאר, שופטי ספורט - למתן מסרים לספורטאים; פקחים וכרטיסנים בתחנות רכבת - להעברת מסר לנהג הקטר; שוטרים - לאזהרת עבריינים, שומרים - להזעקת עמיתיהם בעת סכנה, וכדומה.

בחילות הים של מדינות שונות משתמשים במשרוקית מיוחדת הקרויה "משרוקית רב המלחים" (Boatswain's pipe; מבטאים "בוסן פייפ" - Bosun pipe). המשרוקית שימשה בעבר להעברת פקודות בספינה, וכיום למחוות כבוד והצדעה לאורחים רמי מעלה העולים לסיפון הספינה.

סונאר

סונאר (באנגלית: Sonar, ראשי תיבות של Sound Navigation And Ranging) הוא טכנולוגיה לניווט ולגילוי צוללות ואוניות, הפועלת באמצעות גלי קול. קיימים שני סוגי סונאר: אקטיבי ופסיבי.

פורמנט

פורמנט הוא שיא בספקטרום התדרים של צליל הנובע מתדרי התהודה של מערכת אקוסטית. המונח משמש בפונטיקה ובאקוסטיקה לתיאור תדרי התהודה של מיתרי הקול וכלי נגינה. עם זאת המונח תקף לכל חלל אקוסטי, מאולמות ועד חדרי אמבט. ניתן לנתח פורמנטים באמצעות ספקטרוגרמות - מיפוי ספקטרום התדרים האקוסטיים כפונקציה של הזמן.

פורמנטים הם מרכיבי התדר המשמעותיים להבנת דיבור ושירה. למשל, תנועות מוגדרות לפי הפורמנטים העיקריים המרכיבים אותן. פורמנטים אלה הם הצלילים העיליים האפייניים לפיהם מזהה המאזין את התנועה המדוברת. הפורמנט בתדר הנמוך יותר נקרא f1 ופורמנטים בתדרים גבוהים יותר יקראו f3 ,f2 וכו'. בדרך כלל ניתן לזהות את התנועה באופן חד-משמעי לפי שני הפורמנטים הראשונים f1 ו- f2.

ככלל, זכר אנושי בוגר מסוגל לשנות את תדר הפורמנטים שהוא מפיק בתחום של כאלף הרץ, והמרווח בין תדרי הפורמנטים עומד אף הוא על כאלף הרץ. תדר הצליל היסודי מאפשר לנו לזהות מי הדובר, בעוד שהפורמנטים מאפשרים לנו לזהות מה נאמר. רוב התנועות מכילות לפחות ארבעה פורמנטים ניתנים להבחנה, ולעיתים אף יותר משישה פורמנטים.

קול

קול במובן צליל היא תופעה פיזית ומתפשטת בחומר, אשר יכולה להיקלט על ידי איבר או מכשיר שמיעה ולהיות מתורגמת לחוויה חושית שמיעתית. המונח קול מתייחס לעיתים באופן ספציפי לקול האנושי, בדיבור ובזמרה, שהוא מקרה פרטי, סוג של צליל.

קונצרטחבאו

הקונצרטחבאו (בהולנדית: Concertgebouw, מילולית: "בניין קונצרטים"; נהגה בשפת המקור: קוֹנְסֶרְטחֶבָּאוּ) הוא בניין הקונצרטים המרכזי של אמסטרדם, הולנד, ומקום משכנה הקבוע של תזמורת הקונצרטחבאו. בזכות אקוסטיקה יוצאת דופן נחשב האולם הגדול של הקונצרטחבאו ("Grote Zaal") לאחד משלושת אולמות הקונצרטים המשובחים בתבל (יחד עם המוזיקפראיין שבווינה וה"בוסטון סימפוני הול" שבבוסטון).

שפתות הקול

שפתות הקול (vocal folds), המכונות גם מיתרי הקול (vocal cords), הן שתי רקמות ריריות לבנות המתוחות בצורה אופקית משני צדדיו של בית הקול הנמצא בחלקו העליון של קנה הנשימה. צבען לבן משום מחסור בזרימת דם מספקת.

שפתות הקול אחראיות על יצירת מגוון הקולות האנושיים. בזמן נשיפה, כאשר האוויר זורם אל מחוץ לריאות ניתן להשתמש בהן כדי לדבר ולהשמיע קולות נוספים. בנשימה רגילה, שפתות הקול מרוחקות למדי זו מזו, כך שהאוויר העובר ביניהן מרעיד אותן בצורה שלא מספיקה ליצירת הקול אך שרירים המסודרים שתי וערב בבית הקול מווסתים את מידת הקִרבה בין שפתות הקול.

גון הקול תלוי בעובי שפתות הקול, באורכן ובמצב המתיחה שלהן ששונה אצל כל אדם. כאשר קצב תנודותיהן של שפתות קול ארוכות נמוך יותר כך יורדת תדירות גלי הקול וכך הקול נשמע נמוך יותר, ולהפך. בתקופת ההתבגרות גדלות שפתות הקול של הנערים ובעקבות זאת קולם נהיה נמוך.

שקט

שקט (או דממה) הוא מצב של היעדר קול או הימצאו של קול בעוצמה נמוכה מאוד שלא מושכת תשומת לב.

שריקה

שריקה היא השמעת צליל על ידי זרם אוויר מהיר, הזורם דרך בית תהודה בעל פתח קטן, וגורם למערבולות. בני אדם יכולים לשרוק בשיטות שונות בעזרת פיהם, והשריקה משמשת אותם הן לצרכים מוזיקליים והן, לעיתים, לתקשורת. גם בעלי חיים מסוימים משתמשים בשריקה לצורכי תקשורת.

ניתן להפיק צליל של שריקה גם באמצעות כלים שונים, ביניהם ניתן למנות את המשרוקית של שופטי ספורט, ואת הצפירות המושמעות על ידי קטרי קיטור ואוניות.

תיבת תהודה

תיבת תהודה, היא חלל ריק שתפקידו להגדיל את עוצמת הצליל, לתת לו סאונד משובח ועמוק יותר (בעל ״הד״) ולהוציא אותו אל חלל החדר. תיבת התהודה משמשת בכלי נגינה (כמו גיטרה למשל). ללא תיבת התהודה הצליל היה חלש ולא היה נשמע לאוזן. דפנות תיבת התהודה מקבלות את התנודות מהמיתרים ויוצרות תנודות באוויר שבתיבה. תיבת התהודה אינה הדרך היחידה להגביר את הצליל של כלי נגינה. בגיטרה חשמלית, למשל, הגיטרה מוגברת באמצעות פיקאפ אשר מעביר את האות מהגיטרה למגבר. ניתן להשתמש במגבר במקביל לתיבת התהודה, אם כי תיבת התהודה יכולה לגרום למשוב (פידבק) כאשר משתמשים בה ביחד עם המגבר.

דוגמה לתיבת תהודה הוא גופן של הגיטרות האקוסטיות והקלאסיות שבמרכזן, מתחת למיתרים, יש חור.

ככל שתיבת התהודה יותר גדולה, כך גם הצליל יהיה יותר חזק: בקונטרבס, למשל, הצליל רם יותר מאשר בכינור.

בכלי פריטה עתיקים, כגון הלירה, תיבת התהודה הייתה עשויה משריון צב.

ברמקולים למשל, משתמשים גם כן בתיבות תהודה כדי ליצור צליל איכותי וטוב יותר.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.