קול וגלי קול



גלי קול  –  סקירה כללית

גלי קול (sound waves) הם גלים מכאניים של תנודות של שינויי לחץ.

גלי קול מתפשטים במרחב, דרך האוויר, או דרך גזים אחרים, או דרך נוזלים, או דרך עצמים מוצקים מסוימים. גלי קול אינם יכולים להתפשט בריק (ואקום). במאמר זה נתמקד בהתפשטות גלי הקול באוויר.

גלי קול נוצרים כאשר עצם מסוים רוטט. נקרא לאותו עצם 'מקור הקול'. הרטיטות של מקור הקול מועברות אל פרודות האוויר ומפשטות בחלל דרך האוויר. גלי הקול הם תנודות של שינויים מחזוריים בלחץ האוויר.

דוגמא להמחשה.
בדוגמא זאת יובא הסבר שהוא מעט פשטני וסכמאתי, אבל נראה לי שהוא מצליח להמחיש את תופעת גלי הקול.

בדוגמא שלנו, גיטרה (או כינור, או נבל, או כל כלי מיתרים אחר) ממוקמת במקום מסוים. ליד הגיטרה נמצא אדם, אשר נקרא לו 'הנגן'. במרחק של מטר, או מספר מטרים, מהגיטרה 'והנגן' נמצא אדם נוסף, אשר נקרא לו 'המאזין'.

'הנגן' פורט באצבעו על אחד ממיתרי הגיטרה. פעולת פריטת האצבע על המיתר גורמת למיתר לרטוט. המיתר רוטט בתדר (או בקצב) של בין כמה עשרות פעמים בשנייה ועד כמה עשרות אלפי פעמים בשנייה.

כאשר המיתר רוטט, הוא נע (גם) לכיוון 'המאזין' וגם לכיוון מנוגד 'למאזין'. (למעשה, המיתר רוטט, או נע, לכל הכיוונים. לצורך הסבר זה, לשם הבהרה, נתייחס רק לתנועת המיתר בכיוון המתייחס 'למאזין').

כאשר המיתר זז לכיוון 'המאזין', הוא דוחף את פרודות האוויר לכיוון 'המאזין'  –  ובכך הוא מגדיל, באופן רגעי, את לחץ האוויר לאותו כיוון. כאשר המיתר זז בכיוון המנוגד 'למאזין', הוא דוחף את פרודות האוויר בכיוון המנוגד 'למאזין'  –  ובכך הוא מקטין, באופן רגעי, את לחץ האוויר לכיוון המאזין.

באופן חזותי ניתן לדמות גלי קול לאדווה, או גלים, המתפשטים באגם כאשר משליכים לתוכו אבן, כמו באיור הבא:

גלים באגם



אופן התפשטות גלי הקול

גלי הקול הם גלים של לחץ גדול יותר ולחץ קטן יותר, אשר מתפשטים במרחב דרך האוויר. מה שמתפשט במרחב באמצעות האוויר אלה לא פרודות האוויר עצמן, אלא הגלים, או האזורים, של לחץ אוויר גדול יותר ולחץ אוויר קטן יותר. במילים אחרות, השינויים המחזוריים בלחץ האוויר, הם המתפשטים במרחב.

דרך תווך (medium) של גז, פלזמה ונוזל, קלי קול מתפשטים בצורת גלים אורכיים, או גלי אורך (longitudinal waves), הנקראים גם גלי דחיסה (compression waves).

איור להמחשת גלי קול בין רמקול לאוזן אדם:

גלי קול מרמקול



אופי וצורת גלי הקול

גלי קול הם ברובם גלי סינוס (sine waves), כפי שניתן לראות באיור הבא:

סינוס 1


בגל סינוס, הגל מתחיל מנקודת האפס, מגדיל את המשרעת (amplitude) שלו בהדרגה עד לשיא החיובי שלו, מהשיא החיובי משרעת הגל יורדת בהדרגה עד לנקודת האפס ומשם משרעת הגל יורדת (או גדלה לכיוון השלילי) על לשיא השלילי  –  ומהשיא השלילי משרעת הגל עולה (או נעשית פחות שלילית), בחזרה לנקודת האפס  –  וחוזר חלילה. במקרה של גלי קול באוויר, נקודת האפס היא הלחץ האטמוספרי (לחץ האוויר) הקיים טרם הופעת גל הקול.

המחשה של צורת סינוס ניתן לראות באיור הבא:

סינוס 2


האיור הבא מתאר לחץ אוויר משתנה בין רמקול לאוזן אדם ומתחתיו את צורת הסינוס המתארת את שינויי המשרעת של לחץ האוויר:

גלי קול



תדר גלי הקול

גלי הקול הם מחזוריים, דהיינו, הגל חוזר על עצמו שוב ושוב. מספר המחזורים השלמים של הגל במשך שנייה אחת נקרא התדר, או התדירות (frequency) והוא נמדד ביחידות הרץ (Hertz), או קילו-הרץ (קה"ץ) (Kilo-Hertz or KHz) . בגל שהתדר שלו הוא מאה הרץ, מתקיימים מאה מחזורים של הגל במשך שנייה אחת. בגל שהתדר שלו הוא עשרה קילו-הרץ, מתקיימים עשרת אלפים מחזורים של הגל במשך שנייה אחת.

באיור הבא נראה תיאור גרפי של גלי קול בתדרים שונים, הגלים הגבוהים באיור הם בעלי תדר נמוך יותר והגלים הנמוכים הם בעלי תדר גבוה יותר:

תדרים שונים


על פי המקובל, מנגנון השמיעה האנושי מבחין בגלי קול אשר התדר שלהם הוא בין 20 הרץ בגבול התחתון ועד 20 קה"ץ, או עשרים אלף הרץ, בגבול העליון. אצל אנשים מבוגרים, עם הגיל, הרגישות לתדרים הגבוהים יורדת, לפעמים עד 15 קה"ץ, או פחות.

יש בעלי חיים השומעים קולות בתדרים גבוהים יותר מאשר בני אדם. כלבים שומעים תדרים של עד 60 קה"ץ (מותנה בגזע ובגיל הכלב). עטלפים שומעים תדרים של עד 150 קה"ץ. עטלפים ודולפינים מפיקים גלי קול ומשתמשים בגלי הקול החוזרים לצורך ניווט, בדומה לסונאר (SONAR  –  Sound Navigation And Ranging).

במוזיקה, תדר הצליל קובע את גובה הצליל (pitch).


הרמוניות של גלי קול

כמעט לכל גלי הקול הטבעיים (הנוצרים בטבע) יש תדר יסוד בצירוף סדרת תדרים גבוהים יותר. במרבית כלי הנגינה, התדרים הגבוהים יותר מתדר היסוד הם כפולות שלמות (כפולות במספרים שלמים) של תדר היסוד. כאשר התדרים הגבוהים יותר הם כפולות שלמות של תדר היסוד, תדרים אלה נקראים הרמוניות (harmonics). כאשר קיים רק תדר יסוד, או תדר יסוד בצירוף הרמוניות, הצליל הוא "מוזיקאלי"  –  כמו הצלילים של כל הנגינה האקוסטיים.

תדר היסוד נקרא לפעמים גם ההרמוניה הראשונה. ההרמוניה השנייה היא בתדר שהוא מכפלה של תדר היסוד בשניים, ההרמוניה השלישית היא בתדר שהוא מכפלה של תדר היסוד בשלוש  –  וכך הלאה. לגל בעל תדר יסוד של 1 קה"ץ, ההרמוניה השנייה היא בתדר של 2 קה"ץ, ההרמוניה השלישית היא בתדר של 3 קה"ץ  –  וכך הלאה.

אחד מכלי הנגינה היוצאים מהכלל בעניין ההרמוניות הוא חליל צד. חליל צד מייצר בדרך כלל רק את תדר היסוד, ללא הרמוניות. לכן אומרים שחליל צד מפיק צליל (tone) טהור מאד.

בגלי קול שיוצרים עצמים שאינם כלי נגינה, פעמים רבות התדרים הגבוהים יותר המתווספים לתדר היסוד אינם כפולות שלמות של תדר היסוד. במקרים כאלה, הצליל שמפיקים עצמים כאלה אינו "מוזיקאלי", הוא נחשב לרעש.

כאשר קיים גל בעל תדר יסוד בצירוף תדרים גבוהים יותר, הגל מקבל צורה מורכבת, המתקבלת מצירוף כלל התדרים של תדר היסוד והתדרים הגבוהים יותר.

האיור הבא מתאר כיצד שני גלי סינוס (למעלה), בשני תדרים שונים, המתלכדים לכדי גל אחד בעל צורת גל מורכבת (למטה), צורת גל המורכבת מצירוף התדרים של שני הגלים המקוריים:

סינוס 3


הגוון (timbre), או הצליל האופייני, של כל כלי נגינה נוצר על ידי ההרמוניות. איזה הרמוניות מתלוות לתדר היסוד בכל כלי נגינה מסוים  –  וכן יחס העוצמות של כל אחת מההרמוניות לעוצמה של תדר היסוד, הם הקובעים את גוון הצליל האופייני של כל כלי נגינה. זה נכון גם לקולות אנושיים. בכלי נגינה, לא רק שההרמוניות קובעות את הבדלי הצליל בין כינורות לוויולות ובין כינורות לחצוצרות, למשל, הן גם קובעות את הבדלי הצליל בין כינורות שונים, של יצרנים שונים ומתקופות שונות.

האיור הבא מראה את צורת הגל של כינור:

כינור


האיור הבא מראה גלי קול של שני כלי נגינה שונים, אשר לשניהם יש צליל באותו גובה (בתדר זהה), אבל ההתפלגות הרמונית שלהם שונה זאת מזאת:

כלי נגינה



מהירות גלי הקול

מהירות גלי הקול מותנית בתווך (medium) דרכו מתפשטים גלי הקול. מהירות גלי הקול היא תכונה של חומר התווך והיא מותנית בטמפרטורה. באוויר, בגובה פני הים, בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, מהירות גלי הקול היא בסביבות 1,230 קמ"ש (קילומטר לשעה), או בסביבות 343 מטר לשנייה.


אורך הגל של גלי קול

אורך הגל של גל קול הוא האורך במטרים עליו משתרע מחזור שלם אחד של גל קול. אורך גל קול הוא מהירות ההתפשטות שלו, מחולקת בתדר שלו. באוויר, בגובה פני הים, בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, מהירות הקול היא בסביבות 343 מטר לשנייה. אורכו של גל בעל תדר של 20 הרץ (הנחשב לסף התדר התחתון של השמיעה האנושית) יהיה אם כן (17~ = 20 / 343), בסביבות 17 מטר. בדומה, אורכו של גל קול בתדר 1 קה"ץ יהיה בסביבות 34 ס"מ. אורכו של גל בעל תדר של 20 קה"ץ (הנחשב לסף התדר העליון של השמיעה האנושית) יהיה בסביבות 17 מ"מ.

האיור הבא ממחיש את אורך הגל:

אורך הגל



לחץ גלי הקול

במדידת חוזק גלי הקול, מודדים את רמת לחץ הקול (Sound Pressure Level  –  SPL). לחץ כאן הוא גודל פיזיקאלי המבטא את מידת הכוח המופעל על יחידת שטח. רמת לחץ הקול (SPL) היא ההפרש בין הלחץ המקומי הממוצע של התווך (medium) (אוויר, במקרה שלנו) לבין שינויי הלחץ של גל הקול. בדרך כלל, רמת לחץ הקול נמדדת ביחידות לוגריתמיות של דציבל (עשירית בל) (decibel or dB). הנתון של מידת לחץ הקול הוא ביחידות dBSPL. ליחידות דציבל יש משמעות רק כאשר מדובר על יחס בין שני נתונים שונים. עוצמת גלי הקול הנקובה ביחידות דציבל מתייחסת לנתון ייחוס (reference), בדרך כלל על פי תקן ANSI.

בדרך כלל, במדידת עוצמות גלי קול משתמשים בממוצע שורש הריבועים (RMS  –  Root Mean Square).

שינויי הלחץ של גלי הקול הם קטנים מאד בהשוואה ללחץ האטמוספרי (לחץ האוויר).

בשטח פתוח, לחץ גלי הקול נמצא ביחס הפוך לריבוע המרחק. דהיינו, לחץ גלי הקול קטן ככל שגדל המרחק ממקור הקול. מאחר וגלי הקול מתפשטים במרחב תלת-מימדי, לחץ גלי הקול יקטן בשיעור של ריבוע המרחק. מאחר ולחץ גלי הקול נמדד ביחידות דציבל, שהן לוגריתמיות, כאשר לחץ גלי הקול קטן פי שניים, יש ירידה של שש דציבל (6dB) בלחץ הקול.


התנהגות גלי קול: החזרה השתברות, ספיגה, פיזור והטיה

כאשר גלי קול נתקלים במחסום קשיח, או במחסום בעל מידה נמוכה של גמישות (אלסטיות), הם יתנהגו באחת מהצורות הבאות.

אם המחסום הוא גדול, ביחס לאורך הגל של גלי הקול, או אם המחסום הוא סגור משלושה כיוונים לפחות, כל עוצמתו של הגל, או חלק ממנה, תוחזר מהמחסום. זאת החזרה (reflection). במקרה זה, המחסום פועל על גלי הקול כשם שמראה פועלת על גלי אור. כאשר נוצרת החזרה של גל קול ממחסום בעל שטח פנים ישר, זווית ההחזרה שווה לזווית הפגיעה של גל הקול במחסום  –  אבל בכיוון הפוך לכיוון המקורי של התפשטות גל הקול.

חלק מעוצמתו של גל הקול עשויה לעבור למחסום ולגרום לו לרטוט בתדר, או בתדרים, של גלי הקול. פעולה זאת היא שידור, או העברה, של גלי הקול. בחומרים שונים, מהירות הקול שונה. כאשר גל קול, או חלק ממנו, עובר לעצם שהחומר ממנו הוא עשוי שונה מהאוויר, מהירות התפשטות גלי הקול באותו עצם תשתנה. שינוי זה של מהירות גלי הקול יוצרת השתברות (refraction) של גלי הקול.

כאשר חלק מעוצמתו של גל הקול עוברת למחסום, תהיה הנחתה (ירידה) בעוצמתו של גל הקול המוחזר מהמחסום. אותו חלק העוצמה של גל הקול אשר עבר למחסום, נספג על ידי המחסום. מהמחסום תהיה החזרה של אותו חלק מעוצמת גל הקול אשר לא נספג במחסום. במחסום נוצרת ספיגה (absorption) של חלק מעוצמת גלי הקול. לחומרים שונים יש מקדם ספיגה (absorption coefficient), או כושר ספיגה, שונה. בחומרים בעלי מקדם ספיגה גבוה משתמשים לטיפולים אקוסטיים מסוימים.

אם במחסום יש פתח, או אם המחסום לא סגור משלושה כיוונים לפחות, או אם המחסום קטן ביחס לאורך הגל של גלי הקול  –  חלק מעוצמתו של גל הקול עשוי לעקוף את המחסום ולהמשיך להתפשט הלאה, תוך שינוי הכיוון שלו. זאת פעולת הטיה (diffraction).

אם פני השטח של המחסום אינם ישרים, דהיינו, אם המחסום קמור, קעור, מחורץ, משונן או גלי  –  גלי הקול יוחזרו ממנו לכיוונים שונים. כתוצאה ייווצר פיזור (scattering), או התפזרות, של גלי הקול.


הד והדהוד

כאשר גל קול נתקל במחסום, חלק מגל הקול נספג על ידי המחסום וחלק מגל הקול מוחזר על ידי המחסום. כאשר נוצרת החזרה של גלי קול בשטח פתוח, או בחללים סגורים בעלי מימדים גדולים מאד, נשמע את גל הקול פעמיים, או מספר פעמים, פעם אחת את גל הקול הישיר ופעם שנייה, או בפעמים הבאות, את גל הקול המוחזר, או את גלי הקול המוחזרים. בשטח פתוח, או בחללים סגורים בעלי מימדים גדולים מאד, כאשר נשמע את הקול המוחזר כמה פעמים, יהיו הפרשי זמן גדולים, יחסית, ביניהן והם יהיו מובחנים היטב האחד מהשני. תופעה זאת נקראת הד (echo). הההד הוא גל הקול, או גלי הקול, המוחזרים ממחסום כלשהו.

בחלל סגור שאינו גדול מאד, תהיינה מספר החזרות של גל הקול  –  מהקירות השונים, מהרצפה ומהתקרה. כך נשמע את גל הקול מספר פעמים, נשמע את גל הקול הישיר וכן את ההחזרות שלו. תופעה זאת נקראת הדהוד (reverberation). בדרך כלל, ההדהוד יהיה בולט לאוזן בחדרים שבהם מימדי המרחק בין הקירות, הרצפה והתקרה הוא 17 מטר, או פחות. הסיבה לכך היא שהמוח שומר על זיכרון של הצליל למשך בסביבות עשירית שנייה. כאשר הפרש הזמן בין גל הקול הישיר להחזר שלו הוא פחות מעשירית שנייה, המוח יפרש את זה כצליל אחד מתמשך. במקרים כאלה ההדהוד יתבטא בתחושה של צלילים נמשכים, או "מרוחים". כאשר הפרש הזמן בין גל הקול הישיר להחזר שלו הוא יותר מעשירית שנייה, יישמע הדהוד  –  דהיינו, כאשר יש החזר אחד, נשמע את הצליל חוזר על עצמו פעמיים. בחללים סגורים, בדרך כלל יהיה יותר מהחזר אחד של גל הקול, משום שיש החזרים מהקירות, מהתקרה ומהרצפה. לכן נשמע את הצליל חוזר על עצמו מספר פעמים, במרווחי זמן קצרים מאד.


התאבכות גלי קול

התאבכות (interference) היא תופעה המתרחשת כאשר שני גלי קול נפגשים בעודם מתפשטים בתווך אחד (במקרה שלנו, באוויר). התאבכות של שני גלי קול יוצרת גל קול שלישי, שמאפייניו הם סיכום המאפיינים של שני גלי הקול אשר יצרו אותו.

ההתאבכות יכולה להיות התאבכות בונה (constructive interference), או התאבכות הרסנית (destructive interference).

לדוגמא, ניקח שני רמקולים הנמצאים בחלל נתון, כאשר שניהם מנגנים בו-זמנית צליל אחד (שני הרמקולים מנגנים צליל בעל תדר זהה). כאשר 'המאזין' נמצא במרחק מסוים מהרמקולים  –  בהתאם לאורך הגל של הצליל המושמע  –  יהיה מרחק מסוים של 'המאזין' מהרמקולים בו שני גלי הקול, הבוקעים מכל אחד משני הרמקולים, יהיו במופע (פאזה) זה לזה. כאשר שני הגלים נמצאים במופע, השיא החיובי של גל אחד נמצא מול השיא החיובי של הגל השני. במקרה זה, הגל השלישי, שהוא הסיכום של שני הגלים שיצרו אותו והוא הנשמע לאוזן, יהיה בעל משרעת (עוצמה) כפולה ביחס לכל אחד משני הגלים שיצרו אותו. זאת התאבכות בונה.

המחשה של התאבכות בונה:

התאבכות בונה


כאשר 'המאזין' ינוע בחלל וישנה את המרחק שלו מהרמקולים, במרחק מסוים של 'המאזין' מהרמקולים, גלי הקול הבוקעים משני הרמקולים יהיו במופע הופכי (פאזה הופכית). דהיינו, המופע (פאזה) של גל אחד יהיה מנוגד ב-180 מעלות למופע של הגל השני. כאשר גל אחד נמצא במופע הופכי לגל האחר, השיא החיובי של גל אחד נמצא מול השיא השלילי של הגל השני. סיכום שני גלים אלה יהיה אפס. במילים אחרות, גל קול אחד מבטל את השני והשילוב של שניהם יוצר גל שלישי בסכום אפס. זאת התאבכות הרסנית.

המחשה של התאבכות הרסנית:

התאבכות הרסנית


כאשר כל אחד משני הרמקולים ינגן צליל בתדר שונה אבל קרוב, תיווצרנה פעימות, או פעמות (beats) של עוצמה עולה ויורדת של גלי הקול. בנקודות בהן שני התדרים יהיו במופע האחד כלפי השני, תהיה התאבכות בונה ועוצמת הקול תעלה. בנקודות בהן שני התדרים יהיו במופע הופכי אחד כלפי השני, תהיה התאבכות הרסנית ועוצמת הקול תרד. הפעימות תהיינה בתדר שהוא הפרש התדרים של שני הצלילים.

המחשה של פעימות:

פעמות






גלים עומדים

גלים עומדים (standing waves) נוצרים בכלי נגינה שונים.
לצורך סקירה זאת, נתמקד בגלים עומדים הנוצרים בחללים סגורים  –  מה שקשור למערכות שמע.

כאשר גל קול ישיר פוגע בקיר, חלק מגל הקול מוחזר מהקיר. כתוצאה נוצרת התאבכות בין גל הקול הישיר לבין גל הקול המוחזר. בנקודות מסוימות בחלל החדר תיווצר התאבכות בונה, בעוד בנקודות אחרות בחלל החדר תיווצר התאבכות הרסנית. תופעה זאת מתרחשת בעיקר בתדרים הנמוכים והתדרים הבינוניים-נמוכים  –  משום שבתדרים אלה, אורך הגל מתאים למרחקים בין הקירות. הנקודות בחלל בהן נוצרת התאבכות הן קבועות  –  הן נקבעות על ידי תדר גל הקול, המופע (פאזה) בין גל הקול הישיר לבין גל הקול המוחזר והממדים הפיזיים של החדר. כך נוצרים גלים עומדים. הם נקראים גלים עומדים משום שמקומות ההתאבכות בחלל החדר הם קבועים. אם נשמיע מרמקול צליל בתדר נמוך, או בתדר בינוני-נמוך  –  וננוע ברחבי החדר  –  נבחין שיש מקומות מסוימים בחדר בהם הצליל נשמע חזק יותר מהממוצע (במקומות בהם נוצרת התאבכות בונה), בעוד יש מקומות מסוימים אחרים בחדר בהם הצליל נשמע חלש יותר מהממוצע, לפעמים הצליל חלש מאד (במקומות בהם נוצרת התאבכות הורסנית).

איור להמחשת גלים עומדים:

גלים עומדים


גלים עומדים הם תופעה לא רצויה בחדרים בהם יש מערכת שמע.

יש שתי דרכים כדי להתמודד עם גלים עומדים מפריעים:
  • איתור מיקום מתאים לרמקולים ולנקודת ההאזנה
  • טיפול אקוסטי
הרחבה בנושא זה תופיע בהמשך, במאמר נפרד.


תדר טבעי

כמעט כל עצם רוטט כאשר מכים בו, או מקישים עליו, או פורטים עליו. אם נפיל סרגל, או עיפרון לרצפה, הוא ירטוט ויפיץ גלי קול (ישמיע קול). אם נפרוט על מיתר של גיטרה, הוא ירטוט ויפיץ גלי קול. אם ננשוף על בקבוק משקה קל ריק, האוויר שבתוכו ירטוט ויפיץ גלי קול.

כאשר יוצרים בעצם כלשהו הפרעה (מכה, הקשה, פריטה), לכל עצם מסוים יש נטייה לרטוט בתדר, או בסדרת תדרים (תדר יסוד בצירוף תדרים גבוהים יותר), האופייניים לאותו עצם. התדר, או התדרים, בהם עצם כלשהו נוטה לרטוט כאשר יוצרים בו הפרעה נקראים התדר הטבעי (natural frequency), או התדרים הטבעיים (natural frequencies), של אותו עצם. אם משרעת התנודות מספיק גדולה ואם התדר הטבעי של אותו עצם נמצא בטווח התדרים של השמיעה האנושית (בין 20 הרץ ועד 20 קה"ץ), אותו עצם יפיץ גלי קול אשר יישמעו לאוזן אנושית.


תהודה

בפיזיקה, תהודה (resonance) היא הנטייה של עצם, או של מערכת, לרטוט בתדר מסוים, או בתדרים מסוימים, במשרעת (עוצמה) גדולה יותר מאשר בתדרים אחרים. התדרים בהם משרעת התגובה היא מרבית נקראים תדרי תהודה (resonant frequencies) או (resonance frequencies). בתדרים אלה, גם הפעלת כוח קטן על העצם תגרום לתנודות במשרעת גדולה.

כאשר עצם מסוים רוטט (מפיץ גלי קול) בתדר הזהה לתדר הטבעי, או לאחד מהתדרים הטבעיים, של עצם אחר הנמצא קרוב אליו, העצם השני יתחיל לרטוט גם הוא. העצם השני ירטוט בהשפעת גלי הקול שמקורם בעצם הראשון, ללא מגע פיזי ישיר ביניהם. תופעה זאת נקראת תהודה (resonance).

המונחים תדר טבעי (natural frequency) ותדר תהודה (resonance frequency), או תדרים טבעיים ותדרי תהודה (resonance frequencies)  –  חופפים.

למעשה, כל גלי קול הסמוכים למרבית העצמים, ירטיטו את העצם. כאשר גלי הקול הם בתדר שונה מהתדר הטבעי, או מאחד מהתדרים הטבעיים, של העצם  –  רטיטות העצם תהיינה חלשות מדי מכדי שהוא יפיק קול נשמע לאוזן. כאשר גלי הקול הם בתדר זהה לתדר הטבעי, או לאחד מהתדרים הטבעיים, של העצם, פעמים רבות העצם ירטוט בעוצמה מספקת כדי להפיק גלי קול נשמעים לאוזן. תהודה מתרחשת רק כאשר התדר של העצם הראשון זהה לתדר הטבעי, או לאחד מהתדרים הטבעיים, של העצם השני.

תדר התהודה נובע מהתכונות הפיזיקאליות של החומר.

כלי הנגינה בנויים על עקרון התהודה.

בכלי מיתרים, כמו כינור, או גיטרה  –  המסה של המיתר, מידת המתיחה שלו ואורכו הם הקובעים את התדרים הטבעיים (תדרי התהודה) של המיתר. אורך הגל של תדר התהודה הראשון (תדר היסוד) של המיתר הוא שווה ערך לכפלים אורך המיתר (אורך המיתר כפול שניים). אורכי הגל של תדרי התהודה הגבוהים יותר (ההרמוניות) יהיו שווי ערך לחלוקה במספרים שלמים של אורך הגל של תדר התהודה הראשון.

בכלי נשיפה, תדר התהודה נקבע על ידי אורך צינור האוויר, צורתו  –  וכן אם הוא סגור או פתוח בקצותיו.

צורת צינור האוויר יכולה להיות גליל (צילינדר), כמו בחליל צד  –  או חרוט (קונוס), כמו בסקסופון, אבוב ובסון.

יש כלי נגינה שבהם יש עמוד אוויר פתוח (open-end air column), כמו מרבית כלי הנשיפה  –  ויש כלי נגינה שבהם יש עמוד אוויר סגור (closed-end air column), כמו אורגן (אורגן כנסייה).


תיבת תהודה

תיבת תהודה, נקראת באנגלית sound box או sounding box או soundbox.

תיבת תהודה היא מבנה סגור, או סגור ברובו. במרבית המקרים תיבות תהודה עשויות מעץ.

תיבת תהודה קיימת במרבית כלי המיתרים האקוסטיים, כמו כינור, וויולה, צ'לו, קונטרה-בס  –  וכן גיטרה, בנג'ו וכלי נגינה דומים.

תפקידה העיקרי של תיבת התהודה הוא להגביר (להגדיל) את המשרעת (העוצמה) של גלי הקול שמפיק כלי הנגינה. בנוסף, המבנה והצורה של תיבת התהודה וכן החומר ממנו היא עשויה משפעים על גוון הצליל (timbre), או (tone color) או (tone quality) של כלי הנגינה.

גם מרבית הרמקולים משתמשים בתיבת תהודה כדי להגביר את משרעת (עוצמת) גלי הקול שהם מפיקים  –  בפרט בתדרים הנמוכים.


הדמיה של מספר תופעות בגלי קול

בקישור הבא מובא יישום קטן, או יישומון (applet) להדמיה של מספר תופעות המתרחשות בגלי קול: תופעות בגלי קול

כדי להפעיל את היישומון, יש להקיש עם העכבר על "!Run Now".

ביישומון זה, למעלה, יש חמש לשוניות, כל לשונית מבצעת הדמיה של תופעה אחרת בגלי קול.

בצד ימין, בחלק העליון של היישומון, יש שני זחלנים (בקרים, או פקדים) אופקיים, אשר ניתן לגרור אותם באמצעות עכבר המחשב.
באמצעות הזחלן הגבוה יותר ניתן לשנות את תדר ההדמיה ובאמצעות הזחלן הנמוך יותר ניתן לשנות את המשרעת, או את עוצמת השמיעה.

מתחת לזחלנים האלה יש אפשרויות בחירה, אפשרויות שונות לכל לשונית.

הלשונית הראשונה משמאל נקראת Listen to a Single Source והיא מדמה האזנה למקור קול יחיד.
בלשונית זאת, מתחת לשני הזחלנים, יש שלוש אפשרויות בחירה תחת Audio Control.
על ידי סימון הריבוע שלידו כתוב Audio enabled, נשמע את ההדמיה דרך הרמקולים של המחשב.
על ידי סימון העיגול שלידו כתוב Listener, במקום סימון ברירת המחדל של העיגול שלידו כתוב Speaker, נוכל לשמוע את השינויים בעוצמת הקול כאשר נקרב, או נרחיק, את 'המאזינה' מהרמקול.
ניתן להזיז את 'המאזינה' במישור האופקי, על ידי לחיצה על מתג העכבר וגרירת הדמות.

הלשונית השנייה משמאל נקראת Measure והיא מאפשרת למדוד את מרחק ההתפשטות של גלי הקול, במשך הזמן.

הלשונית השלישית משמאל נקראת Two Source Interference, דהיינו, התאבכות של גלי קול משני מקורות.
על ידי סימון הריבוע שלידו כתוב Audio enabled, נשמע את ההדמיה דרך הרמקולים של המחשב. ניתן להזיז את 'המאזין' לכל הכיוונים.

הלשונית הרביעית משמאל נקראת Interference by Reflection, דהיינו, התאבכות כתוצאה מהחזרה.
ניתן לשנות את מרחק הקיר וכן את זווית הקיר. כמו כן ניתן לבחור בין שמע רציף לבין שמע פועם (pulse).

הלשונית החמישית משמאל נקראת Listen with Varying Air Pressure, דהיינו, האזן עם לחץ אוויר משתנה.
יישום זה מדמה את ההשפעה של הורדת לחץ האוויר בתוך תיבת הרמקול על עוצמת השמיעה.
על ידי סימון הריבוע שלידו כתוב Audio enabled, נשמע את ההדמיה דרך הרמקולים של המחשב.
על ידי לחיצה על המלבן הירוק שבתוכו כתוב Remove Air from Box, לחץ האוויר שבתוך תיבת הרמקול ירד בהדרגה, על שכל האוויר בתיבת הרמקול יתרוקן.
זאת הדמיה לתופעה שלא ניתן לשמוע גלי קול בריק (וואקום).







לתוכן העניינים





שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה: דואר אלקטרוני E-mail



כל הזכויות שמורות.
Copyright © - 2011-2012 ליהושע גומא,
תל מונד