ఈల... ధ్వని సూత్రం

  మనం ఏదో ఒక సందర్భంలో ఈలలు వేసే ఉంటాం. నోటిలో వేళ్లు పెట్టుకుని లేదా విజిల్ సాయంతో ఈలను సృష్టిస్తాం. వేణువు, ఇతర సంగీత వాయిద్యాలు కూడా ఈలను పోలి ఉంటాయి. ఈల (Whistle) లో ఒకే రంధ్రం ఉంటే వేణువులో ఎక్కువ రంధ్రాలు ఉంటాయి. ఈల పనిచేయడం వెనక దాగిన సైన్సు సూత్రం ఏమిటి..?

  ధ్వని శక్తి స్వరూపం. దీని వల్ల వినికిడి జ్ఞానం కలుగుతుంది. కంపించే వస్తువు ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తే, దానికి అనుగుణంగా చెవిలోని కర్ణభేరి కంపించడం వల్ల ఆ ధ్వనిని చెవి గుర్తిస్తుంది. చెవికి ఇంపైన వాటిని ధ్వనులు అని, అసౌకర్యంగా ఉండే వాటిని శబ్దాలు (చప్పుళ్లు) అని అంటారు. సంగీత వాయిద్యాలు ధ్వనులను వెలువరిస్తే, యంత్రాలు, వాహనాలు శబ్దాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.

శ్రవ్య అవధి: మానవుడి చెవి కేవలం 20 నుంచి 20 వేల హెర్ట్జ్‌ల (Hz)మధ్య పౌనఃపున్యం ఉండే ధ్వనులను మాత్రమే వినగలుగుతుంది. దీన్నే శ్రవ్య అవధి అంటారు.

* 20 Hz కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యం ఉండే పరశ్రావ్యాలను, 20,000 Hz కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యం ఉండే అతిధ్వనులను కొన్ని జంతువులు వినగలుగుతాయి.
భూకంపాలు, అగ్నిపర్వత ప్రకంపనలు ఉత్పత్తి చేసే పరశ్రావ్యాలను వినగల జంతువులు, పక్షులు ఆ ఉపద్రవాన్ని ముందుగానే గ్రహించి ఆ ప్రాంతాలను వదిలి పారిపోతాయి. 2004లో సునామీ వచ్చినప్పుడు ఆ ప్రాంతంలోని జంతువులు పారిపోవడం దీనికి ఉదాహరణ.
* పావురాలు, తిమింగలాలు, ఖడ్గమృగాలు, ఏనుగులు పరశ్రావ్యాలను గుర్తిస్తే, గబ్బిలం అతిధ్వనులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, వింటుంది. అతిధ్వనుల పరావర్తనం ఆధారంగానే గబ్బిలం తన మార్గంలోని అడ్డంకులను, ఆహారాన్ని (కీటకాలను) గుర్తిస్తుంది.
శూన్యంలో ధ్వని ప్రయాణిస్తుందా...
* ధ్వని యాంత్రిక తరంగాల రూపంలో ప్రయాణిస్తుంది. యాంత్రిక తరంగాల ప్రసారానికి యానకం అవసరం, కాబట్టి శూన్యంలో ధ్వని ప్రసరించదు.
* ధ్వని ఘన, ద్రవ, వాయు యానకల్లో ప్రసరిస్తుంది. యానకంలోని ధ్వని వేగం యానకం స్థితిస్థాపకత, జడత్వంపై ఆధారపడుతుంది.
* ధ్వని వేగం ఘన పదార్థాలలో అత్యధికంగా ఉంటే వాయువుల్లో అత్యల్పం.
ఉదా: గాలిలో కంటే, పట్టాల ద్వారా రైలు ఎంత దూరంలో ఉందో తెలుసుకోవచ్చు. దీనికోసం చెవిని పట్టాలపై ఉంచాలి.

ధ్వని వేగాల సుమారు విలువలు వివిధ యానకాల్లో...   

* యానకంలో ధ్వని వేగం యానకం ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతుంది. ప్రతి 1 °C పెరుగుదలకు గాలిలో ధ్వని వేగం 0.61 m/s పెరుగుతుంది.   

           Vt = t°C వద్ద ధ్వని వేగం, V0 = 0°C వద్ద ధ్వని వేగం
* గాలిలోని తేమతో ధ్వని వేగం పెరుగుతుంది.
* ధ్వని వేగం వాయువు పీడనంపై ఆధారపడదు.
* ధ్వని వేగం వాయువు సాంద్రత వర్గమూలానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

                       
  గాలిలోని  ధ్వని వేగంతో పోల్చితే వస్తువు వేగం ఎంత ఎక్కువో తెలియజేసే ప్రమాణం 'మ్యాక్ సంఖ్యా'. దీన్ని విమానాలు, క్షిపణుల వేగాన్ని కొలిచేందుకు వాడతారు.

మ్యాక్ సంఖ్య విలువ ఆధారంగా విమానాలు, క్షిపణులు, అంతరిక్ష వాహక నౌకల వేగాలు...

ఒక వస్తువు గాలిలో ధ్వని వేగం కంటే ఎక్కువ వేగంతో ప్రయాణిస్తే అది షాక్ వేవ్స్ (Shock Waves) లేదా అఘాత తరంగాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. షాక్ వేవ్స్‌తో ముడిపడి ఉండే ధ్వనిని సోనిక్ బూమ్ (Sonic Boom) అంటారు. ఇది గర్జించే మేఘాలు, పేళుల్ల శబ్దాలను పోలి ఉంటుంది. దీని అధికశక్తి వల్ల కిటికీల అద్దాలు పగిలిపోతాయి.
తరంగం:
       యానకంలోని కణాల ఆవర్తన చలనం వల్ల అలజడి (శక్తి) ఒక చోటు నుంచి మరో చోటుకు ప్రసరించే విధానమే 'తరంగం'. తరంగాలు మూడు రకాలు.
అవి:  * యాంత్రిక తరంగాలు (Mechanical Waves)
         * విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు (Electromagnetic Waves)
         * ద్రవ్య తరంగాలు (Matter Waves)
* తరంగ ప్రసారానికి పదార్థ యానకం అవసరమయ్యే తరంగాలను యాంత్రిక తరంగాలనీ, యానకం అవసరం లేని వాటిని విద్యుదయస్కాంత తరంగాలనీ నిర్వచించవచ్చు. పదార్థ కణాలైన ఎలక్ట్రాన్, ప్రోటాన్, న్యూట్రాన్ వంటివి వేగంగా ప్రయాణిస్తూ తరంగాలమాదిరిగా ప్రవర్తిస్తాయి. వీటినే ద్రవ్యతరంగాలంటారు.
* తరంగ లక్షణాలను తెలియజేసే పరామితులు ముఖ్యంగా మూడు. అవి..
         * కంపన పరిమితి (కణం పొందే గరిష్ఠ స్థానభ్రంశం)
         * తరంగ దైర్ఘ్యం (ఒకే ప్రావస్ధలోని వరుస కణాల మధ్య దూరం)
         * పౌనఃపున్యం (ఒక సెకన్ కాలంలో కణం చేసే కంపనాలు)
* తరంగ వేగం (V) = పౌనఃపున్యం (n) × తరంగ దైర్ఘ్యం (λ).

తరంగాలు ఒక యానకం నుంచి మరో యానకంలోకి ప్రవేశిస్తే మారకుండా ఉండే ఏకైక పరామితి వాటి పౌనఃపున్యం
* గాలిలో ధ్వని తరంగాలు యాంత్రిక అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు.
*  ఘన, ద్రవాల్లో ధ్వని తిర్యక్ తరంగాల రూపంలో ప్రయాణిస్తుంది.
* యానకం కణం తరంగ ప్రసారదిశకు సమాంతరంగా కంపిస్తే అది అనుదైర్ఘ్య తరంగం, లంబంగా కంపిస్తే తిర్యక్ తరంగం అంటారు.

ధ్వని అభిలక్షణాలు

  మనం అనునిత్యం ఎన్నో ధ్వనులను వింటాం. స్నేహితుల స్వరాల మధ్య, జంతువుల అరుపుల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని సులభంగా గ్రహిస్తాం. రెండు ధ్వనుల మధ్య తేడాలను ఏర్పరచేవి... పిచ్ (స్థాయి), తీవ్రత (intensity), గుణం (Quality).

పిచ్ (స్థాయి): ఇది తీక్షణమైన ధ్వనికి, గంభీరమైన ధ్వనికి మధ్య తేడాను తెలుపుతుంది. స్థాయి ధ్వని కీచుదనాన్ని తెలియజేస్తుంది. ఇది పౌనఃపున్యంపై ఆధారపడుతుంది.
* ఆడవారి గొంతుకు, మగవారి గొంతు కంటే స్థాయి ఎక్కువ.
¤ సింహనాదం, ఏనుగు ఘీంకారం కంటే తుమ్మెద ఝుంకారానికి పిచ్ ఎక్కువ.
తీవ్రత: ఇది బిగ్గరైన లేదా గట్టి స్వరాన్ని సూచిస్తుంది. ధ్వని జనకం నుంచి ప్రమాణకాలంలో, ప్రమాణ లంబ వైశాల్యం ద్వారా ప్రసరించే శక్తిని సూచిస్తుంది. ధ్వని తీవ్రత కంపన పరిమితి వర్గానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
(I  α  A2)
* ధ్వని తీవ్రతకు ప్రమాణం డెసిబెల్ (dB)
* మగవారి గొంతుకు, సింహనాదానికి ధ్వని తీవ్రత ఎక్కువ
* ధ్వని తీవ్రత 85 dB కంటే ఎక్కువైతే, చెవికి హానికరం.

గుణం

  ఒకే తీవ్రత, ఒకే పిచ్‌తో వెలువడే రెండు ధ్వనులను విడివిడిగా గుర్తించేందుకు ఉపయోగపడే అభిలక్షణం గుణం. తబలా, మృదంగాల నుంచి వచ్చే ధ్వనులకు తీవ్రత, పిచ్‌లు సమానంగా ఉన్నప్పటికి వాటిని విడివిడిగా గుర్తించగలం. గుణం తరంగరూపం (Wave form) పై ఆధారపడుతుంది. అతిస్వరాల (Overtones) సాపేక్ష తీవ్రతలు గుణాన్ని నిర్ధారించుటకు ఉపయోగపడతాయి.

* ఒకే పౌనఃపున్యం (పిచ్), తీవ్రతతో ఉన్న వేణువు, పియానో నాదాల తరంగ రూపాలు కింది విధంగా ఉంటాయి.

పురోగమించేది... తరంగం
         జనకం వద్ద ఉత్పత్తి అయిన తరంగం ఎప్పుడూ ఒకే దిశలో ముందుకు ప్రయాణిస్తూ, జనకానికి తిరిగి రాకపోతే దాన్ని పురోగామి తరంగం అంటారు. రెండు సర్వసమానమైన పురోగామి తరంగాలు వ్యతిరేకదిశలో, ఒకే ప్రాంతం ద్వారా ప్రయాణిస్తూ అధ్యారోపణం చెందితే స్థిర తరంగాలు ఏర్పడతాయి.
స్థిర తరంగంపై గరిష్ట కంపన పరిమితితో ఉండే స్థానాలను ప్రస్పందన స్థానాలనీ, కనిష్ట కంపన పరిమితితో ఉండే స్థానాలను అస్పందన స్థానాలనీ అంటారు. రెండు వరుస అస్పందన లేదా ప్రస్పందన స్థానాల మధ్య దూరం λ/2
* రెండు చివరల లాగి బిగించిన సన్నని తీగల్లో, గాలి స్తంభాన్ని కలిగి ఉండే గొట్టాల్లో స్థిర తరంగాలు ఏర్పడతాయి.
* దృష్టి స్థిరత దోషం వల్ల తీగపై ఉచ్చులు (loops) ఉన్నట్టు భ్రమ కలుగుతుందే తప్ప ఉచ్చులు ఏర్పడవు.
* శక్తి రెండు బిందువుల మధ్య బంధితమై ఉండటంవల్ల వీటికి స్థిర (స్థావర) తరంగాలని పేరు.

                                  
* వీణ, సితార్, గిటార్, వయోలిన్, సంతూర్ మొదలైనవి తంత్రి వాయిద్యాలైతే, తబలా, మృదంగం, వేణువు, సన్నాయి మొదలైనవి ఆర్గాన్ గొట్టాల రకానికి చెందిన వాయిద్యాలు.

సంగీత విద్వాంసులు..

  తంత్రులను లేదా గాలిస్థంభాల్లో వివిధ కంపన రీతుల్లో (Modes of Vibration) స్థిరతరంగాలను ఏర్పరచవచ్చు. వాటిలో సాధ్యమయ్యే కనిష్ట పౌనఃపున్యాన్ని ప్రాథమిక పౌనఃపున్యం అంటారు. ప్రాథమిక పౌనఃపున్యం పూర్ణాంక గుణిజాలను అనుస్వరాలు అంటారు.
సంగీతం తెలిసినవారు వాయిద్యాన్ని లయబద్ధంగా కంపింపచేస్తూ, క్రమబద్ధంగా అనుస్వరాలను ఉత్పత్తి చేస్తూ వీనులవిందు చేయగలరు. సంగీతం తెలియని వారు అదే వాయిద్యంతో ప్రాథమిక పౌనఃపున్యానికి పూర్ణాంక గుణిజాలుగా ఉండే స్వరాలను ఉత్పత్తి చేయలేరు. ఇవి చెవిని క్రమరహితంగా చేరడం వల్ల కఠోరంగా ఉంటాయి.

అనుస్వరాలన్నీ అనునాద సందర్భాలే
ఈల... గోల: సాధారణంగా ఈలలన్నింటిలో (Whistle) సన్నని గాలి గొట్టానికి రంధ్రంతో కూడిన చిన్న బుడ్డి ఉంటుంది.
* వేగంగా ఊదిన గాలి గుమ్మటం వంటి నిర్మాణంలోకి చేరి సుడులుగా తిరుగుతుంది.

* గుమ్మటం పరిమాణం, దానిలోని గాలి ఘనపరిమాణం వెలువడే ధ్వని పౌనఃపున్యాన్ని (పిచ్‌ను) నిర్ణయిస్తుంది. గుమ్మటంలోని గాలి సంపీడనం చెంది రంధ్రం ద్వారా వెలుపలికి వస్తూ వ్యాకోచించడం వల్ల ఏర్పడే కంపనాలతో ధ్వని వెలువడుతుంది.    
* నోటితో వేసే ఈలలో, నాలుకను వేళ్ళతో కింద దవడకు నొక్కి పెదవులను దగ్గరగా నొక్కడంతో నోటిలో ఏర్పడే కుహరంలో గాలి కంపించడం ద్వారా ధ్వని ఉత్పత్తి అవుతుంది.
* వేణువులో ఉండే వివిధ రంధ్రాలను మూయడం ద్వారా గాలి స్తంభం పొడవును, ఆకారాన్ని పరిమాణాన్ని మార్చడం వల్ల పౌనఃపున్యాన్ని మార్చుతూ అనుస్వరాలను ఉత్పత్తి చేస్తారు.