ధ్వని

ధ్వని ధర్మాలు

 ధ్వని ఒక యాంత్రిక తరంగం. మామూలు తరంగాల మాదిరే ధ్వని పరావర్తనం, వక్రీభవనం, వ్యతికరణం, వివర్తనం లాంటి ధర్మాలను ప్రదర్శిస్తుంది. కాంతితో పోలిస్తే ధ్వని ప్రదర్శించని ఏకైక ధర్మం ధ్రువణం  ( Polarization )

 కాంతి విద్యుదయస్కాంత తిర్యక్‌ తరంగం, గాలిలో ధ్వని యాంత్రిక అనుదైర్ఘ్య తరంగం. ధ్రువణం తిర్యక్‌ తరంగ ధర్మం. కాబట్టి ధ్వని విషయంలో ధ్రువణం సాధ్యం కాదు.

ప్రతిధ్వని ( Echo )

పరావర్తనతలం (గోడ) నుంచి కొంత దూరంలో నిల్చొని ఉన్న వ్యక్తి చప్పట్లు కొడితే, అతడికి ఆ శబ్దô రెండుసార్లు వినిపిస్తుంది (మొదటిది ఉత్పత్తి వల్ల, రెండోది పరావర్తనం వల్ల). ధ్వనిని మరోసారి వినడాన్ని ప్రతిధ్వని అంటారు.

 గాలిలో ధ్వని వేగం v, పరిశీలకుడికి - పరావర్తన తలానికి మధ్య దూరం d అయితే ప్రతిధ్వని వినిపించడానికి పట్టే సమయం

 ప్రతిధ్వనిని వినాలంటే వ్యక్తికి, తలానికి మధ్య ఉండాల్సిన కనీస దూరం 16.5 m. దీన్ని వినికిడి స్థిరత ( Persistance of Hearing ) వివరిస్తుంది.

 మానవుడి చెవి రెండు వరుస ధ్వనులను విడివిడిగా, స్పష్టంగా వినేందుకు తీసుకునే కనీస వ్యవధి 0.1 సెకన్లు. అంటే రెండు   ధ్వనుల మధ్య అంతరం 1/10 సెకన్ల కంటే తక్కువగా ఉంటే వాటిని చెవి స్పష్టంగా గుర్తించలేదు.

0°C వద్ద గాలిలో ధ్వని వేగం  331.5 m/s, t = 0.1 s 

అయితే 
       

= 16.5 m (సుమారు)

ఎకోలొకేషన్‌   ( Echolocation )

 ధ్వని పరావర్తన ధర్మం ఆధారంగా తిమింగలాలు, డాల్ఫిన్లు, గబ్బిలాలు తమ ప్రయాణ మార్గంలోని అవరోధాలను, ఆహారాన్ని గుర్తించడాన్ని; వాటి దూరాన్ని కొలిచే ప్రక్రియను ఎకోలొకేషన్‌ అంటారు. దీన్నే జీవసోనార్‌ (Bio- Sonar) అని పిలుస్తారు.

 గబ్బిలం చీకట్లో తిరిగే సమయంలో ఆహార సముపార్జనకు, అడ్డంకులను గుర్తించడానికి తన నోటి నుంచి అతిధ్వనులను విడుదల చేస్తుంది. వీటి పరావర్తనం ఆధారంగా గబ్బిలం ఆహారాన్ని, వస్తువులను గుర్తిస్తుంది.

రాడార్‌   (రేడియో డిటెక్షన్‌ & రేంజింగ్‌)

 ఇది సోనార్‌ని పోలి ఉంటుంది. రాడార్‌ ధ్వనికి బదులుగా విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను ఉపయోగిస్తుంది. 

 సోనార్‌ని నీటిలో ఉపయోగిస్తే రాడార్‌ను గగన తలంలో వాడతారు. నేవిగేషన్, విమానయానం, మిస్సైల్‌ మార్గదర్శకం, ఇతర మిలటరీ అవసరాలకు దీన్ని వినియోగిస్తారు. 

 రాడార్‌లో విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు పరావర్తనం చెందుతాయి.

భవన ధ్వనిశాస్త్రం ( Building Acoustics )

 రికార్డింగ్‌ స్టూడియో, ఆడిటోరియం, సినిమా హాల్‌ లాంటి పెద్ద భవనాల్లో ధ్వని ఉత్పత్తి, వ్యాప్తి, గ్రాహ్యతలకు సంబంధించిన భౌతికశాస్త్ర అంశాలను అధ్యయనం చేసే విభాగాన్ని భవన ధ్వనిశాస్త్రం అంటారు.

 శాస్త్ర అధ్యయనానికి ఆద్యుడు డబ్ల్యు.సి.సబైన్‌ అనే ఫిజిక్స్‌ ప్రొఫెసర్‌.  

సూచించే అంశాలు:

* అనవసరమైన ప్రతిధ్వనులు, ఇతర శబ్దాలు గదిలోకి ప్రవేశించకుండా చూడాలి.

* భవనంలోని అన్ని ప్రదేశాల్లో ధ్వని తీవ్రత సమానంగా ఉండటానికి భవనంలో సమదూరాల్లో లౌడ్‌ స్పీకర్లను అమర్చాలి.

* ప్రతినాద కాలం మరీ ఎక్కువ లేదా మరీ తక్కువగా ఉండకూడదు.

* భవనంలో మెట్లను కట్టకూడదు. నిర్మిస్తే వాటి పరావర్తన తలం వల్ల అనేకసార్లు ధ్వని వినిపిస్తుంది. దీన్నే సోపానిక ప్రభావం( Echelon Effect ) అంటారు. మెట్ల నిర్మాణం తప్పనిసరి అయితే వాటిపై తివాచీని పరచాలి.

* గోడలు, పైకప్పు ఉపరితలాలు గోళాకారం లేదా స్తూపాకారంగా ఉంటే వాటి నుంచి పరావర్తనం చెందిన ధ్వనులన్నీ ఒకే బిందువు( Focus ) వద్ద కేంద్రీకృతం అవుతాయి. దీన్ని నివారించడానికి తలాలను పరావలయ ఆకారంలో నిర్మించాలి.

సంగీత వాయిద్యాల్లో  ధ్వని

 సంగీత స్వరాలను కంపించే తీగలు (వీణ, వయొలిన్‌), పల్చటి పొరలు (చర్మ వాయిద్యాలు), వాయు స్తంభాలు - Air Columns ( (పిల్లనగ్రోవి) ఉత్పత్తి చేస్తాయి.

 వీటన్నింటిలో స్థిర తరంగాలు( Standing Waves ) ఏర్పడతాయి.

 రెండు సర్వ సమానమైన తరంగాలు వ్యతిరేక దిశలో ఒకే ప్రాంతం ద్వారా ప్రయాణిస్తూ, ఆధ్యారోహణం (Superposition) చెందడం వల్ల స్థిర తరంగం ఏర్పడుతుంది. సంగీత వాయిద్యాల్లో ధ్వని తరంగం 

పరావర్తనం చెందడం వల్ల స్థిర తరంగం ఏర్పడుతుంది. వీణ/ గిటార్‌ తీగను మీటడం వల్ల, గాలి స్తంభాన్ని కంపించేలా చేయడం వల్ల స్థిరతరంగాలు ఏర్పడతాయి.

 స్థిరతరంగంపై అధికంగా కంపించే స్థానాలు ప్రస్పందన(Anti-nodes) స్థానాలు, కనిష్ఠంగా కంపించే స్థానాలు అస్పందన (Nodes)  స్థానాలు.

 తరంగం తరంగదైర్ఘ్యాన్ని తీగ పొడవుకు సరిపోయే విధంగా కంపింపజేస్తే స్థిర తరంగాలు ఏర్పడతాయి. ఇలాంటి పొడవుతో ముడిపడిన పౌనఃపున్యం అనునాద పౌనఃపున్యం.

 గాలి స్తంభ వాయిద్యాల్లో రెండు రకాల గొట్టాలు (Organ Pipes)  ఉంటాయి. రెండు వైపులా తెరిచింది, ఒకే వైపు తెరిచి ఉన్న గొట్టం. మూసిన గొట్టం చివర అస్పందన స్థానం ఏర్పడితే తెరిచిన కొన వద్ద ప్రస్పందన స్థానం ఏర్పడుతుంది.

పరావర్తనం ( Reflection )

ధ్వని తన ప్రయాణ మార్గంలో గట్టి అవరోధంపై    ( Obstacle ) పడి వెనక్కి తిరిగి వచ్చే ధర్మాన్ని ధ్వని పరావర్తనం అంటారు. కాంతితో పోలిస్తే ధ్వనికి తరంగదైర్ఘ్యం (λ) చాలా ఎక్కువ. కాబట్టి కాంతిలా కాకుండా, గరుకుగా ఉండే అన్ని తలాలు (గోడలు, కొండలు, చెట్లు) ధ్వనిని పరావర్తనం చేస్తాయి.

 స్టెతస్కోప్‌ రబ్బర్‌ గొట్టంలో ధ్వని అనేకసార్లు పరావర్తనం చెందుతుంది. దీనివల్లే హృదయ కంపన ధ్వనిని డాక్టర్‌ వినగలుగుతారు.

 మెగాఫోన్‌లో మాట్లాడినప్పుడు, ఆ పొడవైన గొట్టంలో ధ్వని పరావర్తం చెంది, అది పక్క దిశల్లోకి వెళ్లకుండా సమాంతరంగా ముందుకు ఎక్కువ దూరం ప్రయాణిస్తుంది. 

 ఆడిటోరియంలోని గోడ, సీలింగ్‌ల వక్ర ఉపరితలాలు ధ్వనిని పరావర్తనం చెందిస్తాయి.

సోనార్‌ (సౌండ్‌ నేవిగేషన్‌ & రేంజింగ్‌)

 సముద్రం లోతును, సముద్రం అడుగున మునిగిపోయిన నౌకలను, నీటిలో కనిపించకుండా ప్రయాణించే సబ్‌మెరైన్లను గుర్తించడానికి ఉపయోగపడే పరికరం సోనార్‌. 

 ఇది పడవ అడుగు బాగంలో ఉండి, నీటిలోకి అతిధ్వనులను ప్రసారం చేస్తుంది. అవి సముద్రం అడుగు, సబ్‌మెరైన్ల నుంచి పరావర్తనం చెంది సోనార్‌ని చేరతాయి. ఆ ధ్వనులు చేరడానికి పట్టిన కాలం, నీటిలో ధ్వని వేగం ఆధారంగా లోతుని, సబ్‌మెరైన్ల ఉనికిని తెలుసుకోవచ్చు. చేపల సమూహాన్ని గుర్తించడానికి కూడా సోనార్‌ని ఉపయోగిస్తారు.

ప్రతినాదం (Reverberation)

 మూసి ఉన్న గదిలో ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తే, ధ్వని జనకాన్ని ఆపాక కూడా గోడల వద్ద జరిగే బహుళ పరావర్తనాల వల్ల ఆ ధ్వని అనేకసార్లు అవిచ్ఛిన్నంగా తీవ్రత తగ్గుతూ వినిపిస్తుంది. దీన్నే ప్రతినాదం అంటారు.

 ప్రతిధ్వనిలోలాగానే ప్రతినాదంలో ధ్వని స్పష్టంగా వినిపించదు. ఒకే పరావర్తనం వల్ల వచ్చేది మొదటి ధ్వని కాగా, రెండు గోడల వల్ల కలిగే పరావర్తనం కారణంగా వచ్చేది రెండో ధ్వని.

 గది గోడలు ధ్వనిని శోషించుకోవడం వల్ల దాని తీవ్రత క్రమంగా తగ్గుతుంది. ధ్వని తీవ్రత 60 డెసిబెల్స్‌ లేదా తొలి తీవ్రతలో మిలియన్‌ వంతు తగ్గడానికి పట్టే కాలాన్ని ప్రతినాద కాలం అంటారు. ఇది గదిలోని వస్తువులు, గోడల స్వభావం - వాటి వైశాల్యాలపై ఆధారపడుతుంది.

 ధ్వని శోషకాలను గదిలో, గోడలపై అమర్చితే ప్రతినాదాన్ని తగ్గించవచ్చు. రంధ్రాలు కలిగిన థర్మాకోల్, కలప, దూది, వస్త్రాలు, స్పాంజి, తివాచీ మొదలైనవి ఉత్తమ ధ్వని శోషకాలు. అత్యుత్తమ ధ్వని శోషక వస్తువు తెరిచిన కిటికీ. చెవికి ప్రతినాద కాలం 0.6 నుంచి ఒక సెకన్‌ వరకు ఉంటే, దాన్ని అనుకూలమైన ధ్వనిగా భావిస్తారు.

 ఒక వస్తువు శోషించుకునే ధ్వని శక్తికి అంతే వైశాల్యం, అంతే సమయంలో తెరిచిన కిటికీ శోషించుకునే ధ్వని శక్తికి మధ్య ఉండే నిష్పత్తిని వస్తువు శోషణ గుణకంగా నిర్వచిస్తారు.

 వస్తువు శోషణ గుణకాన్ని వైశాల్యంతో గుణిస్తే దాని మొత్తం ధ్వనిశోషణం (Absorption) వస్తుంది. దీన్ని మెట్రిక్‌ సబైన్‌లో కొలుస్తారు.

రచయిత

దురిశెట్టి అనంత రామకృష్ణ

విషయ నిపుణులు