ध्वनी(Sound)

ध्वनी एक प्रकारची उर्जा आहे जी कानामध्ये ऐकण्याची संवेदना निर्माण करते. “ध्वनी म्हणजे ऐकण्याची संवेदना”

ध्वनीची निर्मिती (Production of Sound)

एखादी वस्तू जलद गतीने पुढे-मागे अशी हालचाल करत असेल तर त्यास कंपन असे म्हणतात. कंपन ही संकल्पना ध्वनी निर्मितीस कारणीभूत आहे. कंपन हे डोळ्याने दिसु शकते किंवा त्वचेला जाणवू शकते. उदा. विणेची तर छेडली असता, तार कंपन पावते. आणि ह्या कंपनाचे ध्वनीमध्ये रुपांतर होते.

ध्वनीचे प्रसारण (Propagation of Sound) – ध्वनीच्या प्रसारणाला माध्यमाची गरज असते. मध्यम म्हणजे उर्जा ज्या पदार्थातून प्रसारित होवू शकते. ध्वनीसुद्धा एक प्रकाची उर्जा आहे. ध्वनी निर्वात पोकळीतून प्रसारित होऊ शकत नाही.

ध्वनीतरंग (Sound waves) –

ध्वनीचे प्रसारण किंवा वहन हे तरंगाच्या स्वरुपात होते. तरंगांचे दोन प्रकार असतात –

१. अवतरंग(Transverse waves) – ज्या तरंगात कानाचे दोलन मध्य स्थितीच्या वर आणि खाली होते आणि हे दोलन() तरंग प्रसारणाच्या रेषेला लांब असते. सोप्या भाषेत, जे तरंग वर-खाली व रेषेला लांब प्रकारे प्रसारित होतात त्याला अवतरंग म्हणतात. ध्वनी हे अनुतरंगाचे उदाहरण आहे.

२. अनुतरंग(Longitudinal waves) – ज्या तरंगात कानाचे दोलन पुढे आणि मागे होते आणि त्यांचे दोलन () तरंग प्रसारणाच्या रेषेनुसार असते, त्याला अनुतरंग म्हणतात. सोप्या भाषेत, जे तरंग पुढे-मागे होणारे आणि प्रसारण रेषेच्या दिशेने होणारे दोलन म्हणजे अनुतरंग. प्रकाश हे अवतरंगाचे उदाहरण आहे.

ध्वनी तरंग- महत्वाच्या संज्ञा

१. तरंगलांबी(Wavelength) – अगदी लगतच्या दोन संपीडनातील किंवा विरलनातील अंतरास तरंगलांबी असे म्हणतात. तरंगलांबी ग्रीक भाषेतील लॅम्डा (λ) ने दर्शवितात.

२. वारंवारता(Frequency) – एकक कालावधीमध्ये होणारी आंदोलनाची संख्या म्हणजे तरंगाची वारंवारता होय. जास्तीत जास्त घनतेपासून कमीत कमी घनतेपर्यंत आणि पुन्हा जास्तीत जास्त घनतेपर्यंत होणारा बदल म्हणजेच एक आंदोलन. वारंवारतेचे SI पद्धतीचे एकक हर्टझ असून ते Hz असे दर्शवितात.

३. तरंगकाल – लगतची दोन संपीडणे किंवा विरलने यांना ठराविक बिंदू पार करून जाण्यासाठी लागणारा वेळ म्हणजे तरंगकाल. याला आपण एक आंदोलन पूर्ण होण्यास लागणारा काळ असे म्हणू शकतो. तरंगकाल = १/वारंवारता

४. तीव्रता – ध्वनी स्त्रोताच्या कंपनाची वारंवारता म्हणजेच तीव्रता होय. जेवढी तीव्रता जास्त तेवढा ध्वनी कर्कश असतो, तीव्रता जेवढी कमी तेवढेच स्पष्ट एकू येते. साधारणतः स्त्रियांच्या आवाजाची तीव्रता पुरुषांपेक्षा जास्त असते.

५. आयाम – माध्यमातील कणांचे मध्यस्थितीपासून कोणत्याही एका बाजूस होणारे जास्तीत जास्त विस्थापन म्हणजेच आयाम होय. आयाम कमी जास्त झाला तरी वारंवारता कायम राहते. आवाजाची उच्चता किंवा सौम्यता मूलतः त्याच्या आयामावर अवलंबून असते. आयाम A अक्षराने दर्शवितात.

स्वर -एकाच वारंवारतेच्या ध्वनीला स्वर म्हणतात.

सूर – विविध प्रकारच्या वारंवारतेच्या मिश्र ध्वनीला सूर म्हणतात.

७. ध्वनीची उच्चता – ध्वनी म्हणजे ऐकण्याची संवेदना. कान प्रत्येक ध्वनीला प्रतिसाद देत असतो. ध्वनीची उच्चता म्हणजे ध्वनीला कानाने दिलेल्या प्रतिसादाचे मोजमाप होय.

८. ध्वनीची प्रखरता – ध्वनीची प्रखरता म्हणजे एकक कालावधीत एकक क्षेत्रफळातून जाणारी एकूण ध्वनी उर्जा होय.

ध्वनी तरंगाची वैशिष्ट्ये – जेंव्हा ध्वनी तरंग तयार होतो तेंव्हा माध्यमाच्या कणांचे पुढे-माघे दोलन होतात. आणि या दोलानामुळे संपीडन (तरंगाच्या प्रसारणाच्या रेषेत ज्या भागात कणांची एकत्रित गर्दी होते तो भाग) व विरलन (तरंगाच्या प्रसारणाच्या रेषेत ज्या भागात कण दूर दूर विखुरलेले असतात तो भाग) तयार होतात.

ध्वनीचा वेग (Speed of Sound)

“तरंगावरील संपीडन किंवा विरलन सारख्या एखाद्या बिंदूने एकक कालावधीत कापलेले अंतर म्हणजे ध्वनीचा वेग.”

सूत्र : वेग = तरंगलांबी X वारंवारता

  • ध्वनीचा वेग हा माध्यमातील कणांच्या अंतरावर अवलंबून आहे. ज्या माध्यमाचे कण जवळ असतात त्या माध्यमात ध्वनीचा वेग जास्त असतो. ध्वनी सर्वात जलद स्थायू मधून वाहतो. स्थायू > द्रव > वायू
  • निर्वात पोकळीत माध्यमाचे कण नसतात, त्यामुळे ध्वनीचा वेग शून्य असतो. म्हणजेच ध्वनी निर्वात पोकळीतून प्रवास करून शकत नाही.
  • थंडीच्या दिवसात हवेत धुके जास्त असते, त्यामुळे हवेतील कण जास्त जवळ असतात. कण जास्त जवळ असल्यामुळे थंडीच्या दिवसात स्पष्ट एकू येते. वातावरणातील आर्द्रता वाढली की ध्वनीचा वेगही वाढतो.
  • माध्यमाचे तापमान वाढवले तर त्या माध्यमात ध्वनीचा वेगही वाढतो. सारख्याच भौतिक स्थितीत दिलेल्या माध्यमातील सर्व वारंवारिता करिता ध्वनीचा वेग जवळपास सारखाच असतो. ध्वनीच्या वारंवारतेवर आधारित ध्वनीचे मुख्य तीन प्रकार केले जातात.

१) अवश्राव्य ध्वनी

ज्या ध्वनीची वारंवारता २० Hz पेक्षा कमी असते त्या ध्वनीला अवश्राव्य ध्वनी असे म्हणतात. उदा. व्हेल मासे, हत्ती, गेंडा हे प्राणी असे ध्वनी निर्माण करतात.

  • भूकंपाच्या आधी पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचे कंपन होऊन निर्माण झालेला ध्वनी.
  • दोलकाच्या कंपनाने तयार झालेला ध्वनी.

२) श्राव्य ध्वनी

मानवी कानाची ऐकण्याची मर्यादा सुमारे २० Hz ते २०००० Hz आहे. मानवी कान 20 Hz पेक्षा कमी व 20000 Hz (20 kHz) पेक्षा जास्त वारंवारितेचा ध्वनी ऐकू शकत नाही. परंतु पाच वर्षाच्या आतील मुले व कुत्र्यासारखे काही प्राणी २५००० Hz पर्यंत ध्वनी एकू शकतात.

३) श्रव्यातीत ध्वनी

२०००० Hz पेक्षा जास्त वारंवारता असलेल्या ध्वनीला श्रव्यातीत ध्वनी असे म्हणतात. उदा. डॉल्फिन, वाटवाघुळ, उंदीर हे प्राणी हा ध्वनी निर्माण करतात. कुत्रा श्रव्यातीत ध्वनी एकू शकतो. श्रव्यातीत ध्वनी अडथळे असतानाही विशिष्ट मार्गाने पुढे जाऊ शकतो. त्यामुळे या ध्वनीचे अनेक फायदे आहेत.

श्रव्यातीत ध्वनीचे उपयोग –

1. एका जहाजावरून दुसऱ्या जहाजावर संपर्क साधण्यासाठी
2. प्लॅस्टिकचे पृष्ठभाग एकत्र जोडण्यासाठी
3. दुधासारखे द्रव अधिक काळ टिकवून ठेवताना त्यातील जीवाणू मारून टाकण्यासाठी
4. हृदयाच्या ठोक्याचा अभ्यास करणारे तंत्रज्ञान (Echocardiography) श्रव्यातीत ध्वनी तरंगावर आधारित आहे. (सोनोग्राफी तंत्रज्ञान)
5. मानवी शरीराच्या अंतर्गत अवयवांच्या प्रतिमा श्रव्यातीत ध्वनीने मिळवता येतात.
6. श्रव्यातीत ध्वनीचा उपयोग कारखान्यामध्ये होतो ज्याठिकाणी हात पोहोचणे शक्य नाही अशा यंत्रांच्या भागाची स्वच्छता करण्यासाठी त्याचा उपयोग होतो.
7. धातूच्या ठोकळ्यातील तडे आणि भेगा शोधण्यासाठी

प्रतिध्वनी(Echo)

“प्रतिध्वनी म्हणजे मुळ आवाजाची एखाद्या पृष्ठभागावरून परावर्तनामुळे होणारी पुर्नारावृत्ती होय.”

  • ध्वनी व प्रतिध्वनी वेगवेगळे ऐकू येण्यासाठी 22 ० C तापमानाला ध्वनीच्या स्रोतापासून परावर्तनशील पृष्ठभागापर्यंतचे कमीत कमी अंतर१७.२ मीटर असले पाहिजे.
  • 22 ० C तापमानाला ध्वनीचा हवेतील वेग 344 मीटर / सेकंद असतो.
  • आपल्या मेंदूत ध्वनीचे सातत्य सुमारे 0.1 सेकंद असते. त्यामुळे ध्वनी अडथळ्यापर्यंत जाऊन पुन्हा श्रोत्यांच्या कानापर्यंत 0.1 सेकंदापेक्षा जास्त वेळाने पोहचला तरच आपल्याला तो स्वतंत्र ध्वनी म्हणून ऐकू येईल.

निनाद(Reverberation)

“भिंतीवरून ध्वनी तरंगाचे पुन्हा-पुन्हा परावर्तन होऊन ध्वनीतरंग एकत्र येऊन सतत जाणवेल असा ध्वनी तयार होतो. त्याचा परिणाम ध्वनीचे सातत्य राहण्यात होतो, यालाच निनाद असे म्हणतात.”

उदा. निनादामुळेच loud speaker समोर mike नेला असता कुईई असा आवाज येतो.

तसेच निनाद कमी करण्यासाठी सभागृहाच्या भिंती पडद्याच्या, खडबडीत गिलावा किंवा कॉमप्रेस्ड फायबर बोर्ड अशा पदार्थाने बनवलेल्या असतात. जेणेकरून ध्वनीचे परावर्तन करण्यासाठी पृष्ठभाग मिळणार नाही.

सोनार(SONAR)

  • SONAR – Sound Navigation And Ranging
  • श्रव्यातीत ध्वनीतरंगांचा वापर करून पाण्याखालील वस्तूंचे अंतर, दिशा आणि वेग या यंत्राद्वारे काढला जातो.
  • SONAR मध्ये प्रक्षेपक आणि शोधक असे दोन यंत्र बसवलेले असतात.

प्रक्षेपक – याचे कार्य म्हणजे श्रव्यातीत ध्वनी निर्माण करणे आणि त्याचे प्रसारण करणे. हेच तरंग पाण्यात प्रवास करतात व समुद्राच्या तळाशी जाऊन परावर्तीत होतात.

शोधक – शोधकाचे काम हे परावर्तीत होऊन आलेल्या श्रव्यातीत ध्वनीचे रुपांतर विद्युत लहरीत करणे. या विद्युत लहरीचा सुयोग्य प्रकारे अभ्यास करून सुयोग्य अर्थ व्यक्त केला जातो. या प्रक्रियेद्वारे एकूण काळ आणि ध्वनीचा वेग यांचा वापर करून समुद्राची खोली , पाण्याखालच्या टेकड्या, पाणबुड्या, दरी, हिमगिरी तसेच बुडालेल्या जहाजाचा शोध घेतला जातो.

सोनारचे तंत्रज्ञान पहिल्या महायुध्दात शत्रूच्या पाणबुड्या शोधण्यासाठी विकसित केले गेले. हे तंत्रज्ञान हवेतही वापरता येते. वटवाघूळे याच तंत्राचा वापर करून आपल्या वाटेतील अ‍डथळ्यांची माहिती मिळवतात व अंधारातही सहजपणे उडू शकतात.

मानवी कर्ण (Human ear)

मानवी कर्णाचे मुख्य तीन भाग आहेत.

१) बाह्यकर्ण (Pinna) –

बाह्यभाग ध्वनीतरंग एकत्र करून कर्णनलिकेतून मध्यकर्ण पोकळीत पोहोचवतो. झडपेसारखी रचना असलेल्या पाळीमुळे कानावर पडणारे आवाज नरसाळ्यातून बाहेर पडावे तसे मध्यकर्णापर्यंत पोहोचतात.

२) मध्यकर्ण (Middle Ear) –

मध्यकर्णाच्या पोकळीत पातळ पडदा असतो. जेव्हा माध्यमातील संपीडन पोहचतो तेव्हा तो पडद्याच्या बाहेरील दाब वाढवतो आणि कानाचा पडदा आत ढकलतो तसेच जेव्हा विरलन पडद्यापाशी पोहोचते तेव्हा पडद्याच्या बाहेरील दाब कमी होतो व पडदा बाहेरच्या बाजूने ढकलला जातो. याप्रकारे ध्वनीतरंगामुळे पडद्याचे कंपन होते.

३) आंतरकर्ण (Inner Ear) –

ध्वनीविषयक मज्जातंतूचा भाग आंतरकर्णाला मेंदूशी जोडतो आंतरकर्णात गोगलगाईच्या शंखाप्रमाणे चक्राकार पोकळी असते तिला कर्णावर्त म्हणतात. कर्णावर्तामध्ये कानाच्या पडद्यापासून आलेली कंपने स्वीकारली जाऊन ती मज्जातंतूद्वारे विद्युत संकेतांच्या स्वरूपात मेंदूकडे पाठवली जातात व नंतर मेंदूत त्या संकेतांचे विश्लेषण होते.

मध्य कर्णामध्ये ध्वनीचे वहन व्यवस्थित ह्वावे यासाठी तीन एकमेकांना जोडलेल्या अस्थी असतात. बाहेरून आत त्यांचा क्रम : Mallus – Incus – Stapes.