הנחה 10%
כיצד מתפשטים גלי קול?
גלי קול הם גלים מכניים, כלומר הם זקוקים לתווך (כמו אוויר, מים או מוצקים) כדי להתפשט. הם אינם יכולים לנוע בריק כמו חלל חיצוני. גלי הקול מתאפיינים כתנודות אורכיות, שבהן ההפרעה נעה באותו כיוון כמו התקדמות הגל עצמו.
גלי קול הם תופעה פיזיקלית מרתקת, המתארת את התפשטותם של תנודות מחזוריות בלחץ האוויר או בתווך אחר. תופעה זו מתרחשת כאשר גוף רוטט ויוצר הפרעה במולקולות הסובבות אותו. ההפרעה מתפשטת בצורה גלית דרך התווך, תוך יצירת אזורים של דחיסות (לחץ גבוה) ודילול (לחץ נמוך).
חשיבות התווך ומהירות הקול
מהירות הקול תלויה בסוג התווך ובמצבו הפיזיקלי (טמפרטורה, צפיפות וכו'). לדוגמה:
באוויר בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, מהירות הקול היא כ-343 מטרים לשנייה.
במים, מהירות הקול גבוהה יותר בשל צפיפות החומר.
הבנה מעמיקה של גלי קול חיונית בתחומים רבים כמו מוזיקה, אקוסטיקה, הנדסה ופיזיקה יישומית.הדמיה זו ממחישה את תנועת הגל בתוך סוגי החומרים
הדמיה זו מציגה כיצד גלים מתנהגים ומשתנים בסוגים שונים של חומרים. בלחיצה על כפתור ההפעלה ניתן לראות את תנועת האטומים המעבירים את הקול דרך חומרים שונים.
הדמיה זו מציגה בצורה תלת את תנועת גלי הקול בחלל וכיצד הם משפעים על האטומים באוויר
המאפיינים המרכזיים של גלי הקול
מִשְׂרַעַת (אמפליטודה): משרעת הגל קובעת את עוצמת הקול. ככל שהמשרעת גדולה יותר, כך הקול נשמע חזק יותר. עוצמת הקול נמדדת בדציבלים.
תדירות: התדירות מתארת את מספר התנודות בשנייה ונמדדת בהרץ (Hz). תדירות גבוהה יוצרת צליל גבוה (Pitch), בעוד שתדירות נמוכה יוצרת צליל נמוך.
גוון: הגוון הוא מאפיין המבדיל בין קולות שונים בעלי אותה עוצמה ותדירות, כמו למשל ההבדל בין קול אנושי לבין צליל של כלי נגינה.
ההדגמה הזו ממחישה כיצד גורמים סביבתיים כמו כיוון רוח, עוצמת רוח וטמפרטורה משפיעים על התפשטות גלי קול במרחב. באמצעות סימולציה תלת-ממדית ואפקטים קוליים, תוכלו לחקור את האופן שבו תנאי הסביבה משנים את מהירות, הכיוון והעוצמה של הצליל כפי שהוא נקלט על ידי מקלט
דציבל (dB) היא יחידת מידה לוגריתמית חסרת ממדים, המשמשת למדידת יחס בין שתי רמות של עוצמה פיזיקלית – בעיקר בתחומי האקוסטיקה (קול), האלקטרוניקה והתקשורת עוצמת הקול (ווליום) נמדדת בדציבלים, כאשר המספר הגבוה יותר מצביע על סאונד חזק יותר.
· דציבל מודד יחס בין שתי עוצמות, ולא ערך מוחלט. לדוגמה, ניתן לומר שצליל מסוים חזק ב-10 דציבל מצליל אחר.
· המדידה מתבצעת בסקאלה לוגריתמית: עלייה של 10 דציבל משמעה הכפלה פי 10 בעוצמה הפיזיקלית, ועלייה של 20 דציבל – פי 100.
· באקוסטיקה, עוצמת הקול נמדדת ביחס ללחץ האוויר המזערי שהאוזן האנושית מסוגלת לשמוע – 20 מיקרופסקל12.
· טווח השמיעה של האדם נע בין 0 דציבל (סף השמיעה) ל-140 דציבל (סף הכאב).
· עוצמות גבוהות מ-85 דציבל עלולות להזיק לשמיעה, במיוחד בחשיפה ממושכת.
· דציבל הוא עשירית מהיחידה "בל", שנקראת על שם אלכסנדר גרהם בל.
· עוצמת הקול נמדדת לרוב כ-SPL (Sound Pressure Level), כלומר, רמת לחץ הקול.
· דציבל משמש גם בתחומים נוספים כמו מדידת אותות חשמליים, רמות אותות במערכות תקשורת ועוד.
· ככל שמתרחקים ממקור הקול, העוצמה יורדת – הכפלת המרחק מורידה את עוצמת הקול ב-6 דציבל.
דציבלים הם יחידת מידה לוגריתמית למדידת עוצמת קול (ווליום) – ככל שהמספר גבוה יותר, הקול חזק יותר. טווח השמיעה של בני אדם נע מ-0 דציבל (שקט מוחלט) ועד 140 דציבל (סף הכאב). השימוש בדציבלים מאפשר למדוד ולהשוות עוצמות קול שונות ביעילות, תוך התייחסות לאופן שבו האוזן האנושית תופסת הבדלים בעוצמה.
התמונה מציגה סולם דציבלים שמראה את רמות הרעש השונות ואת הדוגמאות לרעשים יומיומיים המתאימים לכל רמה. דציבלים (dB) הם יחידת מדידה לעוצמת קול, וככל שהמספר גבוה יותר, כך הרעש חזק יותר.
פירוט רמות הרעש בתמונה:
· 0–10 דציבלים: שקט מוחלט, כמו עלים נעים ברוח.
· 20–30 דציבלים: רעשים חלשים מאוד, כמו לחישה.
· 40–50 דציבלים: רעשים מתונים, כמו רעש של מקרר או שיחה רגילה.
· 60–70 דציבלים: רעש חזק יותר, כמו גשם חזק או תנועה בכביש.
· 80–90 דציבלים: רעש חזק מאוד, כמו משאית נוסעת או צופר מכונית
· 100–110 דציבלים: רעש חזק במיוחד, כמו מסוק או סירנה של משטרה.
· 120–140 דציבלים: רעשים בעוצמה גבוהה מאוד שעלולים להזיק לשמיעה, כמו זיקוקים או מטוס ממריא.
בגרף ניתן לראות עוצמות בדציבל של קולות סביבנו
השמיעה האנושית
האוזניים קולטות גלי קול והופכות אותם למידע שהמוח יכול לפרש.
צליל הוא גל לחץ שיכול לרטוט במהירות או לאט. שבלול האוזן ממיר את האנרגיה המכנית של הצליל לאותות חשמליים.
תאי שיער לאורך השבלול אחראים לקליטת תדרים גבוהים ונמוכים.
המוח מפרש את המידע הזה כצליל.
ההדמיה מציגה גלי קול תלת-ממדיים המופקים מרמקול. ניתן לשנות את עוצמת הקול ואת התדר (גבוה/נמוך) כדי לשמוע את השינוי. גרור את הרמקול כדי לשנות את כיווינויות גלי הקול.
שימוש בעלי חיים בקול
.עטלף משתמש באקולוקציה (איכון הד ) - הוא פולט קולות ו"רואה" את סביבתו לפי החזר הגלים
.פילים משתמשים באינפרא-סאונד לתקשורת למרחקים עצומים
.לווייתנים משתמשים בשירה מורכבת לתקשורת מתחת למים
כיצד שומעים כיווניות של סאונד
כיווניות של סאונד מתייחסת ליכולת שלנו לזהות מהיכן מגיע צליל במרחב. זוהי תכונה חשובה בשמיעה, והיא מתאפשרת בזכות מספר מנגנונים פיזיולוגיים ופיזיקליים.
המנגנונים הפיזיולוגיים:
לאדם שתי אוזניים, הממוקמות משני צידי הראש. כאשר מקור קול נמצא בצד אחד של הגוף, הצליל יגיע קודם לאוזן הקרובה אליו, ובעוצמה גבוהה יותר מאשר לאוזן השנייה.
המוח משווה בין ההבדלים בזמני ההגעה (ITD – Interaural Time Difference) והבדלי העוצמה (ILD – Interaural Level Difference) בין שתי האוזניים, וכך מחשב את כיוון מקור הצליל.
בנוסף, המבנה של האוזן החיצונית (האפרכסת) משנה את הצליל בהתאם לזווית שממנה הוא מגיע, וכך מסייע בזיהוי כיוון גם במישור האנכי.
מאפיינים פיזיקליים של גלי קול:
תדרים גבוהים (כמו של טוויטר ברמקול) הם בעלי אורך גל קצר, ולכן קל יותר לאוזן לזהות את כיוונם. לעומת זאת, תדרים נמוכים (כמו של סאב וופר) הם בעלי אורך גל ארוך, וקשה יותר לאתר את כיוונם, כי ההבדלים בין האוזניים קטנים יותר4.
החזרות, עמעום, ספיגה ופיזור של גלי קול מהקירות והחפצים בחדר משפיעים על הדרך בה אנו תופסים את הכיווניות, כי הם משנים את עוצמת ותזמון ההגעה של גלי הקול לאוזניים3.
דוגמה מעשית:
אם תעצמו עיניים ותשמעו צליל חד (תדר גבוה) – תזהו בקלות מהיכן הוא מגיע. לעומת זאת, צליל נמוך (כמו בס) יהיה קשה יותר למקם במרחב.
סיכום
שמיעת כיווניות מבוססת על שילוב בין מבנה האוזניים והמוח, תכונות גלי הקול, והאופן שבו גלי הקול מתפשטים ומושפעים מהסביבה. כך אנו מסוגלים להתמצא במרחב באמצעות שמיעה בלבד.