מבוא לאודיו PDF

*[שיעור 1:]* ***[מבוא לאקוסטיקה ותורת הגלים:]*** ***אקוסטיקה*** *- ענף במקצועות הפיסיקה העוסק באופן פעולתם של גלים מכנים בגז, מוצק ונוזל.* - - *היישומים של האקוסטיקה נמצאים כמעט בכל תחומי החיים: רעידות אדמה, הנדסת חשמל ארכיטקטורה וכו.* ***תנועה הרמונית פשוטה -** מאפיינים של תופעה קולית ה...

*[שיעור 1:]* ***[מבוא לאקוסטיקה ותורת הגלים:]*** ***אקוסטיקה*** *- ענף במקצועות הפיסיקה העוסק באופן פעולתם של גלים מכנים בגז, מוצק ונוזל.* - - *היישומים של האקוסטיקה נמצאים כמעט בכל תחומי החיים: רעידות אדמה, הנדסת חשמל ארכיטקטורה וכו.* ***תנועה הרמונית פשוטה -** מאפיינים של תופעה קולית היא תנועה מחזורית - תנועה שחוזרת על עצמה באופן מחזורי ומייצרת הפרעה שנתפסת ע\"י המוח שלנו כקול.* ***תנועה מחזורית (oscillation) (אוסילציה) -** תנועה החוזרת על עצמה לא שינוי (בפרק זמן מסויים).* *מופיעה בגרפים הקשורים למערכת מסוימת וחופשיים לנוע בגבולות מסויימים, כאשר מוציאים אותם ממצב של שיווי משקל. כמו בנדנדה.* *כאשר מסיטים גוף מנק שיווי משקל, פועל עליו כוח השואף להחזירו לאותה נקודה. כוח זה נקרא **כוח** **מחזיר.*** *כל כוח גורם לתאוצה (שינוי מהירות) ולכן הגוף יגיע לנק\' שיווי משקל במהירות מסוימת.* *בגלל עקרון ההתמדה הגוף ימשיך את תנועתו ויתרחק מנק\' שיווי המשקל (בכיוון השני). במצב זה, יפעל עליו שוב הכוח המחזיר, בכיוון נק\' המשקל.* ***תנועה אחת (או מחזור)** מוגדרת כתנועה שעושה הגוף החל מהיותו בנקודה מסוימת, ועד שהוא חוזר לאותה נקודה, באותו וקטור (כיוון).* *דוגמאות לגופים מוכרים המבצעים תנועה מחזורית : נדנדה, קפיץ, מטוטלת ומיתר.* ***פונקציית סינוס -*** *אם נתאר את תנועת הגוף בגרף קלאסי, המתאר זמן מול מרחק מנק שיווי המשקל, נקבל את הייצוג הקלאסי של פונקציית הסינוס.* - *שלושה מאייפנים שבאמצעותם ניתן לתאר או למדוד תנועה מחזורית:* *תדירות, משרעת ופאזה* ***משרעת (אמפליטודה) -** המרחק המקסימלי מנק שיווי המשקל בתנועה המחזורית.* *ככל שהמשרעת גדולה יותר, גדלה גם המהירות המקסימלית של הגוף המתנודד. גודלה של המשרעת תלוי הן בגוף המתנודד והן בתנאי הוצאתו מחוסר שיווי משקל. ( המרחק בין שני הפיקים - המינימום והמקסימום).* *[שיעור 2 : ]* ***תדירות - frequency*** *- מספר המחזורים שעושה הגוף ביחידת זמן אחת. התדירות של הגוף או המערכת המבצעים תנועה מחזורית תלויה בתכונות של הגוף - (משקל וכו) או בתכונות המערכת ואינה תלויה ב[משרעת] או בכוח שהושקע בהוצאת שיווי משקל.* - *אם נוציא גוף משיווי משקל ונאפשר לו לנוע באופן חופשי הוא **תמיד** ינוע בתדירות העצמית של הגוף. **resonance -** תדירות עצמית של הגוף.* - - *יחידת התדירות המקובלת מכונה הרץ **(Hertz)** - משמעותה - תנודה מלאה אחת בשניה.* ***מופע / פאזה / phase** -* *הפאזה הינה מצבים שונים בתוך התנועה המחזורית.את הבדלי הפאזה נהוג לציין במעלות. כלומר, הפאזה היא הדרך לתאר את הכיווניות בציר הזמן.* *תנודה שלמה 360°, חצי תנודה 180° ורבע תנודה 90°.* *פאזה - תיאור נקודה מסויימת בתוך התנועה המחזורית.* - *[מראה את הפייז של כל נקודה במחזור ]* ***הסדרה ההרמונית*** *למעשה כל צליל בטבע מורכב מתדירות יסודית ותדירויות משנה, המכונות **רכיבים עיליים (overtones)**. אופי הצליל מוגדר לפי היחסים בין התדירות היסודית לרכיביים העליים.*  *כל צורת גל מחזורית ניתן לפרק (או להרכיב) מסכום של גלי סינוס פשוטים, אשר תדירותיהם נמצאים ביחס של מספרים שלמים. כלומר, אם התדירות הנמוכה ביותר היא X אז התדירויות הנוספות הן כפולות של X.* *התדירות הנמוכה ביותר נקראת **תדירות יסודית או fundamental*** *את שאר התדירויות שהן הכפולות השלמות של התדירות היסודית נכנה **הרמוניות.** התדירויות שהן לא כפולות הן הרכיבים העיליים.* ***מהירות התפשטות ההפרעה -** השפעת תכונות החומר על מהירות ההתפשטות נובעת מיכולתם של החלקיקים לנוע ומערכת היחסים בין החלקיקים במדיום.* *לכן גורמים כגון אופי החומר, מצב הצבירה, והטמפרטורה, משפיעים על העברת האנרגיה בין החלקיקים ולכן גם על מהירות ההתפשטות וההפרעה.* ***דוגמאות למהירות הקול במדיומים שונים:*** - - - ***התפשטות ההפרעה בנוזל -*** - - ***התפשטות הפרעה בגז -** גם בתנודה באוויר קיימים הפרשי פאזה בין תנועת החלקיקים. אם נתאר את התפשטות ההפרעה כשורה עורפית, יוותרו הבדלי פאזה בין חלקיק לחלקיק הסמוך לו.* *בגלל אותם הבדלי פאזות בין החלקיקים תתבטא התפשטות ההפרעה באזורי צפיפות משתנים של החלקיקים. כלומר, שינויי לחץ אוויר מחזוריים.* *בתנועתו משפיע חלקיק האוויר על החלקיקים הסמוכים לו ומניע אותם בכיוון התפשטות ההפרעה.*  ***התפשטות ההפרעה בגז :** התפשטות ההפרעה באוויר היא שונה. הדבר נובע משינוי הקשרים הפיזיקליים בין החלקיקים, במצב צבירה של גז.* *כאשר חלקיק אוויר מתנודד, תנועתו שווה בכיוונה, לכיוון התפשטות ההפרעה. (זאץ בשונה מנוזל שבו כיוון התנודדה הוא בניצב להתפשטות ההפרעה.* ***[צורות גל סינטטיות - ]*** *סינתיסייזר, מסנתז גלים. ישנם מכשירים אלקטרוניים שתפקידם לייצר צלילים בצורה חשמלית. במכשירים אלו יש רכיב שנקרא אוסילטור (OSCILLATOR). תפקידו לייצר מתח משתנה בצורה מחזורית עפ\"י תדירות. התוצאה - ייצוג חשמלי של גל קול.* *שתי צורות גל מקובלות בעולם הסינתזה הן שן מסור (Saw Tooth) ומרובע (Square).* **שן מסור -** צורת שן מסור מכילה תדירות יסודית ואת כל שורת ההרמוניות שלה ביחסי עוצמות הולכים וקטנים לפי טור גיאומטרי. **מרובע -** צורת מרובע מתקבלת מחיבור של תדירות יסודית בשילוב המרכיבים הבלתי זוגיים של הסדרה ההרמונית. \*צורת גל וסכום הגלים המרכיבים אותה, הם לפיכך שני צדדים של אותה תופעה. כל שני צורות שונות זו מזו, שונות גם במרכיביהן. **משולש -** מרכיבים בלתי זוגיים + שינוי פאזה. חסר - הטמרת פורייה!! **צורת גל -** יש המכנים את אוסף רכיבי הקול בשם ספקטרום (בהשאלה מתחום האופטיקה) ואת פעולת פירוק הקול לרכיביו, בשם אנליזה ספקטרלית. בעצם אנליזה ספקטראלית היא התרשים.  **[רעש -]** צורות גל בלתי מחזוריות, מאפיינות קולות שלא ניתן להבחין בהם בגובה צליל (PITCH), דוגמת רעשים שונים. כלומר, חווית הטון המוגדר, נובעת מהיכולות שלנו להבחין ביחסים המתמטיים בין מרכיבי הצליל. **התפשטות גלים במדיום תחום -** במציאות גלים מתפשטים בחלל במדיום תחום. כלומר, גלים מתפשטים על פי החוקיות שהוגדרו עד פגיעתם בגבולות המדיום. **התפשטות ההפרעה -** גלי הקול מתפשטים סביב מקור הקול לכל הכיוונים בצורה כדורית. ככל שגלי הקול מתרחקים ממקור ההפרעה, פוחתת האנרגיה האקוסטית של הגלים. הדבר נובע מכך שאותה כמות אנרגיה, מתפזרת על יותר שטח. **חוק ריבוע המרחק -** פיזור האנרגיה פועל על פי נוסחה בסיסית בשם חוק ריבוע המרחק - (inverse square law). לפי חוק זה, עוצמת הגלים קטנב על פי ריבוע המרחק. כלומר, כאשר המרחק גדל פי 2 העוצמה קטנה פי 4 (2 בריבוע = 4) כאשר המרחק גדל פי 3, העוצמה קטנה פי 9 (3 בריבוע = 9). **דעיכת ההפרעה האוקסטית -** הגלים מתפשטים במרחב ודועכים על פי חוק ריבוע המרחק עד אינסוף. **גלים במדיום תחום -** כאשר חזית גל קול פוגעת בגבול כלשהו, הגל חוזר חזרה, בכיוון הפוך לכיוון הפגיעה. כאשר הגל מוחזר, התנודות המוחזרות מהקצוות מתחברות לתנודות המתפשטות בכיוון הקצוות, על פי חוקי התאבכות גלים. **התאבכות גלים במדיום תחום -** לכן בכל מדיום, נוצרת מערכת מורכבת של אינטרקציות, כאשר חלק מהתדרים נפגשים בהתאבכות בונה וחלק בהורסת. למרות זאת, בכל מערכת סגורה ישנם תדרים שיוגברו יותר מאחרים. \*כאשר שני גלים נפגשים באותה פאזה, נוצרת התאבכות בונה. כלומר הגבר של אנרגיה. כאשר שני גלים בעלי פאזה שונה נפגשים נוצרת התאבכות הורסת. כלומר, הפאזות ההפוכות מבטלות אחת את השניה.\* במהלך הפגיעה של גל בגבול, חלק מהאנרגיה, הולך לאיבוד כתוצאה מהמפגש. אחוז האנרגיה שהולך לאיבוד, עומד בתלות לחומר ממנו עשוי הגבול. (קירות אקוסטים). Rt60 - מדידה של דעיכת סאונד במרחב הזמן שלוקח לסאונד לדעוך ב60db Reverberation time **תהודה - Resonance**  למעשה לכל גוף בטבע ישנה נטייה טבעית להגיב לתדירויות מסוימות. הדבר נובע ממבנה הגוף או המערכת המתנודדת. תדירות זו, הינה התדר שבה הגוף מגיב להעברת אנרגיה, בצורה הרמונית, המשמרת את האנרגיה באופן היעיל ביותר ונקראת תדירות עצמית או תדר תהודה. **גלים עומדים** קיימים מקרים בהם חזית גל פוגשת את ההחזר של עצמה, בתדירות ופאזה ספציפית. התוצאה היא התאבכות בונה, שצוברת אנרגיה דרך המפגש של הגל עם ההחזר שלו. כאשר שתי חזיתות גל נגדיות נפגשות באותה תדירות ובמצב פאזה ספציפי, מתרחשת התאבכות בונה מובהקת. כלומר, האנרגיה של הגלים מוגברת בצורה אפקטיבית. תופעה זו יוצרת מערכת פידבק, אשר אובדן האנרגיה בה הוא מינימלי. **גלים עומדים במיתר:** תופעה דומה מתרחשת במיתר. כאשר הוא יוצא ממצב שיווי משקל, נוצרת הפרעה. ההפרעה נעה לאורך המיתר ומוחזרת מקצוות המיתר. התנודות המוחזרות מהקצוות, מתחברות עם התנודות הנעות בכיוון הקצוות, על פי חוקי ההתאבכות. **אורך גל:** לכל גל יש מאפיינים מרחביים. **אורך** הגל מתאר את ההתנהגות שלו במרחב. כלומר, אורך הגל שנע הגל בחלל בפרק זמן של מחזור אחד. מהירות הקול חלקי התדר = אורך הגל.