ध्वनी
हा धडा ध्वनीच्या मूलभूत संकल्पनांचा परिचय करून देतो, ज्यात ध्वनीची निर्मिती, त्याचे प्रसारण आणि वारंवारिता यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. विद्यार्थी ध्वनीतरंगातील संपीडन आणि विरलन, वारंवारितेचे महत्त्व आणि संगीतामध्ये तिचा वापर कसा होतो हे शिकतात. मानवी स्वरयंत्र आणि ध्वनिक्षेपक यांसारख्या ध्वनी निर्माण करणाऱ्या उपकरणांची रचना आणि कार्यपद्धती देखील स्पष्ट केली आहे. ध्वनी प्रदूषण आणि त्याचे परिणाम यावरही चर्चा केली आहे, ज्यामुळे विद्यार्थ्यांना ध्वनीच्या वैज्ञानिक आणि सामाजिक पैलूंची समग्र माहिती मिळते.
ध्वनीची वारंवारिता (Frequency of Sound)
ध्वनी हा कंपनांमुळे निर्माण होतो आणि तो तरंगांच्या स्वरूपात प्रवास करतो. या तरंगांमध्ये संपीडन (Compression) आणि विरलन (Rarefaction) असे भाग असतात.
- संपीडन (Compression): माध्यमातील कणांची घनता आणि दाब जास्त असलेला भाग.
- विरलन (Rarefaction): माध्यमातील कणांची घनता आणि दाब कमी असलेला भाग.
- एक आवर्तन (One Cycle): एक संपीडन आणि एक विरलन मिळून एक आवर्तन पूर्ण होते.
वारंवारिता (Frequency):
- एका सेकंदात होणाऱ्या कंपनांची संख्या किंवा एका सेकंदात निर्माण होणाऱ्या आवर्तनांची संख्या म्हणजे ध्वनीची वारंवारिता.
- वारंवारिता हर्ट्झ (Hz) या एककात मोजली जाते.
- जर एका सेकंदात एक कंपन झाले, तर त्या कंपनाची वारंवारिता 1 Hz असते.
- उदाहरण: जर एखादा नादकाटा (tuning fork) एका सेकंदात 512 वेळा कंप पावतो, तर त्यापासून निर्माण होणाऱ्या ध्वनीची वारंवारिता 512 Hz असते.
- नादकाट्याची वारंवारिता त्याच्या भुजांचा आकार (लांबी, जाडी) आणि तो कोणत्या पदार्थापासून बनला आहे, यावर अवलंबून असते.
वारंवारितेचे महत्त्व:
- ध्वनी तरंगांची वारंवारिता बदलल्यास निर्माण होणारा ध्वनी वेगळा असतो.
- वेगवेगळ्या वारंवारितांमुळे वेगवेगळ्या स्वरांची निर्मिती होते.
टीप: मानवी श्रवण मर्यादा साधारणपणे 20 Hz ते 20,000 Hz असते. या मर्यादेबाहेरील ध्वनी आपल्याला ऐकू येत नाहीत.
वारंवारिता (Frequency): एका सेकंदात होणाऱ्या कंपनांची संख्या. एकक: हर्ट्झ (Hz).
ध्वनीची वारंवारिता ही ध्वनीच्या तीव्रतेवर (pitch) परिणाम करते. जास्त वारंवारिता म्हणजे जास्त तीव्रतेचा (बारीक) आवाज, तर कमी वारंवारिता म्हणजे कमी तीव्रतेचा (जाड) आवाज.
ध्वनी आणि संगीत (Sound and Music)
ध्वनीच्या वेगवेगळ्या वारंवारितांमुळे संगीतातील विविध स्वरांची निर्मिती होते. संगीतामध्ये स्वरनिर्मितीसाठी अनेक प्रकारची वाद्ये वापरली जातात.
वाद्यांचे प्रकार आणि ध्वनी निर्मिती:
- तंतुवाद्ये (String Instruments): उदा. सतार, व्हायोलीन, गिटार.
- या वाद्यांमध्ये तारांचा वापर केला जातो.
- तारेवरील ताण कमी-जास्त करून किंवा तारेच्या कंप पावणाऱ्या भागाची लांबी बोटांनी कमी-जास्त करून कंपनांची वारंवारिता बदलली जाते.
- वारंवारिता बदलल्याने निरनिराळ्या स्वरांची निर्मिती होते.
- फुंकवाद्ये (Wind Instruments): उदा. बासरी, सनई.
- या वाद्यांमध्ये हवेच्या स्तंभाच्या कंपनामुळे ध्वनी निर्माण होतो.
- बासरीसारख्या वाद्यांमध्ये बोटांनी छिद्रे दाबून किंवा मोकळी करून बासरीतील कंप पावणाऱ्या हवेच्या स्तंभाची लांबी कमी-जास्त केली जाते.
- हवेच्या स्तंभाची लांबी बदलल्याने कंपनांच्या वारंवारितेमध्ये बदल होतो आणि निरनिराळे स्वर निर्माण होतात.
- फुंकवाद्यांमध्ये फुंक बदलूनही वेगळ्या स्वरांची निर्मिती करता येते.
- मानवी स्वर (Human Voice):
- आपल्या गळ्यातूनही वेगवेगळे स्वर निर्माण करता येतात. याची सविस्तर माहिती पुढील विभागात आहे.
संगीतातील प्रत्येक स्वराची विशिष्ट वारंवारिता असते, ज्यामुळे तो स्वर ओळखला जातो.
तंतुवाद्ये आणि फुंकवाद्ये यांच्यातील ध्वनी निर्मितीतील फरक स्पष्ट करा हा प्रश्न परीक्षेत विचारला जाऊ शकतो. मुख्य फरक म्हणजे तंतुवाद्यांमध्ये तारांच्या कंपनांमुळे तर फुंकवाद्यांमध्ये हवेच्या स्तंभाच्या कंपनांमुळे ध्वनी निर्माण होतो.
मानवी स्वरयंत्र (Human Larynx)
मानवामध्ये ध्वनीची निर्मिती स्वरयंत्रात (Larynx) होते, ज्याला व्हॉइस बॉक्स (Voice Box) असेही म्हणतात.
स्वरयंत्राची रचना आणि कार्य:
- स्वरयंत्र श्वासनलिकेच्या वरच्या बाजूस असते.
- घास गिळताना घशावर हात ठेवल्यास जाणवणारा उंचवटा हेच स्वरयंत्र आहे.
- स्वरयंत्रात दोन स्वरतंतू (Vocal Cords) असतात.
- या स्वरतंतूंमध्ये एक जागा (फटी) असते, ज्यातून हवा श्वासनलिकेत जाते.
- ध्वनी निर्मिती प्रक्रिया:
- फुफ्फुसातील हवा या जागेतून बाहेर पडते.
- हवा बाहेर पडताना स्वरतंतू कंप पावतात.
- या कंपनांमुळे ध्वनीची निर्मिती होते.
- स्वरात बदल:
- स्वरतंतूंना जोडलेले स्नायू या तंतूंवरील ताण कमी-जास्त करू शकतात.
- स्वरतंतूंवरील ताण वेगवेगळा असल्याने निर्माण होणारा ध्वनीही वेगळा असतो.
लिंगानुसार आणि वयानुसार आवाजातील फरक:
- पुरुषांचे स्वरतंतू: साधारणपणे 20 mm लांब असतात.
- स्त्रियांचे स्वरतंतू: साधारणपणे 15 mm लांब असतात.
- लहान मुलांचे स्वरतंतू: अजून लहान असतात.
- स्वरतंतूंच्या लांबीतील या फरकामुळे पुरुष, स्त्रिया आणि लहान मुले यांचा आवाज वेगवेगळ्या पट्टीचा (pitch) असतो.
स्वरतंतूंवरील ताण बदलून आपण वेगवेगळ्या स्वरांचा आवाज काढू शकतो.
मानवी शरीरात ध्वनीची निर्मिती स्वरयंत्रात होते, जिथे स्वरतंतूंच्या कंपनांमुळे ध्वनी निर्माण होतो.
ध्वनिक्षेपकापासून ध्वनी निर्मिती (Sound generation by loudspeaker)
ध्वनिक्षेपक (Loudspeaker) हे एक उपकरण आहे जे विद्युत ऊर्जेचे ध्वनी ऊर्जेमध्ये रूपांतर करते आणि मोठा आवाज निर्माण करते.
ध्वनिक्षेपकाची अंतर्गत रचना आणि कार्य:
- ध्वनिक्षेपकामध्ये मुख्यत्वे कायमचुंबक (Permanent magnet), कुंतल (Coil) आणि पडदा (Diaphragm) हे भाग असतात.
- कार्यप्रणाली:
- कायमचुंबकाच्या भोवती कुंतल गुंडाळलेले असते.
- जेव्हा कुंतलातून विद्युतप्रवाह प्रवाहित होतो, तेव्हा त्याभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते (विद्युतचुंबकीय प्रेरणेच्या नियमानुसार).
- हे कुंतलाचे चुंबकीय क्षेत्र कायमचुंबकाच्या चुंबकीय क्षेत्राशी आंतरक्रिया (interact) करते.
- या आंतरक्रियेमुळे कुंतल मागे-पुढे हलू लागते.
- कुंतलाची ही हालचाल, म्हणजेच त्याची वारंवारिता आणि आयाम, त्यातून वाहणाऱ्या विद्युत प्रवाहातील बदलांवर अवलंबून असते.
- कुंतलाला ध्वनिक्षेपकाचा पडदा जोडलेला असतो.
- कुंतल मागे-पुढे हलल्याने पडदाही मागे-पुढे कंप पावतो.
- पडद्याच्या या कंपनांमुळे हवेत ध्वनीतरंग निर्माण होतात, जे आपल्याला ऐकू येतात.
ध्वनिक्षेपकाचा वापर आणि मर्यादा:
- ध्वनिक्षेपकाचा वापर करून खूप मोठ्या पातळीचा आवाज निर्माण केला जाऊ शकतो, म्हणून सार्वजनिक ठिकाणी त्याचा वापर होतो.
- ध्वनीची पातळी सुमारे 100 डेसिबेल (dB) पेक्षा जास्त असल्यास तो ध्वनी त्रासदायक ठरू शकतो.
- म्हणून, ध्वनिक्षेपकाची क्षमता उच्च पातळीचा ध्वनी निर्माण करण्याची असली तरी, ध्वनी प्रदूषण टाळण्यासाठी त्यावर मर्यादा ठेवणे आवश्यक आहे.
ध्वनी प्रदूषण (Noise Pollution):
- अवाजवी किंवा अनावश्यक ध्वनीमुळे पर्यावरणाला आणि मानवी आरोग्याला होणारे नुकसान म्हणजे ध्वनी प्रदूषण.
- ध्वनी प्रदूषण टाळण्यासाठी प्रयत्न करणे आवश्यक आहे, कारण ते सामाजिक आरोग्य बिघडवते.
ध्वनिक्षेपक विद्युत ऊर्जेचे ध्वनी ऊर्जेमध्ये रूपांतर करतो.
ध्वनिक्षेपक फक्त आवाज मोठा करतो असे नाही, तर तो विद्युत सिग्नलचे ध्वनी तरंगांमध्ये रूपांतर करतो.
