על שמיעה, סאונד, ומה שמסביבם - פרק ה: הקול כגל

עכשיו זמן מעולה בשביל להמשיך את המסע שלנו לעולם הסאונד. והפעם, בוא ננסה להבין מהו גל קול (sound wave).

ידוע שצלילים נגרמים מרטט, אבל לסיים את הדיון פה תהיה טעות. כדי להבין את הסאונד בצורה הבסיסית הדרושה להגברה בקנה מידה גדול, עלינו לפרק את התהליך לאלמנטים בודדים שכולם משחקים תפקיד:

נקודת המוצא היא אנרגיה:

סאונד מתחיל בעצם כהפרעה, ומקור ההפרעה הוא אנרגיה.

ישנם כמובן סוגים שונים של אנרגיה, המתחלקים לשישה סוגים כלליים:

• כימית (לדוגמה, שריפת בנזין שמניעה מכונית)

• חשמלית (אנרגיה שנוצרת מתנועת אלקטרונים)

• קרינה (כולל קרני אור גלויות ובלתי נראות)

• מכאנית (נקבעת על ידי תנועה או מיקום של אובייקט פיזי)

• תרמית (האנרגיה של מולקולות רוטטות, המתבטאת כחום)

• גרעינית (הנובעת מביקוע או היתוך של אטומים)

כל אחת מסוגי האנרגיות הללו יכולה להגיע בצורה של אנרגיה פוטנציאלית, כגון כדור המוחזק באוויר, וקינטית, המתרחשת כשהכדור נופל לקרקע. בנקודה זו ניתן להמיר אנרגיה. לדוגמה, כאשר כדור נופל לקרקע, כמות קטנה מאוד של אותה אנרגיה תומר לאנרגיה תרמית (חום), חלקה כאנרגיה אלסטית, בעוד שהאנרגיה המכנית הנותרת באה לידי ביטוי כקול.

ניתן להרחיב את אותו ההיגיון גם למצבים מורכבים יותר: לדוגמה, ניתן להמיר אות חשמלי לגלים אלקטרומגנטיים (שנכנסים למשפחת אנרגיית הקרינה) אשר בתורם מומרים לתנועות מכניות של רמקול, ושוב מפיקים קול.

סיבה ותוצאה

במובנים מסוימים, אור וקול דומים - למשל, לשניהם יש תדר ומשרעת - אבל כשזה מגיע לאופן שבו הם מגיעים לחושים שלנו, הם שונים מאוד.

אנו שומעים צליל כמשהו שנקרא גל דחיסה, אבל מה זה אומר בדיוק?

צליל נוצר כאשר אנרגיה מכנית משבשת מדיום (לדוגמה, אוויר או מים). כאשר זה קורה, מולקולות נדחפות למולקולות אחרות, שבתורן דוחפות למולקולות אחרות, וכן הלאה. יש לכך השפעה על הצפיפות (דחיסה של המולקולות), מה שמגביר מעט את לחץ האוויר. אף על פי שאף מדיום אינו סטטי לחלוטין, המדיום הוא בהחלט פחות דינמי ממקור הקול, ולכן הדחיסה של המדיום חייבת להיות מאוזנת על ידי אזור מקביל של מדיום בלחץ נמוך יותר (קלישות - מלשון קלוש).

ניתן לראות גל דחיסה, המיוצג בצפיפות מולקולרית (למעלה), וצורת גל שמע מסורתי (למטה) בתמונה מטה.

הייצוג המסורתי של גל יכול להיות מטעה, ולהוביל למסקנה המוטעית שהמולקולות עצמן רוטטות, כפי שיהיה במקרה של אנרגיה תרמית. זה לא קורה עם הצלילים שאנחנו שומעים - מה שאנו תופסים ומייצגים כפסגות וכעמקים של צורת גל השמע, הם למעשה המצבים המתחלפים של דחיסה וקלישות של המולקולות במדיום.

ככל שהמדיום חוזר לשיווי המשקל שלו וככל שהאנרגיה מתפזרת, המשרעת הנתפסת של הצליל (האמפליטודה שלו) יורדת לשקט.

המדיום חשוב

כשזה מגיע לאור, פוטונים נפלטים ממקור כלשהו ומגיעים ישירות לעינינו. אור אינו דורש מדיום - למעשה, הוא נע בצורה היעילה ביותר ללא מדיום בכלל (ריק) ואפילו מדיה שקופה כמו אוויר וזכוכית יספגו חלק מהאור. סאונד הוא כמעט הפוך בהקשר הזה. צליל הנשמע בעולם האמיתי הוא ביטוי של אנרגיה מכנית, המתבטא ברמה המולקולרית, ומסתמך על מדיום להעברתו. המפתח להבנת האופן שבו המדיום משפיע על הצליל מבוסס על ההבנה שלמרות שאנו קולטים אור ישירות אנו שומעים צליל בעקיפין. האופן שבו אנו תופסים צליל תלוי במידה רבה במדיום דרכו הצליל עובר.

כשמדובר בהשפעה של המדיום על הסאונד, ישנם כמה כללי אצבע:

• צליל עובר מהר יותר דרך מדיה צפופה יותר. לדוגמה, קול נע מהר יותר במוצקים מאשר בנוזלים, ומהיר יותר בנוזלים מאשר בגזים.

• עם מדיום צפוף יותר, פחות אנרגיה אובדת כתוצאה מתנועת חלקיקים, זה מביא לצלילים שנשמעים למרחקים גדולים יותר ככל שצפיפות המדיום עולה.

• ככל שהצפיפות של המדיום עולה, יותר תוכן בתדר גבוה נבלע במדיום ולא מועבר.

זה אולי מודגם בצורה הטובה ביותר על ידי ניסוי “הפעמון בוואקום" המפורסם, שבו נשאב אוויר מצנצנת שבה נמצא פעמון מצלצל. ככל שהצפיפות של המדיום יורדת לוואקום, צליל הפעמון פוחת עד שהוא לא נשמע, למרות העובדה שהוא עדיין "מצלצל".

עף ברוח

בנוסף לצפיפות שלו, ליציבות המדיום יש השפעה גם על יכולתו להעביר קול. גורמים כמו רוח וגלים יפזרו וישנו את תנועת המולקולות של המדיום, מה שישפיע על המרחק והכיוון שבו יישמעו צלילים.

טוב, אז עד כאן תיאוריה. בפוסטים הבאים, ננסה להבין סאונד בעולם האמיתי (אמיתי במובן של איך זה מתורגם לסאונדים המדהימים האלה שמכשפים אותנו ברחבה).