12. ध्वनीचा अभ्यास

ध्वनी ही एक प्रकारची ऊर्जा असून ती आपल्या कानात ऐकण्याची संवेदना निर्माण करते. ही ऊर्जा तरंगाच्या स्वरूपात असते. ध्वनीप्रसारणासाठी माध्यमाची आवश्यकता असते. ध्वनी तरंगामुळेमाध्यमात संपिडन (अधिक घनतेचे क्षेत्र) व विरलन (कमी घनतेचेक्षेत्र) यांची शृंखला निर्माण होते. माध्यमांच्या कणांचेदोलन आपल्या मध्य स्थितिच्या आजूबाजूस तरंग प्रसारणाच्या समांतर दिशेनेहोते, अशा तरंगांना अनुतरंग (Longitudinal Waves ) म्हणतात. याउलट पाण्यात खडा टाकल्याने निर्माण होणाऱ्या तरंगात पाण्याचेकण वर खाली दोलन करतात. हेदोलन तरंग प्रसारणाच्या दिशेच्या लंबवत असतात, त्यांस अवतरंग (Transverse Waves ) असेम्हणतात.

ध्वनीतरंगाची तरंगलांबी (Wavelength) l (लॅम्डा) ह्या ग्रीक अक्षरानेदाखवतात, तर वारंवारिता (Frequency) ही u (न्यू ) ह्या ग्रीक अक्षरानेदाखवतात. तसेच आयाम (Amplitude) हा A नेदर्शवला जातो. माध्यमातील एखाद्या बिंदूपाशी घनतेचेएक आवर्तन पूर्ण होण्यास लागणाऱ्या कालावधीस तरंगकाल (Period) म्हणतात. तरंगकाल हा ‘T’ या अक्षरानेदर्शवतात.

वारंवारितेच्या मूल्यावरून ध्वनीचेस्वरमान (Pitch) म्हणजेच उच्चनीचता ठरतेतर, आयामाचेमूल्य ध्वनीची महत्ता म्हणजेच तीव्रता ठरवते.

ध्वनीचा वेग (Speed of Sound)

तरंगावरील संपीडन किंवा विरलनसारख्या एखाद्या बिंदूने एकक कालावधीत कापलेले अंतर म्हणजे ध्वनीचा वेग होय.

ध्वनीचा वेग = वारंवारिता x तरंगलांबी

सारख्याच भौतिक स्थितीत असलेल्या माध्यमातील ध्वनीचा वेग सर्व वारंवारिताकरिता जवळपास सारखाच असतो. स्थायूमाध्यमापासून वायू माध्यमांपर्यंत ध्वनीचा वेग कमी कमी होत जातो. जर आपण कोणत्याही माध्यमाचे तापमान वाढवले तर ध्वनीचा वेग देखील वाढतो.

श्राव्य, अवश्राव्य व श्राव्यातीत ध्वनी

मानवी कानाची ध्वनीऐकण्याची मर्यादा 20 Hz ते20000 Hz आहेम्हणजेच या वारंवारितेमधील ध्वनी मानवी कान ऐकूशकतो म्हणून या ध्वनीला श्राव्य ध्वनी म्हणतात. मानवी कान 20 Hzपेक्षा कमी व 20000 Hz (20 kHz) पेक्षा जास्त वारंवारितेचा ध्वनी ऐकू शकत नाही. 20 Hz पेक्षा कमी वारंवारितेच्या ध्वनीस अवश्राव्य ध्वनी म्हणतात. दोलकाच्या कंपनाने निर्माण झालेला ध्वनी, भूकंप होण्यापूर्वी पृथ्वीच्या पृष्ठभागाची कंपनेहोऊन निर्माण झालेला ध्वनी हा 20 Hz पेक्षा कमी वारंवारितेचा म्हणजेच अवश्राव्य ध्वनी (Infrasound) आहे. 20000 Hz पेक्षा अधिक वारंवारितेच्या ध्वनीला श्राव्यातीत ध्वनी (Ultrasound) असेम्हणतात.

कुत्रा, उंदीर, वटवाघूळ, डॉल्फिन असे प्राणी त्यांना असणाऱ्या विशेष क्षमतेमुळे मानवाला अवश्राव्य असलेलेध्वनी ऐकूशकतात. या क्षमतेमुळे त्यांनाकाहीआवाजाची चाहूललागते,जीआपल्याला लागूशकत नाही. पाच वर्षाखालील लहान मुले, काही प्राणी व कीटक 25000 Hzपर्यंतचा ध्वनीऐकू शकतात. डॉल्फिन्स, वटवाघूळे, उंदीर वगैरे प्राणी श्राव्यातीत ध्वनी निर्माणही करू शकतात.

ध्वनीचे परावर्तन (Reflection of Sound )

प्रकाश तरंगाप्रमाणेच ध्वनी तरंगाचेदेखील घन किंवा द्रव पृष्ठभागावरून परावर्तन होते. तेदेखील परावर्तनाच्या नियमांचे पालन करतात. ध्वनीच्या परावर्तनासाठी एखाद्या खडबडीत किंवा चकचकीत पृष्ठभागाच्या अडथळ्याची आवश्यकता असते. ध्वनी ज्या दिशेने जातो व परावर्तित होतो त्या दिशा परावर्तक पृष्ठभागाच्या स्तंभिकेशी सारखेच कोन करतात आणि ते एकाच प्रतलात असतात.

ध्वनीचे चांगले परावर्तक व अयोग्य परावर्तक

एखाद्या परावर्तकापासून ध्वनी परावर्तित होत असताना ध्वनी किती प्रमाणात परावर्तित होतो यावरून ध्वनीचे चांगले परावर्तक व अयोग्य परावर्तक असे वर्गीकरण करतात. कठीण व सपाट पृष्ठभागावरून ध्वनीचे परावर्तन चांगल्या प्रकारे होते तर कपडे, पेपर, चटई, पडदे, फर्निचर यांपासून ध्वनीचे परावर्तन न होता ध्वनी शोषला जातो म्हणून यांना अयोग्य परावर्तक असे म्हणतात.

प्रतिध्वनी (Echo)

एखाद्या थंड हवेच्या ठिकाणी प्रतिध्वनी स्थळ म्हणजे एकोपाॅइंटजवळ तुम्ही मोठ्याने ओरडल्यानंतर थोड्याच वेळात तुम्हाला पुन्हा तोच ध्वनी ऐकू येतो अशा ध्वनीला प्रतिध्वनी म्हणतात. हा अनुभव तुम्ही घेतला असेल.

प्रतिध्वनी म्हणजे मूळ ध्वनीची कोणत्याहीपृष्ठभागावरून होणाऱ्या परावर्तनामुळे झालेली पुनरावृत्ती होय.

ध्वनी व प्रतिध्वनी वेगवेगळे ऐकू येण्यासाठी 22० C तापमानालाध्वनीच्या स्रोतापासूनपरावर्तनशीलपृष्ठभागापर्यंतचे कमीत कमी अंतर किती मीटर असले पाहिजे? 22० 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. ध्वनीच्या स्रोतापासून परावर्तनशील पृष्ठभागापर्यंत आणि पुन्हा मागे असे कमीत कमी अंतर आपण खालील सूत्राने काढूशकतो.

त्यामुळे सुस्पष्ट प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी ध्वनीच्या स्रोतापासून अडथळ्यापर्यंतचे कमीत कमी अंतर वरील अंतराच्या निम्मे म्हणजे 17.2 मीटर असावे लागते. वेगवेगळ्या तापमानाला ही अंतरे वेगवेगळी असतात.

निनाद (Reverberation)

 इमारतीचे छत व भिंती यावरून ध्वनीतरंगाचे पुन्हा पुन्हा परावर्तन होऊन ध्वनीतरंग एकत्र येऊन सतत जाणवेल असाध्वनी तयारहोतो. त्याचापरिणाम ध्वनीचे सातत्य राहण्यात होते. यालाच निनाद म्हणतात. एकाच ध्वनीतरंगाच्या लगतच्या येण्यातील कालावधी कमी होत जातो आणि परावर्तित ध्वनी एकमेकांमध्ये मिसळून सुस्पष्ट नसणारा व वाढलेल्या महत्तेचा (Intensity) ध्वनी खोलीत निर्माण होतो. काही सार्वजनिक सभागृह किंवा श्रोत्यांच्या बसण्याच्या जागा ध्वनीविषयक निकृष्ट ठरण्याचे कारण निनाद असते.

सोनार (SONAR)

Sound Navigation and Ranging याचे लघुरूप म्हणजे SONAR होय.पाण्याखालील वस्तूंचे अंतर, दिशा आणि वेग श्रव्यातीत ध्वनीतरंगाचाउपयोग करून SONAR मोजते. SONAR मध्ये प्रक्षेपक व शोधक असतात. ते जहाजावर किंवा बोटीवर बसवले जातात.

प्रक्षेपक श्राव्यातीत ध्वनीतरंग निर्माण करून प्रसारित करतो. हे तरंग पाण्यामधून प्रवास करतात. समुद्रतळाशी असणाऱ्या वस्तूवर आदळून हे तरंग परावर्तित होतात. परावर्तित झालेले तरंग जहाजावरील ग्राहक ग्रहण करतो.

ग्राहकाद्वारे श्राव्यातीत ध्वनीतरंगाचे रूपांतर विद्युत लहरीत होते व त्यातून त्यांचा सुयोग्य अर्थ काढला जातो. श्राव्यातीत ध्वनीच्या प्रक्षेपण व स्वीकृतीमधील कालावधी नोंदवला जातो. ध्वनीचा पाण्यातील वेग जाणून व वरील कालावधी विचारात घेऊन ज्या वस्तूपासून ध्वनी तरंगाचे परावर्तन होते त्याचे अंतर काढता येते.

SONAR तंत्र वापरून समुद्राची खोली काढता येते.पाण्याखालच्या टेकड्या,दऱ्या,पाणबुड्या, हिमनग, बुडालेली जहाजे इत्यादी शोधण्यासाठी याचा उपयोग होतो.

सोनोग्राफी (Sonography)

सोनोग्राफी तंत्रज्ञानामध्येश्राव्यातीत ध्वनीतरंगांचा उपयोग शरीरांतर्गत भागांच्या चित्रनिर्मितीमध्ये केला जातो. यांच्या साहाय्याने सूज येणे, जंतुसंसर्ग, तसेच वेदनांची कारणे यांचा शोध घेता येतो. हृदयाची स्थिती, हृदयविकाराच्या झटक्यानंतर हृदयाची अवस्था, तसेच गरोदर स्त्रीच्या गर्भाशयामध्ये गर्भाची होणारी वाढ पाहण्यासाठी या तंत्राचा उपयोग केला जातो.

या तंत्रज्ञानामध्ये एक छोटी शोधनी (Probe) व एक विशिष्ट द्रव वापरला जातो. शोधनी व त्वचा यांच्यातील संपर्क योग्य प्रकारे व्हावा व श्रव्यातीत ध्वनी पूर्ण क्षमतेने वापरला जावा, यासाठी हा द्रव वापरला जातो.

परीक्षण करायच्या भागावरील त्वचेवर द्रव लावून शोधनीच्या साहाय्याने उच्च वारंवारितेचा ध्वनी द्रवामधून शरीरामध्ये सोडला जातो. शरीरातील अंतर्गत भागातून परावर्तित झालेला ध्वनी पुन्हा शोधनीच्या साहाय्याने एकत्र केला जातो व या परावर्तीत ध्वनीच्या साहाय्याने संगणक शरीरांतर्गत भागाचे चित्र तयार करतो. हे तंत्रज्ञान वेदनाविरहित असल्याने अचूक निदानासाठी या तंत्रज्ञानाचा उपयोग वैद्यकशास्त्रात वाढत आहे.

मानवी कर्ण(Human Ear)

कान हे मानवाचे महत्त्वाचे इंद्रिय आहे. कानाने आपण ध्वनी ऐकतो. ध्वनीतरंग कानावर पडल्याने कानातील पडदा कंपित होतो व त्या कंपनांचे विद्युत लहरीत रूपांतर होते. त्या श्रवणविषयक मज्जातंतूद्वारे मेंदूकडे प्रवास करतात. कर्णाचे तीन भाग आहेत.

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

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 बाजूला ढकलला जातो. याप्रकारे ध्वनीतरंगामुळे पडद्याचे कंपन होते.

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