SOUND

SOUND

Main topics covered in this part of CBSE Class 9 Science, Sound: Chapter Notes, are:

• Sound-Production and Propagation
• Medium
• Wave and its Types
• Characteristics of Sound
• Audible Frequency
• Reflection of Sound and its Laws
• Applications of Reflection of Sound

Sound
Sound is a form of energy which produces a sensation of hearing in our ears.
Production of Sound
Sound is produced due to the vibration of objects. Vibration is a periodic back-and-forth motion of the particles of an elastic body or mediumkind about a central position. It is also named as oscillation.
For example:

• Stretched strings of a guitar vibrate to produce sound.
• When membrane of a table is struck, it vibrates to produce sound.

Propagation of Sound

• The travelling of sound is called propagation of sound.
• Sound is propagated by the to and fro motion of particles of the medium.
• When an object vibrates, the particles around the medium vibrate. The particle in contact with the vibrating object is first displaced from its equilibrium position. Each particle disturbs the other particle in contact. Thus, the disturbance is carried from the source to the listener.

Only the disturbance produced by the vibrating body travels through the medium but the particles do not move forward themselves.
Medium

• The matter or substance through which sound is transmitted is called a medium.
• A medium is necessary for the propagation of sound waves.
• The medium can be solid, liquid or gas.
• Sound cannot travel in vacuum.

Wave that requires medium to propagate is called Mechanical wave.
Wave
Wave is a phenomenon or disturbance in which energy is transferred from one point to another without any direct contact between them. For example: Heat, light and sound is considered as a wave.
Types of Waves
On the basis of direction of propagation, waves are categorized into two parts:
(i) Longitudinal waves: These are the waves in which the particles of the medium vibrate along the direction of propagation of the wave. For example: sound wave. (ii) Transverse waves: In this type of wave the particles of the medium vibrate in a direction perpendicular to the direction of propagation of the wave. For example: waves produced in a stretched string. Another type of waves which do not require any medium for propagation are called electromagnetic waves. These waves can travel through vacuum also. For example, light waves, X-rays.
Compressions and Rarefactions:

• Compression is the part of wave in which particles of the medium are closer to one another forming the region of high pressure and density.

          Compressions are represented by the upper portion of the curve called crest.

• Rarefaction is a part of the wave where particles spread out to form a region of low pressure and density.

          Rarefactions are represented by the lower portion of the curve called trough.

Characteristics of a sound wave
Sound waves have following characteristics:
(1) Amplitude
(2) wavelength
(3) Frequency
(4) Time period
(5)Velocity
Amplitude

• The maximum displacement of each particle from its mean position is called amplitude.
• It is denoted by A.
• Its SI unit is metre (m).

Wavelength

• The distance between two nearest (adjacent) crests or troughs of a wave is called its wavelength.
• It is denoted by the Greek letter lamda (λ).
• Its SI unit is metre.

Frequency

• The number of vibrations per second is called frequency.
• The SI unit of frequency is hertz (Hz).
• The symbol of frequency is ν (nu).

Time period

• The time taken to complete one vibration is called time period.
• It is denoted by T.
• Its SI unit is second (s).
• The frequency of a wave is the reciprocal of the time period.

               i.e., v = 1/T
Velocity

• The distance travelled by a wave in one second is called velocity of the wave or speed of the wave.
• Its S.I. unit is metres per second (m/s).
• Velocity = Distance travelled/Time taken

⟹      v = λ/T  , where λ = wavelength of the wave travelled in one time time period T)
⟹      v = λv      (As 1/T = v)
Thus, Velocity = Wavelength × Frequency
v = λv is called the wave equation.
Pitch and loudness of Sound
Pitch: It represents shrillness or flatness of sound.
It depends on the frequency of vibration. Higher the frequency of sound wave, the higher will be the pitch of sound and vice-versa.
Loudness: It is a measure of the sound energy reaching the ear per second.
It depends on the amplitude of the sound wave.
It is measured in decibel ‘dB’.
Music And Noise
Music: It is the sound that is pleasant to hear. For example: Sound coming out of musical instruments) Noise: It is the sound that is unpleasant to hear. For example: Sound produced by vehicles.
Tone and Note
Tone: A pure sound of single frequency is called tone. Note: An impure sound produced by mixture of many frequencies is called a note. For example: A musical note has tones of various frequencies.
Audible Frequency
The audible range of human ear is 20 Hz and 20,000HZ, i.e., the human ears can hear only those waves whose freqnecy lies between 20 Hz and 20,000HZ.
Reflection of sound  
When sound waves strike a surface, they return back into the same medium. This phenomenon is called reflection.
Laws of reflection
There are two basic laws of reflection of sound:
(i) Angle of incidence is equal the angle of reflection.
(ii) The incident wave, the reflected wave and the normal all lie in the same plane.
Applications of  Reflection of Sound
Many instruments work on the basis of multiple reflections of sound:

• Megaphone, loudspeakers, bulb horns, musical instruments like trumpets, shehnais etc.  are designed to send sound by multiple reflections in a particular direction due to which the amplitude of sound waves adds up to increase loudness of sound.
• Stethoscope which is used by doctors to listen to the sounds from the human body, also works on principle of multiple reflections of sound. Here, sound of heartbeat reaches the doctor's ears by multiple reflections.
• In big halls or auditoriums sound is absorbed by walls, ceiling, seats, etc. So a curved board (sound board) is placed behind the speaker. Then the voice of speaker suffers multiple reflections to increase its loudness so that his speech  can be heard easily by audiences. 
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  साउंड क्या हैं? (What is Sound)

  साउंड एक ऐसा कंपन है जिसे सुनने की शक्ति के आधार पर पहचाना जाता है| सामान्यतः हम उन वाइब्रेशंस को सुनते हैं जो हवा के जरिए एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाते हैं लेकिन साउंड गैस तथा तरल के जरिए भी चल सकते हैं| यह निर्वात के जरिए गमन नहीं करते जैसे कि बाहरी अंतरिक्ष में जब वाइब्रेशंस हमारे कानों तक पहुंचते हैं तो उन्हें तंत्रिका मनावेगों  में परिवर्तित कर दिया जाता है फिर मस्तिष्क में भेजा जाता है| जो हमें साउंड के मध्य अंतर करने की सुविधा देते हैं| ज्यादा तकनीकी भाषा में साउंड एक लचकदार पदार्थ में फैले हुए दबाव पार्टिकल डिस्प्लेसमेंट या पार्टिकल गति में होने वाला घटाव तथा बढाओ है|
  
  

  साउंड की विशेषताएं (Features/Attributes of Sound)

• साउंड – आवृत्ति (Sound – Frequency)
• साउंड-तरंग (Sound-Wavelength)
• साउंड – आयाम (Sound – Amplitude)
• साउंड – वेग (Sound – Velocity)

साउंड आवृत्ति (Sound – Frequency)

आवृत्ति किसी साउंड तरंग के कारण एक निश्चित बिंदु पर एक सेकंड में हवा के दबाव के कारण होने वाले दोलनो (Oscillations) की संख्या है| प्रति सेकंड एक दोलन चक्र एक हार्ट्स के समरूप होता है| आवृत्ति (Frequency) f की साउंड तरंग की तरंगदैर्घ्य और गति c पर यात्रा c / f द्वारा दी जाती है। 343 m / s की गति को देखते हुए, 20 kHz की साउंड तरंग में लगभग 17 मिमी की तरंग दैर्ध्य होती है

साउंड तरंग धैर्य (Sound-Wavelength)

तरंग धैर्य दो क्रमिक तरंग श्रंगों (crests)के मध्य दूरी है| अर्थात यह वह दूरी है जिसे तरंग एक चक्र के दौरान पूरा करता है|

साउंड की आवृत्ति सीमा कि वह रेंज है, जिसे मनुष्य से लेने की क्षमता रखता है 20 से 20000 हर्टज के मध्य है| यह रेंज हर व्यक्ति के लिए भिन्न होती है तथा सामान्यतः उम्र के साथ यह सीमा आकार में घटती जाती है| यह एक आसमान वक्र है 3500 हर्टज के आसपास की ध्वनि इससे ज्यादा अथवा कम आवृत्ति पर समान आयाम की ध्वनि की तुलना में ज्यादा प्रबल अनुभव होती है इस रेंज के ऊपर तथा नीचे की ध्वनि क्रमशः अल्ट्रासाउंड तथा इंफ्रासाऊंड होती है|

साउंड आयाम (Sound – Amplitude)

साउंड का आयाम भी होता है इस विशेषता को तारत्व कहते हैं निष्क्रिय अथवा औसत स्थिति से हवा के दबाव द्वारा तरंग के डिस्प्लेसमेंट का माप साउंड का आयाम होता है| आयाम (Amplitude) तरंग के भीतर साउंड दबाव परिवर्तन का परिमाण है, या मूल रूप से, साउंड तरंग में किसी भी बिंदु पर अधिकतम दबाव है। एक साउंड तरंग का शाब्दिक रूप से कुछ बिंदुओं पर दबाव बढ़ने से होता है, उच्च दबाव बिंदु ऊपर उल्लिखित क्रैस्ट हैं, और उनके पीछे कम दबाव बिंदु हैं जो उन्हें पूंछते हैं। आयाम (Amplitude) पदार्थ के कणों का अधिकतम विस्थापन है जो संपीड़ितों में प्राप्त होता है, आयाम (Amplitude) को अक्सर साउंड दबाव स्तर के रूप में संदर्भित किया जाता है और डेसीबल में मापा जाता है।

साउंड – वेग (Sound – Velocity)

साउंड का प्रसार गति उस माध्यम के प्रकार, तापमान और दबाव पर निर्भर करता है जिसके माध्यम से वह प्रचार करता है। सामान्य परिस्थितियों में, हालांकि, क्योंकि हवा लगभग एक आदर्श गैस है, साउंड की गति हवा के दबाव पर निर्भर नहीं करती है। शुष्क हवा में 20 ° C (68 ° F) पर साउंड की गति लगभग 343 m / s (लगभग 1 मीटर प्रत्येक 2.9 मिलीसेकंड) है। साउंड की गति तरंगदैर्ध्य की आवृत्ति (Frequency) से संबंधित है।

ध्वनि तरंगें और उसकी आवृत्ति‍ परिसर से जुड़े तथ्य

जिन यांत्रिक तरंगों की आवृत्ति 20Hz से 2000Hz के बीच होती है, उनकी अनुभूति हमें अपने कानों के द्वारा होती है, और इन्हें हम ध्वनि के नाम से पुकारते हैं.

 

ध्वनि तरंग क्या है, इसको जानने के लिए जानें पराश्रव्य तरंगे, तरंगों की आवृति से जुड़े महत्वपूर्ण तथ्य:ध्वनि तरंग (sound waves)
1. ध्वनि तरंग अनुदैधर्य यांत्रिक तरंगें होती हैं.
2. जिन यांत्रिक तरंगों की आवृत्ति 20Hz से 2000Hz के बीच होती है, उनकी अनुभूति हमें अपने कानों के द्वारा होती है, और इन्हें हम ध्वनि के नाम से पुकारते हैं.

ध्वनि तरंगों का आवृत्ति परिसर:
(i) अवश्रव्य तरंगें (infrasonic waves) : 20Hz से नीचे से आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों को अवश्रव्य तरंगें कहते हैं. इसे हमारा कान नहीं सुन सकता है. इस प्रकार की तरंगो को बहुत बड़े आकर के स्रोत्रों से उत्पन्न किया जा सकता  है.
(ii) श्रव्य तरंगें (audible waves): 20Hz से 2000Hz के बीच की आवृत्ति वाली तरंगों को श्रव्य तरंगें कहते हैं. इन तरंगों को हमारा कान सुन सकता है.
(iii) पराश्रव्य तरंगें (ultrasonic waves): 2000Hz से ऊपर की तरंगों को पराश्रव्य तरंगें कहा जाता है. मुनष्य के कान इसे नहीं सुन सकता है. परंतु कुछ जानवर जैसे :- कुत्ता,बिल्ली,चमगादड़ आदि, इसे सुन सकते है. इन तरंगों को गाल्टन की सीटी के द्वारा तथा दाब वैद्युत प्रभाव की विधि द्वारा क्वार्ट्ज के क्रिस्टल के कंपन्नों से उत्पन्न करते है. इन तरंगो की आवृत्ति बहुत ऊंची होने के कारण इसमें बहुत अधिक ऊर्जा होती है. साथ ही इनका तरंगदैधर्य छोटी होने के कारण इन्हें एक पतले किरण पुंज के रूप में बहुत दूर तक भेजा जा सकता है.
3. पराश्रव्य तरंगें के उपयोग:
(i) संकेत भेजने में
(ii) समुद्र की गहराई का पता लगाने में
(iii) कीमती कपड़ो वायुयान तथा घड़ियों के पुर्जो को साफ़ करने में
(iv) कल-कारखानों की चिमनियों से कालिख हटाने में
(v) दूध के अंदर के हानिकारक जीवाणुओं की नष्ट में
(vi) गठिया रोग के उपचार एवं मष्तिष्क के ट्यूमर का पता लगाने में

क्या आपको पता है कि (Sound Waves) ध्वनि तरंगें कहां से आती हैं और आपके कान उन तरंगों को सुनने में आपकी किस तरह मदद करते हैं. हम आपको बताएंगे ध्वनि की गति कितनी होती है, ध्वनि और संगीत का क्या रिश्ता होता है और ध्वनि विज्ञान क्या है?

1) ध्वनि की उत्पत्ति वाइब्रेशन से होती है. ध्वनि तरंगें हवा और पानी से होते हुए हमारे कानों तक पहुंचती हैं.

2) वाइब्रेशन के असली स्त्रोत की तरह ही हमारे कान भी वाइब्रेट करते हैं. इससे हम हर तरह की आवाज सुन पाते हैं.

3) कुत्ते मनुष्य की तुलना में हाई फ्रिक्वेंसी की आवाज सुन सकते हैं. जो आवाज मनुष्य भी नहीं सुन पाते वो कुत्ते सुन लेते हैं.

4) किसी खतरे की आशंका होने पर जानवर आवाज द्वारा दूसरे जानवरों को आगाह कर देते हैं.

5) आवाज शून्य में गतिमान नहीं होती.

6) आवाज की गति तकरीबन 767 मील प्रति घंटे होती है (1,230 कि.मी प्रति घंटे).

7) हवा की तुलना में आवाज पानी में 4 गुना तेजी से प्रसारित होती है.

8) ध्वनि तरंगों के वैज्ञानिक अध्ययन को ''ध्वनि विज्ञान'' कहते हैं.

9) संगीत की परिभाषा देना मुश्किल है. ध्वनियों के अर्थपूर्ण और मनभावन व्यवस्था को अक्सर संगीत की संज्ञा दे दी जाती है.











ध्वनि (Sound) एक प्रकार का कम्पन या विक्षोभ है जो किसी ठोस, द्रव या गैस से होकर संचारित होती है। किन्तु मुख्य रूप से उन कम्पनों को ही ध्वनि कहते हैं जो मानव के कान (Ear) से सुनायी पडती हैं।

ध्वनि की प्रमुख विशेषताएँ

राइफल दागने से उत्पन्न ध्वनि तरंग (उपर); एक 'ज्या तरंग' (साइन वेव) जिसकी आवृत्ति क्रमशः बढ़ रही है (मध्य); 'विकिपीडिया' शब्द के उच्चारण से उत्पन्न ध्वनि तरंग (नीचे)

• ध्वनि एक यांत्रिक तरंग है न कि विद्युतचुम्बकीय तरंग। (प्रकाश विद्युतचुम्बकीय तरंग है।
• ध्वनि के संचरण के लिये माध्यम (मिडिअम्) की जरूरत होती है। ठोस द्रव, गैस एवं प्लाज्मा में ध्वनि का संचरण सम्भव है। निर्वात में ध्वनि का संचरण नहीं हो सकता।
• द्रव, गैस एवं प्लाज्मा में ध्वनि केवल अनुदैर्घ्य तरंग (longitudenal wave) के रूप में चलती है जबकि ठोसों में यह अनुप्रस्थ तरंग (transverse wave) के रूप में भी संचरण कर सकती है।। जिस माध्यम में ध्वनि का संचरण होता है यदि उसके कण ध्वनि की गति की दिशा में ही कम्पन करते हैं तो उसे अनुदैर्घ्य तरंग कहते हैं; जब माध्यम के कणों का कम्पन ध्वनि की गति की दिशा के लम्बवत होता है तो उसे अनुप्रस्थ तरंग कहते है।
• सामान्य ताप व दाब (NTP) पर वायु में ध्वनि का वेग लगभग 332 मीटर प्रति सेकेण्ड होता है। बहुत से वायुयान इससे भी तेज गति से चल सकते हैं उन्हें सुपरसॉनिक विमान कहा जाता है।
• मानव कान लगभग २० हर्ट्स से लेकर २० किलोहर्टस (२०००० हर्ट्स) आवृत्ति की ध्वनि तरंगों को ही सुन सकता है। बहुत से अन्य जन्तु इससे बहुत अधिक आवृत्ति की तरंगों को भी सुन सकते हैं।
• एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर ध्वनि का परावर्तन एवं अपवर्तन होता है।
• माइक्रोफोन ध्वनि को विद्युत उर्जा में बदलता है; लाउडस्पीकर विद्युत उर्जा को ध्वनि उर्जा में बदलता है।
• किसी भी तरंग (जैसे ध्वनि) के वेग, तरंगदैर्घ्य और आवृत्ति में निम्नलिखित संबन्ध होता है-

${\displaystyle \lambda ={\frac {v}{f}}}$

जहाँ v तरंग का वेग, f आवृत्ति तथा :${\displaystyle \lambda }$ तरंगदर्ध्य है।

आवृत्ति के अनुसार वर्गीकरण

• अपश्रव्य (Infrasonic) 20 Hz से कम आवृत्ति की ध्वनि मानव को सुनाई नहीं देती,
• श्रव्य (sonic) 20 Hz से 20 kHz, के बीच की आवृत्तियों वाली ध्वनि सामान्य मानव को सुनाई देती है।
• पराश्रव्य (Ultrasonic) 20 kHz से 1,6 GHz के बीच की आवृत्ति की ध्वनि मानव को सुनाई नहीं पड़ती,
• अतिध्वनिक (Hypersonic) 1 GHz से अधिक आवृत्ति की ध्वनि किसी माध्यम में केवल आंशिक रूप से ही संचरित (प्रोपेगेट) हो पाती है।