קול

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מטוס קרב שובר את מהירות הקול

קול או צליל הוא התפשטות של הפרעה מכנית בחומר. הקול הוא סוג של גל, ויכול להתפשט בגז, נוזל, מוצק ופלזמה. גל הקול מתבטא בשינויי לחץ המתפשטים בחומר. לפי הגדרה אחרת הקול הוא אוסף של דחיסות ודילול מכניים, או גלי אורך שמתפשטים, דרך תווך (החומר בו מועבר הקול. דוגמה לתווך כזה הוא האוויר, דרכו עובר הקול בשיחה רגילה בין אנשים), הניתן לדחיסה (כל חומר למעט ריק). מייצר הקול נקרא גם מקור הגל. גלי קול ניתנים לתיאור בצורה גרפית, כאשר ציר אחד הוא ציר הזמן או המרחב, והציר השני הוא צפיפות האוויר. ההגדרה לקול מתנה את טווח התדר בתחום הנשמע ובעוצמה מעל לסף השמיעה.

מאפיינים פיזיקליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גלים סינוסאודליים

הקול הוא תופעה גלית, ולכן מתאפיין בתדירותמהירות ובמשרעת (אמפליטודה). המשרעת היא העוצמה של לחץ הקול המשתנה בתוך הגל, או הכמות המקסימלית, של לחץ בכל נקודה בגל. גלי קול נוצרים בשל עלייה בלחץ בנקודות מסוימות של חומר, הגורמים ל"אפקט הדומינו" המועבר הלאה. נקודות הלחץ הגבוה, ולפניהם, נקודות הלחץ הנמוך העוקבות אחרי נקודות עליית הלחץ. עוצמת הקול נמדדת בדציבלים (שהוא יחס לוגריתמי, ובמילים אחרות, אינו יחס ישיר).

מהירות הקול - מהירות הקול תלויה בגורמים רבים, ביניהם סוג, טמפרטורה ולחץ של התווך. למשל, גלי קול עוברים דרך האוויר במהירות שונה מאשר דרך מים. באוויר, ביום יבש בו הטמפ' היא 20 מעלות, מהירות הקול היא 343 מטרים לשנייה, או כ-1250 קמ"ש.

מהירות הקול איטית מאוד יחסית למהירות האור. הבדל זה מסביר לדוגמה את פער הזמנים בין ראיית הברק לבין שמיעת הרעם, הנוצרים באותו רגע.

שינוי מחזורי בלחץ האוויר היוצר "משיכה" ו"דחיפה" של מולקולות האוויר גורם (מ- 20 פעמים בשנייה ל- 20,000 פעמים בשנייה) לאוזן שלנו להבחין בקול.

קול כחוויה פסיכו-אקוסטית[עריכת קוד מקור | עריכה]

נהוג לאפיין את החוויה הפסיכו-אקוסטית שנוצרת כתוצאה מגרוי של גלי קול מחזוריים או מחזוריים-למחצה באמצעות גובה, עוצמה, גוון ומשך. באופן כללי, הקשר בין החוויה הפסיכו־אקוסטית של הצליל, כלומר האופן שבו הצליל נתפש על ידי בני-אדם או בעלי-חיים, לבין המאפיינים הפיזיקליים של גל הקול הוא מורכב למדי. עם זאת, יש התאמה ברורה בין מספר מאפיינים בסיסיים של הצליל לתכונות פיזיקליות של הגל, כמתואר להלן. בהמשך יהיה נוח לדמיין את הגל כפונקציה המתארת את לחץ האוויר בכל נקודה בזמן ובמרחב.

עוצמת הצליל[עריכת קוד מקור | עריכה]

על אף שהתחושה הנשמעת של עוצמת הצליל. מושפעת מגורמים רבים, יש התאמה ברורה בינה לבין המשרעת של גל הקול. אם ניקח גל קול, ונבנה ממנו גל שני על ידי כך שבכל נקודה בזמן ובמרחב נכפיל את לחץ האוויר לפי איזשהו יחס קבוע (ליתר דיוק, נכפיל את ההפרש ביחס ללחץ הממוצע, שהוא בערך אטמוספירה אחת), נקבל שני גלים הנבדלים רק בעוצמתם. במובן הפיזיקלי המדויק, נהוג למדוד עוצמה של קולות (לאו דווקא צלילים) ביחידות של דציבל. לרוב משתמשים בדציבלים כמדד של עוצמה יחסית (כאשר משווים עוצמות של שני צלילים, למשל), אם כי ניתן להשתמש בהם גם כדי לתאר עוצמה מוחלטת (ביחס לתקן שנקבע) ואז אפשר לחשב את המשרעת של גל הלחץ על סמך העוצמה בדציבלים.

במוזיקה קלאסית נהוג לתאר את תחושת העוצמה, או הדינמיקה, הרצויה באמצעות מילים (שמקורן באיטלקית): פיאניסימו, פיאנו, פורטה, פורטיסימו, ועוד. נראה, כי החוויה הרגשית של היצירה מושפעת לא-פחות, ואולי אף יותר, משינויים בעוצמת הצליל. ועל כן גם להם סימנים ומונחים מיוחדים כגון קרשנדו ודימינואנדו. ישנן מספר יצירות של מוזיקה אלקטרונית בהן העוצמה מוגדרת באופן מדויק, בדציבלים.

גובה הצליל[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – גובה (מוזיקה)

תחושת גובה הצלילאנגלית: Pitch), קשורה לתדירות הבסיסית של גל הקול. ככל שהתדירות של הצליל יותר גבוהה כך נשמע הצליל יותר גבוה.

תדירות הצליל נמדדת ביחידות הרץ כלומר מספר המחזורים של גל הקול בשנייה. כאשר תזמורת סימפונית מכוונת את כליה, זה נעשה על-פי "צליל יחוס" (reference pitch), הצליל לה שמנוגן על ידי אבוב. צליל זה מקביל לצליל לה באוקטבה האמצעית של הפסנתר - A4. לכיוונון של אבוב זה או כל כלי יחיד כמו פסנתר או גיטרה היה נהוג להשתמש בקולן. כיום יש מכשירי כוונון אלקטרוניים היכולים להתאים עצמם לצלילי ייחוס שונים. בדרך כלל צליל היחוס הוא בתדירות של 440 הרץ, בעבר צליל הייחוס היה בתדירות של 435 הרץ, ובתקופות שונות ובמקומות שונים נבחרו גם תדירויות אחרות.

להוציא את שירת האדם והציפורים, רוב הקולות בטבע אינם בעלי גובה מוגדר. ייחודם של כלי הנגינה והרמקולים, אם כך, הוא ביכולתם להפיק צלילים בעלי גובה מוגדר. עם זאת, לא כל התרבויות המוזיקליות מבססות את המוזיקה שלהם על פרמטר הגובה. לדוגמה, המוזיקה באפריקה מבוססת על כלים אידיופוניים בעלי גובה בלתי מוגדר או מוגדר למחצה, המלווים בקולות אנושיים ‏‏‏[1]

מרבית כלי-הנגינה מתוכננים (או מסוגלים) לנגן רק קבוצה סופית מתוך אינסוף גובהי-הצלילים האפשריים. כלי הקשת וביניהם הכינור, וכן הטרומבון מתייחדים בכך שהם מסוגלים לנגן קבוצה אין סופית ורציפה של תדירויות, אך קבוצה זו היא עדיין חלקית לקבוצת כל הצלילים האפשריים. יתר-על-כן, קטעים מוזיקליים טיפוסיים נבנים על סדרה מצומצמת עוד-יותר של גובהי-צלילים, המכונה סולם.

תפיסה מוזיקלית של גובה הצליל[עריכת קוד מקור | עריכה]

תחום התדירויות שהאוזן האנושית יכולה לקלוט היא בין 20 הרץ ל-20 קילוהרץ לערך, אם היא של תינוק. עם ההתבגרות טווח זה יורד עד ל-16 קילוהרץ. ישנם בעלי חיים, כמו כלבים ודולפינים, שיכולים לשמוע אף מעבר לתחום זה. כך למשל, לווייתנים ודולפינים, משמיעים קולות ומאזינים להדים המוחזרים אליהם כדי להתמצא במרחב ולאתר טורפים ומזון, בדומה לסונאר אקטיבי.

רוב בני האדם יכולים לזהות מרווחים צליליים של 3 סנטים (כלומר, שלוש מאיות של "חצי טון"), כאשר המשך והעוצמה של הצלילים אופטימליים והם נמצאים בתחום הרגישות המקסימלית (בסביבות התדר של 3000 הרץ). ככל שאורך הצליל קצר יותר ועוצמתו נמוכה יותר, כך דרושים מרווחים גדולים יותר על מנת לזהות הפרשי גובה בין שני צלילים. לכן הפרש של 5 סנטים נחשב לחסר משמעות מבחינת התפיסה האנושית. ‏‏‏[2]

באמצעות אימון, ניתן לחדד את תפישת הגובה של הצליל וכך לזהות בדיוק רב מרווחים, כלומר יחסי תדירויות בין צלילים המושמעים באותו זמן או בזמנים סמוכים. שמיעה כזו מכונה שמיעה רלטיווית. מאידך, אצל רוב האנשים במדינות המערב היכולת לזהות במדויק גובה של צליל, קרויה שמיעה אבסולוטית ושכיחותה קטנה בהרבה.

גון הצליל[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגובה והעוצמה של הצליל אינם מספיקים כדי לתאר אותו באופן מלא. לראיה, ניתן להבחין בין צלילים המנוגנים על ידי שני כלים שונים, כגון פסנתר וחליל, גם כאשר הם מנגנים באותה עוצמה ובאותו גובה. הדיבור מהווה דוגמה עוד יותר מובהקת לכך, שכן אנו יכולים להבדיל בין שלל הברות, גם כאשר מקפידים להגות אותן באותו הגובה ובאותה העוצמה. ההפך נכון גם - אנחנו יכולים לזהות כאותה הברה צלילים שונים, גם כאשר הם נהגים בעוצמה ובגובה שונים.

מכאן שלצליל יש מרכיבים נוספים, מלבד העוצמה והגובה שלו. ניתן להגדיר את הגוון (באנגלית: Timbre) של הצליל כאוסף המאפיינים של החויה הפסיכו-אקוסטית של הצליל שאינם קשורים בעוצמה או בגובה שלו.

מההבט הפיזיקלי קל לראות, שניתן לצייר פונקציות רבות ומגוונות שלהן אותה תדירות ואותה משרעת, כמתואר בתרשים.

שתי פונקציות שונות עם אותה משרעת ואותה תדירות

ואומנם הצלילים המתאימים לפונקציות אלה ישמעו לנו שונים, אף על פי שנחוש שהם דומים מבחינת העוצמה והגובה. יתר-על-כן, אם נתונה לנו פונקציה כלשהי המתארת את הלחץ באוזננו כפונקציה של הזמן, ניתן לנפח או לכווץ אותה בציר הזמן ובציר הלחץ וכך לשנות את התדירות והמשרעת שלה כרצוננו. מתברר שהצלילים המתוארים על ידי פונקציות אלה ישמעו לאוזננו כבעלי גוון דומה מאוד.

הגוון מתאים, אם כן, ל"צורה" של הפונקציה המתארת את הצליל. כלומר לאותם היבטים של הפונקציה שאינם משתנים כאשר מנפחים או מכווצים אותה לאורך הצירים. כפי שהערנו, התכונות הפיזיקליות של משרעת ותדירות אינן חופפות למרכיבים הפסיכו-אקוסטיים המתוארים על ידי עוצמה וגובה. כך גם הצורה של הפונקציה אינה מתאימה בדיוק לתפיסת הגוון. זו מושפעת גם מהגובה ומהעוצמה של הצליל‏[3], וכן מהאופן בו הצורה של הפונקציה משתנה עם הזמן. למעשה, כפי שהערנו, מגוון גדול של צלילים כלל אינם מחזוריים (נקישות תוף, עיצורים פוצצים), או שהם "מחזוריים-למחצה" (התנועות בדיבור), ואז הצורה של המחזור אינה מוגדרת כלל.

הפונקציה המחזורית (בשחור) היא הסכום של שתי פונקציות הסינוס (בסגול ובכתום). התמרת פורייה מאפשרת להציג כל פונקציה מחזורית כצירוף לינארי של פונקציות סינוס וקוסינוס

השערות בחלקים שונים של שבלול האוזן מגיבות לתדרים שונים. כך שגל הקול הפוגע בעור התוף מפורק כבר ברמה המכנית למרכיבי תדר שונים, לפני שהוא מתורגם לגירויים עצביים. פירוק זה עוזר לנו לשמוע צלילים בו-זמניים. למשל, אם שני כלים מנגנים בו-זמנית בגבהים שונים, לא יהיה לנו קשה להפנות את הקשב מאחד לשני.

העובדה שפירוק כזה מתרחש באוזן מרמזת, שעל מנת להבין את מושג הגוון יותר בדיוק עלינו להסתכל לא על הפונקציה המתארת את הצליל אלא על צורתה המותמרת. הצליל שרוב כלי הנגינה מפיקים, גם כאשר הם מנגנים תו בודד, מתפרק למספר גלי סינוס, או למספר תדרים. אם הפונקציה מחזורית, התדירות הנמוכה ביותר, המכונה תדירות הבסיס, מתאימה למחזור של הפונקציה. תדירות הבסיס היא הקובעת את תחושת הגובה של הצליל. שאר התדירויות תהיינה (במקרה של צליל מחזורי) כפולות שלמות של תדירות הבסיס. הצלילים המתאימים למרכיבי התדר האלה מכונים צלילים עיליים של הכלי. המופע של הצליליים העיליים אינו מורגש. הגוון של הצליל נקבע, אם-כן, רק לפי העוצמה היחסית של הצלילים העיליים המרכיבים אותו. במילים אחרות, הגוון מתאים, פחות-או-יותר, לצורה של הערך המוחלט של הפונקציה המותמרת.

קול כאמצעי תקשורת[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעלי חיים רבים מתקשרים באמצעות קול. האיבר האחראי לקליטת גלי הקול והמרתם לאותות חשמליים אותם יכול לפרש המוח הוא האוזן. האוזן כוללת מנגנונים המגבירים את תנודות האוויר וממירים אותן לאותות חשמליים, אותן מפרש המוח כקול.

קיים טווח תדירויות שבני אדם מסוגלים לשמוע אשר אצל רוב בני האדם נע בין 20 הרץ ל-20 קילוהרץ, אך תחום התדירויות שבו רגישותה של אוזן האדם מקסימלית הוא רק עד 4,000 הרץ (זהו בערך תחום התדרים שמועבר בטלפון). אולטרה סאונד (בעברית: על קול) הוא קול בתדירות הגבוהה מהתדירות הגבוהה ביותר שאדם יכול לשמוע (בדרך-כלל מעל 20 קילוהרץ). כמה בעלי חיים, כגון כלבים, דולפינים ועטלפים, יכולים לשמוע תדירויות גבוהות יותר מהאדם, ולפיכך הם יכולים לשמוע אולטרה סאונד (בתדירויות מסוימות).

בעלי חיים יוצרים קולות שונים על-מנת להתקשר ביניהם או להשמיע אזהרה לבעלי חיים אחרים. יש מקרים שבהם הצליל של בעלי החיים הוא מחוץ לתחום השמיעה של בני האדם. פילים לדוגמה מתקשרים בתחום התדר הנמוך מתחת ל-20 הרץ.

מכלול הקולות שבהם בני אדם משתמשים לתקשורת נקרא דיבור, ומערכת של מסרים ואותות שונים שיש להם משמעות נקראת שפה.

תלות מהירות הקול באוויר בטמפרטורה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגורם המשפיע ביותר על מהירות הקול באוויר הינו הטמפרטורה.
היחס בין טמפרטורת האוויר למהירות הקול נתון במשוואה: v=331.8\sqrt{\frac{T+273}{273}}
v - מהירות הקול.
T - טמפרטורת האוויר במעלות צלזיוס.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ ‏דליה כהן, מזרח ומערב במוזיקה, מהדורה שנייה (ירושלים:הוצאת מאגנס, 2006),225-221.‏
  2. ^ ‏דליה כהן, מזרח ומערב במוזיקה, מהדורה שנייה (ירושלים:הוצאת מאגנס, 2006),77-76.‏
  3. ^ דליה כהן, מזרח ומערב במוזיקה, מהדורה שנייה (ירושלים: הוצאת מאגנס, 2006), 70-66‏