קול

קול במובן צליל הוא הפרעה פיזית מחזורית ומתפשטת בחומר, אשר יכולה להיקלט על ידי איבר או מכשיר שמיעה ולהיות מתורגמת לחוויה חושית שמיעתית. בגלל אופיו המחזורי, הקול הוא סוג של גל, ויכול להתפשט בגז, נוזל, מוצק ופלזמה. גל הקול מתבטא בשינויי לחץ המתפשטים בחומר, ולכן לפי הגדרה אחרת, הקול הוא רצף מחזורי של דחיסות ודילול מולקולריים, או גלי אורך שמתפשטים, דרך תווך (החומר בו מתפשט הקול, לדוגמה האוויר, דרכו עובר הקול למשל 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 התווך.

המונח קול מתייחס לעיתים באופן ספציפי לקול האנושי, בדיבור ובזמרה, שהוא מקרה פרטי, סוג של צליל.

מאפיינים פיזיקליים

גלים סינוסאודליים

גלי קול נוצרים בשל עלייה או ירידה בלחץ בנקודה או באזור מסוימים של חומר, הנקראת הפרעה. עלייה או ירידת לחץ זו נוצרת כאשר מולקולה אחת או יותר של החומר נדחפת/ות לכיוון מסוים ולכן מתקרבת ו"נלחצת" אל המולקולות הסמוכות באותו כיוון (מה שיוצר אזור דחוס או לחוץ יותר), ובאותו זמן מתרחקת או נמשכת מהמולקולות שבכיוון המנוגד (מה שיוצר אזור פחות לחוץ/דחוס או דליל יותר). בגלל שכל מולקולה קשורה בכוחות משיכה למולקולות שסביבה, נוצר "אפקט דומינו": כל מולקולה שנדחפת, נדחפת אל ודוחפת את המולקולות הבאות באותו כיוון, הן דוחפות את הבאות אחריהן וכך הלאה. מהצד השני, כל מולקולה שנמשכת, מושכת אחריה את המולקולות שמהן היא נמשכה, הן מושכות את הבאות לפניהן וכן הלאה. כך הפרעה בנקודה אחת מתפשטת בהכרח בחומר לכל הכיוונים כשהיא מועברת בין מולקולות סמוכות. כשהלחץ בנקודה מסוימת עובר הלאה, הוא מותיר מיד אחריו תת-לחץ באותה נקודה, ולהפך. כך ההפרעה הופכת מנקודה לכדור מתפשט של לחץ גבוה ונמוך לסירוגין, הגורם לתווך לרעוד או לרטוט.

ההפרעה נוצרת על ידי מתן אנרגיה קינטית למולקולה אחת או יותר של התווך. אנרגיה זו יכולה להימסר על ידי אנרגיה קינטית אחרת (כלומר על ידי פגיעה של חומר אחד בחומר אחר), או על ידי אנרגיה אחרת. כאשר שני תווכים שונים או יותר (למשל מיתר מתכת, האוויר שסביבו, עור התוף של אוזן) נמצאים בסמוך זה לזה, גל הקול עובר מהאחד אל השני וממשיך להתפשט בו. אפשר לומר שהתווך הראשון יצר הפרעה בתווך השני, התווך השני יצר הפרעה בשלישי וכן הלאה. כך קורה שתווך מסוים מתווך את גל הקול בין התווך הקודם (שהפריע לו) לתווך הבא (שלו הוא מפריע). התופעה שבה שניים או יותר חומרים שאינם נוגעים זה בזה (למשל שני מיתרים בפסנתר, או מיתרי קול אנושיים וכוס זכוכית) מתווכים על ידי חומר שלישי שנמצא ביניהם (למשל אוויר), ולכן רועדים יחדיו עקב אותה ההפרעה, נקראת "הדהוד סימפתטי".

הקול הוא תופעה גלית, וככזה, מתאפיין בתדירות ,במהירות ובמשרעת (אמפליטודה). המשרעת היא העוצמה של לחץ גל הקול המשתנה בתוך הגל, או או המרחק בין שיא הלחץ לשיא תת-הלחץ. עוצמת הקול נמדדת בדציבלים (שהוא יחס לוגריתמי, ובמילים אחרות, אינו יחס ישיר).

מהירות הקול - מהירות הקול תלויה בגורמים רבים, ביניהם סוג, טמפרטורה ולחץ 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, למרות שהם נוצרים באותו רגע.

תדירות גל הקול היא מספר הרעידות, כלומר מספר הפעמים שהתווך מגיע לשיא הלחץ או לשיא תת-הלחץ בפרק זמן נתון. התדירות נמדדת בהרץ (מספר רעידות בשנייה). האוזן האנושית מסוגלת להבחין בגלי קול שתדירותם היא בטווח שבין 20 לכ-20,000 הרץ. בעלי חיים שונים מסוגלים להבחין בטווחים שונים של תדירות קול.

קול כחוויה פסיכו-אקוסטית

החוויה הפסיכו-אקוסטית של הקול, הוא האופן בו הצליל נתפש על ידי בני-אדם או בעלי-חיים. נהוג לאפיין את החוויה שנוצרת כתוצאה מגרוי של גלי קול מחזוריים או מחזוריים-למחצה באמצעות גובה, עוצמה, גוון ומשך. באופן כללי, הקשר בין החוויה הפסיכו־אקוסטית של הצליל, 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

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.

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

הגורם המשפיע ביותר על מהירות הקול באוויר הוא הטמפרטורה.
היחס בין טמפרטורת : $v=331.8{\sqrt {\frac {T+273}{273}}}$
$v$ - מהירות הקול במטרים לשנייה.
$T$ - טמפרטורת האוויר במעלות צלזיוס.

ראו גם

• גל
• אקוסטיקה
• מיתרי הקול
• שמיעה
• שקט
• עיבוד אותות קול
• אפקט דופלר
• מוזיקה
• אולטרה סאונד
• פלסט

קישורים חיצוניים

• רמי אריאלי - מכון ויצמן, "מערכות מתוקשרות" - דפים רבים ומידע מפורט במגוון תחומים בנושא קול, תקשורת, מוזיקה ודיבור
• צלילים-מה שרציתם לדעת ולא העזתם לשאול
• בלייק גופניק, ניו יורק טיימס, את התערוכה הזו אתם חייבים לשמוע, באתר הארץ, 17 באוקטובר 2013
• דורון חלוץ, ההיסטוריה של הצלילים והרעשים. ראיון עם חוקרת הסאונד אמילי תומפסון, באתר הארץ, 11 בפברואר 2015
• דפנה ארד, מה קורה לנו כשאנחנו שומעים קולות מלחמה, באתר הארץ, 21 ביולי 2016