ධ්‍වනි විද්‍යාව

ධ්‍වනි විද්‍යාව යනු විවිධ වූ ක්ෂේත්‍රයන්, ධ්වනිය අති ධ්වනිය හා අධෝධ්වනිය (පදාර්ථයේ අවස්ථා වන ඝන ද්‍රව හා වායුන්ගේ තුල පවතින සියළු යාන්ත්‍රික තරංග) පිළිබඳ වූ විද්‍යාවකි. ධ්‍වනි විද්‍යාව අධ්‍යයනය කරන විද්‍යාඥයා ධ්‍වනි විද්‍යාඥයෙක් වශයෙන් හඳුන්වනු ලබයි. ධ්වනි විද්‍යා‍ෙව් තාක්ෂණික යෙදීම්‍ ධ්‍වනි ඉංජිනේරු විද්‍යාව වශයෙන් හඳුන්වයි. ධ්‍වනි විද්‍යාඥයෙකුගේ ක්‍රියාකාරකම්‍ පරාසය බොහෝ විට සමාන කමක් දක්වයි.

සත්ව ලෝකයේ දිවි පැවැත්ම සඳහා ශ්‍රවණය ඉතා වැදගත් හැකියාවක් වන සේම කථා කිරී‍ෙම් හැකියාව මිනිස් දියුණු‍ෙව් හා සංස්කෘතියේ ඉතා වැදගත් ලක්ෂණයකි. ෙම්‍ නිසා ශබ්‍දය පිළිබඳ වූ විද්‍යාව අප සමාජයේ විවිධ පැතිකඩවල් ඔස්සේ වර්ධනය වීම පුදුම දනවන කරුණක් නො‍‍ෙව්‍. සංගීතය, වෛද්‍ය විද්‍යාව, ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පය, කාර්මික නිෂ්පාදන හා යුධ විද්‍යාව මෙවැනි ක්ෂෙත්‍ර කිහිපයකි. කලාව, කර්මාන්ත, විද්‍යාව හා තාක්ෂණ‍ය යන ක්ෂේත්‍රයන් එකිනෙකෙහි වර්ධනයට රුකුල් දෙමින් අනෙක් බොහෝ දැනුම් ක්ෂේත්‍ර පරිද්දෙන්ම ධ්වනි විද්‍යාවද සමස්ත ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස ප්‍රගමනය කිරීමට දායක වී තිබේ.

ධ්‍වනි විද්‍යාව (acoustic) යන වචනය සැදී ඇත්තේ ශ්‍රීක භාෂා‍ෙව් වචනයක් වන ακουστός, යන වචනයෙනි. මෙහි තේරුම වන්නේ “ඇසීමට ඇති හැකියාවයි” (Woodhouse 1910, B92) ලතින් භාෂාවෙන් මෙයට “Sonic” යනුවෙන් හඳුන්වයි. ධ්වනි විද්‍යාඥයන් සිය අධ්‍යයනයන් මිනිස් පරාසයෙන් ශ්‍රව්‍ය ඉහළ හා පහළ සංඛ්‍යාත පරාසයක් දක්වා විස්තාරණය කිරීමත් සමග එම ධ්වනි පරාස පිළිවෙලින් අතිධ්වනි හා අධෝ ධ්වනි පරාස ලෙස පොදුවේ හැඳින්වීම සිදු වූ අතර ධ්වනි විද්‍යාව මෙම සියළු සංඛ්‍යාත අධ්‍යයනය හඳුන්වන පොදු වදන බවට පත් විය.
ධ්වනිය පිළිබද ඉතිහාසය

තන්තුවක් කම්පනය කිරිමේදී ඇතිවන මුලික යන පළමු උපරිතානය පළමුවෙන්ම මෙම විද්‍යාමාන වන දේ අධ්‍යයනය කරනු ලැබුවේ පයිතගරස් විසිනි.

ධ්වනිය පිළිබද විද්‍යාව 6 වැනි සහ 1 වැනි සියවස අතර ග‍්‍රික සහ රෝම සංස්කෘතියේ පටන් ගන්නා ලදි. එය සංගිතයක් ලෙස ආරම්භ වු අතර අවුරුදු දහස් ගනනක් කලාවක් ලෙස ආරම්භ වු අතර අවුරුදු දහස් ගනනක් කලාවක් ලෙස භාවිත කල අතර පයිතගරස් සංගිත ප‍්‍රාන්තරවල ස්වභාවය ගැන උනන්දුවක් දක්වනතෙක් විද්‍යාත්මක ආකාරයට ඉගෙන ගත් බවට සාක්ෂි නොමැත. ඇරිස්ටෝටල්ට සමහර ප‍්‍රාන්තර අනිත් ප‍්‍රාන්තරවලට වඩා ලස්සන ඇයි දැයි දැන ගැනිමට අවශ්‍ය විය. එය පිළිතුරු සංඛ්‍යාත්මක අනුගත වලින් සොයා ගැනිමට ඔහු සමත් විය. ඇරිස්ටෝටල් (384-322) ධ්වනිය වායුන්ගේ සංකෝචනය සහ ප‍්‍රසාරණය අනුව සිදුවන බව තේරුම් ගන්නා ලදි. 20ඊක්‍ දි රෝමානු ගෘහ නිර්මාණ හිල්පියකු සහ ඉංජිනේරුවා වු බර්ටුවිකස් ධ්වනිත්ව ගතිගුණ වන දෝංකාරය සහ අනුනාදය යන ගෘහ නිර්මාණාත්මක ධ්වනිය පිළිබද සාකච්ඡුා අඩංගු ශාස්ත‍්‍රිය ග‍්‍රන්ථයක් ලියන ලදි.

ධ්වනිමය ක‍්‍රියාවලිය පිළිබද භෞතිකමය තේරුම් ගැනිම විද්‍යාත්මක විප්ලවය තුල සහ පසුව වේගයෙන් සිදුවිය. ගැලිලියෝ (1564-1642) සහ මර්සෙන් (1588-1648) තන්තු කම්පනය පිළිබද සම්පුර්ණ නියම ස්වායත්ව සොයා ගන්නා (පයිතගරස් අවු 2000 කට පෙර කලින් සම්පුර්ණ කරන ලද) ගැලිලියෝ විසින් රුව්දෙන වස්තුන්ගේ කම්පන මගින් තරංග නිපදවනු ලැබේ. එය වායු තුලින් ගමන් කර කනේ කන්අඩියට ගොස් මොලය සංවේදනය වි ශබ්දයක් ලෙස හදුනා ගනි. මෙම සැලකිය යුතු ප‍්‍රකාශනය මගින් කායික සහ මානසික ධ්වනිය පිළිබද කරුණු ඉදිරිපත් කරයි.

වාතයේ ධ්වනියේ ප‍්‍රවේගය පිළිබද පරියේෂණාත්මක මිනුම් 1630 සහ 1680 කාලය තු මරියින් විසින් විමර්ශනය කරන ලදි. මේ අතර නිව්ටන් (1642-1727) ඝනවල තරංග ප‍්‍රවේගය යන කොන්ගල භෞතික ධ්වනිය පිළිබද සම්බන්ධතාවයක් ව්‍යුත්පන්න කරන ලදි
ධ්වනි විද්‍යාවේ මූලික සංකල්ප

ධ්වනිය පිළිබද අධ්‍යයනයේදී සිදුවන්නේ යාන්ත්‍රික තරංග කම්පන ලබා ගැනීම , සෑදීම හා ප්‍රචාරණය යන ක්ෂේත්‍ර ඔස්සේය.

ගොනුව:340-1.JPG

ඉහත ආකාරයේ වන ක්‍රියාපිළිවෙත් සෑම ධ්වනි අංශයකම හෝ ක්‍රියාවලියකම දැකිය හැක. ස්වභාවික හා චේතනාත්මක හේතූන් සඳහා බොහෝ උදාහරණ ඇත. ශක්තීන් ධ්වනි තරංග සාදමින් ධ්වනි තරංගවලට පරිවර්තනය කරන පරනායක ක්‍රියාවලි බොහෝමයක් පවතී. ධ්වනි තරංග ප්‍රචාරණය විස්තර කරන එක් මූලික සමීකරණයක් ඇත. නමුත් එහි සංකල්ප ඉතා සංකීර්ණ හා විචලනය වන්නකි. තරංගය ප්‍රචාරණ මාධ්‍යය හරහා ශක්තිය රැගෙන යයි. එසේම මෙම ශක්තිය නැවතත් වෙනත් ශක්තියක් බවට පරිවර්තනය වේ. (ස්වාභාවික හෝ චේතනීය උපක්‍රම ලෙසට) අවස්න ප්‍රතිඵලය සම්පූර්ණයෙන් භෞතික හෝ ජීව විද්‍යාත්මක හෝ චේතනීය ව්‍යමනට ළගා වේ. අප භූමිකම්පාවක් පිළිබද කථාකරන විට , සබ්මැරීනයක් තම සතුරා සෙවීමට “සොනාර්” භාවිතා කරන විට හෝ ප්‍රසංගයක වාද්‍ය වෘන්දයක් වාදනය කරන විට මූලික පියවර පහ සෑම අවස්ථාවකම අනුගමනය කරනු ලැබේ.

ධ්වනි ක්‍රියාවලිය ප්‍රධානතම පියවර වන්නේ ධ්වනි තරංග ප්‍රචාරණයයි.මෙය අයත් වන්නේ භෞතික ධ්වනි විද්‍යා ක්ෂේත්‍රයටයි. තරල තුළ මූලිකව ශබ්දය පීඩන තරංගයක් ලෙස ප්‍රචාරණය වේ. ඝණ තුළ යාන්ත්‍රික තරංග, පෘෂ්ඨ තරංග , අන්වායාම තරංග , තීර්යක් තරංග ලෙස විවිධ ආකාර ගනු ලබයි.

ධ්වනිය පළමුව ධ්වනි තරංගයේ පීඩන කලාප හා සංඛ්‍යාත පිළිබද සොයයි. පරිනායක ක්‍රියාවලදී විශේෂ වැදගත්කම් සහිත වේ.
තරංග ප්‍රචාරණය : පීඩන කලාප

ජලය හා වාතය වැනි තරලවල පරිමන්දිත පීඩන කලාපවල කැලඹීම් ලෙස ශබ්ද තරංග ප්‍රචාරණය වේ. මෙම කැළඹීම් සාමාන්‍යයෙන් කුඩා වූවත් මිනිස් කනට එය අනාවරණය කළ හැක. මිනිස් කනට සංවේදී කුඩාම ශබ්දය ශ්‍රව්‍යය දේහලීයතාවය වශයෙන් හදුන්වන අතර එය පරිමන්දිත පීඩනයේ විශාලත්වයෙන් 9 බලයක් කුඩා වේ. මෙම කැළඹීම්වල ශබ්දය ශබ්ද පීඩන මට්ටම් ලෙස හදුන්වන අතර ඩෙසිබල්වලින් මණිනු ලබන ලඝු පරිමාණයක් භාවිතා කරයි. ගණිතමය වශයෙන් ශබ්ද පීඩන මට්ටම් පහත පරිදි අර්ථ දැක්විය හැක.

SPL = 20\times\log_{10}\frac{P}{P_{ref}}

Pref යනු ශ්‍රව්‍යය දේහලීයතාවය හා P යනු පරිමන්ධිත පීඩනයෙන් වෙනස්වන පීඩනයයි. පහත වගුව ශබ්දය හා එහි ශක්තිය පිළිබද ඩෙසිබල් හා පැස්කල්වලින් වූ යම් උදාහරණ කිහිපයකින් සමන්විතය.
සාමාන්‍ය ශබ්ද පීඩන විශාලත්ව පිළිබද ඩෙසිබල් මට්ටම්වල උදාහරණ
තරංග ප්‍රචාරණය සංඛ්‍යාතය

‍භෞතික විද්‍යාඥයන් හා ධ්වනි ඉංජිනේරුවන් ශබ්ද පිඩන මට්ටම් සංඛ්‍යාත අනුසාරයෙන් අධ්‍යයනය කරනු ලබන්නේ මිනිස් කනට ශබ්ද විචාරණය වනුයේ සංඛ්‍යාතය ආශ්‍රයෙන් වන බැවිනි. අප උස් හා පහත් තාරකාවන් වශයෙන් හඳුන්වන්නේ තත්පරයකට සිදුවන උස් හෝ පහත් පීඩන කම්පනවල චක්‍ර ගණනයි. සාමාන්‍යය ධ්වනි මැණුමේ දී ධ්වනි සංඥාවන් සාම්පලයක් කාලයක් තුල ගෙන එය වඩා තේරුම් සහගත ලෙස අෂ්ඨක ලෙස හෝ කාල සංඛ්‍යාත ලෙස හෝ දක්වනු ලබයි. මෙම ප්‍රචලිත ක්‍රම දෙකම ශබ්දයක් වර්ගීකරණය කිරීමේ දී හා ධ්වනි සංකල්ප අධ්‍යයනයේ දී යොදා ගැනේ.

සමස්ථ ධ්වනි සංඛ්‍යාත පරාසය කොටස් තුනකට දැක්විය හැක. ශබ්දය , අතිධ්වනිය හා අධෝධ්වනිය මෙම කොටස් තුනයි. ශබ්ධ කලාපය 20 Hz සිට 20,000 Hz දක්වා වේ. මෙම කලාපය ඉතා වැදගත් වන්නේ මෙම කලාපය තුළ සංඛ්‍යාත මිනිස් කනට සංවේදී නිසාය. මෙම කලාපයේ ඇති සංගීතය හා නවීන සංන්නිවේදනය වැනි මේ යෙදීම් ගණනාවක් ඇත. අති ධ්වනි කලාපය අධික සංඛ්‍යාත සහිත තරංගවලින් සමන්විතය. එනම් 20,000 Hz වලින් ඉහළ සංඛ්‍යාතයන්ය. මෙම කලාපය තුළ (පරිලෝකනය සඳහා ) හොඳ විභේදනයන් ලබා දෙන අඩු තරංග ආයාමයන් සහිත තරංග ඇත. වෛද්‍ය විද්‍යාවේ දී ද මෙහි යෙදීම් ගණනාවක් ඇත. වර්ණාවලියේ අනෙක් පස ඇත්තේ සංඛ්‍යාතය අඩු ‍අධෝධ්වනි සංඛ්‍යාතයි. මෙම සංඛ්‍යාතයන් භූකම්පා වැනි භූගෝල අධ්‍යයනය සඳහා වැදගත් වේ.
ධ්වනියේ පරණායකය

thumb|සාමාන්‍යයෙන් කුඩා ගුවන් විදුලි යන්ත්‍ර තුල දැකිය හැකි මිලෙන් අඩු අනුකූලතාවද අඩු 3.5 “ඩ්‍රයිවර්” උපාංගයක්
පරණායකයක් යනු ශක්තියක් තවත් ශක්තියකට පත් කරන උපක්‍රමයකි.ධ්වනි විද්‍යාවේ දී මෙය සාමාන්‍යයෙන් යොදාගැනෙන්නේ ශබ්ද ශක්තිය විද්‍යුත් ශක්තිය බවට හෝ විද්‍යුත් ශක්තිය ධ්වනි ශක්තිය බවට පත් කිරීමටයි. ඕනෑම ධ්වනි විද්‍යාත්මක ක්‍රියාවලියක් සඳහා යම් ආකාරයක ධ්වනි පරණායකයක් සාමාන්‍යයෙන් අවශ්‍ය වේ. ධ්වනි පරණායකය යනු ශබ්ද විකාශන , මයික්‍රොෆෝන , හයිඩ්‍රොෆෝන හා සොනාර් ප්‍රක්ෂේපණ යන්ත්‍ර හා අති ධ්වනි උපකරණයි. මින් බොහෝමයක් විද්‍යුත් සංඥා හා ශබ්ද පීඩන තරංගවල පරිවර්තක වන විද්‍යුත් යාන්ත්‍රික උපකරණයි.
එක් වැදගත් උදාහරණයක් ලෙස ස්පීකර් ශ්‍රව්‍යය පද්ධතියක කුඩා ශබ්ද සදහා “සබ්වූපරය” දැක්විය හැක. මෙය තරංග සාදන්නේ ඒල්ලන ලද ප්‍රාචීරයක් දෝලනය වීමෙන් පීඩනය තරංග සෑදීමෙනි. විද්‍යුත් මයික්‍රොෆෝන ක්‍රියා කරන්නේ මේ ආකාරයටමය. ශබ්ද තරමක මයික්‍රොෆෝන පෘෂ්ඨයේ වැදීමෙන් එය විද්‍යුත් තරංග පිට කරයි.
ප්‍රවර්ගය:භෞතික විද්‍යාව