ध्वनि 2

विद्युत् ध्वनि-उत्पादक : ध्वनि-उत्पादकाची कंपने विद्युत् शक्तीने कायम चालू ठेवता येतात. विद्युत् घंटेसारखी रचना करून कंपनशूलाची कंपने दीर्घकाल चालू ठेवता येतात. इलेक्ट्रॉनीय आंदोलकाच्या

[→ आंदोलक, इलेक्ट्रॉनीय] साहाय्याने हव्या त्या कंप्रतेचे प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशेने वाहणारे) विद्युत् प्रवाह निर्माण करता येतात. या विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने ध्वनिक्षेपक प्रवर्तित करून ध्वनी निर्माण करण्यासाठी करता येतो. शुद्ध स्वरक निर्माण करण्यासाठी अशी साधने मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात

[→ इलेक्ट्रॉनीय वाद्ये]. त्याप्रमाणेच ⇨ दाबविद्युत् स्फटिकाला योग्य कंप्रतेचे प्रत्यावर्ती विद्युत् वर्चस् (विद्युत् पातळी) लावून किंवा ⇨ चुंबकीय आकारांतराचा उपयोग करून श्राव्यातीत ध्वनी निर्माण करता येतात.

प्रेरित कंपने : एखाद्या वस्तूला एकसारखी प्रत्यावर्ती प्रेरणा लावून ठेवल्यास त्या वस्तूची जी कंपने होतात त्यांना प्रेरित आंदोलने किंवा प्रेरित कंपने असे म्हणतात. प्रेरित कंपनांची कंप्रता ही लावलेल्या प्रत्यावर्ती प्रेरणेच्या कंप्रतेइतकीच असते. ती कंप्रता त्या वस्तूवर अवलंबून नसते. ती प्रेरणा काढून टाकली की, ताबडतोब प्रेरित कंपने थांबतात. एखाद्या वस्तूची प्रेरित कंपने काही मर्यादेतील कोणत्याही कंप्रतेला होऊ शकतात. याउलट नैसर्गिक कंपने काही ठराविक कंप्रतांनाच होऊ शकतात. ⇨ ध्वनिग्राहकातील तारेचे वेटोळे ग्राहकावर पडणाऱ्या ध्वनीच्या कंप्रतांनुसार आंदोलित होते, तेव्हा ही प्रेरित कंपने होत. त्याचप्रमाणे ⇨ ध्वनिक्षेपकाचे शंक्वाकार पटल प्रेरित कंपने करीत असते. वाद्यांच्या पेट्यांच्या बाजू प्रेरित कंपने करतात व वाद्याचा आवाज मोठा होण्यास मदत करतात. यामुळे ध्वनि-उत्पादक साधनांमध्ये प्रेरित कंपनांना फार महत्त्व आहे.

अनुस्पंदन : अनुस्पंदन हा कंपनविशेष प्रेरित कंपने व नैसर्गिक कंपने यांच्या सहसंयोगामुळे निर्माण होतो. एखाद्या वस्तूला लावलेल्या प्रत्यावर्ती प्रेरणेचे कंप्रतामुल्य जर त्या वस्तूच्या एखाद्या नैसर्गिक कंप्रतेशी बरोबर जुळले, तर मग ती वस्तू मोठ्या परमप्रसराने कंपित होऊ लागते व त्यामुळे मोठा आवाज ऐकू येऊ शकतो. या आविष्काराला अनुस्पंदन असे म्हणतात. कोणत्याही वस्तूला काही निश्चित अशा नैसर्गिक कंप्रता असतात व त्यात कंप्रतांच्या बाबतीत त्या वस्तूचे अनुस्पंदन होऊ शकते. म्हणजे अनुस्पंदनाचा आविष्कार हा विवेचक आहे. सतार किंवा सारंगीवर तरफांच्या ज्या तारा असतात त्या काही ठराविक सुरांनाच जुळविलेल्या असतात. म्हणजेच त्यांच्या नैसर्गिक कंप्रता अनुक्रमे सा रे ग …… इत्यादी सुरांच्या कंप्रतांइतक्याच येतील अशी जुळणी केलेली असते. विशिष्ट सूर मुख्य तारेवर वाजविला, उदा., ग हा सूर वाजविला की, ग ची तरफेची तार अनुस्पंदनाने जोरात आंदोलने पावू लागते व तो सूर मोठ्याने उमटतो.

प्रत्येक वस्तूला तिच्या नैसर्गिक कंप्रता असतात. तशा त्या एखाद्या खोलीत बंदिस्त झालेल्या हवेलाही असतात. एका लहान खोलीत आपण एखादा सूर तोंडाने काढून त्याचे स्वरपद हळूहळू चढवीत नेल्यास, जेव्हा आपण काढलेल्या सुराची कंप्रता खोलीच्या नैसर्गिक कंप्रतेशी जुळते तेव्हा आपणाला अनुस्पंदनाने तो सूर एकदम मोठा झालेला ऐकू येतो. हा प्रयोग कोणालाही करता येण्यासारखा असून स्नानगृहासारख्या छोट्या खोलीत तो सहज यशस्वी होतो.

ध्वनिशास्त्रात अनुस्पंदनाला फार महत्त्व आहे. ध्वनिग्राहक, ध्वनिक्षेपक यांसारख्या साधनांतील आंदोलित होणाऱ्या पटलाच्या बाबतीत अनुस्पंदन झाल्यास त्या ठराविक कंप्रतांचे स्वर फार मोठ्याने ऐकू येतील व त्यामुळे ध्वनीत विकृती उत्पन्न होईल. यासाठी त्याची एकूण घडण अशी साधावी लागते की, त्यांच्या कार्यक्षेत्रातील कोणत्याही कंप्रतेला त्याचे अनुस्पंदन होणार नाही. म्हणजे त्यांच्या नैसर्गिक कंप्रत कार्यकारी कंप्रतामूल्यांच्या मर्यादेपलीकडे ठेवाव्या लागतात [→ अनुस्पंदन].

डॉप्लर परिणाम : ध्वनीचा उद्‌गम व तो ध्वनी ग्रहण करणारा श्रोता यांच्या परस्पर सापेक्ष वेगामुळे ध्वनीच्या कंप्रतेते किंवा तरंगलांबीत फरक पडतो, असे भासते. १९४२ साली हा आविष्कार सी. जे. डॉप्लर या ऑस्ट्रियन भौतिकीविज्ञांच्या लक्षात आला म्हणून त्याला डॉप्लर परिणाम असे म्हणतात. निरीक्षकाच्या जवळून वेगाने जाणाऱ्या रेल्वे एंजिनाच्या शिटीचा आवाज प्रथम चढा (जास्त कंप्रतेचा) व नंतर एंजिन दूर जात असताना उतरता (कमी कंप्रतेचा) वाटतो, हे डॉप्लर परिणामाचे नेहमी अनुभवाला येणारे उदाहरण आहे [→ डॉप्लर परिणाम].

ध्वनिचे अभिज्ञान : कोणत्याही माध्यमाधून जाणाऱ्या ध्वनीचे अभिज्ञान करण्यासाठी (अस्तित्व ओळखण्यासाठी) ध्वनितरंगामुळे माध्यमात होणाऱ्या फेरफारांचा उपयोग होतो. (१) ध्वनींमुळे माध्यमाच्या कणांचे स्थानांतरण होऊ शकते व हे स्थानांतरण सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने पाहून ध्वनीचे अभिज्ञान करता येते. (२) ध्वनितरंगामुळे माध्यमात दाब कमीजास्त होतो. या दाबातील फरकावरूनही ध्वनीचे अभिज्ञान होते. उदा., दाबविद्युत् ध्वनिग्राहक किंवा कार्बन कणयुक्त ध्वनिग्राहक या तत्त्वावर कार्य करतात. (३) ध्वनितरंगामुळे माध्यमाच्या घनतेत फरक होतात. त्यावरूनही ध्वनीचे अभिज्ञान होऊ शकते. उदा., वायूतून ध्वनितरंग जातात तेव्हा त्या वायूत एकाआड एक जास्त घनतेचे व कमी घनतेचे थर बनतात. त्या थरांपासून प्रकाशाचे विवर्तन होते व या विवर्तनावरून ध्वनीचे अभिज्ञान होऊ शकते. उदा., ‘रॅली यांची चकती’ किंवा पट्टिका ध्वनिग्राहक यांचे कार्य या तत्त्वावर होते.

सजीवांचे श्रवणेंद्रिय हेही विशिष्ट पल्ल्यातील ध्वनीच्या अभिज्ञानाचे प्रभावी उपकरण आहे परंतु त्याचा उपयोग मापनासाठी फारसा करता येत नाही.

ध्वनीचा वेग व कंप्रता भोजण्याच्या पद्धती : ध्वनीचा वेग उघड्यावर मोजण्याचे प्रयोग पॅरिस ॲकॅडेमीच्या काही सभासदांनी १७३८ मध्ये केल्याची नोंद मिळते. या प्रयोगात एकमेकांपासून २८·८ किमी. अंतरावर असलेल्या दोन टेकड्यांवर निरीक्षक बसविण्यात आहे होते. दोन्ही टेकड्यांवरून आळीपाळीने तोफा डागण्यात आल्या. टेकड्यांवरील निरीक्षकांनी तोफ उडाल्यानंतर दिसणारा प्रकाश व तोफेचा आवाज ह्या घटनांमधील वेळ अचूकपणे मोजला व त्यावरून ध्वनीचा वेग गणित करून काढला. या प्रयोगात प्रकाशवेग अमर्याद आहे असे गृहीत धरले होते. १८६४ मध्ये एच्. व्ही. रेनॉल्ट यांनी वरील पद्धतीत सुधारणा केली व दोन घटनांमधील वेळ मोजण्यासाठी विद्युत् साधनांचा उपयोग केला.

ई. एस्क्लँगन यांनी रेनॉल्ट यांच्या पद्धतीत सुधारणा करून १९१७-१८ मध्ये ध्वनीचा वेग ०^° – २०^° से. तापमानापर्यंत, वाऱ्याच्या व हवेतील आर्द्रतेच्या निरनिराळ्या परिस्थितीत निश्चित केला आणि कोरड्या संथ हवेत १५^° से. ला ध्वनीचा वेग ३३९·८ मी/सेकंद असतो असे दाखविले.

वरील सर्व प्रयोगांत फार मोठे अंतर वापरावे लागते. इतक्या मोठ्या प्रदेशातील हवेचे तापमान व आर्द्रता जागोजागी बदलतात आणि त्यामुळे मिळणारा ध्वनिवेग म्हणजे या सर्व परिस्थितींत मिळणारा सरासरी ध्वनिवेग होय. मर्यादित अंतर वापरल्यास वर उल्लेखिलेले फेरफार टाळता येतात व एका निश्चित परिस्थितीतील ध्वनिवेगाचे मापन करता येते. अशा प्रकारची एक आधुनिक अप्रत्यक्ष पद्धती पुढीलप्रमाणे आहे (आ. १५).

(१) हा स्थित कंप्रतेचा ध्वनि-उद्‌गम असून (२) व (३) हे दोन ध्वनिग्राहक आहेत. आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे ते (विवर्धकांमधून) एका ऋण किरण दोलनदर्शकाच्या [→ इलेक्ट्रॉनीय मापन] अनुक्रमे क्ष_१,क्ष_२ आणि य_१, य_२ या पट्टिकांना जोडलेले आहेत. या दोन पट्टिकांना मिळणाऱ्या विद्युत् वर्चसांमध्ये जेव्हा १८०^° च्या पूर्णांक पटीइतका कला भेद असेल तेव्हा आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे दोलनदर्शकाच्या पडद्यावर (४-५) ही तिरकी रेघ दिसते. आता (२) स्थिर ठेवून (३) हळूहळू (१) पासून दूर नेऊन शेवटी अशा ठिकाणी आणावा की, पडद्यावर (६-७) ही तिरकी रेघ दिसेल. यासाठी (३) ज्या अंतरामधून पलीकडे न्यावा लागला ते अंतर λ/२ इतके असते (λ = तरंगलांबी). उद्‌गमाची कंप्रता n माहीत असल्याने C = nλ हे समीकरण वापरून ध्वनिवेग C काढता येतो. एखाद्या छोट्या खोलीतही हा प्रयोग करता येतो.

आधी वर्णिलेल्या पद्धतीत ध्वनीला विशिष्ट अंतर तोडण्याला किती वेळ लागला तो मोजून त्यावरून ध्वनिवेग काढला असल्याने त्यांना प्रत्यक्ष पद्धती असे म्हणतात. वरी पद्धतीत C = nλ या समीकरणाचा उपयोग करून अप्रत्यक्ष रीत्या ध्वनिवेग काढलेला असल्याने अशा पद्धतींना अप्रत्यक्ष पद्धती असे म्हणतात.

जे. डी कोलॅडन व सी. एफ्. स्ट्यूर्म यांनी प्रथम ध्वनीचा पाण्यातील वेग जिनीव्हा सरोवरात प्रयोग करून निश्चित केला. १९१९ मध्ये एम्. मार्टी यांनी समुद्राच्या पाण्यात १३ मी. खोलीवर ध्वनीचा वेग प्रयोगाने निश्चित केला. एकमेकांपासून ९०० मी. अंतरावर नीट मोजणी केलेले तीन जलश्रावक (पाण्यामध्ये चालणारे ध्वनिग्राहक) एका सरळ रेषेत प्रथम एका बाजूस आणि नंतर दुसऱ्या बाजूस कोरड्या गन कॉटनचा स्फोट करून ध्वनितरंग निर्माण करण्यात आले. ध्वनितरंगांच्या मार्गाची नोंद स्वयंचलित रीतीने जलश्रावकांवर होईल अशी व्यवस्था करण्यात आली होती. ह्या प्रयोगान्ती ध्वनीचा समुद्राच्या पाण्यातील वेग १५^° से. ला १,५०४·१५ मी./सेकंद आहे असे दिसून आले.

आ. १६. कुंट नलिका: (१) काचेची नलिका, (२) चिमटा, (३) धातूचा गज, (४) सरकता दट्ट्या, (५) लायकोपोडियम पुडीचे पुंजके, la – दोन पुंजक्यांमधील अंतर. कुंट नलिका : वायु माध्यमातील किंवा घन माध्यमातील ध्वनीचा वेग निश्चित करण्यासाठी कुंट (ए. ए. कुंट या जर्मन भौतिकीविज्ञांच्या नावाने ओळखण्यात येणारी) नलिका (आ. १६) या उपकरणाचा उपयोग केला जातो. ह्या उपकरणात सु. १०० सेंमी. लांब व ३ सेंमी. व्यास असलेल्या एका जाड काचेच्या नलिकेत एका टोकास आतल्या बाजूस एक सरकता दट्ट्या असतो आणि दुसऱ्या टोकास असलेला दट्ट्या मात्र एका धातूच्या गजाच्या टोकास घट्ट बसविलेला असतो व तो नळी स्पर्श करीत नाही. हा गज बरोबर मध्यभागी एका चिमट्याने आवळून घट्ट केलेला असतो. प्रयोगाच्या सुरुवातीस काचेची नलिका पूर्णपणे कोरडी करण्यात येते व नलिकेच्या आतील भागात लायकोपोडियम नावाची अतिशय बारीक व हलकी पूड किंवा लाकडाचा अथवा बुचाचा कोरडा भुसा सर्वत्र सारखा पसरतात. राळयुक्त कापडाने गजास त्याच्या लांबीच्या दिशेने घासले असता त्यात अनुतंरग निर्माण होतात. त्यामुळे नळीतील हवाही कंप पावते. सरकता दट्ट्या पुढेमागे सरकवून हवेचा स्तंभ व गज यांत अनुस्पंदन निर्माण करण्यात येते. अशा वेळी नळीतील लायकोपोडियम पुडीचे आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे पुंजके निर्माण होतात. अशा दोन लगतच्या पुंजक्यांतील अंतर अचूकपणे मोजता येते. हे अंतर ध्वनीच्या हवेतील तरंगांच्या अर्ध्या तरंगलांबीइतके असते. पुढील सूत्रांच्या साहाय्याने ध्वनीचा हवेतील किंवा हवेच्या ऐवजी नळीत दुसरा वायू भरला असता त्या वायूतील वेग किंवा गज ज्याचा बनविलेला असतो त्या घन पदार्थातील वेग निश्चित करता येतो.

C_a = nλ_a = n2l_a

…

(२०)

येथे C_aध्वनीचा प्रयोगाच्या वेळी असलेल्या तापमानास हवेतील वेग, n ध्वनीची कंप्रता, l_a दोन पुंजक्यांतील अंतर व λ_aध्वनीची हवेतील तरंगलांबी आहे.

धातूचा गज बरोबर त्याच्या मध्यावर चिमट्यात धरलेला असल्याने तेथे निःस्पंद आणि दोन्ही टोकांशी प्रस्पंद निर्माण होतात. अशा रीतीने धातूत निर्माण झालेल्या ध्वनितरंगांची अर्धतरंगलांबी धातूच्या गजाच्या लांबीइतकी असते म्हणून

C_a = nλ_s = n·2L

…

(२१)

या सूत्रात C_s ध्वनीचा गजाच्या धातूतील प्रयोगाच्या वेळी असलेल्या तापमानास वेग, n कंप्रता, λ_sधातूतील ध्वनितरंगांची तरंगलांबी आणि L धातूच्या गजाची लांबी होय.

सूत्रे (२०) व (२१) ह्यांच्या साहाय्याने ध्वनीचा हवेतील वेग ज्ञात असल्यास धातूतील वेग काढता येतो.

ध्वनिवेग (C), कंप्रता (n) व तरंगलांबी (λ) यांचा परस्परसंबंध C = nλ या समीकरणाने दिला जातो. या तीन राशींपैकी एक आधीच (इतर प्रयोगावरून) ज्ञातमूल्याची असल्यास प्रयोगाने दुसरी एक राशी मोजून मग वरील समीकरणाचा उपयोग करून तिसरी राशी काढता येते. ध्वनिवेग काढण्याच्या अप्रत्यक्ष पद्धतीत n माहीत असते व प्रायोगिक रीत्या λ चे मूल्य मोजले जाते. त्यावरून C चे मूल्य काढता येते. कुंट नळी, व्यतिकरण नळी इ. प्रयोगांत ही पद्धती अवलंबिली जाते.

याउलट C चे मूल्य ज्ञात असल्यास प्रत्यक्ष प्रयोगात λ चे मापन करून त्यावरून n चे मूल्य काढता येते. उदा., सोनोमीटर, अनुस्पंदन नळी, मेल्डे प्रयोग या प्रयोगांत या पद्धतीचा अवलंब केलेला असतो.

कंप्रतामापन : कंप्रतामापनासाठी ⇨ आवृत्तिदर्शकाचा अथवा विस्पंद पद्धतीचा उपयोग करून अतिशय अचूक मापन करता येते. यासाठी कोयनिग यांनी विकसित केलेल्या पद्धतीत अत्यंत अचूक कंप्रता असलेल्या कंपनशूलांची एक प्रणाली (श्रेणी) वापरली जाते. या प्रणालीतील किमान कंप्रता ६४ हर्ट्‌झ असून त्यापुढे प्रत्येक कंपनशूलाची कंप्रता उत्तरोत्तर C हर्ट्‌झने वाढत जाते. अज्ञात कंप्रतेच्या ध्वनीबरोबर यातील प्रत्येक कंपनशूल एकामागोमाग वाजवून पाहत जाताना शेवटी कोणत्यातरी दोन लागोपाठच्या n₁ व n₂(समजा १२८ व १३६ हर्ट्‌झ) कंप्रतांच्या बरोबर तो ध्वनी विस्पंदन करतो ते हुडकून काढतात. मग त्यातील एका (सोयीच्या असलेल्या, समजा n₁) कंपनशूलाबरोबरचे ठराविक कालातले विस्पंद मोजून त्यावरून विस्पंद कंप्रता (p) काढली जाते. मग अज्ञात कंप्रता n = n₁ + P (किंवा n₂ – p) हे सीमकरण वापरून n काढता येते.

ध्वनीची शुद्ध कंप्रता विद्युत् चालित भोंग्याच्या साहाय्याने निश्चित करता येते. भोंग्यात असलेल्या तबकडीचे फेरे मोजण्याची व्यवस्था केलेली असते. व्यतिकरण पद्धतीने ध्वनीची कंप्रता तबकडीचे फेरे नियंत्रित करून भोंग्याच्या कंप्रतेशी मिळतीजुळती करण्यात येते आणि तबकडीतील छिद्रांच्या संख्येवरून व तिच्या फेऱ्यांच्या संख्येवरून भोंग्याची कंप्रता सहज निश्चित करता येते.

ध्वनीचे पृथक्करण, अनुस्पंदक : जटिल ध्वनीचे कंप्रता पृथक्करण हेल्महोल्ट्‌स यांनी त्यांच्या अनुस्पंदकांच्या साहाय्याने केले. हे अनुस्पंदक गोलाकार किंवा दंडगोलाकार असून त्यांची अनुस्पंदन कंप्रता त्यांतील हवेच्या घनफळावर अवलंबून असते. प्रत्येक अनुस्पंदकाला (बाटलीप्रमाणे) चिंचोळा गळा असून प्रत्येक अनुस्पंदकाच्या गळ्यात संवेदनशील गरम तोरेचे सूक्ष्म श्रावक बसविलेले असतात. वेगवेगळ्या कंप्रतांना अनुस्पंदन करतील अशी एक अनुस्पंदकांची माला बनवून त्यांच्यावरून जटिल ध्वनी जाई दिला जातो. त्या ध्वनीतील वेगवेगळ्या घटकांशी वेगवेगळे अनुस्पंदक अनुस्पंदन करतात व त्या घटकांच्या तीव्रतांनुसार श्रावकातील तारेचे कमीअधिक प्रमाणात शीतलन होते. त्यावरून घटक कंप्रता व त्यांच्या तीव्रता काढता येतात.

ध्वनीच्या पृथक्करणासाठी इलेक्ट्रॉनीय ध्वनिवर्णपटमापक आता सर्रास वापरले जातात. हे वर्णपटमापक प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहावर चालतात आणि त्यातील ⇨ ऋण किरण नलिकेतील पडद्यावर जटिल ध्वनीचे घटक व त्यांचे सापेक्ष परमप्रसर दर्शविले जातात. पृथक्करण करावयाच्या जटिल ध्वनि-ऊर्जेचे ध्वनिग्राहकाच्या साहाय्याने प्रथम विद्युत् ऊर्जेत रूपांतर केले जाते. ही विद्युत् ऊर्जा विशिष्ट मर्यादेतील कंपनांचे पृथक्करण करणाऱ्या उपकरणाला दिली जाते. हा अंतर्गामी संदेश योग्य त्या विवर्धनानंतर २७ समांतर विद्युत् छानकांकडे [गाळण्यांकडे → छानक, विद्युत्] पाठविण्यात येतो. दिक्‌परिवर्तक हा छानकांचे भाग पाळीपाळीने अनेक विवर्धक [→ इलेक्ट्रॉनीय विवर्धक] व एकदिशकारक (प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिश प्रवाहात रूपांतर करणाऱ्या) मंडलांच्या द्वारे ऋण किरण निलकेतील उभ्या दिशेतील स्थानांतरण दर्शविणाऱ्या पट्टिकेला जोडतो. ध्वनिसंदेश पुरविला जाण्यापूर्वी ऋण किरण नलिकेतील पडद्यावर फक्त ठिपक्यांची एक रेषा दिसते. प्रत्येक ठिपक्यास आनुषंगिक छानकाचा विभाग पाळीपाळीने अतिसूक्ष्म काळ जोडला जातो. ध्वनिसंदेश जोडला जाताच वरील २७ छानक जटिल ध्वनीतील योग्य तो भाग ग्रहण करतात. त्यामुळे आनुषंगिक ठिपके त्या त्या ध्वनी घटक कंप्रतेच्या परमप्रसराच्या सम प्रमाणात वर ढकलले जातात. आत ऋण किरण नलिकेतील पडद्यावर ठिपक्यांच्या ऐवजी कमीजास्त लांबीच्या उभ्या रेषा दिसतात. ह्या रेषांची लांबी आनुषंगिक छानकाच्या विभागाच्या वर्चसाच्या सम प्रमाणात बदलत असते. आ. ६ मध्ये या मापकाच्या साहाय्याने मिळालेले व्हायोलिन व बासरी यांच्या स्वरातील अधिस्वरकांच्या तीव्रता दर्शविणारे स्तंभ दाखविले आहेत.

ध्वनीची तीव्रता : विशिष्ट बिंदूच्या ठायी ध्वनीची तीव्रता म्हणजे त्या बिंदूच्या ठायी प्रती सेकंद, प्रती एकक क्षेत्रफळातून प्रलंब दिशेने जाणारी ध्वनि-ऊर्जा होय. या तीव्रतेचे एकक वॉट प्रती चौ. मी. हे आहे. तीव्रता ही संपूर्णपणे वस्तुनिष्ठ अशी भौतिक राशी असून ती आवाजाच्या गरिमेशी संबंधित आहे परंतु गरिमा व तीव्रता यांचा परस्पर संबंध सोपा नाही. गरिमा ही व्यक्तिनिष्ठ राशी आहे. या दोन राशींतील संबंध पुढे स्पष्ट केला आहे.

तीव्रतेचे मापन सामान्यतः अप्रत्यक्ष पद्धतीने केले जाते. ते समजण्यासाठी प्रथम ध्वनिविषयक इतर काही राशींची नीट कल्पना येणे आवश्यक आहे.

ध्वनितरंग एखाद्या माध्यमातून (समजा हवेतून) जात असतात. हे तरंग नसताना त्या माध्यमातील विशिष्ट बिंदूच्या ठायी असणारा दाब p₀ याला स्थैतिकीय दाब असे म्हणतात. विशिष्ट (t या) क्षणी विशिष्ट (x या) बिंदूच्या ठायी ध्वनितरंगांमुळे उत्पन्न होणारा क्षणिक दाब-बदल

P (x, t) =	√2 p₀ cos	[	2 πn	(	t –	x	)	]
						C

या समीकरणाने दिला जातो व त्याचे मूल्य धन वा ऋण असू शकेल, हे उघड आहे. येथे √2p₀ हा कमाल दाब-बदल (वा दाब परमप्रसर), n ही कंप्रता व C ध्वनिवेग होय. वरील समीकरण फक्त प्रतलीय तरंगांना लागू पडते.

या P (x,t) चे मूल्य आणि चिन्ह एकसारखे बदलत असते. म्हणून त्याचे परिणामी मूल्य म्हणजेच वर्ग माध्य वर्गमूळ मूल्य (राशींच्या वर्गांची सरासरी घेऊन मग त्याचे वर्गमूळ काढून मिळालेले मूल्य व. मा. व. मूल्य) होय. हे व. मा. व. मूल्य P_(x) कालसंदर्भात सरासरी घेऊन काढतात यालाच परिणामी ध्वनिदाब असे म्हणतात.

P_(x) = p₀

तरंगामुळे विशिष्ट ठिकाणच्या कणाचा विशिष्ट क्षणी क्षणिक वेग

	u _{(x, t)} =	v- 2p0	cos	[	2 π n	(	t –	x	)	]
		p₀ C						C

या समीकरणाने दिला जातो व परिणामी वेग u _(x) =	P _(x)
	p₀ C

असा येतो. येथे p₀ C ही माध्यमाची तरंगाच्या अभावी असणारी घनता होय. p₀ C या राशीला माध्यमाचा विशिष्ट संरोध किंवा रोध असे म्हणतात. त्याचे एकक ध्वनिकीय ओहम हे आहे. एखाद्या बिंदूच्या ठायी ध्वनी तीव्रता I_(x) ही p_{(x, t)}आणि u_{(x, t)} या राशींचा गुणाकार घेऊन त्याचे I/n इतक्या कालामधील सरासरी मूल्य घेतले असता मिळते.

I _(x)= p _{(X, t)} x u _{(x, t)} चे सरासरी मूल्य	p_o²	… (२२)
	_P0c

अथवा I _(x) = _p0C·u₀²

…

(२२ अ)

येथे u_o म्हणजे कणांचा व. मा. व. वेग होय.

यामुळे तीव्रतेचे मापन करण्यासाठी ध्वनितरंगजन्य व. मा. व. दाबबदल किंवा व. मा. व. कणवेग यांपैकी कोणत्यातरी राशीला संवेदनशील असे उपकरण वापरले म्हणजे झाले. कारण माध्यमांची p₀C मूल्ये इतर प्रयोगांनी काढता येते.

तीव्रतामापन : तीव्रतामापनाचे मूलभूत उपकरण रॅली यांची चकती हे असून त्याच्या साहाय्याने धारित्र किंवा गतिकीय पद्धतीच्या ध्वनिग्राहकांचे [→ ध्वनिग्राहक] इयत्तीकरण आलेख काढतात व अशा इयत्तीकृत ध्वनिग्राहकांचा तीव्रतामापनासाठी प्रत्यक्ष उपयोग करतात.

रॅली चकती ही एक अभ्रकाची हलकी चकती असून ती क्वॉर्ट्‌झाच्या बारीक तंतूने उभी टांगलेली असते. ही चकती ध्वनितरंगांच्या मार्गात ठेवल्यास ती विशिष्ट कोनातून (q) फिरते आणि हा कोन तेथील व. मा. व. कणवेगावर अवलंबून असतो. (q) मोजून त्यावरून व. मा. व. कणवेग काढता येतो. नंतर त्याच जागी ध्वनिग्राहक ठेवून त्याच ध्वनिमुळे त्या ग्राहकात उत्पन्न होणारा विद्युत्‌ दाब मोजून त्याची नोंद केली जाते. ही गोष्ट अनेक ठिकाणी करून ध्वनिग्राहकांचे इयत्तीकरण केले जाते.

याशिवाय निश्चित मूल्याचे दाब-बदल निर्माण करणारे थर्मोफोन वा पिस्टनफोन यासारखे उद्‌गम वापरूनही इयत्तीकरण करता येते. यासाठी सामान्यतः उष्ण तार ध्वनिग्राहक वापरतात. या ग्राहकात एक प्लॅटिनमाची तार विद्युत्‌ प्रवाहाने तप्त केलेली असते. ध्वनितरंगजन्य हवेच्या कणांच्या प्रत्यावर्ती प्रवाहामुळे ती थंड होते व त्यामुळे तिचा विद्युत्‌ रोध कमी होतो. हा विद्युत्‌ रोध बदल मोजून त्यावरून ध्वनीची तीव्रता काढता येते.

ध्वनीची तीव्रता परिणामी ध्वनिदाबावर अवलंबून असल्याने पुष्कळदा ती केवळ दाबावरूनच व्यक्त केली जाते. यासाठी बार (= १ डाइन/चौ. सेंमी.) किंवा मायक्रोबार (= १०^-६ बार) ही एकके वापरली जातात.

तीव्रता पातळी : मनुष्याचे श्रवणेंद्रिय अशा तऱ्हेने काम करते की, दोन ध्वनींच्या तीव्रतांची तुलना करताना तो त्या तीव्रतांचे गुणोत्तर लक्षात घेत असतो. समजा एकाच कंप्रतेच्या दोन ध्वनींची तीव्रता अनुक्रमे I₁व I₂ आहे. मग I₁ च्या संदर्भात I₂ ची तीव्रता पातळी N = log₁₀ ^I₂/ I₁ आहे असे म्हणतात. दूरध्वनीचे संशोधक अलेक्झांडर ग्रॅहॅम बेल यांच्या सन्मानार्थ तीव्रता पातळीच्या एककाला ‘बेल’ हे नाव देण्यात आले आहे. प्रत्यक्षात हे एकक फार मोठे पडते, म्हणून याचा दहावा हिस्सा म्हणजे डेसिबेल (डेबे.) याच एककाचा व्यवहारात वापर होतो. १० डेसिबेल = १ बेल. प्रयोगान्ती असेही आढळून आले की, १ डेसिबेल हा दोन ध्वनितीव्रतांमधील फरक कानाला समजू शकणारा किमान फरक आहे. या दृष्टीनेही पाहता डेसिबेल या एककाचा उपयोग जास्त योग्य आहे.

तीव्रता पातळी (डेबे. मध्ये)

	n = 10 log₁₀	I₂	…	…	(२३)
		I₁

व्यवहारात १०^-१२ वॉट / मी.^२ (= I₀) ही तीव्रता संदर्भ मानतात आणि तिची तीव्रता पातळी शून्य आहे असे मानतात (या तीव्रता पातळीशी सममूल्य ध्वनिदाब ०·०००२ बार आहे) व तिच्या संदर्भात इतर ध्वनीची निरपेक्ष तीव्रता पातळी व्यक्त करतात. निरपेक्ष तिव्रता पातळी (डेबे.) =

	10 log₁₀	I	= 20 log	p₀	…	…	(२४)
		I₀		p₀

येथे I ही इष्ट ध्वनींची तीव्रता, I₀ संदर्भ तीव्रता, त्याचप्रमाणे p₀ हा इष्ट ध्वनीचा परिणामी ध्वनिदाब व p₀^′ हा संदर्भ ध्वनिदाब = ०·०००२ बार होय.

वेबर-फेक्‍नर नियम : (ई. एच्‌. वेबर व जी. टी. फेक्‍नर यांच्या नावाने ओळखण्यात येणारा नियम). तीव्रता पातळीची व्याख्या देताना (लॉगरिथमीय समीकरण वापरले जाण्याच्या कारणांची मीमांसा खालीलप्रमाणे आहे. मनुष्याच्या वेगवेगळ्या ज्ञानेंद्रियांवर वेगवेगळी बाह्य उद्दीपने पडतात व त्या त्या ज्ञानेंद्रियांच्या साहाय्याने त्याला संवेदना प्राप्त होते. उदा., डोळ्यावर प्रकाश पडून दृश्य संवेदना होते, कानावर ध्वनिऊर्जा पडून श्राव्य संवेदना होते. हातावर वजन ठेवल्यास त्या वजनाची संवेदना होते आणि त्यावरून ते वजन किती असावे याचा आपण अंदाज करू शकतो.

मूळ बाह्य उद्दीपनाची तीव्रता I हिच्यात किमान फरक dI केल्यास त्यामुळे संवेदनेतील कसाबसा ओळखू येणारा फरक dS असेल, तर त्यांमधील संबंध पुढील समीकरणाने दिला जातो.

	dS = k	dI	…	…	…	(२५)
		I

येथे k हा एक स्थिरांक आहे. वेबर यांनी हातावर वेगवेगळी वजने ठेवून प्रायोगिक रीत्या हा नियम शोधून काढला. म्हणून या समीकरणाला वेबर नियम असे म्हणतात. प्रत्यक्ष प्रयोगान्ती असे दिसून आले की, मानवी श्रवणेंद्रिय, डोळा आणि स्पर्श यांच्या बाबतीतही हाच नियम लागू पडतो. फेक्‍नर यांनी वरील समीकरणाचे समाकलन [→ अवकलन व समाकलन] करून पुढील समीकरण मिळविले.

S = k log₁₀ I

…

(२६)

येथे S ही संवेदना तीव्रता आहे.

याला वेबर – फेक्‍नर नियम असे म्हणतात. या समीकरणावरून असे म्हणता येते की, संवेदना तीव्रता उद्दीपनाच्या तीव्रतेच्या लॉगरिथमाच्या सम प्रमाणात असते. यासाठीच तीव्रता पातळीच्या समीकरणात लॉगरिथमीय समीकरण घेणे जास्त श्रेयस्कर ठरते.

आ. १७. श्रवण क्रियेवरील तीव्रतेच्या मर्यादा : ( १ – २) श्रवण-तलसीमा आलेख, (३ – ४) वेदना-तलसीमा आलेख, (५) पुरुषांचा आवाज, (६) स्त्रियांचा आवाज, (७) स्वर, (८) व्यंजने. ध्वनी आणि मानवी श्रवणेंद्रिये : अनेक ध्वनी पुनरुत्पादक साधनांच्या बाबतीत ध्वनी मानवी कानाला कसा ऐकू येईल हीच महत्त्वाची कसोटी असते. मानवी कानाची संवेदनशीलता सु. १६ हर्ट्‌झ ते २०,००० हर्ट्‌झ या पल्ल्यापुरतीच मर्यादित आहे. इतकेच नाही तर या पल्ल्यातही श्रवणेद्रियांची संवेदनशीलता कंप्रतेनुसार बदलत जाते. या बाबतीत एच्. फ्लेचर आणि डब्ल्यू. ए. म्युन्सन यांनी महत्त्वाचे संशोधन केले. विशिष्ट कंप्रतेचा आवाज सर्वसामान्य मनुष्याला कसाबसा श्रवणगोचर होण्यासाठी जी किमान तीव्रता जरूर असते तिला श्रवण-तलसीमा असे म्हणतात. श्रवण-तलसीमेपासून विशिष्ट कंप्रतेच्या ध्वनीची तीव्रता हळूहळू वाढवीत गेल्यास आवाज मोठा झाला म्हणजेच ध्वनीचा गरिमा वाढला असे वाटते. शेवटी अशी स्थिती येते की, ध्वनीमुळे कानात वेदना सुरू होण्याप्रत आपण पोहोचतो. या वेदना सुरू होण्याच्या तीव्रतेला वेदना-तलसीमा असे म्हणतात. ध्वनीची तीव्रता याही पलीकडे वाढविल्यास कानाला कायम स्वरूपाची इजा होऊ शकते. तेव्हा श्रवण-तलसीमा व वेदना-तलसीमा या मर्यादांमधील तीव्रताच ऐकण्याच्या दृष्टीने उपयुक्त आहेत. आ. १७ मध्ये वेगवेगळ्या कंप्रतांसाठी या तलसीमा आलेखाद्वारे दाखविल्या आहेत. प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे मिळालेले आलेख पूर्ण रेषांनी दाखविले असून अंदाजे वाढविलेल्या रेषा तुटक आहेत. त्याशिवाय वेगवेगळ्या आवाजांचे पल्लेही आयतांनी दाखविले आहेत. (१-२) व (३-४) या आलेखांमध्ये येणाऱ्या क्षेत्रातील आवाजच ऐकण्याच्या दृष्टीने उपयुक्त आहेत. मानवी कानाची संवेदनशीलता सु. ३०० हर्ट्‌झ ते ४,००० हर्ट्‌झ या पल्यात सर्वाधिक आहे, हे या आलेखावरून स्पष्ट होईल. त्याचप्रमाणे दोन वेगळ्या कंप्रतांच्या ध्वनींची तीव्रता सारखी असली, तरीही ते आपणाला सारख्याच गरिमाचे वाटणार नाहीत हेही आलेखावरून उघड होते.

गरिमा : गरिमा म्हणजेच आवाजाचा लहान मोठेपणा. ही पूर्णपणे व्यक्तिनिष्ठ राशी आहे. मापनासाठी निर्दोष कान असणाऱ्या अनेक व्यक्तींकडून ऐकण्याची क्रिया करवून घेऊन त्यावरून सरासरी गरिमा काढला जातो.

आ. १८. व्यवहारातील काही ध्वनींच्या गरिमा पातळ्या.

सममूल्य गरिमा पातळी : ज्या आवाजाची सममूल्य गरिमा पातळी निश्चित करावयाची तो परीक्ष्य आवाज आणि १,००० हर्ट्‌झ कंप्रतेचा प्रमाण आवाज हे एकाआड एक असे ऐकले जातात व प्रमाण आवाजाची तीव्रता हळूहळू अशी बदलत जातात की, शेवटी दोन्ही आवाज सारख्याच गरिमेचे (सारखेच मोठे) वाटतील. या परिस्थितीत प्रमाण आवाजाची निरपेक्ष तीव्रता पातळी जितके डेसिबेल असेल तितके ‘फोन’ त्या परीक्ष्य आवाजाची सममूल्य गरिमा पातळी असे मानले जाते. सममूल्य गरिमा पातळीचे फोन हे एकक होय.

प्रत्यक्ष गरिमा : ‘फोन’वरून ध्वनीचा प्रत्यक्ष गरिमा नीटपणे समजत नाही. उदा., विशिष्ट ध्वनीची सममूल्य गरिमा पातळी दुप्पट फोन केली, तर आवाज दुप्पट मोठा झाला असे कानांना वाटत नाही. यासाठी प्रत्यक्ष गरिमा ही राशी उपयोगात आली असून ती मोजण्यासाठी ‘सोन’ हे एकक वापरण्यात येते. १,००० हर्ट्‌झ कंप्रतेच्या ध्वनीची तीव्रता पातळी ४० डेबे. (किंवा गरिमा पातळी ४० फोन) असताना त्या ध्वनीची प्रत्यक्ष गरिमा १ सोन आहे असे स्वेच्छ रीत्या गृहीत धरले असून हीच ‘सोन’ची व्याख्या होय. यानंतर या ध्वनीची तीव्रता हळूहळू अशी वाढवत नेतात की, ऐकणाऱ्याला शेवटी तो आवाज दुप्पट मोठा वाटेल. आता या आवाजाचा प्रत्यक्ष गरिमा २ सोन झाला. यासाठी त्याची गरिमा पातळी १० फोनांनी वाढवावी लागली असे आढळून आले. ही पातळी आणखी १० फोनांनी वाढविल्यास गरिमा मूळच्या चौपट म्हणजे ४ सोन होते. प्रत्यक्ष गरिमा (S सोन) व गरिमा पातळी (P फोन) यांचा संबंध पुढील समीकरणाने मिळतो.

logS = 0·03 P – I·2

…

(२७)

दोन वेगवेगळ्या कंप्रतांच्या ध्वनींचे गरिमा अनुक्रमे S₁ व S₂ असतील तर ते दोन्ही ध्वनी एकत्र उत्पन्न केल्यास त्या मिश्रणाचा गरिमा S₁+ S₂ इतकाच असेल असे नाही. गोंगाट हा अनेक कंप्रतांच्या ध्वनींच्या मिश्रणापासून बनत असतो. त्यामुळे त्याचे मापन व नियंत्रण करताना या गोष्टीची दखल घ्यावी लागते. यासाठी सबंध गोंगाटाचे वेगवेगळ्या स्वरसप्तकात विभाजन करून प्रत्येक सप्तकाचा गरिमा अलग अलग मोजला जातो. सर्वांत जोरदार सप्तकाचा गरिमा S_max व इतरांचे गरिमा S₁, S₂ इ. असल्यास एका मापन पद्धतीनुसार (एस्. एस्. स्टीव्हेंझ यांच्या पद्धतीनुसार)

S_r

S_max

0·3

(∑

S_i

–

S_max

)

…

(२८)

या समीकरणाने एकूण गोंगाटाचा गरिमा S_r दिला जातो.

स्वरपदाचे मापन : स्वरपद वा स्वराची उच्चनीचता हीसुद्धा व्यक्तिनिष्ठ राशी असून ती कंप्रतेशी संलग्न असली, तरी पूर्णपणे कंप्रतेशी सममूल्य नसते असे प्रत्यक्ष प्रयोगावरून दिसून आले आहे. एकाच कंप्रतेचे दोन ध्वनी घेतल्यास ज्याचा गरिमा जास्त तो ध्वनी चांगल्या संगीतज्ञांच्या कानालाही कमी स्वरपदाचा आहे असे वाटते. स्वरपदाचे मापन करण्यासाठी मेल हे एकक वापरतात व १,००० हर्ट्‌झ कंप्रतेच्या शुद्ध स्वरकाचे स्वरपद १,००० मेल गृहीत धरले जाते. स्वरपदाची संवेदना ही कंप्रतेच्या लॉगरिथमाच्या सम प्रमाणात असते असे आढळून आले आहे.

दोन संगीतीय स्वरांच्या स्वरपदांतील फरक समजून येण्याची मानवी कानाची पात्रताही स्वरांच्या कंप्रतेनुसार बदलत जाते. सामान्यतः ५०० हर्ट्‌झ ते ४,००० हर्ट्‌झ या कक्षेत ०·३% इतका किमान फरक ओळखता येतो. या कक्षेच्या बाहेर हे प्रमाण यापेक्षाही जास्त होते.

कानाचा अरेखीय प्रतिसाद व त्याचे परिणाम : कानाचा प्रतिसाद विशेषतः मोठ्या आवाजांच्या बाबतीत अरेखीय असतो. (पुनःस्थापक प्रेरणा स्थानांतरणाच्या समप्रमाणात नसते). याचे अनेक परिणाम अनुभवाला येतात. एक म्हणजे कानावर पडणाऱ्या ध्वनीत नसलेल्या कंप्रतांचे काही ध्वनी (कानातच तयार होऊन) आपणाला ऐकू येतात. उदा., एका प्रयोगात कानावर ७०० हर्ट्‌झ व १२०० हर्ट्‌झचे दोन शुद्ध स्वरक पाडले असता कानात १७ जादा स्वरक निर्माण झाल्याचे आढळून आले. कमी दर्जाच्या रेडिओ किंवा ग्रामोफोनवरील संगीत आपणाला अगदीच टीकाऊ वाटत नाही त्याचे हे एक कारण आहे.

दुसरा एक परिणाम म्हणजे दोन वेगळ्या कंप्रतांचे स्वरक एकाच वेळी कानावर पडल्यास मूलध्वनीबरोबरच त्यांच्या कंप्रतांच्या बेरजेइतक्या कंप्रतेचा एक अती दुर्बल स्वर ऐकू येतो त्याला संयुत नाद असे म्हणतात. त्याचबरोबर त्या दोन कंप्रतांमधील फरकाइतक्या कंप्रतेचाही एक स्वर ऐकू येतो. हा संयुत नादापेक्षा जास्त जोरकस असून त्याला भेद नाद असे म्हणतात. उदा., फ्लेबर यांनी केलेल्या एका प्रयोगात १००, २००, ३०० याप्रमाणे १,००० हर्ट्‌झपर्यंतच्या कंप्रतांचे शुद्ध स्वरक एकत्र निर्माण केले तेव्हा अर्थात १०० हर्ट्‌झचा स्वर ऐकू येत होताच. परंतु नंतर क्रमाने १००, २००, ३०० इ. स्वर बंद केले तरीही ८००, ९०० व १,००० या स्वरांच्या मिश्रणापर्यंत तो स्वर स्पष्टपणे ऐकू येत राहिला व तोच मूळ स्वर आहे असे भासले. संयुत नाद व भेद नाद या दोहोंना मिळून मिश्र नाद असे म्हणतात. भेद नादाचा उपयोग ऑर्गनमध्ये अती नीच कंप्रतांचे सूर कमी लांबीच्या ऑर्गन नलिकांच्या साहाय्याने निर्माण करण्यासाठी केला जातो.

मानवी श्रवणेंद्रियाचे काही विशेष : मानवी कान हे अनेक दृष्टींनी एक अती विलक्षण उपकरण आहे. त्याची कमाल संवेदनशीलता (सु.) ३,५०० हर्ट्‌झ कंप्रतेच्या ध्वनीसाठी असून या कंप्रतेच्या ध्वनीची तीव्रता १·५५ X १०^-१७ वॉट/सेंमी.^२ इतकी अल्प असतानाही हा ध्वनी ऐकू येऊ शकतो. याच्याशी सममूल्य ध्वनिदाब परमप्रसर १·१ X १०^-४बार आहे आणि कमाल स्थानांतरण १·२५ X १०^-१०सेंमी. आहे. हे स्थानांतरण नायट्रोजन रेणूच्या व्यासाच्या ^१/_१०० आहे. इतके संवेदनशील असूनही या पेक्षा १०^१३ पट जास्त तीव्रतेच्या ध्वनीनेही या इंद्रियाला इजा होत नाही इतके ते दणकट आहे.

त्याचप्रमाणे सु. १० स्वर सप्तकांइतक्या स्वरपदांचे आवाज कान ग्रहण करू शकतो. उच्च कंप्रता ऐकू येण्याची क्षमता वाढत्या वयाबरोबर कमी होत जाते. त्याचप्रमाणे ज्यांच्या कानावर नेहमीच कर्कश आवाज पडत असतास (उदा., ट्रक किंवा प्रवासी गाडीचा चालक) त्यांच्या बाबतीत हा ऱ्हास जास्त लवकर होत जातो.

कानावर पडणाऱ्या आवाजांचे आपोआप पृथक्करण करून त्याच्या वेगवेगळ्या भागांचे अभिज्ञान कान करू शकतो. उदा., वाद्यवृंदाचा कार्यक्रम ऐकत असताना आपणाला वेगवेगळ्या वाद्यांचे ध्वनी उमजून येतात. भोवतालच्या गोंगाटात आपण संभाषण चालवू शकतो म्हणजे एकूण ध्वनीतील नको असलेला भाग आपण आपोआप वगळू शकतो. वेगवेगळ्या वर्णोच्चारांचा आपणाला बोध होऊ शकतो. कारण त्या वर्णोच्चारांच्या ध्वनीचे विशिष्ट तरंगाकार व कंप्रता वितरण आपल्या स्मृतीत साठविलेले असतात. दोन कानांनी आवाज ऐकू येत असल्याने आपणाला ध्वनी उद्‌गमाची दिशा ओळखता येते. विशिष्ट ध्वनी ऐकले की, झटकन आपण काही विशिष्ट क्रिया करतो (उदा., मोटारीचा हॉर्न ऐकू आला की, चटकन बाजूला होतो). श्रवणेंद्रियांच्या विविध कार्याची भौतिक यंत्रणा अद्याप संपूर्णपणे समजलेली नाही [→ कान श्रवण].

संगीत व भौतिकी : स्वरांतर : आपण जेव्हा कानांच्या साहाय्याने दोन संगीत स्वरांशी तुलना करतो तेव्हा मुख्यतः त्या स्वरांच्या कंप्रतेचे गुणोत्तर लक्षात घेतो. उदा., २०० हर्ट्‌‍झ व ३०० हर्ट्‌झ या कंप्रतांचे दोन सूर एकदम वाजविले असता त्यामुळे मनाला होणारी संवेदना (षड्‌ज-पंचम भाव) आणि ३०० हर्ट्‌झ व ४५० हर्ट्‌झ कंप्रतांचे स्वर एकत्र वाजविले असता होणारी संवेदना एकसारख्याच असतात. दोन स्वरांच्या कंप्रतांच्या गुणोत्तराला त्या स्वरांमधील संगीतीय अंतर म्हणजेच स्वरांतर असे म्हणतात. दोन स्वरांतरांची बेरीज म्हणजे त्या गुणोत्तरांचा गुणाकार आणि वजाबाकी म्हणजे त्या गुणोत्तरांचा भागाकार होय.

ताणलेल्या तारेपासून निघणाऱ्या ध्वनींचा अभ्यास करून त्यावरून पायथॅगोरस यांनी असा निष्कर्ष काढला की, ज्या स्वरांच्या कंप्रतांची गुणोत्तरे लहान पूर्णांकानी व्यक्त करता येतात ते ध्वनी एकत्र वाजविले असता एकूण आवाज कानाला गोड लागतो. गुणोत्तरे व्यक्त करणारे अंक जितके मोठे तितका तो संयुक्त आवाज कानाला कठोर लागतो. संगीताच्या दृष्टीने अशी गोड लागणारी गुणोत्तरे म्हणजेच मुख्य स्वरांतरे १ : १, २ : १, ३ : २, ४ : ३, ५ : ४ ही होत. १ : १ म्हणजे दोन्ही स्वरांच्या कंप्रता समान असतात व त्यांचा एकमेकांत पूर्ण मिलाफ होतो. गाण्याच्या बैठकीच्या प्रारंभी तंबोऱ्याचा स्वर व गायकाचा स्वर बरोबर मिळाले की, आपणाला याची प्रचीती येते. २ : १ हे गुणोत्तर खालचा सा व वरचा सा किंवा खालचा रे व वरचा रे यांत येते, काही हार्मोनियम वादक दोन हातांनी एकाच वेळी दोन सप्तकातील समान सूर दाबून आपणाला या मिलाफाचा अनुभव देतात. ३ : २ हे स्वरांतर सा-प या स्वरांचे असतो. तंबोऱ्यावर लावलेल्या तारा छेडल्या असता असता या स्वरांतराचे स्वर निघत असतात. ४ : ३ ही सा-म व ५ : ४ हे सा-ग या स्वरांची स्वरांतरे आहेत. दोन स्वरांमधील स्वरांतर समजा ४५ : ४६ या अंकांनी व्यक्त होत असेल, तर ते कानाला अगदी कर्णकटू लागेल.

विशिष्ट स्वरांतरेच का गोड लागावीत व इतर का लागत नाहीत याचे कारण श्रवणेंद्रियांच्या रचनेतच समाविष्ट झालेले आहे. मागे उल्लेखिल्याप्रमाणे दोन भिन्न कंप्रतांचे स्वर एकत्र वाजविल्यास विस्पंद निर्माण होतात. या विस्पंदांची कंप्रता जास्त असेल, तर ते मोजण्याच्या प्रयत्नात मेंदूला जो त्रास होतो त्यामुळे तो संयुक्त ध्वनी कर्णकटू वाटतो, अशी एक कल्पना आहे. हे विस्पंद केवळ मूलस्वरांमध्येच होतात इतकेच नाही, तर त्यांच्या अधिस्वरकातही होतात व त्यांचा एकूण आवाजाच्या गोडीवर (वा कटुतेवर) परिणाम होतो. उदा., एका तारेचा मूलस्वर २०० हर्ट्‌झ कंप्रतेचा असल्यास अधिस्वरकांच्या कंप्रता अनुक्रमे ४०० ६०० ८०० १,००० हर्ट्‌झ अशा असतील. त्याचबरोबर ३०० हर्ट्‌झ मूलस्वर असलेली तार छेडल्यास तिच्यातील अधिस्वरकांच्या कंप्रता अनुक्रमे ६०० ९०० १,२०० १,५०० हर्ट्‌झ इ. येतील. दोन्ही ध्वनींमधील त्या त्या उत्स्वरांतील स्वरांतरे २ : ३ अशीच आहेत. त्यामुळे एकूण ध्वनी कानाला गोड लागतो परंतु असे समजा की, दुसऱ्या तारेची मूल कंप्रता ३०५ आहे. मग अधिस्वरकांच्या कंप्रता अनुक्रमे ६१० ९१५ १,२२० वगैरे येतील व त्यांच्यामुळे ५, १०, १५, २० अशा कंप्रतांचे विस्पंद निर्माण होऊन आवाज कर्णकटू वाटेल.

या सर्व गोष्टींमुळे संगीतात काही ठराविक स्वरमालांचा उपयोग करणे अपरिहार्य होते. वेगवेगळ्या मानववंशांमध्ये व संस्कृतींमध्ये या बाबतीत खूपच एकवाक्यता दिसते.

स्वरसप्तक : अलगुजाची सर्व भोके बंद करून त्यात फुंकत राहिले व एक एक भोक क्रमाने उघडत गेले, तर त्यातून निघणाऱ्या स्वरांना सा रे ग म प ध नि सा (सा′) अशी सांकेतिक नावे दिलेली आहेत. यांचे मिळून एक स्वरसप्तक बनते व त्यातील लागोपाठच्या स्वरांमध्ये काही ठराविक स्वरांतरे असतात. त्या वरच्या किंवा खालच्या सप्तकात (तार सप्तकात किंवा मंद्र सप्तकात) तीच स्वरांतरे पुनःपुन्हा येतात. (पहिला सा व वरचा सा′ यांमधील स्वरांतर २ : १ असते.

स्वरांतरे ही गुणोत्तरांनी व्यक्त होतात व त्यांच्या बेरीज वजाबाक्या म्हणजे गुणाकार-भागाकार होत. यामुळे स्वरांतरासाठी लॉगरिथमीय समीकरण सुयोग्य ठरते. n₁व n₂ (n₂ &gt n₁) यांमधील स्वरांतर (i) पुढील समीकरणाने मिळते.

	i = K log₁₀	n₂	…	…	…	(२९)
		n₁

येथे K हा एक स्थिरांक असून त्याला सोयीप्रमाणे योग्य ते मूल्य देता येते. सप्तकातील एकूण स्वरांतर

I = K log₁₀2 K ला 1200/log 2 हे मूल्य दिल्यास

I = 1200/log 2 X log 2 = 1200 सेंट … … (३०)

याप्रमाणे स्वरांतरे मोजण्यासाठी सेंट या एककाची व्याख्या दिली आहे. सेंटिऑक्टेव्ह या एककात स्वरांतरे व्यक्त

करावयाची असल्यास K =	l 00	मग सप्तकातील एकूण स्वरांतर १०० सेंटिऑक्टेव्ह येते.
	log 2

त्याचप्रमाणे सावर्ट या एककात स्वरांतरे व्यक्त करावयाची असल्यास K = l000 घेतात व मग सप्तकातील एकूण स्वरांतर ३०१·०३ सावर्ट किंवा १·०३ हा भाग दुर्लक्षणीय धरून अंदाजे ३०० सावर्ट येते. कोष्टक क्र. २ मध्ये भारतीय बिलावल थाटाचे किंवा पाश्चात्त्यांचा जेष्ठ (मेजर) स्वरसप्तकातील मुख्य स्वरांची नावे. त्यांमधील स्वरांतरे दिली आहेत.

कोष्टक क्र. २. भारतीय बिलावल थाटाचे किंवा पाश्चात्त्यांच्या जेष्ठ स्वरसप्तकातील मुख्य स्वरांची नावे व त्यांमधील स्वरांतरे.

वरील कोष्टकात सा-रे, रे-ग, म-प, प-ध, ध-नि ही स्वरांतरे काहीशी जास्त असल्याने त्यांच्या दरम्यान जादा ५ स्वर (कोमल रे, कोमल ग, इ. ‘विकृत’ स्वर) घालता सा पासून सा′ पर्यंत एकूण १३ स्वर व त्यांच्या दरम्यानची १२ स्वरांतरे मिळतात परंतु पुन्हा मुख्य गोष्ट ही की, ही स्वरांतरे सर्व सारख्या मूल्याची नसतात.

अशा स्वरसप्तकाच्या साहाय्याने निर्माण केलेले संगीत अत्यंत मधुर लागते परंतु पियानो किंवा हार्मोनियमसारख्या वाद्यांची रचना व वापर करताना त्यात अनेक अडचणी उत्पन्न होतात. त्या टाळण्याचा एकच मार्ग शेवटी उपलब्ध झाला तो म्हणजे वरील १२ स्वरांतरे सर्वत्र सारखी करणे, अशा स्वरसप्तकाला कृत्रिम स्वरसप्तक असे म्हणतात. या सप्तकातील कोणत्याही दोन लागोपाठच्या स्वरांमधील स्वरांतर

^१२Ö२ = १०० सेंट = २५ सावर्ट इतके असते. सर्वसामान्य हार्मोनियम,

पियानो किंवा ऑर्गन यांमध्ये हेच सप्तक वापरलेले असते. या सप्तकाच्या वापराने निर्माण केलेले संगीत माधुर्याच्या बाबतीत थोडे कमी पडते परंतु प्रत्यक्ष पाहणी करता असे आढळून आले की, सु. ९५% लोकांना हा फरक उमजून येत नाही. सारंगी, व्हायोलिन किंवा मानवी आवाज यांच्या स्वरांच्या कंप्रता वाटेल तशा बदलता येतात. त्यामुळे त्यांच्या बाबतीत मूळचे नैसर्गिक स्वरसप्तक वापरण्यात काही अडचण येत नाही. भारतीय आकाशवाणीवर संगीताच्या साथीसाठी हार्मोनियमला अनेक वर्षे बंदी होती त्याचे हे कारण आहे [→ स्वरसप्तक].

मानवी वाणी : मनुष्याला बोलणे, गाणे इत्यादींसाठी ध्वनीची उत्पत्ती करावी लागते. त्याची थोडक्यात चर्चा येथे केलेली आहे. अधिक माहितीसाठी ‘स्वरयंत्र’ ही नोंद पहावी. मनुष्याला ध्वनिनिर्मितीसाठी जरूर तो शक्तिपुरवठा फुप्फुसामधील हवेच्या दाबामुळे होत असतो. बहुतेक सर्व भाषांतील ध्वनी उत्पादन करताना श्वास बाहेर टाकला जात असतो. काही ध्वनी श्वास आत घेतानाही निर्माण करता येतात. श्वसन मार्गामध्ये स्वरयंत्र नावाचे एक इंद्रिय असते. त्याच्यामध्ये दोन पातळ पटले आडवी बसविलेली असून त्यांच्यामध्ये एक फट असते. सामान्य श्वसनाच्या वेळी ही फट रुंद असून तीमधून हवा जाताना काहीच आवाज निर्माण होत नाही परंतु बोलताना जेव्हा एक विशिष्ट प्रकारचे आवाज (सघोष) काढावयाचे असतात तेव्हा स्नायूंच्या साहाय्याने ही पटले ताणली जाऊन त्यांच्यामधील फट बंद होते. मग फुप्फुसातील हवेचा दाब जास्त झाला की, त्यामुळे फट काहीशी उघडली जाऊन हवेचा एक लोळ बाहेर येतो. त्यामुळे पटलाखाली हवेचा दाब कमी होतो व फट बंद होते. ही क्रिया पुनःपुन्हा होत राहते. त्यामुळे पटलांची काही ठराविक कंप्रतेची आंदोलने होत असतात व प्रती सेकंद हवेचे तितक्याच संख्येचे लोळ बाहेर पडतात आणि त्या मूल कंप्रतेचा आवाज निर्माण होतो. पटलावरील ताण कमीजास्त करून निघणाऱ्या आवाजाचे स्वरपद इच्छेनुसार कमीजास्त करता येते परंतु काही ध्वनी (उदा., शऽऽऽश) निर्माण होताना पटलांची आंदोलने होत नाहीत. अशा ध्वनींना अघोषित ध्वनी असे म्हणतात.

स्वरयंत्राशी युग्मित अशा कंठपोकळी, तोंडाची पोकळीं व नाकाची पोकळी या पोकळ्या आहेत. त्यांचे आकार बदलून वा त्यात संपूर्ण किंवा अंशतः अडथळा आणून आपणाला वेगवेगळे स्वर व व्यंजनोच्चार करता येतात. या क्रियेनुसार वर्णाचे ओष्ठ्य, दंत्य, तालव्य इ. वर्गांत वर्गीकरण केले आहे [→ ध्वनिविचार].

आ. १९. A voice print या शब्दांच्या उच्चाराचा ध्वनि-वर्णपट (वाणीमुद्रा).

वाणीचे विश्लेषण व त्याचे उपयोग : मानवी वाणीमध्ये स्वर व व्यंजने यांच्या उच्चारांचा अंतर्भाव होतो व त्यांचे विश्लेषण ध्वनि-वर्णपटदर्शक या उपकरणाच्या साहाय्याने करता येते. या उपकरणाच्या साहाय्याने संपूर्ण शब्दाची वा वाक्याची आलेखांच्या स्वरूपात दृश्य नोंद मिळू शकते. या नोंदीत X अक्षावर काल व Y अक्षावर कंप्रता दिग्दर्शित केली जाते. विशिष्ट वर्णोच्चारात होणारे ध्वनि-ऊर्जेचे वितरण आकृतीत घनतेने (कमीअधिक काळेपणाने) केले जाते. आ. १९ मध्ये A voice print या इंग्रजी शब्दांच्या उच्चाराचा ध्वनि-वर्णपट (वाणीमुद्रा) दाखविला आहे.

अशा वर्णपटांमध्ये पुढील ठळक गोष्टी दिसून येतात. प्रत्येक वर्णोच्चारामध्ये ध्वनि-ऊर्जेचे वितरण वेगवेगळ्या कंप्रतांमध्ये झालेले असते, ही उर्जा ऊर्मीस्वरूपात किंवा पर्ययी वा अपर्ययी स्वरूपात प्रेषित झालेली असते. दोन वर्णोच्चारांमध्ये अनेकदा ऊर्जा प्रेषण होत नाही. आकृतीतील उभे पांढरे पट्टे ही गोष्ट दर्शवितात, त्यांना परमप्रसर स्तंभन पट्टे असे म्हणतात प्रत्येक वर्णोच्चारात प्रेषित ऊर्जेमध्ये काही विशिष्ट प्रकारे चढउतार होत असतात. असे दिसून येते की, कोणत्याही ध्वनिवर्णपटातील काही वैशिष्ट्ये त्या त्या वर्णोच्चारावर अवलंबून असतात म्हणजेच वर्णविशेष असतात. तेच शब्द कोणत्याही व्यक्तीने उच्चारले, तरी ही वैशिष्ट्ये त्याच स्वरूपाची आढळतील. याउलट काही वैशिष्ट्ये शब्द उच्चारणाऱ्या व्यक्तीवर अवलंबून असतात म्हणजेच व्यक्तिविशेष असतात.

वाणीमुद्रा : ही व्यक्तिविशेष वैशिष्ट्ये अभ्यासून त्यांवरून विशिष्ट भाषण अमुक एका व्यक्तीनेच केले आहे की नाही याचा निर्णय करता येतो. या कामासाठी घेतलेल्या ध्वनि-वर्णपटाच्या छायाचित्रांना वाणीमुद्रा असे म्हणतात. अमेरिकन न्यायसंस्थेने वाणीमुद्रांच्या अशा उपयोगाला मान्यता दिली आहे. उदा., एका उद्योगपतीने आपला करार मोडला म्हणून त्याच्यावर नुकसान भरपाईचा दावा दाखल करण्यात आला व तोंडी केलेल्या कराराचा पुरावा म्हणून त्याच्या यासंबंधीच्या भाषणाची ध्वनिमुद्रित फीत दाखल करण्यात आली परंतु फितीवरील आवाज व उद्योगपतीचा प्रत्यक्ष आवाज यांच्या वाणीमुद्रांत फारच तफावत आढळून आली. त्यावरून फितीवरील आवाज त्याचा नाही हे सिद्ध झाले असे समजून दावा काढून टाकण्यात आला.

बोलणाऱ्याचे अभिज्ञान : ‘अलीबाबा आणि चाळीस चोर’ या प्रसिद्ध कथेतील गुहेचे दार ‘तिळा उघड’ असे कोणीही म्हटले की उघडले जाई परंतु वर उल्लेखलेल्या व्यक्तिविशेष वैशिष्ट्याचा उपयोग करून विशिष्ट व्यक्तीनेच काही ठराविक शब्द उच्चारले, तरच दार उघडावे (किंवा तत्सम इतर काही क्रिया घडून यावी) अशी योजना करता येते. संरक्षण खात्याने गुप्त प्रकल्प किंवा बँकेचा सेफ डिपॉझिट व्हॉल्ट यांच्या प्रवेश द्वारावर अशी योजना करण्यात येऊ लागली आहे.

वर्णविशेष वैशिष्ट्ये : ध्वनि-वर्णपटाची छाननी करता असे आढळून येते की, अनेक वर्णोच्चारांत ध्वनि-उर्जेचे काही विशिष्ट कंप्रतांमध्ये केंद्रीकरण झालेले असते. या कंप्रतांना त्या वर्णाच्या ऊर्जा केंद्र कंप्रता असे म्हणतात. प्रत्येक वर्णाला तद्‌विशिष्ट सामान्यतः अशा तीन – चार ऊर्जा केंद्र कंप्रता असतात आणि त्यातील तिघांच्या कंप्रता वर्णोच्चार निश्चित होण्यासाठी महत्त्वाच्या असतात. त्यांच्यामुळे तो वर्ण स्वर आहे की अनुनासिक आहे, अशा गोष्टी ठरतात.

त्याचप्रमाणे घोषित ध्वनीची मूल कंप्रता, तिचा परमप्रसर, उच्चारातील (शऽऽ यासारख्या) उच्च कंप्रतेच्या गोंगाटाची माध्य (सरासरी) कंप्रता व त्याचा परमप्रसर आणि शेवटी म्हणजे दुसऱ्या व तिसऱ्या ऊर्जा केंद्र कंप्रता व पहिल्या ऊर्जा केंद्र कंप्रता यांच्या परमप्रसरांची गुणोत्तरे अशा नऊ वैशिष्ट्यांमुळे विशिष्ट वर्णोच्चार निश्चित होतो. यासाठी इतर वैशिष्ट्ये गैरलागू ठरतात.

आ. २० मध्ये काही स्वरोच्चारांतील ऊर्जा केंद्र कंप्रता दिग्दर्शित केल्या आहेत.

या ऊर्जा केंद्र कंप्रता तीन वेगवेगळ्या मार्गांनी निश्चित करता येतात. यांपैकी एक मार्ग अर्थातच ध्वनि-वर्णपटाचा उपयोग करून दुसरा मार्ग म्हणजे दुहेरी अनुस्पंदक पोकळ्यांचा उपयोग करून या ध्वनीची निर्मिती करणे. रिचर्ड पॅजेट यांनी अशा पोकळ्या तयार करून त्यांच्या साहाय्याने वेगवेगळे स्वरोच्चार काढून दाखविले. तिसऱ्या पद्धतीत ग्रामोफोनची तबकडी विशिष्ट वेगाने फिरवून तिच्यावर उदा., ‘ऑ’ हा ध्वनी मुद्रित केला. मग मूळच्या २/३ वेगाने ही तबकडी फिरवून ध्वनीचे पुनरुत्पादन केल्यावर ‘ऑ’ ऐवजी ‘ऊ’ हा ध्वनी ऐकू येऊ लागला. मनुष्याने बराच वेळपर्यंत हायड्रोजन वायू हुंगल्यास कंठ व मुख पोकळ्यांत तो वायू अंशतः भरला जाऊन त्यांच्या अनुस्पंदन कंप्रता वाढतात व मग ‘ऊ’ चा उच्चार करू गेल्यास ‘ऑ’ ऐकू येतो.

आ. २०. काही स्वरोच्चारांतील ऊर्जा केंद्र कंप्रता.

काही घोषित व्यंजनांनाही ऊर्जा केंद्र कंप्रता असतात परंतु एकंदरीत पाहता स्वरांच्या तुलनेने त्यांचे निश्चितीकरण सामान्यतः जास्त गुंतागुंतीचे असते.

ध्वनि-वर्णपटदर्शकाच्या साहाय्याने वर्णोच्चारांची निश्चिती करण्याने अनेक फायदे मिळू शकतात. संदेशवहनामध्ये शब्दांचे जसेच्या तसे वहन करण्यापेक्षा त्यांच्या मूलभूत ध्वनिसंकेतांचे वहन केल्यास त्यासाठी लागणारा कंप्रता वर्णपट्ट अधिक निरुंद होतो आणि यंत्रणा जास्त काटकसरीची होते. वर्णोच्चारांची बरोबर निवड करणारी यंत्रणा उभारली, तर तिच्या साहाय्याने तोंडी सांगितलेला संदेश आपोआप टंकलिखित होणे किंवा मुद्रण करण्यासाठी आपोआप त्या मजकुराची जुळणी करणे, संदेशाचे एका भाषेतून दुसऱ्या भाषेत भाषांतर करणे, संगणकाला (गणकयंत्राला) तोंडी माहिती देऊन त्याच्याकडून श्राव्य स्वरूपात उत्तर मिळविणे, दूरध्वनीची तबकडी न फिरविता फक्त तोंडी क्रमांक सांगून त्यानुरुप आपोआप जुळणी होणे अशी अनेक कामे करून घेता येतील. त्यांतील काही कामांच्या यंत्रणा प्राथमिक स्वरूपात सिद्धही झालेल्या आहेत, तर काही अद्याप संशोधनावस्थेत आहेत [g वाचा स्वरयंत्र].

संदर्भ : 1. Beranek L. L. Acoustics, Princeton, 1954.

2. Fletcher, H. Speech and Hearing, Princeton, 1929.

3. Jeans, Sir James, Science and Music, Cambridge, 1961.

4. Stevens, S. S. Warshofsky. F. and Others, Eds. Sound and Hearing, New York, 1965.

5. Suri, R. L. Acoustics Design and Practice, 2 Vols., Bombay, 1966.

6. Wood, A. Acoustics, London, 1962.

पुरोहित, वा. ल. पेठे, गो. वि.

सूचना – प्रथम ध्वनि हे आर्टिकल पहा.

“