प्रतिध्वनि

प्रतिध्वनी : दूरच्या अडथळ्यावरून परावर्तित होऊन स्पष्टपणे ऐकू येईल इतक्या गरिम्याने (गरिमा म्हणजे आवाजाचा लहान मोठेपणा) विलंबाने ऐकू येणाऱ्या परावर्तित ध्वनीला प्रतिध्वनी म्हणतात. 

आवश्यक अटी : प्रतिध्वनी उत्पन्न होण्यासाठी अडथळ्याचा विस्तार ध्वनीच्या तरंगलांबीच्या तुलनेने बराच मोठा असावा लागतो. त्याचप्रमाणे अडथळ्याच्या पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा तरंगलांबीच्या तुलनेने अल्प असला पाहिजे. मूळ ध्वनी व त्याचा प्रतिध्वनी विशिष्ट बिंदूपाशी येऊन पोहोचण्यामधील कालांतर सु. १/१५ सेकंदापेक्षा जास्त असल्याशिवाय ते परस्परांपासून वेगळे असे ऐकू येऊ शकत नाहीत. ध्वनीच्या हवेतील वेग सु. ३३० मी./से. आहे. त्यामुळे एखाद्या व्यक्तीला स्वतःचा आवाज व त्याचा प्रतिध्वनी अलगपणे ऐकू येण्यासाठी परावर्तक अडथळ्याचे त्या व्यक्तीपासूनचे अंतर किमान ११ मी ( = ^१/_२ X ३३० X ^१/_१५) असावे लागते. मोठ्या इमारती किंवा तुटलेला कडा यांपासून येणारे प्रतिध्वनी योग्य परिस्थितीत स्पष्टपणे ऐकू येतात.

निनादन : एखाद्या इमारतीत उत्पन्न झालेला ध्वनी इमारतीच्या भिंती, छत, जमीन इत्यादींवरून पुन:पुन्हा परावर्तित होऊन एक प्रकारचा गोंगाट निर्माण होतो. प्रतिध्वनीतील शब्दोच्चार समजत नाहीत, इतकेच नव्हे, तर त्या इमारतीत होणारे व्याख्यान वगैरेही नीट समजण्यास यामुळे अडथळा उत्पन्न होतो. याला गोंगाटयुक्त प्रतिध्वनी किंवा निनादन असे म्हणतात. [⟶ ध्वनिकी].

गुणित प्रतिध्वनी : कित्येकदा आपाती (पृष्ठावर येऊन पडणाऱ्या) ध्वनीच्या मार्गात एकापुढे एक अनेक अडथळे असतात. त्या प्रत्येकावरून परावर्तन होऊन उत्तरोत्तर गरिमा कमी होत जाणारे अनके प्रतिध्वनी एकामागून एक असे ऐकू येतात. यालाच गुणित प्रतिध्वनी असे म्हणतात.  कित्येक डोंगराळ प्रदेशांत (उदा., स्वित्झर्लंडमधील वेटरहॉर्न येथे) हा प्रकार अनुभवाला येतो. ⇨ कुजबुजणाऱ्यासज्ज्यात वेगळ्याच यंत्रणेमुळे एकाच ध्वनीचे लागोपाठ अनेक प्रतिध्वनी ऐकू येऊ शकतात.

वातावरणीय प्रतिध्वनी : वातावरणातील ढग, धुके इत्यादींपासून ध्वनीचे परावर्तन होऊन प्रतिध्वनी निर्माण होऊ शकतात. मेघगर्जनेचा गडगडाट ऐकू येतो तो ढग व जमीन यांपासून तडित्जन्य ध्वनीच्या पुन:पुन्हा होणाऱ्या प्रतिध्वनींमुळेच दूरवरून येणारा गडगडाट नीच कंप्रतांच्या (प्रत्येक सेकंदास होणाऱ्या कंपनसंख्यांच्या) म्हणजे ढाल्या आवाजाचा असतो. याचे कारण हा ध्वनी कानावर येण्यापूर्वी त्यातील उच्च कंप्रतांचे जास्त प्रमाणात शोषण झालेले असते. त्यामानाने जवळच्या तडितेचा कडकडाट जास्त चढ्या आवाजाचा असतो.

अधिस्वरक प्रतिध्वनी : कोणताही ध्वनी म्हणजे सामान्यतः किमान कंप्रतेचा एक मूलस्वरक (जटिल स्वराचे स्वरपद-आवाजाची उच्चनीचता ज्या किमान कंप्रतेच्या स्वरकावर अवलंबून असते तो) व त्याचे अधिस्वरक (जटिल स्वरातील मूल कंप्रतेच्या वरील घटक) यांचे मिश्रण असते. यात मूलस्वरक सर्वांत जास्त प्रबल असतो. त्यामुळे त्याचे स्वरपद हेच त्या जटिल ध्वनीचे स्वरपद वाटते.[⟶ ध्वनि]. अशा ध्वनीच्या एखाद्या वृक्षसमुदायासारख्या अडथळ्यामुळे मिळणारा प्रतिध्वनी मूळ ध्वनीपेक्षा उच्च कंप्रतांच्या (जास्त चढ्या) स्वराचा ऐकू येतो. त्याचप्रमाणे त्याचा स्वरविशेषही मुळातल्यापेक्षा भिन्न असतो. याला अधिस्वरक प्रतिध्वनी असे म्हणतात. याचे स्पष्टीकरण पुढीलप्रमाणे देता येते. 

वरील वृक्षसमुदायापैकी प्रत्येक वृक्ष हा ध्वनिमार्गात येणारा अडथळा असतो परंतु महत्त्वाची गोष्ट ही की, या प्रत्येक अडथळ्याचा विस्तार ध्वनीच्या तरंगलांबीशी तुल्य अशा मूल्याचा असतो. या परिस्थितीत ध्वनीचे साधे परावर्तन न होता प्रत्येक अडथळ्यापासून त्याचे सर्व दिशांनी प्रकीर्णन (विखुरण्याची क्रिया) होते. या प्रकीर्णित तरंगांच्या तीव्रता लॉर्ड रॅली (जॉन विल्यम स्ट्रट) यांच्या नियमानुसार तरंगांच्या कंप्रतेच्या चतुर्थ घाताच्या सम प्रमाणात असतात. मूलस्वरक व त्याचा (दुसरा) अधिस्वरक यांच्या कंप्रतांचे गुणोत्तर १ : २ असते. त्यामुळे त्याची प्रकीर्णित तरंगातील तीव्रता मूलस्वरकाच्या तुलनेने १६ पट (= २^४) जास्त होऊन तोच सर्वांत जास्त प्रबल होतो. म्हणूनप्रकीर्णित ध्वनीचे स्वरपद दुप्पट झाले असे प्रतीत होते. त्याचबरोबर त्याचा स्वरविशेषही बदलतो. यावरून हे लक्षात येईल की, या प्रकारचा प्रतिध्वनी परावर्तनामुळे निर्माण होत नसून प्रकीर्णनामुळे निर्माण होतो. 

सौपानिक प्रतिध्वनी : जिना, कुंपणाचे खांब किंवा सभामंडपातील स्तंभ यांसारख्या ठराविक अंतरावर असणाऱ्या अडथळ्यांच्या मालिकेवरून टाळीसारख्या क्षणजीवी आवाजाचे परावर्तन होऊन एक संगीतीय स्वर ऐकू येतो. त्याला सौपानिक प्रतिध्वनी असे म्हणतात. मालिकेमधील प्रत्येक अडथळ्यापासून प्रकीर्णित तरंग निर्माण होतात व लागोपाठच्या अडथळ्यांमधील अंतर सर्वत्र सारखेच असल्याने ते ठराविक कालखंडाने कानावर पडून हा स्वर निर्माण होतो. एखाद्या अरुंद गल्लीत क्षणजीवी आवाज उत्पन्न केल्यास त्याचे दोन्ही बाजूंच्या भिंतींवरून पुनःपुन्हा परावर्तन होऊन त्यामुळेही असाच संगीतीय स्वर ऐकू येतो. 

प्रतिध्वनी आणि प्राणिसृष्टी : वटवाघूळ व काही पक्षी अंधारात सुद्धा अडथळ्यांमधून कशावरही न आदळता उडू शकतात व आपले भक्ष्य पकडू शकतात. पॉरपॉइज (शिंशुक), देवमासा इ. जलचरसुद्धा खोल समुद्रातील अंधारातही संचार करू शकतात. संशोधना अंती असे दिसून आले की, हे प्राणी एक (श्राव्यातीत म्हणजे सर्वसाधारणपणे मानवाला ऐकू येणाऱ्या कंप्रतांपेक्षा जास्त कंप्रतांच्या) ध्वनिस्पंदाचा झोत पुढे सोडतात व वेगवेगळ्या पदार्थांवरून त्याच्या येणाऱ्या ‘प्रतिध्वनी’ वरून ते अडथळे टाळू शकतात वा आपले भक्ष्यही ओळखू शकतात. याची नक्कल करून मानवाने सोनार [⟶ सोनार व सोफार]हे उपकरण तयार केले आहे. त्याच्या साहाय्याने निमज्जित (पाण्याखालील) पाणबुड्या, बुडालेली जहाजे किंवा माशांचे समूह यांचा शोध घेता येतो. 

उपयोग : दूरचा डोंगर, खोल विहिरीचा तळ अशा वस्तूच्या निरीक्षकापासूनच्या अंतराचे अप्रत्यक्ष मापन प्रतिध्वनीच्या उपयोगाने करता येते. यासाठी निरीक्षकाने एक क्षणजीवी जोरदार आवाज निर्माण करून त्याचा प्रतिध्वनी ऐकू येण्यासाठी लागणारा काल (t) मोजावयाचा असतो. प्रचलित परिस्थितीत ध्वनिवेग C असल्यास वस्तूचे अंतर d= ¹/₂·Ct या समीकरणाचा उपयोग करून काढता येते. 

श्राव्यातीत ध्वनीच्या प्रतिध्वनीचा उपयोग करून धातूच्या ओतिवातील तडे किंवा बुडबुडे यांची जागा निश्चित करता येते. डोळ्यासारख्या नाजूक इंद्रियात घुसलेल्या धातू इत्यादींच्या बारीक कणांची जागाही या पद्धतीने निश्चित करून ते काढता येतात. रोगनिदानासाठी अनेक वेळा क्ष-किरणांच्याऐवजी ही पद्धत वापरणे जास्त सोयीचे व सुरक्षिततेचे ठरते. [⟶ श्राव्यातीत ध्वनिकी].

प्रतिध्वनिमापक : (खोलीमापक). सागराची खोली मापण्यासाठी या उपकरणाचा उपयोग होतो. पूर्वी खोली मापण्यासाठी फॅदम ( = १·८२९ मी.) हे एकक वापरत असत म्हणून या उपकरणाला फॅदोमीटर असेही नाव आहे. यासाठी जहाजाच्या तळाखाली एक ऊर्जापरिवर्तक [एक प्रकारच्या ऊर्जेचे दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत रूपांतर करणारे साधन ⟶ ऊर्जापरिवर्तक], बसविलेला असतो. तो सामन्यतः ⇨ चुंबकीय आकारांतराच्या तत्त्वावर चालतो आणि ध्वनिक्षेपक व ध्वनिग्राहक अशी दोन्ही कामे करतो. काही वेळा प्रतिध्वनी ग्रहण करण्यासाठी वेगळा ध्वनिग्राहकही वापरला जातो. 

ऊर्जापरिवर्तकाला उच्च (सामन्यतः १० ते २० किलोहर्ट्‌झ) कंप्रतेचे विद्युत् संकेत दिल्यावर त्यांचे तो त्याच कंप्रतेच्या ध्वनिस्पंदांत रूपांतर करतो. ऊर्जापरिवर्तकाभोवती एक अधोमुख कर्ण्याच्या आकाराचा परावर्तक असतो. त्यामुळे हा स्पंद झोताच्या स्वरूपात खाली जाऊन समुद्रतळावरून परावर्तित होतो. हा परावर्तित स्पंद पुन्हा सागरपृष्ठाशीआल्यानंतर ध्वनिग्राहकाकडून त्याचे ग्रहण होऊन पुन्हा विद्युत् संकेतात रूपांतर होते. या दुर्बल संकेताचे विवर्धकाकडून (आदान संकेताची ऊर्जा वाढविणाऱ्या इलेक्ट्रॉनीय साधनाकडून) विवर्धन होऊन मग तो  आलेखकाच्या दर्शककाट्याला दिला जातो. दर्शककाटा एका स्थिर वेगाने पुढे सरकणाऱ्या आलेखपत्रावर, ज्या क्षणी ध्वनिस्पंद खाली प्रक्षेपित झाला तो क्षण व ज्या क्षणी त्याचा प्रतिध्वनी ध्वनिग्राहकावर पडला तो क्षण, यांची नोंद करतो. त्यावरून ध्वनीला त्या ठिकाणच्या समुद्राच्या खोलाच्या दुप्पट (वरून खाली व परत वर) अंतर तोडण्यासाठी लागणारा काल मिळतो. समुद्राच्या पाण्यातील ध्वनीचा वेग ( = सु. १,५०० मी./से.) माहीत असल्याने त्यावरून गणितकृत्य न करताच खोली मिळते. जहाज चालू असता खोलीची एकसारखी अखंड मापने घेऊन समुद्रतळाचे सर्वेक्षण करता येते. आकृतीमध्ये अशी एक अखंड नोंद दाखविली असून तीमध्ये सागरतळावरील एका डोंगराचे चित्रण झालेले दिसून येते. 

अशा तऱ्हेने सागरतळांचे मोठ्या प्रमाणावर सर्वेक्षण करून त्यांचे नकाशे बनविलेले आहेत. या उपकरणाच्या साहाय्याने जहाज चुकून उथळ पाण्यात जाऊन अपघात होण्याचा धोका टाळता येतो. खोली मोजून व नकाशाशी तुलना करून जहाजाचे स्थानही निश्चित करता येते. 

 संदर्भ : 1. Briggs, G. A. James, M. Audio and Acoustics, Stamford, Conn., 1964.

              2. Olson, Harry F. Acoustical Engineering, Princeton, N. J., 1957.

भावे, श्री. द. पुरोहित, वा. ल. मिठारी, भू. चिं. 

“