تبلیغات
๑۩۞۩๑ سایت جامع مهندسی پزشکی ایران ๑۩۞۩๑ - دیاپازون

جستجو

 

دیاپازون

سه شنبه 16 تیر 1388   05:46 ب.ظ


نوع مطلب : مقالات مهندسی پزشکی ،تجهیزات پزشکی ،

دیاپازون عبارت از میله‌ای است که به شکل U خمیده شده باشد. چون فرکانس ارتعاشات دیاپازون ثابت است و ارتعاشات آن نیز تقریبا خالص است، یعنی معمولا هماهنگی همراه صوت اصلی آن نمی‌باشد، لذا از مدتها پیش مورد استفاده قرار گرفته است. موارد استعمال آن بیشتر در سنجیدن نقاط با آنها برای میزان کردن آلات و ادوات موسیقی می‌باشد.



دید کلی

اغلب چشمه‌های صوتی دستگاههای نوسانی هستند، همین امر در مورد دیاپازون نیز برقرار است. یعنی وقتی دیاپازونی به صدا در می‌آید، ارتعاش می‌کند و نوساناتی مانند نوسانات آونگ دارد. دامنه و دوره تناوب نوسانات دیاپازون در مقایسه با سایر ارتعاشگرها کوچک است. البته در میان نوسانگرها ، نوسانات دیاپازون و آونگ از اهمیت خاصی برخوردار است. با اینکه در تعطیل نوسانات پیچشی نمی‌توانند کارساز باشند. این نوع ارتعاشگر در رده نوسانگرهای مکانیکی جای می‌گیرد.

دیاپازون را می‌توان یک میله‌ای دانست که از وسط خم شده است و با دو میله‌ای که یک سر هر یک از آنها آزاد و سر دیگر هر دو در یک گیره مشترک قرار گرفته باشد. البته گیرنده مشترک در اینجا همان دسته دیاپازون است.

مشخصات فیزیکی دیاپازون

  • جنس دیاپازون: دیاپازونها معمولا دو شاخه‌ای هستند که از فلزات سخت (چگال) شکل گرفته‌اند که در اثر ضربه مکانیکی به یکی از شاخه‌هایش از خود ارتعاش صوتی ارائه می‌دهند.

  • گستره طول موجی دیاپازون: چون بیشتر فیزیک امواج گسیلی دیاپازونها در ناحیه صوتی انجام می‌گیرد، بنابراین ، گستره طول موجی دیاپازونها به ناحیه صوتی محدود می‌شود.

  • شدت صوت دیاپازون: دیاپازونها بر حسب ، جنس ، قدرت ضربه‌ای که به آنها وارد می‌شود و فرکانس صوتی که تولید می‌کند و دارای شدتهای متفاوتی هستند که عمدتا در محدوده شنوایی انسان قرار می‌گیرند.



img/daneshnameh_up/0/09/tuning_fork_wave_animated.gif




مکانیزم دیاپازون

دیاپازون از یک فلزی دوشاخه‌ای درست می‌شود که انتهای آنها بر هم کوپل می‌شود اگر ضربه‌ای به یکی از شاخه‌ها بزنیم هوای داخل آنرا متراکم می‌کند و چون ته دیاپازون کوپل شده (بسته) است، دیاپازون بصورت یک لوله صوتی بسته عمل می‌کند و فیزیک امواج در رفت و برگشت به صورت امواج ساکن ظاهر می‌شوند که در حالت تشدید نوسانات صدای صوت آنـرا می شنویم. البته هامورنیــکهای غیـر از صـوت اصلی با بقیه تداخل می‌کنند و ما صوت مرکبی را می‌شنویم.


مکانیزم کار دیاپازون نوع اول

اگر فرض کنیم که دیاپازون بصورت میله‌ای باشد که دو سر آن آزاد بوده و خم شده باشد، در اینصورت وقتی که این میله ارتعاش می‌کند و صوت اصلی خود را ایجاد می‌کند، صوت ایجاد شده دارای دو گره ارتعاشی خواهد بود. هر قدر میله را خم کنیم، دو گره نامبرده به یکدیگر نزدیک می‌شوند. به این وسیله وقتی میله‌ای که دو سر آن آزاد است به شکل دیاپازون در آید، دو گره نامبرده در قاعده آن کاملا به یکدیگر نزدیک می‌شوند و البته بین این دو گروه همواره شکم ارتعاش قرار گرفته است.

عمل دسته دیاپازون در وسط آن ابتدا اینست که جرم این قسمت را زیاد است و در نتیجه دامنه ارتعاشات آنرا کاهش می‌دهد. دوم اینکه دو گره ارتعاشی را به یکدیگر نزدیک می‌کند. بنابراین وقتی دیاپازون را به وسیله دسته‌اش به جعبه رزونانس اتصال دهیم انتقال ارتعاش از دیاپازون به جعبه بوسیله همین دسته صورت می‌گیرد.

اگر یکی از دو شاخه دیاپازون مرتعش را کمی با دست لمس کنیم فورا هر دو شاخه از ارتعاش باز می‌ایستند، در صورتی که اگر دسته آن را در دست بگیریم و یا اگر دسته را روی میز و غیره فشار دهیم در ارتعاش دیاپازون تغییری ایجاد نمی‌شود.

مکانیزم کار دیاپازون نوع دوم

اگر دیاپازون را به شکل دو میله‌ای که یک سر آنها آزاد بوده و سر دیگرشان در یک گره مشترک هستند، در نظر بگیریم باز همان نتایج گفته شده در مورد نوع اول حاصل می‌گردند. فرض کنید که میله‌ای را به قطعه فلزی سنگین متصل نموده باشیم. هرگاه میله به ارتعاش در آید ارتعاش آن به قطعه فلز انتقال پیدا می‌کند. اولا برای اینکه ارتعاش میله باعث حرکت قطعه نشود باید قطعه فلز نسبت به میله خیلی سنگینتر باشد. ثانیا اگر میله دیگری بطور قرینه با میله اول نسبت به قطعه فلز به آن اتصال داشته باشد برای اینکه ارتعاش میله اول سبب تغییر محل مرکز ثقل مجموعه نگردد لازم است که میله دوم دارای همان ارتعاش میله اول ولی در جهت مخالف آن بشود.

دیاپازون و پدیده زنش

در تداخل ارتعاشات دیاپازون اختلافی بین فرکانس صوتهای هارمونیکهای مختلف آن وجود دارد. این اختلاف فرکانسها تحت عنوان پدیده زنش مطرح است. گوش انسان قادر است از این زنش صوتی ، اختلافهای بیشتر از شش هرتز را از هم تشخیص دهد.

اهمیت دیاپازون

اهمیت دیاپازون در این است که ارتعاشات آن صدای خالص تولید می‌کند (صدای خالص آن است که ارتعاشات آن با تابع سینوسی نشان داده شود)، به علاوه فرکانس آن همیشه ثابت می‌ماند. از این رو دیاپازون را می‌توان آلت دقیقی برای نتهای موسیقی دانست و صحت صداها و نتهای مختلف را با آن کنترل نمود. چنانچه ارتعاش دیاپازون را با وسایل الکتریکی پایا سازیم، می‌تواند برای کنترل مدارهای الکتریکی بکار رود. از ثابت ماندن فرکانس دیاپازون برای تعیین اجزا زمان استفاده می‌نمایند و اگر دیاپازون را با دقت کامل ساخته باشند می‌توان با دقتی در حدود یک ده هزارم ثانیه اجزا زمان را اندازه گرفت. امروزه بواسطه ترقی صنعت ، ساختن و استعمال این قبیل دیاپازونها امری عادی است و چنانچه در انتخاب فلز دقت به عمل آید و سایر احتیاطات نیز لحاظ گردد، دقت دیاپازون تا یک میلیونیم ثانیه می‌رسد.

مطلوب سازی ارتعاشات دیاپازون

اگر بخواهند هارمونیکهای مختلف دیاپازون وجود پیدا کند باید آن را در جاهای متناسب بوسیله گیره‌ای خم کرد. و سپس دفعتا گیره را باز کنند. دیاپازون با فرکانس اصلی خود مرتعش می‌گردد. با همین روش از پیدایش گره در نقاط مخصوص که سبب پیدایش ارتعاشات نامطلوب می‌شود جلوگیری بعمل می‌آورند.

انواع دیاپازون

دیاپازون الکتریکی

برای اینکه ارتعاشات دیاپازون پایدار بماند آن را به وسایل الکتریکی به ارتعاش دائم وادار می‌کنند. اساس این کار مانند اساس کار زنگ اخبار الکتریکی است. یعنی حرکت رفت و آمد شاخه‌های دیاپازون ، در مدار الکتریکی شامل یک بوبین الکترومغناطیسی را بسته و باز می‌کنند و به این طریق بوبین مزبور که بین دو شاخه دیاپازون واقع شده تحریک شده و به نوبه خود شاخه‌ها را بطور متناوب جذب یا رها می‌کند.

دیاپازون با چراغ سه قطبی

دیاپازونی که به کمک بوبین دارای ارتعاشات پایداری شده باشد دقیق و خوب است اما برای اینکه خوب کار کند لازم است که ارتعاشات دیاپازون از حدود صد در ثانیه تجاوز ننماید. از اینرو پایداری دیاپازون را به کمک چراغ سه قطبی عملی می‌نمایند و به این طریق می‌توان تا فرکانس یک هزار رسید، فایده دیگر این نو ع دیاپازون این است که اتصال مکانیکی پیدا نمی‌کنند.

هر گاه دو دیاپازون با چراغ سه قطبی را پهلوی یکدیگر قرار دهیم و درجه حرارت یکی را ثابت نگاه داریم و درجه حرارت دیگری را تغییر دهیم، به کمک زنش می‌توان قانون تغییر فرکانس دیاپازون را بر حسب تغییر درجه حرارت پیدا کرد.

کاربردهای دیاپازون

  • به عنوان چشمه تولید صوت
  • اندازه گیری طول موج صوت
  • وسیله‌ای برای اندازه گیری شدت صوت
  • بررسی تداخل امواج صوتی

  • از جمله موارد استعمال دیاپازون تشخیص هم‌صدایی (Unisson) آلات موسیقی می‌باشد و آن بوسیله زنش (Battement) انجام می‌شود. به این معنی که مثلا هرگاه صدای یک سیم و صدای یک دیاپازون از جهت فرکانس کاملا با هم مساوی باشند چون آن دو را با یکدیگر گوش بدهیم صدای زنش شنیده نمی‌شود. در صورتیکه اگر فرکانس سیم مقدار کمی با فرکانس دیاپازون اختلاف داشته باشد چون آن دو را با هم به صدا درآوریم وجود صدای زنش بطور واضح مشاهده می‌گردد.

  • هرگاه دو دیاپازون که کاملا مشابه باشند، داشته باشیم می‌توانیم تغییرات فرکانس را بر حسب درجه حرارت به کمک آنها تعیین نماییم. به این طریق که یکی را در شرایط معمولی نگاه داشته و دیگری را بطور تدریجی گرم کرده و ارتعاش آن را با ارتعاش دیاپازون اولی بوسیله زنش می‌سنجیم. به این طریق از روی تجربه می‌توان ثابت کرد که ضریب تغییر فرکانس برای هر درجه سانتیگراد عبارتست از: 4--10

تعیین فرکانس دیاپازون مجهول

می‌دانیم که وقتی به کمک قطعه کوچکی از موم شاخه‌های دیاپازون را سنگین کنیم فرکانس آن در اثر زیاد شدن اینرسی کم می‌شود. فرض کنید حدود فرکانس دیاپازون A مجهول و حدود دیاپازون B معلوم باشد. حال ابتدا دیاپازون A و B را مرتعش ساخته و چنانچه تولید زنش نمایند عده زنش را می‌شماریم. اگر بواسطه چسباندن موم به دیاپازون A عده زنش کوچک شد معلوم می‌شود که فرکانس دیاپازون A بیشتر از فرکانس دیاپازون B بوده و چنانچه عده زنش با چسبانیدن موم زیادتر شود فرکانس A کمتر از فرکانس B می‌باشد.

استفاده از دیاپازون در آزمایشگاه

دیاپازون را گاهی در آزمایشگاهها برای تعیین اندازه تقریبی شتاب گرانش زمین (g) به کار می‌برند. نحوه کار به این صورت است که تار کوتاه و نازک فلزی را به یکی از شاخه‌های دیاپازون وصل می‌کنند. هرگاه این دیاپازون در سطح قائم بطور آزاد سقوط کند و تار مزبور در سطح شیشه دود اندود که موازی با سطح دیاپازون قرار گرفته یک منحنی مارپیچ رسم نماید.

در این صورت اگر چه هر اندازه از بالا به پایین بیاییم قوس مارپیچ کشیده‌تر می‌شود، اما هر یک جفت برآمدگی و فرو رفتگی نمایش زمان ثابتی است، یعنی مساوی با زمان سقوط دیاپازون می‌باشند. بنابراین در روی صفحه دود اندود مسافت و زمان را اندازه گرفته و قانون سقوط آزاد را تعیین و در نتیجه g را معلوم می‌سازند


نوشته شده توسط : سایت جامع مهندسی پزشکی