10.2-Sound Produced by Humans

10.2-Sound Produced by Humans Important Formulae

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10.2 - Sound Produced by Humans
  • Humans produce sound using vocal cords in the larynx (voice box).
  • When air from the lungs passes through the larynx, vocal cords vibrate, creating sound.
  • Pitch of the sound is controlled by the tension in the vocal cords.
  • Higher tension results in higher pitch, while lower tension produces lower pitch.
  • Amplitude of sound is related to the force with which air is pushed through the vocal cords.
  • Sound is produced during speech, singing, and other vocal activities.
  • The frequency of sound produced by humans varies based on age, gender, and individual characteristics.

10.2 - Sound Produced by Humans

Sound is produced when objects vibrate, and these vibrations cause air particles to move, creating pressure waves. Humans produce sound through vocal cords located in the larynx (voice box). The process of sound production in humans involves the following steps:

1. **Air from Lungs**: The process begins when air is pushed out from the lungs. The lungs act as the air reservoir that provides the necessary airflow to produce sound.

2. **Vocal Cords Vibration**: The air passes through the trachea (windpipe) into the larynx, where the vocal cords are located. The vocal cords are two bands of muscle-controlled tissue. When air passes through the vocal cords, they vibrate. The tension of the vocal cords can be adjusted to vary the pitch of the sound produced. When the vocal cords are tight, the sound produced is higher in pitch, and when they are loose, the sound produced is lower in pitch.

3. **Resonance in the Mouth and Throat**: The vibrations from the vocal cords are amplified and modified in the throat, mouth, and nasal cavity. These are known as resonators. The shape and size of the oral cavity (mouth) and nasal cavity influence the quality and tone of the sound. This is why each person's voice is unique.

4. **Articulation**: The sound produced by the vocal cords is shaped into speech or other sounds through the movement of the tongue, teeth, and lips. These are called articulators. By changing the position of the tongue and lips, humans are able to produce different sounds, such as vowels and consonants.

Key Components Involved in Sound Production:

  • Lungs - Provide the air supply.
  • Vocal Cords - Vibrate to produce sound.
  • Throat and Mouth - Amplify and modify the sound.
  • Articulators - Shape the sound into speech.

Pitch and Loudness of Human Sound:

The pitch of the sound produced by the human voice depends on the frequency of the vibrations of the vocal cords. Higher frequencies produce higher-pitched sounds, and lower frequencies produce lower-pitched sounds. The loudness of the sound depends on the amplitude of the vibrations. Larger vibrations cause louder sounds, while smaller vibrations produce quieter sounds.

Pitch Formula: The frequency ($f$) of the vibration is related to the pitch of the sound. The formula for frequency is:

$f = \frac{1}{T}$

Where:

  • $f$ is the frequency (in hertz, Hz),
  • $T$ is the time period of one vibration (in seconds, s).

Loudness of Sound: The loudness of a sound produced by humans is measured in decibels (dB). The louder the sound, the higher the amplitude of the vibrations of the vocal cords. The loudness can be described by the following relationship:

$L = 20 \log \left( \frac{A}{A_0} \right)$

Where:

  • $L$ is the loudness of the sound in decibels (dB),
  • $A$ is the amplitude of the sound wave,
  • $A_0$ is the reference amplitude (usually the smallest audible sound).

The range of human hearing is generally from 20 Hz to 20,000 Hz. However, the frequency range of the human voice typically lies between 85 Hz to 1,100 Hz for most people, with women typically having higher pitch ranges than men.

Humans are capable of producing a wide variety of sounds, from normal speech to singing, shouting, and whispering, by controlling the tension in the vocal cords, the amount of air pressure from the lungs, and the resonance in the vocal tract.

10.2 - Sound Produced by Humans

मानव शरीर में ध्वनि उत्पन्न करने की प्रक्रिया एक जटिल जैविक प्रक्रिया है, जिसमें कई अंगों का योगदान होता है। सबसे सामान्य तरीका, जिसमें ध्वनि उत्पन्न होती है, वह है वोकल कॉर्ड्स (स्वर पट्टियों) का कंपन। इस प्रक्रिया को विस्तार से समझते हैं:

1. स्वर पट्टियाँ (Vocal Cords)

स्वर पट्टियाँ गले में स्थित होती हैं और ये एक प्रकार के मांसपेशी-युक्त संरचनाएँ होती हैं। जब वायु हमारे फेफड़ों से बाहर निकलती है, तो यह स्वर पट्टियों के बीच से गुजरती है। यदि स्वर पट्टियाँ आपस में संकुचित होती हैं, तो वायु के दबाव से ये कंपन करती हैं और इससे ध्वनि उत्पन्न होती है। स्वर पट्टियों की लंबाई और मोटाई इस ध्वनि के स्वरों और उच्चारण पर प्रभाव डालती है।

2. श्वास की गति और दबाव (Breath and Pressure)

जब हम बोलते हैं या गाते हैं, तो श्वास के दबाव में परिवर्तन होता है। जब श्वास में तेजी से बाहर निकलती है, तो स्वर पट्टियाँ तेज़ी से कंपन करती हैं, जिससे उच्च-स्वर (high pitch) ध्वनि उत्पन्न होती है। इसी प्रकार, श्वास की गति धीमी होने पर स्वर पट्टियाँ धीमी और गहरी ध्वनि उत्पन्न करती हैं।

3. ध्वनि की गुणधर्म (Properties of Sound)

मानव द्वारा उत्पन्न ध्वनि के गुणधर्म निम्नलिखित होते हैं:

  • आवृत्ति (Frequency): ध्वनि की आवृत्ति यह निर्धारित करती है कि ध्वनि उच्च है या निम्न। उच्च आवृत्ति वाली ध्वनियाँ तीव्र और तेज़ होती हैं।
  • ध्वनि की तीव्रता (Amplitude): ध्वनि की तीव्रता, स्वर की गहराई और उसके तीव्रता को मापती है। जब स्वर पट्टियाँ जोर से कंपन करती हैं, तो ध्वनि की तीव्रता अधिक होती है।
  • स्वर (Pitch): स्वर का निर्धारण स्वर पट्टियों के कंपन की गति से होता है। यदि स्वर पट्टियाँ तेजी से कंपन करती हैं, तो उच्च स्वर उत्पन्न होता है।
4. गले, मुंह और जीभ का भूमिका (Role of Throat, Mouth, and Tongue)

ध्वनि के निर्माण में गले, मुंह और जीभ की भी महत्वपूर्ण भूमिका होती है। गला वोकल कॉर्ड्स से ध्वनि उत्पन्न करता है, जबकि मुंह और जीभ ध्वनि के उच्चारण और रूप को बदलने का कार्य करते हैं। जब हम शब्द बोलते हैं, तो जीभ, होंठ, और दांत ध्वनि की धारा को नियंत्रित करते हैं और उसे स्पष्टता प्रदान करते हैं।

5. ध्वनि का प्रसार (Propagation of Sound)

ध्वनि एक तरंग के रूप में फैलती है, जो माध्यम के कणों के संपीड़न और विस्तार से उत्पन्न होती है। जब मानव आवाज़ उत्पन्न करता है, तो वायु के कण एक दूसरे से टकराते हैं और ध्वनि तरंगों का निर्माण करते हैं।

6. ध्वनि की गति (Speed of Sound)

ध्वनि की गति पर विभिन्न कारक असर डालते हैं। ध्वनि की गति अधिकतर हवा, पानी या ठोस पदार्थों में भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, हवा में ध्वनि की गति लगभग 343 मीटर प्रति सेकंड (m/s) होती है, जबकि पानी में यह 1482 मीटर प्रति सेकंड और ठोस पदार्थों में इससे भी तेज होती है।

7. ध्वनि की तीव्रता के सूत्र (Formula for Intensity of Sound)

ध्वनि की तीव्रता को निम्नलिखित सूत्र से मापा जाता है:

ध्वनि की तीव्रता (I) = $\frac{P}{A}$

यहां, P = ध्वनि द्वारा ऊर्जा (Power) और A = ध्वनि द्वारा फैली हुई क्षेत्रफल (Area) को दर्शाता है।

8. मानव द्वारा उत्पन्न ध्वनि की सीमा (Range of Sound Produced by Humans)

मानव आवाज़ की सीमा लगभग 20 Hz से 20,000 Hz तक हो सकती है। इसमें बच्चों की आवाज़ उच्च आवृत्ति पर होती है जबकि वृद्ध व्यक्तियों की आवाज़ निम्न आवृत्ति पर होती है।