בימים של ריחוק פיזי, לא צריך חברים כדי לנגן בשני קולות. מספיק שיהיה לכם כלי נגינה, צינור ארוך ו… כישרון

איך מבצעים דואט מרשים ועדיין שומרים על כללי הזהירות הנדרשים בימי קורונה? נכון שתמיד אפשר להשתמש בזום או בתוכנת תקשורת אחרת, אבל אפילו זה לא נחוץ כל עוד יש לכם סקסופון, צינור ארוך והבנה בחוקי הפיזיקה.

גלי קול הם הפרעות מכניות שמתקדמות בחומר. כשאנחנו מדברים, שרים או מנגנים אנחנו מבצעים פעולה מכנית – מרטיטים את מיתרי הקול שלנו, את מיתרי הגיטרה או את העלה שנמצא בפִומית של הסקסופון. הרטט הזה מניע את מולקולות האוויר שנמצאות בקרבת האובייקט הרוטט וגורם להן, בממוצע, להצטופף יחד ולהתרחק לסירוגין, וכך ליצור אזורים של לחץ גבוה ולחץ נמוך לחילופין. מולקולות האוויר הללו מתנגשות במולקולות הקרובות אליהן וגורמות להן לנוע באופן דומה, וכך ההפרעה הולכת ומתקדמת במרחב. 

אילוסטרציה של תנועת מולקולות האוויר בתגובה לקול. כל נקודה זזה רק מעט, לימין ואז לשמאל
אילוסטרציה של תנועת מולקולות האוויר בתגובה לקול. כל נקודה זזה רק מעט, לימין ואז לשמאל

כשרטט האוויר מגיע אל אוזנינו הוא מרעיד את עור התוף, ומוחנו מתרגם את התנודות הללו לקול שאנחנו שומעים. אפשר להתייחס להתקדמות גל הקול כמו לנפילה של אבני דומינו שעומדות בשורה – הפלת אבן דומינו במקום אחד תוביל בסוף הדרך להפלת אבן אחרת הרחק מכאן, אך כל אחת תנוע רק מרחק קצר יחסית.

מה זה הד?

כשגל קול מתקדם בחומר מסוים, כמו אוויר, ונתקל בחומר אחר, חלק מהגל ממשיך להתקדם בחומר החדש וחלקו מוחזר. לחלק המוחזר אנחנו קוראים "הד". האוזן האנושית איננה מסוגלת להפריד בין הצליל המקורי לבין ההד שלו אם הפרש הזמנים ביניהם קטן מעשירית השנייה. לכן אם אנחנו רוצים שההד שייווצר יהיה מובחן מהצליל המקורי, המרחק בין מקור הקול למקום שבו נמצא הגוף שממנו ההד מוחזר צריך להיות גדול מספיק, וההחזרים צריכים להיות ממוקדים מספיק כדי שיגיעו לאוזנינו בצורה אחידה ובעוצמה גבוהה מספיק. 

אישה צועקת מראש מצוק | Shutterstock, lzf
כדי לקבל הד מובחן מהצליל המקורי, המרחק בין מקור הקול למקום שבו נמצא הגוף שממנו ההד מוחזר צריך להיות גדול מספיק. אישה צועקת מראש מצוק | Shutterstock, lzf

אפשר לחשב בקלות את המרחק המינימלי שבו נצטרך לעמוד מגוף פיזי כלשהו שמחזיר הדים, כגון קרקעית של באר או מצוק בקניון עמוק, כדי  לשמוע את ההד. מהירות הקול באוויר היא כ-344 מטר בשנייה. בעשירית שנייה – פרק הזמן המזערי שמתחתיו האוזן האנושית אינה מבחינה בין הקול להד שלו, כאמור – הקול עובר אם כן 34.4 מטר. מכיוון שהקול צריך לעבור את המרחק מאיתנו עד לגוף שמחזיר את ההד ואז לשוב אלינו, נחלק ב-2 ונקבל שהמרחק בינינו לאובייקט צריך להיות גדול מ-17.2 מטר על מנת שנוכל להבחין בהד. באותה צורה אפשר להשתמש בהד כדי לחשב מרחקים: אם נמדוד מהו הפרש הזמנים בין הצליל המקורי לבין ההד נוכל לחשב את המרחק בין מקור הצליל לבין הגוף שמחזיר את ההד. 

חידה: מהו אורך הצינור שהסקסופוניסט מנגן לתוכו?

היכולת להשתמש בגלי קול למדידת מרחקים היא הבסיס למכשיר הסונאר, שנמצא בשימוש רב בספינות ובצוללות. המכשיר שולח גלי קול אל תוך המים ומודד את זמני החזרה שלהם כדי למדוד מרחקים ולאתר גופים במעמקי הים. פעולה דומה עושה מכשיר האולטרסאונד הרפואי, ששולח אל תוך גוף הנבדק גלי קול בתדר גבוה יותר מטווח השמיעה האנושי ומודד את ההדים החוזרים מהרקמות השונות. למעשה, שימוש בגלי קול למדידת מרחקים אף אינו המצאה אנושית – עטלפים משתמשים ביכולת הזאת כדי להתמצא במרחב ולאתר מזון, ובהשראתם פותח מכשיר המכ"ם, המשמש לאיתור עצמים באוויר.

תשובה: מדדנו את פרק הזמן החולף בין צליל הסקסופון להד שלו ומצאנו שהוא עומד על כ-1.1 שניות. ב-1.1 שניות קול עובר כ-380 מטר באוויר (מהירות הקול כפול הזמן שנמדד). מכיוון הקול צריך לעבור את אותה דרך פעמיים, הלוך ושוב, נחלק את התוצאה ב-2 ונקבל שהמרחק בין הסקסופוניסט לקצה החסום של הצינור הוא כ-190 מטר.