אמפליטודה

המושג אַמפּלִיטוּדָה אינו שייך לתחום המוזיקה, אלא למדעי המתמטיקה והפיזיקה. מדוע פלש מושג מדעי אל אתר אינטרנט המוקדש למוזיקה? ומדוע נכפית כאן על המוזיקאים גיחה למחוזות רחוקים, בעוד שיכולים הם להפקיד את העיסוק בחוקי הטבע בידיהם המיומנות של אנשי המדע? אף על פי שתחומי המדע והאמנות מצטיירים כשונים מאוד זה מזה, לא תמיד שררה ביניהם הפרדה מוחלטת. דוגמאות מובהקות ל"התערבות" מתוכננת של חוקי המדע באמנות כלשהי נוכל למצוא ללא קושי בתולדותיה של אמנות המוזיקה: לא פעם ולא פעמיים נדרשו המוזיקאים לחוקים שונים מתחום תורת האקוסטיקה ־ ענף של הפיזיקה העוסק בחוקי הטבע של הקול ־ וחוקי הפיזיקה אף השפיעו על תחום הארגון המוזיקלי. על כן חשיפה לנושאים בסיסיים ולמושגי יסוד מתחום תורת האקוסטיקה משמעותית היא למוזיקאים, ואין פלא שחוקי אקוסטיקה בסיסיים הם חלק מתכנית הלימודים במוסדות חינוך שונים, כגון האקדמיה למוזיקה. אל פחד, מוזיקאים: בשיעורים אלה נהוג להתיידד עם עקרונות חשובים, ולא עושים שימוש בנוסחאות ובמשוואות מזרות אימה, שגרמו לאמנים רבים להדיר רגליהם מלימודי המתמטיקה והפיזיקה בבית הספר התיכון.

כאן נכיר מושג חשוב מתחום האקוסטיקה, שיש לו השפעה על תחושת החוזק המתעוררת במנגנון השמע שלנו, כלומר על קליטתנו את הצליל כחזק או כחלש.

בתנועה מחזורית, כגון תנועתן של מטוטלת או נדנדה, אַמפּלִיטוּדָה היא המרחק הגדול ביותר לכאן ולכאן מאזור שיווי המשקל. לדוגמה, באיור מס' 1, מימין מוצגת מטוטלת ללא תנועה ומשמאל מוצגת מטוטלת בתנועתה. אזור שיווי המשקל מסומן במרכזו של החלק השמאלי בקו מקווקו אנכי, והאמפליטודה היא המרחק בינו לבין קצה השתרעותה של התנועה (לכן בעברית האמפליטודה קרויה מִשֹרַעת). את האמפליטודה נוכל למדוד ולייצג באמצעות מספר.

אמפליטודה במטוטלת

איור מס' 1

כל תנועה מחזורית, כמו זו של המטוטלת באיור מס' 1, ניתנת לייצוג כגרף, המכונה "צורת גל". לדוגמה, ראו באיור מס' 2 את צורת הגל של המטוטלת מאיור מס' 1. צורת הגל מייצגת את תנודות המטוטלת ואת התקדמותן בזמן. האמפליטודה מסומנת בחִצים אדומים:

איור אמפליטודה בצורת גל

איור מס' 2

לשם השוואה בין שתי אמפליטודות שונות, להלן שתי צורות גל: האחת שחורה והאחרת כחולה. האמפליטודה של צורת הגל הכחולה גדולה יותר, מאחר שהתנודות הכחולות משתרעות למרחק רב יותר מאזור שיווי המשקל בהשוואה לתנודות השחורות.

השוואה בין שתי אמפליטודות

איור מס' 3

מדע האקוסטיקה עוסק בגלי הקול ובחוקים פיזיקליים המגדירים אותם. גלי קול הם למעשה תנודות מחזוריות של חלקיקי האוויר: כל חלקיק מתנודד כמטוטלת, הלוך וחזור שוב ושוב. כל חלקיק מוציא משיוווי משקל את שכניו, וכך נוצרת שרשרת של חלקיקים מתנודדים. התנודות המגיעות בסופו של דבר לאוזן, מכשיר השמיעה שלנו.

מדוע האמפליטודה של תנועת החלקיקים בגל הקול תורמת לתחושת החוזק? כיצד שינוי באמפליטודה משפיע על קליטתנו את הצליל כחזק יותר או כחלש יותר? האמפליטודה משפיעה על תחושת החוזק מאחר שככל שהחלקיק נע רחוק יותר מנקודת שיווי המשקל כך יש לו אנרגיה רבה יותר והוא מקיש על אוזנינו בעוצמה רבה יותר. נדגים זאת באמצעות השוואה בין שתי נדנדות באיור מס' 4. על כל אחת מהן יושב אדם, והוא פוגע באדם נוסף העומד בסמוך אליו. אזור שיווי המשקל מסומן בקו מקוּוקו והאמפליטודה מסומנת בחִצים אדומים. מצד שמאל האמפליטודה קטנה ולכן הפגיעה בעלת עוצמה נמוכה. ואילו מימין האמפליטודה גדולה יותר, על כן הפגיעה בעלת עוצמה רבה יותר. כך גם חלקיק האוויר: ככל שתנודתו משתרעת על מרחק רב יותר כך פגיעתו בעלת עוצמה רבה יותר. עור התוף שלנו רגיש לעוצמת הפגיעה: פגיעה שעוצמתה רבה תתורגם במוח לתחושה של צליל חזק, פגיעה שעוצמה מועטת תתורגם במוח לתחושה של צליל חלש.

איור נדנדות

איור מס' 4

בסרטון הבא תוכלו לצפות באמפליטודה של תנודות המיתר הנמוך בכינור. הצפייה מתאפשרת הודות להאטת מהירות ההקרנה (Slow Motion). הקשת מרעידה את המיתר ומערערת את שיווי המשקל שלו, נוצרות בו תנודות מחזוריות, והאמפליטודה של התנודות הולכת וגדלה. אילו היינו יכולים לשמוע את הצליל המופק, היינו שומעים כיצד הוא מתחזק ככל שהאמפליטודה גדלה בהדרגה. כאשר האמפליטודה מתייצבת ואינה משתנה, חוזקו של הצליל יהיה קבוע. המיתר מרעיד את חלקיקי האוויר המקיפים אותו, ונוצרת שרשרת של חלקיקי אוויר מתנודדים המעבירה את התנודות אל האוזן.

The Adobe Flash Player is required for video playback.
Get the latest Flash Player or Watch this video on YouTube.

לסיום, נדגיש שאמפליטודה היא תכונה של כל גל, לא רק של גלי קול, ובכל סוג של גל היא תורמת לעוצמתו. לאחר שהדגמנו זאת במטוטלת, בנדנדה ובמיתר, נקנח בדוגמה שונה מאוד: גל אלקטרומגנטי הנוצר בתוך מיקרוגל. באיור מס' 5 תוכלו לראות שהגל תַחום בשני קצותיו ממש כמו מיתרו של הכינור. אזורי העוצמה המרבית של הגל, כלומר נקודות השיא (ראשי הגבעות ותחתיות העמקים בצורת הגל), סומנו בצבע אדום; ואילו האזורים בעלי העוצמה החלשה יותר, בתוך הגל ומחוץ לו, סומנו בלבן. אם נניח נקניקייה קפואה באחד האזורים המסומנים באדום, למשל בחלקו התחתון של תא המיקרוגל, היא תופשר במהירות. ואם נניח את הנקניקייה באחד האזורים המסומנים בלבן, היא תופשר לאט יותר.

איור מיקרוגל

איור מס' 5

 

Comments are closed.