ההגדרה המדעית של קול היא: "תנועה מאורגנת של מולקולות, הנגרמת על ידי גוף המתנודד בתווך חומרי (אלסטי). התווך יכול להיות במצב צבירה של: גז (כגון אוויר), נוזל (כגון מים), או מוצק".
קול על פי הגדרתו המדעית, מוגדר עבור נקודה מסוימת, כ: "שינויים מהירים בלחץ באותה נקודה, סביב ערך מסוים של הלחץ, במצב העמיד".
יש לשים לב, שההגדרות המדעיות של קול, מתייחסות לגל הקול הפיזיקאלי הנוצר, ואינן קשורות לתחושת השמע של המאזין, השומע את הקול.
כדי להבין הגדרה זו, ננסה להבין מהו לחץ?
- בפיזיקה, לחץ הוא פעולה של כוח, ליחידת שטח.
- היחידה הפיזיקלית התקנית (SI) למדידת לחץ, היא הפָּסְקָל (Pascal), השווה לניוטון למטר מרובע. יחידה זאת שווה ל 10-5 בר.
נבחן מספר נתונים של לחצים:
- באוויר על פני כדור הארץ, מוגדר לחץ במצב עמיד, כ- לחץ האטמוספירי.
- לחץ נמדד ביחידות של בָּר (Bar), או אטמוספירה (Atmosphere).
- סף יכולת השמיעה של אדם, הוא לחץ אפקטיבי של 0.2 ננובר, השווה בערך ל 0.2 ננואטמוספירה.
ננו הוא החלק ה 1 מתוך מיליארד, ומכאן שננו-אטמוספירה, שווה:
מיקרו הוא החלק ה 1 מתוך מיליון, ומכאן שמיקרו-אטמוספירה, שווה:
לצורך השוואה, אדם מדבר, יוצר שינויי לחץ אוויר של 1 מיקרובר, במרחק 1 מטר.
קול הוא גל חומרי אורכי.
גל הוא הפרעה מחזורית המתקדמת במרחב במהירות קבועה.
לכל גל יש תכונות של:
- תדירות = מספר המחזורים בשנייה. נקראת לעיתים תדר. יש המסמנים תדירות באות f, מהשם באנגלית: frequency.
- זמן מחזור = מסומן באות T. ניתן על ידי ההופכי של התדירות:
T = 1/f
- משרעת (אמפליטודה) = גודל מכסימלי של סטייה ממצב שיווי המשקל (ראו איור)
- אורך גל = (Wavelength=
), שהוא המרחק בין שתי נקודות סמוכות, שוות מופע (בעלות אותה פאזה), על הגל. נהוג למדוד אורך גל בין שני שיאי גל סמוכים (ראה איור) כאשר מתארים את הסטייה ממצב שיווי המשקל כפונקציה של המקום.
- מהירות התקדמות הגל (v) = המהירות בה מתקדמת ההפרעה.
איור: תאור ההעתק של הגל, כפונקציה של המקום במרחב.
בין אורך הגל והתדירות, מתקיים הקשר המתמטי, שמכפלתם שווה למהירות התקדמות גל הקול (v):
v = f