Βασικά Χαρακτηριστικά Διαπασών:

Το διαπασών είναι μια απλή ηχητική συσκευή η οποία αποτελείται από δυο στελέχη (tines) σε σχήμα «U» τα οποία ενώνονται σε μια βάση (stem). Συνήθως η παραπάνω κατασκευή τοποθετείται πάνω σε ξύλινο αντηχείο για ενίσχυση της ακουστικότητας.

Ανακαλύφθηκε το 1711 από τον JohnShore και οι εφαρμογές του εκτείνονται εκτός από την μουσική, στην φυσική, στην ιατρική κ.α..

Κατά την διέγερση του διαπασών παράγονται ηχητικές συχνότητες και από τα ταλαντούμενα στελέχη αλλά και από την βάση. Τα στελέχη ταλαντώνονται πάντα με τον ίδιο τρόπο μεταξύ τους και το ηχητικό αποτέλεσμα του διαπασών είναι κυρίως λόγω της συμβολής των ταλαντούμενων στελεχών που δρουν σαν δυο πηγές που συμβάλλουν.

Τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά κάθε διαπασών, είναι υπεύθυνα για την ηχητική απόκριση του. Κάθε διαπασών κατά την μηχανική διέγερση του παράγει, κατά κύριο λόγο,  μια βασική (fundamental) συχνότητα f, η οποία όμως συνοδεύεται από την γένεση και άλλων, κάποιες από τις οποίες διατηρούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ άλλες σβήνουν σχεδόν αμέσως μετά την γένεση τους.

Διάφορα στιγμιότυπα των στελεχών και της βάσης της διαπασών κατά την διέγερση του. Το πρώτο από αριστερά αντιστοιχεί στην δημιουργία της βασικής ηχητικής απόκρισης των διαπασών. Το τελευταίο από αριστερά αντιστοιχεί στην γένεση συχνοτήτων με πολύ βραχύ χρόνο ζωής.

Η συχνότητα fεξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του διαπασών ως εξής: $f=\frac{1}{l^{2}}\sqrt{\frac{AE}{\rho}}$

: η συχνότητα του διαπασών

: το μήκος των στελεχών

: το εμβαδόν της διατομής των στελεχών

: μέτρο του Young του υλικού κατασκευής (ατσάλι) του διαπασών

: η πυκνότητα του υλικού κατασκευής του διαπασών

Στροβοσκοπική Ανάλυση:

Θέτουμε σε λειτουργία το στροβοσκόπιο και παρακολουθούμε τα διεγερμένα στελέχη του διαπασών καθώς ταλαντώνονται. Για δεδομένες συχνότητες του στροβοσκοπίου, η ταλάντωση των στελεχών του διαπασών είναι ορατή. Αυτό συμβαίνει διότι η συχνότητα φωτισμού συμπίπτει με την κάποια συχνότητα ταλάντωσης των στελεχών. Επειδή η ταλάντωση που εκτελούν τα στελέχη και η βάση είναι πολύπλοκή, στροβοσκοπικά, είναι δυνατόν να είναι ορατές πλήθος ταλαντώσεων κατά την μεταβολή της συχνότητας φωτισμού.

Διακρότημα:

Πλησιάζουν σε μικρή απόσταση δυο όμοια διαπασών (με βασική συχνότητα 440 Hz) έτσι ώστε τα αντηχεία τους να είναι το ένα απέναντι στο άλλο. Με την συνδρομή ενός ρυθμιστή που βρίσκεται κατά μήκος του ενός στελέχους του διαπασών και μεταβάλλει πολύ λίγο την συχνότητα του, διεγείρουμε τα δυο διαπασών. Για δεδομένη θέση του ρυθμιστή (περίπου στην μέση του μήκους του ενός στελέχους του ενός εκ των δυο διαπασών) είναι αντιληπτές έντονες ηχητικές διακυμάνσεις έντασης. Για κάποια άλλη θέση του ρυθμιστή οι ηχητικές διακυμάνσεις αλλάζουν συχνότητα και για πλήρη απουσία του ρυθμιστή δεν έχουμε καθόλου διακυμάνσεις έντασης.

Το φαινόμενο που αντιλαμβανόμαστε, δηλαδή τις έντονες διακυμάνσεις έντασης, καλείται διακρότημα. Οι συνθήκες για να επιτευχθεί ένα διακρότημα είναι οι δυο πηγές (τα δυο διαπασών) να παράγουν συχνότητα που η μια να είναι πλησίον της άλλης. Αυτό το επιτυγχάνουμε στο πείραμα, με την συνδρομή του ρυθμιστή, που ρυθμίζει στο δεύτερο διαπασών την ηχητική του απόκριση κοντά την βασική του , τα 440 Hz.

Αν υποθέσουμε ότι τα ηχητικά κύματα που παράγονται από κάθε πηγή είναι της κάτωθι μορφής (κατά την ιδανική περίπτωση όπου κάθε διαπασών παράγει ένα αρμονικό κύμα) όπου με γαλάζιο και κόκκινο είναι το κύμα κάθε πηγής.

Το αποτέλεσμα (ηχητικά) που αντιλαμβανόμαστε φαίνεται αμέσως παραπάνω, όπου διακυμάνσεις ηχητικής ισχύος  λαμβάνουν χώρα.

Μεταβάλλοντας την συχνότητα  ενός διαπασών μεταβάλλουμε την συχνότητα των διακροτημάτων. Αν και τα δυο διαπασών έχουν την ίδια συχνότητα δεν έχουμε δημιουργία διακροτημάτων αλλά παίρνουμε μόνο το στάσιμο κύμα.

Μετατόπιση Doppler:

Διεγείρουμε το διαπασών με βασική συχνότητα τα 2000 Hz. Κατόπιν το μετακινούμε, με την βοήθεια της χειρολαβής, απότομα προς τα εμπρός και προς τα πίσω ως προς το αυτί μας. Ο ήχος που αντιλαμβανόμαστε από αυτό αλλοιώνεται καθώς το μετακινούμε, σε σχέση πάντα με τον ήχο που παράγει καθώς το είχαμε ακίνητο δίπλα από το αυτί μας.

Η αλλοίωση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι μετατοπίζεται η συχνότητα λόγω του φαινομένου Doppler (μετατόπιση Doppler). Σύμφωνα με αυτό η συχνότητα που παράγει μια πηγή (όπως το διαπασών) αυξάνεται καθώς η πηγή κινείται ως προς τον παρατηρητή ή αντίστροφα μειώνεται η πηγή βασικής συχνότητας 440 Hz που ακούμε απομακρύνεται από τον παρατηρητή.

 Ηχητική Ισχύς:

Τοποθετούμε το μικρόφωνο κοντά στο αντηχείο του διαπασών με βασική συχνότητα τα 440 Hz και κατόπιν το διεγείρουμε. Το μικρόφωνο, που μετράει ηχητική ισχύ, κοντά στην πηγή μετράει μια αρκετά υψηλή τιμή. Τοποθετούμε τώρα το μικρόφωνο σε απόσταση 30 cm. Αν και το διαπασών διεγείρεται περίπου με την ίδια δύναμη (όπως προηγουμένως) εντούτοις η τιμή ισχύος που καταγράφει το μικρόφωνο σε αυτή τη νέα θέση απέχει πολύ από την αρχική που καταγράφηκε κοντά στο διαπασών.

Η παραπάνω παρατήρηση αποδεικνύει ισχυρά ότι η ισχύς σε κάποια θέση εξαρτάται από την απόσταση της θέσης από την πηγή. Θεωρητικά μάλιστα προβλέπεται ότι η ισχύς  σε κάποια θέση r από την πηγή συνδέεται με την απόσταση αυτή:

 $P\sim\frac{1}{r^{2}}$

Συνήθης μονάδα ηχητική ισχύος (και ασφαλώς και έντασης) είναι το decibel (dB). Η τιμή μιας ισχύος σε W μπορεί να μετατραπεί σε μονάδες dB χρησιμοποιώντας την σχέση: $\alpha(dB)=10\log\frac{P}{P_{0}}$

: η ισχύς  που θέλουμε να βρούμε την τιμή της σε dB

: μια ισχύς αναφοράς που είναι συνήθως κατώφλι ακοής ενός ήχου