- Co to jest dźwięk (fala dźwiękowa)?
- Prędkość dźwięku
- Właściwości i cechy dźwięku
- Różne rodzaje dźwięków
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Western często przedstawia Indianina, który przykładając ucho do ziemi, potrafi określić, jak daleko znajdują się jego przeciwnicy. Słyszy wibracje ziemi powodowane przez końskie kopyta. Podobnie wytwarzamy i odbieramy dźwięki, wytwarzając i odbierając wibracje cząsteczek powietrza.
Kiedy słyszysz termin „dźwięk” lub „fala dźwiękowa”, na pewno rozumiesz, o co chodzi. Z tego artykułu dowiesz się, czym tak naprawdę jest dźwięk i jak odbierasz otaczający Cię świat uszami.
Dźwięk jest falą.Te fale dźwiękowe docierają do ucha i pozwalają odbierać dźwięki i hałasy przez układ słuchowo-mózgowy. Z reguły istnieją dwie różnice: dźwięk użyteczny i dźwięk zakłócający. Przydatne dźwięki obejmują muzykę lub głosy podczas rozmowy. Dźwięk zakłócający obejmuje na przykład hałas z placu budowy lub hałas uliczny.
W fizyce dźwięk to wibracja. Wibracja ta rozchodzi się w ośrodku jako fala mechaniczna (również akustyczna). Takim medium jest na przykład powietrze. Ale prawdopodobnie słyszałeś też dźwięki pod wodą lub przez ściany. Fale dźwiękowe w powietrzu są spowodowane wahaniami ciśnienia i gęstości.
Ryż. 1. Osoba emituje fale dźwiękowe
Co to jest dźwięk (fala dźwiękowa)?
Jakieś zdarzenie, jak wypowiadanie słów, wprawia powietrze w wibracje. Wzbudzenie to następnie rozchodzi się w postaci ruchu falowego. Oprócz powietrza wzbudzić można również inne ośrodki sprężyste, takie jak woda.
Dźwięk jest więc ruchem oscylacyjnym cząstek ośrodka sprężystego, który rozchodzi się od źródła dźwięku w postaci fal w różnych ośrodkach.
Można podać inną definicję:
Dźwięk to fala mechaniczna rozchodząca się w przestrzeni w wyniku zmian ciśnienia i gęstości powietrza.
Warunkiem koniecznym rozchodzenia się fal dźwiękowych jest obecność ośrodka sprężystego. Jeśli wokół źródła dźwięku nie ma elastycznego ośrodka, dźwięk nie będzie się rozprzestrzeniał. Na przykład fale mechaniczne nie mogą rozchodzić się w próżni.
Prędkość dźwięku
Fala dźwiękowa, jak każda inna fala mechaniczna, nie rozchodzi się w przestrzeni natychmiast, ale z określoną prędkością. Prędkość rozchodzenia się dźwięku w różnych środowiskach ma różne znaczenia.
Prędkość dźwięku w dużej mierze zależy od ośrodka, jego temperatury i ciśnienia.W suchym powietrzu o temperaturze 20°C prędkość dźwięku wynosi 1236 km/h (343,2 m/s metrów na sekundę). Poniższa tabela zawiera pewne wartości odniesienia dla prędkości dźwięku w różnych środowiskach.
| środa | Prędkość w m/s |
| Powietrze | 343 |
| Gotowanie na parze (w 100°C) | 477 |
| Woda | 1484 |
| Woda (o temperaturze 0°C) | 1407 |
| woda morska | 1500 |
W naszym artykule o prędkości dźwięku wyjaśniliśmy, jak szybko dźwięk rozchodzi się w różnych substancjach. Tutaj ważną rolę odgrywają właściwości ciał stałych, cieczy lub gazów.
Właściwości i cechy dźwięku
Ponieważ dźwięk jest falą mechaniczną, ma też właściwości fali, takie jak częstotliwość i intensywność. Jednak medium, przez które jest transmitowane, również nadaje mu swoje własne właściwości.
Tutaj rozważymy ogólne właściwości dźwięku w powietrzu. Z reguły można je przenosić na inne gazy i ciecze. Fale w powietrzu lub innych gazach są również nazywane falami podłużnymi. Oscylują one w kierunku propagacji fali. Wręcz przeciwnie, istnieją fale poprzeczne, które powstają na przykład w niektórych ciałach stałych. Ich wibracje są prostopadłe do kierunku propagacji.
Jak powstaje dźwięk?
Dźwięk jest tworzony przez źródła dźwięku. Źródłem dźwięku jest wszystko, co wprawia powietrze w drgania. Takim źródłem dźwięku może być np. tamburyn. Kiedy uderzasz w tamburyn, deformujesz jego powierzchnię. Ma napięcie i szybko wraca do swojej pierwotnej pozycji.
W ogólnym przypadku źródła dźwięku to ciała oscylujące z częstotliwościami z zakresu dźwięku. Takie wibracje wytwarzają na przykład ludzkie struny głosowe. W rezultacie słyszymy głosy ludzi. Jeśli dźwięk pochodzi ze strunowego instrumentu muzycznego, wówczas źródłem dźwięku jest wibrująca struna.
Cząsteczki powietrza są przyspieszane, co prowadzi do zmiany ciśnienia i gęstości. Ponieważ cała przestrzeń wokół tamburynu jest wypełniona powietrzem, prowadzi to do ruchu (dystrybucji) atomów powietrza. Powstała fala mechaniczna dociera do odbiornika dźwięku, takiego jak słuch. Ta fala mechaniczna jest falą dźwiękową.
Jak rozchodzi się dźwięk?
Dźwięk rozchodzi się, jak już wspomniano w przykładzie z tamburynem, poprzez zmiany ciśnienia i gęstości. Podczas uderzenia powietrze jest sprężane w jednym punkcie. Zwiększa to ciśnienie w tym obszarze. Gęstość wzrasta w tym punkcie, ale maleje wokół niego.
Ale ponieważ nie ma ścian, które utrzymują sprężone powietrze razem, sprężone cząsteczki ponownie się odpychają. W ten sposób zderzają się z sąsiednimi atomami powietrza, które zajęły miejsce atomów sprężonego powietrza, a tym samym zderzają się z nimi ponownie w innym miejscu. Ta zmiana ciśnienia powietrza nazywana jest falą.Następnie jest przesyłany do odbiornika.
Ryż. 2. Rozchodzenie się fali dźwiękowej po stymulacji kamertonem widełkowym. Powietrze jest sprężane i rozrzedzane, co z kolei prowadzi do ruchu fal do odbiornika.
Częstotliwość.
Jak każda fala, fale dźwiękowe również mają swoją częstotliwość. Dzięki niemu rozdzielasz spektrum audio na różne kategorie.
- Infradźwięki. Jest to dźwięk o niskiej częstotliwości, który nie jest już odbierany przez ludzkie ucho.<16 Гц (Герц)
- Słyszalny dźwięk. Jest to dźwięk, który może być postrzegany przez osobę. Zakres od 16 Hz do 20 kHz (kHz).
- Ultradźwięki. Jest to dźwięk o wysokiej częstotliwości, który nie jest odbierany przez ludzkie ucho. Zakres od 20 kHz do 1,6 GHz (GHz).
- Hisoniczny. Są to fale dźwiękowe, które mogą się rozchodzić tylko w ograniczonym zakresie.>1 GHz .
Tabela 2 poniżej pokazuje przykłady górnych granic częstotliwości drgań mechanicznych odbieranych przez narządy i zmysły niektórych żywych organizmów.
| Żywe organizmy | Górna granica częstotliwości, kHz |
| Mewy | 8 |
| Mężczyzna po dwudziestce | 20 |
| Mężczyzna w wieku 50 lat | 12 |
| Dzieci | 22 |
| Psy | 60 |
| Koty | 100 |
| Motyle | 160 |
| Delfiny | 200 |
Natężenie i poziom dźwięku.
W mowie potocznej poziom dźwięku oznacza również głośność.Odnosi się do siły dźwięku w określonym miejscu. Fizycznie mierzy się je jako ciśnienie akustyczne. Począwszy od źródła, poziom dźwięku zwykle maleje logarytmicznie. Jednostka decybel (dB) jest używana do oznaczania we wzorach matematycznych.
Eksperymenty pokazują, że im większa amplituda drgań gałęzi kamertonu, tym głośniejszy dźwięk. Stopniowo dźwięk słabnie, ponieważ drgania swobodne gałęzi kamertonu są tłumione.
Natężenie dźwięku opisuje siłę dźwięku przechodzącego przez powierzchnię przepuszczającą dźwięk. Obliczasz to, mierząc, ile dźwięku przechodzi przez najmniejsze części tej powierzchni i całkując to na całej powierzchni.
Różne rodzaje dźwięków
Jak nauczyłeś się na samym początku, dźwięk dzieli się na użyteczny i przeszkadzający (nieprzydatny). Podział ten można uściślić, wprowadzając dodatkowo jako kategorie ton, dzwonienie, hałas i eksplozję (uderzenie).
Ton to sinusoida.e. sygnał sinusoidalny. Jeśli na przykład uderzysz w kamerton, otrzymasz jeden ton harmoniczny. Wskazuje, czy dźwięk jest wysoki, jak skrzypce, czy niski, jak bęben basowy. Fizyczną wielkością charakteryzującą wysokość dźwięku jest częstotliwość oscylacji fali dźwiękowej. Wysoki dźwięk odpowiada wyższej częstotliwości wibracji. Zauważ, że związek między wysokością a częstotliwością fali dźwiękowej został po raz pierwszy ustalony przez G. Galileusza.
Ryż. 3. Jednotonowy sygnał sinusoidalny
Dzwonienie wytwarza okresowy, ale niesinusoidalny sygnał. Kiedy grasz piosenkę na gitarze, wydajesz ten dźwięk.
Ryż. 4. Okresowy sygnał dzwonienia, np. podczas gry na gitarze
Szum jest sygnałem nieokresowym i niesinusoidalnym. Na przykład hałas jest wytwarzany przez samochody i pojazdy. Hałas powstaje w wyniku kumulacji drgań o różnych częstotliwościach.Źródłami hałasu mogą być przedsiębiorstwa przemysłowe, sprzęt gospodarstwa domowego, różne maszyny. Hałas negatywnie wpływa na zdrowie ludzi i zwierząt. Długotrwałe narażenie na hałas prowadzi do zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego, powoduje zawroty głowy, wpływa na pracę serca.
Ryż. 5. Charakterystyka sygnału szumu. Nie jest ani okresowy, ani sinusoidalny.
W wyniku uderzenia pojawia się silne maksimum amplitudy, które następnie szybko zanika. Jeśli wystrzelisz fajerwerki w powietrze lub strzelisz z pistoletu maszynowego, usłyszysz taki dźwięk.
Ryż. 6. Krzywa sygnału wybuchu (uderzenia). Ma dużą amplitudę na początku i szybko zanika.