Dźwięk

Fragment fali akustycznej

Na początku chciałbym wam przybliżyć podstawy. Mianowicie ciekawostką na dziś będzie dźwięk. Czym jest jak powstaje jak sie porusza Na początek troszeczkę suchej teorii. Dźwięk - wrażenie słuchowe wywołane falą akustyczną w ośrodku sprężystym. Ośrodkiem sprężystym może być ciecz, gaz jak i ciało stałe. Jednakże dla każdego stanu skupienia prędkość rozchodzenia dźwieku jest różna oparta na gęstości danej substancji. Fala akustyczna – rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka. Falą akustyczną nazywa się zarówno falę, która powoduje wrażenie słuchowe (dźwięk), jak i fale o częstotliwościach i amplitudach przekraczających zakres ludzkich zmysłów, ponieważ właściwości fizyczne tych fal są bardzo podobne. Źródłem dźwięków słyszalnych są ciała wprawione w drgania, których energia jest dostateczna, aby wywołać w naszym organie słuchu (uchu), najsłabsze wrażenia słuchowe.

Oznacza to, że natężenie dźwięków słyszalnych musi przekraczać próg słyszalności. Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości; (im większa częstotliwość fali, tym wyższy dźwięk) Głośność dźwięku zależy od natężenia; (jeśli rośnie natężenie fali, dźwięk jest głośniejszy, choć zależność między natężeniem a głośnością nie jest liniowa) Barwa zależy od składu widmowego fali akustycznej. Pozwala np. odróżniać dźwięki wytwarzane przez różne źródła. Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego. W powietrzu, w temperaturze 15 °C, prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s ≈ 1225 km/h. Jest to wartość optymalna używania podczas badań sprzętu itp. Wzór na obliczenie prędkości dźwięku v=(331.5+0.6T)*m/s gdzie T oznacza temperaturę w stopniach Celcjusza. Korzystając z tego wzoru możemy np. obliczyć jak daleko od nas uderzył piorun. W momencie błysku zaczynamy liczyć sekundy aż do momentu usłyszenia grzmotu po czym na każdą sekundę przyjmujemy 340 metrów.Światło porusza się z prędkością 299 792 458 m/s dlatego widzimy je od razu. Dźwięk musi do nas "dolecieć"(prędkość światła jest 881 742 razy większa od prędkości dźwięku) Innym sposobem na wykorzystanie tego wzoru jest obliczenie drogi pozostałej do wejścia do lasu. Idąc łąką i widząc skraj lasu głośno i krótko krzyczymy i zaczynamy liczyć sekundy. W momencie usłyszenia "echa" przestajemy liczyć i dzielimy sekundy przez 2 (dźwięk musi dolecieć do lasu i odbić się od drzew) i przyjmujemy również 340 metrów na każdą sekundę. Bardziej dociekliwi mogą wykonać doświadczenie ze stoperem oraz GPS żeby sprawdzić odległość. Margines błędu wyniesie około +- 150 metrów (łąka jest płaska i również wpływa dźwiek). Kolejną ciekawostką jest hel. Hel jest lżejszy od powietrza więc ma również mniejszą gęstość dlatego stawia mniejszy opór aerodynamiczny strunom głosowym. Struny głosowe wykorzystując tą samą ilość energii drgają szybciej(szybsze drgania=wyższy dźwięk) co powoduje mówienie "kreskówkowym głosem", po ulotnieniu się helu z płuc wszystko wraca do normy ponieważ oddychamy powietrzem.
Prędkość rozchodzenia się dźwięku dla różnych ośrodków: guma - 17 do 30 m/s chlоr - 206 m/s styropian - 230 m/s dwutlenek węgla - 259 m/s powietrze – 340 m/s korek – 500 m/s hеl - 965 m/s etanol - 1180 m/s wodór - 1284 m/s rtęć – 1500 m/s woda – 1500 m/s ołów – 2100 m/s ebonit – 2400 m/s lód – 3300 m/s beton – 3800 m/s sosna - 4760 m/s jodła - 4890 m/s stal – 5100 m/s–6000 m/s szkło – 6000 m/s aluminium – 6300 m/s diament - 18000 m/s Im niższa prędkość dźwieku dla danej substancji tym lepiej tłumi ona dźwięk(np.wygłuszanie styropianem) Im wyźsza prędkość tym lepiej dźwiek sie w niej rozchodzi (przykład z życia beton + dobry subwoofer = szklanki u sąsiadki na 3 piętrze skaczą w rytm stopy ps. mieszkam na parterze :P) Podział fal akustycznych ze względu na częstotliwość infradźwięki (f < 16 Hz) dźwięki słyszalne (16 Hz < f < 20 kHz) ultradźwięki (f > 20 kHz) hiperdźwięki (f > 1 GHz) Herc (Hz) – jednostka miary częstotliwości w układzie SI 1 Hz = 1 / (1 s) Podział ze względu na widmo fali proste – dźwięki, których częstotliwość, a zatem i wysokość, jest ściśle określona harmoniczne – składające się z wielu tonów prostych, przy czym widmo to ma charakter okresowy (np. mowa, śpiew, muzyka); ich wysokość jest również ściśle określona i zgodna z wysokością tonu podstawowego o widmie ciągłym – szum, hałas W odniesieniu do muzyki będziemy interesowali się częstotliwościami od 16 Hz do 20000 Hz (20 kHz) oraz widmem harmonicznym ale o tym już następnym artykule.