Podsumowanie świata dźwięku

Dźwięk jest formą energii. Można go tworzyć, poruszać, pracować z nim, rozprowadzać w czasie i na odległość, jak również może być nosicielem ogromnej ilości energii. Brzmi tylko tak długo, jak długo w systemie jest energia do ciągłego działania. Najlepiej można go zdefiniować jako coś słyszalnego. W rzeczywistości jest to fala, która jest serią wibracji przechodzących przez pewne środowisko, w przedziale częstotliwości wyczuwalnych przez ludzkie ucho. Może również rozprzestrzeniać się przez gazy, ciecze i ciała stałe, ale nie można go usłyszeć w próżni, a także w przestrzeni kosmicznej. Co jeszcze powinniśmy wiedzieć o dźwięku? Zobaczmy!

Tak więc dźwięk jest podłużną, mechaniczną falą. To środowisko tworzą wibracje cząstek,  przez które fala dźwiękowa porusza się w przód i w tył. Drgania przedmiotu powodują drgania cząsteczek w otaczającym środowisku, dzięki czemu są one wykrywane przez receptory słuchowe. Nazywa się to dźwiękiem. Należy jednak zauważyć, że z fizycznego punktu widzenia same fale ruchu wibracyjnego uważamy za dźwięk, niezależnie od tego, czy ludzkie ucho je słyszy, czy nie. Ważne jest również to, że dźwięk potrzebuje środka transportu. Może podróżować przez dowolne medium, ale jak wspomniano na wstępie, nie w próżni. W przestrzeni kosmicznej nie ma dźwięku, ponieważ nie ma medium do przenoszenia drgań dźwiękowych. Kiedy wibracje są szybkie, słyszymy wysokie dźwięki, a gdy jest wolny, słyszymy niskie dźwięki.

Charakterystyka fal dźwiękowych

Dźwięki są zwykle słyszalne dla ludzkiego ucha, gdy ich częstotliwość i liczbę drgań można zmierzyć w kalibrze od 20 do 20 000 na sekundę, ale zakres ten może się znacznie różnić w zależności od osoby. Fale dźwiękowe o częstotliwości niższej niż słyszalne nazywane są poddźwiękowymi lub infradźwiękami, a te, których częstotliwość przekracza zakres słyszalny, określane są jako ultradźwięki. Fala dźwiękowa jest zwykle reprezentowana graficznie za pomocą falistej, poziomej linii, ale ten wykres jest tylko reprezentacją, a nie rzeczywistym obrazem fali. Fala dźwiękowa powstaje dzięki zmianom ciśnienia, które  wywołane są wibracjami.

Istnieją obszary niskiego i wysokiego ciśnienia.

Obszary wysokiego ciśnienia są określane jako grzbiety, a obszary niskiego ciśnienia jako doliny, a fizyczna odległość między dwoma kolejnymi szczytami lub zagłębieniami fali dźwiękowej nazywana jest długością fali. Amplituda to stopień kompresji lub rozszerzania doświadczanego w środowisku, przez który przechodzi fala dźwiękowa. Duża amplituda oznacza głośny hałas, mała amplituda oznacza cichy hałas.

Częstotliwość odnosi się do szybkości, z jaką dany dźwięk przemieszcza się w powietrzu. Jest obliczany w cyklach na sekundę. Jednostką częstotliwości w układzie SI jest herc. Prędkość można obliczyć jako iloczyn częstotliwości i długości fali. Ze wzoru można jednak wywnioskować, że istnieje odwrotna zależność między częstotliwością a długością fali, co oznacza, że ​​np. dwukrotnie większa struna ma o połowę mniejszą liczbę drgań, a drgania o wyższej częstotliwości mają wyższy dźwięk. Prędkość dźwięku zależy od środowiska: 340 metrów/sekundę w powietrzu, 1500 metrów/sekundę w wodzie i wreszcie 2500 do 6000 metrów/sekundę w materii stałej.

Dzięki temu dźwięk lepiej rozchodzi się w ciałach stałych i cieczach, a zatem jest bardziej wyczuwalny. Prędkość dźwięku może być również zmieniana przez temperaturę przesyłanego medium, jednakże ta zmiana jest nieznaczna. W cieplejszym powietrzu dźwięk porusza się z nieco większą prędkością, podczas gdy w zimnym powietrzu prędkość przemieszczania się zmniejsza się nieco poniżej 340 metrów na sekundę. Ponieważ przewodność dźwięku zależy od gęstości środowiska, ciała stałe są lepszymi przewodnikami niż ciecze, a ciecze są bardziej wydajne niż gazy. Fale dźwiękowe mogą odbijać się, załamywać, zginać i być pochłaniane, podobnie jak fale świetlne. Odbicie fal dźwiękowych może skutkować echem – ważnym czynnikiem w akustyce teatrów i audytoriów.

Fala dźwiękowa może być wzmocniona przez fale z ciała o tej samej częstotliwości wibracji, ale połączenie fal o różnych częstotliwościach wibracji może spowodować uderzenia lub pulsacje, lub inne rodzaje zakłóceń. Warto zastanowić się  nad tym, co oznacza prędkość 340 metrów na sekundę, mierzona w powietrzu. Być może jest to bardziej zauważalne, jeśli zostanie przekonwertowane na format kilometra na godzinę, tutaj odpowiada to wartości 1224. Z taką prędkością są w stanie latać myśliwce. Samoloty ponaddźwiękowe są w stanie przekroczyć prędkość dźwięku. Dźwięk “grzmotu”, który pojawia się w momencie przejścia tej bariery, nazywany jest eksplozją dźwiękową.

Co to jest słuch?

W przeciwieństwie do percepcji węchowej lub smakowej opartej na interakcjach chemicznych słuch jest procesem mechanicznym, w którym ucho przekształca wyczuwane fale dźwiękowe na sygnały elektryczne, które mózg może zrozumieć. Nasz aparat słuchowy składa się z wielu działających elementów. Ucho zewnętrzne zbiera dźwięki, które wibrują na błonie bębenkowej w uchu środkowym. Ucho wewnętrzne odbiera te wibracje i wysyła je do nerwu słuchowego. Impulsy te w końcu dostają się do naszego mózgu, który przekłada je na to, co słyszymy. Słuch zatem odnosi się do świadomości obecności dźwięków i określenia znaczenia dźwięku. Zaczyna się jako wibracja, która dociera do mózgu przez układ słuchowy – tam, gdzie faktycznie słyszymy.

Co to jest decybel i jak jest mierzony?

Decybel (w skrócie dB) to jednostka miary używana do pomiaru natężenia dźwięku. Skala decybelowa jest trochę dziwna, ponieważ ludzkie ucho jest niezwykle wrażliwe. Nasze uszy dużo słyszą, od delikatnych pieszczot palców po irytująco głośny silnik samolotów odrzutowych. Pod względem wydajności dźwięk silnika odrzutowego jest około 1 bilion razy głośniejszy niż najmniejszy słyszalny dźwięk. To ogromna różnica! W skali decybeli najmniejszy słyszalny dźwięk (bliski całkowitej ciszy) wynosi 0 dB. Dziesięciokrotnie mocniejszy dźwięk to 10 dB. Dźwięk jest 100 razy głośniejszy niż prawie całkowita cisza przy 20 dB. Dźwięk prawie 1000 razy głośniejszy niż prawie całkowita cisza. Oto kilka typowych dźwięków i ich decybeli:

• Prawie całkowita cisza – 0 dB
• Szept – 15 dB
• Normalna rozmowa – 60 dB
• Kosiarka – 90 dB
• Klakson samochodu – 110 dB
• Koncert rockowy lub silnik odrzutowy – 120 dB
• Jeden strzał lub petarda – 140 dB

Oczywiście z własnego doświadczenia wiemy, że odległość znacząco wpływa na natężenie dźwięku – gdy jesteśmy daleko, siła znacznie się zmniejsza. Każdy dźwięk powyżej 85 dB może powodować utratę słuchu, a ta utrata jest związana z głośnością dźwięku i długością ekspozycji. Osiem godzin dźwięku o natężeniu 90 dB może uszkodzić ucho, a każda ekspozycja na dźwięk o natężeniu 140 dB spowoduje natychmiastowe uszkodzenie i rzeczywisty ból.

IA