Ääni

Selitämme äänen, sen ominaisuudet, miten se esiintyy, ja kuinka tyypit ovat

Kuvio 1. Ääniesteen repeämä

Mikä on ääni?

Hän ääni Se määritellään häiriöksi, että leviämällä väliaineeseen, kuten ilmaa, vuorotellen tuottaa kompressioita ja laajennuksia. Nämä ilmanpaineen ja tiheyden muutokset saavuttavat korvan ja aivot tulkitsevat ne kuulonsaisiksi.

Äänet seuraavat elämään sen perustamisesta lähtien, koska ne ovat osa työkaluja, jotka eläinten on kommunikoitava keskenään ja ympäristönsä kanssa. Jotkut ihmiset sanovat, että myös kasvit kuuntelevat, mutta joka tapauksessa he voisivat havaita ympäristön värähtelyn, vaikka heillä ei olisi kuulonlaitetta, kuten korkeampia eläimiä.

Äänen käytön lisäksi kommunikointiin puheen kautta ihmiset käyttävät sitä taiteellisena ilmaisuna musiikin kautta. Kaikilla kulttuureilla, jotka ovat vanhoja ja viimeaikaisia, on kaikenlaisia ​​musiikillisia ilmenemismuotoja, joiden kautta heidän tarinansa, tapansa, uskonnolliset vakaumukset ja tunteet kertovat.

Ääniominaisuudet (ominaisuudet)

Yksinkertaisimmassa muodossaan ääniaalto voidaan kuvata sinimuotoisena aaltona, joka leviää ajan ja tilan, kuten alhaisempi. Siellä havaitaan, että aalto on jaksollinen, ts. Sillä on muoto, joka toistetaan ajan myötä.

Koska pitkittäinen aalto, etenemissuunta ja suunta, jossa värähtelevät väliaineen hiukkaset ovat samat.

Ääniaallon parametrit

Kuva 2. Ääni on pitkittäinen aalto, häiriö leviää samaan suuntaan, jossa molekyylit kokevat siirtymänsä. Lähde: Wikimedia Commons.

Ääniaallon parametrit ovat:

• T -ajanjakso: On aika, joka kuluu aaltovaiheen toistamiseen. Kansainvälisessä järjestelmässä se mitataan sekunnissa.
• Kiertää: Se on jakson sisällä oleva aallon osa ja peittää pisteen toiseen, ja sama korkeus ja sama kaltevuus. Se voi olla laaksosta toiseen, harjasta toiseen tai mistä tahansa pisteestä toiseen, joka täyttää kuvatun määritelmän.
• Aallonpituus λ: Se on etäisyys yhden harjanteen ja toisen aallon välillä, yhden laakson ja toisen välillä tai yleensä yhden pisteen ja seuraavan välillä samalla korkeudella ja vireillä. Pituus mitataan metreinä, vaikka muut yksiköt ovat sopivampia aaltotyypistä riippuen.
• Taajuus f: Se on määritelty jaksojen lukumääränä aikayksikköä kohti. Hänen yksikkö on Hertz (Hz).
• Amplitudi A: vastaa suurimman aallonkorkeutta vaaka -akselin suhteen.

Kuinka ääni tuottaa ja levittää?

Ääni tapahtuu, kun materiaaliväliaineeseen upotettu esine värisee. Häiriöiden leviäessä energia siirtyy keskisuuriin molekyyleihin, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään laajentumisten ja kompressioiden kautta. Äänen leviämiseen tarvitaan aina materiaaliväliainetta, onko kiinteä, neste tai kaasu.

Kun ilmanhäiriöt saavuttavat korvan, ilmanpaineen vaihtelut tekevät korvasta viberin. Tämä johtaa sähköisiin impulsseihin, jotka kuulonhermo välittää aivoihin, ja kun impulssit käännetään ääneksi.

Äänenopeus

Mekaanisten aaltojen nopeus tietyssä väliaineessa seuraa tätä suhdetta:

Voi palvella sinua: äänen diffraktio: Mikä on, esimerkkejä, sovelluksia

Ääni on mekaaninen aalto, siksi äänen nopeus väliaineessa riippuu siitä, kuinka puristettava se on (joustava ominaisuus) ja kuinka tiheä (inertiaalinen ominaisuus).

Esimerkiksi levittäessäsi kaasua, kuten ilmaa, äänen nopeus voidaan laskea seuraavasti:

Missä B on ilma- tai keskipiippuvuusmoduuli ja ρ sen tiheys. Ilmassa äänen nopeus on 343 m/s, mutta tämä arvo, vaikka sitä voidaan pitää vakiona monissa sovelluksissa, vaikuttaa muut muuttujat, kuten lämpötila.

Kun lämpötila nousee, myös äänen nopeus tapahtuu, koska keskisuuret molekyylit ovat halukkaampia värähtelemään ja lähettämään värähtelyn liikkeidensä läpi. Toisaalta paine ei vaikuta sen arvoon.

Aallonpituuden ja taajuuden välinen suhde

Olemme jo nähneet, että ajanjakso on ajanjakso, joka kuluu ajanjakson ajan, kun aallon aalto on aallonpituus, joka kulkee aallonpituudella. Siksi äänen nopeus V määritellään seuraavasti:

V = λ/t

Toisaalta taajuus ja ajanjakso ovat toisiinsa liittyviä, koska ne ovat käänteinen, kuten tämä:

F = 1/t

Joka johtaa:

v = λ.F

Ihmisten kuuluva taajuusalue on välillä 20-20.000 Hz, siksi äänen aallonpituus on välillä 1.7 cm ja 17 m edellisen yhtälön arvoja vaihdettaessa.

Nämä aallonpituudet ovat yleisten esineiden kokoa, mikä vaikuttaa äänen etenemiseen, koska aalto on heijastus, taittuminen ja diffraktio, kun kohtaat esteitä.

Diffraktion kokeilu tarkoittaa, että ääni vaikuttaa, kun se toimii esteillä ja aukkoilla, joiden koko on samanlainen kuin sen tai pienempi aallonpituus.

Vakavat äänet voivat levitä paremmin pitkien etäisyyksien kautta, joten norsut käyttävät infratsonisia (erittäin matalan taajuuden ääniä, kuultamattomia ihmisen korvalle) kommunikoidakseen laajojen alueidensa kautta.

Myös läheisessä huoneessa on musiikkia, matalat kuullaan paremmin kuin akuutteja, koska niiden aallonpituus on enemmän tai vähemmän samanlainen kuin ovien ja ikkunoiden koko. Toisaalta, kun he poistuvat huoneesta, akuutit äänet menetetään helposti ja siksi he lopettavat kuuntelun.

Kuinka ääni mitataan?

Ääni koostuu sarjan kompressioista ja ilman harvinaisista toimista, joten levittäessä ääni aiheuttaa ja pienenee paineen. Kansainvälisessä järjestelmässä paine mitataan Pascalissa, mikä on lyhennetty PA.

Mitä tapahtuu, on se, että nämä muutokset ovat hyvin pieniä ilmakehän paineeseen verrattuna, mikä on noin 101 arvoinen.000 PA.

Jopa intensiivisimmät äänet tuottavat vain noin 20-30 Pa: n vaihtelut (kipukynnys), melko pieni määrä verrattuna. Mutta jos nämä muutokset mitataan, on tapa mitata ääni.

Äänipaine on ero ilmakehän paineen ja äänen ja ilmakehän paineen välillä ilman ääntä. Kuten olemme sanoneet, intensiivisimmät äänet tuottavat 20 pA: n äänipaineita, kun taas heikoin syy noin 0.00002 PA (äänikynnys).

Koska äänipainevalikoima kattaa useita 10 voimaa, olisi kätevää käyttää logaritmista asteikkoa osoittaakseen ne.

Voi palvella sinua: Satunnainen virhe: kaava ja yhtälöt, laskenta, esimerkit, harjoitukset

Toisaalta määritettiin, että ihmiset kokevat muutokset pienissä voimakkaissa äänissä kuin yhtä suuret muutokset, mutta voimakkaammissa äänissä intensiivisempiä.

Esimerkiksi, jos äänenpaine nousee 1, 2, 4, 8, 16 ..., korvan havainnot lisääntyvät 1, 2, 3, 4 ... intensiteetissä. Siksi on kätevää määritellä uusi suuruus nimeltään Äänenpainetaso (Äänenpainetaso) l_P, määritelty:

Lens_P = 20 log (P₁ / P_jompikumpi-A

Missä p_jompikumpi Se on kuulokynnyksenä ja P₁ Se on Tehokas keskimääräinen paine tai RMS -paine. Tämä RMS tai keskimääräinen paine havaitsee korvan keskimääräisenä äänisignaalin energiana.

Desibelit

Edellisen l: n tulos L: lle_P, Kun arvioidaan erilaisia ​​P -arvoja₁, Se on annettu desibelit, Ylimääräinen määrä. Äänenpainetason ilmaiseminen on erittäin kätevää, koska logaritmit muuttavat suuret numerot pienemmille ja hallittaviksi numeroiksi.

Monissa tapauksissa se on kuitenkin suositeltavaa käyttää äänenvoimakkuus Desibelien määrittäminen eikä äänenpaine.

Äänen voimakkuus on energia, joka virtaa sekunnin ajan (teho) yhtenäisen pinnan läpi suuntautuneena kohtisuoraan suuntaan, johon aalto etenee. Kuten äänenpaine, se on skalaarinen suuruus ja merkitsee kuten minä. I: n yksiköt ovat w/m², eli voima yksikköä kohti.

Voidaan osoittaa, että äänen voimakkuus on verrannollinen äänenpaineen neliöön:

I = P² /ρc

Tässä lausekkeessa ρ on väliaineen tiheys ja C on äänen nopeus. Sitten Äänenvoimakkuus Lens_Yllyttää kuten:

Lens_Yllyttää = 10 log (i₁ / Yo_jompikumpi-A

Joka ekspressoituu myös desibeleinä ja joskus näyttää olevan merkitty kreikkalaisella kirjaimella β. Viitearvo I_jompikumpi on 1 x 10^-12 W/m². Tällä tavalla 0 dB edustaa ihmisen kuulon alarajaa, kun taas kipukynnys on 120 dB.

Koska se on logaritminen asteikko, on välttämätöntä korostaa, mitkä pienet erot desibelien määrällä on suuri ero äänenvoimakkuudessa.

Soundometri

Ääni tai desibelimetri on laite, jota käytetään äänenpaineen mittaamiseen, mikä osoittaa desibelien mittauksen. On suunniteltu vastaamaan häneen samalla tavalla kuin ihmisen korva tekisi sen.

Kuva 3. Sonometriä tai desibelimetriä käytetään äänenpainetason mittaamiseen. Lähde: Wikimedia Commons.

Se koostuu mikrofonista signaalin keräämiseksi, lisää piirejä vahvistimilla ja suodattimilla, jotka ovat vastuussa tämän signaalin muun muuntamisesta sähkövirtaan, ja lopulta asteikosta tai näytöksestä, missä lukemisen tulos näyttää.

Niitä käytetään paljon määrittämään tietyillä meluilla olevat vaikutukset ihmisiin ja ympäristöön. Esimerkiksi melua tehtaissa, teollisuudessa, lentokentällä, liikennekelulla ja monissa muissa.

Äänityypit

Äänille on ominaista sen taajuus. Niiden mukaan, jotka ihmisen korva voi vangita, kaikki äänet luokitellaan kolmeen luokkaan: niille, jotka voimme kuulla tai Kuuluspektri, Ne, jotka ovat usein äänen spektrin alarajan alapuolella tai Infrasonides, Ja ne, jotka ovat ylärajan yläpuolella, kutsutaan ultraääni.

Joka tapauksessa, koska ääniaallot voidaan päällekkäin lineaarisesti, jokapäiväinen äänet, jotka tulkitsemme joskus ainutlaatuisiksi, ovat tosiasiallisesti erilaisia ​​ääniä, joilla on erilaiset, mutta läheiset taajuudet.

Voi palvella sinua: suljettu sähköpiiriKuva 4. Äänispektri ja taajuusalueet. Lähde: Wikimedia Commons.

Kuuluspektri

Ihmisenkorva on suunniteltu kaappaamaan laaja taajuusalue: välillä 20 - 20.000 Hz. Mutta kaikkia tämän alueen taajuuksia ei havaita samalla intensiteetillä.

Korva on herkempi taajuuskaistalla välillä 500–6.000 Hz. On kuitenkin muitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat äänen havaitsemiskykyyn, kuten ikä.

Infrasonides

Ne ovat ääniä, joiden taajuus on alle 20 Hz, mutta se, että ihmiset eivät voi kuunnella niitä, ei tarkoita, että muut eläimet eivät voi tehdä sitä. Esimerkiksi norsut käyttävät niitä kommunikoimaan, koska infrasonidit voivat matkustaa pitkiä matkoja.

Muut eläimet, kuten tiikeri, käyttävät niitä tainnuttaakseen saaliinsa. Infrasonideja käytetään myös suurten esineiden havaitsemisessa.

Ultraääni

On yli 20 taajuuksia.000 Hz ja niitä käytetään laajasti monilla aloilla. Yksi ultraäänen merkittävimmistä käyttötavoista on lääketieteen työkalu, sekä diagnostinen että hoito. Ultraäänillä saadut kuvat eivät ole -invasiivisia eivätkä käytä ionisoivaa säteilyä.

Ultraääntä käytetään myös rakenteiden vikojen löytämiseen, etäisyyksien määrittämiseen, esteiden havaitsemiseen navigoinnin aikana ja paljon muuta. Eläimet käyttävät myös ultraääntä, ja itse asiassa heidän olemassaolonsa löydettiin.

Lepakot säteilevät äänipulsseja ja tulkitsevat sitten kaiku, jonka ne tuottavat etäisyyksien arvioimiseksi ja patojen löytämiseksi. Omasta puolestaan ​​koirat voivat myös kuunnella ultraääntä ja siksi he reagoivat koiran pilliin, jota heidän omistajansa ei kuule.

Yksiselääke ja stereoääni

Kuva 4. Tallennustutkimuksessa ääntä muokkaa oikein elektroniset laitteet

Monofoninen ääni on tallennettu signaali yhdellä mikrofonilla tai äänikanavalla. Kuunnellessasi kuulokkeilla tai äänivirheillä, molemmat korvat kuulevat täsmälleen saman. Toisaalta, stereoäänen tietueet signaalit kahdella riippumattomalla mikrofonilla toistensa kanssa.

Mikrofonit sijaitsevat eri asennoissa, jotta ne voivat kerätä erilaisia ​​äänipaineita siitä, mitä haluat tallentaa.

Sitten jokainen korva vastaanottaa yhden näistä signaalisarjoista, ja kun aivot yhdistävät ja tulkitsevat ne, tulos on paljon realistisempi kuin monofonisten äänien kuunnettaessa. Siksi se on suositeltava menetelmä musiikin ja elokuvan suhteen, vaikka yksittäistä tai monoauralista ääntä käytetään edelleen radiossa, etenkin haastatteluissa ja keskusteluissa.

Homofonia ja moniääninen

Musiikillisesti ottaen homofonia koostuu samasta melodiasta, jota soittavat kahden tai useamman äänen tai soittimella. Toisaalta kaksi tai useampia ääniä tai instrumentteja esiintyy polyfoniassa, jotka seuraavat melodioita ja jopa erilaisia ​​rytmejä. Näistä äänistä johtuva sarja on harmoninen, kuten Bachin musiikki.

Vakavat ja akuutit äänet

Ihmisen korva syrjii äänitaajuuksia, kuten akuutteja, vakavia tai sukkahousuja. Tätä kutsutaan sävy ääni.

Korkeimmat taajuudet, välillä 1600 - 20.000 Hz: tä pidetään akuuttina ääninä, 400–1600 Hz: n välinen kaista vastaa keskikokoisia ääniä ja lopulta 20 -400 Hz: n taajuudet ovat vakavia ääniä.

Vakavat äänet eroavat akuutista äänistä, joissa entiset pidetään syvinä, pimeinä ja ryntäminä, kun taas jälkimmäiset ovat kevyitä, selkeitä, iloisia ja tunkeutuvia. Korva tulkitsee ne myös voimakkaammiksi, toisin kuin vakavat äänet, jotka tuottavat vähemmän intensiteetin tunne.