Geluid

We leggen uit wat het geluid, de kenmerken ervan, hoe het zich voordoet en de typen die zijn

Figuur 1. Breuk van de geluidsbarrière

Wat is het geluid?

Hij geluid Het wordt gedefinieerd als een verstoring die door zich in een medium -achtige lucht te verspreiden, afwisselend compressies en uitbreidingen erin produceert. Deze veranderingen in luchtdruk en dichtheid bereiken het oor en worden door de hersenen geïnterpreteerd als auditieve sensaties.

De geluiden begeleiden het leven sinds de oprichting, als onderdeel van de tools die dieren moeten communiceren met elkaar en met hun omgeving. Sommige mensen zeggen dat planten ook luisteren, maar in elk geval kunnen ze de trillingen van de omgeving waarnemen, zelfs als ze geen auditief apparaat hebben, zoals hogere dieren.

Naast het gebruik van geluid om door spraak te communiceren, gebruiken mensen het als een artistieke uitdrukking via muziek. Alle culturen, oude en recente, hebben allerlei soorten muzikale manifestaties, waardoor hun verhalen, gewoonten, religieuze overtuigingen en gevoelens vertellen.

Geluidskenmerken (eigenschappen)

In zijn eenvoudigste vorm kan een geluidsgolf worden omschreven als een sinusvormige golf, die zich over de tijd en de ruimte verspreidt, zoals die lager. Daar wordt opgemerkt dat de golf periodiek is, dat wil zeggen, het heeft een vorm die in de loop van de tijd wordt herhaald.

Als een longitudinale golf, zijn de voortplantingsrichting en de richting waarin de deeltjes van het medium die trillen hetzelfde zijn, zijn hetzelfde.

Geluidsgolfparameters

Figuur 2. Het geluid is een longitudinale golf, de verstoring verspreidt zich in dezelfde richting waarin de moleculen hun verplaatsing ervaren. Bron: Wikimedia Commons.

De parameters van een geluidsgolf zijn:

• T -periode: Het is de tijd die nodig is om een ​​golffase te herhalen. In het internationale systeem wordt het in seconden gemeten.
• Fiets: Het is het deel van de golf in de periode en bedekt van het ene punt naar het andere met dezelfde hoogte en dezelfde helling. Het kan van de ene vallei naar de andere zijn, van de ene top tot de volgende of van enig punt naar de andere die voldoet aan de beschreven specificatie.
• Golflengte λ: Het is de afstand tussen de ene top en een andere van de golf, tussen de ene vallei en de andere, of in het algemeen tussen het ene punt en het volgende met dezelfde hoogte en in behandeling. Een lengte zijn wordt gemeten in meters, hoewel andere eenheden geschikter zijn, afhankelijk van het type golf.
• Frequentie f: Het wordt gedefinieerd als het aantal cycli per tijdseenheid. Zijn eenheid is de Hertz (Hz).
• Amplitude A: komt overeen met de maximale golfhoogte ten opzichte van de horizontale as.

Hoe produceert geluid en verspreidt zich?

Het geluid treedt op wanneer een object dat in een materiaalmedium wordt ondergedompeld, wordt getribpt. Naarmate de verstoring zich verspreidt, wordt energie overgebracht naar de middelgrote moleculen, die met elkaar interageren, door uitbreidingen en compressies. Een materiaalmedium is altijd nodig voor het verspreiden van geluid, of het nu vast, vloeistof of gas.

Wanneer luchtstoornissen het oor bereikt, maken variaties in luchtdruk de trommelvliesviber. Dit resulteert in elektrische impulsen die door de gehoorzenuw naar de hersenen worden overgedragen, en zodra de impulsen in geluid zijn vertaald.

De snelheid van het geluid

De snelheid van mechanische golven in een bepaald medium volgt deze relatie:

Kan u van dienst zijn: diffractie van geluid: wat is voorbeelden, toepassingen

Geluid is een mechanische golf, daarom is de snelheid van het geluid in een medium afhankelijk van hoe samendrukbaar het is (elastische eigenschap) en hoe dicht (traagheidsigenschap).

Bijvoorbeeld wanneer het zich voortplant in een gas zoals lucht, kan de snelheid van geluid worden berekend als:

Waarbij B de lucht- of middelgrote samendrukbaarheidsmodule is en ρ zijn dichtheid. In de lucht is de snelheid van het geluid 343 m/s, maar deze waarde, hoewel deze voor veel toepassingen constant kan worden beschouwd, wordt beïnvloed door andere variabelen zoals temperatuur.

Wanneer de temperatuur stijgt, doet de snelheid van het geluid ook, omdat de middelgrote moleculen meer bereid zijn te trillen en de trillingen door hun bewegingen over te dragen. De druk aan de andere kant heeft geen invloed op de waarde.

Relatie tussen golflengte en frequentie

We hebben al gezien dat de tijd die de golf nodig heeft om een ​​cyclus te voltooien de periode is, terwijl de afgelegde afstand in die periode gelijk is aan een golflengte. Daarom wordt de snelheid V van het geluid gedefinieerd als:

V = λ/t

Aan de andere kant zijn de frequentie en de periode gerelateerd, als een omgekeerde van de ander, zoals deze:

F = 1/t

Wat leidt tot:

v = λ.F

Het hoorbare frequentiebereik bij mensen ligt tussen 20 en 20.000 Hz, daarom is de golflengte van het geluid tussen 1.7 cm en 17 m Bij het vervangen van de waarden in de vorige vergelijking.

Deze golflengten zijn de grootte van gemeenschappelijke objecten, die de verspreiding van geluid beïnvloeden, omdat het een golf is, reflectie, breking en diffractie ervaart wanneer u obstakels ontmoet.

Experimenteren diffractie betekent dat het geluid wordt beïnvloed wanneer het loopt met obstakels en openingen waarvan de grootte vergelijkbaar is met de of kleinere golflengte.

Ernstige geluiden kunnen zich beter verspreiden over lange afstanden, zodat olifanten infrasone gebruiken (zeer lage frequentiegeluiden, onhoorbaar voor menselijk oor) om te communiceren door hun uitgebreide gebieden.

Ook wanneer er muziek in een nabijgelegen kamer is, worden de lage beter gehoord dan de acute, omdat hun golflengte min of meer lijkt op de grootte van deuren en ramen. Aan de andere kant, wanneer ze de kamer verlaten, gaan de acute geluiden gemakkelijk verloren en daarom stoppen ze met luisteren.

Hoe wordt geluid gemeten?

Het geluid bestaat uit een reeks compressies en rarefacties van de lucht, zodat het geluid tijdens het verspreiden toeneemt en de druk afneemt en afneemt. In het internationale systeem wordt de druk gemeten in Pascal, dat is afgekort PA.

Wat er gebeurt, is dat deze veranderingen erg klein zijn in vergelijking met atmosferische druk, wat ongeveer 101 waard is.000 PA.

Zelfs de meest intense geluiden produceren schommelingen van ongeveer 20-30 PA (pijndrempel), een vrij kleine hoeveelheid vergeleken. Maar als deze wijzigingen worden gemeten, is er een manier om het geluid te meten.

Geluidsdruk is het verschil tussen atmosferische druk met geluid en atmosferische druk zonder geluid. Zoals we hebben gezegd, produceren de meest intense geluiden een geluidsdruk van 20 PA, terwijl de zwakste oorzaak ongeveer 0.00002 PA (geluidsdrempel).

Aangezien het bereik van geluidsdrukken verschillende krachten van 10 bestrijkt, zou het handig zijn om een ​​logaritmische schaal te gebruiken om ze aan te geven.

Kan u van dienst zijn: Willekeurige fout: formule en vergelijkingen, berekening, voorbeelden, oefeningen

Aan de andere kant werd vastgesteld dat mensen de veranderingen in weinig intense geluiden waarnemen, dan veranderingen van gelijke grootte, maar in intense klinkt intenser.

Als de geluidsdruk bijvoorbeeld toeneemt met 1, 2, 4, 8, 16 ..., neemt het oor de toename van 1, 2, 3, 4 ... in intensiteit. Daarom is het handig om een ​​nieuwe omvang te definiëren Geluidsdruk niveau (Geluidsdrukniveau) l_P, gedefinieerd als:

L_P = 20 logboek (P₁ / P_of))

Waar P_of Het is de referentiedruk die wordt genomen als hoorhoorspoel en P₁ Het is de Effectieve gemiddelde druk of RMS -druk. Deze rms of gemiddelde druk is degene die het oor als de gemiddelde geluidssignaalergie beschouwt.

Decibel

Het resultaat van de vorige uitdrukking voor l_P, Wanneer geëvalueerd op verschillende P -waarden₁, Het wordt gegeven in decibel, Een extra bedrag. Het uiten van het geluidsdrukniveau is erg handig, omdat logaritmen grote getallen veranderen in kleinere en beter beheersbare nummers.

In veel gevallen heeft het echter de voorkeur om de geluidsintensiteit Om de decibel te bepalen, en niet de geluidsdruk.

De intensiteit van het geluid is de energie die een seconde (kracht) door een eenheidsoppervlak georiënteerd loodrecht stroomt in de richting waarin de golf zich voortplant. Net als de geluidsdruk, is het een scalaire grootte en duidt op zoals ik. De eenheden van ik zijn w/m², dat wil zeggen stroom per eenheid gebied.

Het kan worden aangetoond dat de intensiteit van het geluid evenredig is met het kwadraat van de geluidsdruk:

I = P² /ρc

In deze uitdrukking is ρ de dichtheid van het medium en C is de snelheid van het geluid. Dan de Geluidsintensiteitsniveau L_Je als:

L_Je = 10 log (i₁ / Yo_of))

Die ook tot expressie wordt gebracht in decibel en soms wordt aangegeven met de Griekse letter β. De referentiewaarde i_of is 1 x 10^-12 W/m². Op deze manier vertegenwoordigt 0 dB de ondergrens van het menselijk gehoor, terwijl de pijndrempel in 120 dB is.

Omdat het een logaritmische schaal is, is het noodzakelijk om te benadrukken welke kleine verschillen de hoeveelheid decibel een groot verschil maken in termen van geluidsintensiteit.

De soundometer

Een geluid of decibelimeter is een apparaat dat wordt gebruikt om de geluidsdruk te meten, wat de maat in decibel aangeeft. Is ontworpen om op haar te reageren op dezelfde manier als het menselijk oor dat zou doen.

figuur 3. De sonometer of decibelimeter wordt gebruikt om het geluidsdrukniveau te meten. Bron: Wikimedia Commons.

Het bestaat uit een microfoon om het signaal te verzamelen, meer circuits met versterkers en filters, die verantwoordelijk zijn voor het correct transformeren van dit signaal in een elektrische stroom, en ten slotte een schaal of scherm waar het resultaat van de lezing moet worden weergegeven.

Ze worden veel gebruikt om de impact te bepalen die bepaalde geluiden hebben op mensen en in de omgeving. Bijvoorbeeld lawaai in fabrieken, industrieën, luchthavens, verkeerslawaai en vele anderen.

Geluidstypes

Geluid wordt gekenmerkt door de frequentie. Volgens die die het menselijke oor kan vastleggen, worden alle geluiden ingedeeld in drie categorieën: die we kunnen horen of Hoorbaar spectrum, Die die vaak onder de ondergrens van het hoorbare spectrum zijn of Infrasoniden, En die die boven de bovengrens staan, genoemd ultrasond.

Aangezien geluidsgolven in elk geval lineair kunnen worden opgelegd, zijn alledaagse geluiden, die we soms interpreteren als de unieke, eigenlijk van verschillende geluiden met verschillende maar nauwe frequenties.

Kan u van dienst zijn: gesloten elektrisch circuitFiguur 4. Geluidsspectrum en frequentiebereiken. Bron: Wikimedia Commons.

Hoorbaar spectrum

Het menselijk oor is ontworpen om een ​​breed scala aan frequenties vast te leggen: tussen 20 en 20.000 Hz. Maar niet alle frequenties in dit bereik worden met dezelfde intensiteit waargenomen.

Het oor is gevoeliger in de frequentieband tussen 500 en 6.000 Hz. Er zijn echter andere factoren die de capaciteit voor perceptie van geluid beïnvloeden, zoals leeftijd.

Infrasoniden

Het zijn de geluiden waarvan de frequentie minder is dan 20 Hz, maar het feit dat mensen niet naar hen kunnen luisteren, betekent niet dat andere dieren het niet kunnen doen. Olifanten gebruiken ze bijvoorbeeld om te communiceren, omdat infrasoniden lange afstanden kunnen afleggen.

Andere dieren, zoals de tijger, gebruiken ze om hun prooi te verdoven. Infrasoniden worden ook gebruikt bij de detectie van grote objecten.

Ultrasond

Hebben frequenties groter dan 20.000 Hz en worden op veel gebieden veel gebruikt. Een van de meest opvallende toepassingen van echografie is als een hulpmiddel voor geneeskunde, zowel diagnostische als behandeling. De beelden verkregen door echografie zijn niet -invasief en maken geen gebruik van ioniserende straling.

Echografie wordt ook gebruikt om structuren te vinden, storingen te bepalen, afstanden te bepalen, obstakels te detecteren tijdens navigatie en meer. Dieren gebruiken ook echografie, en in feite was het hoe hun bestaan ​​werd ontdekt.

De vleermuizen stoten geluidspulsen uit en interpreteren vervolgens de echo die ze produceren om afstanden te schatten en de dammen te vinden. Van hun kant kunnen honden ook naar echografie luisteren en daarom reageren ze op hondenfluit dat hun eigenaar niet kan horen.

SingleFonic Sound and Stereo Sound

Figuur 4. In een opnamestudie wordt het geluid correct gewijzigd door elektronische apparaten

Het monofonische geluid is een opgenomen signaal met een enkele microfoon of audiokanaal. Bij het luisteren met hoofdtelefoon of geluidsgeestjes horen beide oren exact hetzelfde. Aan de andere kant signalen van Stereo Sound Records met twee onafhankelijke microfoons met elkaar.

De microfoons bevinden zich in verschillende posities, zodat ze verschillende geluidsdruk kunnen verzamelen van wat u wilt opnemen.

Vervolgens ontvangt elk oor een van deze signaalsets, en wanneer de hersenen samenbrengt en interpreteert, is het resultaat veel realistischer dan bij het luisteren naar monofonische geluiden. Daarom is het de voorkeursmethode als het gaat om muziek en bioscoop, hoewel het single of monoaurale geluid nog steeds wordt gebruikt op de radio, vooral voor interviews en gesprekken.

Homofonie en polyfonie

Muzikaal gesproken bestaat homofonie uit dezelfde melodie gespeeld door twee of meer stemmen of instrumenten. Aan de andere kant verschijnen twee of meer stemmen of instrumenten in de polyfonie die volgen op melodieën en zelfs verschillende ritmes. De set die het gevolg is van deze geluiden is harmonieus, zoals de muziek van Bach.

Serieuze en acute geluiden

Menselijk oor onderscheidt hoorbare frequenties zoals acute, ernstige of kousen. Dit is wat bekend staat als de toon geluid.

De hoogste frequenties, tussen 1600 en 20.000 Hz, worden beschouwd als acute geluiden, de band tussen 400 en 1600 Hz komt overeen met medium -tone geluiden en ten slotte zijn de frequenties in het bereik van 20 tot 400 Hz de ernstige tonen.

Ernstige geluiden verschillen van de acute waarin de eerste worden ervaren als diep, donker en gerommel, terwijl de laatste licht, helder, vrolijk en doordringend zijn. Het oor interpreteert ze ook als intenser, in tegenstelling tot serieuze geluiden, die het gevoel van minder intensiteit produceren.