Bunyi

Kami menerangkan apa bunyi, ciri -cirinya, bagaimana ia berlaku dan jenisnya

Rajah 1. Pecah halangan bunyi

Apa itu suara?

Dia Bunyi Ia ditakrifkan sebagai gangguan yang dengan menyebarkan dalam medium seperti udara, secara bergantian menghasilkan tekanan dan ekspansi di dalamnya. Perubahan tekanan udara dan ketumpatan udara mencapai telinga dan ditafsirkan oleh otak sebagai sensasi pendengaran.

Bunyi mengiringi kehidupan sejak penubuhannya, menjadi sebahagian daripada alat yang perlu dikomunikasikan oleh haiwan dan dengan persekitaran mereka. Sebilangan orang mengatakan bahawa tumbuh -tumbuhan juga mendengar, tetapi dalam apa jua keadaan mereka dapat melihat getaran alam sekitar walaupun mereka tidak mempunyai alat pendengaran seperti haiwan yang lebih tinggi.

Selain menggunakan bunyi untuk berkomunikasi melalui ucapan, orang menggunakannya sebagai ungkapan artistik melalui muzik. Semua budaya, lama dan baru -baru ini, mempunyai manifestasi muzik dari semua jenis, di mana cerita, adat istiadat, kepercayaan agama dan perasaan mereka.

Ciri -ciri Bunyi (sifat)

Dalam bentuk yang paling mudah, gelombang bunyi dapat digambarkan sebagai gelombang sinusoidal, menyebar dari masa ke masa dan ruang, seperti yang lebih rendah. Di sana diperhatikan bahawa gelombang berkala, iaitu, ia mempunyai bentuk yang diulang dari masa ke masa.

Menjadi gelombang membujur, arah penyebaran dan arah di mana zarah -zarah medium yang bergetar adalah sama adalah sama.

Parameter gelombang bunyi

Rajah 2. Suara adalah gelombang membujur, gangguan yang menyebar ke arah yang sama di mana molekul mengalami anjakan mereka. Sumber: Wikimedia Commons.

Parameter gelombang bunyi adalah:

• T -period: Inilah masanya untuk mengulangi fasa gelombang. Dalam sistem antarabangsa ia diukur dalam beberapa saat.
• Kitaran: Ia adalah sebahagian daripada gelombang yang terkandung dalam tempoh dan meliputi dari satu titik ke titik lain yang mempunyai ketinggian yang sama dan cerun yang sama. Ia boleh dari satu lembah ke seterusnya, dari satu puncak ke seterusnya atau dari mana -mana titik ke yang lain yang memenuhi spesifikasi yang diterangkan.
• Panjang gelombang λ: Ia adalah jarak antara satu puncak dan satu lagi gelombang, antara satu lembah dan yang lain, atau secara umum antara satu titik dan seterusnya dengan ketinggian yang sama dan belum selesai. Panjangnya diukur dalam meter, walaupun unit lain lebih sesuai bergantung pada jenis gelombang.
• Kekerapan f: Ia ditakrifkan sebagai bilangan kitaran per unit masa. Unitnya adalah Hertz (Hz).
• Amplitud A: sepadan dengan ketinggian gelombang maksimum berkenaan dengan paksi mendatar.

Bagaimana bunyi menghasilkan dan menyebarkan?

Bunyi berlaku apabila objek yang direndam dalam medium bahan bergetar. Apabila gangguan itu tersebar, tenaga dihantar ke molekul sederhana, yang berinteraksi antara satu sama lain, melalui ekspansi dan pemampatan. Medium bahan selalu diperlukan untuk penyebaran bunyi, sama ada pepejal, cecair atau gas.

Apabila gangguan udara mencapai telinga, variasi tekanan udara menjadikan viber gendang telinga. Ini mengakibatkan impuls elektrik yang dihantar ke otak oleh saraf pendengaran, dan apabila impuls diterjemahkan ke dalam bunyi.

Kelajuan suara

Kelajuan gelombang mekanikal dalam medium yang diberikan mengikuti hubungan ini:

Boleh melayani anda: Pembelahan bunyi: Apa, contoh, aplikasi

Bunyi adalah gelombang mekanikal, oleh itu kelajuan bunyi dalam medium akan bergantung pada bagaimana ia dapat dimampatkan (harta elastik) dan bagaimana padat (harta inersia).

Contohnya apabila menyebarkan dalam gas seperti udara, kelajuan bunyi boleh dikira sebagai:

Di mana b ialah modul mampatan udara atau sederhana dan ρ ketumpatannya. Di udara kelajuan bunyi adalah 343 m/s, tetapi nilai ini, walaupun ia dapat dianggap tetap untuk banyak aplikasi, dipengaruhi oleh pembolehubah lain seperti suhu.

Apabila suhu meningkat, kelajuan bunyi juga berlaku, kerana molekul sederhana lebih bersedia untuk bergetar dan menghantar getaran melalui pergerakan mereka. Tekanan di sisi lain tidak menjejaskan nilainya.

Hubungan antara panjang gelombang dan kekerapan

Kami telah melihat bahawa masa yang diperlukan untuk gelombang melengkapkan kitaran adalah tempoh, sementara jarak perjalanan dalam tempoh masa itu bersamaan dengan panjang gelombang. Oleh itu, kelajuan v bunyi ditakrifkan sebagai:

V = λ/t

Sebaliknya, kekerapan dan tempoh berkaitan, menjadi kebalikan dari yang lain, seperti ini:

F = 1/t

Yang membawa kepada:

V = λ.F

Julat kekerapan yang boleh didengar pada manusia adalah antara 20 dan 20.000 Hz, oleh itu panjang gelombang bunyi antara 1.7 cm dan 17 m ketika menggantikan nilai dalam persamaan sebelumnya.

Panjang gelombang ini adalah saiz objek biasa, yang mempengaruhi penyebaran bunyi, kerana menjadi gelombang, pengalaman refleksi, pembiasan dan pembelauan apabila anda menemui halangan.

Eksperimen difraksi bermaksud bahawa bunyi terjejas apabila ia berjalan dengan halangan dan bukaan yang saiznya sama dengan panjang gelombangnya atau lebih kecil.

Bunyi teruk dapat tersebar lebih baik melalui jarak jauh, jadi gajah menggunakan infrasonik (bunyi frekuensi yang sangat rendah, tidak dapat didengar oleh telinga manusia) untuk berkomunikasi melalui wilayah mereka yang luas.

Juga apabila terdapat muzik di bilik yang berdekatan, yang rendah didengar lebih baik daripada yang akut, kerana panjang gelombang mereka lebih kurang sama dengan saiz pintu dan tingkap. Sebaliknya, ketika mereka meninggalkan bilik, bunyi akut mudah hilang dan itulah sebabnya mereka berhenti mendengar.

Bagaimana bunyi diukur?

Bunyi terdiri daripada satu siri pemampatan dan jarang udara, sehingga apabila menyebarkan, bunyi menyebabkan peningkatan dan penurunan tekanan. Dalam sistem antarabangsa, tekanan diukur di Pascal, yang disingkat PA.

Apa yang berlaku ialah perubahan ini sangat kecil berbanding tekanan atmosfera, yang bernilai kira -kira 101.000 Pa.

Bahkan bunyi yang paling sengit menghasilkan turun naik kira-kira 20-30 pa (ambang kesakitan), jumlah yang agak kecil berbanding. Tetapi jika perubahan ini diukur, maka ada cara untuk mengukur bunyi.

Tekanan bunyi adalah perbezaan antara tekanan atmosfera dengan tekanan bunyi dan atmosfera tanpa bunyi. Seperti yang telah kita katakan, bunyi yang paling sengit menghasilkan tekanan bunyi sebanyak 20 pa, manakala penyebab paling lemah kira -kira 0.00002 PA (ambang bunyi).

Oleh kerana pelbagai tekanan bunyi merangkumi beberapa kuasa 10, ia akan mudah menggunakan skala logaritma untuk menunjukkannya.

Boleh melayani anda: ralat rawak: formula dan persamaan, pengiraan, contoh, latihan

Sebaliknya, ditentukan bahawa orang melihat perubahan dalam bunyi yang kuat, daripada perubahan magnitud yang sama tetapi dalam bunyi sengit lebih sengit.

Sebagai contoh, jika tekanan bunyi meningkat sebanyak 1, 2, 4, 8, 16 ..., telinga melihat kenaikan 1, 2, 3, 4 ... dalam intensiti. Inilah sebabnya mudah untuk menentukan magnitud baru yang disebut Tahap tekanan bunyi (Tahap tekanan bunyi) l_P, ditakrifkan sebagai:

L_P = 20 log (p₁ / P_{Sama ada})

Di mana p_{Sama ada} Ia adalah tekanan rujukan yang diambil sebagai ambang pendengaran dan p₁ Ia adalah Tekanan purata yang berkesan atau tekanan RMS. RMS atau tekanan purata ini adalah yang melihat telinga sebagai tenaga isyarat bunyi purata.

Decibels

Hasil ekspresi sebelumnya untuk l_P, Semasa dinilai untuk pelbagai nilai p₁, Ia diberikan dalam decibels, Jumlah tambahan. Menyatakan tahap tekanan bunyi sangat mudah, kerana logaritma menjadikan nombor besar menjadi nombor yang lebih kecil dan lebih mudah diurus.

Walau bagaimanapun, dalam banyak kes, lebih disukai menggunakan intensiti bunyi Untuk menentukan desibel, dan bukan tekanan bunyi.

Keamatan bunyi adalah tenaga yang mengalir untuk satu saat (kuasa) melalui permukaan kesatuan yang berorientasikan tegak lurus ke arah di mana gelombang menyebarkan. Seperti tekanan bunyi, ia adalah magnitud skalar dan menandakan seperti i. Unit saya adalah w/m², iaitu, kuasa per unit kawasan.

Ia dapat ditunjukkan bahawa intensiti bunyi adalah berkadar dengan persegi tekanan bunyi:

I = p² /ρc

Dalam ungkapan ini, ρ adalah ketumpatan medium dan c adalah kelajuan bunyi. Kemudian Tahap intensiti bunyi L_Yo sebagai:

L_Yo = 10 log (i₁ / Yo_{Sama ada})

Yang juga dinyatakan dalam desibel dan kadang -kadang kelihatan dilambangkan dengan huruf Yunani β. Nilai rujukan i_{Sama ada} adalah 1 x 10^-12 W/m². Dengan cara ini, 0 dB mewakili had bawah pendengaran manusia, manakala ambang kesakitan berada dalam 120 dB.

Oleh kerana ia adalah skala logaritma, adalah perlu untuk menekankan perbezaan kecil yang jumlah desibel membuat perbezaan besar dari segi intensiti bunyi.

Bunyi bunyi

Bunyi atau decibelimeter adalah peranti yang digunakan untuk mengukur tekanan bunyi, menunjukkan ukuran dalam desibel. Direka untuk bertindak balas terhadapnya dengan cara yang sama bahawa telinga manusia akan melakukannya.

Rajah 3. Sonometer atau decibelimeter digunakan untuk mengukur tahap tekanan bunyi. Sumber: Wikimedia Commons.

Ia terdiri daripada mikrofon untuk mengumpulkan isyarat, lebih banyak litar dengan penguat dan penapis, yang bertanggungjawab untuk mengubah isyarat ini dengan betul menjadi arus elektrik, dan akhirnya skala atau skrin di mana untuk menunjukkan hasil bacaan.

Mereka banyak digunakan untuk menentukan kesan bunyi tertentu terhadap orang dan persekitaran. Contohnya bunyi bising di kilang, industri, lapangan terbang, bunyi bising dan banyak lagi.

Jenis bunyi

Bunyi dicirikan oleh kekerapannya. Menurut mereka yang dapat ditangkap telinga manusia, semua bunyi diklasifikasikan ke dalam tiga kategori: yang kita dapat dengar atau Spektrum yang boleh didengar, Yang sering di bawah had bawah spektrum yang boleh didengar atau Infrasonida, Dan mereka yang berada di atas had atas, yang dipanggil ultrasound.

Dalam apa jua keadaan, kerana gelombang bunyi boleh ditumpukan secara linear, bunyi setiap hari, yang kadang -kadang kita mentafsir sebagai yang unik, sebenarnya adalah bunyi yang berbeza dengan frekuensi yang berbeza tetapi dekat.

Boleh melayani anda: litar elektrik tertutupRajah 4. Spektrum bunyi dan julat kekerapan. Sumber: Wikimedia Commons.

Spektrum yang boleh didengar

Telinga manusia direka untuk menangkap pelbagai frekuensi: antara 20 dan 20.000 Hz. Tetapi tidak semua frekuensi dalam julat ini dilihat dengan intensiti yang sama.

Telinga lebih sensitif dalam jalur frekuensi antara 500 dan 6.000 Hz. Walau bagaimanapun terdapat faktor lain yang mempengaruhi keupayaan untuk persepsi bunyi, seperti umur.

Infrasonida

Mereka adalah bunyi yang kekerapannya kurang dari 20 Hz, tetapi hakikat bahawa manusia tidak dapat mendengarnya, tidak bermaksud bahawa binatang lain tidak dapat melakukannya. Sebagai contoh, gajah menggunakannya untuk berkomunikasi, kerana infrasonid dapat bergerak jauh.

Haiwan lain, seperti harimau, menggunakannya untuk memusnahkan mangsa mereka. Infrasonid juga digunakan dalam mengesan objek besar.

Ultrasound

Mempunyai frekuensi yang lebih besar daripada 20.000 Hz dan digunakan secara meluas dalam banyak bidang. Salah satu kegunaan ultrasound yang paling ketara adalah sebagai alat perubatan, baik diagnostik dan rawatan. Imej -imej yang diperolehi oleh ultrasound adalah tidak berpakaian dan tidak menggunakan radiasi pengionan.

Ultrasound juga digunakan untuk mencari kegagalan struktur, menentukan jarak, mengesan halangan semasa navigasi dan banyak lagi. Haiwan juga menggunakan ultrasound, dan sebenarnya ia adalah bagaimana kewujudannya ditemui.

Kelawar memancarkan denyutan bunyi dan kemudian mentafsirkan echo yang mereka hasilkan untuk menganggarkan jarak dan mencari empangan. Bagi mereka, anjing juga boleh mendengar ultrasound dan itulah sebabnya mereka bertindak balas terhadap wisel anjing bahawa pemiliknya tidak dapat mendengar.

Bunyi tunggal dan bunyi stereo

Rajah 4. Dalam kajian rakaman, bunyi diubah suai dengan betul oleh peranti elektronik

Bunyi monofonik adalah isyarat yang direkodkan dengan satu mikrofon atau saluran audio. Semasa mendengar dengan fon kepala atau bunyi bug, kedua -dua telinga mendengar sama persis. Sebaliknya, rekod bunyi stereo isyarat dengan dua mikrofon bebas antara satu sama lain.

Mikrofon terletak di kedudukan yang berbeza supaya mereka dapat mengumpulkan tekanan bunyi yang berbeza dari apa yang anda ingin rakam.

Kemudian setiap telinga menerima salah satu set isyarat ini, dan apabila otak menyatukan dan menafsirkannya, hasilnya jauh lebih realistik daripada ketika mendengar bunyi monophonik. Oleh itu, ia adalah kaedah pilihan ketika datang ke muzik dan pawagam, walaupun bunyi tunggal atau monoaural masih digunakan di radio, terutama untuk wawancara dan perbualan.

Homophony dan polyphony

Bercakap secara muzik, homophony terdiri daripada melodi yang sama dimainkan oleh dua atau lebih suara atau instrumen. Sebaliknya, dua atau lebih suara atau instrumen muncul dalam polyphony yang mengikuti melodi dan bahkan irama yang berbeza. Set yang dihasilkan dari bunyi ini harmoni, seperti muzik Bach.

Bunyi yang serius dan akut

Telinga manusia mendiskriminasi frekuensi yang boleh didengar seperti akut, serius atau stoking. Inilah yang dikenali sebagai nada Bunyi.

Frekuensi tertinggi, antara 1600 dan 20.000 Hz, dianggap sebagai bunyi akut, band antara 400 dan 1600 Hz sepadan dengan bunyi medium dan akhirnya frekuensi dalam lingkungan 20 hingga 400 Hz adalah nada teruk.

Bunyi serius berbeza dari yang akut di mana bekas dianggap sebagai yang mendalam, gelap dan gemuruh, sementara yang terakhir adalah ringan, jelas, ceria dan menembusi. Telinga juga menafsirkannya sebagai lebih sengit, tidak seperti bunyi yang serius, yang menghasilkan sensasi kurang intensiti.