Fale dźwiękowe

Fale dźwiękowe albo fale akustyczne są to mechaniczne fale podłużne o częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz, rozchodzące się w gazach, cieczach i ciałach stałych. Fale takie w uchu wywołują wrażenie dźwięku.

Dźwięk to inaczej fala dźwiękowa ale także i wrażenie nią wywołane w narządzie słuchu, jakim jest ucho.

Fale o częstotliwości w okolicach 20 Hz to dźwięki niskie, te zaś z drugiego końca zakresu to dźwięki wysokie.

Fale o częstotliwości poniżej 20 Hz to infradźwięki (fala poddźwiękowa).

Fale o częstotliwość powyżej 20 000 Hz to ultradźwięki (fala naddźwiękowa).

Źródła fal dźwiękowych

Fale akustyczne wytwarzają drgające struny, membrany, słupy powietrza i inne elementy drgające. Poprzez drgania, elemenrty mechaniczne zagęszczają powieteze wokół siebie i rozrzedzają je okresowo. To zaburzenie gęstości zaczyna się rozchodzić w ośrodku w postaci dźwięku.

Prędkość dźwięku

Wzór na prędkość dźwięku zależy od ośrodka materialnego. Więcej na ten temat możesz przeczytać tutaj.

Prędkość dźwięku zależy od temperatury powietrza zgodnie ze wzorem:

$v=v_0\sqrt{\frac{T}{T_0}}$

gdzie:

v - prędkość powietrza,
v₀ - prędkość powietrza w temperaturze 273,16 K.
T₀ - temperatura równa 273,16 K.

Prędkość powietrza wynosi w warunkach normalnych około 340 m/s co daje 1246,68 km/h!

Tablice

Oto tablica prędkości dźwięku w różnych ośrodkach:

Ośrodek	Prędkość powietrza [m/s]
powietrze (20 °C)	340
powietrze (-20 °C)	319,1
woda	1450
żelazo	5130
guma	54

Cechy dźwięku

Oto istotne pojęcia związane z dźwiękiem.

Tony są to dźwięki o przebiegu harmonicznym prostym (sinusoidalnym).

Dźwięki złożone to nakładające się na siebie różne fale o przebiegu drgań harmonicznych.

Wysokość dźwięku - to wrażenie zmieniające się wraz z częstotliwością dźwięku. Im jest ona wyższa, tym dźwięk jest odbierany jako wyższy.

Barwa dźwięku - to wrażenie zmieniające się wraz z różnym przebiegiem drgań i ich częstotliwości. Dzięki rozróżnianiu barw dźwięku jesteśmy w stanie rozróżnić jaki instrument jest źródłem dźwięku. Dźwięki o różnej barwie charakteryzuje różne widmo.

Ciekawostki

Fala dźwiękowa nie rozchodzi się w próżni. Zatem w kosmosie nie da się usłyszeć żadnego wybuchu, jak to ma miejsce często w filmach. Kosmos jest idealnie cichy pod tym względem.

Pytania

Dlaczego ludzie kiedyś przykładali ucho do szyny kolejowej, gdy chcieli sprawdzić, czy wkrótce nadjedzie pociąg?

Prędkość dźwięku w żelazie wynosi 5130 m/s, a w powietrzu 340, czyli 15 razy więcej. Zatem można usłyszeć nadjeżdżający pociąg dużo szybciej, przykładając ucho do szyn, niż wysłuchując pociągu stojąc.

Czy wysokość dźwięku to pojęcie obiektywne?

Nie. Obiektywna jest jego częstotliwość. Dodać należy, że wysokość dźwięku jest uzależniona także od jego natężenia.

Jak słyszymy bas z małych głośników?

Coraz częściej można usłyszeć jak to nowe i małe głośniki generują mocne basy i jak fantastycznie brzmią. Czy jest możliwe wygenerowanie świetnych basów z małych głośników?

Natężenie dźwięku

Natężenie fali dźwiękowej jest to moc fali, która przypada na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali.