Człowiek jest hojnie obdarzony naturą, aby wygodnie egzystować i poznawać otaczający go świat. Potrafi widzieć jasne kolory, słyszeć różne dźwięki, wyłapywać zapachy i cieszyć się smakiem jedzenia. Jednym z najbardziej skomplikowanych narządów zmysłów jest narząd słuchu, dzięki któremu człowiek komunikuje się i otrzymuje większość informacji.
Człowiek żyje w permanentnym świecie dźwięków, dzięki czemu otrzymuje niezastąpione źródło informacji o otaczającym go świecie. Ryk przyboju i szum wiatru, ćwierkanie ptaków, rozmowy ludzi i warczenie zwierząt, grzmoty to źródła dźwięków w przyrodzie, które pomagają człowiekowi przystosować się do otoczenia.
Jak się słyszy?
Jeśli zajrzysz do wnętrza ludzkiego ucha, zobaczysz błonę zwaną błoną bębenkową. Rozciąga się wzdłuż tunelu prowadzącego do wnętrza ucha. Wibracje powietrza ze źródła dźwięku uderzają w błonę bębenkową, powodując również wibracje. Za błoną bębenkową znajduje się kostna przestrzeń wypełnionatrzy ruchome kości zwane młotkiem, kowadłem i strzemieniem, nazwane tak ze względu na ich kształt. Te kości odbierają wibracje z błony bębenkowej i zaczynają oscylować.
Głębiej w uchu znajduje się wypełniony płynem kanał o długości około 3 cm, zwany ślimakiem. Wibracje kości, które się poruszają, tworzą fale w cieczy, jak fale w oceanie. Jak algi pod wodą, tysiące komórek włoskowatych faluje w cieczy. Te komórki mają fundamentalne znaczenie dla słyszenia. Przechodzące przez nie wibracje popychają impulsy elektryczne, które przemieszczają się przez nerw słuchowy do mózgu. Mózg z kolei tłumaczy te sygnały elektryczne na muzykę, głosy lub ćwierkanie lub ćwierkanie ptaków.
Skąd dochodzi dźwięk?
Jakie jest źródło dźwięku? Każde ciało fizyczne lub zjawisko, które oscyluje z częstotliwością dźwięku, ponieważ emanujące z niego fale powstają w środowisku. Ludzie wydają dźwięki za pomocą swoich strun głosowych. Jeśli podczas rozmowy przyłożysz ręce do gardła, poczujesz wibrację. Prawie zawsze możliwe jest zidentyfikowanie źródeł dźwięku. Fale dźwiękowe są jak fale na polu pszenicy w wietrzny dzień. Cząsteczki powietrza zderzają się ze sobą i oddalają, a fala przechodząca przez powietrze to tylko rytmiczne kurczenie się i rozszerzanie przepływu cząsteczek powietrza - rodzaj wibracji. Ale fale dźwiękowe przenoszą również inne materiały, takie jak drewno, które również jest źródłem dźwięku. Jeśli krzyczysz z jednej strony zamkniętedrewniane drzwi, najpierw wibrują struny głosowe krzyczącej osoby, co z kolei spowoduje wibrowanie powietrza. Powietrze wprawia w drgania drewno drzwi, a następnie wibracja jest przenoszona z drzwi w powietrze i dalej na osobę stojącą po drugiej stronie drzwi. W jaskini ściany nie pochłaniają ani nie przenoszą dźwięków tak, jak robią to drzwi. Odbijają je rykoszetem jak lustro światła. Niektóre doliny w Europie są znane ze swoich ech. Na przykład jeden dźwięk rogu myśliwskiego może zostać powtórzony 100 razy, aż w końcu się zatrzyma.
Źródła naturalne
Brzęczenie pszczoły lub muchy, pisk komara, struny głosowe ludzi i zwierząt są uważane za naturalne źródła dźwięku. Jeśli przyłożysz dużą muszlę do ucha, usłyszysz odległy szum, przypominający ryk przyboju, nie bez powodu powracającego z morza, wielu przynosi do domu muszlę z żywą pamięcią morza. Choć ten pomysł może się wydawać atrakcyjny, słyszany hałas nie ma nic wspólnego z morzem. Zamiast tego ucho słyszy wielokrotne echa wszystkich dźwięków na zewnątrz muszli. Naturalne źródła dźwięku to szelest liści i śpiew ptaków, szmer wiosny, grzmot podczas burzy, ćwierkanie koników polnych i skrzypienie śniegu pod stopami – naturalne źródła fal dźwiękowych są nieskończone.
Mechanizm fali dźwiękowej
Echa to fale dźwiękowe, które odbijają się od gładkiej powierzchni i docierają do ucha. Na przykład, jeśli krzyczysz w jaskini, możesz:ułamek sekundy później, by usłyszeć, jak twój głos odbija się od ścian jaskini i wraca. Tak działa muszla morska. Najlepszymi przykładami źródeł dźwięku są zlewy, które mają wiele pustych komór. Są jak pokoje w pustym domu. Ściany przy zlewie są gładkie, co oznacza, że dźwięki przy zlewie, nawet te najcichsze, powtarzają się w komorach. Wszelkie echo - od rozmów ludzi, muzyki lub naturalnych dźwięków - zamienia się w ryk. Można do tego dodać również bicie serca, które jest odbierane i wybijane przez zlew. Piękny efekt wielu ech słychać w dźwięku fal.
Konwersja dźwięku
Bez względu na to, jak głośno ktoś krzyczy, po 100-200 metrach nikt go nie usłyszy, poza tym, że będzie krzyczał przez telefon. Słowo „telefon” jest tłumaczone z greckiego jako „odległy dźwięk”. Podczas rozmowy telefonicznej fale dźwiękowe zamieniane są na prąd elektryczny. Podczas odbioru następuje proces odwrotny. Taki prąd może pokonać każdą odległość, rozchodząc się w powietrzu jak fale dźwiękowe. W słuchawce wbudowany jest mikrofon, który reaguje na wibracje powietrza występujące podczas rozmowy. Mikrofon zamienia te wibracje na prąd przemienny. Rozchodzi się wzdłuż przewodów linii telefonicznej i dociera do abonenta na drugim końcu linii. Ale ponieważ osoba nie odczuwa wibracji prądu przemiennego, konieczne jest przekształcenie ich w wibracje dźwiękowe, które można usłyszeć. Ta funkcja jest realizowana przez mały głośnik wbudowany w słuchawkę. Fale elektryczne wpływają na pole magnetyczne,zmieniając swoją moc. To powoduje, że membrana wibruje, wytwarzając fale dźwiękowe identyfikowane jako głos rozmówcy.
Jakie fale słyszy osoba?
Tylko fale słyszane przez ludzi są nazywane falami dźwiękowymi.
Dźwięk to mechaniczne fale o określonym zasięgu, które osoba może rozróżnić. Badania pokazują, że ludzkie narządy słuchu odbierają fale w zakresie od 16 Hz do 20 000 Hz. Oprócz nich występują fale o częstotliwości poniżej 16 Hz (infradźwięki) i powyżej 20 000 Hz (ultradźwięki). Ale nie są one w zasięgu słyszalności i nie są wyczuwalne przez człowieka.
Zdjęcie przedstawia zakres słuchu człowieka.
Infradźwiękowe USG
|_|_|_
0 16–20 20000 Hz
Inne częstotliwości są rozróżniane przez poszczególne zwierzęta lub owady, w tym ryby, motyle, psy i koty, nietoperze, delfiny.
Jak zidentyfikować źródło dźwięku? Źródłem są wszelkiego rodzaju ciała, które wytwarzają wibracje o częstotliwości dźwięku (od 16 do 20000 Hz)
Sztuczne źródła
Wszystko, co zostało stworzone przez człowieka, a nie przez naturę, można przypisać sztucznym źródłom dźwięku, np. kamerton, dzwonek, tramwaj, radio, komputer. Możesz eksperymentować, jak powstaje fala dźwiękowa. Do eksperymentu potrzebujesz metalowej linijki zaciśniętej w imadle. Jeśli działasz na linijce, możesz zauważyć wibracje, ale nie będzie słychać żadnego dźwięku. Ale jednocześnie w pobliżu linijki powstaje fala mechaniczna. Zakres wibracji linijki jest niższy niż częstotliwość dźwięku, więc osoba nie słyszy dźwięku. Bazując na tym doświadczeniu, pod koniec XIX wieku wynaleziono urządzenie zwane kamertonem.
Dźwięk jest wytwarzany tylko wtedy, gdy ciało wibruje z częstotliwością dźwięku. Fale rozchodzą się w różnych kierunkach. Pomiędzy uchem a źródłem dźwięku musi znajdować się medium. Może to być gaz, ciecz, powierzchnia stała, ale z pewnością muszą to być cząstki przenoszące fale. Przenoszenie drgań dźwiękowych odbywa się tylko tam, gdzie istnieje takie środowisko. Jeśli nie ma substancji, nie będzie dźwięku.
Warunki wymagane do uzyskania dźwięku
Aby stworzyć falę dźwiękową, należy:
- Źródło.
- Środa.
- Aparat słuchowy.
- Częstotliwość 16-20000 Hz.
- Intensywność.
Percepcja dźwięku jest procesem subiektywnym, który zależy od stanu narządu słuchu i samopoczucia osoby. Mikrofony działają na tej samej zasadzie co uszy, tyle że zamiast błony bębenkowej zawiera małą, cienką metalową płytkę przymocowaną do magnesu. Gdy zmienia się ciśnienie powietrza na płycie, magnes chybocze się i powstają wibracje elektryczne.
Osiągnięcia akustyczne
W przeszłości ludzie zapisywali dźwięk na różne sposoby: na płytach winylowych, filmach fotograficznych lub jako cząstki magnetyczne na taśmie magnetycznej. Komputer jako źródło dźwięku przechowuje informacje o aktualnym poziomie, regularnie odczytuje poziomnapięcia i zapisz każdą wartość jako liczbę. W dzisiejszych czasach prawie wszystkie komputery posiadają kartę dźwiękową, która umożliwia nagrywanie i odtwarzanie komunikatów dźwiękowych i muzyki z urządzeń zewnętrznych (mikrofon, magnetofon, płyty CD) lub przetwarzanie cyfrowych danych dźwiękowych zapisanych na cyfrowym źródle dźwięku, nośnikach informacji (dyski twarde, DVD, CD, Blu-ray) i przesyłaj je do głośników.
Rozwój technologii cyfrowej nie stoi w miejscu. W ciągu zaledwie 100 lat postęp dźwięku przeszedł z epoki mechanicznego zapisu, od pozytywek, do epoki zapisu cyfrowego. Postępy w akustyce są już niesamowite.
Naukowcy znaleźli sposób na przesyłanie danych z komputera do komputera przy użyciu tylko dźwięku. Stworzono skalpel akustyczny, który potrafi oddzielić nawet pojedynczą komórkę, nanotechnologowie już opracowują sposób ładowania telefonu komórkowego za pomocą głosu. W przyszłości ludzkość czeka na niesamowite odkrycia, w których dźwięk weźmie bezpośredni udział.
