Lyd

Vi forklarer hva lyden, dens egenskaper, hvordan den oppstår og typene som er

Figur 1. Ruptur av lydbarrieren

Hva er lyden?

Han lyd Det er definert som en forstyrrelse at ved å spre seg i et medium som luft, vekselvis produserer kompresjoner og utvidelser i den. Disse endringene i lufttrykk og tetthet når øret og tolkes av hjernen som auditive sensasjoner.

Lydene følger livet siden oppstarten, og er en del av verktøyene som dyr må kommunisere med hverandre og med omgivelsene. Noen mennesker sier at planter også lytter, men i alle fall kan de oppfatte vibrasjonene i miljøet selv om de ikke har et auditive apparater som høyere dyr.

I tillegg til å bruke lyd for å kommunisere gjennom tale, bruker folk det som et kunstnerisk uttrykk gjennom musikk. Alle kulturer, gamle og nyere, har musikalske manifestasjoner av alle slag, som deres historier, skikker, religiøse tro og følelser forteller.

Lydegenskaper (egenskaper)

I sin enkleste form kan en lydbølge beskrives som en sinusformet bølge, og sprer seg over tid og rom, for eksempel den som er lavere. Der observeres det at bølgen er periodisk, det vil si den har en form som gjentas over tid.

Å være en langsgående bølge, forplantningsretningen og retningen som partiklene i mediet som vibrerer er de samme er de samme.

Lydbølgeparametere

Figur 2. Lyden er en langsgående bølge, forstyrrelsen sprer seg i samme retning som molekylene opplever deres forskyvning. Kilde: Wikimedia Commons.

Parametrene til en lydbølge er:

• T -periode: Det er tiden det tar å gjenta en bølgefase. I det internasjonale systemet måles det i sekunder.
• Syklus: Det er den delen av bølgen som finnes i perioden og dekker fra et punkt til et annet som har samme høyde og samme skråning. Det kan være fra den ene dalen til den neste, fra den ene toppen til den neste eller fra et hvilket som helst punkt til en annen som oppfyller spesifikasjonen som er beskrevet.
• Bølgelengde λ: Det er avstanden mellom den ene toppen og en annen av bølgen, mellom en dal og en annen, eller generelt mellom det ene punktet og den neste med samme høyde og verserende. Å være en lengde måles i meter, selv om andre enheter er mer passende avhengig av bølgen type.
• Frekvens f: Det er definert som antall sykluser per tidsenhet. Enheten hans er Hertz (Hz).
• Amplitude A: tilsvarer den maksimale bølgehøyden med hensyn til den horisontale aksen.

Hvordan produserer og formerer lyden?

Lyden oppstår når et objekt som er nedsenket i et materielt medium blir vibrert. Når forstyrrelsen sprer seg, overføres energi til mediummolekylene, som samhandler med hverandre, gjennom utvidelser og kompresjoner. Et materielt medium er alltid nødvendig for lydspredning, enten det er fast stoff, væske eller gass.

Når luftforstyrrelse når øret, gjør variasjoner i lufttrykk på trommehinnen viber. Dette resulterer i elektriske impulser som overføres til hjernen av den auditive nerven, og når impulsene er oversatt til lyd.

Lydens hastighet

Hastigheten på mekaniske bølger i et gitt medium følger dette forholdet:

Kan tjene deg: Diffraksjon av lyd: Hva er, eksempler, applikasjoner

Lyd er en mekanisk bølge, derfor vil lydhastigheten i et medium avhenge av hvor komprimerbar den er (elastisk egenskap) og hvor tett (treghetseiendom).

For eksempel når du forplanter deg i en gass som luft, kan lydhastigheten beregnes som:

Hvor B er luft- eller middels komprimerbarhetsmodul og dens tetthet. I luften er lydhastigheten 343 m/s, men denne verdien, selv om den kan betraktes som konstant for mange applikasjoner, påvirkes av andre variabler som temperatur.

Når temperaturen øker, gjør lydhastigheten også, siden de medium molekylene er mer villige til å vibrere og overføre vibrasjonen gjennom bevegelsene sine. Presset på den annen side påvirker ikke verdien.

Forholdet mellom bølgelengde og frekvens

Vi har allerede sett at tiden det tar for bølgen å fullføre en syklus er perioden, mens avstanden som er tilbakelagt i den tidsperioden tilsvarer en bølgelengde. Derfor er hastigheten v av lyden definert som:

V = λ/t

På den annen side er frekvensen og perioden relatert, og er en omvendt av den andre, som denne:

F = 1/t

Som leder til:

v = λ.F

Det hørbare frekvensområdet hos mennesker er mellom 20 og 20.000 Hz, derfor er lydens bølgelengde mellom 1.7 cm og 17 m når du erstatter verdiene i forrige ligning.

Disse bølgelengdene er på størrelse med vanlige objekter, noe som påvirker utbredelsen av lyd, siden det å være en bølge, opplever refleksjon, brytning og diffraksjon når du møter hindringer.

Eksperimentering av diffraksjon betyr at lyden påvirkes når den går med hindringer og åpninger hvis størrelse er lik dens eller mindre bølgelengde.

Alvorlige lyder kan spre seg bedre gjennom lange avstander, slik at elefanter bruker infrasonisk (veldig lavfrekvente lyder, uhørbare for menneskelig øre) for å kommunisere gjennom sine omfattende territorier.

Også når det er musikk i et rom i nærheten, blir de lave hørt bedre enn de akutte, fordi bølgelengden deres er mer eller mindre lik størrelsen på dører og vinduer. På den annen side, når de forlater rommet, går de akutte lydene lett tapt, og det er derfor de slutter å lytte.

Hvordan måles lyd?

Lyden består av en serie komprimeringer og sjeldne forhold av luften, slik at lyden fører til å øke og reduseres i trykk når den sprer seg. I det internasjonale systemet måles trykket i Pascal, som er forkortet PA.

Det som skjer er at disse endringene er veldig små sammenlignet med atmosfæretrykk, noe som er verdt rundt 101.000 pa.

Selv de mest intense lydene gir svingninger på omtrent 20-30 Pa (smerteterskel), en ganske liten mengde sammenlignet. Men hvis disse endringene måles, er det en måte å måle lyden.

Lydtrykk er forskjellen mellom atmosfæretrykk med lyd og atmosfæretrykk uten lyd. Som vi har sagt, produserer de mest intense lydene lydtrykk på 20 Pa, mens den svakeste årsaken er omtrent 0.00002 PA (lydterskel).

Siden området for lydtrykk dekker flere krefter på 10, ville det være praktisk å bruke en logaritmisk skala for å indikere dem.

Kan tjene deg: Tilfeldig feil: Formel og ligninger, beregning, eksempler, øvelser

På den annen side ble det bestemt at folk oppfatter endringene i små intense lyder, enn endringer av like stor størrelse, men i intense lyder mer intense.

For eksempel, hvis lydtrykket øker med 1, 2, 4, 8, 16 ..., oppfatter øret øker på 1, 2, 3, 4 ... i intensitet. Dette er grunnen til at det er praktisk å definere en ny størrelse som heter Lydtrykknivå (Lydtrykknivå) l_P, definert som:

L_P = 20 log (P₁ / S_enten)

Hvor p_enten Det er referansetrykket tatt som hørselsterskelen og P₁ Det er den Effektivt gjennomsnittlig trykk eller RMS -trykk. Dette RMS eller gjennomsnittet er det som oppfatter øret som gjennomsnittlig lydsignalenergi.

Desibel

Resultatet av det forrige uttrykket for l_P, Når evaluert for forskjellige P -verdier₁, Det er gitt i desibel, Et ekstra beløp. Å uttrykke lydtrykknivået er veldig praktisk, fordi logaritmer gjør store tall til mindre og mer håndterbare tall.

Imidlertid foretrekkes det i mange tilfeller å bruke lydintensitet For å bestemme desibelene, og ikke lydtrykket.

Lydens intensitet er energien som flyter et sekund (kraft) gjennom en enhetlig overflateorientert vinkelrett på retningen bølgen forplanter seg. Som lydtrykket er det en skalær størrelse og betegner som jeg. Enhetene til jeg er w/m², det vil si strøm per enhetsområde.

Det kan demonstreres at intensiteten til lyden er proporsjonal med kvadratet på lydtrykket:

I = s² /ρc

I dette uttrykket er ρ tettheten til mediet og C er lydhastigheten. Og så Lydintensitetsnivå L_Yo som:

L_Yo = 10 log (i₁ / Yo_enten)

Som også kommer til uttrykk i desibel og noen ganger vises betegnet med den greske bokstaven β. Referanseverdien i_enten er 1 x 10^-12 W/m². På denne måten representerer 0 dB den nedre grensen for menneskelig hørsel, mens smerteterskelen er i 120 dB.

Siden det er en logaritmisk skala, er det nødvendig å understreke hvilke små forskjeller mengden desibel utgjør en stor forskjell når det gjelder lydintensitet.

Lydometeret

En lyd eller desibelimeter er en enhet som brukes til å måle lydtrykk, noe som indikerer tiltaket i desibel. Er designet for å svare på henne på samme måte som det menneskelige øret ville gjøre det.

Figur 3. Sonometer eller desibelimeter brukes til å måle lydtrykknivået. Kilde: Wikimedia Commons.

Den består av en mikrofon for å samle signalet, flere kretsløp med forsterkere og filtre, som er ansvarlige for å transformere dette signalet riktig til en elektrisk strøm, og til slutt en skala eller skjerm hvor du skal vise resultatet av lesingen.

De brukes mye for å bestemme virkningen som visse lyder har på mennesker og i miljøet. For eksempel støy i fabrikker, næringer, flyplasser, trafikkstøy og mange andre.

Lydtyper

Lyd er preget av frekvensen. I følge de som det menneskelige øret kan fange, er alle lyder klassifisert i tre kategorier: de vi kan høre eller Hørbart spekter, De som ofte er under den nedre grensen for det hørbare spekteret eller Infrasonider, Og de som er over den øvre grensen, kalt ultralyd.

I alle fall, siden lydbølger kan overlegges lineært, er hverdagslyder, som vi noen ganger tolker som de unike, faktisk av forskjellige lyder med forskjellige, men nære frekvenser.

Kan tjene deg: lukket elektrisk kretsFigur 4. Lydspekter og frekvensområder. Kilde: Wikimedia Commons.

Hørbart spekter

Det menneskelige øret er designet for å fange et bredt spekter av frekvenser: mellom 20 og 20.000 Hz. Men ikke alle frekvenser i dette området oppfattes med samme intensitet.

Øret er mer følsomt i frekvensbåndet mellom 500 og 6.000 Hz. Imidlertid er det andre faktorer som påvirker kapasiteten for oppfatning av lyd, for eksempel alder.

Infrasonider

De er lydene hvis frekvens er mindre enn 20 Hz, men det at mennesker ikke kan lytte til dem, betyr ikke at andre dyr ikke kan gjøre det. For eksempel bruker elefanter dem til å kommunisere, siden infrasonider kan reise lange avstander.

Andre dyr, for eksempel tigeren, bruker dem for å bedøve byttet sitt. Infrasonider brukes også i påvisning av store objekter.

Ultralyd

Har frekvenser større enn 20.000 Hz og er mye brukt på mange felt. En av de mest bemerkelsesverdige bruken av ultralyd er som et verktøy for medisin, både diagnostisk og behandling. Bildene oppnådd ved ultralyd er ikke -invasive og benytter ikke ioniserende stråling.

Ultralyd brukes også til å finne strukturer feil, bestemme avstander, oppdage hindringer under navigering og mer. Dyr bruker også ultralyd, og faktisk var det slik deres eksistens ble oppdaget.

Flaggermusene avgir lydpulser og tolker deretter ekkoet de produserer for å estimere avstander og lokalisere demningene. For deres del kan hunder også lytte til ultralyd, og det er grunnen til at de reagerer på hundefløyte som eieren deres ikke kan høre.

Singlefonic lyd og stereo lyd

Figur 4. I en innspillingsstudie er lyden riktig modifisert av elektroniske enheter

Den monofoniske lyden er et innspilt signal med en enkelt mikrofon eller lydkanal. Når du lytter med hodetelefoner eller lydfugler, hører begge ørene nøyaktig det samme. På den annen side signaler Stereo Sound Records med to uavhengige mikrofoner med hverandre.

Mikrofonene er plassert i forskjellige posisjoner slik at de kan samle forskjellige lydtrykk av hva du vil spille inn.

Da mottar hvert øre et av disse signalsettene, og når hjernen samler seg og tolker dem, er resultatet mye mer realistisk enn når du lytter til monofoniske lyder. Derfor er det den foretrukne metoden når det gjelder musikk og kino, selv om den enkle eller monoaurale lyden fremdeles brukes på radioen, spesielt for intervjuer og samtaler.

Homofoni og polyfoni

Musikalsk sett består homofoni av den samme melodien spilt av to eller flere stemmer eller instrumenter. På den annen side vises to eller flere stemmer eller instrumenter i polyfonien som følger melodier og til og med forskjellige rytmer. Settet som er resultatet av disse lydene er harmonisk, for eksempel Bachs musikk.

Alvorlige og akutte lyder

Menneskelig øre diskriminerer hørbare frekvenser som akutt, seriøs eller strømper. Dette er det som er kjent som tone lyd.

De høyeste frekvensene, mellom 1600 og 20.000 Hz, regnes som akutte lyder, båndet mellom 400 og 1600 Hz tilsvarer middels tone -lyder og til slutt er frekvensene i området 20 til 400 Hz de alvorlige tonene.

Alvorlige lyder skiller seg fra de akutte som de førstnevnte blir oppfattet som dype, mørke og rumle, mens de sistnevnte er lette, klare, muntre og gjennomtrengende. Øret tolker dem også som mer intense, i motsetning til alvorlige lyder, som gir følelsen av mindre intensitet.