» » » » » » Fizica sunetelor

Fizica sunetelor

postat în: Acustica 0

Sunetele pot fi reprezentate ca un amestec al undelor sinusoidale  (Sunetele pot fi reprezentate ca un amestec al undelor sinusoidale ale componentelor lor de frecvențe diferite. Undele de jos au frecvențe mai mari decât cele de sus. Axa orizontală reprezintă timpul. )

Sunetul se poate propaga printr-un mediu, cum ar fi aer, apă și solide, ca unde longitudinale și, de asemenea, ca unde transversale în solide. Undele sonore sunt generate de o sursă de sunet, cum ar fi diafragma vibratoare a unui difuzor stereo. Sursa de sunet creează vibrații în mediul înconjurător. Pe măsură ce sursa continuă să vibreze în mediu, vibrațiile se propagă departe de sursă la viteza sunetului, formând astfel unda sonoră. La o distanță fixă ​​față de sursă, presiunea, viteza și deplasarea mediului variază în timp. În fiecare moment, presiunea, viteza și deplasarea variază în spațiu. Particulele mediului nu se deplasează cu unda sonoră. Acest lucru este intuitiv evident pentru un solid și același lucru este valabil și pentru lichide și gaze (adică vibrațiile particulelor din gaz sau lichid transportă vibrațiile, în timp ce poziția medie a particulelor în timp nu se schimbă). În timpul propagării, undele pot fi reflectate, refractate sau atenuate de mediu.

Comportamentul propagării sunetului este în general afectat de trei lucruri:

  • O relație complexă între densitatea și presiunea mediului. Această relație, afectată de temperatură, determină viteza sunetului în mediu.
  • Mișcarea mediului în sine. Dacă mediul se mișcă, această mișcare poate mări sau micșora viteza absolută a undelor sonore în funcție de direcția mișcării. De exemplu, sunetul care se deplasează prin vânt va avea viteza de propagare mărită de viteza vântului dacă sunetul și vântul se mișcă în aceeași direcție. Dacă sunetul și vântul se mișcă în direcții opuse, viteza undei sonore va fi scăzută de viteza vântului.
  • Vâscozitatea mediului. Viscozitatea mediului determină viteza la care sunetul este atenuat. Pentru multe medii, cum ar fi aerul sau apa, atenuarea datorată vâscozității este neglijabilă.

Când sunetul se mișcă printr-un mediu care nu are proprietăți fizice constante, acesta poate fi refractat (fie dispersat, fie focalizat).

Vibrațiile mecanice care pot fi interpretate ca sunet pot călători prin toate formele de materie: gaze, lichide, solide și plasme. Materia care susține sunetul este numită mediu. Sunetul nu poate călători prin vid.

Undele longitudinale și transversale

Sunetul este transmis prin gaze, plasmă și lichide ca unde longitudinale, numite și unde de compresie. Este nevoie de un mediu de propagare. Prin solide, totuși, acesta poate fi transmis atât ca unde longitudinale, cât și ca unde transversale. Undele sonore longitudinale sunt unde ale deviațiilor de presiune alternantă de la presiunea de echilibru, determinând regiuni locale de compresie și rărire, în timp ce undele transversale (în solide) sunt unde de tensiune alternantă de forfecare la un unghi drept față de direcția de propagare.

Undele sonore pot fi „văzute” folosind oglinzi parabolice și obiecte care produc sunete.

Energia purtată de o undă sonoră oscilantă convertește înainte și înapoi între energia potențială a comprimării suplimentare (în cazul undelor longitudinale) sau deplasarea laterală a deplasării (în cazul undelor transversale) a materiei și energia cinetică a vitezei de deplasare de particule ale mediului.

Proprietăți și caracteristici ale undelor sonore

Presiunea sunetelor în funcție de timp
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:The_Elements_of_Sound_jpg.jpg 

(Un grafic al „presiunii în timp” al unei înregistrări de 20 ms a tonului de clarinet demonstrează cele două elemente fundamentale ale sunetului: presiune și timp.)

Deși există multe complexități legate de transmiterea sunetelor, la punctul de recepție (adică la urechi), sunetul este ușor de divizat în două elemente simple: presiunea și timpul. Aceste elemente fundamentale formează baza tuturor undelor sonore. Ele pot fi folosite pentru a descrie, în termeni absoluți, fiecare sunet pe care îl auzim.

Cu toate acestea, pentru a înțelege mai bine sunetul, o undă complexă cum este acesta este, de obicei, separată în componentele sale, care sunt o combinație a diferitelor frecvențe de undă sonoră (și zgomot).

Undele sonore sunt adesea simplificate la o descriere în ceea ce privește undele planului sinusoidal, caracterizate prin aceste proprietăți generice:

  • Frecvența sau inversul ei, lungimea de undă
  • Amplitudinea, presiunea acustică sau intensitatea
  • Viteza sunetului
  • Direcţia

Sunetul care este perceptibil de către oameni are frecvențe de la aproximativ 20 Hz la 20.000 Hz. În aer, la temperatură și presiune standard, lungimile de undă corespunzătoare undelor sonore variază de la 17 m până la 17 mm. Uneori viteza și direcția sunt combinate ca un vector de viteză; numărul de unde și direcția sunt combinate ca un vector de undă.

Undele transversale, cunoscute și sub denumirea de unde de forfecare, au proprietatea suplimentară, polarizarea și nu sunt o caracteristică a undelor sonore.

(Propagarea sunetelor – Experiment cu diapazoane. Experiment folosind două diapazoane care oscilează de obicei la aceeași frecvență. Unul dintre diapazoane este lovit cu un ciocan cauciucat. Deși primul diapazon nu a fost lovit, celălalt diapazon este vizibil excitat din cauza oscilațiilor cauzate de schimbarea periodică a presiunii și a densității aerului prin lovirea celuilalt diapazon, creând o rezonanță acustică între diapazoane. Cu toate acestea, dacă punem o bucată de metal între diapazoane, vedem că efectul se atenuează, iar excitațiile devin din ce în ce mai puțin pronunțate, deoarece rezonanța nu mai este atinsă eficient.):

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *