Czym jest fala dźwiękowa?

Fale dźwiękowe są to podłużne fale mechaniczne, które ze względu na swoje predyspozycje rozchodzą się zarówno w ciałach stałych, cieczach oraz gazach jako ciąg drgań cząstek ośrodka. Zakres częstotliwości tych fal mechanicznych może być bardzo różny. Fale słyszalne przez człowieka to te mające zakres 16 - 20 kHz.

Fale, które wykazują częstotliwość znacznie wyższą od tej słyszalnej nazywane są ultradźwiękami, zaś te niższe - infradźwiękami. Fale dźwiękowe rozchodzą się w ośrodkach sprężystych jak np. woda, powietrze czy szkło. Jedynym wyjątkiem jest próżnia, w której nie zachodzi ten proces. Prędkość dźwięku zależy od wielu czynników, jednym z nich jest temperatura danego ośrodka oraz jego środowisko.

Co to jest fala dźwiękowa?

Co wyróżnia i nadaje cechy charakterystyczne fali dźwiękowej? Częstotliwość dźwięku.

Fala dźwiękowa jest to reakcja rozchodząca się w określonym ośrodku w postaci podłużnej. Towarzyszą temu drgania cząsteczek ośrodka. Na czym polega rozchodzenie się fali? Jest to przenoszenie skumulowanej energii mechanicznej za pomocą drgających cząsteczek ośrodka, bez jakiejkolwiek zmiany ich średniego położenia. Źródłem wytwarzających się dźwięków, słyszalnych dla ludzkiego ucha, są ciała, które są wprawione w drgania. Siła oraz natężenie konkretnego dźwięku musi przekroczyć słyszalny zakres ludzkiego słuchu.

Jak powstaje fala dźwiękowa?

Fale akustyczne powstają w wyniku zagęszczenia lub rozrzedzenia powietrza. Cząsteczki źródła dźwięku drgają wokół własnego położenia, wywierając przy tym ucisk na znajdujące się tuż obok cząstki ośrodka. W wyniku tego następuje raz zagęszczenie, raz rozrzedzenie ośrodka, co przyczynia się do powstawania fali dźwiękowej.

Kiedy fala dźwiękowa dotrze do ucha zewnętrznego, powoduje drgania narządów wewnętrznych słuchu, co dobierane jest jako wrażenie dźwiękowe. Zjawisko to jest możliwe wówczas, gdy częstotliwość fal jest słyszalna, czyli przekracza próg 16 Hz oraz niższa niż 20000 Hz. Tylko taki zakres fal jest możliwy do odebrania i zaakceptowania przez narządy słuchu u człowieka. W związku z tym, fale mechaniczne mieszczące się w tym zakresie wyodrębniane są jako osobna grupa nazywana w skrócie dźwiękami. Słyszalność dźwięków zależy jednak od indywidualnych predyspozycji układu słuchowego, który zmienia się razem z wiekiem lub może zostać uszkodzony mechaniczne.

Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej zależy od specyfikacji jej ośrodka. Największa prędkość przy utrzymaniu 20°C, następuje w żelazie (5130 m/s) oraz aluminium (5100 m/s). Najmniejsza wartość występuje w tlenie oraz powietrzu, gdzie prędkość nie przekracza 332 m/s.

Fala akustyczna

Fale akustyczne można podzielić ze względu na częstotliwość ich rozchodzenia się. W związku z tym wyróżnia się:

• Dźwięki - od 16 do 20 Hz (z wiekiem słyszalność dźwięków stopniowo się zmienia)
• Ultradźwięki - powyżej 20 Hz
• Hiperdźwięki - powyżej 10¹⁰ Hz
• Infradźwięki - poniżej 16 Hz

Kategoryzacji można również dokonać wedle widma fali. Z tego względu wyróżnia się:

• Widma dyskretne
  • Proste - ściśle określona częstotliwość
  • Harmoniczne - wiele tonów, posiada charakter okresowy np. śpiew, muzyka.
• Widma ciągłe
  • Szum - dźwięki, które charakteryzują się zrównoważonym zakresem słyszalności
  • Hałas - dźwięki, które charakteryzują się zwykle nadmiernym natężeniem słyszalności

Podsumowując: fale akustyczne to pewne zaburzenie gęstości i ciśnienia, które ulegają rozchodzeniu się. Źródłem tych dźwięków są wprawione w ruch ciała, które drgają i wytwarzają energię, docierającą do narządu słuchu. Nasilenie dźwięku musi być wystarczające aby przebić próg słyszalności.