Jika gelombang suara tidak menemui hambatan pada jalurnya, maka gelombang tersebut merambat secara merata ke segala arah. Namun tidak semua kendala menjadi penghalang baginya.
Ketika menemui hambatan di jalurnya, suara dapat membelok di sekitarnya, dipantulkan, dibiaskan, atau diserap.
Difraksi suara
Kita dapat berbicara dengan seseorang yang berdiri di sudut suatu bangunan, di belakang pohon, atau di belakang pagar, meskipun kita tidak dapat melihatnya. Kita mendengarnya karena suara mampu membelok di sekitar benda-benda tersebut dan menembus area di belakangnya.
Kemampuan gelombang untuk membelok pada suatu rintangan disebut difraksi .
Difraksi terjadi ketika panjang gelombang bunyi melebihi ukuran penghalang. Gelombang suara frekuensi rendah cukup panjang. Misalnya pada frekuensi 100 Hz sama dengan 3,37 m, semakin kecil frekuensinya maka panjangnya semakin besar. Oleh karena itu, gelombang suara dengan mudah membelok di sekitar benda yang sebanding dengannya. Pepohonan di taman sama sekali tidak mengganggu pendengaran kita terhadap suara, karena diameter batangnya jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang suara.
Berkat difraksi, gelombang suara menembus celah dan lubang pada penghalang dan merambat di belakangnya.
Mari kita letakkan layar datar dengan lubang di jalur gelombang suara.
Dalam hal panjang gelombang suara ƛ jauh lebih besar dari diameter lubang D , atau nilainya kurang lebih sama, maka di balik lubang tersebut suara akan menjangkau seluruh titik pada area yang berada di belakang layar (area bayangan suara). Bagian depan gelombang yang keluar akan tampak seperti belahan bumi.
Jika ƛ hanya sedikit lebih kecil dari diameter celah, kemudian sebagian besar gelombang merambat lurus, dan sebagian kecil sedikit menyimpang ke samping. Dan jika ƛ apalagi D , seluruh gelombang akan bergerak ke arah depan.
Refleksi suara
Jika gelombang suara mengenai antarmuka antara dua media, opsi berbeda untuk propagasi lebih lanjut dimungkinkan. Bunyi dapat dipantulkan dari antarmuka, dapat berpindah ke medium lain tanpa mengubah arah, atau dapat dibiaskan, yaitu berpindah dengan mengubah arahnya.
Misalkan ada hambatan muncul di jalur gelombang suara, yang ukurannya jauh lebih besar daripada panjang gelombangnya, misalnya tebing terjal. Bagaimana perilaku suaranya? Karena hambatan ini tidak dapat diatasi, maka hal itu akan tercermin darinya. Di balik rintangan itu ada zona bayangan akustik .
Bunyi yang dipantulkan dari suatu rintangan disebut gema .
Sifat pantulan gelombang suara bisa berbeda-beda. Hal ini tergantung pada bentuk permukaan reflektif.
Cerminan disebut perubahan arah gelombang bunyi pada antarmuka antara dua media yang berbeda. Ketika dipantulkan, gelombang kembali ke medium asalnya.
Jika permukaannya datar, bunyi dipantulkan seperti seberkas cahaya dipantulkan di cermin.
Sinar bunyi yang dipantulkan dari permukaan cekung terfokus pada satu titik.
Permukaan cembung menghilangkan suara.
Efek dispersi diberikan oleh kolom cembung, cetakan besar, lampu gantung, dll.
Bunyi tidak berpindah dari satu medium ke medium lain, tetapi dipantulkan dari medium tersebut jika massa jenis medium tersebut berbeda secara signifikan. Dengan demikian, bunyi yang muncul di air tidak berpindah ke udara. Tercermin dari antarmuka, ia tetap berada di dalam air. Seseorang yang berdiri di tepi sungai tidak akan mendengar suara ini. Hal ini dijelaskan oleh perbedaan besar impedansi gelombang air dan udara. Dalam akustik, impedansi gelombang sama dengan produk kerapatan medium dan kecepatan suara di dalamnya. Karena hambatan gelombang gas jauh lebih kecil daripada hambatan gelombang zat cair dan padat, ketika gelombang suara menyentuh batas udara dan air, gelombang tersebut akan dipantulkan.
Ikan di dalam air tidak mendengar suara yang muncul di atas permukaan air, namun mereka dapat dengan jelas membedakan suara yang sumbernya adalah benda yang bergetar di dalam air.
Pembiasan suara
Mengubah arah rambat bunyi disebut pembiasan . Fenomena ini terjadi ketika bunyi merambat dari satu medium ke medium lain, dan kecepatan rambatnya di lingkungan tersebut berbeda-beda.
Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut pantul sama dengan perbandingan cepat rambat bunyi dalam medium.
Di mana Saya - sudut datang,
R – sudut pantulan,
ayat 1 – kecepatan rambat bunyi pada medium pertama,
ayat 2 – kecepatan rambat bunyi pada medium kedua,
N - Indeks bias.
Pembiasan bunyi disebut pembiasan .
Jika gelombang bunyi tidak jatuh tegak lurus permukaan, melainkan membentuk sudut selain 90°, maka gelombang yang dibiaskan akan menyimpang dari arah gelombang datang.
Pembiasan bunyi tidak hanya dapat diamati pada antarmuka antar media. Gelombang suara dapat mengubah arahnya di lingkungan yang heterogen - atmosfer, lautan.
Di atmosfer, pembiasan disebabkan oleh perubahan suhu udara, kecepatan dan arah pergerakan massa udara. Dan di lautan hal itu muncul karena heterogenitas sifat air - tekanan hidrostatik yang berbeda pada kedalaman yang berbeda, suhu yang berbeda, dan salinitas yang berbeda.
Penyerapan suara
Ketika gelombang suara bertemu dengan suatu permukaan, sebagian energinya diserap. Dan banyaknya energi yang dapat diserap suatu medium dapat ditentukan dengan mengetahui koefisien serapan bunyi. Koefisien ini menunjukkan seberapa besar energi getaran bunyi yang diserap oleh 1 m2 rintangan. Ini memiliki nilai dari 0 hingga 1.
Satuan ukuran serapan bunyi disebut sabin . Itu mendapat namanya dari fisikawan Amerika Wallace Clement Sabin, pendiri akustik arsitektur. 1 sabin adalah energi yang diserap oleh 1 m 2 permukaan yang koefisien serapannya adalah 1. Artinya, permukaan tersebut harus menyerap seluruh energi gelombang bunyi secara mutlak.
Gema
Wallace Sabin
Sifat material untuk menyerap suara banyak digunakan dalam arsitektur. Saat mempelajari akustik Ruang Kuliah, bagian dari Museum Fogg, Wallace Clement Sabin menyimpulkan bahwa ada hubungan antara ukuran aula, kondisi akustik, jenis dan luas bahan penyerap suara dan waktu gaung .
Gema sebut proses pemantulan gelombang bunyi dari rintangan dan redamannya secara bertahap setelah sumber bunyi dimatikan. Di ruang tertutup, suara dapat dipantulkan berulang kali dari dinding dan benda. Akibatnya timbul berbagai sinyal gema yang masing-masing berbunyi seolah-olah terpisah. Efek ini disebut efek gema .
Karakteristik ruangan yang paling penting adalah waktu gaung , yang dimasukkan dan dihitung oleh Sabin.
Di mana V – volume ruangan,
A – penyerapan suara secara umum.
Di mana sebuah saya – koefisien penyerapan suara bahan,
S saya - luas setiap permukaan.
Jika waktu dengungnya lama, bunyinya seolah-olah “berkeliaran” di sekitar aula. Mereka saling tumpang tindih, meredam sumber utama suara, dan aula menjadi booming. Dengan waktu dengung yang singkat, dinding cepat menyerap suara dan menjadi tumpul. Oleh karena itu, setiap ruangan pasti mempunyai perhitungan pastinya masing-masing.
Berdasarkan perhitungannya, Sabin menyusun bahan penyerap suara sedemikian rupa sehingga “efek gema” berkurang. Dan Boston Symphony Hall, yang dibuat olehnya sebagai konsultan akustik, masih dianggap sebagai salah satu aula terbaik di dunia.
Jika gelombang suara tidak menemui hambatan pada jalurnya, maka gelombang tersebut merambat secara merata ke segala arah. Namun tidak semua kendala menjadi penghalang baginya.
Ketika menemui hambatan di jalurnya, suara dapat membelok di sekitarnya, dipantulkan, dibiaskan, atau diserap.
Difraksi suara
Kita dapat berbicara dengan seseorang yang berdiri di sudut suatu bangunan, di belakang pohon, atau di belakang pagar, meskipun kita tidak dapat melihatnya. Kita mendengarnya karena suara mampu membelok di sekitar benda-benda tersebut dan menembus area di belakangnya.
Kemampuan gelombang untuk membelok pada suatu rintangan disebut difraksi .
Difraksi terjadi ketika panjang gelombang bunyi melebihi ukuran penghalang. Gelombang suara frekuensi rendah cukup panjang. Misalnya pada frekuensi 100 Hz sama dengan 3,37 m, semakin kecil frekuensinya maka panjangnya semakin besar. Oleh karena itu, gelombang suara dengan mudah membelok di sekitar benda yang sebanding dengannya. Pepohonan di taman sama sekali tidak mengganggu pendengaran kita terhadap suara, karena diameter batangnya jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang suara.
Berkat difraksi, gelombang suara menembus celah dan lubang pada penghalang dan merambat di belakangnya.
Mari kita letakkan layar datar dengan lubang di jalur gelombang suara.
Dalam hal panjang gelombang suara ƛ jauh lebih besar dari diameter lubang D , atau nilainya kurang lebih sama, maka di balik lubang tersebut suara akan menjangkau seluruh titik pada area yang berada di belakang layar (area bayangan suara). Bagian depan gelombang yang keluar akan tampak seperti belahan bumi.
Jika ƛ hanya sedikit lebih kecil dari diameter celah, kemudian sebagian besar gelombang merambat lurus, dan sebagian kecil sedikit menyimpang ke samping. Dan jika ƛ apalagi D , seluruh gelombang akan bergerak ke arah depan.
Refleksi suara
Jika gelombang suara mengenai antarmuka antara dua media, opsi berbeda untuk propagasi lebih lanjut dimungkinkan. Bunyi dapat dipantulkan dari antarmuka, dapat berpindah ke medium lain tanpa mengubah arah, atau dapat dibiaskan, yaitu berpindah dengan mengubah arahnya.
Misalkan ada hambatan muncul di jalur gelombang suara, yang ukurannya jauh lebih besar daripada panjang gelombangnya, misalnya tebing terjal. Bagaimana perilaku suaranya? Karena hambatan ini tidak dapat diatasi, maka hal itu akan tercermin darinya. Di balik rintangan itu ada zona bayangan akustik .
Bunyi yang dipantulkan dari suatu rintangan disebut gema .
Sifat pantulan gelombang suara bisa berbeda-beda. Hal ini tergantung pada bentuk permukaan reflektif.
Cerminan disebut perubahan arah gelombang bunyi pada antarmuka antara dua media yang berbeda. Ketika dipantulkan, gelombang kembali ke medium asalnya.
Jika permukaannya datar, bunyi dipantulkan seperti seberkas cahaya dipantulkan di cermin.
Sinar bunyi yang dipantulkan dari permukaan cekung terfokus pada satu titik.
Permukaan cembung menghilangkan suara.
Efek dispersi diberikan oleh kolom cembung, cetakan besar, lampu gantung, dll.
Bunyi tidak berpindah dari satu medium ke medium lain, tetapi dipantulkan dari medium tersebut jika massa jenis medium tersebut berbeda secara signifikan. Dengan demikian, bunyi yang muncul di air tidak berpindah ke udara. Tercermin dari antarmuka, ia tetap berada di dalam air. Seseorang yang berdiri di tepi sungai tidak akan mendengar suara ini. Hal ini dijelaskan oleh perbedaan besar impedansi gelombang air dan udara. Dalam akustik, impedansi gelombang sama dengan produk kerapatan medium dan kecepatan suara di dalamnya. Karena hambatan gelombang gas jauh lebih kecil daripada hambatan gelombang zat cair dan padat, ketika gelombang suara menyentuh batas udara dan air, gelombang tersebut akan dipantulkan.
Ikan di dalam air tidak mendengar suara yang muncul di atas permukaan air, namun mereka dapat dengan jelas membedakan suara yang sumbernya adalah benda yang bergetar di dalam air.
Pembiasan suara
Mengubah arah rambat bunyi disebut pembiasan . Fenomena ini terjadi ketika bunyi merambat dari satu medium ke medium lain, dan kecepatan rambatnya di lingkungan tersebut berbeda-beda.
Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut pantul sama dengan perbandingan cepat rambat bunyi dalam medium.
Di mana Saya - sudut datang,
R – sudut pantulan,
ayat 1 – kecepatan rambat bunyi pada medium pertama,
ayat 2 – kecepatan rambat bunyi pada medium kedua,
N - Indeks bias.
Pembiasan bunyi disebut pembiasan .
Jika gelombang bunyi tidak jatuh tegak lurus permukaan, melainkan membentuk sudut selain 90°, maka gelombang yang dibiaskan akan menyimpang dari arah gelombang datang.
Pembiasan bunyi tidak hanya dapat diamati pada antarmuka antar media. Gelombang suara dapat mengubah arahnya di lingkungan yang heterogen - atmosfer, lautan.
Di atmosfer, pembiasan disebabkan oleh perubahan suhu udara, kecepatan dan arah pergerakan massa udara. Dan di lautan hal itu muncul karena heterogenitas sifat air - tekanan hidrostatik yang berbeda pada kedalaman yang berbeda, suhu yang berbeda, dan salinitas yang berbeda.
Penyerapan suara
Ketika gelombang suara bertemu dengan suatu permukaan, sebagian energinya diserap. Dan banyaknya energi yang dapat diserap suatu medium dapat ditentukan dengan mengetahui koefisien serapan bunyi. Koefisien ini menunjukkan seberapa besar energi getaran bunyi yang diserap oleh 1 m2 rintangan. Ini memiliki nilai dari 0 hingga 1.
Satuan ukuran serapan bunyi disebut sabin . Itu mendapat namanya dari fisikawan Amerika Wallace Clement Sabin, pendiri akustik arsitektur. 1 sabin adalah energi yang diserap oleh 1 m 2 permukaan yang koefisien serapannya adalah 1. Artinya, permukaan tersebut harus menyerap seluruh energi gelombang bunyi secara mutlak.
Gema
Wallace Sabin
Sifat material untuk menyerap suara banyak digunakan dalam arsitektur. Saat mempelajari akustik Ruang Kuliah, bagian dari Museum Fogg, Wallace Clement Sabin menyimpulkan bahwa ada hubungan antara ukuran aula, kondisi akustik, jenis dan luas bahan penyerap suara dan waktu gaung .
Gema sebut proses pemantulan gelombang bunyi dari rintangan dan redamannya secara bertahap setelah sumber bunyi dimatikan. Di ruang tertutup, suara dapat dipantulkan berulang kali dari dinding dan benda. Akibatnya timbul berbagai sinyal gema yang masing-masing berbunyi seolah-olah terpisah. Efek ini disebut efek gema .
Karakteristik ruangan yang paling penting adalah waktu gaung , yang dimasukkan dan dihitung oleh Sabin.
Di mana V – volume ruangan,
A – penyerapan suara secara umum.
Di mana sebuah saya – koefisien penyerapan suara bahan,
S saya - luas setiap permukaan.
Jika waktu dengungnya lama, bunyinya seolah-olah “berkeliaran” di sekitar aula. Mereka saling tumpang tindih, meredam sumber utama suara, dan aula menjadi booming. Dengan waktu dengung yang singkat, dinding cepat menyerap suara dan menjadi tumpul. Oleh karena itu, setiap ruangan pasti mempunyai perhitungan pastinya masing-masing.
Berdasarkan perhitungannya, Sabin menyusun bahan penyerap suara sedemikian rupa sehingga “efek gema” berkurang. Dan Boston Symphony Hall, yang dibuat olehnya sebagai konsultan akustik, masih dianggap sebagai salah satu aula terbaik di dunia.
Kata pengantar.
Suara- ini adalah getaran mekanis yang merambat dalam media elastis - gas, cairan dan padatan - dan dirasakan oleh organ pendengaran.
Sekarang mari kita berpikir sedikit. Misalnya, jika ada batu yang jatuh di pegunungan, dan tidak ada orang di dekatnya yang dapat mendengar suara jatuhnya, apakah suara tersebut ada atau tidak? Pertanyaan tersebut dapat dijawab secara positif dan negatif secara seimbang, karena kata “bunyi” memiliki arti ganda. Oleh karena itu, perlu disepakati apa yang dimaksud dengan bunyi – fenomena fisik berupa rambatan getaran bunyi di udara atau sensasi pendengarnya. Yang pertama pada dasarnya adalah sebab, yang kedua adalah akibat, sedangkan konsep bunyi yang pertama bersifat objektif, dan yang kedua bersifat subjektif.
Yang pertama Dalam hal ini, suara benar-benar mewakili aliran energi yang mengalir seperti aliran sungai. Bunyi tersebut dapat mengubah medium yang dilaluinya, dan dengan sendirinya diubah olehnya. Yang kedua Dalam hal ini yang kami maksud dengan suara adalah sensasi yang timbul pada pendengar ketika gelombang suara bekerja di otak melalui alat bantu dengar. Mendengar suatu suara, seseorang dapat mengalami perasaan yang berbeda-beda. Emosi yang paling beragam dibangkitkan dalam diri kita oleh rangkaian suara kompleks yang kita sebut musik. Suara menjadi dasarnya pidato, yang berfungsi sebagai sarana komunikasi utama dalam masyarakat manusia. Dan terakhir, ada bentuk suara seperti kebisingan. Analisis suara dari sudut pandang persepsi subjektif lebih kompleks dibandingkan dengan penilaian objektif.
Perambatan bunyi di ruang angkasa dan pengaruhnya terhadap organ pendengaran manusia.
Ketika gelombang suara mencapai suatu titik di ruang angkasa, partikel-partikel materi, yang sebelumnya tidak melakukan gerakan teratur, mulai bergetar. Setiap benda yang bergerak, termasuk benda yang berosilasi, mampu melakukan usaha, yaitu mempunyai energi. Oleh karena itu, perambatan gelombang bunyi disertai dengan perambatan energi. Sumber energi ini adalah benda yang bergetar, yang memancarkan energi ke ruang sekitarnya (materi).
Organ pendengaran manusia mampu mempersepsikan getaran dengan frekuensi 15-20 hertz hingga 16-20 ribu hertz. Getaran mekanis dengan frekuensi yang ditunjukkan disebut suara atau akustik (akustik adalah ilmu yang mempelajari tentang suara)
Jadi, bunyi adalah suatu proses osilasi gelombang yang terjadi dalam medium elastis dan menimbulkan sensasi pendengaran. Namun, kepekaan manusia terhadap suara bersifat selektif, jadi kita berbicara tentang suara yang terdengar dan tidak terdengar. Kombinasi keduanya umumnya menyerupai spektrum sinar matahari, di mana terdapat wilayah yang terlihat - dari merah hingga ungu dan dua wilayah yang tidak terlihat - inframerah dan ultraviolet. Dengan analogi spektrum matahari, disebut suara yang tidak dapat ditangkap oleh telinga manusia infrasonik, USG Dan hipersonik.
Apa yang terjadi pada organ pendengaran dengan berbagai sistem dan proses transformasi pendengaran? Mari kita lihat struktur sistem pendengaran manusia.
Telinga luar terdiri dari pinna dan saluran pendengaran, yang menghubungkannya dengan gendang telinga. Fungsi utama telinga bagian luar adalah menentukan arah datangnya sumber bunyi. Saluran pendengaran, berupa tabung sepanjang dua sentimeter yang meruncing ke dalam, melindungi bagian dalam telinga dan berperan sebagai resonator. Saluran pendengaran berakhir di gendang telinga, selaput yang bergetar di bawah pengaruh gelombang suara. Di sinilah, di batas luar telinga tengah, terjadi transformasi suara objektif menjadi subjektif. Di belakang gendang telinga terdapat tiga tulang kecil yang saling berhubungan: maleus, inkus, dan sanggurdi, yang melaluinya getaran disalurkan ke telinga bagian dalam.
Di sana, di saraf pendengaran, mereka diubah menjadi sinyal listrik. Rongga kecil, tempat maleus, inkus, dan stapes berada, diisi dengan udara dan dihubungkan ke rongga mulut melalui saluran Eustachius. Berkat yang terakhir, tekanan yang sama dipertahankan di sisi dalam dan luar gendang telinga. Biasanya tuba Eustachius tertutup, dan terbuka hanya bila terjadi perubahan tekanan mendadak (menguap, menelan) untuk menyamakannya. Jika saluran tuba Eustachius seseorang tertutup, misalnya karena pilek, maka tekanannya tidak seimbang dan orang tersebut merasakan sakit pada telinga.
Gaya yang bekerja pada gendang telinga sama dengan hasil kali tekanan dan luas gendang telinga.
Namun misteri pendengaran sebenarnya dimulai dari jendela oval. Gelombang bunyi merambat dalam zat cair ( perilimfe) yang diisi siput. Organ telinga bagian dalam ini, berbentuk seperti koklea, panjangnya tiga sentimeter dan sepanjang panjangnya dibagi oleh septum menjadi dua bagian. Gelombang suara mencapai sekat, mengelilinginya dan kemudian menyebar ke tempat yang hampir sama di mana pertama kali menyentuh sekat, tetapi di sisi lain.
Septum koklea terdiri dari membran utama, sangat tebal dan kencang. Getaran suara menciptakan riak seperti gelombang di permukaannya, dengan tonjolan untuk frekuensi berbeda yang terletak di area membran yang sangat spesifik.
Getaran mekanis diubah menjadi getaran listrik di organ khusus( organ Corti), ditempatkan di atas bagian atas membran utama.
Di atas organ Corti berada membran tektorial. Kedua organ ini direndam dalam cairan - endolimfe dan dipisahkan dari koklea lainnya Membran Reissner. Rambut-rambut yang tumbuh dari organ Corti hampir menembus membran tectorial, dan ketika terjadi suara, mereka bersentuhan - suara diubah, sekarang dikodekan dalam bentuk sinyal listrik.
Kulit dan tulang tengkorak memainkan peran penting dalam meningkatkan kemampuan kita dalam memahami suara, karena konduktivitasnya yang baik. Misalnya, jika Anda mendekatkan telinga ke rel, pergerakan kereta api yang mendekat bisa terdeteksi jauh sebelum muncul.
Sifat-sifat bunyi dan ciri-cirinya.
Ciri fisik utama bunyi adalah frekuensi dan intensitas getaran. Mereka mempengaruhi persepsi pendengaran masyarakat.
Periode osilasi adalah waktu terjadinya satu osilasi lengkap. Contohnya adalah bandul berayun, ketika bergerak dari posisi paling kiri ke paling kanan dan kembali ke posisi semula.
Frekuensi osilasi adalah jumlah osilasi lengkap (periode) dalam satu detik. Satuan ini disebut hertz (Hz). Semakin tinggi frekuensi getarannya maka semakin tinggi pula bunyi yang kita dengar, artinya semakin tinggi pula bunyinya nada. Menurut sistem satuan internasional yang diterima, 1000 Hz disebut kilohertz (kHz), dan 1.000.000 disebut megahertz (MHz).
Distribusi frekuensi: suara yang terdengar – dalam kisaran 15Hz-20kHz, infrasonik – di bawah 15Hz; USG – dalam 1,5·10 4 – 10 9 Hz; hipersuara - dalam 10 9 – 10 13 Hz.
Telinga manusia paling sensitif terhadap suara dengan frekuensi antara 2000 dan 5000 kHz. Ketajaman pendengaran terbesar diamati pada usia 15-20 tahun. Seiring bertambahnya usia, pendengaran memburuk.
Terkait dengan periode dan frekuensi osilasi adalah konsep panjang ombak. Panjang gelombang bunyi adalah jarak antara dua kondensasi atau penghalusan medium yang berurutan. Dengan menggunakan contoh rambat gelombang di permukaan air, inilah jarak antara dua puncak.
Suaranya juga berbeda warnanada. Nada utama suatu bunyi disertai dengan nada-nada sekunder yang frekuensinya selalu lebih tinggi (nada tambahan). Timbre adalah karakteristik kualitatif suara. Semakin banyak nada tambahan yang ditumpangkan pada nada utama, semakin “juicier” suaranya secara musikal.
Ciri utama kedua adalah amplitudo getaran. Ini adalah penyimpangan terbesar dari posisi kesetimbangan selama getaran harmonik. Pada contoh pendulum, simpangan maksimumnya adalah ke posisi paling kiri, atau ke posisi paling kanan. Amplitudo osilasi menentukan intensitas (kekuatan) suara.
Kekuatan bunyi, atau intensitasnya, ditentukan oleh banyaknya energi akustik yang mengalir dalam satu detik melalui area seluas satu sentimeter persegi. Oleh karena itu, intensitas gelombang akustik bergantung pada besarnya tekanan akustik yang ditimbulkan oleh sumber dalam medium.
Intensitas suara pada gilirannya berhubungan dengan volume. Semakin besar intensitas bunyinya, maka semakin keras bunyinya. Namun, konsep-konsep ini tidak setara. Kenyaringan adalah ukuran kekuatan sensasi pendengaran yang disebabkan oleh suatu suara. Suara dengan intensitas yang sama dapat menciptakan persepsi pendengaran tentang kenyaringan yang berbeda pada orang yang berbeda. Setiap orang mempunyai ambang pendengarannya masing-masing.
Seseorang berhenti mendengar suara dengan intensitas yang sangat tinggi dan menganggapnya sebagai perasaan tertekan dan bahkan sakit. Intensitas bunyi ini disebut ambang nyeri.
Kebisingan. Musik. Pidato.
Dilihat dari persepsi organ pendengaran terhadap bunyi, bunyi dapat dibagi menjadi tiga kategori: kebisingan, musik Dan pidato. Ini adalah berbagai bidang fenomena suara yang memiliki informasi khusus untuk seseorang.
Kebisingan- ini adalah kombinasi serampangan dari sejumlah besar suara, yaitu penggabungan semua suara ini menjadi satu suara sumbang. Kebisingan dianggap sebagai kategori suara yang mengganggu atau mengganggu seseorang.
Orang-orang hanya dapat menoleransi kebisingan dalam jumlah tertentu. Namun jika satu atau dua jam berlalu dan kebisingan tidak kunjung berhenti, maka muncullah ketegangan, kegugupan, bahkan rasa sakit.
Suara dapat membunuh seseorang. Pada Abad Pertengahan, bahkan ada eksekusi seperti itu ketika seseorang ditempatkan di bawah lonceng dan mereka mulai memukulnya. Lambat laun bunyi bel itu membunuh pria itu. Tapi ini terjadi pada Abad Pertengahan. Saat ini, pesawat supersonik sudah bermunculan. Jika pesawat seperti itu terbang di atas kota pada ketinggian 1000-1500 meter, maka jendela-jendela rumah akan pecah.
Musik adalah fenomena khusus dalam dunia bunyi, namun, tidak seperti ucapan, ia tidak menyampaikan makna semantik atau linguistik yang tepat. Kejenuhan emosional dan pergaulan musik yang menyenangkan dimulai pada anak usia dini, ketika anak masih melakukan komunikasi verbal. Irama dan nyanyian menghubungkannya dengan ibunya, dan nyanyian serta tarian merupakan elemen komunikasi dalam permainan. Peran musik dalam kehidupan manusia begitu besar sehingga dalam beberapa tahun terakhir pengobatan telah mengaitkannya dengan khasiat penyembuhan.
Dengan bantuan musik, Anda dapat menormalkan bioritme dan memastikan tingkat aktivitas sistem kardiovaskular yang optimal.
Tapi Anda hanya perlu mengingat bagaimana tentara berperang. Sejak dahulu kala, lagu telah menjadi atribut yang sangat diperlukan dalam perjalanan seorang prajurit.
Pidato- sarana berpikir dan komunikasi terpenting antar manusia. Pidato terdiri dari suara dan nada yang kurang lebih terus menerus yang membentuk kelompok. Penguasaan bicara terjadi pada masa bayi, ketika anak masih mendengarkan dan mencoba mereproduksi kata-kata yang paling sederhana dan mudah diucapkan: “ibu” dan “ayah”.
Hukum perambatan bunyi.
Hukum dasar perambatan bunyi meliputi hukum-hukumnya refleksi Dan pembiasan pada batas-batas lingkungan yang berbeda, serta difraksi suara dan penyebarannya dengan adanya hambatan dan ketidakhomogenan dalam medium dan pada antarmuka antar media.
Pada jangkauan Perambatan bunyi dipengaruhi oleh faktor penyerapan bunyi, yaitu peralihan energi gelombang bunyi yang tidak dapat diubah menjadi jenis energi lain, khususnya panas. Faktor penting juga fokus radiasi dan kecepatan propagasi suara, yang bergantung pada lingkungan dan keadaan spesifiknya.
Dari sumber bunyi, gelombang akustik merambat ke segala arah. Jika gelombang bunyi melewati lubang yang relatif kecil, maka merambat ke segala arah, dan tidak merambat secara terarah. Misalnya, suara jalanan yang menembus jendela yang terbuka ke dalam ruangan terdengar di semua titik, dan tidak hanya di seberang jendela.
Sifat perambatan gelombang bunyi di dekat suatu penghalang bergantung pada hubungan antara ukuran penghalang dan panjang gelombangnya. Jika ukuran penghalang lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombangnya, maka gelombang mengalir di sekitar penghalang tersebut, menyebar ke segala arah.
Gelombang bunyi yang merambat dari satu medium ke medium lain menyimpang dari arah aslinya, yaitu dibiaskan. Sudut biasnya bisa lebih besar atau lebih kecil dari sudut datangnya. Itu tergantung pada media mana suara itu menembus. Jika cepat rambat bunyi pada medium kedua lebih besar, maka sudut biasnya akan lebih besar dari sudut datangnya, begitu pula sebaliknya.
Ketika menemui rintangan dalam perjalanannya, gelombang suara dipantulkan darinya sesuai dengan aturan yang ditentukan secara ketat - sudut pantulan sama dengan sudut datang - konsep gema dikaitkan dengan ini. Jika suara dipantulkan dari beberapa permukaan pada jarak yang berbeda, akan terjadi banyak gema.
Bunyi merambat dalam bentuk gelombang bola divergen yang mengisi volume yang semakin besar. Dengan bertambahnya jarak, getaran partikel medium melemah dan suara menghilang. Diketahui bahwa untuk meningkatkan jangkauan transmisi, suara harus dikonsentrasikan pada arah tertentu. Ketika kita ingin, misalnya, didengarkan, kita menutup mulut dengan telapak tangan atau menggunakan megafon.
Jangkauan rambat bunyi sangat dipengaruhi oleh difraksi, yaitu pembelokan sinar bunyi. Semakin heterogen mediumnya, semakin banyak berkas bunyi yang dibelokkan dan, karenanya, semakin pendek jangkauan rambat bunyinya.
Infrasonik, USG, hipersonik.
Infrasonik– getaran elastis dan gelombang dengan frekuensi berada di bawah rentang frekuensi yang dapat didengar manusia. Biasanya, 15-4 Hz diambil sebagai batas atas rentang infrasonik; Definisi ini bersyarat, karena dengan intensitas yang cukup, persepsi pendengaran juga terjadi pada frekuensi beberapa Hz, meskipun sifat nada sensasi menghilang dan hanya siklus osilasi individual yang dapat dibedakan. Batas frekuensi bawah infrasonik tidak pasti. Area studinya saat ini meluas hingga sekitar 0,001 Hz. Dengan demikian, rentang frekuensi infrasonik mencakup sekitar 15 oktaf.
Gelombang infrasonik merambat di udara dan air, serta di kerak bumi (dalam hal ini disebut seismik dan dipelajari dalam ilmu seismologi). Infrasonik juga mencakup getaran frekuensi rendah pada bangunan besar, khususnya kendaraan dan bangunan.
Ciri utama suara infrasonik, karena frekuensinya yang rendah, adalah daya serapnya yang rendah. Ketika merambat di laut dalam dan atmosfer di permukaan tanah, gelombang infrasonik dengan frekuensi 10-20 Hz melemah pada jarak 1000 km tidak lebih dari beberapa dB (desibel). Karena panjang gelombang yang panjang pada frekuensi infrasonik, hamburan suara di lingkungan alami juga rendah; hamburan nyata hanya dihasilkan oleh objek yang sangat besar - bukit, gunung, bangunan besar, dll. Karena penyerapan dan hamburan yang rendah, infrasonik dapat merambat dalam jarak yang sangat jauh. Diketahui bahwa suara letusan gunung berapi dan ledakan atom dapat mengelilingi bumi berkali-kali; gelombang seismik dapat melintasi seluruh ketebalan bumi. Untuk alasan yang sama, infrasonik hampir tidak mungkin diisolasi, dan semua bahan penyerap suara kehilangan efektivitasnya pada frekuensi infrasonik.
Sumber suara infrasonik yang terkait dengan aktivitas manusia adalah ledakan, tembakan senjata, gelombang kejut dari pesawat supersonik, radiasi akustik dari mesin jet, dll. Suara yang sangat keras biasanya membawa serta energi infrasonik. Ciri khasnya adalah proses pembentukan wicara disertai dengan radiasi infrasonik. Kontribusi signifikan terhadap pencemaran lingkungan infrasonik dibuat oleh kebisingan transportasi baik yang berasal dari aerodinamis maupun getaran.
Telah diketahui bahwa infrasonik dengan tingkat intensitas tinggi (120 dB atau lebih) memiliki efek berbahaya pada tubuh manusia. Getaran infrasonik bahkan lebih berbahaya karena pengaruhnya dapat menyebabkan fenomena resonansi yang berbahaya pada organ individu. Infrasonik yang kuat dapat menyebabkan kehancuran dan kerusakan pada struktur dan peralatan. Pada saat yang sama, infrasonik, karena jangkauan propagasinya yang panjang, berguna dalam penerapan praktis dalam mempelajari lingkungan lautan, lapisan atas atmosfer, dan dalam menentukan lokasi letusan atau ledakan. Gelombang infrasonik yang dipancarkan saat letusan bawah air dapat memprediksi terjadinya tsunami.
Ultrasound – gelombang elastis dengan frekuensi sekitar (1,5 – 2)·10 4 Hz (15 – 20 kHz) hingga 10 9 Hz (1 GHz); Daerah frekuensi gelombang 10 9 sampai 10 12 – 10 13 Hz biasa disebut hipersonik. Berdasarkan frekuensi, USG dapat dibagi menjadi 3 rentang: USG frekuensi rendah (1,5 10 4 – 10 5 Hz), USG frekuensi menengah (10 5 – 10 7 Hz), wilayah USG frekuensi tinggi (10 7 – 10 9 Hz ). Masing-masing rentang ini dicirikan oleh karakteristik spesifiknya sendiri dalam hal pembangkitan, penerimaan, distribusi, dan penerapan.
Berdasarkan sifat fisiknya, USG merupakan gelombang elastis, dan dalam hal ini tidak ada bedanya dengan suara, oleh karena itu batas frekuensi antara suara dan gelombang ultrasonik bersifat arbitrer. Namun, karena frekuensi yang lebih tinggi dan, oleh karena itu, panjang gelombang yang pendek, sejumlah ciri perambatan ultrasonik muncul.
Karena panjang gelombang ultrasonik yang pendek, sifatnya ditentukan terutama oleh struktur molekul medium. Ultrasonografi dalam gas, dan khususnya di udara, merambat dengan redaman tinggi. Cairan dan padatan biasanya merupakan konduktor ultrasonik yang baik; redaman di dalamnya jauh lebih sedikit. Oleh karena itu, bidang penggunaan USG frekuensi menengah dan tinggi hampir secara eksklusif berhubungan dengan cairan dan padatan, dan hanya USG frekuensi rendah yang digunakan di udara dan gas.
Gelombang ultrasonik paling banyak digunakan di banyak bidang aktivitas manusia: dalam industri, kedokteran, dalam kehidupan sehari-hari, ultrasonik digunakan untuk pengeboran sumur minyak, dll. Ultrasonografi dengan intensitas beberapa ratus W/cm 2 dapat diperoleh dari sumber buatan.
Ultrasonografi dapat dihasilkan dan dirasakan oleh hewan seperti anjing, kucing, lumba-lumba, semut, kelelawar, dll. Kelelawar mengeluarkan suara pendek dan bernada tinggi selama penerbangan. Dalam penerbangannya, mereka dipandu oleh pantulan suara-suara tersebut dari objek-objek yang ditemui di sepanjang jalan; mereka bahkan dapat menangkap serangga, hanya dipandu oleh gema mangsa kecilnya. Kucing dan anjing mungkin mendengar suara siulan bernada sangat tinggi (ultrasound).
hipersuara– ini adalah gelombang elastis dengan frekuensi 10 9 hingga 10 12 – 10 13 Hz. Berdasarkan sifat fisiknya, hipersonik tidak berbeda dengan gelombang suara dan ultrasonik. Karena frekuensi yang lebih tinggi dan, oleh karena itu, panjang gelombang yang lebih pendek daripada di bidang ultrasound, interaksi hipersuara dengan kuasipartikel dalam medium - dengan elektron konduksi, fonon termal, dll. - menjadi jauh lebih signifikan. Hipersonik juga sering direpresentasikan sebagai aliran dari kuasipartikel - fonon.
Rentang frekuensi hipersuara sesuai dengan frekuensi osilasi elektromagnetik dalam rentang desimeter, sentimeter, dan milimeter (yang disebut frekuensi ultra-tinggi).Frekuensi 10 9 Hz di udara pada tekanan atmosfer normal dan suhu ruangan harus sama dengan sama besarnya dengan jalur bebas molekul di udara pada kondisi yang sama. Namun, gelombang elastis dapat merambat dalam suatu medium hanya jika panjang gelombangnya jauh lebih besar daripada jalur bebas partikel dalam gas atau lebih besar dari jarak antar atom dalam cairan dan padatan. Oleh karena itu, gelombang hipersonik tidak dapat merambat dalam gas (khususnya di udara) pada tekanan atmosfer normal. Dalam cairan, redaman hipersonik sangat tinggi dan jangkauan propagasinya pendek. Hypersound merambat relatif baik dalam padatan - kristal tunggal, terutama pada suhu rendah. Namun dalam kondisi seperti itu, hypersound hanya mampu menempuh jarak 1, maksimal 15 sentimeter.
Rencana.
1.
Perambatan bunyi di ruang angkasa dan pengaruhnya terhadap organ pendengaran manusia.
2. Sifat-sifat bunyi dan ciri-cirinya.
3. Kebisingan. Musik. Pidato.
4. Hukum perambatan bunyi.
5. Infrasonik, USG, hipersonik.
Daftar literatur bekas.
1. Khorbenko Ivan Grigorievich: “Beyond the Audible”; edisi ke-2, 1986.
2. Klyukin Igor Ivanovich: “Dunia Suara yang Menakjubkan”; edisi ke-2, 1986.
3. Koshkin N.I., Shirkevich M.G.: “Buku Pegangan fisika dasar”; Edisi ke-10, 1988
4. Internet: Perpustakaan online Moshkov( www . lib . ru ). Literatur sains populer, Fisika – ensiklopedia online dalam 5 volume, “Z”, USG, infrasonik, hipersonik. http://www.physicum.narod.r kamu
5. Menggambar - Internet:
http://www.melfon.ru/TOMSK/kvz.htm
Kementerian Kebudayaan Federasi Rusia
Universitas Sinema dan Televisi Negeri St
departemen malam.
Tes
dalam disiplin Pengantar spesialisasi
“Penelitian yang Baik. Sifat dasar pendengaran
orang."
Diselesaikan oleh siswa kelompok No.7252:
Diterima oleh dekan departemen malam, profesor:
Tarasov B.N.
Sankt Peterburg 2002
Perambatan gelombang suara
§ 53. Kecepatan suara ( Dengan) di udara sekitar 350 m/detik. atau 1260 km/jam. Kecepatan suara relatif konstan 47 dan tidak bergantung pada intensitasnya - suara keras dan pelan “bergerak” dengan kecepatan yang sama (tetapi suara lebih keras akan terdengar lebih jauh, karena intensitas suara berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber). Pengembunan atau penghalusan udara yang terjadi di dekat sumber suara menyebar ke ruang angkasa seiring berjalannya waktu. Jika sumber bunyi adalah benda yang berosilasi, maka gelombang bunyi, dalam waktu yang sama dengan periode osilasi benda T, berhasil menempuh jarak yang sama dengan hasil kali cepat rambat bunyi dan lama periode. Jarak ini disebut panjang suara ombak(lihat Gambar 10) dan dilambangkan dengan huruf Yunani “lambda” ( = c * T). Karena T = 1/f (lihat § 52 di atas), rumus ini dapat ditulis dalam bentuk =s/F, yaitu panjang gelombang berbanding lurus dengan cepat rambat gelombang dalam medium tertentu (c) dan berbanding terbalik dengan frekuensi osilasi (f).
Gambar 10. Panjang gelombang bunyi (KOK P1).
Nada sederhana (murni) - getaran harmonik
§ 54. Bunyi ujaran adalah getaran yang kompleks, yaitu. Kombinasi kompleks nada dan/atau suara sederhana atau murni.
Nada sederhana- Ini adalah osilasi periodik yang hanya memiliki satu frekuensi osilasi. Jika tidak, disebut osilasi periodik sederhana harmonis.
Bunyi semacam ini tidak ada di alam, meskipun ada bunyi yang mendekati nada murni. Ini termasuk, misalnya, suara yang dihasilkan oleh garpu tala. Jika batang garpu tala dipukul, kakinya mulai bergerak dari posisi netral, kemudian kembali ke posisi semula di bawah pengaruh gaya elastis, kemudian karena inersia, terus bergerak melalui titik diam, lalu kembali, dll. (lihat Gambar 1.2, 1.3; 3.2, 3.8). Gaya inersia dan elastisitas berlawanan arah dan bekerja pada setiap momen pergerakan, yang satu lebih kuat dari yang lain.
Gambar 11. Representasi skema perpindahan kumis garpu tala selama satu setengah siklus osilasi. Posisi 1 – keadaan istirahat; posisi 2 – perpindahan ke dalam di bawah pengaruh gaya eksternal, aksi gaya elastis; posisi 3 – kembali ke keadaan istirahat, pengaruh gaya elastis berkurang, dan gaya inersia meningkat; posisi 4 – perpindahan ke luar, efek gaya elastis meningkat, dan gaya inersia berkurang; posisi 5 – kembali ke keadaan istirahat, pengaruh gaya elastis berkurang, dan gaya inersia meningkat (akhir siklus osilasi pertama); posisi 6 – perpindahan ke dalam, efek gaya elastis meningkat, dan gaya inersia berkurang; posisi 7 – kembali ke keadaan istirahat, pengaruh gaya elastis berkurang, dan gaya inersia meningkat.
Gambar 12. Representasi skema perubahan tekanan udara akibat getaran garpu tala (1.2 atau KOK P3)
Pergerakan garpu tala menyebabkan pergerakan molekul udara di sekitarnya, yang dapat diibaratkan dengan getaran ayunan biasa (lihat Gambar 13). Molekul yang bergerak menyebabkan pergerakan molekul tetangganya (seolah-olah mereka “mendorongnya” - lihat Gambar 14), sebagai akibatnya, kondensasi dan penghalusan udara yang berurutan terbentuk - gelombang suara. Gelombang suara merambat dalam lingkaran konsentris, seperti gelombang dari batu yang dilemparkan ke dalam air: kompresi dan penghalusan udara bergantian (lihat Gambar 15). Pergantian tekanan terhadap waktu (pada titik yang sama) dapat disajikan dalam bentuk grafik (osillogram) 48, di mana waktu diplot sepanjang sumbu horizontal dan tekanan sepanjang sumbu vertikal (lihat Gambar 16). Grafik osilasi periodik (harmonik) sederhana adalah sinusoidal.
Gambar 13. Perambatan gelombang bunyi.
Setiap garis menunjukkan posisi 13 partikel udara pada waktu sedikit lebih lambat dari garis di atasnya. Partikel yang diam digambarkan dengan garis putus-putus, dan partikel bergerak digambarkan dengan panah (semakin tebal panahnya, semakin tinggi kecepatan geraknya) (1.3)
Gambar 14. Representasi skema sepuluh partikel udara pada 14 waktu berbeda. Sumber bunyi ada di sebelah kiri, gelombang bunyi merambat dari kiri ke kanan, waktu berubah dari atas ke bawah. Perhatikan bahwa meskipun gelombang suara (yang dipantulkan ketika tiga partikel saling mendekat) bergerak dari kiri ke kanan, partikel-partikel itu sendiri hampir tidak mengubah posisinya. (3.8)
Gambar 15. Gelombang bunyi merambat dari suatu sumber bunyi. (Idealnya, zona kondensasi dan penghalusan udara harus mengelilingi sumber suara dalam bentuk bola, yang tidak dapat ditampilkan dalam gambar dua dimensi). (3.9)
Gambar 16. Osilogram. Bunyi di atas digambarkan dalam bentuk pergerakan partikel udara yang disebabkan oleh sumber bunyi dengan frekuensi osilasi 350 Hz. Diagram di bawah menunjukkan bahwa puncak-puncak tekanan udara terletak satu meter satu sama lain, yaitu terdapat 350 puncak dalam jarak 350 meter (yang bunyinya merambat dalam satu detik - lihat § 53). (8.1)
Karena aksi gaya gesekan, titik perpindahan terbesar partikel udara semakin mendekati titik istirahat: amplitudo osilasi berkurang, osilasi teredam (redaman - lihat Gambar 17 dan B10), tetapi frekuensinya osilasi (jumlah siklus lengkap per satuan waktu) tetap konstan.
Gambar 17. Osilogram osilasi teredam (2.2).
Osilasi harmonik dapat berbeda frekuensi, amplitudo dan fasa (lihat Gambar B10 pada Lampiran B atau KOK P4).
Media yang sama dapat mengirimkan banyak suara secara bersamaan. Dalam hal ini, osilasi (misalnya, dengan adanya beberapa sumber) dapat berinteraksi satu sama lain. Jika frekuensinya sama, maka amplitudonya dijumlahkan saja (dan masih berupa nada sederhana) 49 (lihat Gambar 18a).
Gambar 18. Hasil interaksi dua harmonisa (sinyal 1 dan sinyal 2), frekuensinya sama, tetapi berbeda amplitudo (a) atau fasa (b, c). Dalam semua kasus, frekuensi aslinya tetap sama; amplitudo (a) atau fase (b) berubah. Hasil superposisi dua harmonisa yang berada antifase adalah tidak adanya sinyal (c). (3.11)
