Suara

Kami menjelaskan apa suara, karakteristiknya, bagaimana itu terjadi dan jenisnya

Gambar 1. Pecahnya penghalang suara

Apa suaranya?

Dia suara Itu didefinisikan sebagai gangguan yang dengan menyebar dalam medium seperti udara, secara bergantian menghasilkan kompresi dan ekspansi di dalamnya. Perubahan tekanan dan kepadatan udara ini mencapai telinga dan ditafsirkan oleh otak sebagai sensasi pendengaran.

Suara -suara itu menyertai kehidupan sejak awal, menjadi bagian dari alat yang harus dikomunikasikan oleh hewan satu sama lain dan dengan lingkungan mereka. Beberapa orang mengatakan bahwa tanaman juga mendengarkan, tetapi dalam hal apa pun mereka dapat memahami getaran lingkungan bahkan jika mereka tidak memiliki peralatan pendengaran seperti hewan yang lebih tinggi.

Selain menggunakan suara untuk berkomunikasi melalui pidato, orang menggunakannya sebagai ekspresi artistik melalui musik. Semua budaya, lama dan baru -baru ini, memiliki manifestasi musik dari semua jenis, yang melaluinya cerita, kebiasaan, keyakinan agama dan perasaan mereka.

Karakteristik suara (properti)

Dalam bentuknya yang paling sederhana, gelombang suara dapat digambarkan sebagai gelombang sinusoidal, menyebar dari waktu ke waktu dan ruang, seperti yang lebih rendah. Di sana diamati bahwa gelombang itu periodik, yaitu, ia memiliki bentuk yang diulang dari waktu ke waktu.

Menjadi gelombang longitudinal, arah propagasi dan arah di mana partikel -partikel dari media yang bergetar adalah sama adalah sama.

Parameter gelombang suara

Gambar 2. Suara adalah gelombang longitudinal, gangguan menyebar ke arah yang sama di mana molekul mengalami perpindahan mereka. Sumber: Wikimedia Commons.

Parameter gelombang suara adalah:

• T -periode: Ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengulangi fase gelombang. Dalam sistem internasional diukur dalam hitungan detik.
• Siklus: Ini adalah bagian dari gelombang yang terkandung dalam periode tersebut dan mencakup dari satu titik ke titik lainnya yang memiliki ketinggian yang sama dan kemiringan yang sama. Itu bisa dari satu lembah ke yang berikutnya, dari satu lambang ke yang berikutnya atau dari titik mana pun ke yang lain yang memenuhi spesifikasi yang dijelaskan.
• Panjang gelombang λ: Ini adalah jarak antara satu lambang dan gelombang lainnya, antara satu lembah dan yang lain, atau secara umum antara satu titik dan berikutnya dengan tinggi dan tertunda yang sama. Menjadi panjang diukur dalam meter, meskipun unit lain lebih tepat tergantung pada jenis gelombang.
• Frekuensi f: Ini didefinisikan sebagai jumlah siklus per unit waktu. Unitnya adalah Hertz (Hz).
• Amplitudo a: sesuai dengan tinggi gelombang maksimum sehubungan dengan sumbu horizontal.

Bagaimana suara menghasilkan dan merambat?

Suara terjadi ketika objek yang direndam dalam media material bergetar. Saat gangguan menyebar, energi ditransmisikan ke molekul medium, yang berinteraksi satu sama lain, melalui ekspansi dan kompresi. Media material selalu diperlukan untuk penyebaran suara, baik padatan, cair atau gas.

Saat gangguan udara mencapai telinga, variasi tekanan udara membuat gendang gendang viber. Ini menghasilkan impuls listrik yang ditransmisikan ke otak oleh saraf pendengaran, dan begitu impuls diterjemahkan ke dalam suara.

Kecepatan suara

Kecepatan gelombang mekanis dalam media tertentu mengikuti hubungan ini:

Dapat melayani Anda: difraksi suara: apa itu, contoh, aplikasi

Suara adalah gelombang mekanis, oleh karena itu kecepatan suara dalam media akan tergantung pada seberapa kompresibel itu (properti elastis) dan seberapa padat (properti inersia).

Misalnya saat merambat dalam gas seperti udara, kecepatan suara dapat dihitung sebagai:

Di mana b adalah modul kompresibilitas udara atau medium dan ρ kepadatannya. Di udara kecepatan suara adalah 343 m/s, tetapi nilai ini, meskipun dapat dianggap konstan untuk banyak aplikasi, dipengaruhi oleh variabel lain seperti suhu.

Ketika suhu meningkat, kecepatan suara juga, karena molekul medium lebih bersedia untuk bergetar dan mengirimkan getaran melalui gerakannya. Tekanan di sisi lain tidak mempengaruhi nilainya.

Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi

Kita telah melihat bahwa waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menyelesaikan siklus adalah periode, sedangkan jarak yang ditempuh pada periode waktu itu setara dengan panjang gelombang. Oleh karena itu kecepatan v dari suara didefinisikan sebagai:

V = λ/t

Di sisi lain, frekuensi dan periode terkait, menjadi kebalikan dari yang lain, seperti ini:

F = 1/t

Yang mengarah ke:

V = λ.F

Rentang frekuensi yang terdengar pada manusia adalah antara 20 dan 20.000 Hz, oleh karena itu panjang gelombang suara adalah antara 1.7 cm dan 17 m saat mengganti nilai dalam persamaan sebelumnya.

Panjang gelombang ini adalah ukuran objek umum, yang mempengaruhi penyebaran suara, karena menjadi gelombang, mengalami refleksi, refraksi dan difraksi saat Anda memenuhi hambatan.

Eksperimen difraksi berarti bahwa suara terpengaruh saat berjalan dengan rintangan dan bukaan yang ukurannya mirip dengan panjang gelombangnya atau lebih kecil.

Suara parah dapat menyebar lebih baik melalui jarak jauh, jadi gajah menggunakan infrasonik (suara frekuensi sangat rendah, tidak terdengar ke telinga manusia) untuk berkomunikasi melalui wilayah mereka yang luas.

Juga ketika ada musik di ruangan terdekat, yang rendah terdengar lebih baik daripada yang akut, karena panjang gelombangnya lebih atau kurang mirip dengan ukuran pintu dan jendela. Di sisi lain, ketika mereka meninggalkan ruangan, suara akut mudah hilang dan itulah sebabnya mereka berhenti mendengarkan.

Bagaimana suara diukur?

Suara terdiri dari serangkaian kompresi dan langka udara, sehingga ketika menyebar, suara menyebabkan meningkat dan berkurang tekanan. Dalam sistem internasional, tekanan diukur dalam Pascal, yang disingkat PA.

Yang terjadi adalah bahwa perubahan ini sangat kecil dibandingkan dengan tekanan atmosfer, yang bernilai sekitar 101.000 pa.

Bahkan suara yang paling intens menghasilkan fluktuasi sekitar 20-30 pa (ambang nyeri), jumlah yang cukup kecil dibandingkan. Tetapi jika perubahan ini diukur, maka ada cara untuk mengukur suara.

Tekanan suara adalah perbedaan antara tekanan atmosfer dengan tekanan suara dan atmosfer tanpa suara. Seperti yang telah kami katakan, suara yang paling intens menghasilkan tekanan suara 20 pa, sedangkan penyebab terlemah sekitar 0.00002 PA (Sound Threshold).

Karena kisaran tekanan suara mencakup beberapa kekuatan 10, akan lebih mudah menggunakan skala logaritmik untuk menunjukkannya.

Dapat melayani Anda: Kesalahan acak: rumus dan persamaan, perhitungan, contoh, latihan

Di sisi lain, ditentukan bahwa orang merasakan perubahan dalam suara yang sedikit intens, daripada perubahan dengan besarnya yang sama tetapi dalam suara intens lebih intens.

Misalnya, jika tekanan suara meningkat sebesar 1, 2, 4, 8, 16 ..., persepsi telinga meningkat dari 1, 2, 3, 4 ... dalam intensitas. Inilah sebabnya mengapa lebih mudah untuk mendefinisikan magnitudo baru yang disebut Tingkat tekanan suara (Level tekanan suara) l_P, didefinisikan sebagai:

L_P = 20 log (p₁ / P_{salah satu})

Dimana hal_{salah satu} Ini adalah tekanan referensi yang diambil sebagai ambang pendengaran dan p₁ Ini adalah Tekanan rata -rata efektif atau tekanan RMS. RMS atau tekanan rata -rata ini adalah yang menganggap telinga sebagai energi sinyal suara rata -rata.

Desibel

Hasil dari ekspresi sebelumnya untuk l_P, Saat dievaluasi untuk berbagai nilai p₁, Itu diberikan desibel, Jumlah tambahan. Mengekspresikan tingkat tekanan suara sangat nyaman, karena logaritma mengubah angka besar menjadi angka yang lebih kecil dan lebih mudah dikelola.

Namun, dalam banyak kasus lebih disukai menggunakan intensitas suara Untuk menentukan desibel, dan bukan tekanan suara.

Intensitas suara adalah energi yang mengalir selama satu detik (kekuatan) melalui permukaan kesatuan berorientasi tegak lurus ke arah di mana gelombang merambat. Seperti tekanan suara, itu adalah magnitudo skalar dan menunjukkan sebagai saya. Unit I adalah w/m², yaitu, daya per satuan area.

Dapat ditunjukkan bahwa intensitas suara sebanding dengan kuadrat tekanan suara:

I = p² /ρc

Dalam ungkapan ini, ρ adalah kepadatan medium dan c adalah kecepatan suara. Lalu Tingkat intensitas suara L_yo sebagai:

L_yo = 10 log (i₁ / YO_{salah satu})

Yang juga diekspresikan dalam desibel dan kadang -kadang muncul dilambangkan dengan huruf Yunani β. Nilai referensi i_{salah satu} adalah 1 x 10^-12 W/m². Dengan cara ini, 0 dB mewakili batas bawah pendengaran manusia, sedangkan ambang nyeri dalam 120 dB.

Karena ini adalah skala logaritmik, perlu untuk menekankan perbedaan kecil mana jumlah desibel membuat perbedaan besar dalam hal intensitas suara.

Soundometer

Suara atau desibelimeter adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur tekanan suara, menunjukkan ukuran dalam desibel. Dirancang untuk meresponsnya dengan cara yang sama seperti telinga manusia akan melakukannya.

Gambar 3. Sonometer atau desibelimeter digunakan untuk mengukur tingkat tekanan suara. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini terdiri dari mikrofon untuk mengumpulkan sinyal, lebih banyak sirkuit dengan amplifier dan filter, yang bertanggung jawab untuk mengubah sinyal ini dengan benar menjadi arus listrik, dan akhirnya skala atau layar di mana untuk menunjukkan hasil pembacaan.

Mereka banyak digunakan untuk menentukan dampak suara -suara tertentu pada orang dan di lingkungan. Misalnya kebisingan di pabrik, industri, bandara, kebisingan lalu lintas dan banyak lainnya.

Tipe suara

Suara ditandai dengan frekuensinya. Menurut mereka yang dapat ditangkap oleh telinga manusia, semua suara diklasifikasikan ke dalam tiga kategori: mereka yang dapat kita dengar atau Spektrum yang dapat didengar, Mereka yang sering di bawah batas bawah spektrum yang dapat didengar atau Infrasonida, Dan yang berada di atas batas atas, disebut USG.

Bagaimanapun, karena gelombang suara dapat ditumpangkan secara linear, suara sehari -hari, yang kadang -kadang kita tafsirkan sebagai unik, sebenarnya dari suara yang berbeda dengan frekuensi yang berbeda tetapi dekat.

Dapat melayani Anda: sirkuit listrik tertutupGambar 4. Spektrum suara dan rentang frekuensi. Sumber: Wikimedia Commons.

Spektrum yang dapat didengar

Telinga manusia dirancang untuk menangkap berbagai frekuensi: antara 20 dan 20.000 Hz. Tetapi tidak semua frekuensi dalam kisaran ini dirasakan dengan intensitas yang sama.

Telinga lebih sensitif di pita frekuensi antara 500 dan 6.000 Hz. Namun ada faktor -faktor lain yang mempengaruhi kapasitas persepsi suara, seperti usia.

Infrasonida

Mereka adalah suara yang frekuensinya kurang dari 20 Hz, tetapi fakta bahwa manusia tidak dapat mendengarkan mereka, tidak berarti bahwa hewan lain tidak dapat melakukannya. Misalnya, gajah menggunakannya untuk berkomunikasi, karena infrasonid dapat menempuh jarak jauh.

Hewan lain, seperti harimau, menggunakannya untuk mengejutkan mangsanya. Infrasonid juga digunakan dalam mendeteksi benda besar.

USG

Memiliki frekuensi lebih dari 20.000 Hz dan banyak digunakan di banyak bidang. Salah satu penggunaan USG yang paling menonjol adalah sebagai alat kedokteran, baik diagnostik maupun pengobatan. Gambar yang diperoleh USG adalah non -invasif dan tidak menggunakan radiasi pengion.

USG juga digunakan untuk menemukan kegagalan struktur, menentukan jarak, mendeteksi hambatan selama navigasi dan banyak lagi. Hewan juga menggunakan USG, dan sebenarnya itu adalah bagaimana keberadaan mereka ditemukan.

Kelelawar memancarkan pulsa suara dan kemudian menafsirkan gema yang mereka hasilkan untuk memperkirakan jarak dan menemukan bendungan. Untuk bagian mereka, anjing juga dapat mendengarkan USG dan itulah sebabnya mereka menanggapi peluit anjing yang tidak dapat didengar oleh pemiliknya.

Suara dan stereo singlefonic

Gambar 4. Dalam studi perekaman, suara dimodifikasi dengan benar oleh perangkat elektronik

Suara monofonic adalah sinyal yang direkam dengan mikrofon tunggal atau saluran audio. Saat mendengarkan dengan headphone atau terompet suara, kedua telinga mendengar persis sama. Di sisi lain, Stereo Sound Records sinyal dengan dua mikrofon independen satu sama lain.

Mikrofon terletak di posisi yang berbeda sehingga mereka dapat mengumpulkan tekanan suara yang berbeda dari apa yang ingin Anda rekam.

Kemudian setiap telinga menerima salah satu set sinyal ini, dan ketika otak menyatukan dan menafsirkannya, hasilnya jauh lebih realistis daripada saat mendengarkan suara monofonik. Oleh karena itu adalah metode yang disukai dalam hal musik dan bioskop, meskipun suara single atau monoaural masih digunakan di radio, terutama untuk wawancara dan percakapan.

Homofoni dan polifoni

Secara musikal, homofoni terdiri dari melodi yang sama yang dimainkan oleh dua atau lebih suara atau instrumen. Di sisi lain, dua atau lebih suara atau instrumen muncul dalam polifoni yang mengikuti melodi dan bahkan ritme yang berbeda. Set yang dihasilkan dari suara -suara ini harmonis, seperti musik Bach.

Suara yang serius dan akut

Telinga manusia membedakan frekuensi yang terdengar seperti akut, serius atau stoking. Inilah yang dikenal sebagai nada suara.

Frekuensi tertinggi, antara 1600 dan 20.000 Hz, dianggap sebagai suara akut, pita antara 400 dan 1600 Hz sesuai dengan suara nada sedang dan akhirnya frekuensi dalam kisaran 20 hingga 400 Hz adalah nada parah yang parah.

Suara serius berbeda dari yang akut di mana yang pertama dianggap dalam, gelap dan bergemuruh, sedangkan yang terakhir adalah terang, jernih, ceria dan menembus. Telinga juga menafsirkannya sebagai lebih intens, tidak seperti suara serius, yang menghasilkan sensasi intensitas yang lebih sedikit.