Ce este sunetul: totul despre undele sonore

 

Sunetele sunt oscilatii mecanice ce impresioneaza organul auditiv, iar in acest articol ne dorim sa iti prezentam, pe scurt si pe intelesul tuturor, cateva notiuni de baza, pentru a cunoaste mai bine aceste fenomene.

 

Poate nu mai tii minte de la lectiile de fizica, unde au fost tratate mai pe larg aceste subiecte si facem o recapitulare a acestor notiuni mai pe scurt. Vom vorbi despre unde sonore, sunet, tipuri si caracteristici, elemente pe care le vei intalni si in viata de zi cu zi, mai ales daca vrei sa iti achizitionezi un sistem audio. Dar sa incepem pe rand:

 

Ce este acustica?

Acustica este parte a fizicii care se ocupa cu studiul proprietatilor, producerea si propagarea sunetului. Altfel spus este o stiinta a sunetului, tratand toate aspectele legate de acesta. 

Sunt foarte multe domenii specializate in cadrul acestei discipline, fiind foarte vast, precum: acustica fizica, electro-acustica, acustica tehnica, acustica spatiului, acustica muzicala, fonetica, audiometria etc. 

Ce este sunetul? 

Diferite surse sonore au capacitatea de a produce unde mecanice care sa impresioneze aparatul auditiv uman, urechea, acesta putand fi unul dintre raspunsurile la intrebarea ce sunt sunetele.  

Definitia sunetului poate fi si senzatia pe care undele sonore o produc asupra organului auditiv prin vibratii. Sunetele sunt si vibratiile muzicale sau elemente ale vorbirii. 

Raspunsul la intrebarea ce este sunetul? poate fi foarte complex, dar in principal trebuie sa stii ca se refera la vibratia sau oscilatia pe care o poate percepe urechea umana. 

Pe langa sunetele placute pe care le poti percepe, muzica, natura, vocea umana etc., mai sunt si o serie de zgomote cunoscute drept poluarea fonica, ce pot fi foarte dezagreabile si reprezinta o adevarata problema, mai ales in marile orase. 

 

Care sunt sursele sonore si cum se propaga?

Putem denumi drept surse sonore, corpurile care sunt capabile sa emita sunete in anumite conditii date. 

Dar care sunt sunetele si cum pot fi produse? Se pot produce sunete cu ajutorul corzilor vibrante: corzile vocale, corzile de instrumente etc.; cu ajutorul coloanelor de aer vibrante precum: instrumentele de suflat, orga etc., tuburi sonore; prin membrane sau placi ce vibreaza precum instrumentele de percutie, difuzorul etc. Am dat aceste exemple pentru ca sunt mult mai la indemana si sunt cunoscute de toata lumea, dar cu siguranta mai sunt multe altele.

Dupa ce sunt emise, sunetele trebuie sa ajunga la receptor de la sursa, acest fenomen fiind cunoscut ca si propagare a sunetelor. Acestea se raspandesc diferit in functie de mediul in care sunt emise (gaz, lichid, solid). 

Cel mai adesea folosesti propagarea sunetelor la exterior si la interior, si, cunoscand proprietatile aerului, vei putea face diferite calcule pentru a dimensiona sistemul audio in caz de nevoie. 

Astfel, in aer liber, undele sonore se propaga sub forma de sfera, atat longitudinal, cat si transversal, fiind vorba doar de un transfer de energie, fara substanta. Cu cat se distanteaza de sursa, energia se disipeaza pana se pierde complet. Un fenomen des intalnit in natura este ecoul, ce consta in reflexia unui sunet emis in natura ce intalneste un obstacol si este intors ca un sunet distinct fata de cel primar.

Cu totul alta este situatia la interior, aici ai unde sonore emise de o sursa ce intalnesc obstacole înainte de a se atenua, campul sonor nu are o forma sferica precum in aer liber, si depinde de geometria incaperii si de propritatile acustice ale acesteia. 

Care sunt caracteristicile sunetului? 

Pentru a intelege mai bine notiunile, trebuie sa ne referim si la caracteristicile sunetului si le prezentam in continuare. 

Frecventa sunetului 

Frecventa sunetului, asa cum o percepi, poate fi joasa, medie sau inalta. Se masoara in hertz (Hz) sau perioade pe secunda, si este data de un numar de perioade sau de oscilatii care se petrec intr-o perioada de timp data. Aceste unde sonore  se pot propaga si la frecvente inalte si la frecvente joase, dar urechea umana percepe doar un mic interval. Se pot produce sunete la frecventele dorite in diferite medii.

Intensitatea sunetului

Aceasta se masoara in decibeli (dB) si o gasesti metionata pe multe produse de uz casnic. Se considera ca cea mai mica intensitate pe care o percepe urechea umana este 0 dB, respiratia unei persoane aflate langa tine sau fosnetul produs de frunze au o intensitate de 10 dB, soaptele au o intensitate de 20 dB etc. 

Sunetul creste pe o scara logaritmica, altfel spus sunetele produse de soapte le percepi de 10 ori mai puternic decat fosnetul frunzelor. Intensitatea este conditionata si de conditiile atmosferice, atunci cand esti afara, temperatura, presiunea aerului, umiditatea sunt proprietati ale aerului care influentiaza undele sonore. 

La polul opus sunt sunetele de intensitate mare, cand sursele se afla in apropierea receptorului si ai 80 dB un aspirator pe care il folosesti, 120 dB la un concert rock. La 130 dB este considerat un prag, ceea ce este mai sus deja iti poate provoca durere. 

La aceasta caracteristica se poate vorbi de doua notiuni: instensitatea sonora si intensitatea auditiva. Astfel, prima intensitate se poate controla in functie de dorinta fiecaruia. Este o marime obiectiva ce se poate masura, spre deosebire de intensitatea auditiva care este o masura subiectiva, ce tine de fiecare in parte.

Amplitudine

Este o caracteristica a sunetului pe care o vei percepe ca si volum. Putem numi amplitudine distanta maxima pe care o unda o parcurge din pozitia 0 (a sursei). Aceasta este caracterizata si de gradul de miscare in moleculele de aer, cand acesta creste, unda loveste aparatul auditiv cu o forta mai mare. 

Viteza sunetului

Viteza de propagare a undelor tine de o serie de caracteristici si este necesar sa avem un mediu, pentru ca acestea sa poata fi transmise de la sursa.

Daca ne referim la viteza sunetului in aer, aceasta depinde de:

 – presiunea aerului: fiind mai rapida cand sunt zone de compresie si mai slaba in zone rarefiate;

 – temperatura aerului: la temperaturi mai ridicate viteza este mai mare decat in zilele friguroase;

 – de umiditate: la umiditate crescuta viteza creste.

In functie de temperatura se poate calcula usor, viteza de propagare a sunetelor prin aer cu ajutorul unei formule matematice:

Viteza sunetului = 331 m/s +0,6 (pentru fiecare grad C).

Cu alte cuvinte la temperaturi de 0 grade C viteza sunetului este de 331 m/s. Cu fiecare grad in plus viteza creste cu 0,6 m/s.

Viteza sunetului in vid, deoarece nu are un mediu prin care sa se propage, este nula. Inca din 1660 s-au facut o serie de experimente prin care s-a demonstrat acest fapt. 

Mediul de propagare este un factor, de asemenea, foarte important, avand astfel o viteza de 331 m/s in aer la 0 grade C; 1482 m/s in apa la o temperatura de 20 de grade C; 3850 m/s prin lemn de stejar; 5000 m/s prin fier; 5640 m/s prin sticla.

Lungimea de unda

O alta caracteristica a undelor sonore este si lungimea de unda, care este strans legata prin formule matematice de viteza de propagare prin mediul respectiv si frecventa acesteia. 

Dupa lungimea de unda este impartit si spectrul radiatiilor electromagnetice si avem cele mai bine reprezentate ca fiind unde radio, dupa care urmeaza microunde, infrarosu, lumina vizibila care poate fi considera un mijloc, iar la polul opus dinspre mijloc spre capat: ultraviolete, raze X, raze gama. Cum era de asteptat, sub aspect practic, de la cel mai bun cuptor cu microunde si pana la aparatele pentru radiologie medicala, toata tehnologia care ne inconjoara in prezent foloseste radiatii electromagnetice in diverse forme ale lor.

Astfel, daca te referi la un sunet simplu, precum o nota muzicala, poti sa o descrii foarte in detaliu utilizand trei dintre caracteristicile perceptive si anume: inaltime, ce are ca si corespondenta frecventa; intensitate si timbru, ce se refera la constitutia armonica, la forma undei. 

Pe de alta parte, zgomotul este mult mai complex, iar sunetele nu sunt legate armonic, de aici si senzatia de disconfort si stres pe care o percepi. 

 

Categorii de sunete in functie de frecventa

In functie de frecventa, avem mai multe tipuri de sunete si putem vorbi despre ultrasunete si infrasunete, fiecare cu specificul lor.

Ultrasunetele sunt acele unde ce produc o frecventa mai mare decat maximul pe care il percepe urechea umana (intre 20 kHz si 10 la puterea a 6-a kHz). Acestea nu pot fi percepute de om, transporta o cantitate mare de energie, pot fi si sub forma de fascicul, se comporta foarte bine in medii gazoase, fiind puternic absorbite.

Acestea au o gama foarte larga de aplicatii, printre care mentionam: medicina, tehnica si in natura. Astfel, se pot curata piese metalice, se pot taia metale, se utilizeaza pentru a prepara anumite seruri si vaccine, pentru sterilizare, pentru conservarea alimentelor, detectarea unor obiecte si forme de relief in mediul acvatic etc. 

Daca este sa faci o comparatie intre infrasunete si ultrasunete, primele se situeaza la polul opus, fiind tot imperceptibile pentru urechea umana, dar cuprinse intre 0,001Hz si 20 Hz. De remarcat la acestea este posibilitatea de a strabate distante foarte lungi, fara a scadea in intensitate, avand posibilitatea de a ocoli obstacolele intalnite fara mari pierderi. Din acest motiv, acestea sunt de baza in domeniul seismologic, pentru a putea studia si prevedea cutremurele. 

Astfel, daca vorbim despre perceptia sunetului, ultrasunetele si infrasunetele nu sunt in sfera audibila, iar urechea umana nu le poate distinge. Cu toate acestea au fost facute studii care arata ca, desi urechea nu percepe aceste sunete, totusi o parte produc anumite stari pe care nu le pot explica. In cadrul unui concert au fost piese care aveau infrasunete de 17 Hz, iar o parte din spectatori au simtit stari de anxietate, panica, chiar frica si suparare. 

Cum este formata urechea umana? 

In cadrul aparatului auditiv uman, unda sonora strabate mai toate tipurile de medii si are o forma longitudinala. 

Facem o scurta trecere pentru a-ti aduce aminte din ce este alcatuita urechea umana si care sunt corespondentele din fizica pentru fiecare componenta in parte:

 – pavilionul urechii, poate fi asemanat cu un cornet acustic;

 – conductul auditiv are forma unui tub ce este inchis la unul dintre capete;

 – timpanul este o membrana elastica;

 – urechea medie are rolul unui rezonator si totodata amplifica sunetele;

 – urechea interna poate fi asemanata cu un traductor;

 – impulsul nervos este o unda de propagare.

Astfel, pavilionul preia sunetele din mediul inconjurator si le directioneaza spre timpan, acesta prin vibratii transmite la urechea medie care amplifica sunetul, in urechea interna acesta este transformat in impuls nervos si trimis mai departe.

Sunt o parte de afectiuni care pot sa aiba un impact negativ asupra auzului, si amintim:

 – hipoacuzie, cand capacitatea de a percepe sunetele scade cu circa 20 de Hz;

 – surditate, cand nu mai poti percepe sunetele, poate fi uni sau bilaterala;

 – tiuit, fiind foarte des intalnit, fie ca un episod sau periodic, in anumite momente si este deranjant. 

In ce domeniu poti utiliza informatiile despre undele sonore?

Daca nu esti in domeniul muzical, sau nu esti implicat in proiectarea si constructia unei sali de concerte unde acustica este de baza, nu esti inginer de sunet etc., cu siguranta te intrebi cand vei avea nevoie de aceste informatii.

Aceste notiuni le vei putea folosi atunci cand iti vei alege un sistem audio pentru acasa, pentru a achizitiona difuzoare sau un amplificator de sunet, fiind astfel capabil sa intelegi datele furnizate de producator si sa alegi in cunostinta de cauza. 

Pentru un amplificator audio, sunt importante datele ce se refera la puterea amplificatorului, cu accent pe puterea reala si nu cea maxima; banda de frecventa, tinand cont de intervalul care este perceput de urechea umana; impedanta care trebuie sa fie corelata cu cea a difuzoarelor.

Cu siguranta aceste notiuni prezentate in articol nu iti sunt necunoscute, dar poate ai mai uitat la ce se refera si nu ezita sa citesti cu atentie, pentru a putea sa-ti reimprospatezi amintirile. Sunt elemente ce tin de fizica, dar au aplicabilitate si in viata de zi cu zi, astfel vei putea sa faci alegeri potrivite si sa intelegi anumite fenomene de care te poti izbi frecvent.