Teoria muzyki

Co to jest fala dźwiękowa? Objasnienie i zastosowania

Autor Marta Kwapińska
Marta Kwapińska08.01.20247 min.
Co to jest fala dźwiękowa? Objasnienie i zastosowania

Co to jest fala dźwiękowa? To drgania mechaniczne o częstotliwości od 16 Hz do 20 kHz, które rozchodzą się w ośrodku sprężystym i są odbierane przez nasz narząd słuchu. Fale dźwiękowe powstają w wyniku drgań ciał i mogą przenosić energię mechaniczna na duże odległości. W artykule wyjaśnimy, czym dokładnie jest fala dźwiękowa, jak powstaje i jakie ma zastosowania w życiu codziennym oraz w nauce.

Kluczowe wnioski:
  • Fala dźwiękowa to drgania mechaniczne odbierane przez ucho, mające źródło w drgających ciałach.
  • Częstotliwość fali dźwiękowej decyduje o jej wysokości, a amplituda o głośności.
  • Fale dźwiękowe wykorzystywane są m.in. w medycynie, przemyśle i komunikacji.
  • Hałas jest szkodliwy dla zdrowia, może prowadzić nawet do utraty słuchu.
  • Dźwięki o odpowiednio dobranej częstotliwości wpływają korzystnie na samopoczucie.

Co to jest fala dźwiękowa? Definicja zjawiska

Fala dźwiękowa, inaczej fala akustyczna, to fala mechaniczna powstająca w ośrodku sprężystym (np. powietrzu, wodzie) i rozchodząca się dzięki drganiom cząsteczek tego ośrodka. Jest ona formą przenoszenia energii mechanicznej drgań na odległość.

Aby zjawisko to lepiej zrozumieć, wyobraźmy sobie kamień wrzucony do jeziora. Powoduje on miejscowe zaburzenie powierzchni wody, które następnie rozchodzi się koncentrycznie na boki. Podobnie fala dźwiękowa to fala mechaniczna wywołana drganiami źródła dźwięku (np. struny głośnika), które powodują lokalne zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka.

Zwiększone ciśnienie w miejscu zagęszczenia przemieszcza się dalej, popychając sąsiednie cząsteczki. W ten sposób powstaje fala akustyczna niosąca energię mechaniczną drgań na znaczne odległości. Jest ona odbierana przez nasze ucho i interpretowana jako dźwięk.

Fale dźwiękowe charakteryzują się określonymi parametrami. Do najważniejszych należą: częstotliwość (wysokość dźwięku), amplituda (głośność) i długość fali.

Zakres częstotliwości fal dźwiękowych

Nie wszystkie fale mechaniczne są falami dźwiękowymi. Za fale dźwiękowe uważamy fale o częstotliwości od ok. 16 Hz do 20 kHz. Jest to zakres częstotliwości, który potrafi odbierać ludzkie ucho.

Fale o niższej częstotliwości to infradźwięki, natomiast o wyższej częstotliwości to ultradźwięki. Choć same nie są odbierane przez nasz słuch, mają wiele interesujących zastosowań.

Jak powstaje fala dźwiękowa? Wyjaśnienie mechanizmu

Źródłem fali dźwiękowej są drgania ciał. W zwykłych warunkach są to drgania różnych przedmiotów w otoczeniu, np. struny instrumentu muzycznego albo membrany głośnika. Jednak fale dźwiękowe może wytworzyć każde ciało wprawione w drgania o odpowiedniej amplitudzie i częstotliwości.

Drgania ciała powodują zmiany ciśnienia w otaczającym je ośrodku. Na przykład przy drganiach membrany głośnika do przodu podnosi się ciśnienie powietrza tuż przy niej, przez co sąsiednie cząsteczki powietrza ulegają zagęszczeniu. Natomiast przy cofaniu się membrany następuje lokalny spadek ciśnienia i rozrzedzenie powietrza.

Powtarzające się naprzemienne zagęszczenia i rozrzedzenia rozchodzą się falowo od źródła drgań, tworząc falę akustyczną.

Im szybsze są drgania źródła dźwięku, tym większa częstotliwość powstającej fali, co odpowiada wyższej wysokości dźwięku. Z kolei im większa jest amplituda drgań, tym silniejsze (bardziej zagęszczone i rozrzedzone) fale, a w konsekwencji głośniejszy dźwięk.

Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej

Fala dźwiękowa rozchodzi się z określoną prędkością zależną od rodzaju ośrodka. W powietrzu wynosi ona zwykle ok. 340 m/s, w wodzie ok. 1500 m/s, a w ciałach stałych (np. metalach) może osiągać ponad 5000 m/s.

Taka prędkość oznacza, że np. odległe uderzenie pioruna słyszymy z opóźnieniem wynikającym z odległości źródła dźwięku.

Czytaj więcej: Stabat Mater Dolorosa - Analiza i Najważniejsze Informacje o Utworze

Jakie są rodzaje fal dźwiękowych? Podział ze względu na częstotliwość

Ze względu na częstotliwość wyróżniamy różne rodzaje fal mechanicznych. Podstawowy podział przebiega ze względu na zdolność detekcji tych fal przez ludzkie ucho, dzieląc je na:

  • infradźwięki - poniżej 20 Hz
  • fale dźwiękowe (akustyczne) - od ok. 16 Hz do 20 kHz
  • ultradźwięki - powyżej 20 kHz

Słyszalne przez człowieka fale dźwiękowe dzielimy dodatkowo ze względu na częstotliwość na tony: niskie, średnie i wysokie.

Niskie tony 16 Hz – 250 Hz
Średnie tony 250 Hz – 4 kHz
Wysokie tony 4 kHz – 20 kHz

Podział ten nie jest ostry, a granice poszczególnych zakresów mogą się nakładać.

Jak mierzymy natężenie fali dźwiękowej? Skala decybelowa

Co to jest fala dźwiękowa? Objasnienie i zastosowania

Do pomiaru natężenia, czyli "mocy" fali dźwiękowej, służy skala decybelowa (dB). Jest to skala logarytmiczna opisująca stosunek mierzonej mocy akustycznej do umownego poziomu odniesienia.

0 dB odpowiada progu słyszalności przy częstotliwości 1 kHz. Natomiast 120-140 dB to tzw. próg bólu, czyli natężenie dźwięku, przy którym pojawia się dyskomfort i ból ucha.

Przykładowo, zwykła rozmowa prowadzona z odległości ok. 1 metra odpowiada 60 dB. Hałas uliczny w mieście to ok. 80-90 dB. Startujący samolot 737 osiąga zaś 120 dB w odległości 30 metrów.

Gdzie wykorzystujemy fale dźwiękowe? Praktyczne zastosowania

Fale akustyczne znalazły wiele zastosowań w różnych dziedzinach nauki i życia codziennego. Oto kilka przykładów:

  • muzyka, mowa i inne formy komunikacji dźwiękowej między ludźmi i zwierzętami
  • ultradźwięki w diagnostyce medycznej (USG)
  • echolokacja u zwierząt
  • wykrywanie okrętów podwodnych za pomocą fal dźwiękowych
  • spawanie ultradźwiękowe w przemyśle
  • czyszczenie ultradźwiękowe

Powyższe przykłady pokazują, że fale dźwiękowe i ultradźwięki z powodzeniem wykorzystuje się w wielu dziedzinach życia.

Jakie są wady i zalety fal dźwiękowych? Wpływ na zdrowie człowieka

Fale akustyczne mają zarówno dobre, jak i złe strony. Z jednej strony umożliwiają komunikację między ludźmi i wiele pożytecznych zastosowań.

Jednak z drugiej strony hałas jest poważnym problemem współczesnych miast i przemysłu. Nadmierny hałas może być uciążliwy, wpływać niekorzystnie na zdrowie fizyczne i psychiczne, a nawet powodować trwałe uszkodzenia słuchu.

Dlatego dźwięki w środowisku człowieka powinny być kontrolowane, aby korzystać z zalet fal akustycznych i minimalizować ich wady. Odpowiednio wyciszone wnętrza i zastosowanie materiałów dźwiękochłonnych poprawia ogólne samopoczucie i komfort życia.

Podsumowanie

W niniejszym artykule dowiedzieliśmy się, czym są fale dźwiękowe, potocznie zwane też falami akustycznymi. Okazuje się, że jest to szczególny rodzaj fal mechanicznych powstających w ośrodkach sprężystych na skutek drgań różnych ciał.

Fale te rozchodzą się w postaci naprzemiennych zagęszczeń i rozrzedzeń materii, przenosząc energię drgań na odległość. Są one odbierane przez nasz narząd słuchu jako dźwięki o określonej częstotliwości i amplitudzie.

Poznaliśmy źródła powstawania fal dźwiękowych, sposób ich rozchodzenia się i podstawowe parametry. Dowiedzieliśmy się też, gdzie mają zastosowanie w praktyce - zarówno te słyszalne przez człowieka, jak i ultradźwięki.

Okazuje się, że fale akustyczne mają zarówno dobre, jak i złe strony. Z jednej strony umożliwiają przekaz informacji i wiele pożytecznych zastosowań. Z drugiej zaś strony nadmierny hałas może negatywnie wpływać na nasze zdrowie i samopoczucie.

Najczęstsze pytania

Fala dźwiękowa (fala akustyczna) to fala mechaniczna powstająca w ośrodku sprężystym (np. powietrzu, wodzie) w wyniku drgań i rozchodząca się poprzez naprzemienne zagęszczenia i rozrzedzenia cząsteczek tego ośrodka. Jest formą przenoszenia energii drgań na odległość.

Źródłem fal dźwiękowych mogą być wszelkie drgające ciała stałe, ciecze i gazy, np. struna instrumentu, membrana głośnika, stroik, uderzane lub pocierane przedmioty. Warunkiem jest odpowiednia amplituda i częstotliwość drgań.

Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej zależy od ośrodka. W powietrzu wynosi ok. 340 m/s, w wodzie 1500 m/s, a w ciałach stałych może przekraczać 5000 m/s. Dlatego dźwięki docierają do nas z pewnym opóźnieniem.

Nadmierny hałas jest szkodliwy dla zdrowia. Może powodować stres, rozdrażnienie, zaburzenia snu i trudności w koncentracji uwagi. Przy dużym natężeniu prowadzi też do uszkodzeń słuchu - od przejściowego pogorszenia do trwałej utraty.

Ultradźwięki ze względu na swoją wysoką częstotliwość mają zastosowanie w diagnostyce medycznej, gdzie wykorzystuje się je m.in. do obrazowania tkanek pacjenta w badaniach USG.

Oceń artykuł

rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

5 Podobnych Artykułów:

  1. Jak wybrać wzmacniacz do gitary elektrycznej? Poradnik i wskazówki dla początkujących
  2. Syntezator muzyczny - Syntetyzator dźwięku online
  3. Czy gwiazdor KISS Paul Stanley obawiał się o swoje zdrowie? Szczegóły wstrząsającej sytuacji
  4. Tuba - historia, rodzaje i budowa tego dętego instrumentu muzycznego
  5. John Squire zachwala Liamo Gallaghera jako jednego z największych głosów rock and rolla wszech czasów
Autor Marta Kwapińska
Marta Kwapińska

Wokalistka z duszą, zachęcam do eksploracji własnego głosu. Techniki wokalne i emocjonalny przekaz piosenek to moja specjalność. Muzyka łączy naszą duszę z melodią życia.

Udostępnij post

Napisz komentarz

Polecane artykuły

Muzyka: Znaki chromatyczne, bemol w muzyce
Teoria muzykiMuzyka: Znaki chromatyczne, bemol w muzyce

Znaki chromatyczne, w tym bemol i krzyżyk, pozwalają zmieniać wysokość dźwięków w muzyce, umożliwiając grę w różnych tonacjach i gamach. Dowiedz się więcej o ich zastosowaniu, wpływie na brzmienie i roli w teorii muzycznej.

H Akord - Zagraj H Dur na Gitarze
Teoria muzykiH Akord - Zagraj H Dur na Gitarze

H Akord to jeden z najpopularniejszych i najczęściej wykorzystywanych akordów gitarowych. Dowiedz się, jak go zagrać, poznaj palcowanie i ćwiczenia dla początkujących gitarzystów. Przeczytaj o transpozycjach i progresjach z akordem H.