Czym jest dźwięk? Definicja i rodzaje fali dźwiękowej

Co to dźwięk? To jedno z fundamentalnych zjawisk fizycznych, z którym stykamy się na co dzień. Dźwięki towarzyszą nam w życiu, pozwalając komunikować się i odbierać bodźce ze świata zewnętrznego. W niniejszym artykule wyjaśnimy, czym dokładnie jest dźwięk, jak powstaje i jakie ma właściwości. Przedstawimy również podstawowe rodzaje fal dźwiękowych i parametry je opisujące.

• Dźwięk to fale mechaniczne rozchodzące się w ośrodku sprężystym, np. w powietrzu.
• Powstaje w wyniku drgań i wibracji ciała stałego, ciekłego lub gazowego.
• Różni się od hałasu, który ma nieprzyjemny, uciążliwy charakter.
• Opisują go fizyczne wielkości - częstotliwość, amplituda, prędkość.
• Ma zastosowanie w wielu dziedzinach życia, np. w muzyce czy komunikacji.

Czym jest dźwięk? Definicja fizyczna

Dźwięk to jedno z fundamentalnych zjawisk fizycznych, z którym stykamy się na co dzień. Co to dźwięk? W ujęciu fizycznym dźwięk to fale mechaniczne rozchodzące się w ośrodku sprężystym, takim jak powietrze, woda czy ciała stałe. Fale te są wywołane drganiami cząsteczek ośrodka i mają charakter podłużny. Odbieramy je zmysłem słuchu.

Dźwięk różni się od fal elektromagnetycznych, takich jak światło, które mogą rozchodzić się w próżni. Dźwięk wymaga ośrodka materialnego do rozprzestrzeniania się. Im gęstszy jest ośrodek, tym szybciej rozchodzą się fale dźwiękowe. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 343 m/s, w wodzie 1500 m/s, a w ciałach stałych sięga nawet kilku kilometrów na sekundę.

Źródłem dźwięku są drgające ciała, które wprawiają cząsteczki ośrodka w ruch. Drgania te przenoszą się w postaci fal dźwiękowych. Dźwięk musi mieć odpowiednią częstotliwość i amplitudę, aby mógł być odebrany przez ucho ludzkie. Zakres słyszalności człowieka wynosi ok. 16-20 000 Hz przy natężeniu od 0 do 120 dB.

Parametry opisujące dźwięk

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi fale dźwiękowe są:

• Częstotliwość - liczba drgań na sekundę, mierzona w hercach (Hz). Im wyższa częstotliwość, tym dźwięk jest wyższy.
• Amplituda - maksymalne wychylenie fali od położenia równowagi, związana z głośnością dźwięku.
• Długość fali - odległość między dwoma kolejnymi punktami fali o tej samej fazie drgań.

Znając te parametry, można precyzyjnie scharakteryzować każdą falę akustyczną.

Jak powstaje dźwięk? Drgania i fale akustyczne

Czym jest dźwięk? Jak już wiemy, dźwięk jest zjawiskiem mechanicznym, które powstaje w wyniku drgań i wibracji. Źródłem fal dźwiękowych są ciała wprawione w stan drgający. Mogą to być ciała stałe, ciecze lub gazy.

Drgania cząsteczek ośrodka rozchodzą się w postaci fal dźwiękowych. Im mocniejsze są drgania źródła dźwięku, tym większa jest amplituda i głośność dźwięku. Częstotliwość drgań determinuje wysokość dźwięku - im wyższa częstotliwość, tym dźwięk jest wyższy.

Typowymi źródłami dźwięku są na przykład:

• Struny instrumentów muzycznych wprawione w drgania
• Membrana głośnika poruszana prądem elektrycznym
• Dudnienie bębna wywołane uderzeniami
• Głos ludzki powstający podczas drgań wiązadeł głosowych

Dźwięk może powstawać na wiele sposobów, ale zawsze jego źródłem są drgania materii rozchodzące się w postaci fal akustycznych w ośrodku. Dopiero gdy fale te dotrą do ucha, mózg interpretuje je jako konkretne dźwięki.

Czytaj więcej: Artykulacja - co to jest i jak ćwiczyć prawidłową wymowę

Dźwięk a hałas - różnice i podobieństwa

Często terminy "dźwięk" i "hałas" używane są zamiennie w języku potocznym. Jednak w fizyce i akustyce między nimi zachodzą pewne różnice.

Czym jest hałas? Hałas definiuje się jako wszystkie niepożądane, dokuczliwe i uciążliwe dźwięki o dużym natężeniu. Są to na ogół dźwięki chaotyczne, bezładne i nieprzyjemne. Dźwięk natomiast to neutralny termin fizyczny opisujący fale akustyczne.

Z fizycznego punktu widzenia zarówno dźwięk, jak i hałas to fale dźwiękowe różniące się parametrami. Jednak hałas cechuje się zwykle:

• Dużym natężeniem, często przekraczającym bezpieczny próg słyszalności
• Losową, chaotyczną strukturą, brakiem harmonii
• Szerokim spektrum częstotliwości, bez wyraźnego tonu

Podczas gdy dźwięki muzyczne są uporządkowane i przyjemne dla ucha, hałas jest szkodliwy i uciążliwy. Jednak akustycznie różnią się one tylko właściwościami fizycznymi fal dźwiękowych.

Rodzaje fal dźwiękowych i ich cechy

Ze względu na kształt wykresu amplitudy w czasie, fale dźwiękowe dzielą się na:

• Fale sinusoidalne - proste fale o amplitudzie zmieniającej się sinusoidalnie w czasie. Są to fale o stałej częstotliwości i amplitudzie, np. dźwięk sinusoidalny z syntezatora.
• Fale prostokątne - amplituda tych fal przyjmuje tylko dwie wartości - maksymalną lub zerową. Występują np. przy dźwiękach perkusyjnych.
• Fale piłokształtne - amplituda zmienia się w sposób piłokształtny. Pojawiają się przy dźwiękach pochodzących ze strun i instrumentów smyczkowych.

Najczęściej występują fale złożone, będące kombinacją różnych typów prostych fal. Przykładem jest dźwięk mowy ludzkiej, zawierający składowe o wielu częstotliwościach.

Parametry fali dźwiękowej - częstotliwość, amplituda

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi falę dźwiękową są częstotliwość i amplituda:

• Częstotliwość - określa wysokość dźwięku. Jednostką częstotliwości jest herc (Hz). 1 Hz = 1 drganie na sekundę. Człowiek słyszy dźwięki o częstotliwości od 16 do 20 000 Hz.
• Amplituda - maksymalne wychylenie fali od położenia równowagi. Związana jest z głośnością dźwięku. Im większa amplituda, tym dźwięk jest głośniejszy. Mierzona w decybelach (dB).

Częstotliwość i amplituda w znacznym stopniu determinują właściwości dźwięku i jego percepcję. Pozwalają opisać i zanalizować każdą falę akustyczną.

Zastosowania dźwięku w życiu codziennym

Dźwięk pełni ważną rolę w wielu sferach życia człowieka:

• Komunikacja mowa - dźwięk umożliwia porozumiewanie się między ludźmi
• Muzyka - dźwięki o różnych częstotliwościach tworzą melodie
• Dźwięki otoczenia - informują nas o zdarzeniach w otoczeniu
• Ultradźwięki - zastosowanie w medycynie (USG) i przemyśle
• Dźwięki podwodne - echolokacja zwierząt i sonary okrętów podwodnych

Dźwięk jako fala mechaniczna ma ogromne znaczenie dla życia człowieka. Pozwala nam nie tylko słuchać muzyki czy mówić, ale też badać otoczenie i zdobywać o nim informacje.

Dźwięk, mimo że jest zjawiskiem fizycznym, ma ogromny wpływ na psychikę człowieka i jego samopoczucie.

Podsumowanie

W niniejszym artykule dowiedzieliśmy się, czym dokładnie jest dźwięk. Co to dźwięk? Jest to fala mechaniczna powstająca w wyniku drgań i rozchodząca się w ośrodku sprężystym. Dźwięk jest więc zjawiskiem fizycznym, które możemy zarówno słyszeć, jak i zobaczyć w postaci fali na wykresie. Okazuje się, że dźwięk powstaje wokół nas nieustannie, a my jesteśmy w stanie odebrat go dzięki specjalnie przystosowanemu do tego uchu.

Dowiedzieliśmy się również, jakie parametry opisują falę dźwiękową. Są to przede wszystkim częstotliwość, związana z wysokością dźwięku oraz amplituda, odpowiadająca za głośność. Zrozumieliśmy także, czym różni się dźwięk od hałasu i jakie są rodzaje fal dźwiękowych. Całość wiedzy została zaprezentowana w przystępny i ciekawy sposób.

Dźwięk okazuje się niezwykle istotnym elementem otaczającej nas rzeczywistości. Pozwala komunikować się między sobą, słuchać muzyki i odbierać bodźce ze świata zewnętrznego. Bez dźwięku nasze życie byłoby o wiele uboższe i pozbawione wielu wrażeń. Dlatego warto bliżej poznać to fascynujące zjawisko fizyczne.

Mam nadzieję, że artykuł okazał się interesujący i pomógł lepiej zrozumieć, czym jest dźwięk, skąd się bierze i jaką pełni rolę. Zapraszam do dalszego eksplorowania tematu fal dźwiękowych i zgłębiania tajników akustyki.