Teoria muzyki

Dźwięk fizyka: Częstotliwość dźwięku i jego właściwości

Autor Błażej Szewczyk
Błażej Szewczyk09.01.20248 min.
Dźwięk fizyka: Częstotliwość dźwięku i jego właściwości

Dźwięk fizyka jest falą mechaniczną, która rozchodzi się w ośrodku sprężystym i jest odbierana przez nasz narząd słuchu. Częstotliwość fali dźwiękowej określa wysokość dźwięku, czyli to czy dźwięk jest niski, czy wysoki. W artykule przyjrzymy się bliżej częstotliwości dźwięku, tonom muzycznym oraz innym ważnym właściwościom fal dźwiękowych.

Kluczowe wnioski:
  • Częstotliwość określa wysokość dźwięku - im wyższa częstotliwość, tym dźwięk jest wyższy.
  • Ludzkie ucho może słyszeć dźwięki o częstotliwości od ok. 20 Hz do 20 000 Hz.
  • Tony muzyczne to dźwięki o ściśle określonych częstotliwościach.
  • Fale dźwiękowe mają określoną długość, amplitudę i prędkość rozchodzenia się.
  • Dźwięk ma wiele zastosowań w technice, medycynie i innych dziedzinach.

Dźwięk fizyka: definicja i rodzaje

Dźwięk w fizyce definiowany jest jako fala mechaniczna, która rozchodzi się w ośrodku sprężystym i jest odbierana przez nasz narząd słuchu. Jest to więc proces drgań cząsteczek ośrodka (najczęściej powietrza), które docierają do ucha wewnętrznego człowieka lub zwierzęcia i są tam interpretowane jako bodziec słuchowy.

Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje dźwięków: tony i szumy. Tony to dźwięki harmonijne o płynnej fali sinusoidalnej. Charakteryzują się określoną wysokością, czyli częstotliwością drgań. Szumy natomiast mają złożoną falę i są mieszaniną wielu częstotliwości.

Źródła i odbiór dźwięku

Źródłem fal dźwiękowych są wszelkie ciała drgające, które wprawiają w drgania otaczające je cząsteczki powietrza lub innego ośrodka. Typowymi źródłami dźwięków są na przykład: struny instrumentów muzycznych, membrany bębnów, głośniki czy ludzkie struny głosowe.

Dźwięk odbierany jest przez ucho ludzkie lub zwierzęce. W nim fala dźwiękowa jest zamieniana na impulsy nerwowe i wysyłana do mózgu. To właśnie mózg interpretuje bodźce dźwiękowe, rozróżnia dźwięki mowy, muzyki itp.

Dźwięk fizyka: fale dźwiękowe i ich cechy

Dźwięki to specyficzne fale mechaniczne, które mają pewne charakterystyczne cechy. Przede wszystkim fale dźwiękowe mogą rozchodzić się jedynie w ośrodkach sprężystych, czyli takich które ulegają niewielkim odkształceniom pod wpływem siły i powracają do stanu pierwotnego po ustaniu tej siły.

Typowymi ośrodkami rozchodzenia się fal dźwiękowych są: powietrze, woda, drewno, metale i niektóre ciecze oraz ciała stałe. W próżni dźwięk nie może się rozchodzić, gdyż brak tam cząsteczek, które mogłyby drgać.

Podstawowe parametry fal dźwiękowych

Fale dźwiękowe, podobnie jak inne fale mechaniczne mają określone podstawowe parametry fizyczne. Do najważniejszych należą:

  • Częstotliwość
  • Długość fali
  • Amplitude
  • Okres i częstotliwość
  • Prędkość rozchodzenia się

W dalszej części artykułu przyjrzymy się bliżej tym parametrom fal dźwiękowych oraz innym ważnym cechom i właściwościom dźwięków.

Czytaj więcej: Wszystko o hymnach i ich historii

Dźwięk fizyka: częstotliwość dźwięku i ton

Częstotliwość drgań jest jedną z podstawowych cech fal dźwiękowych. Określa ona wysokość dźwięku, a dokładniej mówiąc - liczbę drgań na sekundę źródła fal, np. struny lub membrany.

Jednostką częstotliwości w fizyce jest 1 herc [Hz]. Częstotliwość dźwięków słyszalnych przez człowieka mieści się w przedziale od ok. 20 Hz do 20 000 Hz (20 kHz). Dźwięki o częstotliwości poniżej 20 Hz to infradźwięki, zaś powyżej 20 kHz - ultradźwięki.

Tony i gamy muzyczne

Tonem w akustyce nazywamy dźwięk o ściśle określonej częstotliwości. W muzyce jako tony przyjmuje się dźwięki, których częstotliwość wpisuje się w określoną skalę muzyczną.

Na przykład najczęściej wykorzystywana skala równomiernie temperowana dzieli oktawę na 12 półtonów. Każdy półton różni się częstotliwością o taki sam iloraz (12√2 ≈ 1,0595). Najczęściej stosowanym tonem odniesienia jest „a1” o częstotliwości 440 Hz.

TON CZĘSTOTLIWOŚĆ [Hz]
a 440
ais lub b 466

I tak kolejne tony różnią się od siebie o półton, aż do granic słyszalności ludzkiego ucha.

Dźwięk fizyka: natężenie dźwięku i głośność

Dźwięk fizyka: Częstotliwość dźwięku i jego właściwości

Kolejną ważną cechą fali dźwiękowej, oprócz częstotliwości, jest natężenie dźwięku. Jest ono związane z amplitudą fali, czyli maksymalnym wychyleniem drgających cząsteczek z położenia równowagi.

Im większe jest to wychylenie (wyższa amplituda), tym fala niesie ze sobą więcej energii, a co za tym idzie - natężenie dźwięku jest większe. Natężenie dźwięku mierzy się w decybelach [dB].

Głośność jest natomiast subiektywnym odczuciem natężenia dźwięku przez słuchacza. Dźwięki o natężeniu 120 dB mogą już powodować ból ucha.

Pomiar i regulacja natężenia

Natężenie dźwięku mierzy się specjalnymi miernikami - decybelomierzami. Umożliwiają one precyzyjny pomiar poziomu głośności urządzeń i środowiska akustycznego.

W wielu urządzeniach, np. w instrumentach muzycznych, telewizorach czy radiu występują regulatory głośności. Pozwalają one zmieniać amplitudę drgań, a co za tym idzie natężenie generowanego dźwięku i jego głośność.

Dźwięk fizyka: prędkość dźwięku w różnych ośrodkach

Kolejną ważną cechą fal dźwiękowych jest ich prędkość rozchodzenia się. Jest ona różna w zależności od ośrodka, w którym poruszają się fale. Np. w gazach prędkość dźwięku jest stosunkowo niska, zaś w ciałach stałych - znacznie wyższa.

W powietrzu fale dźwiękowe rozchodzą się ze średnią prędkością ok. 340 m/s. Jest ona tylko nieznacznie uzależniona od cech powietrza, takich jak: temperatura, wilgotność czy ciśnienie atmosferyczne.

W wodzie dźwięk rozchodzi się około 4-5 razy szybciej niż w powietrzu, bo z prędkością ok. 1500 m/s. Jeszcze większe prędkości fal dźwiękowych występują w gazach (powyżej 1000 m/s), a rekordowe osiągają w ciałach stałych np. w żelazie (powyżej 5000 m/s).

Szybkość dźwięku jest większa w ośrodkach o większej gęstości, sztywności i mniejszej ściśliwości.

Zastosowanie zjawiska

Różnice w prędkości rozchodzenia się dźwięku w danych ośrodkach wykorzystuje się w wielu zastosowaniach technicznych. Przykładowo w echosondach do pomiaru głębokości zbiorników wodnych czy też do wykrywania defektów materiałowych metodą ultradźwiękową.

Dźwięk fizyka: zastosowanie dźwięku w technice i medycynie

Fale dźwiękowe ze względu na swoje właściwości mają bardzo szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia. Oprócz oczywistej roli w muzyce i akustyce, dźwięk jest też powszechnie wykorzystywany m.in. w:

  • diagnostyce medycznej (USG, fonokardiografia),
  • przemyśle wydobywczym i naftowym (echosondy),
  • wojskowości (sonary i radary),
  • budownictwie (wykrywanie pęknięć),
  • telekomunikacji (telefonia).

Ponadto fale dźwiękowe o dużym natężeniu znajdują zastosowanie w ultrasonograficznym oczyszczaniu i myciu różnych elementów przemysłowych.

Podsumowując, dźwięk jako fala mechaniczna charakteryzuje się wieloma interesującymi właściwościami, które są powszechnie wykorzystywane w technice, przemyśle, medycynie i wielu innych dziedzinach.

Podsumowanie

Dźwięk w fizyce to fala mechaniczna, czyli proces drgań cząsteczek ośrodka (najczęściej powietrza), które docierają do naszego ucha. Charakteryzuje się on pewnymi parametrami, z których najważniejsza jest częstotliwość. Określa ona wysokość dźwięku oraz to, czy jest on niski, czy wysoki. Człowiek słyszy dźwięki o częstotliwości od 20 do 20 000 Hz.

Fale dźwiękowe mają też określoną długość, amplitudę oraz prędkość rozchodzenia się, która zależy od ośrodka. Np. w powietrzu wynosi ok. 340 m/s, a w wodzie 1500 m/s. Kolejną ważną cechą jest natężenie dźwięku związane z jego głośnością. Jest ono mierzone w decybelach.

Dźwięk ma bardzo wiele zastosowań, nie tylko w muzyce czy akustyce, ale też w medycynie, przemyśle, wojsku i wielu innych dziedzinach. Wykorzystuje się tam jego różne właściwości, jak np. odbijanie się od przeszkód (echosondy) czy prędkość rozchodzenia w danym ośrodku (USG).

Podsumowując, dźwięk jako fala mechaniczna ma wiele ciekawych i użytecznych właściwości. Znajomość zasad jego powstawania i rozchodzenia się pozwala na szerokie zastosowanie w technice, przemyśle i medycynie.

Najczęstsze pytania

Dźwięk to fala mechaniczna powstająca w wyniku drgań cząsteczek ośrodka (najczęściej powietrza), która rozchodzi się i dociera do ludzkiego ucha. Jest odbierana przez ucho i mózg jako bodziec akustyczny.

W powietrzu dźwięk rozchodzi się ze średnią prędkością ok. 340 m/s. Jest ona tylko nieznacznie zależna od temperatury, wilgotności i ciśnienia powietrza.

Częstotliwość określa liczbę drgań na sekundę źródła fal dźwiękowych. Im wyższa częstotliwość, tym dźwięk jest wyższy. Człowiek słyszy dźwięki o częstotliwości od 20 do 20 000 Hz.

Głośność dźwięku zależy od natężenia fali dźwiękowej, które jest związane z amplitudą drgań. Im większa amplituda tym fala niesie więcej energii i dźwięk jest głośniejszy. Mierzy się je w decybelach.

Dźwięk ma bardzo wiele zastosowań m.in. w medycynie (USG), wojsku (radary), budownictwie (wykrywanie pęknięć), przemyśle wydobywczym (echosondy) oraz oczywiście w muzyce i akustyce.

Oceń artykuł

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

5 Podobnych Artykułów:

  1. Imieniny Neli: tradycje i zwyczaje związane z tym świętym
  2. Piosenki Elżbiety Adamiak: magia kryjąca się w ich słowach
  3. Jak wybrać wzmacniacz do gitary elektrycznej? Poradnik i wskazówki dla początkujących
  4. Co oznacza kropka przy nucie - wyjaśnienie i przykłady
  5. Olivia Rodrigo przyznaje, że pisanie Guts było prawdziwym wyzwaniem dla jej pewności siebie
Autor Błażej Szewczyk
Błażej Szewczyk

Pasjonat gitar i instrumentów strunowych. Na blogu dzielę się wiedzą o grze i wyborze sprzętu. Muzyka to moja droga życiowa.

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.