Τι είναι ήχος;
Ήχος είναι μία κίνηση/ταλάντωση η οποία προκαλείται από μία πηγή και μεταφέρεται μέσω ενός ελαστικού μέσου. Ένα τέτοιο ελαστικό μέσο είναι ο αέρας. Η ταλάντωση αυτή μπορεί να διεγείρει το αισθητήριο της ακοής. Συνεπώς, εάν το μέσο, μέσω του οποίου γίνεται η μεταφορά αυτής της ταλάντωσης μέχρι τον δέκτη, δεν υφίσταται, η ύπαρξη ήχου είναι αδύνατη! Με λίγα λόγια ο ήχος δεν είναι δυνατόν να διαδοθεί σε κενό αέρος.
Η ταχύτητα με την οποία μεταδίδεται ο ήχος στον αέρα είναι 343.54 μέτρα το δευτερόλεπτο και δεν επηρεάζεται από την συχνότητα. Βέβαια, το 343.54 ισχύει στην περίπτωση μίας μέσης θερμοκρασία αέρος γύρω στους 20 βαθμούς κελσίου. Σε περίπτωση υψηλότερης θερμοκρασίας η ταχύτητα του ήχου είναι μεγαλύτερη, όπως και στην περίπτωση χαμηλότερης θερμοκρασίας η ταχύτητα του ήχου είναι μικρότερη. Αυτό κυρίως οφείλεται στο γεγονός ότι σε υψηλότερη θερμοκρασία τα μόρια του αέρα έχουν μικρότερη πυκνότητα ενώ σε χαμηλότερη θερμοκρασία έχουν υψηλότερη πυκνότητα.
Επίσης θα πρέπει να τονίσουμε πως δεν είναι μόνο η θερμοκρασία που καθορίζει την ταχύτητα του ήχου αλλά και άλλοι παράγοντες όπως η υγρασία ή/και το υψόμετρο.
Ο παρακάτω πίνακας (Σχήμα 1) δείχνει την ταχύτητα του ήχου ανάλογα με την θερμοκρασία του αέρα(σε βαθμούς κελσίου).
 |
Σχήμα 1. Θερμοκρασία Vs Ταχύτητα
|
Η ταλάντωση που δημιουργείται από την πηγή και μεταδίδεται μέσω του ελαστικού μέσου έχει τη μορφή κύματος. Αυτά τα κύματα μπορεί να είναι διαμήκη(longitudinal) ή εγκάρσια(transverse). Έτσι, ξέρουμε ότι ο ήχος στα αέρια διαδίδεται με τη μορφή διαμήκων κυμάτων ενώ στα στερεά με τη μορφή διαμήκων αλλά και εγκαρσίων.
Εγκάρσια και διαμήκη κύματα
Όπως παρατηρούμε και στο βίντεο το διαμήκες κύμα αποτελείται από πυκνώματα και αραιώματα ενώ το εγκάρσιο από κορυφές και κυλώματα. Συνεπώς έχοντας περιγράψει όλα τα παραπάνω μπορούμε να πούμε ότι ένας ήχος αποτελείται από τρεις βασικές παραμέτρους. Τη συχνότητα, το μήκος κύματος και την περίοδο. Όλα αυτά είναι άμεσα συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Τί είναι συχνότητα, μήκος κύματος και περίοδος;
Συχνότητα ονομάζεται η επανάληψη του ίδιου γεγονότος σε μία μονάδα χρόνου. Δηλαδή, με λίγα λόγια το πόσο συχνά αυτό το γεγονός, δηλαδή ο ήχος στην προκείμενη περίπτωση, επαναλαμβάνει τον εαυτό του. Τη συχνότητα την μετράμε σε Hertz και η μονάδα χρόνου είναι το ένα δευτερόλεπτο. Συνεπώς όταν λέμε πως ένας ήχος έχει συχνότητα 1Hz(Hertz) τότε σημαίνει πως για μία πλήρη επανάληψη του, ή αλλιώς ο χρόνος από μία κορυφή έως την επόμενη ή από ένα αραίωμα στο επόμενο, είναι 1 δευτερόλεπτο.
Ας κοιτάξουμε όμως το παρακάτω σχήμα για να το κατανοήσουμε και σχηματικά. Ο κάθετος άξονας είναι το μέγιστο πλάτος του ήχου (σε db) και ο οριζόντιος ο χρόνος (σε δευτερόλεπτα)
Εγκάρσια και διαμήκη κύματα
Όπως παρατηρούμε και στο βίντεο το διαμήκες κύμα αποτελείται από πυκνώματα και αραιώματα ενώ το εγκάρσιο από κορυφές και κυλώματα. Συνεπώς έχοντας περιγράψει όλα τα παραπάνω μπορούμε να πούμε ότι ένας ήχος αποτελείται από τρεις βασικές παραμέτρους. Τη συχνότητα, το μήκος κύματος και την περίοδο. Όλα αυτά είναι άμεσα συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Ας κοιτάξουμε όμως το παρακάτω σχήμα για να το κατανοήσουμε και σχηματικά. Ο κάθετος άξονας είναι το μέγιστο πλάτος του ήχου (σε db) και ο οριζόντιος ο χρόνος (σε δευτερόλεπτα)
 |
| Σχήμα 2. Σύχνότητα, Περίοδος, Μήκος Κύματος |
Παρατηρούμε πως από την μία κορυφή έως την άλλη είναι ένας πλήρης κύκλος και μετά επαναλαμβάνεται ακριβώς ο ίδιος κύκλος. Αυτό μας υποδεικνύει πως η συχνότητα του συγκεκριμένου κύματος είναι 1 Hz αφού για έναν πλήρη κύκλο του κύματος ο χρόνος που χρειάστηκε ήταν 1 δευτερόλεπτο σύμφωνα με το σχήμα. Έτσι μπορούμε να πούμε πως η περίοδος του κύματος ενός Herz είναι 1 δευτερόλεπτο. Χρησιμοποιώντας το ίδιο σκεπτικό ένα κύμα με συχνότητα 1000Hz κάνει χίλιους πλήρεις κύκλους μέσα σε ένα δευτερόλεπτο ή αλλιώς ένα πλήρη κύκλο σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου(1ms) αφού ένα δευτερόλεπτο έχει 1000 χιλιοστά, άρα έχει περίοδο 0,001 δευτερόλεπτα ή 1 χιλιοστό του δευτερολέπτου.
Όπως φαίνεται στο σχήμα η απόσταση από την μία κορυφή του κύματος μέχρι την άλλη ονομάζεται μήκος κύματος. Κάθε συχνότητα έχει το δικό της μήκος κύματος. Εάν το μήκος κύματος μεταβληθεί τότε έχουμε μία άλλη συχνότητα. Οι χαμηλότερες συχνότητες έχουν μεγάλο μήκος κύματος και οι ψηλές συχνότητες έχουν μικρό μήκος κύματος. Για να υπολογίσουμε το μήκος του κύματος θα πρέπει να ξέρουμε την ταχύτητα του κύματος και την συχνότητα του. Γνωρίζουμε από πρίν πως η ταχύτητα του ήχου είναι 343.54μ/δ σε μία μέση θερμοκρασία 20 βαθμών κελσίου. Αυτό ισχύει για όλες τις συχνότητες αφού όπως έχουμε πει η ταχύτητα του ήχου είναι ίδια για όλες τις συχνότητες. Χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο μπορούμε να υπολογίσουμε το μήκος κύματος.
f = συχνότητα κύματος, u = ταχύτητα διάδοσης του κύματος, λ = μήκος κύματος
Συνεπώς το u = 343.54μ/δ. Οπότε, για να υπολογίσουμε το μήκος κύματος των
λ = 1000Hz θα πρέπει να υπολογίσουμε βάσει τον παραπάνω τύπο :
|
