Sunet
De la Publicitate Enciclopedica
Bibliografie
Cuprins |
Sunetul in fizica
Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simtul auzului; la oameni auzul are loc cand vibratiile de frecvente intre 15 si 20.000 de hertzi ajung la urechea interna.
Hertzul, sau Hz, este unitatea de masura a frecventei egala cu o perioada pe secunda; astfel de vibratii ajung la urechea interna cand sunt transmise prin aer, si termenul sunet este ceva restrictionat la astfel de unde care vibreaza in aer. Fizicienii moderni, insa, extind termenul pentru a include vibratii similare in medii lichide sau solide. Sunete de frecvente mai mari de 20.000 Hz sunt numite ultrasonice.
In general, undele se pot propaga transversal sau longitudinal. In ambele cazuri, doar energia miscarii undei este propagata prin mediu; nici o parte din mediu nu se misca prea departe. Ca exemplu, o sfoara poate fi legata de un stalp la un capat, iar celalalt capat este tras pana sfoara se intinde, iar apoi sfoara este scuturata o data. O unda va trece pe sfoara pana la stalp, iar aici va fi reflectata si ea se va intoarce la mana. Nici un punct de pe sfoara nu se misca longitudinal spre stalp, dar parti succesive din sfoara se misca transversal. Acest tip de miscare se numeste unda transversala ...mai mult[1]
Amplitudinea sunetului
Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum. Distanta maxima pe care o unda o parcurge de la pozitia normala, sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de miscare in moleculele de aer ale unei unde. Cand gradul de miscare in molecule creste, acestea lovesc urechea cu o forta mai mare. Din cauza aceasta, urechea percepe un sunet mai puternic. O comparatie de unde sonore la amplitudine scazuta, medie, si inalta demonstreaza schimbarea sunetului prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecventa, si ar trebui sa sune la fel doar ca exista o diferenta perceptibila in volum.
Amplitudinea unei unde sonore este gradul de miscare al moleculelor de aer din unda. Cu cat amplitudinea unei unde este mai mare, cu atat moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii si sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimata in unitati masurand distanta pe care se intind moleculele de aer, sau diferenta de presiune intre compresie si extensie ale moleculelor, sau energia implicata in proces. Cand cineva vorbeste normal, de exemplu, se produce energie sonora la o rata de aproximativ o suta de miime dintr-un watt. Toate aceste masuratori sunt extrem de dificil de facut, si intensitatea sunetului este exprimata, in general, prin compararea cu un sunet standard, masurat in decibeli.
Intensitatea sunetului
Intensitatile sunetului sunt masurate in decibeli(dB). De exemplu, intensitatea la minimul auzului este 0 dB, intensitatea soaptelor este in medie 10 dB, si intensitatea fosnetului de frunze este de 20 dB. Intensitatile sunetului sunt aranjate pe o scara logaritmica, ceea ce inseamna ca o marire de 10 dB corespunde cu o crestere a intensitatii cu o rata de 10. Astfel, fosnetul frunzelor este de aproape 10 ori mai intens decat soapta. Distanta la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea acestuia, care reprezinta rata medie a cursului energiei pe unitatea de suprafata perpendiculara pe directia de propagare. In cazul undelor sferice care se raspandesc de la un punct sursa, intensitatea variaza invers proportional cu patratul distantei, cu conditia sa nu se piarda energie din cauza vascozitatii, caldurii, sau alte efecte de absorbtie. Astfel, intr-un mediu perfect omogen, un sunet va fi de 9 ori mai intens la distanta de 1 unitate de origine decat la 3 unitati. In propagarea sunetului in atmosfera,schimbarile in proprietatile fizice ale aerului, cum ar fi temperatura, presiune si umiditate,produc scaderea amplitudinii undei sau imprastierea acesteia, asa ca legea de mai sus nu este aplicabila in masurarea intensitatii sunetului in practica.
Viteza sunetului
Frecventa unei unde sonore este o masura a numarului de unde care trec printr-un punct dat intr-o secunda. Distanta dintre doua varfuri succesive ale undei (ventre) se numeste lungime de unda. Produsul dintre lungimea de unda si frecventa este egal cu viteza de propagare a undei, si este aceeasi pentru sunetele de orice frecventa (daca sunetul se propaga in acelasi mediu la aceeasi temperatura). Viteza de propagare in aer uscat la temperatura de 0° C(32° F este de 331,6 m/sec). Daca temperatura este marita, viteza sunetului creste; astfel, la 20° C, viteza sunetului este 344 m/sec. Schimbarile presiunii la o densitate controlata, nu au nici un efect asupra vitezei sunetului. Viteza sunetului in alte gaze depinde doar de densitatea acestora. Daca moleculele sunt grele, se misca mai greu, iar sunetul se propaga mai incet. De aceea sunetul se propaga putin mai repede in aer mai umed decat in aer uscat, deoarece aerul umed contine un numar mai mare de molecule mai usoare. Viteza sunetului in cele mai multe gaze depinde de asemenea de un alt factor, caldura specifica, care afecteaza propagarea undelor sonore. Sunetul se propaga, in general, mult mai repede in lichide si solide decat in gaze. Si in lichide si in solide, densitatea are acelasi efect ca in gaze; adica, viteza este invers proportionala cu radacina patrata a densitatii. Viteza mai variaza si direct proportional cu radacina patrata a elasticitatii. Viteza sunetului in apa, de exemplu, este aproximativ 1525 m/sec la temperaturi normale dar creste foarte mult cand creste temperatura. Viteza sunetului in cupru este de aproape 3353 m/sec la temperaturi normale si scade odata cu cresterea temperaturii (din cauza elasticitatii care scade); in otel, care este mult mai elastic, sunetul se propaga cu o viteza de aproape 4877 m/sec, propagandu-se foarte eficient. Undele sonore calatoresc mai rapid si mai eficient in apa decat in aer uscat, permitand animalelor cum ar fi balenele sa comunice intre ele de la distante foarte mari. Balenele si casalotii folosesc undele sonore si pentru a le ajuta sa navigheze in ape intunecate, directionand si primind undele sonore la fel ca un radar al unei nave sau submarin.
Propagarea sunetului
Figura 1: Semnalele înregistrate sunt funcţii continue de timp (a). Semnalul este întîi eşantionat, măsurînd valoarea lui într-un număr finit de puncte, de regulă echidistante (b). Apoi valorile eşantioanelor sunt codificate cu un număr finit de biţi în procesul de cuantizare (c). În această figură cuantizarea s-a făcut cu 3 biţi, care pot distinge opt valori diferite ale amplitudinii (unele pozitive, unele negative.)
Eşantionarea măsoară semnalul audio din timp în timp, de obicei cu o perioadă fixă. Teorema lui Nyquist arată că dacă vrem să înregistrăm un semnal ale cărui frecvenţe componente sunt sub X hz, e suficient să eşantionăm semnalul cu frecvenţa 2X hz. Compact-disc-urile de pildă eşantionează sunetul la 44.1 khz, ceea ce este dublul lui 22.05khz, care este o limită mult înafara auzului celor mai multe persoane (dacă nu a tuturor). Teorema lui Nyquist arată că din aceste eşantioane, în număr finit, se poate reconstitui complet, fără nici un fel de pierderi, forma semnalului original, continuu! Figura 1 ilustrează aceste procedee.
Astfel am rezolvat problema transformării unui semnal continuu într-o secvenţă finită de valori discrete. Dar fiecare din aceste valori poate fi exprimată printr-un număr real, care ar putea avea nevoie de o precizie infinită pentru a fi exprimat. Sistemele de înregistrare digitală aproximează valorile posibile ale amplitudinii printr-un număr finit; acesta este procesul de cuantizare. Intervalul între amplitudinea zero şi o amplitudine maximă posibilă este împărţit în segmente (de obicei egale). Numărul de segmente este apoi codificat printr-un număr de biţi. De exemplu, compact disc-urile folosesc 16 biţi de precizie pentru a descrie o valoare a amplitudinii; asta înseamnă că pot distinge 216 = 65536 de nivele diferite de amplitudine, suficient de fine pentru a păcăli urechea umană.
