Fale dźwiękowe

Fale dźwiękowe, jak wszystkie fale mechaniczne, powstają w wyniku drgań wytwarzanych najczęściej przez struny (np. gitarowe, skrzypcowe, struny głosowe), pręty, płyty i membrany (np. ksylofon, bęben), zamknięte lub otwarte słupy powietrza (np. piszczałki, organy, klarnet), a także nagłe zagęszczenia lub rozrzedzenia powietrza (np. przy wybuchach). Cząstki źródła dźwięku (np. cząstki szarpniętej struny), drgając wokół swoich położeń równowagi, wywierając nacisk na znajdujące się w ich w bezpośrednim sąsiedztwie cząstki ośrodka (np. cząstki powietrza) i w ten sposób wymuszając ich drgania. Drgające cząstki powodują na przemian zagęszczania i rozszerzania ośrodka, czyli zmianę ciśnienia, wytwarzając tym samym falę dźwiękową, którą można traktować też jako falę zmian ciśnienia. Fala dźwiękowa jest więc falą ciśnieniową, co oznacza, że wielkością, która doznaje zaburzenia jest ciśnienie.

Po dotarciu do ucha fala ciśnieniowa powoduje drgania elementów narządu słuchu odbierane jako wrażenie dźwiękowe. Jednak dzieje się tak tylko wtedy, gdy częstotliwość fali jest wyższa od około 16Hz i niższa od około 20000Hz. Tylko takie fale są interpretowane przez ludzki narząd słuchu jako dźwięki, czyli jedynie takie człowiek może usłyszeć. Dlatego fale mechaniczne o tych częstotliwościach wyodrębnia się jako oddzielną grupę zwaną falami dźwiękowymi lub w skrócie- dźwiękami. Graniczne częstotliwości są w pewnym stopniu uwarunkowane indywidualnymi cechami człowieka, takimi jak wiek czy muzykalność. Z punktu widzenia fizyki fale ciśnieniowe o częstotliwości mniejszej niż około 16Hz i większej niż około 20000Hz nie różnią się niczym od dźwięków. Ten zakres częstotliwości fal mechanicznych nazywa się zakresem słyszalności. Fale o częstotliwościach wyższych niż słyszalne to fale ultradźwiękowe (ultradźwięki), a o częstotliwościach niższych niż słyszalne- infradźwiękowe (infradźwięki).

Dźwięk jest czynnikiem patogenny tylko wówczas, gdy jego natężenie jest duże lub działanie długotrwałe. Zaburzenia czynności organizmu objawiają się wówczas tzw. nerwicą ogólną (bóle głowy, nadmierna nerwowość, omamy słuchowe) lub częściową głuchotą, spowodowaną uszkodzeniem ucha (błony bębenkowej, kosteczek słuchowych i narządu Cortiego). Szczególną formą fal dźwiękowych są ultradźwięki niesłyszalne przez człowieka, fale o bardzo dużej częstości drgań, przekraczające 20000Hz. Wykazują one działanie mechaniczne, powodując powstawanie wielkich różnic ciśnienia na małych przestrzeniach oraz działanie termiczne, podwyższając ciepłotę tkanek. Skoncentrowana wiązka ultradźwięków może doprowadzić do całkowitego zniszczenia danej tkanki, co prowadzi do rozpadu białek, a w konsekwencji do objawów ostrego zapalenia błon śluzowych, nosa, gardła i spojówek oczu z wysoką temperaturą ciała, co określa się jako chorobę ultradźwiękową.

Codziennie słyszymy wiele różnych dźwięków: śpiew ptaków, szelest liści, szum odkurzacza, warkot silników, muzykę i trzaskanie drzwiami. Jedne z nich są przyjemne, inne nam przeszkadzają. Te nieprzyjemne dźwięki nazywamy hałasem.

Wokół nas jest niestety coraz więcej hałasu, a nie wszyscy wiedzą, że może on szkodzić naszemu zdrowiu. Dlatego musisz bronić się przed hałasem i walczyć z nim.
- Nie słuchaj za głośno radia czy programu telewizyjnego. Może inni nie mają ochoty go słuchać.
- Staraj się cicho zamykać drzwi.
- Kiedy bawisz się, pomyśl, czy nie przeszkadzasz innym.
- Mów cicho, nie krzycz.
- Unikaj hałaśliwych miejsc.
- Nie siedź blisko odbiorników radiowych i telewizyjnych.
- Jeśli słuchasz walkmana, to słuchaj go niezbyt głośno.

Ciekawostki
Przesuwając palcem po klawiaturze fortepianu, słyszymy całą gamę dźwięków o różnej wysokości. Dźwięki niskie (grube) powstają przy niewielkiej liczbie drgań powietrza w jednostce czasu, dźwięki wysokie (cienkie) przy dużej liczbie tych drgań. Najniższym dźwiękiem słyszalnym dla przeciętnego człowieka jest 16Hz, a najwyższym 20000Hz. Dolna granica zmienia się z wiekiem nieznacznie, natomiast górna obniża się systematycznie od wieku dojrzałości. Ponieważ jednak skala muzyczna mieści się w granicach od 16 do około 4000Hz, obniżenie się górnej granicy słyszalności nie wpływa na odbiór wrażeń muzycznych i funkcjonowanie w życiu codziennym.

Skala decybelowa
Głośne dźwięki to dźwięki mające dużą energię, wzbudzające duże fale; ciche dźwięki mają dużo mniej energii i wzbudzają mniejsze fale.
Ilość energii w dźwięku można zmierzyć, ale głośność mierzy się zwykle w belach lub raczej w dziesiątych częściach bela zwanych decybelami (dB). Skala decybelowa jest logarytmiczna, to znaczy dźwięk 2 dB jest dziesięć razy głośniejszy niż dźwięk 1dB, a dźwięk 20dB jest sto razy głośniejszy.

dB
0- szept ledwie słyszalny- próg słyszalności
10- szelest liści
20- szept
40- normalna rozmowa
50- 60 głosy zwierząt
60- 70 głośna rozmowa
70- froterka elektryczna
80- rozpędzony pociąg
90- ruch uliczny o dużym natężeniu
100- młot pneumatyczny
110- wielka orkiestra symfoniczna, grająca fortissimo
120- grzmot nad głową, koncert muzyki rockowej
130- startujący odrzutowiec
140- start samolotu ponaddźwiękowego- próg bólu
180- startująca rakieta