Fale dźwiękowe

Dźwięk to drgania powietrza rozchodzące się w przestrzeni nazywane także falami. Ruch fal odbywa się dzięki kolejnemu rozrzedzaniu i zagęszczaniu powietrza. Fale dźwiękowe rozchodzą się z prędkością ok.1200 km/h, (czyli ok. 330 m/s). Prędkość dźwięku w powietrzu jest zależna od jego gęstości i może się wahać. Fale dźwiękowe stanowią jednak małą część szerokiego widma fal, sięgającego do wielu milionów drgań na sekundę.
Zakres słyszalny, (czyli zakres dźwięków, które są słyszalne przez człowieka) wynosi od około 20 Hz do 20 kHz. Taki zakres może wydawać się niewielki, ale jest znacznie szerszy od zakresu, jaki wytwarza jakikolwiek instrument muzyczny. Tak np. pianino ma zakres od 30 Hz do 4 kHz, picollo od 1,5 kHz do 15 kHz. Fale dźwiękowe są wytwarzane na ogół przez drgające struny lub powierzchnie, czy też przez drgania powietrza w rurach lub wnękach. Fale dźwiękowe są wytwarzane przez poruszający się przedmiot (np. w wyniku przesuwania się smyczka po strunach skrzypiec czy uderzenia młoteczka w strunę pianina). Gdy już cząsteczki zaczną się poruszać, pojawia się reakcja łańcuchowa z cząstkami sąsiednimi. Tak właśnie w wyniku rozrzedzania i zagęszczania powietrza odbywa się przesyłanie ruchu powietrza we wszystkich kierunkach. Zjawisko to jest nazywane podłużnym przemieszczaniem się drgań, polega, więc na naprzemiennym rozrzedzaniu i zagęszczaniu powietrza.
Fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi. Mogą one rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zakres częstotliwości, jakie mogą mieć podłużne fale mechaniczne jest bardzo szeroki, przy czym falami dźwiękowymi nazywamy fale o takich częstotliwościach, które w działaniu na ludzkie ucho i mózg wywołują wrażenie słyszenia. Zakres tych częstotliwości rozciągający się od około 20Hz do około 20 000Hz, jest nazywany zakresem słyszalnym. Podłużne fale mechaniczne o częstotliwościach mniejszych od częstotliwości słyszalnych są nazywane infradźwiękami, a fale o częstotliwościach większych niż słyszalne - falami ultradźwiękowymi. W powietrzu atmosferycznym fale dźwiękowe rozchodzą się z prędkością około 330 m/s. Ucho ludzkie rejestruje, więc fale o długości od około 1,65 cm aż do 16,5 m.
Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić trzy rodzaje tych fal:
Infradźwięki - poniżej 20 Hz –niesłyszalne dla człowieka,
Dźwięki słyszalne 20Hz - 20kHz –słyszy je większość ludzi,
Ultradźwięki - powyżej 20 kHz –także niesłyszalne dla człowieka.
Infradźwięki, to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt mała, aby mógł usłyszeć je człowiek. Jest to zakres częstotliwości poniżej ok. 20Hz. Infradźwięki maja bardzo dużą długość fali - powyżej 16 m. Dzięki temu mogą omijać przeszkody i przenosić się na ogromne odległości. Infradźwięki są wykorzystywane przez niektóre zwierzęta, np.: słonie używają ich do komunikacji na dalekie odległości.
Ultradźwięki to fale dźwiękowe, o częstotliwości większej niż 20khz, więc niesłyszalne dla człowieka. Istnieją zwierzęta, które mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb czy nietoperz.
Ultradźwięki dzięki małej długości fali (poniżej 1,65 cm) pozwalają na uzyskanie dokładnych obrazów przedmiotów. Urządzenie, które umożliwia obserwację głębin morskich to sonar. Służy on do lokalizacji obiektów zanurzonych w wodzie. Ultradźwięki mają także zastosowanie w medycynie. Za pomocą urządzenia generującego i rejestrującego odbicie fal ultradźwiękowych (ultrasonograf) można uzyskać obraz narządów wewnętrznych. Ultradźwięki pozwalają też na pomiar odległości przy pomocy dalmierza ultradźwiękowego, w zakresie od 1 do 10 m. Jeżeli wykorzysta się naprawdę silne źródło ultradźwięków, to mogą one niszczyć materiał, co pozwala na obróbkę powierzchniową wytwarzanych przedmiotów.