Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy.

Każdy człowiek o sprawnym zmyśle słuchu słyszy dźwięk. Do powstania dźwięku jest potrzebne źródło, źródłem może być, ujmując zjawisko w sposób fizyczny, tzw. ciało sprężyste, czyli takie, które może podlegać drganiom.

Do takich ciał zaliczamy pręt metalowy, płytkę metalową lub drewnianą, napiętą strunę metalową, z jelit zwierzęcych, z jedwabiu, włosia, nylonu, przędzy, trawy.

Do źródła drgającego zaliczamy także słup powietrza zawarty w rurze.

Nas będzie interesowało powstawanie dźwięku na przykładzie różnych instrumentów. W tym przypadku, wytworzyć dźwięk możemy poprzez uderzenie w klawisz instrumentu klawiszowego, poprzez szarpnięcie struny,  przez dmuchnięcie w ustnik jakiegoś instrumentu dętego lub uderzenie w instrument perkusyjny.

Aby jednak usłyszeć dźwięk, muszą zajść specjalne warunki. Warunkiem najważniejszym jest istnienie przewodnika dźwięku. Zaliczamy do nich: ciała lotne czyli gazy, ciała płynne czyli ciecze lub stałe, wymienione wyżej.

Dobre oko pewnie wyłapało, że jak to możliwe aby źródło dźwięku było jednocześnie przewodnikiem dźwięku?

Już wyjaśniamy, oprócz tego, że dźwięk jest generowany przez źródło stałe, który słyszymy powiedzmy podczas uderzenia pałeczkę w metalowy talerz, to drgania wytworzone w tym talerzu rozprzestrzeniają się także w nim samym, czyli jednocześnie źródło jest przewodnikiem.

Bez istnienia powietrza i cieczy dźwięk nie byłby słyszalny. Jeśli usunęliśmy powietrze w warunkach laboratoryjnych z ośrodka gdzie jest drgające źródło, niczego nie usłyszymy.  Dźwięk rozprzestrzenia się w postaci fali, która przenosi się przez cząsteczki gazu. Oto cała tajemnica.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław.

Najprostszym unaocznieniem zjawiska jest przykład struny. Jeśli strunę osadzimy w punktach A i B i naprężymy, możemy ją wprawić w drgania.

I jeślibyśmy te drgania nagrali w zwolnionym tempie,  ujrzelibyśmy że struna się wychyla.

Podstawowym drganiem będzie wychylenie się struny w jednym kierunku, potem w drugim, aż do wygaśnięcia drgania.

Jeżeli ruch drgający jednego z punktów ciała przedstawimy w postaci wykresu w ten sposób, że na prostej oznaczymy czas potrzebny do wychylenia się punktu w obie strony i do powrotu do punktu wyjściowego, otrzymamy linię krzywą, tzw. sinusoidę.

Każdy punkt tej sinusoidy określa chwilowe położenie drgającego punktu.

Największe wychylenie drgającego punktu, oznaczone symbolem a, nazywamy amplitudą drgania: wychylenie w jednym kierunku jest połową amplitudy, natomiast wychylenie w obu kierunkach tworzy jedno pełne drganie. Czas potrzebny do wykonania jednego pełnego drgania nazywamy okresem.

Drgania przedstawione na zdjęciach powyżej udzielają się w powietrzu i wytwarzają w nim fale, polegające na rytmicznym zagęszczaniu i rozrzedzaniu cząstek powietrza.

Fale te dochodzą do błony bębenkowej ucha, która pobudzona do takich samych drgań, jakie miało źródło dźwięku, przekazuje ja za pomocą systemu kosteczek i innych urządzeń aparatu słuchowego ucha do ośrodka słuchowego w mózgu.

Szybkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu w temperaturze 0 stopni Celsjusza wynosi około 330 m/s.

W temperaturze 18 stopni Celsjusza szybkość wzrasta do 340 m/s. Fale głosowe w spokojnym powietrzu i w wolnej przestrzeni rozchodzą się jednakowo we wszystkich kierunkach jednostajnie: tworzą wiec warstwy kuliste.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław.

Na powyższych zdjęciach zapoznaliśmy się z najprostszym przykładem drgań, które w praktyce występują bardzo rzadko.

Drgania takie charakteryzuje podstawowe zjawisko dźwiękowe, zwane tonem podstawowym.

Czystym tonem jest również dźwięk widełek strojowych w końcowym okresie wybrzmiewania.

Najczęściej mamy do czynienia w przyrodzie z drganiami złożonymi, które powstają, gdy ciało wykonuje równocześnie kilka ruchów drgających.

Bazując na strunie, przedstawimy możliwe jej drgania.

Nie jdnak nie stoi na przeszkodzie, aby struna wytrącona z równowagi drgała jednocześnie dzieląc się na dwie, trzy lub cztery części.

Każde z tych drgań wykonywane jest przez strunę jednocześnie i niezależnie, ale każde posiada inną częstotliwość.

Ponieważ częstotliwość drgań struny jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali, jaka się na niej tworzy, łatwo się przekonać, że opisane drgania będą wykonywane z częstotliwościami coraz większymi, w stosunku 1 do 2 do 3 do 4.

Taki szereg częstotliwości nosi nazwę szeregu harmonicznego.  

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław.