Sunet

„Sunetul este acolo când este acolo”

( Giovanni Piana , Filosofia muzicii )

Sunetul (din latinescul sonus ) este senzația dată de vibrația unui corp oscilant . Această vibrație, care se propagă în aer sau într-un alt mediu elastic, ajunge la aparatul auditiv al urechii care, printr-un mecanism intern complex, creează o „senzație auditivă” legată de natura vibrației; în special, membrana timpanică, care suferă variații de presiune, intră în vibrație.

Descriere

Oscilațiile sunt mișcări ale particulelor în jurul poziției de repaus și de-a lungul direcției de propagare a undei ; deplasările sunt cauzate de mișcări vibratorii, provenite de la un anumit obiect, numit sursă de sunet, care își transmite mișcarea către particulele adiacente datorită proprietăților mecanice ale mediului; particulele la rândul lor, începând să oscileze, transmit mișcarea către celelalte particule din apropiere și acestea la rândul lor către altele, provocând o variație locală a presiunii; în acest fel, o mișcare vibratorie simplă se propagă mecanic, originând o undă sonoră (sau undă acustică), care este deci o undă longitudinală . O undă longitudinală apare atunci când particulele mediului în care se propagă unda oscilează de-a lungul direcției de propagare. Undele mecanice longitudinale sunt denumite și unde de presiune . Sunetul este o undă care are următoarele proprietăți: reflexie , refracție și difracție , dar nu polarizare (spre deosebire de lumina care este o undă electromagnetică ). O undă are frecvența și lungimea de undă care pot fi corelate cu formula:

y(x,t)=y_{0}\sin {\Bigg (}\omega \left(t-{\frac {x}{c}}\right){\Bigg )}

{\ displaystyle y (x, t) = y_ {0} \ sin {\ Bigg (} \ omega \ left (t - {\ frac {x} {c}} \ right) {\ Bigg)}}

y (x, t) = y_ {0} \ sin {\ Bigg (} \ omega \ left (t - {\ frac {x} {c}} \ right) {\ Bigg)}

unde este:

y este deplasarea unui punct care urmează undei sonore;
x este distanța de la sursa undei punctului considerat;
t este timpul scurs;
y ₀ este amplitudinea oscilațiilor,
c este viteza valului;
ω este viteza unghiulară a undei.

Cantitatea x / c este timpul necesar valului pentru a parcurge distanța x .

Frecvența f , în hertz , a undei este dată de:

f={\frac {\omega }{2\pi }}.

{\ displaystyle f = {\ frac {\ omega} {2 \ pi}}.}

f = {\ frac {\ omega} {2 \ pi}}.

Pentru undele sonore, amplitudinea undei este diferența dintre presiunea mediului netulburat și presiunea maximă cauzată de undă.

Viteza de propagare a undelor sonore depinde de temperatura și presiunea mediului prin care se propagă.

La fel ca toate undele , undele sonore se caracterizează și printr-o frecvență (care în cazul sunetului este directă, dar nu exclusivă, în raport cu percepția înălțimii ) și o intensitate (care este în relație directă, dar nu exclusivă, cu așa-numitul „volum” al sunetului). Mai mult, o caracteristică esențială a undelor sonore este forma de undă în sine, care explică în mare măsură așa-numitele diferențe de timbru care sunt percepute între sunete de diferite tipuri.

Gama de auz uman se extinde de la o frecvență de aproximativ 20 Hz până la 20.000 Hz (adică 20 kHz). Lungimea de undă reprezintă spațiul parcurs de unda sonoră într-o perioadă completă de oscilație. Relațiile dintre perioada T (timpul necesar unei oscilații complete), frecvența f și lungimea de undă L sunt date de:

f = c / L; f = 1 / T; c = L / T; c = Lf

unde c este viteza sunetului în aer (344 m / s; în aer, la o temperatură de 20 ° C și la presiunea atmosferică la nivelul mării).

Viteza sunetului depinde foarte mult de densitatea mediului: este de aproximativ 1.500 m / s în apă și de aproximativ 5.000 m / s în fier. Fiind o mișcare a materiei, aceasta nu se transmite în vid, deoarece nu există materie care să se balanseze.

Cunoscând viteza și frecvența unui sunet, putem calcula, prin urmare, lungimea lui de undă; la o frecvență de 20 Hz, lungimea de undă este de 17 metri, în timp ce la 20 kHz este de numai 17 mm.

Viteza de propagare a sunetului depinde de caracteristicile mediului, în special de elasticitatea și densitatea acestuia. Este direct proporțională cu elasticitatea și invers proporțională cu densitatea, în funcție de relația în care:

c

{\ displaystyle c}

c

= viteza sunetului în mediul considerat

k

{\ displaystyle k}

k

= constant

ȘI

{\ displaystyle E}

ȘI

= Modulul de elasticitate al lui Young (N / m2)

\rho

{\ displaystyle \ rho}

\ rho

= densitatea mediului (kg / m3)

Adesea materialele cu densitate mare au, de asemenea, un modul ridicat de elasticitate și acest lucru a contribuit la răspândirea credinței că viteza sunetului este mai mare într-un mediu cu densitate mare decât în altul cu densitate mai mică.

Înălţime

Același subiect în detaliu: Pitch (sunet) .

Pitch este calitatea care distinge un sunet puternic de un sunet redus. Depinde în mare măsură de frecvență, dar și de intensitate . Urechea umană percepe doar sunete cuprinse între 16 și 20.000 de oscilații pe secundă . Mai jos avem infrasunetele , deasupra ultrasunetelor . Sonarul , dar și delfinii și liliecii , percep ultrasunete în timp ce elefanții , peștii și cetaceii percep infrasunetele.

Practica muzicală acoperă o gamă de sunete, ale căror elemente fundamentale variază de la C scăzut care are aproximativ 65 de oscilații simple pe secundă până la C ridicat care are 8276 de oscilații simple. Vocea umană are un registru și mai limitat. Pentru a calcula tonul sunetelor, A4 (= octava centrală a pianului) a fost ales ca punct de referință, pe care îl numim diapason sau corist . Frecvența diapazonului, care până în secolul al XIX-lea a variat de la țară la țară și, de asemenea, în funcție de tipul de muzică care trebuie interpretată (sacră, de cameră etc.) a fost determinată de diferite congrese: în 1885, guvernul austriac a stabilit că La4 corespundea cu 870 de oscilații simple care, la rândul lor, corespundeau cu 435 de oscilații duble. Acum, însă, valoarea de referință, stabilită de Conferința de la Londra din 1939, este de 440 de vibrații duble, deci 880 simple.

Volumul și presiunea

Același subiect în detaliu: Volumul (acustica) și Presiunea sonoră .

Volumul ^[1] care este adesea numit și - coloquial și eronat - presiune, este calitatea sunetului asociată cu percepția puterii unui sunet și este determinat de presiunea ^{[2] pe} care unitatea sonoră o exercită asupra timpanului : acesta din urmă este la rândul său determinat de amplitudinea vibrației și de distanța punctului de percepție de cel de emisie a sunetului. ^[3] În special, presiunea unei unde sonore sferice emise de o sursă punctuală este proporțională cu reciprocitatea distanței:

{\tilde {p}}\sim {\frac {1}{r}}

{\ displaystyle {\ tilde {p}} \ sim {\ frac {1} {r}}}

{\ tilde {p}} \ sim {\ frac {1} {r}}

{\frac {{\tilde {p}}_{1}}{{\tilde {p}}_{2}}}={\frac {r_{2}}{r_{1}}}

{\ displaystyle {\ frac {{\ tilde {p}} _ {1}} {{\ tilde {p}} _ {2}}} = {\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}} }

{\ frac {{\ tilde {p}} _ {1}} {{\ tilde {p}} _ {2}}} = {\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}}

{\tilde {p}}_{1}={\tilde {p}}_{2}{\frac {r_{2}}{r_{1}}}

{\ displaystyle {\ tilde {p}} _ {1} = {\ tilde {p}} _ {2} {\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}}}

{\ tilde {p}} _ {1} = {\ tilde {p}} _ {{2}} {\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}}

p = presiune

Pentru a măsura volumul perceput al unui sunet, se face adesea referire la nivelul sonor , care este calculat în decibeli , ^[4] după cum urmează: $L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{0}}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{0}}}\right){\mbox{ dB}}$ ${\ displaystyle L _ {\ mathrm {p}} = 10 \, \ log _ {10} \ left ({\ frac {{p} ^ {2}} {{p_ {0}} ^ {2}}} \ right) = 20 \, \ log _ {10} \ left ({\ frac {p} {p_ {0}}} \ right) {\ mbox {dB}}}$ $L _ {{\ mathrm {p}}} = 10 \, \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {{p} ^ {2}} {{p_ {0}} ^ {2}} } \ right) = 20 \, \ log _ {{10}} \ left ({\ frac {p} {p_ {0}}} \ right) {\ mbox {dB}}$

în formulă, p indică presiunea pătrată medie , în timp ce p ₀ este o presiune sonoră de referință (prag de tăcere sau audibil. Este cea mai mică variație de presiune pe care urechea umană este capabilă să o perceapă ^[5] ) setată în mod obișnuit 20 µPa ( 2 10 ^-5 N / m²) în aer și 1 µPa în apă. Măsurarea decibelilor este mai potrivită pentru a indica nivelul sonor perceput, deoarece răspunsul urechii umane este aproximativ logaritmic. ^[6]

Intensitatea unei unde sonore este în schimb definită ca cantitatea de energie care trece prin unitatea de zonă în intervalul de timp al unității. Deci, dacă energia E trece prin zona A în timpul t , intensitatea I a undei este $I=E/At=P_{ac}/A$ ${\ displaystyle I = E / At = P_ {ac} / A}$ $I = E / At = P _ {{ac}} / A$ , unde am luat în considerare definiția puterii P _ac ca raport între energie și timpul în care este dezvoltată ( $P_{ac}=E/t$ ${\ displaystyle P_ {ac} = E / t}$ $P _ {{ac}} = E / t$ ). ^[7]

Intensitatea poate fi exprimată și pornind de la presiune și viteza undei (indicând cu T perioada undei): $I={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}p(t)\cdot v(t)\,dt$ ${\ displaystyle I = {\ frac {1} {T}} \ int _ {0} ^ {T} p (t) \ cdot v (t) \, dt}$ $I = {\ frac {1} {T}} \ int _ {{0}} ^ {{T}} p (t) \ cdot v (t) \, dt$

În cazul unei unde sferice (sursă punctuală), intensitatea, în funcție de distanță, este dată de

I_{r}={\frac {P_{ac}}{A}}={\frac {P_{ac}}{4\pi r^{2}}}\,

{\ displaystyle I_ {r} = {\ frac {P_ {ac}} {A}} = {\ frac {P_ {ac}} {4 \ pi r ^ {2}}} \,}

I_ {r} = {\ frac {P _ {{ac}}} {A}} = {\ frac {P _ {{ac}}} {4 \ pi r ^ {2}}} \,

.

După cum puteți vedea, intensitatea scade ca reciprocitate a pătratului distanței: $I\sim {p^{2}}\sim {\dfrac {1}{r^{2}}}\,$ ${\ displaystyle I \ sim {p ^ {2}} \ sim {\ dfrac {1} {r ^ {2}}} \,}$ $I \ sim {p ^ {2}} \ sim {\ dfrac {1} {r ^ {2}}} \,$ și, prin urmare, mult mai rapid decât presiunea $p\sim {\frac {1}{r}}$ ${\ displaystyle p \ sim {\ frac {1} {r}}}$ $p \ sim {\ frac {1} {r}}$ ^[8]

De asemenea, pentru intensitate, o definiție a nivelului este dată în unități logaritmice (decibeli ^[9] ):

L_{I}=10\log _{10}{\frac {I}{I_{o}}}\,

{\ displaystyle L_ {I} = 10 \ log _ {10} {\ frac {I} {I_ {o}}} \,}

L_ {I} = 10 \ log _ {{10}} {\ frac {I} {I_ {o}}} \,

În acest caz, intensitatea de referință I _o este de 10 ⁻¹² W / m².

Ștampila companiei

Același subiect în detaliu: Ștampilă (muzică) .

Timbrul este calitatea care, la aceeași frecvență, distinge un sunet de altul. Timbrul depinde de forma undei sonore, determinată de suprapunerea undelor sinusoidale caracterizate de sunetele fundamentale și armonicele acestora. Din punct de vedere al producției sonore, timbrul este determinat de natura (forma și compoziția) sursei sonore și de modul în care este plasată în oscilație.

Descompunerea unui sunet în componentele sale sinusoidale fundamentale se numește analiză de frecvență . Frecvențele sunt măsurate în Hz, adică oscilații pe secundă. Armonicile unui sunet sunt sunete cu frecvențe care sunt multipli întregi ai sunetului principal. În muzică, cu cât sunetul este compus din mai multe componente, cu atât este mai complex: de la sunetul unui reportofon, compus din armoniile fundamentale și foarte puține, până la sunetul instrumentelor cu coarde, compus din multe frecvențe armonice secundare.

Cu cât frecvențele secundare care se suprapun peste cele principale nu sunt armonice (adică au frecvențe care nu sunt multipli întregi ai fundamentalului), cu atât ne apropiem de zgomot.

Sunete și zgomote

Putem distinge conceptul de sunet de cel de zgomot. Sunetul este, în general, o senzație care apare la oameni atunci când o perturbare mecanică se propagă într-un mediu elastic, provocând vibrația acestuia. Din acest motiv, ne ocupăm foarte des de sunete ale căror stimuli acustici au mai multe componente de frecvență ale frecvenței fundamentale. Zgomotul este de obicei identificat ca o senzație auditivă neplăcută, enervantă sau intolerabilă. Cu toate acestea, unii cercetători consideră că diferența de semnificație dintre „sunet” și „zgomot” este legată de controlabilitatea emisiilor acustice și nu de plăcere. Urechea umană nu este la fel de sensibilă la toate frecvențele, dar este mai sensibilă în intervalul de la 2 kHz la 5 kHz și este mult mai puțin sensibilă la frecvențe extrem de mari sau extrem de scăzute. Acest fenomen este mult mai pronunțat la niveluri scăzute de presiune acustică decât la niveluri ridicate. De exemplu, un semnal de 50 Hz cu un nivel de presiune acustică de 85 dB are ca rezultat aceeași intensitate subiectivă ca un semnal de 70 dB la 1.000 Hz. Prin urmare, pentru ca un instrument de măsurare a zgomotului să reacționeze în același mod ca urechea umană, trebuie să să fie echipat cu un filtru de ponderare care simulează răspunsul acestuia. Acest filtru, definit de standardul CEI, se numește „A”.

Notă

^ Vezi și:
- Curs de fizică la Universitatea de Stat din Georgia
- Calculator de presiune acustică
^ Adică forța pe unitate de suprafață: în sistemul internațional de unități, presiunea este exprimată în pascale (simbol Pa ), adică Newton pe metru pătrat.
^ Este de fapt o suprapresiune, adică variația presiunii determinată de sunet.
^ Uneori denumit dBspl (nivel de presiune acustică dB) pentru a le distinge de măsurarea nivelului de intensitate analogică.
^ În plus față de pragul tăcerii, există și referințe la așa-numitul prag al durerii, care are însă o definiție mult mai subiectivă. Valorile raportate variază între 120 și 140 dB, corespunzând presiunilor cuprinse între 20 și 200 pascale.
^ De fapt, ar trebui să se ia în considerare și faptul că răspunsul urechii umane depinde și de frecvența sunetului.
^ În Sistemul Internațional de Unități, intensitatea este , prin urmare , exprimată în wați per pătrat metri ( $W/m^{2}$ ${\ displaystyle W / m ^ {2}}$ $W / m ^ {2}$ )
^ Relațiile se mențin, de asemenea (în mod analog cu cazul presiunii)
$I\propto {\frac {1}{r^{2}}}{\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {{r_{2}}^{2}}{{r_{1}}^{2}}}I_{1}=I_{2}\cdot {r_{2}^{2}}\cdot {\frac {1}{{r_{1}}^{2}}}\,$ ${\ displaystyle I \ propto {\ frac {1} {r ^ {2}}} {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {{r_ {2}} ^ {2 }} {{r_ {1}} ^ {2}}} I_ {1} = I_ {2} \ cdot {r_ {2} ^ {2}} \ cdot {\ frac {1} {{r_ {1} } ^ {2}}} \,}$ $I \ propto {\ frac {1} {r ^ {2}}} {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {{r_ {2}} ^ {2}} { {r_ {1}} ^ {2}}} I_ {1} = I _ {{2}} \ cdot {r _ {{2}} ^ {2}} \ cdot {\ frac {1} {{r_ {1}} ^ {2}}} \,$
^ Uneori denumit dB-SIL (nivel de intensitate a sunetului dB) pentru a le distinge de măsurători similare ale nivelului de presiune.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikicitată conține citate sonore
Wikționarul conține dicționarul lema « sunet »
Wikiversitatea conține resurse despresunet
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre sunet

linkuri externe

( EN ) Sunet , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
( RO ) Lucrări referitoare la sunet , în Open Library , Internet Archive .
Videoclipuri didactice pe sunet , pe fiche.decapoa.altervista.org . Adus la 19 decembrie 2008 (arhivat din original la 1 martie 2009) .

Controlul autorității	Tesauro BNCF 5484 · LCCN (EN) sh85125363 · GND (DE) 4129541-9 · BNF (FR) cb119348192 (dată) · BNE (ES) XX524570 (dată) · NDL (EN, JA) 00.568.989

Portalul de fizică

Portal muzical

[1] Vezi și:
Curs de fizică la Universitatea de Stat din Georgia
Calculator de presiune acustică

[2] Curs de fizică la Universitatea de Stat din Georgia

[3] Calculator de presiune acustică

[2] Adică forța pe unitate de suprafață: în sistemul internațional de unități, presiunea este exprimată în pascale (simbol Pa ), adică Newton pe metru pătrat.

[3] Este de fapt o suprapresiune, adică variația presiunii determinată de sunet.

[4] Uneori denumit dBspl (nivel de presiune acustică dB) pentru a le distinge de măsurarea nivelului de intensitate analogică.

[5] În plus față de pragul tăcerii, există și referințe la așa-numitul prag al durerii, care are însă o definiție mult mai subiectivă. Valorile raportate variază între 120 și 140 dB, corespunzând presiunilor cuprinse între 20 și 200 pascale.

[6] De fapt, ar trebui să se ia în considerare și faptul că răspunsul urechii umane depinde și de frecvența sunetului.

[7] În Sistemul Internațional de Unități, intensitatea este , prin urmare , exprimată în wați per pătrat metri ( $W/m^{2}$ ${\ displaystyle W / m ^ {2}}$ $W / m ^ {2}$ )

[8] Relațiile se mențin, de asemenea (în mod analog cu cazul presiunii)
$I\propto {\frac {1}{r^{2}}}{\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {{r_{2}}^{2}}{{r_{1}}^{2}}}I_{1}=I_{2}\cdot {r_{2}^{2}}\cdot {\frac {1}{{r_{1}}^{2}}}\,$ ${\ displaystyle I \ propto {\ frac {1} {r ^ {2}}} {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {{r_ {2}} ^ {2 }} {{r_ {1}} ^ {2}}} I_ {1} = I_ {2} \ cdot {r_ {2} ^ {2}} \ cdot {\ frac {1} {{r_ {1} } ^ {2}}} \,}$ $I \ propto {\ frac {1} {r ^ {2}}} {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {{r_ {2}} ^ {2}} { {r_ {1}} ^ {2}}} I_ {1} = I _ {{2}} \ cdot {r _ {{2}} ^ {2}} \ cdot {\ frac {1} {{r_ {1}} ^ {2}}} \,$

[9] Uneori denumit dB-SIL (nivel de intensitate a sunetului dB) pentru a le distinge de măsurători similare ale nivelului de presiune.

[1]

[2] pe

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]