BUNYI: SEJARAH, CIRI, BAGAIMANA IA DIHASILKAN, JENIS - FIZIKAL

Yang bunyi ditakrifkan sebagai usikan untuk pembiakan dalam medium seperti udara, seli ia menghasilkan tekanan dan pengembangan di dalamnya. Perubahan tekanan dan ketumpatan udara ini sampai ke telinga dan ditafsirkan oleh otak sebagai sensasi pendengaran.

Suara telah menemani kehidupan sejak awal, yang menjadi sebahagian daripada alat yang harus dikendalikan oleh haiwan antara satu sama lain dan dengan persekitarannya. Sebilangan orang mendakwa bahawa tumbuhan juga mendengar, tetapi dalam keadaan apa pun mereka dapat merasakan getaran persekitaran walaupun mereka tidak mempunyai alat pendengaran seperti binatang yang lebih tinggi.

Rajah 1. Pecah penghalang bunyi

Selain menggunakan suara untuk berkomunikasi melalui pertuturan, orang menggunakannya sebagai ekspresi artistik melalui muzik. Semua budaya, kuno dan baru-baru ini, mempunyai manifestasi muzik dari semua jenis, di mana mereka menceritakan kisah, adat istiadat, kepercayaan agama dan perasaan mereka.

Sejarah

Kerana kepentingannya, manusia menjadi tertarik untuk mempelajari sifatnya dan mencipta akustik, cabang fizik yang dikhaskan untuk sifat dan tingkah laku gelombang bunyi.

Telah diketahui bahawa ahli matematik terkenal Pythagoras (569-475 SM) menghabiskan masa yang lama untuk mengkaji perbezaan ketinggian (frekuensi) antara bunyi. Sebaliknya, Aristoteles, yang membuat spekulasi tentang semua aspek alam, dengan tepat menegaskan bahawa suara itu terdiri dari pengembangan dan tekanan di udara.

Kemudian jurutera Rom terkenal Vitruvius (80-15 SM) menulis sebuah risalah mengenai akustik dan aplikasinya dalam pembinaan teater. Isaac Newton sendiri (1642-1727) mengkaji penyebaran suara dalam media pepejal dan menentukan formula untuk kecepatan penyebarannya.

Seiring berjalannya waktu, alat pengiraan matematik memungkinkan untuk mengekspresikan semua kerumitan tingkah laku gelombang dengan secukupnya.

Ciri-ciri bunyi (sifat)

Dalam bentuknya yang paling sederhana, gelombang suara dapat digambarkan sebagai gelombang sinusoidal, menyebar dalam waktu dan ruang, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2. Di sana diperhatikan bahawa gelombang itu berkala, iaitu, ia memiliki cara yang berulang pada waktunya.

Menjadi gelombang membujur, arah perambatan dan arah di mana zarah-zarah medium bergetar bergerak sama.

Parameter gelombang bunyi

Gambar 2. Suara adalah gelombang membujur, gangguan menyebar ke arah yang sama di mana molekul mengalami perpindahan mereka. Sumber: Wikimedia Commons.

Parameter gelombang bunyi adalah:

Tempoh T: adalah masa yang diperlukan untuk mengulangi fasa gelombang. Dalam Sistem Antarabangsa ia diukur dalam beberapa saat.

Kitaran : adalah bahagian gelombang yang terkandung dalam jangka masa dan meliputi dari satu titik ke titik lain yang mempunyai ketinggian dan kemiringan yang sama. Ini dapat dari satu lembah ke lembah yang berikutnya, dari satu rabung ke yang lain, atau dari satu titik ke titik yang lain yang memenuhi spesifikasi yang dijelaskan.

Panjang gelombang λ : adalah jarak antara satu puncak dan gelombang yang lain, antara satu lembah dengan yang lain, atau secara umum antara satu titik dan titik yang lain dengan ketinggian dan cerun yang sama. Panjangnya diukur dalam meter, walaupun unit lain lebih sesuai bergantung pada jenis gelombang.

Frekuensi f : ditakrifkan sebagai bilangan kitaran per unit masa. Unitnya ialah Hertz (Hz).

Amplitud A: sepadan dengan ketinggian maksimum gelombang berkenaan dengan paksi mendatar.

Bagaimana bunyi dihasilkan dan disebarkan?

Suara dihasilkan apabila objek yang direndam dalam media bahan bergetar, seperti yang ditunjukkan di bahagian bawah Gambar 2. Membran tegang pembesar suara di sebelah kiri bergetar dan memancarkan gangguan melalui udara hingga sampai kepada pendengar.

Ketika gangguan merebak, tenaga dihantar ke molekul-molekul di lingkungan, yang saling berinteraksi, melalui pengembangan dan pemampatan. Anda selalu memerlukan medium material untuk penyebaran suara, sama ada pepejal, cair atau gas.

Ketika gangguan di udara sampai ke telinga, variasi tekanan udara menyebabkan gegendang telinga bergetar. Ini menimbulkan impuls elektrik yang disebarkan ke otak melalui saraf pendengaran, dan begitu impuls diterjemahkan menjadi bunyi.

Kelajuan suara

Kelajuan gelombang mekanikal dalam medium tertentu mengikuti hubungan ini:

Sebagai contoh ketika menyebarkan gas seperti udara, kelajuan suara dapat dikira sebagai:

Apabila suhu meningkat, begitu juga kelajuan suara, kerana molekul dalam medium lebih bersedia untuk bergetar dan menghantar getaran melalui pergerakannya. Tekanan sebaliknya, tidak mempengaruhi nilainya.

Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi

Kita telah melihat bahawa masa yang diperlukan gelombang untuk menyelesaikan satu kitaran adalah jangka waktu, sementara jarak yang dilalui dalam jangka masa itu sama dengan satu panjang gelombang. Oleh itu kelajuan v suara ditakrifkan sebagai:

Sebaliknya, frekuensi dan tempohnya saling berkaitan, yang satu adalah kebalikan dari yang lain, seperti ini:

Yang membawa kepada:

Julat frekuensi yang dapat didengar pada manusia adalah antara 20 dan 20,000 Hz, oleh itu panjang gelombang suara antara 1,7 cm dan 17 m ketika menggantikan nilai dalam persamaan di atas.

Panjang gelombang ini adalah ukuran objek umum, yang mempengaruhi penyebaran suara, sejak menjadi gelombang, ia mengalami pantulan, pembiasan dan difraksi ketika menghadapi rintangan.

Mengalami difraksi bermaksud bahawa bunyi terpengaruh ketika menghadapi rintangan dan bukaan yang hampir atau lebih kecil ukurannya sebagai panjang gelombang.

Bunyi bass dapat menyebar dengan lebih baik pada jarak jauh, itulah sebabnya gajah menggunakan infrasound (bunyi frekuensi sangat rendah, tidak terdengar oleh telinga manusia) untuk berkomunikasi di seluruh wilayahnya yang luas.

Juga ketika ada musik di ruangan terdekat, bass terdengar lebih baik daripada treble, kerana panjang gelombang kira-kira ukuran pintu dan tingkap. Sebaliknya, semasa meninggalkan bilik, suara bernada tinggi mudah hilang dan oleh itu berhenti didengar.

Bagaimana bunyi diukur?

Suara terdiri daripada serangkaian kompresi dan pecahan udara yang jarang berlaku, sedemikian rupa sehingga ketika menyebarkannya, suara menyebabkan kenaikan dan penurunan tekanan. Dalam Sistem Antarabangsa, tekanan diukur dalam pascal, yang disingkat Pa.

Apa yang berlaku ialah perubahan ini sangat kecil jika dibandingkan dengan tekanan atmosfera, yang bernilai sekitar 101.000 Pa.

Bahkan bunyi yang paling kuat menghasilkan turun naik sebanyak 20-30 Pa (ambang nyeri), jumlah yang agak kecil jika dibandingkan. Tetapi jika anda dapat mengukur perubahan tersebut, maka anda mempunyai cara mengukur suara.

Tekanan bunyi adalah perbezaan antara tekanan atmosfera dengan bunyi dan tekanan atmosfera tanpa suara. Seperti yang telah kita katakan, bunyi yang paling kuat menghasilkan tekanan suara 20 Pa, sementara yang paling lemah menyebabkan sekitar 0.00002 Pa (ambang suara).

Oleh kerana julat tekanan suara merangkumi beberapa kekuatan 10, skala logaritmik harus digunakan untuk menunjukkannya.

Sebaliknya, secara eksperimen ditentukan bahawa orang melihat perubahan pada suara dengan intensiti rendah lebih ketara daripada perubahan pada skala yang sama tetapi pada bunyi yang kuat.

Sebagai contoh, jika tekanan suara meningkat 1, 2, 4, 8, 16…, telinga merasakan peningkatan intensiti 1, 2, 3, 4…. Atas sebab ini, lebih mudah untuk menentukan kuantiti baru yang disebut tahap tekanan suara (Sound Pressure Level) L _P , yang ditakrifkan sebagai:

Di mana P _o adalah tekanan rujukan yang diambil sebagai ambang pendengaran dan P ₁ adalah tekanan efektif min atau tekanan RMS. RMS atau tekanan purata inilah yang dirasakan oleh telinga sebagai tenaga purata isyarat bunyi.

Decibel

Hasil ungkapan di atas untuk L _P , ketika dinilai untuk berbagai nilai P ₁ , diberikan dalam desibel, kuantiti tanpa dimensi. Menyatakan tahap tekanan suara seperti ini sangat mudah, kerana logaritma menukar nombor besar menjadi nombor yang lebih kecil dan lebih terkawal.

Namun, dalam banyak kes, lebih disukai menggunakan intensiti suara untuk menentukan desibel, dan bukannya tekanan suara.

Intensiti bunyi adalah tenaga yang mengalir selama satu saat (daya) melalui permukaan satuan yang berorientasi tegak lurus ke arah di mana gelombang menyebarkan. Seperti tekanan suara, ia adalah kuantiti skalar dan dilambangkan I. Unit I ialah W / m ² , iaitu daya per unit kawasan.

Dapat ditunjukkan bahawa intensiti suara sebanding dengan kuasa dua tekanan suara:

Dalam ungkapan ini, ρ adalah ketumpatan medium dan c adalah kelajuan suara. Kemudian tahap intensiti suara L _I ditakrifkan sebagai:

Yang juga dinyatakan dalam desibel dan kadang-kadang dilambangkan dengan huruf Yunani β. Nilai rujukan I _o ialah 1 x 10 ^-12 W / m ² . Oleh itu, 0 dB mewakili had pendengaran manusia yang lebih rendah, sementara ambang kesakitan 120 dB.

Oleh kerana ia adalah skala logaritmik, mesti ditekankan bahawa perbezaan kecil dalam jumlah desibel membuat perbezaan besar dari segi intensiti suara.

Meter tahap bunyi

Meter tahap bunyi atau desibelmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan suara, yang menunjukkan pengukuran dalam desibel. Ia dirancang untuk bertindak balas dengan cara yang sama seperti telinga manusia.

Rajah 3. Meter tahap bunyi atau desibelmeter digunakan untuk mengukur tahap tekanan bunyi. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini terdiri dari mikrofon untuk mengumpulkan sinyal, lebih banyak rangkaian dengan penguat dan penapis, yang bertanggung jawab untuk mengubah isyarat ini dengan cukup menjadi arus elektrik, dan akhirnya skala atau layar untuk menunjukkan hasil pembacaan.

Mereka digunakan secara meluas untuk menentukan kesan kebisingan tertentu terhadap orang dan persekitaran. Contohnya bunyi bising di kilang, industri, lapangan terbang, kebisingan lalu lintas dan banyak lagi.

Jenis bunyi (infrasound, ultrasound, mono, stereo, polyphonic, homophonic, bass, treble)

Bunyi dicirikan oleh kekerapannya. Menurut yang dapat ditangkap oleh telinga manusia, semua bunyi diklasifikasikan dalam tiga kategori: suara yang dapat kita dengar atau spektrum yang dapat didengar, yang mempunyai frekuensi di bawah had bawah spektrum atau inframerah yang dapat didengar, dan yang berada di atas spektrum yang dapat didengar. had atas, yang disebut ultrasound.

Walau bagaimanapun, kerana gelombang bunyi dapat bertindih secara linear, bunyi sehari-hari, yang kadang-kadang kita tafsirkan sebagai unik, sebenarnya terdiri daripada bunyi yang berbeza dengan frekuensi yang berbeza tetapi dekat.

Rajah 4. Spektrum bunyi dan julat frekuensi. Sumber: Wikimedia Commons.

Spektrum yang dapat didengar

Telinga manusia dirancang untuk mengambil pelbagai frekuensi: antara 20 dan 20,000 Hz. Tetapi tidak semua frekuensi dalam julat ini dirasakan dengan intensiti yang sama.

Telinga lebih sensitif pada jalur frekuensi antara 500 dan 6,000 Hz. Walau bagaimanapun, ada faktor lain yang mempengaruhi kemampuan untuk merasakan bunyi, seperti usia.

Inframerah

Mereka adalah bunyi yang frekuensi kurang dari 20 Hz, tetapi hakikat bahawa manusia tidak dapat mendengarnya tidak bermaksud haiwan lain tidak dapat mendengarnya. Contohnya, gajah menggunakannya untuk berkomunikasi, kerana infrasound dapat menempuh jarak jauh.

Haiwan lain, seperti harimau, menggunakannya untuk memukau mangsanya. Infrasound juga digunakan dalam pengesanan objek besar.

Ultrasound

Mereka mempunyai frekuensi melebihi 20,000 Hz dan digunakan secara meluas dalam banyak bidang. Salah satu penggunaan ultrasound yang paling terkenal adalah sebagai alat perubatan, baik diagnostik dan rawatan. Gambar yang diperoleh dengan ultrasound tidak invasif dan tidak menggunakan sinaran pengion.

Ultrasound juga digunakan untuk mencari kerosakan pada struktur, menentukan jarak, mengesan halangan semasa navigasi, dan banyak lagi. Haiwan juga menggunakan ultrasound, dan sebenarnya itulah bagaimana keberadaannya ditemui.

Kelawar memancarkan denyutan suara dan kemudian menafsirkan gema yang dihasilkannya untuk menganggarkan jarak dan mencari mangsa. Bagi mereka, anjing juga dapat mendengar ultrasound dan itulah sebabnya mereka memberi respons kepada siulan anjing yang tidak dapat didengar oleh pemiliknya.

Bunyi monofonik dan bunyi stereofonik

Gambar 4. Di sebuah studio rakaman, suara diubah suai dengan tepat oleh alat elektronik. Sumber: Pixabay.

Suara monofonik adalah isyarat yang dirakam dengan satu mikrofon atau saluran audio. Semasa mendengar dengan fon kepala atau bunyi bunyi, kedua telinga mendengar perkara yang sama. Sebaliknya, bunyi stereofonik merakam isyarat dengan dua mikrofon bebas.

Mikrofon terletak di kedudukan yang berbeza sehingga mereka dapat mengambil tekanan suara yang berbeza dari yang anda ingin rakam.

Kemudian setiap telinga menerima salah satu set isyarat ini, dan ketika otak mengumpulkan dan menafsirkannya, hasilnya jauh lebih realistik daripada ketika mendengar suara monofonik. Oleh itu, ini adalah kaedah yang lebih disukai dalam hal muzik dan filem, walaupun suara monofonik atau monaural masih digunakan di radio, terutama untuk wawancara dan perbualan.

Homofoni dan polifoni

Secara muzik, homofoni terdiri daripada melodi yang sama yang dimainkan oleh dua atau lebih suara atau instrumen. Sebaliknya, dalam polifoni terdapat dua atau lebih suara atau instrumen yang sama pentingnya dengan melodi dan bahkan irama yang berbeza. Kumpulan suara yang dihasilkan adalah harmoni, seperti muzik Bach.

Bunyi bass dan treble

Telinga manusia membezakan frekuensi yang dapat didengar sebagai tinggi, rendah, atau sederhana. Inilah yang dikenali sebagai nada suara.

Frekuensi tertinggi, antara 1600 dan 20,000 Hz, dianggap sebagai bunyi akut, jalur antara 400 dan 1600 Hz sepadan dengan bunyi dengan nada sederhana dan terakhir, frekuensi dalam lingkungan 20 hingga 400 Hz adalah nada bass.

Bunyi bass berbeza dari treble karena yang terdengar dianggap dalam, gelap, dan booming, sementara yang kedua ringan, jelas, gembira, dan menusuk. Juga, telinga menafsirkannya sebagai lebih kuat, tidak seperti bunyi bass, yang menghasilkan sensasi kurang intensiti.

Rujukan

Figueroa, D. 2005. Gelombang dan Fizik Kuantum. Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Disunting oleh D. Figueroa.
Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. Ke-6. Dewan Ed Prentice.
Rocamora, A. Catatan mengenai akustik muzik. Dipulihkan dari: eumus.edu.uy.
Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7hb. Pembelajaran Ed. Cengage.
Wikipedia. Akustik. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.

BUNYI: SEJARAH, CIRI, BAGAIMANA IA DIHASILKAN, JENIS - FIZIKAL - 2025