Ääni | aiheutuu ääniaalloista
Sound voi tarkoittaa myös vesistöä, kuten lahtea tai kanavaa.
Ääni syntyy ääniaalloista. Se voidaan kuulla, kun se kulkee väliaineen läpi korvaan. Kaikki äänet syntyvät molekyylien värähtelyistä. Esimerkiksi kun ihminen lyö rumpua tai symbaalia, esine värähtelee. Nämä värähtelyt saavat ilmamolekyylit liikkumaan. Ääniaallot liikkuvat poispäin siitä, mistä ne ovat tulleet. Kun värähtelevät ilmamolekyylit saavuttavat korvamme, myös tärykalvo värähtelee. Korvan luut värähtelevät tavalla, jolla ääniaallon aloittanut esine värähteli.
On olemassa kolme erilaista välinettä. Ne ovat kiinteät aineet, nesteet ja kaasu. Ääni kulkee nopeimmin kiinteässä aineessa, koska kiinteässä aineessa hiukkaset ovat lähempänä toisiaan kuin kaasussa ja nesteessä.
Näiden värähtelyjen avulla kuulet erilaisia asioita. Jopa musiikki on värähtelyä. Epäsäännölliset värähtelyt ovat melua. Ihmiset voivat tuottaa hyvin monimutkaisia ääniä. Käytämme niitä puheeseen.
Ääniaallot ovat pitkittäisaaltoja, joilla on kaksi osaa: puristus ja harvennus. Puristuminen on ääniaaltojen osa, jossa ilmamolekyylit työntyvät (puristuvat) yhteen. Harvennus on aaltojen osa, jossa molekyylit ovat kaukana toisistaan. Ääniaallot ovat puristumisen ja harvennuksen sarja.
Tyhjiö
Koska ääni on väliaineen värähtelyä, se ei voi kulkea tyhjiön läpi. Tyhjiö on paikka, jossa ei ole väliaineita, esimerkiksi ulkoavaruudessa. Sana tulee latinankielisestä adjektiivista vacuus, joka tarkoittaa "tyhjä" tai "tyhjä".
Äänen nopeus
Ääniaallot voivat kulkea kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen läpi. Mitä paksumpi väliaine on, sitä nopeammin ne kulkevat, mutta ne eivät voi kulkea tyhjiön läpi (paikka, jossa ei ole mitään). Tämän vuoksi astronautit eivät voi keskustella keskenään avaruudessa: he tarvitsevat radiota kuullakseen toisensa. Ääni kulkee veden läpi nopeammin kuin ilman läpi, ja vielä nopeammin kiinteissä aineissa, kuten kivessä, raudassa ja teräksessä. Huoneenlämmössä ja normaalissa ilmanpaineessa ääni kulkee 344 m/s (1134 ft/s), 761 mailia tunnissa). Koska lämpötila ja paine muuttuvat ilmakehän korkeuden mukaan, myös nopeus vaihtelee.
Sävelkorkeus ja intensiteetti
Sävelkorkeus on äänen korkeus tai mataluus. Sävelkorkeus on se, miten ihminen kuulee eri taajuudet. Taajuus määräytyy värähtelyjen lukumäärän perusteella sekunnissa. Esimerkiksi pianon korkein näppäin värähtelee 4 000 kertaa sekunnissa. Sen taajuus on 4000 hertsiä (Hz) eli 4 kilohertsiä (kHz). Alemmilla näppäimillä on matalampi taajuus. Oktaavin verran korkeammalla nuotilla on kaksinkertainen taajuus toiseen nuottiin verrattuna.
Äänen voimakkuus on se, kuinka paljon äänienergiaa kulkee neliömetrin läpi yhdessä sekunnissa. Ääniaallot, joilla on suurempi amplitudi (suurempi värähtely), ovat voimakkaampia. Äänen voimakkuus on suurempi lähempänä äänilähdettä. Kauempana se on vähemmän voimakas. Käänteisen neliön laki osoittaa, miten äänen voimakkuus pienenee, mitä kauempana lähteestä ollaan. "Käänteinen neliö" sanoo, että kun etäisyys kerrotaan luvulla, äänen voimakkuus jaetaan luvulla neliö (luku kertaa itsensä). Näin ollen kaksinkertainen etäisyys tarkoittaa neljäsosaa äänen voimakkuudesta.
Äänen voimakkuudet voivat olla hyvin erilaisia. Ne voivat vaihdella 0,0000000000000001:stä, joka on hädin tuskin kuultavissa, 1 W/m2 (tuskallisen kovaääninen). Desibeliasteikon avulla äänen voimakkuuden lukuja on helpompi käsitellä. Äänen voimakkuus 0,000000000001 W/m2 on 0 dB (desibeliä). Se on eksponentiaalinen asteikko, joten kun desibeliluku kasvaa 10:llä, voimakkuus on kymmenkertainen. Niinpä 1 W/m2 intensiteetti on 120 dB.
Äänekkyys on se, miten ihmiset aistivat äänen voimakkuuden. Äänenvoimakkuus riippuu äänen voimakkuudesta, äänen taajuudesta ja henkilön kuulosta.
Kuultu eikä nähty
Kuuluvan äänen taajuudet ovat 20 Hz:n ja 20 kHz:n välillä. Ihminen voi kuulla kuultavaa ääntä. Ääniaaltoja, joiden taajuus on yli 20 kHz, kutsutaan ultraääniaalloiksi. Ääniaaltoja, joiden taajuus on alle 20 Hz, kutsutaan infraääniaalloiksi. Ihminen ei kuule ultraääni- ja infraääniaaltoja, mutta jotkut eläimet, kuten lepakot ja delfiinit, käyttävät niitä. Iäkkäiden ihmisten kuuloalue on vielä pienempi. Ihmiset kuulevat parhaiten ääniä 1000 Hz:n ja 6000 Hz:n välillä.
Doppler-ilmiö
Kun äänilähde liikkuu jotakuta kohti, taajuus näyttää kasvavan. Sama tapahtuu, kun joku liikkuu kohti äänilähdettä. Taajuus näyttää laskevan, kun joku liikkuu poispäin äänilähteestä. Se näyttää myös pienenevän, kun äänilähde liikkuu poispäin jostakusta. Tätä kutsutaan Doppler-ilmiöksi.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on ääni?
V: Ääni on eräänlainen aalto, joka syntyy molekyylien värähtelyistä. Se voidaan kuulla, kun se kulkee väliaineen läpi korvaan.
K: Miten äänet syntyvät?
V: Äänet syntyvät molekyylien värähtelyistä. Kun esimerkiksi joku lyö rumpua tai symbaalia, esine värähtelee ja saa ilmamolekyylit liikkumaan, mikä synnyttää ääniaaltoja.
K: Mitä kolmea eri väliaineita ääni kulkee?
V: Äänen kulkeutuminen tapahtuu kolmessa eri väliaineessa: kiinteässä aineessa, nesteessä ja kaasussa.
K: Mikä aiheuttaa ääniaaltoja?
V: Ääniaallot johtuvat ilmamolekyylien värähtelyistä. Kun jokin esine värähtelee, se saa ilmamolekyylit liikkumaan, jolloin syntyy ääniaaltoja.
K: Miten kuulemme äänet?
V: Kuulemme äänet, kun värähtelevät ilmamolekyylit saavuttavat korvamme ja saavat tärykalvomme värähtelemään samalla tavalla kuin ääniaallon alun perin aiheuttanut esine.
K: Ovatko kaikki äänet säännöllisiä värähtelyjä?
V: Ei, kaikki äänet eivät ole säännöllisiä värähtelyjä; epäsäännölliset värähtelyt muodostavat melun, kun taas ihmiset voivat tuottaa hyvin monimutkaisia ääniä puhetta varten.
K: Mitä on puristuminen ja harvennus ääniaaltojen kannalta?
V: Puristuminen on osa ääniaaltoa, jossa ilmamolekyylit työntyvät yhteen, kun taas harvennus on osa aaltoa, jossa ilmamolekyylit ovat kaukana toisistaan - nämä kaksi osaa luovat jakson, joka tunnetaan ääniaaltona.
