Klang

Wir erklären, was der Klang, seine Eigenschaften, wie er auftritt und welche Typen, die sind

Abbildung 1. Bruch der Schallbarriere

Was ist der Klang??

Er Klang Es ist definiert als eine Störung, die durch die Ausbreitung in einem Medium wie Luft abwechselnd Kompressionen und Erweiterungen darin erzeugt. Diese Änderungen des Luftdrucks und der Dichte erreichen das Ohr und werden vom Gehirn als auditive Empfindungen interpretiert.

Die Klänge begleiten das Leben seit seiner Gründung und sind Teil der Werkzeuge, die Tiere miteinander und mit ihrer Umgebung kommunizieren müssen. Einige Leute sagen, dass Pflanzen auch zuhören, aber auf jeden Fall könnten sie die Schwierigkeiten der Umwelt wahrnehmen, auch wenn sie keinen Hörapparat wie höhere Tiere haben.

Die Menschen verwenden nicht nur Sound, um durch Sprache zu kommunizieren, sondern nutzen ihn auch als künstlerischer Ausdruck durch Musik. Alle alten und jüngsten Kulturen haben musikalische Manifestationen aller Art, durch die ihre Geschichten, Bräuche, religiösen Überzeugungen und Gefühle erzählen.

Schalleigenschaften (Eigenschaften)

In seiner einfachsten Form kann eine Schallwelle als sinusförmige Welle beschrieben werden, die sich über Zeit und Raum ausbreitet, wie die, die niedriger ist. Dort wird beobachtet, dass die Welle periodisch ist, dh eine Form, die im Laufe der Zeit wiederholt wird.

Als Längswelle sind die Ausbreitungsrichtung und die Richtung, in der die vibrierenden Partikel des Mediums gleich sind.

Schallwellenparameter

Figur 2. Der Klang ist eine Längswelle, die Störung breitet sich in derselben Richtung aus, in der die Moleküle ihre Verschiebung erleben. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Parameter einer Schallwelle sind:

• T -Periode: Es ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Wellenphase zu wiederholen. Im internationalen System wird es in Sekunden gemessen.
• Zyklus: Es ist der Teil der Welle, der innerhalb des Zeitraums enthalten ist und von einem Punkt zum anderen abdeckt, der die gleiche Höhe und die gleiche Steigung hat. Es kann von einem Tal zum nächsten, von einem Wappen zum nächsten oder von zu jedem Zeitpunkt zu einem anderen sein, der der beschriebenen Spezifikation entspricht.
• Wellenlänge λ: Es ist der Abstand zwischen einem Wappen und einem anderen der Welle, zwischen einem Tal und einem anderen oder im Allgemeinen zwischen einem Punkt und dem nächsten mit der gleichen Höhe und ausstehend. Eine Länge wird in Metern gemessen, obwohl andere Einheiten je nach Wellenart besser geeignet sind.
• Frequenz f: Es ist definiert als die Anzahl der Zyklen pro Zeiteinheit. Seine Einheit ist der Hertz (Hz).
• Amplitude a: entspricht der maximalen Wellenhöhe in Bezug auf die horizontale Achse.

Wie produziert und propagieren Klang??

Der Klang tritt auf, wenn ein Objekt, das in ein materielles Medium eingetaucht ist. Während sich die Störung ausbreitet, wird Energie durch Ausdehnung und Kompression. Ein materielles Medium wird immer für die Schallverteilung benötigt, sei es fest, flüssig oder gas.

Wenn Luftstörung das Ohr erreicht. Dies führt zu elektrischen Impulsen, die durch den Hörnerv an das Gehirn übertragen werden, und sobald die Impulse in Schall übersetzt werden.

Die Schallgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit mechanischer Wellen in einem bestimmten Medium folgt dieser Beziehung:

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Sound ist eine mechanische Welle, daher hängt die Schallgeschwindigkeit in einem Medium davon ab, wie komprimierbar sie ist (elastische Eigenschaft) und wie dicht (Trägheitseigenschaft).

Wenn Sie beispielsweise in einem Gas wie Luft ausbreiten, kann die Schallgeschwindigkeit berechnet werden als:

Wobei B das Luft- oder Mittelkompressibilitätsmodul ist und ρ seine Dichte. In der Luft beträgt die Geschwindigkeit des Schalls 343 m/s, aber dieser Wert, obwohl er für viele Anwendungen als konstant angesehen werden kann.

Wenn die Temperatur zunimmt. Der Druck hingegen hat keinen Einfluss auf den Wert.

Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz

Wir haben bereits gesehen, dass die Zeit, die die Welle zum Abschluss eines Zyklus benötigt. Daher ist die Geschwindigkeit V des Klangs definiert als:

V = λ/t

Andererseits hängen die Frequenz und die Periode zusammen und sind eine Umkehrung der anderen wie folgt:

F = 1/t

Was dazu führt:

v = λ.F

Der hörbare Frequenzbereich beim Menschen liegt zwischen 20 und 20.000 Hz, daher liegt die Wellenlänge des Schalls zwischen 1.7 cm und 17 m, wenn Sie die Werte in der vorherigen Gleichung ersetzen.

Diese Wellenlängen sind die Größe gemeinsamer Objekte, die die Ausbreitung des Klangs beeinflussen, da es eine Welle ist, Reflexion, Brechung und Beugung, wenn Sie Hindernisse treffen.

Experimentierende Beugung bedeutet, dass der Klang betroffen ist, wenn er mit Hindernissen und Öffnungen läuft, deren Größe seiner oder kleineren Wellenlänge ähnlich ist.

Schwere Geräusche können sich durch große Strecken besser ausbreiten, so.

Auch wenn es in einem nahe gelegenen Raum Musik gibt, sind die Tiefen besser zu hören als die akuten, da ihre Wellenlänge mehr oder weniger der Größe von Türen und Fenstern ähnlich ist. Wenn sie den Raum verlassen, sind die akuten Geräusche leicht verloren und deshalb hören sie auf, zuzuhören.

Wie wird der Klang gemessen??

Der Klang besteht aus einer Reihe von Kompressionen und Verdünnungen der Luft, so dass der Klang bei der Ausbreitung zunimmt und abnimmt. Im internationalen System wird der Druck in Pascal gemessen, das abkürzte PA.

Was passiert, ist, dass diese Veränderungen im Vergleich zum atmosphärischen Druck sehr gering sind, was ungefähr 101 wert ist.000 pa.

Selbst die intensivsten Geräusche führen zu Schwankungen von fast 20-30 PA (Schmerzschwelle), eine ziemlich geringe Menge verglichen. Wenn diese Änderungen jedoch gemessen werden, gibt es eine Möglichkeit, den Klang zu messen.

Schalldruck ist der Unterschied zwischen atmosphärischem Druck mit Schall und atmosphärischer Druck ohne Schall. Wie wir gesagt haben, erzeugen die intensivsten Geräusche einen Schalldruck von 20 PA, während die schwächste Ursache für 0.00002 PA (Klangschwelle).

Da der Schalldruckbereich mehrere Kräfte von 10 abdeckt, wäre es bequem, eine logarithmische Skala zu verwenden, um sie anzuzeigen.

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Andererseits wurde festgestellt, dass Menschen die Veränderungen in wenig intensiven Geräuschen wahrnehmen, als Veränderungen der gleichen Größe, aber in intensiven Klängen intensiver.

Wenn zum Beispiel der Schalldruck um 1, 2, 4, 8, 16 ... erhöht. Deshalb ist es zweckmäßig, eine neue Größe zu definieren, die genannt wird Schalldruckpegel (Schalldruckpegel) l_P, definiert als:

L_P = 20 log (p)₁ / P_entweder)

Wo p_entweder Es ist der Referenzdruck als Hörschwelle und p₁ Es ist der Effektiver durchschnittlicher Druck oder RMS -Druck. Dieser RMS oder dieser durchschnittliche Druck nimmt das Ohr als durchschnittliche Schallsignalenergie an.

Dezibel

Das Ergebnis des vorherigen Ausdrucks für l_P, Bei der Bewertung für verschiedene p -Werte₁, Es ist in angegeben Dezibel, Eine zusätzliche Menge. Das Ausdrücken des Schalldruckpegels ist sehr bequem, da Logarithmen große Zahlen in kleinere und überschaubare Zahlen verwandeln.

In vielen Fällen wird es jedoch bevorzugt, die zu verwenden Schallintensität Um die Dezibel und nicht den Schalldruck zu bestimmen.

Die Intensität des Schalls ist die Energie, die eine Sekunde (Kraft) durch eine einheitliche oberflächenorientierte senkrechte Richtung in die Richtung fließt, in der sich die Welle ausbreitet. Wie der Schalldruck ist es eine skalare Größe und bezeichnet wie ich wie ich. Die Einheiten von Ich sind mit m/m², das heißt, Strom pro Bereich der Einheit.

Es kann gezeigt werden, dass die Intensität des Schalls proportional zum Quadrat des Schalldrucks ist:

I = p² /ρc

In diesem Ausdruck ist ρ die Dichte des Mediums und C ist die Schallgeschwindigkeit. Dann ist die Schallintensitätsniveau L_Yo als:

L_Yo = 10 log (i₁ / Yo_entweder)

Das wird auch in Dezibel exprimiert und erscheint manchmal mit dem griechischen Buchstaben β gekennzeichnet. Der Referenzwert i_entweder ist 1 x 10^-12 W/m². Auf diese Weise repräsentiert 0 dB die Untergrenze des menschlichen Gehörs, während die Schmerzschwelle in 120 dB liegt.

Da es sich um eine logarithmische Skala handelt, muss hervorgehoben werden, welche kleinen Unterschiede die Anzahl der Dezibel in Bezug auf die Schallintensität einen großen Unterschied macht.

Der Soundometer

Ein Klang oder ein Dezibelimeter ist ein Gerät, das zum Messen von Schalldruck verwendet wird, was das Maß in Dezibel anzeigt. Wurde entwickelt, um auf sie zu reagieren, wie das menschliche Ohr dies tun würde.

Figur 3. Der Sonometer oder Dezibelimeter wird verwendet, um den Schalldruckpegel zu messen. Quelle: Wikimedia Commons.

Es besteht aus einem Mikrofon, um das Signal zu sammeln, mehr Schaltungen mit Verstärkern und Filtern, die dafür verantwortlich sind.

Sie werden viel verwendet, um die Auswirkungen zu bestimmen, die bestimmte Geräusche auf die Menschen und in der Umwelt haben. Zum Beispiel Lärm in Fabriken, Branchen, Flughäfen, Verkehrslärm und vielen anderen.

Soundtypen

Der Ton ist durch seine Frequenz gekennzeichnet. Laut denen, die das menschliche Ohr erfassen kann, werden alle Geräusche in drei Kategorien eingeteilt: diejenigen, die wir hören können oder Hörbares Spektrum, Diejenigen, die oft unter der unteren Grenze des hörbaren Spektrums liegen oder Infrasta, Und diejenigen, die über der Obergrenze liegen, genannt Ultraschall.

Da Schallwellen linear, alltägliche Geräusche, die wir manchmal als einzigartig interpretieren, überlagert werden können, sind in jedem Fall tatsächlich unterschiedliche Klänge mit unterschiedlichen, aber engen Frequenzen.

Kann Ihnen dienen: geschlossener elektrischer StromkreisFigur 4. Schallspektrum und Frequenzbereiche. Quelle: Wikimedia Commons.

Hörbares Spektrum

Das menschliche Ohr ist so konzipiert, dass sie eine Vielzahl von Frequenzen erfassen: zwischen 20 und 20.000 Hz. Aber nicht alle Frequenzen in diesem Bereich werden mit der gleichen Intensität wahrgenommen.

Das Ohr ist im Frequenzband zwischen 500 und 6 empfindlicher.000 Hz. Es gibt jedoch andere Faktoren, die die Fähigkeit zur Wahrnehmung des Klangs beeinflussen, z. B. das Alter.

Infrasta

Sie sind die Geräusche, deren Frequenz weniger als 20 Hz beträgt, aber die Tatsache, dass Menschen nicht auf sie zuhören können, bedeutet nicht, dass andere Tiere es nicht können. Zum Beispiel verwenden Elefanten sie, um zu kommunizieren, da Infrasoniden lange Strecken zurücklegen können.

Andere Tiere wie der Tiger verwenden sie, um ihre Beute zu betäuben. Infrasoniden werden auch zur Erkennung großer Objekte verwendet.

Ultraschall

Haben Frequenzen von mehr als 20.000 Hz und werden in vielen Bereichen häufig verwendet. Eine der bemerkenswertesten Verwendungen von Ultraschall ist ein Werkzeug der Medizin, sowohl diagnostisch als auch Behandlung. Die durch Ultraschall erhaltenen Bilder sind nicht invasiv und verwenden ionisierende Strahlung nicht.

Ultraschall werden auch verwendet, um Strukturenfehler zu finden, Entfernungen zu bestimmen, Hindernisse während der Navigation zu erkennen und vieles mehr. Tiere verwenden auch Ultraschall und tatsächlich wurde es so entdeckt, dass ihre Existenz entdeckt wurde.

Die Fledermäuse geben Schallimpulse ab und interpretieren dann das Echo, das sie produzieren, um Entfernungen abzuschätzen und die Dämme zu lokalisieren. Hunde können auch Ultraschall hören und deshalb reagieren sie auf Hundepfeife, die ihr Besitzer nicht hören kann.

Singlefonic Sound und Stereo -Sound

Figur 4. In einer Aufnahmestudie wird der Ton durch elektronische Geräte ordnungsgemäß modifiziert

Der monofonische Sound ist ein aufgezeichnetes Signal mit einem einzelnen Mikrofon oder Audiokanal. Beim Hören mit Kopfhörern oder Klangschern hören beide Ohren genau gleich. Andererseits signalisiert Stereo -Sound -Aufzeichnungen mit zwei unabhängigen Mikrofonen miteinander.

Die Mikrofone befinden sich in verschiedenen Positionen, damit sie unterschiedliche Schalldrücke dessen sammeln können, was Sie aufnehmen möchten.

Dann erhält jedes Ohr eines dieser Signalsätze, und wenn das Gehirn sie zusammenbringt und interpretiert, ist das Ergebnis viel realistischer als beim Hören monophonischer Klänge. Daher ist es die bevorzugte Methode in Bezug.

Homophonie und Polyphonie

Musikalisch gesehen besteht die Homophonie aus derselben Melodie, die von zwei oder mehr Stimmen oder Instrumenten gespielt wird. Andererseits erscheinen zwei oder mehr Stimmen oder Instrumente in der Polyphonie, die Melodien und sogar unterschiedlichen Rhythmen folgen. Das Set, das aus diesen Klängen resultiert, ist harmonisch, wie beispielsweise Bachs Musik.

Ernsthafte und akute Klänge

Menschliches Ohr diskriminiert hörbare Frequenzen wie akute, schwerwiegende oder Strümpfe. Dies ist das, was als die bekannt ist Ton Klang.

Die höchsten Frequenzen zwischen 1600 und 20.000 Hz, gelten als akute Klänge, die Band zwischen 400 und 1600 Hz entspricht mittelgroßen Klängen und schließlich sind die Frequenzen im Bereich von 20 bis 400 Hz die schweren Töne.

Ernsthafte Geräusche unterscheiden. Das Ohr interpretiert sie auch als intensiver, im Gegensatz zu ernsthaften Geräuschen, die das Gefühl von weniger Intensität erzeugen.