Dźwięk – wrażenie
słuchowe
spowodowane
falą
akustyczną
rozchodzącą się w
ośrodku sprężystym
(
ciele stałym
,
płynie
,
gazie
).
Częstotliwości
fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16-20
Hz
do ok. 16-20 kHz.
Dźwięki słyszalne
Używa się też terminu dźwięki słyszalne – na określenie dźwięków z zakresu częstotliwości i natężeń, które rejestruje
człowiek
, dla odróżnienia od dźwięków zbyt cichych bądź zbyt niskich (bliskie infradźwięki) lub zbyt wysokich (na pograniczu ultradźwięków), by mogły być zarejestrowane przez ludzkie ucho przeciętnego człowieka.
Człowiek, jak i
zwierzęta
, odbiera dźwięki słyszalne poprzez
zmysł
nazywany
słuchem
, którego narządem są
uszy
.
Natężenie dźwięku
można wyrazić w postaci powierzchniowej gęstości mocy fali akustycznej w (
W
m-2
), jednak powszechniejsze i wygodniejsze jest podawanie wartości
poziomu natężenia dźwięku
, czyli we względnej skali logarytmicznej, której jednostką jest
decybel
. Jeszcze inną skalą, która uwzględnia fizjologię ludzkiego ucha, jest skala
głośności
mierzonej w
fonach
.
Dźwięki słyszalne przez poszczególnych ludzi mogą różnić się zarówno w zakresie częstotliwości, jak i głośności. Regułą jest, że wraz z wiekiem zakres częstotliwości się zawęża (dotyczy to szczególnie częstotliwości wysokich) oraz podnosi się dolna granica
poziomu głośności
słyszanych dźwięków. Zjawisko
niedosłuchu
dotyka ostatnio coraz częściej również młodych ludzi, z powodu powszechnego użycia słuchawek dousznych.
Istoty żywe przetwarzają dźwięki w określony sposób. Pierwszy etap to rejestracja wartości
ciśnienia
w funkcji czasu. Następnie dźwięk jest analizowany - wydzielany jest
ton podstawowy
(decydujący o słyszanej wysokości dźwięku) i
wyższe składowe harmoniczne
, których amplitudy decydują o barwie dźwięku. Analiza taka jest możliwa, ponieważ każdą, dowolnie skomplikowaną
falę
można rozłożyć na składowe sinusoidalne. Z matematycznego punktu widzenia operacja taka nazywa się
transformacją Fouriera
. Gdy dźwięk składa się z wielu składowych, każdej składowej można przypisać określone parametry —
amplitudę
,
fazę
oraz
częstotliwość
. Następnie uzyskane wartości amplitudy są poddawane
logarytmowaniu
(zgodnie z
Prawem Webera-Fechnera
), dzięki czemu słabe dźwięki są tak samo rozróżnialne jak silne. W efekcie mózg uzyskuje strumień danych, który reprezentuje najważniejsze cechy dźwięku (głośność, wysokość, barwę). Człowiek używa tej metody do rozpoznawania
mowy
mimo występowania silnych zakłóceń (np. rozmowa w tłumie).
Inne przejawy fali akustycznej
Drgania akustyczne, których częstotliwość jest tak mała, że nie są słyszalne nazywamy
infradźwiękami
(niższe niż 16 Hz), zaś te których częstotliwość jest większa od granicznej, również niesłyszalne, nazywamy
ultradźwiękami
(wyższe od 20kHz). Dźwięk, jako rozprzestrzeniające się drgania cząsteczek, może rozchodzić się tylko w ośrodku sprężystym jako
fala dźwiękowa
.
Historia rejestracji dźwięku
Pierwszego zapisu dźwięku dokonał w
1860roku
Édouard-Léon Scott de Martinville
. Jego
fonautografem
nie był zaprojektowany do odtwarzania dźwięku, ale zachowały się zapisy archiwalne pierwszych rejestracji odczytane i odtworzone w
2008
roku.
Pierwszego zapisu dźwięku za pomocą urządzenia zwanego
fonografem
, mogącego także odtwarzać dźwięk, dokonał w
1877
r. Amerykanin
Thomas Alva Edison
. Drgająca
membrana
przechwytywała dźwięki i przekazywała je do igły żłobiącej spiralny rowek w obracającym się wałku pokrytym metalową folią. Ponowne przejście igły wzdłuż wyrytych na wałku rowków umożliwiało wprawienie w ruch innej membrany połączonej z tubą głosową.
Obecnie na podstawie wiedzy o właściwościach słuchu stało się możliwe zaprojektowanie komputerowych formatów rejestracji dźwięku jak
MP3
, które zapisują
muzykę
w mniejszej ilości
informacji
niż format plików
WAV
. Format ten jest silnie stratny, ale wyeliminowana informacja jest nieistotna, ponieważ nie jest rejestrowana przez ucho przeciętnego człowieka.
Cechy dźwięku
Do podstawowych cech dźwięku możemy zaliczyć:
Cechy te związane są ściśle z odpowiednimi parametrami fali akustycznej.
Klasyfikacja dźwięków ze względu na barwę
- mające określoną wysokość
-
ton
-
wieloton
harmoniczny
- nie mające określonej wysokości
-
wieloton
nieharmoniczny
- szum (mający widmo ciągłe)
- szum biały
- szum barwny
Zobacz też