”Hiljaisuuden ääni”, ”ääni ja visio” ja musiikilliset kukkulat elävöittävät musiikin ääntä — Kyllä, ääni on kaikkialla ympärillämme lauluissa ja arjessamme.
mutta mitä ääni oikeastaan on, ja tarkemmin, mikä on äänienergia? Kuuluuko ääntä, jos kukaan ei kuule sitä? (OK, olemme tulossa hieman filosofinen täällä, mutta voit nähdä, miten se johtaa niin paljon enemmän kysymyksiä.)
lähes kaikki meistä nauttivat tietyistä äänistä, jotka törmäävät laajaan kirjoon, oli kyse sitten blackbirdistä laulavasta Beatlesista tai hiljaisista äänistä syntyneestä ASMR-villityksestä. Samaan aikaan jotkut työntekijät tarvitsevat suojaa äänienergialta ja käyttävät kuulosuojaimia helikopterilentäjistä raskaita koneita käyttäviin öljynporauslauttatyöntekijöihin.
tarkastellaan äänienergian määritelmiä ja sitä, miten käsityksemme äänilähteistä auttaa muokkaamaan maailmaamme.
mikä on äänienergian määritelmä?
ennen äänienergian määrittelyä meidän on ymmärrettävä kaksi universumin päätyyppiä:
- potentiaalienergia eli energia, joka varastoituu jonnekin
- kineettinen energia, liike-energia
nämä energiat voidaan jakaa toisiin energiamuotoihin. Potentiaali ja liike-energia ovat silti edelleen energian ymmärtämisen tukipilareita. Tutustu potentiaalienergiaa ja kineettistä energiaa käsittelevään oppaaseen saadaksesi syvempää tietoa näistä energioista.
Äänienergia on yksi näistä energian osa-alueista. Ääniaalto on mekaanisen energian muoto. Äänienergia on kappaleen värähtelyistä vapautuvaa energiaa — ääni on sitä, mitä värähtelyistä saadaan. Ääni kulkee ääniaaltoina, jotka ovat värähteleviä hiukkasia. Lisäksi ääniaallot voivat kulkea kaasun, nesteiden ja kiinteiden aineiden läpi.
Miten Äänienergiaa Tuotetaan?
otetaan bongorumpu ja asetetaan se lattialle valmiiksi soitettavaksi. Siinä on potentiaalienergiaa tässä asennossa. Lyödään rumpunahkaa käsillämme. Tuo käden liike on liike-energiaa.
kun käsi (kineettinen energia) osuu bongoon (potentiaalienergia), Bongon rumpupää ja iho värähtelevät, jolloin sen ympärillä olevat ilmamolekyylit värähtelevät. Ne värähtelevät myös lähellä olevia ilmamolekyylejä vastaan ja käynnistävät värähtelyketjureaktion. Värähtelevät ilmamolekyylit värähtelevät naapurihiukkasia, sitten seuraavia molekyylejä ja niin edelleen vastaan, jolloin syntyy ääniaalto, joka kulkee lähteestään ulospäin.
nämä värähtelevät molekyylit eli hiukkaset, jotka tulevat värähtelevästä kohteesta, muodostavat ääniaallon. Esimerkiksi toisen ääni on helppo kuulla, jos puhuu kasvotusten muutaman sentin välissä-ääniaalto kulkee jokaista ihmistä kohti. Jos tuplaatte matkan ja käännätte selkänne toisillenne, on vaikeampaa kuulla toistenne puhumia ääniä. Ääniaallot etääntyvät molemmista ihmisistä.
ääniaallot liikkuvat, kun kappale värähtelee; tätä kutsutaan etenemiseksi.
ihmiskorva havaitsee ympärillämme olevia ilmamolekyylejä värähtelevät ääniaallot, jotka saavat tärykalvon värähtelemään. Mitä suurempi äänivärähtely, sitä kovempi ääni — tätä kutsutaan äänen voimakkuudeksi. Voimakkuus määräytyy sen mukaan, kuinka voimakkaasti ilmahiukkaset värähtelevät ja osoittaa, kuinka paljon energiaa ääniaallossa on.
jos haluat kuvitella, miltä ääniaalto näyttää, ajattele vinoa aaltoa, joka on tehty yhdellä lapsuutesi kiemuraisista leluista. Jos liikutat Slinkyä ylös ja alas tai toisesta päästä vasemmalle ja oikealle, syntyy yhtäjaksoinen aalto, joka kulkee Slinkyä pitkin. Sama tapahtuu äänen kanssa-värähtelyt kulkevat ulospäin aaltoina, kulkien samaan suuntaan.
ihmiskeho voi luoda monia erilaisia ääniä, jotka auttavat selittämään ilmiötä. Voisit taputtaa käsiäsi, laulaa, halkaista rystysiäsi tai jopa niellä vettä. Kaikki nämä toimet tuottavat erilaisia ääniä ja siten ääniaaltoja.
Onko Äänessä Energiaa?
Kyllä, äänessä on energiaa. Värähtelyaallot ovat äänen energiaa.
miten voimme kuulla äänienergiaa ja ääniaaltoja?
lähde
ääniaallot kulkevat ilman tai nesteiden tai kiinteiden aineiden läpi ja saapuvat korviimme. Aallot kulkevat korvakäytäviimme ja jatkavat sitten tärykalvoihimme ja saavat Kuuloluut — kolme pientä luuta korvissamme — värähtelemään.
täältä nyt värähtelevät kuulomme siirtävät ääniaallot simpukkaamme. Tässä vaiheessa niin sanotut karvasolut muuttavat kaikki nuo aallot signaaleiksi, joita aivomme voivat ymmärtää ja tulkita eli ”kuulla” sen, minkä ymmärrämme ääneksi.
mieti musiikin kuuntelemista. Soitetaan sama musiikkikappale kolme kertaa, mutta eri olosuhteissa. Ensimmäisellä kerralla kuuntele sitä seisten samassa huoneessa stereoiden kanssa. Laulun pitäisi olla selkeä, kun se kulkee ilmassa. Toisella kerralla juokse kylpy (enjoy!) ja kuunnella musiikkia pitäen pää ja korvat veden alla. Ääni muuttuu, koska ääniaallot kulkevat nopeammin veden alla. Ja lopuksi, kuunnella musiikkia viereisessä huoneessa, kaikki ovet kiinni.
sama musiikkikappale kuulostaa joka ympäristössä erilaiselta, koska ääniaallot kulkevat jokaisen elementin (ilman, veden, seinien) läpi eri tavoin.
Kuinka Kova Ääni On?
ääniaallot muuttuvat äänen voimakkuudesta riippuen. Mitä suuremmat värähtelyt, sitä kovempi ääni ja sitä suurempi energiamäärä ääniaallossa on.
jos taputamme kevyesti bongorumpuamme, se aiheuttaa vähemmän tärinää — ja vähän melua-kuin jos hakkaamme rumpua puulusikalla kaikin voimin.
mitä suurempi värähtely on, sitä suurempi on ääniaallon Amplitudi. Amplitudi on ääniaallon korkeus. Korvia huumaava ääni tekee valtavan ääniaallon, jolla on korkea amplitudi, kun taas hiljaisemmilla äänillä on pienemmät ääniaallot.
sekä äänekkyys että sävelkorkeus vaikuttavat ihmiskorvaan. Liiallinen äänienergia-jolla on valtavat ääniaallot-voi aiheuttaa meille kovaa kipua ja vahingoittaa meitä ja ääritapauksissa tehdä meistä kuuroja.
Miksi Äänillä On Eri Sävelet?
kuten olemme nähneet, ääniaallon kohina määräytyy sen korkeuden mukaan: mitä korkeampi aalto, sitä kovempi ääni. Ääniaallolle on ominaista myös sen pituus tai kunkin aallon huipun välinen tila. Ajattele, miten kaukana rantaa vasten pyörivät säännölliset aallot ovat.
ääniaallot, joiden huiput ovat hyvin lähellä toisiaan, tuottavat korkeampia sävelkorkeuksia. Se johtuu siitä, että ne värähtelevät hyvin nopeasti. Soittimissa, kuten trumpeteissa, on korkeita ääniä ja ne luovat ääniaaltoja, jotka ovat lähellä toisiaan.
vastaavasti ääniaallot, joiden aaltohuiput ovat kauempana toisistaan, tuottavat matalampia sävelkorkeuksia. Nämä ääniaallot värähtelevät hitaammin. Oboe tai fagotti ovat soittimia, joissa on matalampi sävelkorkeus.
ksylofoni kuvaa tätä säveleroa täydellisesti. Matalammat, raskaammat ja suuremmat tangot tuottavat hitaamman ääniaallon, jonka välinen etäisyys on suurempi kuin pienempien, kevyempien tankojen korkeampi sävelkorkeus.
Äänirautoja on eri pituisia ja kokoisia. Mitä pienempi äänirauta, sitä korkeampi sen sävelkorkeus (olettaen, että kaikki käytetyt materiaalit ovat samat) ja mitä suurempi äänirauta, sitä pienempi sen sävelkorkeus. Jos osut samaan äänirautaan kahdesti, kerran pehmeästi ja kerran voimalla, kovempi iskuyritys resonoi kovempaa, koska siinä on enemmän äänienergiaa.
jos äänen äänenkorkeus on liian korkea ihmiskorvalle, kutsumme sitä ultraääneksi. Jos se on liian matala, kutsumme sitä infraääneksi.
arkkitehdit ja ääniteknikot tutkivat akustiikaksi kutsuttua äänimatkailua, kun suunnitellaan konserttisaleja, elokuvateattereita ja missä tahansa ääni on välttämätön. Kovat pinnat heijastavat ääntä hyvin luoden kaikuja, kun taas pehmeämmät pinnat kuten matot imevät ääntä vähentäen kaikua.
Miten Ääntä Mitataan?
ääntä mitataan desibeleinä, joita kutsutaan myös äänen energiatiheystasoksi tai äänenpaineeksi.
mikä on äänen nopeus?
lähde
useat tekijät voivat vaikuttaa äänen nopeuteen, kuten ilman lämpötila, materiaali, jonka läpi ääniaalto kulkee, ja esimerkiksi ääniaallon taajuus.
maapallolla, merenpinnan tasolla, kun ilman lämpötila on 59 astetta Fahrenheit (15 astetta), äänen nopeus on 761,2 mph (1 225 km/h). Ääni liikkuu nopeammin lämpimämmässä ilmassa. Mitä korkeammalla ilmakehässä olet, sitä pienempi vaadittu nopeus on äänivallin murtamiseen.
esimerkiksi ensimmäinen lentokone, joka rikkoi äänivallin ja lensi yliääninopeudella, oli Bell X-1-rakettikäyttöinen tutkimuskone. Lokakuuta 1947 ja se hinattiin korkealle ilmakehään ja vapautettiin 14. Se rikkoi (paikallisen) äänivallin nopeudella 662 mailia tunnissa (1 066 km/h).
äänipommi syntyy, kun lentokoneet kulkevat äänen nopeutta nopeammin. Ukkosen kaltainen ääni kuuluu, koska ilma työntyy suurella voimalla sivuun, jolloin syntyy paineaalto. Siirretyt, paineistetut ilmahiukkaset liikkuvat ulospäin joka suuntaan, ja paineaallon aiheuttama paineenpurkaus kuuluu äänipamauksina.
mikä on Doppler-ilmiö?
ääniaallot voivat temppuilla korvissa niin sanotussa Doppler-efektissä.
esimerkiksi sinua lähestyvässä autossa on korkea äänenkorkeus, joka madaltuu ohitettuaan sinut, vaikka auton melutuotanto ei muutu lainkaan. Autossa istuessa ei huomaisi mitään muutosta auton melussa. Auton äänen aallonpituustaajuudet pysyvät samoina koko lähestymisen ja ohittamisen ajan.
kuitenkin auton nopeus sen liikkuessa sinua kohti saa ääniaallot osumaan korvaasi nopeammalla nopeudella tai taajuudella kuin ajoneuvo niitä tuottaa. Se saa moottorin äänenkorkeuden nousemaan. Tilanne on päinvastainen, kun auto ohittaa sinut: ääniaallot tulevat korvaasi hitaammin ja matalammalla taajuudella, jolloin se kuulostaa matalammalta.
miksi avaruudessa ei voi kuulla ääntä?
avaruus on tyhjiö, jossa ei ole ilmamolekyylejä, joiden avulla ääniaallot värähtelevät. Ääni on mekaaninen aalto, joten se ei voi kulkea tyhjiössä. Tyhjiössä ei ole ilmamolekyylejä, joita ääniaalto voisi värähdellä.
voimme tehdä sen visuaaliseksi ajattelemalla stadionia, joka on täynnä ihmisiä ja joka esittää stadionaaltoa. Ihmiset ovat ilmamolekyylejä, ja ne liikkuvat — tai värähtelevät — pitääkseen stadionaallon käynnissä. Ääniaallot (stadionaalto) voivat liikkua, kun on ilmamolekyylejä (ihmisiä).
tyhjiössä ei ole ilmamolekyylejä (ihmisiä), joten ääniaalto ei voi kulkea ja pitää ääntä, kuten ei ole stadionaaltoakaan ilman ihmisiä.
äänienergian käytännön käyttö
lähde
Äänienergia ei rajoitu siihen, että voimme kommunikoida ja kuulla, mitä ympärillämme tapahtuu. Äänentallennus on asia erikseen, mutta nyt voimme käyttää äänienergiaa monin tavoin elämäntapojemme parantamiseen.
Miten Äänienergiaa Käytetään?
Äänienergia on hyötyenergiaa. Äänienergian avulla voimme päivittäin tietää, milloin puhelimet soivat, kuunnella musiikkia, kommunikoida puhumalla ja kuulla Kuorma-auton tööttäävän torveaan varoittaakseen vaarasta. Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä äänienergiasta.
ultraääni — äänen energiavärinä äänenkorkeudella, joka on liian korkea ihmisen kuultavaksi-on kriittinen lääketieteen alalla. Ultraääni käyttää samaa kaikuluotausmenetelmää näyttääkseen odottaville äideille heidän kehittyvän vauvansa skannauksen kautta.
ultraäänellä voidaan myös hajottaa munuaiskiviä tai tutkia elimiä.
sillä välin kaikuluotaimen avulla alukset voivat suunnistaa ja etsiä meriä, kartoittaa merenpohjaa tai etsiä uponneita aluksia.
Käyttääkö Kaikuluotain Ääniaaltoja?
kaikuluotain on lyhenne sanoista Sound Navigation and Ranging. Kaikuluotainta on käytetty paljon merellä merien kartoittamiseen, vaarojen paikantamiseen ja etsintöihin.
kaikuluotain käyttää ääniaaltoja, koska ääniaallot kulkevat vedessä kauemmas kuin tutka tai valo.
Aktiivinen kaikuluotain sykkii ääniaaltoja esineisiin ja ”kuuntelee” kaikuja, jotka voivat auttaa kartoittamaan tutkittua aluetta. Passiivisessa kaikuluotauksessa ”kuunnellaan” meren ääniaaltoja, kuten muita veneitä tai valaita.
Mitä eroa on ääniaalloilla ja radioaalloilla?
olemme nähneet, että äänet muodostuvat aalloista. Kun kuuntelemme radiota, se tuottaa ääntä. Silti ääniaallot ja radioaallot eroavat olennaisesti toisistaan.
radio vastaanottaa lähetettäviä aaltoja. Kriittinen ero ääniaaltojen ja radioaaltojen välillä on se, että radioaalto on eräänlainen sähkömagneettinen aalto. Sen sijaan ääniaallot ovat värähtelyjä, jotka saavat aikaan mekaanisen aallon.
radioaallot voivat myös kulkea imurin läpi, toisin kuin ääniaallot. Siksi Voyager 1: n kaltaiset satelliitit kommunikoivat maan kanssa radioaaltojen avulla.
voidaanko Äänienergia muuntaa sähköenergiaksi?
lähde
Kyllä, voimme muuntaa äänienergian sähköenergiaksi. Laajalle levinnyt esimerkki on mikrofoni.
kun joku puhuu tai laulaa mikrofoniin, äänienergia kulkee mikrofonia pitkin ja osuu palleaan. Pallea puolestaan värähtelee ja liikuttaa magneettia Kelan lähellä. Mikrofoni tuottaa nyt sähkösignaalin.
mikrofonin sähköinen signaali suuntautuu yleensä kaiuttimeen, minkä jälkeen kaiutin muuntaa sähköisen signaalin takaisin ääniaalloiksi. Tuloksena, sinulla on konsertti, karaoke, tai konferenssitapahtuma.
tutkimus melun muuttamiseksi arvokkaaksi sähköenergiaksi laitteiden voimanlähteeksi on hyvin alkuvaiheessa. Kuten mikrofonin kanssa nähdään, se on mahdollista, mutta ääni sähkökonversioon hyödyllisellä tasolla on edelleen teoreettinen enemmän kuin käytännöllinen.
ääniaalloilla ja äänienergialla voi kuitenkin tehdä melkoisen mahtavia akustisia levitaatiokokeiluja.
Kuka Löysi Äänienergian?
useat kuuluisat nimet ovat auttaneet äänienergian löytämisessä.
- kreikkalainen filosofi Pythagoras kokeili värähtelevän kielen ominaisuuksia jo 600-luvulla eaa.
- Aristoteles esitti hypoteesin, jonka mukaan ääniaallot etenevät ilmassa ilman liikkeen kautta.
- roomalainen arkkitehti Vitruvius onnistui päättelemään ääniaaltojen siirtomekanismit 1. vuosisadalla eaa.
- Galilei tutki ääniaaltoja ja akustiikkaa 1500-ja 1600-luvuilla nostaen tutkimuksen tieteelliselle tasolle.
- ranskalainen matemaatikko Marin Mersenne edisti värähtelytutkimusta esittämällä kolme lakia, jotka muodostavat nykyaikaisen musiikillisen akustiikan perustan.
- Robert Hooke, englantilainen fyysikko, oli ensimmäinen, joka tuotti ääniaallon, jolla oli tunnettu taajuus.
- 1600-luvun lopulla ja 1700-luvun alussa ranskalaisen fyysikon Joseph Sauveurin tutkimukset tarkastelivat aaltojen, sävelkorkeuksien ja taajuuksien suhdetta. Monet akustiset termit tulevat hänen töistään.
kuulevatko eläimet ja ihmiset erilaisia ääniaaltoja?
lähde
eläimillä ja ihmisillä on erilaiset kuuloalueet, eli kuulemme eri ääniaaltoalueet kuin muilla olennoilla.
jokaisella lajilla on kuuloalue,ja usein osa niistä on yhteisiä. Nämä taajuusalueet mitataan hertseinä (Hz) ja Kilohertseinä (kHz).
ihmiset voivat havaita ääniaaltoja 20 Hz: n ja 20 000 Hz: n välillä.
yleensä pienemmät Nisäkkäät havaitsevat ylemmät levinneisyysalueet ja suuremmat eläimet alemmat levinneisyysalueet.
norsun taajuusalue on 16 Hz – 12 000 Hz. Ihmiskorva ei voi havaita monia niiden aiheuttamia ääniä. Kissan kantama on 45 Hz-64 000 Hz – ne kuulevat korkeammalla alueella asioita, joita ihmiset ja norsut eivät huomaa.
koirat kuulevat usein korkeita ääniä, joista emme ole lainkaan tietoisia, koska niiden kantama ulottuu jopa 45 000 Hz: iin.
Äänienergia muokkaa maailmaamme
Äänienergia on paljon muutakin kuin kuuloääniä. Käytämme kuuloamme ymmärtääksemme ympärillämme olevaa äänienergiaa.
vanha arvoitus metsässä kaatuvasta puusta, jota kukaan ei ole kuulemassa — pitääkö se ääntä? Äänienergian ymmärtäminen tarkoittaa sitä, että tietää kaatuvan puun saavan ilman hiukkaset värähtelemään, mutta se ei pidä ääntä. Se tuottaa äänienergiaa, ja se pitää ääntä vain, jos olet vastaanottamassa värähteleviä ääniaaltoja, joita aivosi voivat tulkita meluksi.
lisää kiehtovia faktoja energiasta ja luonnonilmiöistä löydät Amigo Energy-blogista.
bred to you by amigoenergy
Kaikki kuvat lisensoitu Adobe Stockilta.
Featured image: