VI.4.1. Sunetele. Surse sonore. Proprietățile sunetului

Acustica este ramura Fizicii care studiază sunetele.

Sunetele sunt unde sonore formate dintr-o serie de compresii şi de extensii (rarefieri) alternative ale unui mediu elastic.

Fiecare moleculă a mediului elastic transferă energia moleculei vecine, dar după ce unda sonoră a trecut, fiecare moleculă rămâne în poziţia sa iniţială.

Sursa sonoră este un corp care produce sunete prin vibrație (oscilație).

Sursele sonore sunt:

1) Coardele vibrante (cordele vocale ale animalelor și ale omului, coardele vibrante ale instrumentelor-vioară, chitară, pian etc)

2) Tuburile sonore (fluier,flaut, taragot, nai, orgă, clarinet etc.)

3) Membrane sau plăci vibrante (tobă, cinel, xilofon, talgere, tam-tam, difuzor)

Instrumente muzicale

• Când atingi clapa unui pian, un ciocănel lovește coardele, făcându-le să vibreze.
• Pentru a obține un sunet mai înalt, coarda este scurtată (vezi vioara).
• Sunetul unui contrabas provine prin vibrarea coardelor, fie prin ciupire, fie prin folosirea unui arcuș.
• Făcându-și buzele să vibreze, instrumentistul pune în vibrație coloana de aer dinăuntrul trompetei.
• Când bețele lovesc toba sau țambalul, membranele metalice ale acestora vibrează.
• Când sufli într-un saxofon, o bucată mică de lemn (ancie) vibrează, determinând vibrația aerului în saxofon. Clapele saxofonului scurtează sau lungesc coloana de aer din interior. Cu cât ea este mai lungă, cu atât sunetul este jos.

Proprietățile (calitățile) sunetului

I. Intensitatea (tăria) sunetului ne arată cât de tare sau cât de slab este un sunet. Ea este direct proporțională cu energia pe care o transportă unda sonoră în unitatea de timp prin unitatea de suprafață. Cu cât ne îndepărtăm de sursă, cu atât intensitatea sunetului scade.

Se măsoară în decibeli (dB).

Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca intensitate (volum). Distanța maximă pe care o unda o parcurge de la poziția normală, sau zero, este amplitudinea. Aceasta corespunde cu gradul de mișcare în moleculele de aer ale unei unde. Când gradul de mișcare în molecule crește, acestea lovesc timpanul urechii cu o forță mai mare și sunetul este auzit mai puternic.

Intensitatea sunetului este exprimată, în general, prin compararea cu un sunet standard, măsurat în decibeli (dB).

Intensitățile sunetului sunt aranjate pe o scară logaritmică.

Distanța la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea acestuia, care reprezintă rata medie a cursului energiei pe unitatea de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare.

În cazul undelor sferice care se răspândesc de la un punct sursă, intensitatea variază invers proporțional cu pătratul distanței, cu condiția să nu se piardă energie din cauza vâscozității, căldurii sau a altor efecte de absorbție. Astfel, într-un mediu perfect omogen, un sunet va fi de 9 ori mai intens la distanța de 1 m față de sursă decât la 3 m.

Exemple de intensități de sunete:

• Foșnet de frunze 10 dB
• Șoapte 20 dB
• Vorbire normală 40 dB
• Țipăt 60-70 dB
• Aspirator 70 dB
• Zgomotul trenului 80 dB
• Zgomot de stradă 90 dB
• Tunet 80 dB - 100 dB
• Ciocan pneumatic 100 dB
• Concert 110 dB
• Decolarea avionului cu reacție 130 dB
• Sunete dureroase 140 dB
• Surzire peste 140 dB
• Balena albastră poate produce sunete de 188 dB care pot fi auzite de la o distanță de 850 km

II. Înălțimea sunetului se măsoară prin frecvența sunetelor = litera grecească, niu, υ

Clasificarea sunetelor după frecvență:

a) Infrasunete sunt sunetele care au o frecvență mai mică decât 16 Hz. Exemple: bătăile inimii, undele seismice, oscilații ale pendulului mecanic. Omul nu le poate auzi. Balenele, hipopotamii, elefanții și aligatorii folosesc infrasunetele pentru a comunica.

b) Sunetele sunt singurele unde sonore percepute de om și au frecvența de 16-20.000 Hz.

c) Ultrasunetele sunt sunetele cu frecvența mai mare decât 20.000 Hz. Animale care percep ultrasunete: câini, pisici, lilieci, delfini, șoareci, unele insecte (moliile). Nici acestea nu le auzim.

Ultrasunetele se utilizează la prepararea serurilor şi vaccinurilor, la sterilizarea şi conservarea alimentelor.

III. Timbrul sunetului permite identificarea sursei sonore. Vocea noastră este o amprentă (unică) ca și amprenta digitală și cea a irisului ochiului nostru.

Aplicații

Sunetul este considerat a fi muzical atunci când în sursa sa sonoră se formează unde staţionare, sunetele emise fiind periodice. Sunetul muzical înseamnă are o serie de însuşiri precum: o înălţime constantă, modificarea acesteia trebuie să depindă numai de voinţa executantului, o intensitate care să poată fi modulată după necesitate sau după dorinţă, un timbru caracteristic, personal, bine definit şi inconfundabil, o durată convenabilă, suficientă cerinţei muzicale, durată care poate fi mică (coarde lovite, ciupite etc.), sau mare (coarde solicitate cu arcuşul, tuburi sonore).