Fale akustyczne

Fale akustyczne są rozchodzącym się w ośrodku zaburzeniami ciśnienia i gęstości. Występują w postaci fali podłużnej, wraz z którą występują drgania cząsteczek ośrodka. Fale te mogą się poruszać w ośrodkach sprężystych, takich jak ciała stałe, ciecze czy gazy. Ich działanie polega na przenoszeniu energii mechanicznej za pośrednictwem drgających cząsteczek ośrodka – rozrzedzenie i zagęszczenia, bez zmiany ich średniego położenia. Warto wiedzieć, że do fal akustycznych zaliczamy nie tylko fale dźwiękowe – czyli takie, które generują wrażenia słuchowe, ale również fale o amplitudzie i częstotliwości wykraczającej poza zakres ludzkiego słuchu. Jest tak dlatego, że właściwości fizyczne tych fal, niezależnie od wymienionych wcześniej właściwości, są bardzo podobne. Zaliczamy je do kanonu fal mechanicznych.

Jak powstają fale akustyczne?

Fale akustyczne, podobnie jak pozostałe fale mechaniczne, powstają za pośrednictwem drgań. Najbardziej intuicyjnym przykładem są instrumenty muzyczne, które odpowiednio wykorzystane, generują kojący nasze uszy dźwięk. Czynnikiem go generującym może być drganie struny – zaczynając od naszej mowy i śpiewu za pośrednictwem strun głosowych i na instrumentach strunowych kończąc. Udział mają tutaj również piszczałki, klarnety – w których za powstawanie drgań odpowiedzialne są zamknięte lub otwarte słupy powietrza. Dla zwolenników „ostrzejszych” wrażeń, interesujący może być fakt, że ogłuszający dźwięk wybuchu powstaje w wyniku gwałtownego uwolnienia naddźwiękowej fali uderzeniowej – w miarę odległości słabnie ona i przechodzi w falę dźwiękową, która nadal może być niebezpieczna dla słuchu. Niezależnie od czynnika generującego drgania, dochodzi do naprzemiennego zagęszczania i rozszerzania ośrodka – czyli zmianę ciśnienia. Powoduje ona wytworzenie fali dźwiękowej, którą można również interpretować jako „falę zmian ciśnienia”. Jest tak dlatego, że omawiana fala jest falą ciśnieniową, co oznacza, że wielkością „zaburzoną” jest ciśnienie.

Gdy fala dźwiękowa dotrze do ucha przyczynia się do drgań elementów narządu słuchu, które odbierane są jako wrażenie dźwiękowe. Ma to miejsce jedynie w przypadku, gdy częstotliwość fali jest wyższa od ok. 16Hz i niższa niż 20000Hz. Dzieje się tak dlatego, że jedynie fale o takiej wartości „f” człowiek może usłyszeć. Z tego też względu wyodrębnia się je spośród fal akustycznych i mechanicznych jako dźwiękowe, gdyż są słyszalne. Te o częstotliwościach wyższych niż podana granica nazywamy ultradźwiękami, a te o niższych infradźwiękami.

Kiedy zaczęto rejestrować dźwięk?

Historia rejestracji dźwięku sięga lat sześćdziesiątych XIX wieku. Pierwszy zapis został dokonany w 1860r. przez Édouard’a-Léon’a Scott’a de Martinville. Jego urządzenie nazwane „fonautografem” nie było przeznaczone do odtwarzania dźwięku, ale zachowały się archiwalne zapisy pierwszych rejestracji – odczytano je i odtworzono w 2008r.

Kolejnym kamieniem milowym było stworzenie urządzenia mogącego również odtwarzać dźwięk – fonografu. Pierwsze zapisu z jego wykorzystaniem dokonał w 1877r. pochodzący z USA Thomas Alva Edison. Pobudzona dźwiękiem do drgań membrana przekazywała drgania do igły, która żłobiła śrubowe rowek w folii wykonanej z cyny. Była ona nałożona na obracający się wałek. Dzięki ponownemu przejściu igły wzdłuż wyrytych na wałku rowków, możliwy był ruch drugiej membrany i odtworzenie dźwięku.