Fale akustyczne

Fale akustyczne – zaburzenie gęstości i ciśnienia rozchodzące się w ośrodku w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka. Ośrodki, w których takie fale mogą się poruszać, to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz i gaz). Zaburzenia te polegają na przenoszeniu energii mechanicznej przez drgające cząstki ośrodka (zagęszczenia i rozrzedzenia) bez zmiany ich średniego położenia. Falą akustyczną nazywa się zarówno falę, która powoduje wrażenie słuchowe (dźwięk), czyli falę dźwiękową, jak i fale o częstotliwościach i amplitudach przekraczających zakres ludzkiego słuchu, ponieważ właściwości fizyczne tych fal są bardzo podobne.

Źródłem dźwięków słyszalnych są ciała wprawione w drgania, których energia jest dostateczna, aby wywołać w ludzkim organie słuchu (uchu) najsłabsze wrażenia słuchowe. Oznacza to, że natężenie dźwięków musi przekraczać próg słyszalności.

Fale dźwiękowe w płynach, ciałach stałych i superpłynach transportują również masę.

Podstawowe zależności parametrów fali akustycznej

• Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości – im większa częstotliwość fali, tym wyższy dźwięk.
• Głośność dźwięku zależy od natężenia – jeśli rośnie natężenie fali, dźwięk jest głośniejszy, choć zależność między natężeniem a głośnością nie jest liniowa.
• Barwa dźwięku zależy od składu widmowego fali akustycznej – pozwala np. odróżniać dźwięki wytwarzane przez różne źródła.

Podział fal akustycznych ze względu na częstotliwość

Dźwięki, ze względu na ich częstotliwość f, dzieli się na:

• infradźwięki – poniżej 16 Hz
• dźwięki – od 16 Hz do 20 kHz – zakres słyszalny przez ludzi (wraz z wiekiem zakres ten zmniejsza się, szczególnie dla wysokich częstotliwości; zob. granice słyszalności)
• ultradźwięki – powyżej 20 kHz
• hiperdźwięki – powyżej 10¹⁰ Hz.

Podział ze względu na widmo fali

Ze względu na postać widma, dźwięki można sklasyfikować następująco:

• o widmie dyskretnym:
  • proste – dźwięki, których częstotliwość, a zatem i wysokość, jest ściśle określona;
  • harmoniczne – składające się z wielu tonów prostych, przy czym widmo to ma charakter okresowy (np. mowa, śpiew, muzyka); ich wysokość jest również ściśle określona i zgodna z wysokością tonu podstawowego;

• o widmie ciągłym:
  • szum – dźwięki, których widmo jest w większości zakresu słyszalności zrównoważone,
  • hałas – dźwięki zazwyczaj o nadmiernym natężeniu.

Prędkości rozchodzenia się fal dźwiękowych

Prędkości rozchodzenia się fal dźwiękowych w niektórych ośrodkach:

ośrodek	temperatura [°C]	prędkość [m/s]
tlen	0	317,2
powietrze	0	331,3
wodór	0	1268
woda	15	1450
ołów	20	1230
rtęć	20	1407
miedź	20	3560
aluminium	20	5100
żelazo	20	5130

Zobacz też

• prędkość dźwięku
• bariera dźwięku
• granice słyszalności
• efekt Dopplera
• fala elektromagnetyczna
• pamięć rtęciowa

Bibliografia

• Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich. Fizyka, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, wyd. 3, ISBN 83-204-1192-0.
• Robert Resnick, David Halliday, Podstawy fizyki. Tom I, wydanie IX, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1993, ISBN 83-01-09323-4, s. 496-.
• I.W. Sawieliew: Wykłady z fizyki 2. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1994, s. 353-. ISBN 83-01-11605-6.