Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι ηχητικών κυμάτων που δημιουργούνται από ταλαντωτές, και κάθε ένα από αυτά τα κύματα έχουν διαφορετική ποιότητα ήχου.
Ας εξετάσουμε λεπτομερώς κάθε τύπο κύματος:
Ημίτονο κύμα
Πώς φαίνεται;
Ένα ομαλό σήμα ροής που κινείται μεταξύ των άκρων.
Πώς ακούγεται;
Ένας πολύ ομαλός και στρογγυλεμένος ήχος.
Επιπλέον
Ένα ημίτονο κύμα είναι ο καθαρότερος τύπος ηχητικού κύματος, όλη η ενέργεια επικεντρώνεται σε μια θεμελιώδη συχνότητα
Τετραγωνικό κύμα
Πώς φαίνεται;
Ένα σήμα που εναλλάσσεται απότομα μεταξύ των άκρων με εναλλασσόμενο τρόπο.
Πώς ακούγεται;
Ένας φωτεινότερος πιο κατηγορηματικός ήχος, ο οποίος είναι λίγο σκληρός (φαίνεται τετράγωνος σε σχήμα).
Επιπλέον
Το τετραγωνικό κύμα αποτελείται από μια σειρά από ημίτονους τόνους. Αλλα, περιέχει μόνο μονές αρμονικές (3,5,7,9… κ.λπ.). Αυτές οι αρμονικές μειώνονται στην ένταση καθώς απομακρύνονται περαιτέρω από τη θεμελιώδη συχνότητα (είναι αντιστρόφως αναλογικές).
Τριγωνικό κύμα
Πώς φαίνεται;
Ένα γωνιακό σήμα που κινείται σε ευθείες γραμμές μεταξύ των άκρων (φαίνεται τριγωνικό όταν προβάλλεται).
Πώς ακούγεται;
Ακούμε το τριγωνικό κύμα ως ένα πιο στρογγυλεμένο ήχο (πιο κοντά στο χαρακτήρα του ημιτονοειδούς κύματος παρά από το τετραγωνικό κύμα).
Επιπλέον
Το τριγωνικό κύμα αποτελείται από πολλά μεμονωμένα ημιτονοειδή κύματα. Όπως και το τετραγωνικό κύμα, το τριγωνικό περιέχει μόνο μονές αρμονικές, αλλά αυτές μειώνονται σε πλάτος πολύ πιο γρήγορα από ό, τι στο τετραγωνικό κύμα (είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της αρμονικής συχνότητας).
Πριονωτό κύμα
Πώς φαίνεται;
Ένα οδοντωτό κύμα που ανεβαίνει αργά, και στη συνέχεια πέφτει ξαφνικά κάτω (μοιάζει με την αιχμή του πριονιού).
Πώς ακούγεται;
Επιπλέον
Το πριονωτό κύμα αποτελείται από μεμονωμένους ημίτονους τόνους και περιέχει όλες τις αρμονικές της θεμελιώδους συχνότητας. Το πλάτος αυτών των αρμονικών μειώνεται ακριβώς στο ίδιο ποσοστό με αυτό του τετραγωνικού κύματος.
Συχνότητα και πλάτος
Τα ηχητικά κύματα παράγονται όταν ένα αντικείμενο δονείται εμπρός και πίσω, πυροδοτώντας ένα μοτίβο δονήσεων στον αέρα (δείτε επίσης – Από πού προέρχονται οι ήχοι). Αυτές οι δονήσεις μπορούν να μετρηθούν και να προβληθούν χρησιμοποιώντας ένα παλμογράφο. Στη συνέχεια, μπορούμε να παρατηρήσουμε πώς οι αλλαγές στις ιδιότητες του ηχητικού κύματος επηρεάζουν αυτό που ακούμε.
Τονικό ύψος (Pitch) = Συχνότητα
Όσο πιο γρήγορα δονείται ένα αντικείμενο εμπρός και πίσω, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δόνησης. Η συχνότητα είναι ο αριθμός των κινήσεων εμπρός και πίσω (κύκλοι) που λαμβάνουν χώρα σε κάθε δευτερόλεπτο. Όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα των δονήσεων, τόσο υψηλότερο είναι το τονικό ύψος που ακούμε.
Παρακολουθήστε πώς η συχνότητα των κυμάτων αυξάνεται καθώς αυξάνεται το τονικό ύψος:
Παρακολουθήστε πώς η συχνότητα των κυμάτων αυξάνεται καθώς πέφτει το τονικό ύψος:
Γεγονός
Όταν παίζουμε ήχους χαμηλής συχνότητας σε ένα μεγάφωνο, μπορούμε μερικές φορές να δούμε τον κώνο του ηχείου να κινείται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το μεγάφωνο δημιουργεί έναν ήχο χαμηλής συχνότητας και δονείται σε χαμηλή ταχύτητα. Όταν το μεγάφωνο αναπαράγει έναν ήχο υψηλής συχνότητας, κινείται τόσο γρήγορα που δεν είμαστε πλέον σε θέση να δούμε τις δονήσεις.
Ένταση = Πλάτος
Όσο πιο μακριά δονείται ένα αντικείμενο μπρος-πίσω, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος ενός ηχητικού κύματος, τόσο πιο δυνατά φαίνεται να είναι.
Γεγονός
Οι πιο ήσυχοι ήχοι μετακινούν τον κώνο ενός ηχείου μόνο λίγο, ενώ οι πιο δυνατοί ήχοι μετακινούν τον κώνο ενός ηχείου πολύ.
Παρακολουθήστε πώς το εύρος των κυμάτων αυξάνεται καθώς ο ήχος δυναμώνει:
Παρακολουθήστε πώς μειώνεται το εύρος των κυμάτων καθώς ο ήχος σβήνει:
ΠΡΟΣΕΞΤΕ: ΟΙ ΔΥΝΑΤΟΙ ΗΧΟΙ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΒΛΑΨΟΥΝ ΤΗΝ ΑΚΟΗ ΣΑΣ ΜΟΝΙΜΑ!!!
Δραστηριότητα
Την επόμενη φορά που θα υπάρξει καταιγίδα, ακούστε τον ήχο του κεραυνού και μετρήστε τα δευτερόλεπτα μεταξύ της λάμψης της αστραπής και της βροντής (του ήχου δηλαδή!).
Μπορείς να καταλάβεις πόσο μακριά είναι η καταιγίδα από σένα;
Επιπλέον
Η Ταχύτητα του ήχου
Μερικές φορές οι άνθρωποι πιστεύουν ότι οι υψηλοί και οι χαμηλοί ήχοι ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες. Αυτό είναι λάθος. Όλοι οι ήχοι ταξιδεύουν με σταθερή ταχύτητα (343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s) στον αέρα (768 mph)). Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ταχύτητα του ήχου είναι διαφορετική από τη συχνότητα, το ποσοστό στο οποίο το ηχητικό κύμα δονείται (κινείται εμπρός και πίσω). Ένας ήχος υψηλής συχνότητας και ένας ήχος χαμηλής συχνότητας θα ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, ΑΛΛΑ, ο ήχος υψηλής συχνότητας θα περιέχει πολύ περισσότερους κύκλους κυμάτων από τον ήχο χαμηλής συχνότητας. Το φως ταξιδεύει πολύ γρηγορότερα από τον ήχο (299.792.458 m/s (670.616.629 μίλια/ώρα)). Η ταχύτητα του φωτός είναι τόσο γρήγορη που τα ανθρώπινα μάτια μας απλά το βλέπουν ως μια στιγμή. Η διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του ήχου και της ταχύτητας του φωτός, είναι ο λόγος για τον οποίο μπορείτε συχνά να δείτε πράγματα που είναι ένα αρκετά μακριά πριν μπορείτε να τα ακούσετε. Η αστραπή και η βροντή είναι ένα μεγάλο παράδειγμα αυτού.
Αστραπή και Βροντή = Ήχος και Φως
Όταν η αστραπή και η βροντή συμβαίνουν ταυτόχρονα, τότε ξέρετε ότι η καταιγίδα είναι πάνω από εσάς. Όταν υπάρχει μια καθυστέρηση μεταξύ της λάμψης της αστραπής και τον ήχο της βροντής του κεραυνού που φθάνουν σε σας, τότε ξέρετε ότι η καταιγίδα είναι πιο μακριά από εσάς. Ο ήχος ταξιδεύει 343 μέτρα κάθε δευτερόλεπτο. Έτσι, αν υπάρχει μια καθυστέρηση ενός δευτερολέπτου μεταξύ της αστραπής και της βροντής, γνωρίζουμε ότι η καταιγίδα είναι 343 μέτρα μακριά από εμάς (1s x 343m = 343m/s). Αν υπάρξει καθυστέρηση δύο δευτερολέπτων, γνωρίζουμε ότι η καταιγίδα απέχει 686 μέτρα από εμάς (2s x 343m = 686m/s) και αν υπάρξει καθυστέρηση δέκα δευτερολέπτων, γνωρίζουμε ότι η καταιγίδα είναι 3430 μέτρα μακριά από εμάς (10s x 343m = 3430m/s).
