1. A hang, mint akusztikus jel
• Mechanikai rezgés - csak anyagi közegben terjed. • A levegő molekuláinak a hangforrástól kiinduló, egyre csillapodva tovaterjedő mechanikai rezgése. • Nemcsak levegőben, hanem egyéb, rezgésre hajlamos rugalmas közegben is terjed. A hang valamilyen rugalmas közegben terjedő mechanikai rezgéshullám, mely az élőlényekben hangérzetet kelt.
A hangrezgés időbeli lefolyása szerint lehet: • zenei hang ( periodikus) • zörej ( nem periodikus, de hosszabb ideig tart) • dörej ( pillanatszerű lökéshullám)
A hang terjedése és sebessége • Rugalmas közegben terjedő rezgés. • A hullámterjedés folyamán a közegben valamilyen fizikai mennyiség (kitérés, nyomás, sűrűség) változik. • A közvetítő rugalmas közeg lehet szilárd, cseppfolyós vagy légnemű halmazállapotú (leggyakrabban a levegő). • A rezgést továbbító levegő részecskéinek elmozdulása miatt nyomásingadozás keletkezik, amely átterjed a szomszédos részecskékre - tovaterjedő hanghullámok jönnek létre.
Hangsebesség = a hangrezgések a vivőközegben való terjedési sebessége. • A vivőközegre jellemző számérték. • Nagysága csak a közeg sűrűségétől és rugalmasságától függ. • Fizikai jele: c. • Mértékegysége: méter/másodperc (m/s) • Levegő: 340 m/s (normál páratartalom, +15 °C esetén) • Szilárd anyagokban, folyadékokban nagyobb terjedési sebesség. (Indián könyvek!)
A hangrezgés frekvenciája és amplitúdója
Harmonikus rezgőmozgás
Tiszta szinuszos hangrezgés jellemzői: • másodpercenkénti rezgésszám vagy frekvencia – egysége a hertz, jele Hz ( az angolszász szakirodalomban c/s, cps). • amplitúdó: a szinuszos hangrezgés erőssége, azaz intenzitása • Minél nagyobb egy hangrezgés amplitúdója, annál nagyobb rezgési energiát képes közölni a vivőközeggel. • A gyakorlatban előforduló hangrezgések amplitúdója az idő és távolság függvényében soha nem állandó, hanem csökkenő jellegű.
A tiszta hang és összetett hang • tiszta hang - Tiszta szinuszos hangrezgés. - Spektrumában egyetlen vonal van (később!). - Egyetlen frekvencia jellemzi. - A természetben nem fordul elő. - Előállítása: hangvillával (mechanikai eszköz) • összetett hangok - Több, egymástól különböző frekvenciájú szinusos komponens összegéből állnak. - Lehet periodikus ill. nemperiodikus.
A hangmagasság • A keltett hang magasságát mindig a frekvenciája (periódusa) határozza meg! • kísérlet: Ha különböző hosszúságú, de azonos vastagságú húrokat feszítünk ki azonos erővel, és egymás után megpendítjük őket, azt tapasztaljuk, hogy mindegyik hangja más és más magasságú A hosszabb a mélyebb vagy a magasabb???
A hangszín • Milyen lenne a világ, ha a természetben csak tiszta hangok fordulnának elő ???
• Hangszerek által keltett zenei hangok? • Periodikus összetett hang esetén, mindig találunk egy alapfrekvenciát, ami az adott hangban a legmélyebb hang (alaphang). A többi összetevő frekvenciák (felhangok) ennek az alaphangnak az egész számú többszörösei.
A hang (jellegzetes) hangszínét az alaphanggal együtt előforduló felhangok száma és szintbeli aránya határozza meg.
A hangerősség és hangintenzitás • A hangforrás rezgő felülete mozgásba hozza a környezetében levő levegő molekuláit. • A mozgás hatására sűrűsödnek, ill. ritkulnak – nyomásingadozás lép fel a levegőben • a rezgésbe hozott részecskék kitérése és a fellépő nyomásingadozás között meghatározott fizikai kapcsolat van • e nyomásváltozás jelenti a hangingert • erősségét (intenzitását) hangerősségnek nevezzük
A hangerősség objektíven mérhető fizikai mennyiség, amely az élőlényekben szubjektív hangerősségérzetet kelt. ( Ez hangosság.) A hang, mint fizikai inger erőssége két módon jellemezhető. Hangintenzitással (I), ami hang terjedési irányára merőleges, egységnyi felületen, időegység alatt áthaladó hangenergia értékét jelenti. Hangnyomás-változással.
• Hangintenzitás (I): hang terjedési irányára merőleges, egységnyi felületen, időegység alatt áthaladó hangenergia • ingerküszöb = 1000 Hz-es tiszta hang intenzitása, mely még éppen hallható I0 =10-12 W/m2 • • • • • • •
suttogás normál beszéd kiáltás zongora (max) autókürt nagy hangszóró lökhajtásos repülő
10-9 W/m2 10-5 W/m2 10-3 W/m2 0,1 W/m2 5 W/m2 102 W/m2 105 W/m2
Decibel, dB, mint mértékegység • A nagy hangintenzitás-tartomány, • a könnyebb számolás iránti igény, • a fül logaritmikus érzékenysége (lsd. később) miatt a hangteljesítmény, a hangintenzitás, a hangnyomás a hangosság esetén mindig
két teljesítmény- vagy intenzitásértéket a hasonlítunk össze a következőképpen Intenzitás: n = 10 lg I2 / I1 dB (decibel)
• Ha hangnyomást kívánunk dB-ben megadni, figyelembe kell venni az intenzitás és a hangnyomás közötti I=kp2 összefüggést 10 lg (I1/I2)=10 lg (kp2 / kp22)= 20 lg (P1/P2) dB
• A dB-ben meghatározott hangerősséget vagy hangnyomást stb. az elektroakusztikában szintnek nevezik. A szint relatív érték, amely két, teljesítményjellegű mennyiség viszonyát adja meg. • Az intenzitásszint-skála 0 dB-es alapszintjéül nemzetközi megállapodás alapján az 1000 Hz-es hanghoz tartozó hallásküszöb értékét választották.
