A hangzásvilág összefoglalása

A hang az energia egyik formája. Előállítható, mozgatható, munkát végezhet, idővel és távolsággal eloszlik, és hatalmas mennyiségű energiát hordozhat. Csak addig szólal meg, amíg a rendszerben van energia a folyamatos működéséhez. Leginkább úgy határozható meg, mint valami hallható. Tulajdonképpen egy hullám, amely egy közegen áthaladó rezgések sorozata, az emberi fül által érzékelhető frekvenciatartományon belül. Terjedhet gázokon, folyadékokon és szilárd anyagokon át is, viszont nem hallható vákuumban, így a világűrben sem. De vajon mit kell tudnunk róla még? Nézzük!

A hang tehát egy hosszanti, mechanikus hullám. Ezt a közeg részecskéinek oda-vissza rezgése okozza, amelyen keresztül a hanghullám mozog. A tárgy rezgései a környező közegben lévő részecskéket rezgőmozgásba állítják, így a hallóreceptorok észlelik őket. Ezt hívják hangnak. Fontos azonban megjegyezni, hogy fizika szempontjából hangnak magukat a vibrációs mozgás hullámait tekintjük, függetlenül attól, hogy az emberi fül hallja-e vagy sem. Lényeges továbbá, hogy a hangnak médiumra van szüksége az utazáshoz. Bármilyen közegen át képes közlekedni, de ahogy azt már a bevezetőben is említettük, vákuumban nem. A világűrben nincs hang, mivel nincs olyan közeg, amely a hangrezgéseket továbbítaná. Amikor a rezgések gyorsak, magas, ha pedig lassúak, mély hangot hallunk.

A hanghullámok jellemzői

A hangok általában akkor hallhatók az emberi fül számára, ha frekvenciájuk, rezgésszámuk másodpercenként 20 és 20.000 közötti kaliberben mérhető, de ez a tartomány egyénenként jelentősen változhat. A hallható hullámoknál kisebb frekvenciájú hanghullámokat szubszonikusnak vagy infrahangnak nevezzük, azokat pedig, amelyek frekvenciája meghaladja a hallható tartományt, ultrahangként definiáljuk. A hanghullámot grafikusan általában hullámos, vízszintes vonallal ábrázoljuk, ez a grafikon azonban csupán egy reprezentáció, és nem egy hullám tényleges képe. A hanghullám a rezgések okozta nyomásváltozások miatt jön létre.

Vannak alacsony nyomású és magas nyomású területek.

A magas nyomású területeket tajtékként, az alacsony nyomású területeket pedig vályúként jelöljük, és a hanghullámban két egymást követő csúcs vagy mélyedés közötti fizikai távolságot nevezzük hullámhossznak. Az amplitúdó a hanghullám által bejárt közegben tapasztalt kompresszió vagy tágulás nagyságát jelenti. A nagy amplitúdó hangos zajt jelent, a kis amplitúdó ezzel szemben halk neszezést takar.

A frekvencia a levegőben áthaladó adott hang rezgésének sebességére utal. Kiszámítása másodpercenkénti ciklusokban történik. A frekvencia SI mértékegysége a Hertz. A sebességet a frekvencia és a hullámhossz szorzataként kalkulálhatjuk ki. A képletből viszont leszűrhető, hogy a frekvencia és a hullámhossz között fordított arányosság van, ami azt jelenti, hogy például egy kétszer akkora húrnak fele akkor a rezgésszáma, egy nagyobb frekvenciájú rezgésnek pedig magasabb a hangja. A hang sebessége a közeg függvénye: levegőben 340 méter/másodperc, vízben 1500 méter/másodperc, végül szilárd anyagban 2500 és 6000 méter/másodperc közötti intervallumra tehető.

Következésképpen a szilárd anyagokban és folyadékokban a hang jobban terjed, és ezért jobban is érzékelhető. A hangsebességet módosíthatja a közvetítető anyag hőmérséklete is, igaz, kismértékben. A melegebb levegőben a hang egy kicsit nagyobb sebességgel terjed, míg a hangsebesség hideg levegőben kicsit alacsonyabb, mint 340 méter/másodperc. Mivel a hangvezetési képesség a közeg sűrűségétől függ, a szilárd anyagok jobb vezetők, mint a folyadékok, a folyadékok pedig hatékonyabbak a gázoknál. A hanghullámok visszaverődhetnek, megtörhetnek, elhajolhatnak és elnyelődhetnek, ahogy a fényhullámok is. A hanghullámok visszaverődése visszhangot eredményezhet – ez fontos tényező a színházak és nézőterek akusztikájában.

Egy hanghullám megerősíthető azonos rezgési frekvenciájú test hullámaival, de a különböző rezgési frekvenciájú hullámok kombinációja ütemeket vagy pulzációkat idézhet elő, vagy másfajta interferenciát eredményezhet. Érdekességként érdemes elgondolkodni azon, hogy mit is jelent ez a levegőben mérhető 340 méter/másodperces hangsebesség. Talán jobban érzékelhető, ha átkalkuláljuk kilométer/órás formátumba, itt 1224-es értéknek felel meg. Ilyen sebességgel a vadászgépek képesek haladni. A szuperszonikus repülőgépek képesek átlépni a hangsebesség értékét. Az átlépés pillanatában létrejövő durranó hangot hangrobbanásnak hívjuk.

Mi a hallás?

A kémiai kölcsönhatásokon alapuló szaglás- vagy ízérzékeléstől eltérően a hallás egy mechanikus folyamat, amelynek során a fül az érzékelt hanghullámokat elektromos jelekké alakítja, amelyeket az agy megérthet. Hallórendszerünk számos működő alkatrészből áll. A külső fül összegyűjti azokat a hangokat, amelyek a középfülben lévő dobhártyát vibrálják. A belső fül megkapja ezeket a rezgéseket, és elküldi a hallóideghez. Ezek az impulzusok végül az agyunkba jutnak, ami lefordítja őket arra, amit hallunk. A hallás tehát, a hangok jelenlétének tudatosítására és a hang jelentésének meghatározására vonatkozik. Rezgésként indul, amely az auditív rendszeren keresztül eljut az agyba – ahol tulajdonképpen hallunk.

Mi a decibel, és hogyan mérik?

A decibel (rövidítve dB) a hang intenzitásának mérésére használt mértékegység. A decibel skála kissé furcsa, mert az emberi fül hihetetlenül érzékeny. A fülünk rengeteg mindent hall, az ujjbeggyel történő simogatás halk neszétől kezdve a bántóan hangos sugárhajtóműig. Teljesítményét tekintve a sugárhajtómű hangja körülbelül 1 billiószor erősebb, mint a legkisebb hallható hang. Ez óriási különbség! A decibel skálán a legkisebb hallható hang (közel a teljes csend) 0 dB. A tízszer erősebb hang 10 dB. A közel teljes csendnél 100-szor erősebb hang 20 dB. A közel teljes csendnél 1000-szer erősebb hang 30 dB. Íme néhány gyakori hang és ezek decibeles besorolása:

• Közel teljes csend – 0 dB

• Egy suttogás – 15 dB

• Normál beszélgetés – 60 dB

• Egy fűnyíró – 90 dB

• Egy autó kürtje – 110 dB

• Egy rock koncert vagy egy sugárhajtómű – 120 dB

• Egy lövés vagy petárda – 140 dB

Nyilván saját tapasztalatból is tudjuk, hogy a távolság jelentősen befolyásolja a hang intenzitását – ha távol van, az erő jelentősen csökken. Bármilyen 85 dB feletti hang halláskárosodást okozhat, és a veszteség a hang erejével és az expozíció hosszával is összefügg. Nyolcórányi 90 dB-es hang károsíthatja a fület, és minden 140 dB-es hangnak való kitettség azonnali károsodást és tényleges fájdalmat okoz.