사운드 : 역사, 특성, 생산 방식, 유형 - 물리적 인

사운드 , 공기와 같은 매질에서 전파에 대한 섭동으로 정의 교대 그것의 압박과 팽창을 생성한다. 이러한 기압과 밀도의 변화는 귀에 도달하고 뇌에 의해 청각 감각으로 해석됩니다.

소리는 처음부터 생명을 동반하여 동물이 서로 및 환경과 소통해야하는 도구의 일부를 형성합니다. 어떤 사람들은 식물도들을 수 있다고 말하지만 어떤 경우에는 고등 동물과 같은 청각 장치가 없어도 환경의 진동을 감지 할 수 있습니다.

그림 1. 방음벽의 파열

소리를 사용하여 말로 소통하는 것 외에도 사람들은 그것을 음악을 통한 예술적 표현으로 사용합니다. 고대와 최근의 모든 문화에는 모든 종류의 음악적 표현이 있으며이를 통해 이야기, 관습, 종교적 신념 및 감정을 전달합니다.

역사

그 중요성 때문에 인류는 자연을 연구하는 데 관심을 갖게되었고 음파의 특성과 행동에 전념하는 물리학의 한 분야 인 음향학을 만들었습니다.

유명한 수학자 피타고라스 (BC 569-475)는 소리 사이의 높이 (주파수) 차이를 연구하는 데 오랜 시간을 보냈다고 알려져 있습니다. 반면에 자연의 모든 측면을 추측 한 아리스토텔레스는 소리가 공기 중의 팽창과 압축으로 구성되어 있다고 정확하게 주장했습니다.

나중에 유명한 로마 엔지니어 Vitruvius (BC 80-15)는 음향학 및 극장 건설에서의 응용에 관한 논문을 썼습니다. Isaac Newton (1642-1727)은 고체 매체에서 소리의 전파를 연구하고 전파 속도에 대한 공식을 결정했습니다.

시간이 지남에 따라 수학적 계산 도구를 사용하여 모든 복잡한 파도 동작을 적절하게 표현할 수있었습니다.

사운드 특성 (속성)

가장 간단한 형태로 음파는 그림 2에 표시된 것과 같이 시간과 공간에서 전파되는 사인파로 설명 할 수 있습니다. 시간에 따라 반복되는 방식.

종파이기 때문에 전파 방향과 진동 매체의 입자가 움직이는 방향은 동일합니다.

음파 매개 변수

그림 2. 소리는 종파이며, 교란은 분자가 변위를 경험하는 것과 동일한 방향으로 전파됩니다. 출처 : Wikimedia Commons.

음파의 매개 변수는 다음과 같습니다.

기간 T : 파동의 위상을 반복하는 데 걸리는 시간입니다. 국제 시스템에서는 초 단위로 측정됩니다.

주기 : 주기 내에 포함 된 파도의 일부이며 높이와 기울기가 같은 한 지점에서 다른 지점까지 다룹니다. 설명 된 사양을 충족하는 한 계곡에서 다음 계곡으로, 한 산등성이에서 다음으로 또는 한 지점에서 다른 지점으로 이동할 수 있습니다.

파장 λ : 파동의 한 볏과 다른 첨두 사이, 한 계곡과 다른 계곡 사이 또는 일반적으로 높이와 경사가 같은 한 지점과 다음 지점 사이의 거리입니다. 길이이기 때문에 미터 단위로 측정되지만 파동 유형에 따라 다른 단위가 더 적합합니다.

주파수 f : 단위 시간당 사이클 수로 정의됩니다. 단위는 헤르츠 (Hz)입니다.

진폭 A : 수평 축에 대한 파동의 최대 높이에 해당합니다.

소리는 어떻게 생성되고 전파됩니까?

그림 2의 하단에 표시된 것처럼 물질 매체에 잠긴 물체가 진동 할 때 소리가 생성됩니다. 왼쪽 스피커의 팽팽한 막이 진동하고 공기를 통해 방해를 전달합니다. 청취자에게 도달합니다.

교란이 확산됨에 따라 에너지는 팽창과 압축을 통해 서로 상호 작용하는 환경의 분자로 전달됩니다. 고체, 액체 또는 기체와 같이 소리를 전파하기 위해서는 항상 물질적 매체가 필요합니다.

공기의 장애가 귀에 도달하면 기압의 변화로 인해 고막이 진동합니다. 이것은 청각 신경을 통해 뇌로 전달되는 전기적 자극을 일으키며, 일단 거기에서 자극은 소리로 변환됩니다.

소리의 속도

주어진 매체에서 기계적 파동의 속도는 다음 관계를 따릅니다.

예를 들어 공기와 같은 기체로 전파 될 때 음속은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

온도가 올라감에 따라 음속도 증가합니다. 매질의 분자가 더 기꺼이 진동하고 움직임을 통해 진동을 전달하기 때문입니다. 반면에 압력은 그 가치에 영향을 미치지 않습니다.

파장과 주파수의 관계

우리는 이미 파동이주기를 완료하는 데 걸리는 시간이주기 인 반면 해당 시간 동안 이동 한 거리는 하나의 파장과 같다는 것을 이미 보았습니다. 따라서 소리의 속도 v는 다음과 같이 정의됩니다.

다른 한편으로, 빈도와 기간은 관련되어 있으며, 하나는 다른 하나의 역입니다.

결과 :

인간의 가청 주파수 범위는 20 ~ 20,000Hz이므로 위 방정식의 값을 대체 할 때 소리의 파장은 1.7cm ~ 17m입니다.

이 파장은 일반적인 물체의 크기로 소리의 전파에 영향을 미치기 때문에 파동이기 때문에 장애물을 만나면 반사, 굴절, 회절을 경험합니다.

회절을 경험한다는 것은 소리가 파장과 비슷하거나 더 작은 장애물과 개구부를 만날 때 영향을 받는다는 것을 의미합니다.

저음은 장거리에 걸쳐 더 잘 퍼질 수 있기 때문에 코끼리는 초 저주파 (매우 저주파 소리, 사람의 귀에 들리지 않음)를 사용하여 광대 한 영토를 가로 질러 통신합니다.

또한 근처 방에 음악이있을 때 저음이 고음보다 더 잘 들립니다. 그 파장은 문과 창문 크기에 가깝기 때문입니다. 반면 방을 떠날 때 고음이 쉽게 손실되어 들리지 않습니다.

소리는 어떻게 측정됩니까?

소리는 일련의 압축과 공기의 희박한 부분으로 구성되어 전파 될 때 소리가 압력을 증가 및 감소시키는 방식으로 구성됩니다. 국제 시스템에서 압력은 Pa로 약칭되는 파스칼로 측정됩니다.

일어나는 일은 이러한 변화가 약 101,000 Pa에 해당하는 대기압에 비해 매우 작다는 것입니다.

가장 큰 소리조차도 20-30 Pa (통증 임계 값)만큼 작은 변동을 생성합니다. 이는 비교적 적은 양입니다. 그러나 이러한 변화를 측정 할 수 있다면 소리를 측정 할 수있는 방법이 있습니다.

음압은 소리가있는 대기압과 소리가없는 대기압의 차이입니다. 우리가 말했듯이 가장 큰 소리는 20 Pa의 음압을 생성하고 가장 약한 소리는 약 0.00002 Pa (사운드 임계 값)를 생성합니다.

음압의 범위는 10의 몇 제곱에 걸쳐 있기 때문에이를 나타 내기 위해 대수 눈금을 사용해야합니다.

다른 한편, 실험적으로 사람들은 같은 크기의 변화보다 강렬한 소리에서 저 강도 소리의 변화를 더 눈에 띄게 감지하는 것으로 확인되었습니다.

예를 들어 음압이 1, 2, 4, 8, 16… 증가하면 귀는 1, 2, 3, 4…의 강도 증가를 감지합니다. 이러한 이유로 다음과 같이 정의되는 음압 레벨 (Sound Pressure Level) L _P 라는 새 수량을 정의하는 것이 편리합니다 .

여기서 P _o 는 청력 임계 값으로 사용되는 기준 압력이고 P ₁ 은 평균 유효 압력 또는 RMS 압력입니다. 이 RMS 또는 평균 압력은 귀가 소리 신호의 평균 에너지로 인식하는 것입니다.

데시벨

P ₁ 의 다양한 값에 대해 평가할 때 L _P 에 대한 위의 식의 결과 는 무 차원 양인 데시벨로 표시됩니다. 로그가 큰 숫자를 더 작고 관리하기 쉬운 숫자로 변환하기 때문에 이와 같이 음압 수준을 표현하는 것은 매우 편리합니다.

그러나 많은 경우에 음압보다는 데시벨을 결정하기 위해 음량을 사용하는 것이 선호됩니다.

사운드 강도는 파동이 전파되는 방향에 수직 인 단위 표면을 통해 1 초 (전력) 동안 흐르는 에너지입니다. 음압과 마찬가지로 스칼라 양이며 I로 표시됩니다. I의 단위는 W / m ² , 즉 단위 면적당 전력입니다.

소리의 강도는 음압의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있습니다.

이 표현에서 ρ는 매체의 밀도이고 c는 소리의 속도입니다. 그런 다음 사운드 강도 레벨 L _I 는 다음 과 같이 정의 됩니다.

데시벨로도 표시되며 때때로 그리스 문자 β로 표시됩니다. 기준 값 I _o 는 1 x ^10-12 W / m ² 입니다. 따라서 0dB는 인간 청력의 하한을 나타내는 반면 통증 임계 값은 120dB입니다.

대수 스케일이기 때문에 데시벨 수의 작은 차이가 소리의 강도 측면에서 큰 차이를 만든다는 점을 강조해야합니다.

소음 측정기

소음계 또는 데시벨 미터는 데시벨 단위로 측정을 나타내는 음압을 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 그것은 인간의 귀와 같은 방식으로 반응하도록 설계되었습니다.

그림 3. 사운드 레벨 미터 또는 데시벨 미터는 사운드 압력 레벨을 측정하는 데 사용됩니다. 출처 : Wikimedia Commons.

신호를 수집하는 마이크,이 신호를 전류로 적절하게 변환하는 증폭기 및 필터가있는 더 많은 회로, 마지막으로 판독 결과를 표시하는 눈금 또는 화면으로 구성됩니다.

특정 소음이 사람과 환경에 미치는 영향을 결정하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어 공장, 산업, 공항, 교통 소음 및 기타 많은 소음.

사운드 유형 (초음파, 초음파, 모노, 스테레오, 폴리 포닉, 호 모포 닉,베이스, 고음)

소리는 주파수가 특징입니다. 인간의 귀가 포착 할 수있는 소리에 따르면, 모든 소리는 우리가들을 수있는 소리 또는 가청 스펙트럼, 가청 스펙트럼 또는 초 저주파의 하한 이하 주파수를 갖는 소리, 가청 스펙트럼 이상에있는 소리의 세 가지 범주로 분류됩니다. 초음파라고하는 상한.

어쨌든 음파는 선형 적으로 겹칠 수 있기 때문에 우리가 때때로 독특하다고 해석하는 일상적인 소리는 실제로는 다르지만 가까운 주파수를 가진 다른 소리로 구성됩니다.

그림 4. 사운드 스펙트럼 및 주파수 범위. 출처 : Wikimedia Commons.

가청 스펙트럼

인간의 귀는 20 ~ 20,000Hz 사이의 광범위한 주파수를 포착하도록 설계되었지만이 범위의 모든 주파수가 동일한 강도로 인식되는 것은 아닙니다.

귀는 500 ~ 6,000Hz의 주파수 대역에서 더 민감하지만 나이와 같이 소리를 인식하는 능력에 영향을 미치는 다른 요인이 있습니다.

초 저주파

주파수가 20Hz 미만인 소리이지만 사람이들을 수 없다고해서 다른 동물이들을 수 없다는 것은 아닙니다. 예를 들어, 초 저주파는 장거리를 이동할 수 있기 때문에 코끼리는이를 사용하여 통신합니다.

호랑이와 같은 다른 동물은 먹이를 기절시키는 데 사용합니다. 초 저주파는 큰 물체를 감지하는 데에도 사용됩니다.

초음파

20,000Hz 이상의 주파수를 가지며 많은 분야에서 널리 사용됩니다. 초음파의 가장 주목할만한 용도 중 하나는 진단 및 치료 모두 의학 도구입니다. 초음파로 얻은 이미지는 비 침습적이며 전리 방사선을 사용하지 않습니다.

초음파는 구조물의 결함을 찾고, 거리를 확인하고, 탐색 중 장애물을 감지하는데도 사용됩니다. 동물은 또한 초음파를 사용하며 실제로 그 존재가 발견 된 방법입니다.

박쥐는 소리 펄스를 방출 한 다음 생성되는 에코를 해석하여 거리를 추정하고 먹이를 찾습니다. 개는 초음파를들을 수 있기 때문에 주인이들을 수없는 개 휘파람에 반응합니다.

모노 사운드 및 스테레오 사운드

그림 4. 녹음 스튜디오에서 사운드는 전자 장치에 의해 적절하게 수정됩니다. 출처 : Pixabay.

모노 사운드는 단일 마이크 또는 오디오 채널로 녹음 된 신호입니다. 헤드폰이나 사운드 혼으로들을 때 양쪽 귀는 정확히 같은 소리를 듣습니다. 반대로 스테레오 사운드는 두 개의 독립적 인 마이크를 사용하여 신호를 녹음합니다.

마이크는 녹음하려는 다른 음압을 감지 할 수 있도록 다른 위치에 있습니다.

그런 다음 각 귀는 이러한 신호 세트 중 하나를 수신하고 뇌가이를 모아 해석 할 때 결과는 단음 소리를들을 때보 다 훨씬 더 현실적입니다. 따라서 라디오, 특히 인터뷰와 대화에서 모노 또는 모노 사운드가 여전히 사용되지만 음악과 영화에있어서 선호되는 방법입니다.

동성애와 다 성음

음악적으로 말하면 호모포니는 둘 이상의 목소리 나 악기가 연주하는 동일한 멜로디로 구성됩니다. 다른 한편으로, 다 성음에는 멜로디와 심지어 다른 리듬을 따르는 두 개 이상의 목소리 또는 동등한 중요성의 악기가 있습니다. 이러한 사운드의 결과 앙상블은 Bach의 음악과 같이 조화를 이룹니다.

저음 및 고음 소리

사람의 귀는 가청 주파수를 높음, 낮음 또는 중간으로 구분합니다. 이것은 소리의 피치로 알려진 것입니다.

1600 ~ 20,000Hz 사이의 가장 높은 주파수는 예리한 소리로 간주되며 400 ~ 1600Hz 사이의 대역은 중간 톤의 소리에 해당하며 마지막으로 20 ~ 400Hz 범위의 주파수는 저음입니다.

베이스 사운드는 고음과 다르며 전자는 깊고 어둡고 붐을 일으키고 후자는 가볍고 깨끗하며 행복하며 피어싱합니다. 또한 귀는 낮은 강도의 느낌을 생성하는 저음 소리와 달리 더 강렬한 것으로 해석합니다.

참고 문헌

Figueroa, D. 2005. 파동과 양자 물리학. 시리즈 : 과학 및 공학 물리학. D. Figueroa 편집.
Giancoli, D. 2006. Physics : Principles with Applications. 6 일. 에드 프렌 티스 홀.
Rocamora, A. 음악 음향에 대한 참고 사항. 출처 : eumus.edu.uy.
Serway, R., Jewett, J. (2008). 과학 및 공학을위한 물리학. 1 권. Ed. Cengage Learning.
Wikipedia. 음향학. 출처 : es.wikipedia.org.

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