Osilasi– ini adalah gerakan atau proses yang ditandai dengan pengulangan tertentu dari waktu ke waktu.

Periode osilasi T– interval waktu terjadinya satu osilasi lengkap.

Frekuensi osilasi– jumlah osilasi lengkap per satuan waktu. Dalam sistem SI dinyatakan dalam hertz (Hz).

Periode dan frekuensi osilasi dihubungkan oleh hubungan

Getaran harmonik- ini adalah osilasi di mana besaran osilasi berubah menurut hukum sinus atau kosinus. Offset diberikan oleh

Amplitudo (a), periode (b) dan fase osilasi(Dengan) dua benda yang berosilasi

Gelombang mekanis

Dalam gelombang disebut gangguan periodik yang merambat di ruang seiring waktu. Gelombang dibagi menjadi memanjang dan melintang.



Gelombang elastik di udara yang menimbulkan sensasi pendengaran pada manusia disebut gelombang bunyi atau sederhananya bunyi. Rentang frekuensi audio adalah dari 20 Hz hingga 20 kHz. Gelombang yang frekuensinya kurang dari 20 Hz disebut infrasonik, dan gelombang yang frekuensinya lebih dari 20 kHz disebut gelombang ultrasonik. Kehadiran semacam media elastis untuk transmisi suara adalah suatu keharusan.

Kerasnya suatu bunyi ditentukan oleh intensitas gelombang bunyi, yaitu energi yang dipindahkan gelombang per satuan waktu.

Tekanan bunyi bergantung pada amplitudo fluktuasi tekanan gelombang bunyi.

Tinggi rendahnya nada (tone) ditentukan oleh frekuensi getarannya. Kisaran suara rendah laki-laki (bass) kurang lebih 80 sampai 400 Hz. Kisaran suara tinggi wanita (soprano) adalah 250 hingga 1050 Hz.












Bunyi disebabkan oleh getaran mekanis pada media dan benda elastis, yang frekuensinya berkisar antara 20 Hz hingga 20 kHz dan dapat ditangkap oleh telinga manusia.

Oleh karena itu, getaran mekanis dengan frekuensi yang ditunjukkan ini disebut suara dan akustik. Getaran mekanis yang tidak terdengar dengan frekuensi di bawah jangkauan audio disebut infrasonik, dan dengan frekuensi di atas jangkauan audio disebut ultrasonik.

Jika benda yang berbunyi, misalnya bel listrik, diletakkan di bawah bel pompa udara, maka seiring dengan pemompaan udara, bunyi tersebut akan semakin lemah dan akhirnya berhenti sama sekali. Transmisi getaran dari benda yang berbunyi terjadi melalui udara. Mari kita perhatikan bahwa selama osilasinya, benda yang berbunyi secara bergantian memampatkan udara yang berdekatan dengan permukaan benda, dan, sebaliknya, menciptakan ruang hampa di lapisan ini. Jadi, perambatan bunyi di udara diawali dengan fluktuasi kepadatan udara pada permukaan benda yang bergetar.

Nada musik. Volume dan nada

Bunyi yang kita dengar apabila sumbernya melakukan getaran harmonik disebut nada musik atau disingkat nada.

Dalam nada musik apa pun kita dapat membedakan dua kualitas berdasarkan telinga: volume dan nada.

Pengamatan paling sederhana meyakinkan kita bahwa nada pada nada tertentu ditentukan oleh amplitudo getaran. Suara garpu tala berangsur-angsur memudar setelah dipukul. Ini terjadi bersamaan dengan redaman osilasi, yaitu. dengan penurunan amplitudonya. Dengan memukul garpu tala lebih keras, mis. Dengan memberikan amplitudo getaran yang lebih besar, kita akan mendengar suara yang lebih keras dibandingkan dengan pukulan lemah. Hal yang sama dapat diamati dengan senar dan secara umum dengan sumber suara apa pun.

Jika kita mengambil beberapa garpu tala dengan ukuran berbeda, tidak akan sulit untuk menyusunnya berdasarkan telinga dalam urutan peningkatan nada. Jadi, ukurannya akan diatur: garpu tala terbesar menghasilkan suara paling rendah, garpu tala terkecil menghasilkan suara paling tinggi. Jadi, tinggi nada suatu nada ditentukan oleh frekuensi getarannya. Semakin tinggi frekuensinya dan semakin pendek periode osilasinya, semakin tinggi pula bunyi yang kita dengar.

Resonansi akustik

Fenomena resonansi dapat diamati pada getaran mekanis dengan frekuensi berapa pun, khususnya pada getaran suara.

Mari kita letakkan dua garpu tala yang identik di samping satu sama lain, dengan lubang kotak tempat garpu tersebut dipasang saling berhadapan. Kotak diperlukan karena dapat memperkuat suara garpu tala. Hal ini terjadi karena resonansi antara garpu tala dan kolom udara yang tertutup di dalam kotak; oleh karena itu kotak tersebut disebut resonator atau kotak resonansi.

Mari kita pukul salah satu garpu tala lalu meredamnya dengan jari kita. Kita akan mendengar bagaimana bunyi garpu tala kedua.

Mari kita ambil dua garpu tala yang berbeda, mis. dengan nada yang berbeda, dan ulangi percobaan tersebut. Sekarang masing-masing garpu tala tidak lagi merespon suara garpu tala lainnya.

Tidak sulit menjelaskan hasil ini. Getaran salah satu garpu tala bekerja melalui udara dengan suatu gaya pada garpu tala kedua, menyebabkan garpu tala tersebut melakukan getaran paksa. Karena garpu tala 1 melakukan osilasi harmonik, maka gaya yang bekerja pada garpu tala 2 akan berubah menurut hukum osilasi harmonik dengan frekuensi garpu tala 1. Jika frekuensi gaya berbeda, maka osilasi paksa akan sangat lemah. bahwa kami tidak akan mendengarnya.

Kebisingan

Kita mendengar bunyi musik (nada) bila getarannya periodik. Misalnya, suara seperti ini dihasilkan oleh senar piano. Jika Anda menekan beberapa tombol secara bersamaan, mis. membuat beberapa nada berbunyi, maka sensasi bunyi musik akan tetap ada, namun perbedaan antara nada konsonan (enak di telinga) dan disonan (tidak enak) akan terlihat jelas. Ternyata nada-nada yang periodenya dalam perbandingan angka-angka kecil itu adalah konsonan. Misalnya konsonan diperoleh dengan perbandingan periode 2:3 (kelima), 3:4 (kuanta), 4:5 (ketiga mayor), dan seterusnya. Jika periodenya dihubungkan dengan angka yang besar, misalnya 19:23, maka akibatnya adalah disonansi - suara musikal namun tidak menyenangkan. Kita akan semakin menjauh dari periodisitas osilasi jika kita menekan banyak tombol secara bersamaan. Suaranya sudah seperti kebisingan.

Kebisingan dicirikan oleh non-periodisitas bentuk osilasi yang kuat: baik itu osilasi yang panjang, tetapi bentuknya sangat kompleks (mendesis, berderit), atau emisi individual (klik, ketukan). Dari sudut pandang ini, bunyi-bunyi juga harus mencakup bunyi-bunyi yang diungkapkan oleh konsonan (mendesis, labial, dll.).

Dalam semua kasus, getaran kebisingan terdiri dari sejumlah besar getaran harmonik dengan frekuensi berbeda.

Jadi, spektrum getaran harmonik terdiri dari satu frekuensi tunggal. Untuk osilasi periodik, spektrum terdiri dari sekumpulan frekuensi - frekuensi dasar dan kelipatannya. Dalam konsonan konsonan kita mempunyai spektrum yang terdiri dari beberapa rangkaian frekuensi, dengan frekuensi utama dihubungkan sebagai bilangan bulat kecil. Dalam konsonan disonan, frekuensi dasar tidak lagi berada dalam hubungan yang sederhana. Semakin banyak frekuensi berbeda dalam spektrum, semakin dekat kita dengan noise. Kebisingan khas memiliki spektrum dengan frekuensi yang sangat banyak.

Dalam teknologi dan dunia sekitar kita sering kali harus kita hadapi berkala(atau hampir periodik) proses yang berulang secara berkala. Proses seperti ini disebut berosilasi.

Osilasi adalah salah satu proses paling umum di alam dan teknologi. Sayap serangga dan burung yang sedang terbang, gedung-gedung tinggi dan kabel tegangan tinggi di bawah pengaruh angin, pendulum jam yang berputar dan mobil pada pegas saat mengemudi, permukaan sungai sepanjang tahun dan suhu dari tubuh manusia selama sakit, suara adalah fluktuasi kepadatan dan tekanan udara, gelombang radio - perubahan kekuatan medan listrik dan magnet secara berkala, cahaya tampak juga merupakan getaran elektromagnetik, hanya dengan panjang gelombang dan frekuensi yang sedikit berbeda, gempa bumi adalah getaran tanah, denyut nadi adalah kontraksi periodik otot jantung manusia, dll.

Osilasi dapat bersifat mekanis, elektromagnetik, kimia, termodinamika dan berbagai lainnya. Meskipun terdapat keberagaman, mereka semua memiliki banyak kesamaan.

Fenomena osilasi dari berbagai sifat fisik tunduk pada hukum umum. Misalnya, osilasi arus pada rangkaian listrik dan osilasi bandul matematika dapat dijelaskan dengan persamaan yang sama. Kesamaan pola osilasi memungkinkan kita untuk mempertimbangkan proses osilasi dari berbagai sifat dari satu sudut pandang. Tanda gerak osilasi adalah periodisitas.

Getaran mekanis –Inigerakan yang diulangi secara tepat atau kira-kira secara berkala.

Contoh sistem osilasi sederhana adalah beban pada pegas (pendulum pegas) atau bola pada tali (pendulum matematika).

Selama getaran mekanis, energi kinetik dan potensial berubah secara berkala.

Pada deviasi maksimum benda dari posisi keseimbangannya, kecepatannya, dan karenanya energi kinetik menjadi nol. Dalam posisi ini energi potensial tubuh yang berosilasi mencapai nilai maksimum. Untuk beban pada pegas, energi potensial adalah energi deformasi elastis pegas. Untuk pendulum matematika, ini adalah energi dalam medan gravitasi bumi.

Ketika suatu benda, dalam gerakannya, melewatinya posisi keseimbangan, kecepatannya maksimal. Benda melampaui posisi setimbang menurut hukum inersia. Pada saat ini sudah energi kinetik maksimum dan energi potensial minimum. Peningkatan energi kinetik terjadi karena penurunan energi potensial.

Dengan pergerakan selanjutnya, energi potensial mulai meningkat karena penurunan energi kinetik, dll.

Jadi, pada osilasi harmonik, terjadi transformasi periodik energi kinetik menjadi energi potensial dan sebaliknya.

Jika tidak ada gesekan pada sistem osilasi, maka energi mekanik total selama getaran mekanis tetap tidak berubah.

Untuk beban pegas:

Pada posisi defleksi maksimum, energi total bandul sama dengan energi potensial pegas yang mengalami deformasi:

Ketika melewati posisi setimbang, energi total sama dengan energi kinetik beban:

Untuk osilasi kecil pendulum matematika:

Pada posisi simpangan maksimum, energi total bandul sama dengan energi potensial benda yang diangkat ke ketinggian h:

Ketika melewati posisi setimbang, energi total sama dengan energi kinetik benda:

Di Sini h m– ketinggian maksimum bandul dalam medan gravitasi bumi, xm dan υ M = ω 0 xm– nilai maksimum simpangan pendulum dari posisi setimbang dan kecepatannya.

Getaran harmonik dan ciri-cirinya. Persamaan getaran harmonik.

Jenis proses osilasi yang paling sederhana adalah sederhana getaran harmonis, yang dijelaskan oleh persamaan

X = xm karena(ω T + φ 0).

Di Sini X– perpindahan benda dari posisi setimbang,
xm– amplitudo osilasi, yaitu perpindahan maksimum dari posisi setimbang,
ω – frekuensi siklik atau melingkar keraguan,
T- waktu.

Ciri-ciri gerak osilasi.

Mengimbangi x – penyimpangan suatu titik osilasi dari posisi setimbangnya. Satuan ukurannya adalah 1 meter.

Amplitudo osilasi A – deviasi maksimum suatu titik osilasi dari posisi setimbangnya. Satuan ukurannya adalah 1 meter.

Periode osilasiT– selang waktu minimum terjadinya satu osilasi penuh disebut. Satuan pengukurannya adalah 1 sekon.

dimana t adalah waktu osilasi, N adalah jumlah osilasi yang dilakukan selama waktu tersebut.

Dari grafik osilasi harmonik, Anda dapat menentukan periode dan amplitudo osilasi:

Frekuensi osilasi – besaran fisis yang sama dengan jumlah osilasi per satuan waktu.

Frekuensi adalah kebalikan dari periode osilasi:

Frekuensi osilasi ν menunjukkan banyaknya osilasi yang terjadi dalam 1 sekon, satuan frekuensinya adalah hertz(Hz).

Frekuensi siklik ω– jumlah osilasi dalam 2π detik.

Frekuensi osilasi ν berhubungan dengan frekuensi siklik ω dan periode osilasi T rasio:

Fase proses harmonik - besaran di bawah tanda sinus atau kosinus dalam persamaan osilasi harmonik φ = ω T+ φ 0 . Pada T= 0 φ = φ 0 , oleh karena itu φ 0 ditelepon tahap awal.

Grafik Harmonik mewakili gelombang sinus atau kosinus.

Dalam ketiga kasus untuk kurva biru φ 0 = 0:



hanya lebih besar amplitudo(x" m > x m);



kurva merah berbeda dengan kurva biru hanya arti periode(T" = T / 2);



kurva merah berbeda dengan kurva biru hanya arti tahap awal(senang).

Ketika suatu benda berosilasi sepanjang garis lurus (sumbu SAPI) vektor kecepatan selalu diarahkan sepanjang garis lurus ini. Kecepatan gerak suatu benda ditentukan oleh ekspresi

Dalam matematika, prosedur mencari limit rasio Δх/Δt di Δ T→ 0 disebut menghitung turunan fungsi X(T) Oleh waktu T dan dilambangkan sebagai X"(T).Kecepatannya sama dengan turunan fungsi x( T) Oleh waktu T.

Untuk hukum gerak harmonik X = xm karena(ω T+ φ 0) menghitung turunannya menghasilkan hasil sebagai berikut:

υ X =X"(T)= ω xm dosa (ω T + φ 0)

Akselerasi ditentukan dengan cara yang sama sebuah x benda selama getaran harmonik. Percepatan A sama dengan turunan fungsi υ( T) Oleh waktu T, atau turunan kedua dari fungsi tersebut X(T). Perhitungan memberikan:

dan x =υ x "(t) =X""(T)= -ω 2 xm karena(ω T+ φ 0)=-ω 2 X

Tanda minus pada persamaan ini berarti percepatan A(T) selalu mempunyai tanda kebalikan dari tanda perpindahan X(T), dan oleh karena itu, menurut hukum kedua Newton, gaya yang menyebabkan benda melakukan osilasi harmonik selalu diarahkan menuju posisi setimbang ( X = 0).

Gambar tersebut menunjukkan grafik koordinat, kecepatan dan percepatan suatu benda yang melakukan osilasi harmonik.

Grafik koordinat x(t), kecepatan υ(t) dan percepatan a(t) suatu benda yang melakukan osilasi harmonik.

Pendulum pegas.

Pendulum pegasadalah beban bermassa m yang diikatkan pada pegas dengan kekakuan k, yang ujung kedua diikat secara tetap.

Frekuensi alamiω 0 osilasi bebas beban pada pegas dicari dengan rumus:

Periode T getaran harmonik beban pada pegas sama dengan

Artinya periode osilasi bandul pegas bergantung pada massa beban dan kekakuan pegas.

Sifat fisik sistem osilasi tentukan hanya frekuensi alami osilasi ω 0 dan periodenya T . Parameter proses osilasi seperti amplitudo xm dan fase awal φ 0 ditentukan oleh cara sistem dikeluarkan dari kesetimbangan pada saat awal.

Pendulum matematika.

Pendulum matematikadisebut benda kecil yang digantung pada seutas benang tipis yang tidak dapat diperpanjang, yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa benda.

Pada posisi setimbang, ketika bandul digantung tegak lurus, gaya gravitasi seimbang dengan gaya tegangan benang N. Ketika bandul menyimpang dari posisi setimbang dengan sudut tertentu φ, muncul komponen tangensial gaya gravitasi. F τ = – mg dosa φ. Tanda minus pada rumus ini berarti komponen tangensial arahnya berlawanan dengan simpangan pendulum.

Pendulum matematis.φ – deviasi sudut pendulum dari posisi setimbang,

X= lφ – perpindahan pendulum sepanjang busur

Frekuensi alami osilasi kecil bandul matematika dinyatakan dengan rumus:

Periode osilasi bandul matematika:

Artinya periode osilasi bandul matematis bergantung pada panjang benang dan percepatan jatuh bebas di daerah tempat bandul dipasang.

Getaran bebas dan paksa.

Getaran mekanis, seperti proses osilasi yang bersifat fisik lainnya, dapat terjadi bebas Dan dipaksa.

Getaran bebas –Ini adalah osilasi yang terjadi dalam suatu sistem di bawah pengaruh gaya-gaya dalam, setelah sistem dipindahkan dari posisi kesetimbangan stabil.

Osilasi beban pada pegas atau osilasi bandul merupakan osilasi bebas.

Dalam kondisi nyata, setiap sistem osilasi berada di bawah pengaruh gaya gesekan (resistansi). Dalam hal ini, sebagian energi mekanik diubah menjadi energi internal gerak termal atom dan molekul, dan getaran menjadi kabur.

Kabur disebut osilasi yang amplitudonya berkurang seiring waktu.

Untuk mencegah osilasi memudar, sistem perlu diberi energi tambahan, yaitu. mempengaruhi sistem osilasi dengan gaya periodik (misalnya, mengayunkan ayunan).

Osilasi yang terjadi di bawah pengaruh gaya eksternal yang berubah secara berkala disebutdipaksa.

Gaya eksternal melakukan kerja positif dan memberikan aliran energi ke sistem osilasi. Itu tidak membiarkan getaran padam, meskipun ada gaya gesekan.

Kekuatan eksternal periodik dapat berubah seiring waktu menurut berbagai hukum. Yang menarik adalah kasus ketika gaya eksternal, yang bervariasi menurut hukum harmonik dengan frekuensi ω, bekerja pada sistem osilasi yang mampu melakukan osilasinya sendiri pada frekuensi tertentu ω 0.

Jika osilasi bebas terjadi pada frekuensi ω 0, yang ditentukan oleh parameter sistem, maka osilasi paksa yang stabil selalu terjadi pada frekuensi ω kekuatan eksternal .

Fenomena peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa ketika frekuensi osilasi alami bertepatan dengan frekuensi gaya penggerak eksternal disebutresonansi.

Ketergantungan amplitudo xm osilasi paksa dari frekuensi gaya penggerak disebut karakteristik resonansi atau kurva resonansi.

Kurva resonansi pada berbagai tingkat redaman:

1 – sistem osilasi tanpa gesekan; pada resonansi, amplitudo x m ​​dari osilasi paksa meningkat tanpa batas;

2, 3, 4 – kurva resonansi nyata untuk sistem osilasi dengan gesekan berbeda.

Dengan tidak adanya gesekan, amplitudo osilasi paksa selama resonansi akan meningkat tanpa batas. Dalam kondisi nyata, amplitudo osilasi paksa dalam keadaan tunak ditentukan oleh kondisi: kerja gaya eksternal selama periode osilasi harus sama dengan hilangnya energi mekanik selama waktu yang sama akibat gesekan. Semakin sedikit gesekan, semakin besar amplitudo osilasi paksa selama resonansi.

Fenomena resonansi dapat menyebabkan hancurnya jembatan, bangunan, dan bangunan lainnya jika frekuensi alami osilasinya bertepatan dengan frekuensi gaya yang bekerja secara periodik, yang timbul, misalnya, akibat putaran motor yang tidak seimbang.

Suara- Ini adalah gelombang longitudinal elastis dengan frekuensi 20 Hz hingga 20.000 Hz, menyebabkan sensasi pendengaran pada manusia.

Sumber suara- berbagai benda yang berosilasi, misalnya tali yang diregangkan erat atau pelat baja tipis yang dijepit pada salah satu sisinya.

Bagaimana gerakan osilasi terjadi? Cukup dengan menarik dan melepaskan senar alat musik atau pelat baja yang salah satu ujungnya dijepit, dan mereka akan mengeluarkan suara. Getaran tali atau pelat logam disalurkan ke udara sekitar. Ketika pelat menyimpang, misalnya ke kanan, pelat tersebut memadatkan (memampatkan) lapisan udara yang berdekatan di sebelah kanan; dalam hal ini lapisan udara yang berdekatan dengan pelat di sisi kiri akan menjadi lebih tipis. Ketika pelat dibelokkan ke kiri, pelat tersebut menekan lapisan udara di sebelah kiri dan menipiskan lapisan udara yang berdekatan di sisi kanan, dan seterusnya. Kompresi dan penghalusan lapisan udara yang berdekatan dengan pelat akan ditransfer ke lapisan tetangga. Proses ini akan berulang secara berkala, secara bertahap melemah hingga osilasi berhenti sepenuhnya.

Dengan demikian, getaran tali atau pelat membangkitkan getaran di udara sekitar dan, menyebar, mencapai telinga manusia, menyebabkan gendang telinganya bergetar, menyebabkan iritasi pada saraf pendengaran, yang kita anggap sebagai suara.

Kecepatan rambat gelombang bunyi bervariasi dalam lingkungan yang berbeda. Hal ini tergantung pada elastisitas medium tempat mereka merambat. Bunyi merambat paling lambat dalam gas. Di udara, kecepatan rambat getaran suara rata-rata 330 m/s, namun dapat bervariasi tergantung kelembapan, tekanan, dan suhu. Bunyi tidak merambat di ruang hampa udara. Bunyi merambat lebih cepat dalam zat cair. Pada benda padat bahkan lebih cepat lagi. Pada rel baja, misalnya, bunyi merambat dengan kecepatan » 5000 m/s.

Pada penyebaran suara dalam atom dan molekul bergetar bersama arah rambat gelombang yang artinya bunyi - gelombang memanjang.

KARAKTERISTIK SUARA

1. Jilid. Kerasnya suara bergantung pada amplitudo getaran gelombang bunyi. Volume suara ditentukan amplitudo ombak.

Satuan volume bunyi adalah 1 Bel (untuk menghormati Alexander Graham Bell, penemu telepon). Volume suatu bunyi adalah 1 B jika kuat bunyinya 10 kali ambang batas pendengaran.

Dalam praktiknya, kenyaringan diukur dalam desibel (dB).

1 dB = 0,1B. 10 dB – berbisik; 20–30 dB – standar kebisingan di tempat tinggal;
50 dB – percakapan volume sedang;
70 dB – kebisingan mesin tik;
80 dB – kebisingan mesin truk yang sedang berjalan;
120 dB – kebisingan traktor yang sedang berjalan pada jarak 1 m
130 dB – ambang nyeri.

Suara yang lebih keras dari 180 dB bahkan bisa menyebabkan gendang telinga pecah.

2. Lapangan. Tinggi suara ditentukan frekuensi gelombang, atau frekuensi getaran suatu sumber bunyi.

  • bas – 80–350 Hz,
  • bariton – 110–149 Hz,
  • tenor – 130–520 Hz,
  • tiga kali lipat – 260–1000 Hz,
  • sopran – 260–1050 Hz,
  • coloratura sopran – hingga 1400 Hz.

Telinga manusia mampu menangkap gelombang elastis dengan frekuensi kira-kira dari 16 Hz hingga 20 kHz. Bagaimana kita mendengar?

Penganalisis pendengaran manusia - telinga- terdiri dari empat bagian:

Bagian luar telinga

Telinga bagian luar meliputi pinna, saluran telinga, dan gendang telinga, yang menutupi ujung bagian dalam saluran telinga. Saluran telinga memiliki bentuk melengkung tidak beraturan. Pada orang dewasa panjangnya sekitar 2,5 cm dan diameternya sekitar 8 mm. Permukaan saluran telinga ditutupi rambut dan mengandung kelenjar yang mengeluarkan kotoran telinga, yang diperlukan untuk menjaga kelembapan kulit. Saluran telinga juga memberikan suhu dan kelembapan yang konstan pada gendang telinga.

Telinga tengah

Telinga tengah merupakan rongga berisi udara di belakang gendang telinga. Rongga ini terhubung ke nasofaring melalui tuba Eustachius, saluran tulang rawan sempit yang biasanya tertutup. Gerakan menelan membuka saluran Eustachius, yang memungkinkan udara masuk ke rongga dan menyamakan tekanan di kedua sisi gendang telinga untuk mobilitas optimal. Di rongga telinga tengah terdapat tiga tulang pendengaran mini: maleus, inkus, dan stapes. Salah satu ujung maleus terhubung ke gendang telinga, ujung lainnya terhubung ke inkus, yang selanjutnya terhubung ke sanggurdi, dan sanggurdi ke koklea telinga bagian dalam. Gendang telinga terus-menerus bergetar di bawah pengaruh suara yang ditangkap oleh telinga, dan tulang-tulang pendengaran meneruskan getarannya ke telinga bagian dalam.

Bagian dalam telinga

Telinga bagian dalam mempunyai beberapa struktur, tetapi hanya koklea, yang mendapat namanya karena bentuk spiralnya, yang berhubungan dengan pendengaran. Koklea terbagi menjadi tiga saluran yang berisi cairan limfatik. Cairan pada saluran tengah mempunyai komposisi yang berbeda dengan cairan pada dua saluran lainnya. Organ yang bertanggung jawab langsung untuk pendengaran (organ Corti) terletak di saluran tengah. Organ Corti mengandung sekitar 30.000 sel rambut yang mendeteksi getaran cairan di saluran yang disebabkan oleh pergerakan stapes dan menghasilkan impuls listrik yang disalurkan sepanjang saraf pendengaran ke korteks pendengaran. Setiap sel rambut merespons frekuensi suara tertentu, dengan frekuensi tinggi disetel ke sel-sel di bagian bawah koklea dan sel-sel disetel ke frekuensi rendah yang terletak di bagian atas koklea. Jika sel-sel rambut mati karena alasan apa pun, seseorang berhenti merasakan suara dengan frekuensi yang sesuai.

Jalur pendengaran

Jalur pendengaran merupakan kumpulan serabut saraf yang menghantarkan impuls saraf dari koklea ke pusat pendengaran di korteks serebral, sehingga menghasilkan sensasi pendengaran. Pusat pendengaran terletak di lobus temporal otak. Waktu yang dibutuhkan sinyal pendengaran untuk berpindah dari telinga luar ke pusat pendengaran di otak adalah sekitar 10 milidetik.

Persepsi suara

Telinga secara berurutan mengubah suara menjadi getaran mekanis pada gendang telinga dan tulang-tulang pendengaran, kemudian menjadi getaran cairan di koklea, dan akhirnya menjadi impuls listrik, yang disalurkan sepanjang jalur sistem pendengaran pusat ke lobus temporal otak untuk pengenalan dan pemrosesan.
Otak dan simpul perantara jalur pendengaran tidak hanya mengekstrak informasi tentang nada dan volume suara, tetapi juga karakteristik suara lainnya, misalnya interval waktu antara saat telinga kanan dan kiri menangkap suara. - inilah dasar kemampuan seseorang dalam menentukan arah datangnya bunyi. Dalam hal ini, otak mengevaluasi informasi yang diterima dari masing-masing telinga secara terpisah dan menggabungkan semua informasi yang diterima menjadi satu sensasi.

Otak kita menyimpan “pola” suara di sekitar kita – suara yang familiar, musik, suara berbahaya, dll. Hal ini membantu otak, saat memproses informasi tentang suara, dengan cepat membedakan suara yang familiar dari suara asing. Dengan gangguan pendengaran, otak mulai menerima informasi yang terdistorsi (suara menjadi lebih pelan), yang menyebabkan kesalahan dalam interpretasi suara. Di sisi lain, masalah otak akibat penuaan, cedera kepala, atau penyakit dan kelainan saraf mungkin disertai dengan gejala yang mirip dengan gangguan pendengaran, seperti kurangnya perhatian, penarikan diri dari lingkungan, dan reaksi yang tidak tepat. Untuk mendengar dan memahami suara dengan benar, diperlukan kerja terkoordinasi dari penganalisis pendengaran dan otak. Jadi, tanpa berlebihan kita dapat mengatakan bahwa seseorang mendengar bukan dengan telinganya, tetapi dengan otaknya!

Hewan merasakan gelombang frekuensi lain sebagai suara.

USG - gelombang longitudinal dengan frekuensi melebihi 20.000 Hz.

Penerapan USG.

Dengan menggunakan sonar yang dipasang di kapal, mereka mengukur kedalaman laut, mendeteksi gerombolan ikan, gunung es yang mendekat, atau kapal selam.

USG digunakan dalam industri untuk mendeteksi cacat pada produk.

Dalam dunia kedokteran, USG digunakan untuk mengelas tulang, mendeteksi tumor, dan mendiagnosis penyakit.

Efek biologis USG memungkinkannya digunakan untuk sterilisasi susu, bahan obat, dan peralatan medis.

Kelelawar dan lumba-lumba memiliki pencari lokasi ultrasonik yang sempurna.

Mari kita beralih ke fenomena suara.

Dunia suara di sekitar kita beragam - suara manusia dan musik, kicauan burung dan dengungan lebah, guntur saat badai petir dan suara hutan ditiup angin, suara mobil yang lewat, pesawat terbang, dan benda lainnya .

Perhatian!

Sumber bunyi adalah benda yang bergetar.

Contoh:

Mari kita kencangkan penggaris logam elastis di alat wakil. Jika bagian bebasnya, yang panjangnya dipilih dengan cara tertentu, digerakkan secara osilasi, maka penggaris akan mengeluarkan bunyi (Gbr. 1).

Jadi, penggaris yang berosilasi adalah sumber bunyi.

Mari kita perhatikan gambar senar yang berbunyi, yang ujung-ujungnya terikat (Gbr. 2). Garis luar senar yang kabur dan penebalan yang tampak di bagian tengahnya menunjukkan bahwa senar tersebut bergetar.

Jika Anda mendekatkan ujung potongan kertas ke senar yang berbunyi, potongan kertas tersebut akan memantul karena guncangan senar. Saat senar bergetar, terdengar suara; hentikan senarnya dan suara pun berhenti.

Gambar 3 menunjukkan garpu tala - batang logam melengkung pada kaki, yang dipasang pada kotak resonator.

Jika Anda memukul garpu tala dengan palu lembut (atau memegangnya dengan busur), garpu tala akan berbunyi (Gbr. 4).

Mari kita bawa bola ringan (manik kaca) yang digantung pada seutas benang ke garpu tala yang berbunyi - bola tersebut akan memantul dari garpu tala, menunjukkan getaran cabang-cabangnya (Gbr. 5).

Untuk “merekam” osilasi garpu tala dengan frekuensi alami rendah (sekitar \(16\) Hz) dan amplitudo osilasi yang besar, Anda dapat memasang strip logam tipis dan sempit dengan titik di ujung ke ujung. salah satu cabangnya. Ujungnya harus ditekuk ke bawah dan sedikit menyentuh piring kaca berasap yang tergeletak di atas meja. Ketika pelat bergerak cepat di bawah cabang garpu tala yang berosilasi, ujungnya meninggalkan bekas pada pelat berupa garis bergelombang (Gbr. 6).

Garis bergelombang yang digambar pada pelat dengan suatu titik sangat dekat dengan sinusoidal. Dengan demikian, kita dapat berasumsi bahwa setiap cabang garpu tala yang berbunyi melakukan osilasi harmonik.

Berbagai eksperimen menunjukkan bahwa sumber suara apa pun pasti bergetar, meskipun getaran tersebut tidak terlihat oleh mata. Misalnya, bunyi-bunyian suara manusia dan binatang yang timbul akibat getaran pita suaranya, bunyi alat musik tiup, bunyi sirene, desiran angin, gemerisik dedaunan, dan bunyi-bunyian. suara guntur disebabkan oleh getaran massa udara.

Perhatian!

Tidak semua benda yang berosilasi merupakan sumber suara.

Misalnya, beban berosilasi yang digantung pada seutas benang atau pegas tidak menimbulkan suara. Penggaris logam juga akan berhenti berbunyi jika ujung bebasnya diperpanjang sedemikian rupa sehingga frekuensi getarannya menjadi kurang dari \(16\) Hz.

Telinga manusia mampu menangkap getaran mekanis suara dengan frekuensi mulai dari \(16\) hingga \(20000\) Hz (biasanya ditransmisikan melalui udara).

Getaran mekanis yang frekuensinya berkisar antara \(16\) hingga \(20000\) Hz disebut bunyi.

Batasan jangkauan suara ini bersifat arbitrer, karena bergantung pada usia orang dan karakteristik individu dari alat bantu dengarnya. Biasanya, seiring bertambahnya usia, batas frekuensi atas suara yang dirasakan menurun secara signifikan - beberapa orang lanjut usia dapat mendengar suara dengan frekuensi tidak melebihi \(6000\) Hz. Sebaliknya, anak-anak dapat merasakan suara yang frekuensinya sedikit lebih tinggi dari \(20.000\) Hz.

Getaran mekanis yang frekuensinya melebihi \(20.000\) Hz disebut ultrasonik, dan getaran dengan frekuensi kurang dari \(16\) Hz disebut infrasonik.

Ultrasonografi dan infrasonik tersebar luas seperti gelombang suara. Mereka dipancarkan dan digunakan untuk “negosiasi” mereka oleh lumba-lumba, kelelawar dan beberapa makhluk hidup lainnya.