Hangtan

Mi a hang? A címben feltett kérdésre több válasz is lehetséges, egyszerűen mondhatjuk azt is, hogy „hang az, amit hallunk” – ezzel nem is járunk messze az igazságtól, de azért fogalmazzuk meg szakszerűen: A hang rugalmas és rezgőképes közegben terjedő olyan hullám, ami hallószervünkben hangérzetet kelt.

A hang frekvenciája Az ember által hallható hang frekvenciatartománya: 20 Hz és 16 kHz közé esik. Az ennél kisebb frekvenciájú hangot nevezzük infrahangnak, míg a nagyobb frekvenciák esetén ultrahangról beszélünk. Egyes állatok az embernél jóval tágabb frekvenciatartományban képesek a hanghullámok érzékelésére.

A hang keletkezése, terjedése Hang, akkor keletkezik, ha a hangforrás mechanikai rezgésbe jön, és ez a rezgés a hangtérben tovaterjed. A hang levegőben és folyadékokban longitudinális hullámként terjed. Ez azt jelenti, hogy a közeg részecskéi a hullám terjedési irányával párhuzamosan térnek ki. A hang terjedése során a közegben ismétlődő sűrűsödések és ritkulások keletkeznek.

Gondolkodtató kérdések Milyen tulajdonságú anyag alkalmas hangszigetelésre? Válasz: Olyan anyagot kell keresni, amelyben nem terjed, hanem elnyelődik a hang. Ilyenek a rugalmatlan anyagok, mint például fűrészpor, vastag szövetek. Nagyon jó hangszigetelő a vákuum, mert légüres térben nem terjed a hang.

A hang jellemzői A hangérzet alapján megkülönböztethetünk ún. zörejeket, dörejeket és zenei hangokat. A dörejek és zörejek szabálytalan hangok. A zenei hangok keletkezésének hátterében periodikus rezgések állnak, amelyek egy alaphang és felharmonikusainak keverékeként állíthatók elő.

A hang jellemzői Tiszta zenei hang: a hangforrás rezgése szinuszos, csak egyfajta frekvenciájú hangból áll. Zenei hang: az alaphangok mellett felhangok is megszólalnak. A felhang frekvenciája az alaphang frekvenciájának egész számú többszöröse. A zenei hang nem feltétlenül szinuszos, de mindenképpen periodikus. Zörej: szabálytalan nem szinuszos és nem periodikus rezgésű hanghullám.

A hangsebesség A hang terjedési sebessége függ a közeg rugalmasságától és sűrűségétől. Ezért a hangsebesség különböző közegekben eltérő. A hangsebesség értéke levegőben 0°C hőmérsékleten és 100 kPa nyomáson: c0 = 331,5 m/s, A hangsebesség értéke a levegő hőmérsékletétől is függ.

Gondolkodtató kérdések Milyen hullámhossz tartományba esnek a hallható hangok? Válasz: Az ember által hallható hang frekvenciatartománya: 20 Hz és 16 kHz közé esik. A hang terjedési sebessége 340m/s. Az ember által hallható hang hullámhossza a 17m és 21mm hullámhossztartományba esik.

A hang visszaverődése A hang csak rugalmas közegben terjed, kevésbé rugalmas anyagokban elnyelődik, és az új közeg határfelületéről visszaverődik. A visszaverődés és elnyelődés jelensége miatt borítják a hangversenytermek falát speciális burkolattal. A visszavert hang késve érkezik a fülünkhöz, 0,1s-nál nagyobb késleltetés esetén visszhangot érzékelünk. A visszhang kialakulásához tehát legalább 34 m utat kell megtennie a hangnak. A hangvisszaverődés teszi lehetővé a hangok irányítását, gondoljunk csak a szócsőre, vagy az orvosok sztetoszkópjára, vagy akár a fülünkhöz tett tenyerünkre.

Gondolkodtató kérdések Az emberi fül két hangot csak akkor érzékel különállónak, ha köztük legalább 0,1s idő telt el. Hallhatunk-e visszhangot, ha a visszaverő felület közel, pl. 8-10m-re van hozzánk? Válasz: A hang terjedési sebessége 340m/s. 0,1s alatt a hang 34m utat tesz meg oda-vissza. Nem alakul ki visszhang mert ahhoz legalább 17m távolság kell.

A hangerősség A hang fizikai inger által kiváltott fiziológiai inger, ezért kétféle hangerősségről beszélhetünk: fizikairól, és fiziológiairól. A fizikai hangerősség, a hanghullám által egységnyi felületen át, időegység alatt szállított energia. Jele: I, mértékegysége: W/m2. Mivel a hangforrástól távolodó hanghullámok egyre nagyobb térrészre oszlanak, a hangerősség a távolsággal csökken.

A hangmagasság A hang magasságát az egy másodperc alatti rezgések száma, a frekvencia határozza meg. A zenében használatos hangok frekvenciája közelítőleg 32Hz-6000Hz, az emberi hangé 80-1300Hz között van. A hangmagasság helyett általában két hang frekvenciájának a hányadosát használjuk, ezt hangköznek nevezzük. Meghatározott hangközökkel egymást követő hangok sora a hangskála.

A hangszín Attól függ, hogy az alaphangok mellett milyen más felhangok szólalnak meg, és milyen intenzitással. Egy hang felharmonikusa az alapfrekvencia egész számú többszörösét jelenti. A hangszín a hangforrás természetén kívül a hangkeltés módjától is függ. A hangszerek doboza, illetve beszédnél a fej csak bizonyos felhangokat erősít fel, ezért egyediek a hangszínek. Animáció

Gondolkodtató kérdések Mi rezeg az alábbi hangszerekben, ha megszólaltatjuk azokat? gitár furulya dob Válasz: A gitár húros hangszer, itt a húr rezeg, és az hozza rezgésbe a levegőt. A furulya fúvós hangszer, itt közvetlenül a levegő rezeg. A dob ütős hangszer, a kifeszített bőr rezeg, és ez hozza rezgésbe a levegőt.

Doppler-effektus Animáció A hullámok frekvenciájának megváltozása az észlelés helyén a hullámforrás és az észlelő egymáshoz képest végzett mozgása miatt. Amikor a vonat közeledik, másodpercenként több hanghullám jut a fülünkbe, ezért halljuk magasabbnak a hangot. Amikor távolodik, másodpercenként kevesebb hullám érkezik, így a hang mélyebbnek tűnik. Ez a jelenség figyelhető meg a közeledő és távolodó mentőautó esetében is. Animáció

Hangrobbanás Ha egy repülőgép sebessége túllépi a hangsebességet, akkor a hangforrással megegyező sebességgel haladó hangok összetorlódnak, ez tulajdonképpen energiatorlódás, amit hangrobbanásként észlelünk. A lökéshullám mentén ugrásszerűen változik a nyomás, a hőmérséklet, és egyéb jellemzők.

Alkalmazások Visszhangszonda (szonár) Víz alatti hajók, tárgyak, halrajok és domborzati viszonyok felderítésére, az óceánok mélységének meghatározására szolgáló eljárás. A készülék hangimpulzusokat bocsát ki a víz alatt, és azoknak a visszaverődését érzékeli. Az eljárás alapja az, hogy megmérik azt az időt, amíg a hang elér a céltárgyig és a visszhang visszatér az érzékelőig. Ha a hang vízben való terjedési sebessége ismert, így kiszámítható a céltárgy távolsága.

Ultrahang Az ultrahang egy nagyfrekvenciás hanghullám. Emberek számára nem hallható, de az állatok közül sokan hallják, közismert, hogy a kutyák reagálnak rá. A denevérek, a bálnák és a delfinek maguk is állítanak elő ultrahangot a tájékozódásuk során. Az első időszakban elsősorban a hajózásban, majd az anyagvizsgálatban fejlődött. Eredetileg visszhangos helymeghatározásra, tengeralattjárók és más, víz alatti tárgyak észlelésére és azonosítására használták, hasonlóan ahhoz, ahogy az említett állatok.

Az orvosi felhasználása az ultrahangnak agytumor és agykamrák kimutatásával kezdődött az 1940-es években, majd kiterjedt szívbillentyűk vizsgálatára, idegsebészetre, szülészetre, illetve a nőgyógyászatra. Legtöbb embernek is az ultrahangról egyből a magzat fejlődésének végigkövetése jut eszébe.

Ultrahang

Feladatok 35/5 Egy tengeralattjáró 100 Hz-es hullámot kelt. Ezt a hullámot a hullámkeltés kezdete után 2 másodperccel később észlelik a 3 km távolságban lévő megfigyelők. Mekkora a hullám hullámhossza? Adatok: Képlet: Számolás: Válasz: A keresett hullámhossz: 15 m.

Feladatok Lyukas szekrénykulcs furata 3 cm mély. Milyen frekvenciájú hangot ad, ha belefújunk, hogy sípoljon? A hangsebesség: 340 m/s. Adatok: Képlet: Számolás: Válasz: A keresett frekvencia: 2833 Hz.

Feladatok Egy 40 cm hosszú húron a hullámok haladási sebessége 1600 m/s. Mennyi a húr alapfrekvenciája? Adatok: Képlet: Számolás: Válasz: A keresett frekvencia: 2000 Hz.

Feladatok Mennyi a hullámhossza annak az 100 Hz frekvenciájú hangnak, amely egy perc alatt 20 km távolságba jut el? Adatok: Képlet: Számolás: Válasz: A keresett hullámhossz: 3,33 m

elmet! Köszönöm a figy Vége