Όταν βάζουμε ένα χιπ κομμάτι, σύντομα φαίνεται να το απολαμβάνουμε. Αυτό έχει να κάνει με τη λειτουργία του ανθρώπινου αυτιού, το οποίο μετατρέπει τη λεγόμενη μηχανική ενέργεια των ηχητικών εφέ σε ηλεκτροχημικά σήματα. Μέσω της ακοής, ο εγκεφαλικός φλοιός μετατρέπει τον λαμβανόμενο ήχο σε κάτι που μπορούμε να αντιληφθούμε. Ωστόσο, αυτή δεν είναι ακόμα η πλήρης εξήγηση της ιστορίας. Για να κατανοήσουμε πραγματικά τη μουσική, πρέπει να γνωρίζουμε τι είναι ο ήχος και αυτό πριν ακόμη υποστεί επεξεργασία από το σώμα μας.
Περιγραφή του ήχου
Ο Μεγάλος Βαν Ντέιλ ορίζει τον ήχο ως δονήσεις στον αέρα που γίνονται αντιληπτές από το όργανο ακοής. Αρκετά άλλα λεξικά υιοθετούν αυτόν τον ορισμό και εγκαθιδρύουν έτσι μια σύνδεση μεταξύ των δονήσεων ή της μεταβολής της πίεσης του αέρα και της αντίληψής του. Σύμφωνα με αυτούς, επομένως, αυτό που δεν μπορούμε να ακούσουμε δεν είναι ήχος. Λογικά, ας πούμε ένα δελφίνι θα βιώνει τον ήχο διαφορετικά από έναν άνθρωπο: αυτό που είναι ήχος για ένα δελφίνι μπορεί να μην είναι ήχος για έναν άνθρωπο. Τουλάχιστον, έτσι μπορούμε να περιγράψουμε τον ήχο στην πιο στενή του μορφή.
Από επιστημονική άποψη, λοιπόν, μπορούμε να ορίσουμε τον ήχο πολύ ευρύτερα. Εδώ αφήνουμε την εγωκεντρική κλίση του ανθρώπινου ακουστικού οργάνου και μιλάμε με την ευρύτερη έννοια για τα ηχητικά φαινόμενα ή τις δονήσεις που κινούνται στον αέρα και μπορούν να ληφθούν από ένα ακουστικό όργανο. Τέλος, σε μια ακόμη ευρύτερη θεώρηση, δεν περιοριζόμαστε στις μεταβολές της πίεσης του αέρα, αλλά μπορούμε να αναφερθούμε και σε ένα άλλο μέσο. Επιπλέον, ο όρος ήχος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και αν δεν αναφέρεται πλέον σε μια ακουστική αλλαγή. Με αυτόν τον τρόπο, μιλάμε επίσης για "υπερήχους".
Πώς προκύπτουν αυτά τα αποτελέσματα του θορύβου;
Τα ηχητικά κύματα δημιουργούνται από τις δονήσεις του αέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτές οι λεπτές δονήσεις συμπιέζουν τοπικά τα σωματίδια του αέρα. Αυτό θα αυξήσει την πίεση του αέρα εκεί, μετά την οποία τα συμπιεσμένα σωματίδια έρχονται σε επαφή με σωματίδια στη γύρω περιοχή. Έτσι δημιουργείται μια αλυσιδωτή αντίδραση κατά την οποία η ενέργεια μεταδίδεται συνεχώς: ο ήχος κινείται μέχρι να ηρεμήσει τελικά και πάλι. Παρεμπιπτόντως, αυτός είναι αμέσως ο λόγος για τον οποίο ο ήχος είναι γήινο φαινόμενο. Αν δύο δορυφόροι συγκρουστούν στο διάστημα και κονιορτοποιηθούν σε χιλιάδες κομμάτια, δεν θα γίνει αντιληπτός κανένας ήχος. Εξάλλου, εδώ δεν υπάρχει αέρας ή οποιοδήποτε άλλο μέσο που να μπορεί να κινήσει τα κύματα, πόσο μάλλον να δημιουργήσει ηχητικά κύματα ...
Αυτό εξηγεί επίσης τη λειτουργία ενός ηχείου, το οποίο στην πραγματικότητα είναι απλώς ένα εξάρτημα που δονείται, ή έξυπνα δονείται. Αυτές οι κινήσεις θα προκαλέσουν την κίνηση και του αέρα γύρω από το ηχείο. Μπορείτε ίσως να το συγκρίνετε καλύτερα με ένα βότσαλο στο νερό: δημιουργεί κύματα που απομακρύνονται από την πηγή. Καθώς αυτοί οι κύκλοι γίνονται μεγαλύτεροι, όλο και περισσότερα σωματίδια αέρα πρέπει να μοιραστούν την ενέργεια του προηγούμενου κύκλου, οπότε ο ήχος πεθαίνει τελικά έναν αθόρυβο θάνατο. Αυτό το κάνει με ταχύτητα περίπου 300 m/s, αλλά δεν είναι παράλογο ότι ο ήχος γίνεται πιο αδύναμος όσο απομακρύνεστε από την ηχητική πηγή. Αν απομακρυνθείτε αρκετά από την ηχητική πηγή, ο ήχος θα γίνει τελικά μη ακουστός. Δεν ακούγεται πλέον από τους ανθρώπους, επειδή ορισμένα ζώα απλώς ακούνε πολύ καλύτερα από εμάς.
Πώς μοιάζει ένα ηχητικό κύμα;
Δεν μπορούμε να δούμε τον ήχο. Τουλάχιστον, όχι χωρίς τεχνικά βοηθήματα. Αλλά, όπως υποδηλώνει η λέξη, ένα ηχητικό κύμα αποτελείται από ένα κύμα. Ένα τέτοιο κύμα με τη σειρά του έχει ένα μήκος κύματος και ένα πλάτος. Το πόσο συχνά περνάει ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται στη συνέχεια συχνότητά του. Η συχνότητα αυτή δεν είναι ασήμαντη: το ανθρώπινο αυτί μπορεί, για παράδειγμα, να ακούσει μια ελάχιστη συχνότητα 20 και μια μέγιστη συχνότητα 20.000 Hertz. Παρεμπιπτόντως, το μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογο προς αυτό: με την αύξηση της συχνότητας, το μήκος κύματος θα γίνει μικρότερο (υψηλότερος τόνος) και το αντίστροφο.
Με τη σειρά του, το πλάτος προκύπτει από τη διαφορά μεταξύ της μέσης τιμής της πίεσης και της μέγιστης τιμής της πίεσης. Ορίζουμε την προκύπτουσα ένταση με τον πιο γνωστό όρο ντεσιμπέλ. Ο όρος αυτός δεν είναι επίσης ασήμαντος: από τα 120 ντεσιμπέλ, θα εμφανιστεί βλάβη της ακοής με βραχυπρόθεσμη έκθεση. Ωστόσο, το κατώφλι του πόνου είναι 134 ντεσιμπέλ: αυτό εξηγεί γιατί η βλάβη της ακοής μπορεί επίσης να εμφανιστεί απαρατήρητη.
Τέλος, αναφέραμε προηγουμένως ότι τα ηχητικά εφέ συμπεριφέρονται ακριβώς όπως τα κύματα νερού. Για παράδειγμα, μπορούν να λυγίσουν γύρω από ένα αντικείμενο, να αναπηδήσουν, να αλλάξουν κατεύθυνση ή να έρθουν σε επαφή με άλλα ηχητικά κύματα και στη συνέχεια να ενισχυθούν ή να ακυρωθούν μεταξύ τους. Το τελευταίο είναι και ο τρόπος με τον οποίο λειτουργούν τα εξειδικευμένα ακουστικά: εκπέμπουν έναν ήχο για να ακυρώσουν άλλα ηχητικά εφέ.
Η ταχύτητα του ήχου δεν είναι σταθερά
Πριν από αυτό, αναφέραμε ότι η ταχύτητα του ήχου είναι περίπου 300 m/s. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι απολύτως σωστό. Είναι λίγο-πολύ σωστή για τις μετατοπίσεις στον αέρα, αλλά ο ήχος μπορεί επίσης να ταξιδέψει μέσα σε στερεά και υγρά. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του ήχου στο αλουμίνιο είναι 6.260 m/s στους 293 βαθμούς Κέλβιν (+/- θερμοκρασία δωματίου) και 1120 m/s στη μεθανόλη σε παρόμοια θερμοκρασία. Στο διοξείδιο του άνθρακα, από την άλλη πλευρά, ο ήχος είναι πολύ πιο αργός, με ταχύτητα 259 m/s στους 273 βαθμούς Κέλβιν (+/- σημείο ψύξης).
Ακόμη και στον αέρα, η δήλωση ότι η ταχύτητα του ήχου θα ήταν περίπου 300 m/s δεν είναι απολύτως αληθής. Πράγματι, εδώ χρησιμοποιείται ένας πολύπλοκος τύπος για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του ήχου.
Φόρμουλα ταχύτητας ήχου:√[γ(RT/M)]
Θα αφήσουμε μια λεπτομερή συζήτηση, αλλά πάνω απ' όλα να θυμάστε ότι η θερμοκρασία και η υγρασία παίζουν σημαντικό ρόλο εδώ. Σε μια θερμοκρασία 233 βαθμών Κέλβιν (περίπου - 40 °C), ο ήχος θα είναι πράγματι περίπου 307 m/s, αλλά σε μια θερμότερη θερμοκρασία 313 βαθμών Κέλβιν (περίπου + 40 °C), θα αυξηθεί ήδη σε πολύ υψηλότερα 354 m/s. Στον αέρα, ο ήχος θα κινείται επομένως ταχύτερα αν η θερμοκρασία είναι θερμότερη. Στην πράξη, ωστόσο, ο ήχος ταξιδεύει τόσο γρήγορα που μετά από ένα ατύχημα με χιονοστιβάδα αυτό σίγουρα δεν χρειάζεται να είναι η μεγαλύτερη ανησυχία σας.
Τέλος, αν μιλάμε για την ταχύτητα του ήχου στο νερό, ο τύπος γίνεται ακόμη πιο περίπλοκος. Εξάλλου, εδώ πρέπει να λάβουμε υπόψη όχι μόνο τη θερμοκρασία, αλλά και την αλατότητα και το βάθος του νερού.
Θόρυβος για ανθρώπους και ζώα
Για το ανθρώπινο αυτί, οι ηχητικές δονήσεις είναι αισθητές σε ένα εύρος περίπου 20 έως 20.000 Hertz (20 kHz). Ωστόσο, αυτό διαφέρει από άτομο σε άτομο. Ιδιαίτερα οι ηλικιωμένοι δυσκολεύονται περισσότερο να αντιληφθούν ηχητικές δονήσεις σε υψηλές συχνότητες.
Αναρωτιέστε σε ποια συχνότητα μπορείτε να αντιληφθείτε; Παίξτε το παρακάτω βίντεο και μάθετε.
Η σημασία της συχνότητας για τον άνθρωπο και τα ζώα
Γνωρίζουμε το κατώτατο όριο ακοής των 20 Hz κυρίως ως το όριο με τους υπέρτονους ήχους. Δεν μπορούμε να ακούσουμε έναν τέτοιο υπέρυθρο ήχο, αλλά μερικές φορές μπορούμε να αισθανθούμε τις δονήσεις. Ο υπέρυθρος ήχος, ωστόσο, χρησιμοποιείται από πολλά ζώα. Εξάλλου, τα βοηθά να επικοινωνούν σε μεγάλες αποστάσεις. Οι ελέφαντες, οι ρινόκεροι και οι καμηλοπαρδάλεις, μεταξύ άλλων, χρησιμοποιούν τον υπέρ-ήχο για το λόγο αυτό. Ωστόσο, μπορεί να εξυπηρετήσει και έναν άλλο σκοπό. Πράγματι, ορισμένα είδη φαλαινών χρησιμοποιούν τον υπέρ-ήχο για να παραλύσουν τη λεία τους, κυρίως τα καλαμάρια.
Όταν ξεπερνιέται το ανώτερο όριο ακοής (20 kHz), μιλάμε για υπερηχητικό ήχο. Ορισμένα είδη ζώων χρησιμοποιούν τους υπερήχους για να προσανατολίζονται (π.χ. νυχτερίδες) ή για να εντοπίζουν τη λεία τους (π.χ. δελφίνια). Ωστόσο, και οι άνθρωποι έχουν βρει μια σειρά από εφαρμογές. Μια σημαντική εφαρμογή των υπερήχων είναι η υπερηχογραφία (απεικόνιση των διαφορών μεταξύ μαλακών και σκληρών ιστών μέσω υπερήχων). Ένα άλλο παράδειγμα μπορεί να βρεθεί στην οδοντιατρική (καθαρισμός οδοντιατρικών εργαλείων και αφαίρεση της πέτρας). Για μια άλλη εφαρμογή υπερήχων, ωστόσο, πρέπει ήδη να πάμε πίσω στο παρελθόν: στη δεκαετία του 1970, για παράδειγμα, τον χρησιμοποιήσαμε για τη λειτουργία των τηλεοράσεων.
Τέλος, υπάρχει μια τελευταία κατηγορία θορύβου: ο υπερηχητικός θόρυβος. Πρόκειται για ήχο με συχνότητες από 800 MHz και πάνω. Στην πραγματικότητα, ο όρος προέκυψε v επειδή για μεγάλο χρονικό διάστημα οι άνθρωποι δεν ήταν σε θέση να παράγουν τέτοιες ηχητικές συχνότητες. Σήμερα, χάρη στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, αυτό δεν αποτελεί πλέον εμπόδιο. Χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, για τη μελέτη των στερεών.
Η σημασία των επιπέδων θορύβου για τους ανθρώπους και τα ζώα
Δεν παίζει ρόλο μόνο η συχνότητα του ήχου, αλλά και η στάθμη του ήχου (dB). Κατ' αρχήν, ένας άνθρωπος μπορεί επίσης να ακούσει μια στάθμη ήχου μεταξύ 0 και 130 dB, αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για κώφωση που σχετίζεται με τον θόρυβο. Με απώλεια ακοής από 30 έως 60 dB, κάποιος συνήθως χρησιμοποιεί ακουστικό βαρηκοΐας. Για σύγκριση: το θρόισμα των φύλλων έχει ηχητική στάθμη περίπου 10 dB, ενώ μια τηλεόραση στο επίπεδο του καθιστικού (+/- 1 μέτρο μακριά) έχει ηχητική στάθμη περίπου 60 dB.
Εκτός από αυτό, θα πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη τη δυσάρεστη φύση των δυνατών θορύβων. Πράγματι, ξεκινώντας από τα 90 dB, η βλάβη της ακοής εμφανίζεται ήδη με παρατεταμένη έκθεση. Αυτός είναι περίπου ο ήχος που βιώνετε όταν στέκεστε δίπλα σε έναν αυτοκινητόδρομο. Μια ντισκοτέκ, με τη σειρά της, έχει επίπεδα θορύβου που φτάνουν τα 100 dB, παρόμοια με τον ήχο ενός κομπρεσέρ σε απόσταση ενός μέτρου. Εδώ ξεπερνάμε τα μέγιστα ντεσιμπέλ για μακροχρόνια έκθεση: γι' αυτό φροντίστε να δίνετε προσοχή με τα Σαββατοκύριακα των φεστιβάλ, όπου εκτίθεστε σε υψηλά επίπεδα θορύβου ασταμάτητα.
Από ένα μέγιστο ντεσιμπέλ 120 dB, η βλάβη της ακοής εμφανίζεται ξανά με βραχυπρόθεσμη έκθεση. Αυτός είναι περίπου ο ήχος ενός κινητήρα τζετ σε απόσταση +/- 100 μέτρων. Τέλος, το κατώφλι του πόνου είναι 134 dB, χαμηλότερο από τον ήχο που βιώνουμε από έναν πυροβολισμό σε απόσταση ενός μέτρου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, χωρίς συσκευές προστασίας, θα εμφανιστεί σχεδόν πάντα βλάβη της ακοής.
Διάφορες εφαρμογές του ήχου
Ο ήχος δεν χρησιμοποιείται μόνο από τους ανθρώπους για να βιώσουν τη μουσική. Είναι επίσης πολύ σημαντικός για την αμοιβαία επικοινωνία, για παράδειγμα. Ωστόσο, ο αριθμός των (δυνητικών) εφαρμογών είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτό. Μεταξύ άλλων, ο υπέρηχος, που αναφέρθηκε προηγουμένως, το αποδεικνύει αυτό. Πράγματι, αν γνωρίζουμε την ταχύτητα του ήχου ή άλλα χαρακτηριστικά, μπορούμε να προσδιορίσουμε πολλά. Νωρίτερα αναφέραμε, για παράδειγμα, ότι μπορούμε να υπολογίσουμε την ταχύτητα του ήχου στο νερό. Πράγματι, στέλνοντας έναν ηχητικό παλμό υποβρυχίως και μετρώντας το χρόνο μέχρι την ανάκλαση του παλμού, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση από ένα αντικείμενο ή το βυθό. Με άλλα λόγια, ο ήχος είναι κάτι περισσότερο από ένα μουσικό δώρο, ένα μέσο επικοινωνίας ή ένα προειδοποιητικό σήμα: αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της σύγχρονης τεχνικής μας γνώσης.
Η ακουστική φύση του ήχου
Τέλος, όλα αυτά μας φέρνουν και πάλι πίσω σε αυτά τα δύο μαγικά όρια: 20 Hz και 20 kHz. Εξάλλου, ο ήχος μεταξύ αυτών των δύο ορίων είναι η πιο "απτή" μορφή ήχου για εμάς. Είναι η κόρνα του αυτοκινήτου που κορνάρει, αλλά είναι και η Ενάτη Συμφωνία σε ρε ελάσσονα. Είναι ο ήχος στη στενότερη μορφή του: ο ήχος που είναι απλώς αντιληπτός από τους ανθρώπους. Τελικά, παραμένει το ερώτημα πώς μπορούμε τώρα να αντιληφθούμε αυτόν τον ήχο.
Στην πραγματικότητα, είναι το πτερύγιο που συλλέγει τις ηχητικές δονήσεις και τις μεταφέρει μέσω του ακουστικού πόρου στο τύμπανο. Στο τύμπανο, ο ήχος μεταδίδεται στα οστάρια (σφυρί, αμόνι και αναβολέας), τα οποία λειτουργούν ως ενισχυτές. Στη συνέχεια, το υγρό στον κοχλία θα κινηθεί, προκαλώντας τα τριχωτά κύτταρα να ακολουθήσουν. Αυτές οι κινήσεις διεγείρουν τελικά τις νευρικές απολήξεις με τις οποίες υπάρχει σύνδεση με το στέλεχος του εγκεφάλου. Ο εγκέφαλος στη συνέχεια θα "μεταφράσει" τα εισερχόμενα ερεθίσματα και θα τα στείλει στον θάλαμο. Αυτό το τμήμα του εγκεφάλου επεξεργάζεται επίσης τις πληροφορίες από αυτό που βλέπουμε ή αισθανόμαστε και θα ερμηνεύσει τις "μεταφρασμένες πληροφορίες". Τέλος, αυτή η ερμηνεία μεταδίδεται στον εγκεφαλικό φλοιό.
Στον εγκεφαλικό φλοιό, ο ακουστικός ήχος φτάνει στο τέλος του ταξιδιού του. Εκεί αποκτά νόημα. Συνδέεται με τις αναμνήσεις μας. Μας βοηθά να αναγνωρίσουμε τους ήχους: τη φωνή της μητέρας ή τον ήχο ενός τρένου που πλησιάζει. Αυτές οι αναμνήσεις μπορούν επίσης να προκαλέσουν συναισθήματα. Για παράδειγμα, το άκουσμα της φωνής ενός αποθανόντος μπορεί να προκαλέσει θλίψη ή ευτυχία, ακόμη και αν δεν αναγνωρίζουμε τη φωνή ή δεν ασχολούμαστε μαζί της. Όπως ο ήχος είναι θαυματουργός, έτσι είναι και ο εγκέφαλός μας. Είναι επίσης ακριβώς ο λόγος για τον οποίο αγαπάμε τόσο πολύ τον ήχο και οι διάσημοι μουσικοί μπορούν να ζήσουν πλούσια ζωή.
Το να δίνουμε περισσότερο νόημα στον ήχο είναι μέρος αυτού που κάνει τους ανθρώπους ανθρώπους ανθρώπους.
