Symulacja pokazuje, w sposób schematyczny, propagację fali dźwiękowej w dwóch wymiarach. Na widoku z góry zaznaczono zielonymi okręgami tak zwane powierzchnie falowe, czyli miejsca w przestrzeni, w których fala ma tę samą fazę. Widok z boku przedstawia natomiast przekrój przez falę. Zielone kreski odpowiadają powierzchniom falowym widocznym na widoku z góry, natomiast czerwone punkty to wartości ciśnienia w danym punkcie. Pamiętajmy, że fala dźwiękowa to właśnie podróżujące w przestrzeni zaburzenie ciśnienia, które ludzkie ucho i mózg interpretują jako dźwięki o różnej częstotliwości i głośności. Warto tu podkreślić, że natężenie fali dźwiękowej - proporcjonalne do kwadratu jej amplitudy - i głośność dźwięku nie są sobie jednoznaczne. Ludzki słuch ma nieliniową charakterystykę i dźwięki o tym samym natężeniu odbieramy jako dźwięki o różnej głośności, w zależności od ich częstotliwości.
Poniższa symulacja zawiera również pewne uproszczenie - natężenie dźwięku nie maleje na niej wraz z odległością od źródła. W rzeczywistości natężenie dźwięku jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła.
R1TJsdRwq1IcX
Symulacja w sposób schematyczny przedstawia propagację fali dźwiękowej w powietrzu. Źródło dźwięku wytwarza falę o zadanej długości, która jest reprezentowana przez fronty falowe - współśrodkowe ze źródłem okręgi, odpowiadające miejscom w przestrzeni, w których fala ma tę samą fazę. Promień każdego z tych okręgów rośnie z prędkością równą prędkości fali, a nowy front falowy jest emitowany zawsze po upływie czasu równego okresowi fali. Odległość miedzy dwoma wyemitowanymi bezpośrednio po sobie frontami falowymi (różnica promieni odpowiadających im okręgów) jest równa długości fali.
Symulacja pozwala na zmianę temperatury powietrza, która wpływa na prędkość dźwięku. Przy temperaturze 0 ℃ prędkość dźwięku wynosi , natomiast przy 50 ℃ dźwięk rozchodzi się z prędkością .
Jako ciekawostkę, poniżej załączyliśmy próbki dźwięków o różnych częstotliwościach z zakresu, jaki dostępny jest w symulacji.
20 Hz
R1ARIpSi80fB0
40 Hz
RzygaaQAgNUJH
60 Hz
R1BLJzCPvhfQl
100 Hz
RYXq9fkx7FiY6
200 Hz
RLyxaL414ojyj
3 kHz
Takiej częstotliwości wprawdzie nie da się uzyskać na symulacji, ale zamieściliśmy odpowiadającą jej próbkę dla porównania, gdyż ludzki słuch jest najbardziej czuły w zakresie 2 kHz - 4 kHz.
R26Bir1QYnCnd
Jeżeli nie słyszycie dwóch pierwszych próbek, to nie przejmujcie się tym. Do ich odtworzenia potrzebne są słuchawki lub głośniki o odpowiedniej charakterystyce i dobry słuch!
1
Polecenie 1
Długość fali to, kolokwialnie mówiąc, jej przestrzenny okres - czyli odległość, po jakiej fala zaczyna się powtarzać. Sprawdź na symulacji, jak długość fali wpływa na powierzchnie falowe i kształt funkcji opisującej wartość ciśnienia w danym miejscu.
Powierzchnie falowe to takie miejsca, w których fala ma tę samą fazę. W przypadku fali akustycznej oznacza to, że na powierzchniach falowych ciśnienie jest takie samo. Powierzchnie te są oddalone od siebie o długość fali, gdyż to właśnie długość mówi nam o tym, kiedy fala zaczyna się powtarzać. Widać to na symulacji wyraźnie w oknie pokazującym widok z boku.
1
Polecenie 1
Jak prędkość fali powiązana jest z jej długością i częstotliwością?
Prędkość fali jest iloczynem długości i częstotliwości.
1
Polecenie 2
Sprawdź na symulacji, jak temperatura wpływa na czas, po jakim fala dociera ze źródła do ucha.
Zgodnie z modelem propagacji fali przedstawionym w rozdziale przeczytaj, wraz ze wzrostem temperatury rośnie prędkość fali, a przez to maleje czas, po jakim dźwięk dociera do obserwatora.
1
Polecenie 2
Jak temperatura wpływa na czas, po jakim fala dociera ze źródła do obserwatora?
Zgodnie z modelem propagacji fali przedstawionym w rozdziale przeczytaj, wraz ze wzrostem temperatury rośnie prędkość fali, a przez to maleje czas, po jakim dźwięk dociera do obserwatora.
1
Polecenie 3
Wyszukaj w Internecie informacje na temat zakresu częstotliwości dźwięku słyszalnego przez człowieka i tego, jak nazywamy dźwięki należące do różnych zakresów częstotliwości. Jak nazwalibyśmy zakres przedstawiony na symulacji (20 Hz - 200 Hz)?
Dźwięki przedstawione na symulacji należą do dźwięków o niskiej częstotliwości. Dźwięk z zakresu 20 Hz - 60 Hz to tak zwany sub‑bas, natomiast 60 Hz - 250 Hz to bas. Takie dźwięki możemy uzyskać za pomocą np. harfy lub kontrabasu.
1
Polecenie 4
Czy dźwięki na wszystkich próbkach wydawały ci się tak samo głośne?
Podkreślmy, że amplituda sygnału we wszystkich próbkach jest taka sama. Jednak próbka o największej częstotliwości (200 Hz; pomijamy tu próbkę 3 kHz, choć ona powinna wydać się najgłośniejsza) powinna być postrzegana jako najgłośniejsza, gdyż w tym zakresie (bas/sub‑bas) czułość ludzkiego słuchu maleje wraz z częstotliwością. Oczywiście trzeba pamiętać o tym, że głośność jest wypadkową charakterystyki słuchu i urządzenia odtwarzającego dźwięk, ale charakterystyka urządzeń również opada na krańcach przedziału (w tym przypadku basu/sub‑basu).