Äänen ja synteesin perusteita
Värähtely
  • © 2022 Otto Romanowski Ota yhteyttä! 0

Värähtely

Värähtely

Perusteita

Yksinkertaisin värähtely syntyy, kun jokin liikkuu tasaisesti edestakaisin tasapainopisteensä molemmin puolin. Kaappikellon heiluri on hyvä esimerkki, se liikkuu edestakaisin niin kauan kuin vetoa riittää.

Yksinkertaisimman värähtelyn kuvaaja on samannäköinen kuin yksikköympyrän sinin muodostuminen. Siinä kierretään loputtomiin tasaisella nopeudella pitkin ympyrän kehää. Katso viereinen kuva.

Stacks Image 38
Ohessa siniaallon, äänen "atomin", ominaisuuksia.

Amplitudi, voimakkuus eli aallon korkeus, yleensä 0 ... +Vmax välinen matka. Mittayksikkönä on useasti kymmenesosa Beliä eli desibeli, dB.

Periodi on aallonpituuden ajallinen kesto, eli paljonko kuluu aikaa kahden samanlaisen ääniaallon pisteen välillä. Aallonpituutta voidaan mitata myös pituuksina (m, cm). Viereisessä kuvassa on yksi periodi siniaaltoa.


Frekvenssi, taajuus eli äänen korkeus: montako kertaa periodi toistuu sekunnissa. Esimerkiksi sävelessä a1 periodi toistuu 442 kertaa sekunnissa. Mittayksikkönä on Herz eli periodia/sekunti, joten a1:n taajuus on 442 Hz.
Vanhemmissa laitteissa käytetään joskus termiä jaksonaika, cps (cycles per second).

On syytä muistaa, että taajuus on kääntäen verrannollinen aallonpituuteen eli mitä suurempi taajuus sitä pienempi on aallonpituus.

Phase eli vaihe on tietty kohta aallolla ja se ilmaistaan asteina. Nämä asteet ovat seurausta yksikköympyrällä liikkumisesta.
Stacks Image 61

Ilmanpaine

Ääni on ilmanpaineen vaihtelua.

Ylempänä punaiset pisteet kuvaavat muutamaa yksittäistä ilmamolekyyliä. Mäntä värähtelee ja tuo värähtely muuttuu ilmanpaineen muutoksiksi.

Alempana kuvataan ilmanpaineen muutosta. Keskiviiva on normaalipaine ja ylhäällä on suurempi ja alempana pienempi paine.

Mäntä liikkuu tasaisesti ja ilmanpaineen kuvaajasta näkyy paineen sinikäyrän muotoinen muutos.

Ääniaallon nopeus normaalipaineessa ja -kosteudessa on 343 m/s eli kilometriin kuluu n. 3 sekuntia. Tästä syystä salaman etäisyyttä kilometreissä arvioidaan laskemalla välähdyksestä sekunteja ja jakamalla saatu sekuntimäärä kolmella. Kuuloalueen ääripäiden aallonpituudet ovat 17m (20Hz) ... 17mm (20kHz).
Stacks Image 72
Paineen vaihtelu eli ääniaalto, ei siis yksittäiset ilmamolekyylit, etenee teoriassa pallomaisesti äänilähteestä joka suuntaan.

Käytännössä matalat taajuudet etenevät tasaisemmin kaikkialle kun taas mitä korkeampi on ääni, sitä suuntaavampi se on. Tästä johtuu, että konserttisalissa ison pylvään taakse ei kuulu kovin hyvin korkeita ääniä, mutta matalat kuuluvat hyvin.
Stacks Image 82
Viereisessä kaaviossa on muutamia aallonpituuksia ja niiden taajuuksia.
Stacks Image 92
Faktoja:
1. Yksinkertaisin tasainen värähtely on sinikäyrän muotoinen.
2. Ääni on ilmamolekyylien värähtelyä eli ilmanpaineen muutoksia.
3. Ääniaalto etenee äänilähteestä lähes pallomaisesti joka suuntaan.
4. Voimakkuus on ääniaallon laajuus, amplitudi, yksikkönä dB.
5. Sävelkorkeus on ääniaallon värähtelynopeus, frekvenssi, yksikkönä Hz.

versio 1.7.2022

Site by Otto Romanowski