Heli

See artikkel See artikkel räägib üldmõistest. Naisenime kohta vaata artiklit Heli (eesnimi). Jõhvi segakoori kohta vaata artiklit Heli (Jõhvi koor). Põltsamaa segakoori kohta vaata artiklit Heli (Põltsamaa koor).

Heli on üldises füüsikalises tähenduses akustikas vaadeldavate elastsuslainete (deformatsioonilainete, helilainete) levik elastses keskkonnas (gaasis, vedelikus, tahkises või plasmas (seal on tavalise heli analoog ioonhelilained ehk ioonheli)). Gaasis ja vedelikus on helilained ainult pikilained, tahkises ka ristlained). Elastsuslained põhinevad keskkonna osakeste võnkliikumisel.

Kitsamas tähenduses mõistetakse heli all meeleelundite abil tajutavat (kuuldavat) heli. Inimene kuuleb heli sagedusega ligikaudu Hz kuni 16 000–20 000 Hz. Sellest madalamat heli nimetatakse infraheliks, sellest kõrgemat heli ultraheliks (kuni 1 GHz) või hüperheliks (üle 1 GHz, 109–1013 Hz, gaasidel 109 Hz). Hüperheli sagedust piirab aine ehitus: gaasides peab elastsuslaine pikkus olema suurem molekulide keskmise vaba tee pikkusest, vedelikes ja tahkistes suurem kahekordsest molekulide või aatomite vahekaugusest. Infraheli sagedusel alumine piir praktiliselt puudub: looduses esineb helivõnkumisi, mille sagedus on mõni tuhandik hertsi. Hüperhelilaineid kristallides käsitletakse mõnikord kvaasiosakeste foono­nite kaudu.

Heliks nimetatakse ka heliaistingut.

Kuuldavate helide seas on häälikud, millest koosneb suuline kõne, ja muusikalised helid, millest koosneb muusika. Muusikalised helid sisaldavad tavaliselt mitut tooni ehk sageduskomponenti (kindlate sagedustega laineid ), mõnikord ka laia sageduste diapasooniga mürakomponente.

Füüsika

Helilaine

 Pikemalt artiklites Helilaine ja Võnkumine
Õhus levivad helilained koosnevad vahelduvatest tihenemise ja hõrenemise piirkondadest

Helilained on võnkumise näide. Iga võnkumine on seotud süsteemi tasakaalu häirimisega ja avaldub selles, et süsteemi omadused kalduvad tasakaaluväärtustest kõrvale ning seejärel tulevad algväärtuse juurde tagasi. Helivõnkumise puhul on see omadus rõhk keskkonna punktis, ja selle kõrvalekallet tasakaaluväärtusest nimetatakse helirõhuks.

Kui elastse keskkonna osakesi ühes kohas (näiteks kolvi abil) järsult nihutada, siis selles kohas rõhk tõuseb. Tänu osakestevahelistele elastsetele sidemetele kandub rõhk edasi naaberosakestele, mis omakorda mõjutavad järgmisi, ja kõrgema rõhu piirkond otsekui kulgeb läbi elastse keskkonna. Rõhu tõusu järel tekib madala rõhu piirkond, ja nii tekib vahelduvate tihenemise ja hõrenemise piirkondade jada, mis levib keskkonnas laine kujul. Elastse keskkonna iga osake sooritab seejuures asukoha võnkumist.

Elastse keskkonna osakeste võnkliikumise kiirust (kiirusvektori moodulit) nimetatakse võnkumiskiiruseks ja seda mõõdetakse ühikutes m/s või cm/s.

Võnkumise sumbumine

Vaata ka: Sumbumine

Reaalsete võnkesüsteemide energia muutub, sest osa energiast kulub töö tegemiseks hõõrdejõudude vastu või energia kiirgamiseks ümbritsevasse keskkonda. Elastses keskkonnas võnkumised aja jooksul sumbuvad. Sumbumise kirjeldamiseks kasutatakse sumbumust (S), logaritmilist dekrementi (D) ja hüvetegurit (Q).

Sumbumus (S) näitab, kui kiiresti võnkumise amplituud väheneb aja jooksul (eksponentsiaalse sumbumise korral). Kui tähistada ajavahemikku, mille jooksul amplituud väheneb e = 2,718 korda, sümboliga , siis

.

Logaritmiline dekrement (D) kirjeldab, kui palju amplituud ühe võnke jooksul väheneb (eksponentsiaalse sumbumise korral). See arvutatakse võnkeperioodi (T) ja sumbumisaja suhtena:

.

=== Sundvõnkumine ===​

 Pikemalt artiklis Sundvõnkumine

Kui kadudega võnkesüsteemidele rakendada perioodiliselt muutuvat välist jõudu, siis tekib sundvõnkumine, mille käitumine jäljendab mingil määral välise jõu muutusi. Sundvõnkumise sagedus (pärast üleminekuprotsessi vaibumist) ei sõltu süsteemi parameetritest. Amplituud seevastu sõltub süsteemi massist, mehaanilisest takistusest ja jäikusest. Nähtust, mille korral nihke amplituud saavutab maksimaalse väärtuse, nimetatakse mehaaniliseks resonantsiks. Kiiruse amplituudi maksimum on sundvõnkumise sagedusel, mis langeb kokku mehaanilise süsteemi sumbumatu omavõnkumise sagedusega (omavõnkesagedusega).

Kui välise mõjutuse sagedus on resonantssagedusest oluliselt väiksem, tasakaalustab välist harmooniliselt muutuvat jõudu peaaegu täielikult elastsusjõud. Kui ergastussagedus on resonantssagedusele lähedane, etendavad peamist osa hõõrdejõud. Juhul kui välise mõjutuse sagedus on resonantssagedusest tunduvalt suurem, määrab võnkesüsteemi käitumise mass (inertsijõud).

Akustiline impedants

Keskkonna omadust juhtida akustilist energiat iseloomustab akustiline impedants. Keskkonna akustiline impedants on keskkonnas tekkiva helirõhu amplituudi ja osakeste võnkumiskiiruse amplituudi suhe. Mida suurem on akustiline impedants, seda suurem on helirõhu amplituud (tihenemise ja hõrenemise aste) osakeste võnkumise sama amplituudi juures. Tasalaine korral on keskkonna akustiline impedants (Z)v õrdne keskkonna tiheduse () ja helilainete levimiskiiruse (c) korrutisega:

.

Keskkonna akustilist impedantsi mõõdetakse paskalsekundites meetri kohta (Pa·s/m). Keskkonna akustilist impedantsi saab määrata helilainete neeldumise, murdumise ja peegeldumise põhjal.

Helirõhk

Helirõhk keskkonnas on vahe rõhu hetkväärtuse vahel mingis keskkonna punktis helivõnkumise olemasolu korral ja staatilise rõhu vahel samas punktis selle puudumise korral. Teiste sõnadega, helirõhk on muutuv täiendav rõhk, mille helivõnkumine keskkonnas tekitab. Muutuva helirõhu maksimaalset absoluutväärtust (helirõhu amplituudi) tasapinnalise harmoonilise helilaine korral ideaalses elastses keskkonnas saab arvutada osakeste võnkeamplituudi kaudu:

,

kus

  • P on maksimaalne helirõhk (helirõhu amplituud);
  • f on sagedus;
  • c on heli levimiskiirus;
  • 𝜌 on keskkonna tihedus;
  • A on keskkonna osakeste võnkeamplituud.

Tasalaine puhul muutub helirõhu väärtus poole lainepikkuse (λ/2) pärast maksimaalsest (positiivsest) minimaalseks (negatiivseks). Rõhkude vahe nendes kahes punktis on 2P. Helirõhku mõõdetakse paskalites.

Rõhk, mida laine levik avaldab keskkonna osakestele, tuleneb elastsusjõudude ja inertsijõudude mõjust. Inertsijõud tekivad osakeste kiirendustest, mille väärtus perioodi jooksul kaks korda null (kui osake on tasakaaluasendis) ja kaks korda absoluutväärtuselt maksimaalne (kui osake on äärmusasendis). Kiirendus muudab perioodi jooksul kaks korda märki ja on nihkega vastassuunaline.

Kiirenduse ja rõhu maksimaalsed väärtused ei lange antud osakese puhul ajaliselt kokku. Hetkel, kui kiirenduse absoluutväärtus on maksimaalne (võrdub kiirenduse amplituudiga), on rõhu muutumise kiirus null. Kiirenduse amplituud 𝑎 on määratud avaldisega

,

kus

  • 𝐴 on osakese võnkeamplituud (absoluutväärtuselt maksimaalne nihe tasakaaluasendist);
  • 𝑓 on sagedus;
  • ω=2πf on nurksagedus.

Heli kiirgusrõhk

Vaata ka: Heli kiirgusrõhk

Kui helilained põrkuvad takistusele või keskkonnapiirile, ei avalda need takistusele mitte ainult muutuvat helirõhku, vaid ka püsivat keskmist rõhku. Helilainete levikul tekkivad keskkonna tihendus- ja hõrenduspiirkonnad põhjustavad vahelduvaid rõhumuutusi võrreldes ümbritseva keskkonna staatilise rõhuga, kuid lainete impulsi ülekandumise ja mittelineaarsete efektide tõttu tekib lisaks ka püsiv rõhukomponent. Seda püsivat keskmist rõhku nimetatakse heli kiirgusrõhuks. Kiirgusrõhk avaldub eelkõige siis, kui helilaine energia neeldub või peegeldub. Kiirgusrõhu toimel võivad ultrahelilainete jõudmisel vedeliku ja õhu piirile tekkida vedelikufontäänikesed ning pinnalt eralduda tilgad. Seda nähtust kasutatakse näiteks ravimite aerosoolide ja nebulisaatorite valmistamisel. Kiirgusrõhku rakendatakse ka ultrahelivõngete võimsuse mõõtmisel ultrahelikaaludes (radiatsioonijõu meetodil).

Helilainete siht

Vedelikus ja gaasilises keskkonnas levivad helilained pikilainetena, st osakeste võnkumise siht langeb kokku laine levimise sihiga. Tahkistes tekivad lisaks pikideformatsioonidele ka elastsed nihkedeformatsioonid, mis põhjustavad ristlainete tekkimist; sel juhul võnguvad osakesed laine levimise sihiga risti. Pikilained levivad tunduvalt kiiremini kui ristlained.

Heli füüsikalised parameetrid

Füüsikaliselt saab heli iseloomustada näiteks tema kestuse ja helirõhu amplituudiga või osakese siirde amplituudiga või osakese kiiruse amplituudiga või kiirenduse amplituudiga). Lihtheli iseloomustab ka tema sagedus. Keskkonnas levimisel võib heli (helilainet) kirjeldada näiteks tema lainepikkuse ja levimiskiirusega ehk helikiirusega.

Helispekter

Vaata ka: Helispekter
Helisignaalide kujude (vasakul) ja vastavate spektrite näited: a–c – diskreetsed; d – pidev

Heli on üldjuhul eri sagedustega lainete kogum, kuigi analüüsis vaadeldakse sageli ühte konkreetset sageduskomponenti. Heli intensiivsuse jaotus sageduse järgi (helispekter) võib olla kas pidev või diskreetne, viimase puhul esinevad selged maksimumid sagedustel . Sagedusanalüüsiga lahutatakse heli üksikuteks lihthelideks (toonilisteks komponentideks). Diskreetse spektri saab selle esitada deltafunktsioonide summana , mis vastab sageduste ja nende panuste loetelule . Müradele on iseloomulik pidev spekter, kus akustiline energia on jaotunud laias sagedusvahemikus; sageli sisaldab see ka üksikuid diskreetseid komponente. Muusikalisel helil on tavaliselt joonspekter, mis koosneb põhisagedusest ja selle harmoonilistest kordsetest: põhisagedus määrab tajutava helikõrguse, harmooniliste amplituudide jaotus aga tämbri. Kõne spektris esinevad formandid – suhteliselt püsivad sageduskomponentide piirkonnad, mis vastavad kindlatele foneetilistele elementidele.

Heli intensiivsus

 Pikemalt artiklis Heli intensiivsus

Heli intensiivsus on skalaarne füüsikaline suurus, mis iseloomustab helilainega levimise suunas ülekantavat võimsust pindalaühiku kohta. See arvestab kogu sagedusvahemikku, nimelt . Eristatakse hetkelist heli intensiivsust ja mingi ajavahemiku keskmist heli intensiivsust . Heli intensiivsus sõltub helirõhu amplituudist või osakeste võnkumiskiirusest, keskkonna laine­takistusest ja laine kujust. Vastav subjektiivne tunnus on helivaljus, mis sõltub ka sagedusest ja muudest teguritest.

Helikestus

Vaata ka: Helikestus

Helikestus on ajavahemik, mille jooksul helilained läbivad antud ruumipunkti. See vastab heliallika võnkumise kestusele. Siin ei võeta arvesse heli peegeldusi ja järelheli. Helikestust mõõdetakse sekundites. Selle subjektiivne vaste on helivältus.

Helikiirus

Binauraalsel efektil põhinevad heliseirevahendid
Vaata ka: Helikiirus

Helikiirus on helilainete levimise kiirus mingis keskkonnas.

Helikiirus on gaasides tavaliselt väiksem kui vedelikes ja tahkistes. Õhus sõltub helikiirus temperatuurist ning normaaltingimustes on see ligikaudu 340 m/s.

Helikiirust gaasides ja vedelikes saab arvutada valemiga

,

kus on keskkonna adiabaatiline kokkusurutavus ja tihedus.

Gaasides ja vedelikes levivad helilained üksnes pikilainetena, mille kiirus sõltub keskkonna kokkusurutavusest ja tihedusest. Tahkistes võivad levida lisaks pikilainetele ka ristlained ja akustilised pinnalained; nende levimiskiirus sõltub elastsuskonstantide ja tiheduse kombinatsioonist. Kristallilistes tahkistes võib helikiirus olla anisotroopne, st sõltuda laine levimissihist kristallograafiliste telgede suhtes.

Heliallikad

Vaata ka: Heliallikas

Heliallikas on keha või protsess, mis tekitab elastses keskkonnas häirituse, s.o rõhu või mehaanilise pinge kõrvalekalde tasakaaluasendist või osakeste lokaalse nihke. Tavaliselt on heliallikaks mehaaniliselt võnkuv keha, mis ergastab ümbritsevat keskkonda (näiteks õhku). Sel põhimõttel töötab enamik muusikainstrumente ja teisi tehislikke helikiirgureid, samuti näiteks helihark, kõlar ja inimhääl; ka hääleaparaat on heliallikas. Näiteks keelpillides võnguvad keeled ja kõlalauad, valjuhääldites difuusorid ning telefonides membraanid. Heliallikatena kasutatakse ka piesoelektrilisi plaate. Mehhanismid ja seadmed on olulised mürasaaste allikad.

Heliallikates võidakse kasutada ka piiratud õhu- või veemahte, näiteks oreliviledes ja viledes. Viledes tekib võnkumine püsiva gaasivoolu toimel. Puhkpillides kujuneb heli õhuvoolu ja instrumendi vastastikuse toime tulemusel.

Looduses tekib heli näiteks tuule toimel, kui tahkiste ümber moodustuvad ja eralduvad keerised (näiteks hoonete servade ümber). Samuti võib heli tekkida õhu- või veevoolus keeriste moodustumisel ning vaba vedelikupinna (näiteks laineharjade) ebastabiilsuse korral; sellega kaasnevad pritsmed, mullide teke ning õhu ja vedeliku piiri kiired deformatsioonid.

Võnkumine võib tekkida löögist (klaverikeeled, kellad). Plahvatused ja varingud on madalsagedusliku heli ja infraheli allikad.

Võnkumine võib tekkida elektrivoolu võnkumise muundamisel mehaaniliseks võnkumiseks (elektroakustilised muundurid).

Tehnikas kasutatakse heli tekitamiseks heligeneraatoreid, koherentse heli saamiseks helilasereid ehk foononlasereid ehk akustilisi lasereid ehk sasereid.

Helivastuvõtjad

Helivastuvõtjad on seadmed ja elundid, mis võtavad vastu helienergiat ja muundavad selle teisteks energiavormideks. Nende seas on kuulmiselundid. Tehnikas kasutatakse peamiselt elektroakustilisi muundureid: mikrofone õhus, hüdrofone vees ja geofone maakoores.

Lisaks seadmetele, mis taasesitavad helisignaali ajalist struktuuri, on olemas mõõteriistad, millega mõõdetakse ajaliselt keskmistatud laineomadusi (näiteks Rayleigh' ketas, akustiline radiomeeter).

Heli lainenähtused

Mõnikord esineb heli dispersioon, mida põhjustavad aines toimuvad füüsikalised protsessid ning heli levik piiratud ruumides kui lainejuhtides. Helilainete levikul avalduvad kõikidele lainetele iseloomulikud nähtused, nagu interferents ja difraktsioon. Kui takistuste ja keskkonna ebaühtluste mõõtmed on lainepikkusest palju suuremad, allub heli levik peegelduse ja murdumise seadustele ning seda saab kirjeldada geomeetrilise akustika raames.

Heli sumbumine

Kauguse kasvades heli sumbub: selle amplituud ja heli intensiivsus vähenevad. Seda põhjustavad lainelise leviku geomeetrilised seaduspärasused (energia jaotumine üha suuremale pinnale) ja helienergia pöördumatu muundumine teisteks energiavormideks, peamiselt soojuseks.

Mittelineaarsed helinähtused

Suure amplituudiga helilained ei säilita enam täpselt harmoonilist kuju: laine moondub järk-järgult, tihendused levivad hõrendustest kiiremini, mistõttu algselt harmoonilise helilaine kuju moondub ja võib kujuneda lööklaineks. Tekivad täiendavad sageduskomponendid ehk harmoonikud. Sellised nähtused kuuluvad mittelineaarse akustika valdkonda, kuhu kuuluvad ka heli mittelineaarne neeldumine, helilainete vastastikmõju tahkistes ning akustiline kavitatsioon. Mittelineaarne käitumine on eriti oluline suurte amplituudide, piiratud ruumide ja lainejuhtide korral.

Heli pöördumatu mõju

Võimsates heliväljades tekivad näiteks akustilise kavitatsiooni ja soojuse toimel aine pöördumatud muutused, millel põhineb ultrahelitehnoloogia.

Ultraheli

 Pikemalt artiklis Ultraheli

Ultraheli on kõrge sagedusega helivõnkumine. Inimkõrv aistib elastsuslaineid sagedusega vahemikus ligikaudu 16 Hz – 20 kHz; kõrgema sagedusega võnkumine on ultraheli. Ultraheli peegeldumisel põhinevad ultrahelidefektoskoopia ja diagnostilised ultraheliuuringud.

Kui keskkonnas levib üheaegselt mitu helilainet, toimub nende superpositsioon ehk liitumine. Ühe sagedusega lainete liitumist nimetatakse interferentsiks. Helilainete lõikumisel võib keskkonna punktides võnkumine kas tugevneda või nõrgeneda, sõltuvalt faaside vahekorrast. Ühesuguse faasi korral amplituud suureneb, vastasfaasi korral väheneb.

Ultrahelilainete neeldumine

Et ultraheli levib viskoosses ja soojusjuhtivas keskkonnas, kus on ka muid sisemise hõõrdumise põhjusi, toimub lainete neeldumine. Kui laine allikast eemaldub, siis laine amplituud ja energia vähenevad, sest osa ultraheli energiast neeldub keskkonnas. Suurem osa neeldunud energiast muundub soojuseks, väiksem osa põhjustab keskkonnas pöördumatuid struktuurimuutusi.

Ultraheli tungimissügavus tähendab sügavust, mille korral ultraheli tugevus väheneb poole võrra. See suurus on pöördvõrdeline neeldumisega: mida tugevamalt keskkond ultraheli neelab, seda lühem on vahemaa, mille läbimisel ultraheli intensiivsus poole võrra väheneb.

Kui keskkonnas on ebaühtlusi, toimub heli hajumine, mis võib oluliselt muuta ultraheli leviku lihtsat pilti ja lõpuks põhjustada laine nõrgenemist ka esialgses levimissuunas.

Keskkondade piirpinnal (nt marrasknahk – pärisnahk – sidekirme – lihas) toimub ultrahelilainete murdumine.

Ultraheli liikuvad ja seisulained

Kui ultrahelilained keskkonnas levides ei peegeldu, tekivad liikuvad lained. Energiakadude tõttu osakeste võnkeamplituud kaugemal kiirgavast allikast väheneb. Kui ultrahelilainete levimisteel on erineva akustilise impedantsiga kudesid, siis ultrahelilained osaliselt peegelduvad. Kui langevad ja peegelduvad ultrahelilained liituvad, võivad tekkida seisulained. Seisulainete tekkimiseks peab kiirguri ja peegeldava pinna vaheline kaugus olema täisarv poollainepikkusi.

Infraheli

 Pikemalt artiklis Infraheli

madalam, kui inimese kõrv suudab aistida. Infraheli sagedusvahemiku ülempiiriks peetakse tavaliselt 16–25 Hz. Kokkuleppeline alampiir on 0,001 Hz. Praktilist huvi võivad pakkuda ka võnkumised sagedusega kümnendikud või isegi sajandikud hertsist, st perioodidega kümnete sekundite suurusjärgus.

Et infraheli tekib samamoodi nagu kuuldav heli, allub see samadele seaduspärasustele ning selle kirjeldamisel kasutatakse sama matemaatilist aparatuuri (välja arvatud helitasemega seotud mõisted). Infraheli neeldub keskkonnas nõrgalt ja võib seetõttu levida allikast väga kaugele. Väga suure lainepikkuse tõttu on infraheli puhul eriti väljendunud difraktsioon.

Meres tekkivat infraheli on mainitud ühe võimaliku põhjusena, miks leitakse ilma meeskonnata laevu.[1]

Katsed ja demonstratsioonid

Heli seisulainete demonstreerimiseks kasutatakse Rubensi toru.

Heli levimiskiiruse erinevus avaldub ilmekalt siis, kui hingatakse õhu asemel sisse heeliumi ja räägitakse seda välja hingates: hääl muutub kõrgemaks. Kui aga gaasiks on väävelheksafluoriid SF6, kõlab hääl madalamalt. Asi on selles, et gaasid on ligikaudu ühtemoodi kokkusurutavad, mistõttu väga väikese tihedusega heeliumis on heli levimiskiirus võrreldes õhuga suurem, kuna aga gaasi kohta väga suure tihedusega väävelheksafluoriidis on see väiksem. Et resonaatoriks oleva suuõõne mõõtmed jäävad muutumatuks, muutub resonantssagedus: mida suurem on heli levimiskiirus, seda kõrgem on resonantssagedus, kui muud tingimused jäävad samaks.

Heli levimiskiirusest vees saab visuaalse ettekujutuse katses, kus vaadeldakse valguse difraktsiooni ultrahelil vees. Vees on heli levimiskiirus võrreldes õhuga suurem, sest kuigi vee tihedus on oluliselt suurem (mis iseenesest vähendaks helikiirust), on vesi väga väikese kokkusurutavusega. Seetõttu on vee ruumelastsusmoodul palju suurem kui õhul ning see asjaolu ületab tiheduse mõju, nii et heli levib vees mitu korda kiiremini kui õhus.

2014. aastal esitleti seadet, mis suudab helilainete abil tõsta sentimeetrise läbimõõduga esemeid.[2][3][4].

Psühhofüüsika

Heli aistimine

Bioloogiliselt suudavad helisid aistida kõik selgroogsed, enamik lülijalgseist ning sporaadiliselt mõned muud loomarühmad.

Füsioloogiliselt suudab normaalse kuulmisega inimene aistida õhus levivaid helisid võnkesagedusega 16 – 20 000 Hz (väikelapsed isegi kuni 40 000 Hz[5]). Kuuldepiiridest kõrgema ja madalama sagedusega heli nimetatakse vastavalt ultraheliks ja infraheliks.

Heliaistingud ja -tajud on inimese jaoks nägemisaistingute ja -tajude järel tähtsuselt teisel kohal[viide?]. Inimese keele- ja kõnevõime sõltub olulisel määral helide tajumise ja mõistmise võimest ja seetõttu ei ole sünnipäraselt täieliku kuulmispuudega inimene (kurttumm) enamasti võimeline normaalselt kõnelema.

Heliaistingu omadused

Kui heli läbib inimese kuulmiselundid, teiseneb füüsikaline heli füsioloogiliseks heliks ehk tekib kuulmine. Füsioloogiline heli muundub psüühiliseks ehk muusikaliseks heliks. Tekib helitaju. Heli muusikaliste omaduste peamine erinevus heli füüsikalistest omadustest seisneb selles, et inimkõrv ei taju väga väikesi muutusi heli füüsikalistes omadustes. Alles muutuste jõudmisel teatud piirini registreerib inimene selle muutusena ka muusikalistes omadustes. See seaduspära on omane ka teistele aistinguliikidele ja on psühholoogias tuntud kui Weberi seadus: ärrituse suuruse muut, mis on vajalik ärrituse suuruse muutumise märkamiseks, on kindlas suhtes ärrituse varasema suurusega. Seetõttu on erinevaid võnkesagedusi palju rohkem kui erinevaid helikõrgusi, erinevaid võnkeintensiivsusi on palju rohkem kui helitugevusi jne. Näiteks võnkeintensiivsuse kasvamise 10, 100, 1000 jne korda registreerib kõrv selle muutusena heli tugevuses 1, 2, 3 jne ühiku võrra. Muutusi võnkesagedustes 16 hertsilt 32 hertsile, 64 hertsile, 128 hertsile jne tajub kõrv muutustena heli kõrguses 1, 2, 3 jne oktavi võrra. Seega tajub kõrv heli muutusi logaritmilise skaala järgi.

Füüsikalised omadused Muusikalised omadused
Helikestus ehk võnkumise kestus Helivältus
Helisagedus ehk võnkesagedus Helikõrgus
Heli intensiivsus Helitugevus ehk helivaljus
Helispekter ehk heli koostis Tämber ehk kõlavärv

Helivaljus, kuuldelävi ja valulävi

 Pikemalt artiklis Helivaljus

Helivaljus on heli subjektiivselt tajutav tugevus (kuulmisaistingu absoluutne tugevus), heli intensiivsuse subjektiivne vaste. Helivaljus sõltub peamiselt helirõhust ning helivõnkumise amplituudist ja sagedusest. Esimeses lähenduses määrab helivaljuse laine amplituud, täpsemalt aga efektiivne helirõhk, sagedus ja võnkumise kuju. Helivaljust mõjutavad ka heli spektraalne koostis, ruumiline paiknemine, tämber, helivõnkumise mõju kestus, inimese kuulmisanalüsaatori individuaalne tundlikkus ja teised tegurid.

Inimese kõrv on kõige tundlikum sagedusvahemikus 1–5 kHz. Selles piirkonnas on kuuldelävi heli intensiivsuse poolest ligikaudu

,

ja helirõhu järgi umbes

. Sellele vastab umbes 0 dB.

Kuuldava heli ülemine tugevuspiir ehk valulävi sõltub sagedusest vähe ja on suurusjärgus

. Sellele vastab umbes 130 dB.

Helikõrgus

 Pikemalt artiklis Helikõrgus

Esimeses lähenduses määrab helikõrguse sagedus. Helikõrgust võivad peale sageduse mõjutada ka helirõhk ja teised tegurid.

Heli muusikas

Keha (pillikeele, heliallika) kui terviku võnkumine annab põhisageduse. Sama keha osade samaaegne võnkumine põhjustab kõrgemaid võnkesagedusi; nendele vastavaid helisid nimetatakse ülemhelideks

Muusikas eristatakse muusikalist heli ja müra. Erinevalt mürast iseloomustab muusikalist heli lisaks helivältusele ja helitugevusele selgelt eristatav helikõrgus ning kindel tämber.

Helikõrgus sõltub heli põhitooni sagedusest, tämber heli spektrist (osahelide vahekordadest) ning helitugevus heli intensiivsusest.

Muusikalise heli allikas on enamasti elastne keha, mis on võimeline võnkuma samaaegselt nii tervikuna (tekitades põhisageduse) kui ka osadena (tekitades ülemhelid).

Elastse keha võnkumisel tekkival helil on neli põhiomadust:

  • koostis – võnkumiste ja osahelide jaotus, mis määrab heli tämbri;
  • amplituud – võnkumise ulatus, mis seostub helitugevusega;
  • kestus – võnkumise ajalisus, mis vastab helivältusele;
  • sagedus – võngete arv ajaühikus, mis määrab helikõrguse.

Elastse keha võnkumine levib ümbritsevas elastses keskkonnas (nt õhus) helilainena. Kuulmiselundis teiseneb see kuulmisaistinguks ehk füsioloogiliseks heliks.

Filosoofia

Peale küsimuste, mis käivad ka teiste sekundaarsete kvaliteetide kohta (näiteks kas helid on subjektiivsed), esitatakse filosoofias nende kohta ka spetsiifilisi küsimusi. Helid kuuluvad kuulmistaju sisusse. Aga kas need on indiviidid, sündmused, heli tekitavate objektide omadused või dispositsioonid? Kui sündmused, siis mis tüüpi? Mis suhtes on helid ja heli tekitavad objektid? Vastuseid on viljakas rühmitada küsimuse kaudu, kus heli on või kas ta on üldse kuskil. Proksimaalsed teooriad paigutavad helid kuulja juurde, mediaalsed teooriad (nagu tavaline akustika) heli tekitaja ja kuulja vahele, distaalsed teooriad heli tekitaja juurde. Mitteruumiliste teooriate järgi ei ole helid mitte kuskil.[6]

Proksimaalsed teooriad

Helid on aistingud

Ühe proksimaalse teooria järgi, mida toetab tajupsühholoogia, on helid aistingud, seega kuulja seisundid või omadused. Näiteks D. L. C. Maclachlani järgi[7] on otseselt tajutavad helid aistingud. Tõepoolest, inimesed kuulevad subjektiivseid helisid ka siis, kui keegi neid ei tekita, näiteks tinnituse korral. Neid võivad põhjustada sisekõrva mehaanilised omadused või ajuprotsessid. Need elamused arvatakse loomulikult helide, alla, sest neid tajutakse kuulmise kaudu. Kui määratleda helid kuulmise objektidena, siis need on kuulmistaju kvalitatiivsed aspektid. Tajufilosoofia kaudse realismi järgi me kuuleme distaalseid sündmusi ja objekte, kuuldes vahetuid, proksimaalseid objekte. Helid on sel juhul kuulmistaju vahetud objektid.[6]

Vaata ka

Viited

  1. ↑ Мезенцев В. А. В тупиках мистики. М.: Московский рабочий 1987.
  2. ↑ Акустический «силовой луч» притягивает предметы на расстоянии, popmech.ru, 8.5.2014.
  3. ↑ Bob Yirka. Researchers build acoustic tractor beam, phys.org, 6.5.2014.
  4. ↑ Christine E. M. Démoré1, Patrick M. Dahl, Zhengyi Yang, Peter Glynne-Jones, Andreas Melzer, Sandy Cochran, Michael P. MacDonald, Gabriel C. Spalding. Acoustic Tractor Beam. – Phys. Rev. Lett., 2014, 112, 174302.
  5. ↑ Eiskop-Sillart. Ilmar Eiskop ja Aleksander Sillart. "Akustika ja helitehnika". Tallinn, Valgus 1988. 20
  6. 1 2 Roberto Casati, Jerome Dokic, Elvira Di Bona. Sounds, Stanfordi filosoofiaentsüklopeedia, 2020.
  7. ↑ D. L. C. Maclachlan. Philosophy of Perception, Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall 1989, lk 26.

Kirjandus

  • J. W. S. Rayleigh. The Theory of Sound, 1894.
    • Стретт Дж. В. Теория звука, 2 kd, 2. trükk, М. 1955.
  • Brian O'Shaughnessy. The Location of Sound. – Mind, 1957, 66(264): 471–490.
  • R. W. B. Stephens, A. E. Bate. Acoustics and Vibrational Physics, 2. trükk, London: Edward Arnold 1966.
  • Исакович М. А. Общая акустика, М. 1973.
  • E. Skudrzyk. The Foundations of Acoustics: Basic Mathematics and Basic Acoustics, Springer 1971.
    • Скучик Е. Основы акустики, 2 kd, М. 1976.
  • Philip M. Morse, K. Uno Ingard, Theoretical Acoustics, Princeton University Press 1986, ISBN 0-691-08425-4
  • Eiskop-Sillart. Ilmar Eiskop ja Aleksander Sillart. "Akustika ja helitehnika". Tallinn, Valgus 1988.
  • Allan D. Pierce. Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications, Acoustical Society of America 1989, ISBN 0-88318-612-8.
  • M. Crocker (toim). Encyclopedia of Acoustics, Interscience 1994.
  • L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens, J. V. Sanders. Fundamentals of Acoustics, 4. trükk, Wiley 1999.
  • Heinrich Kuttruff. Akustik: Eine Einführung, S. Hirzel Verlag: Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8.
  • D. R. Raichel. The Science and Applications of Acoustics, 2. trükk, Springer 2006, ISBN 0-387-30089-9
  • Thomas D. Rossing, Richard F. Moore, Paul A. Wheeler. The Science of Sound, 3. trükk, Pearson Education Limited 2014, ISBN 1-292-03957-4

Välislingid

allikas: https://et.wikipedia.org/wiki/Audio