Bioacustică și optică biologică

I. Sunete si zgomote

(ureche, defecte de auz)

1. Ce sunt sunetele?

Urechea umana este un mic miracol. Atat de individuala pe cat este o amprenta digitala, aceasta este capabila sa detecteze, sa identifice si sa diferentieze in milioane de sunete. Structura complexa a fiecarei urechi proceseaza sunetele si le transmite catre creier unde sunt interpretate.

Sistemul auditiv functioneaza in continuu zi si noapte, chiar si atunci cand dormim. Sarcina sistemului auditiv este transformarea suntelelor in impulsuri nervoase, pe care creierul le poate interpreta si astfel rezulta ceea ce noi intelegem ca sunet

Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simtul auzului. Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simtul auzului. La oameni auzul are loc cand vibratiile de frecvente intre 15 si 20.000 de hertzi ajung la urechea interna. Hertzul, sau Hz, este unitatea de masura a frecventei egala cu o perioada pe secunda. Astfel de vibratii ajung la urechea interna cand sunt transmise prin aer, si termenul sunet este ceva restrictionat la astfel de unde care vibreaza in aer. Fizicienii moderni, insa, extind termenul pentru a include vibratii similare in medii lichide sau solide. Sunete de frecvente mai mari de 20.000 Hz sunt numite ultrasonice.

Zgomotul, un sunet nedorit, consista intr-un amestec de multe frecvente diferite intr-un anumit interval; este astfel comparabil cu lumina alba, care consta intr-un amestec de lumini de culori diferite. Zgomote diferite sunt distinse prin diferite distributii ale energiei in mai multe intervale de frecventa.

2. Caracteristicile sunetelor

Fenomenul care sta la baza producerii sunetelor este vibratia unei surse sonore. Sunetul se propaga sub forma de unde elastice numai in substante (gaze, lichide si solide), dar nu se propaga in vid. El se propaga cu viteza de 331m/s i aer. Caracteristicile lui sunt:

- inaltimea (exprimata in frecventa vibratiei);

- intensitatea (exprimata in energia vibratiei);

Orice sunet simplu, cum ar fi o nota muzicala, poate fi descrisa in totalitate, specificand trei caracteristici perceptive: inaltime, intensitate, si calitate (timbru). Aceste caracteristici corespund exact a trei caracteristici fizice: frecventa, amplitudine, si constitutia armonica, sau respectiv forma undei. Zgomotul este un sunet complex, o mixare de multe diferite frecvente, sau note care nu sunt legate armonic.

Sunetul se propaga din aproape in aproape sub forma de unde sonore. Propagarea sunetului se face cu viteza constanta, fiecare strat de aer vibrand cu frecventa egala cu cea a sursei sonore.

Sunetul se mai caracterizeaza in functie de trei factori: durata, frecventa si amplitudinea.

Durata se refera pur si simplu la intervalul de timp in care urechea este expusa la un sunet.

Frecventa, sau tonalitatea, unui sunet, este exprimata in cicluri pe secunda sau hertzi. Gama de frecvente pentru un auz sanatos si normal este de 20 pana la 20000 de cicluri pe secunda

Amplitudinea (intensitatea) unui sunet se masoara in decibeli (dB). Amplitudinea undei reprezintă depărtarea maximă pe care o înregistrează punctele din mediul elastic faţă de poziţia lor iniţială. Când amplitudinea undei sonore este mai mare timpanul urechii percepe variaţii de presiune mai mari şi sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum. Distanta maxima pe care o unda o parcurge de la pozitia normala, sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de miscare in moleculele de aer ale unei unde. Cand gradul de miscare in molecule creste, acestea lovesc urechea cu o forta mai mare. Din cauza aceasta, urechea percepe un sunet mai puternic. O comparatie de unde sonore la amplitudine scazuta, medie, si inalta demonstreaza schimbarea sunetului prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecventa, si ar trebui sa sune la fel doar ca exista o diferenta perceptibila in volum.

Amplitudinea unei unde sonore este gradul de miscare al moleculelor de aer din unda. Cu cat amplitudinea unei unde este mai mare, cu atat moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii si sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimata in unitati masurand distanta pe care se intind moleculele de aer, sau diferenta de presiune intre compresie si extensie ale moleculelor, sau energia implicata in proces. Cand cineva vorbeste normal, de exemplu, se produce energie sonora la o rata de aproximativ o suta de miime dintr-un watt. Toate aceste masuratori sunt extrem de dificil de facut, si intensitatea sunetului este exprimata, in general, prin compararea cu un sunet standard, masurat in decibeli.

Frecvenţa unei unde sonore măsoară numărul de unde care trec printr-un punct din mediu într-o secundă. Distanţa dintre două puncte succesive unde a ajuns unda, egal

depărtate de poziţia lor iniţială, se numeşte lungime de undă. Sunetul fundamental are frecvenţa egală cu frecvenţa fundamentală a sursei (cea mai coborâtă dintre frecvenţele proprii). Armonica este sunetul care are frecvenţa egală cu un multiplu întreg al frecvenţei fundamentale.

Potrivit compoziţiei spectrale, sunetele se pot clasifica în:

- sunete simple (pure) - sunt produse de o oscilaţie armonică (sinusoidală) şi au în spectrul acustic o singură linie;

- sunete complexe (compuse) - sunt produse de oscilaţii complexe şi conţin un număr de

sunete simple. Spectrul armonic respectiv este caracterizat de un număr de linii, care

corespund frecvenţei fundamentale şi armonicelor respective.

Înălţimea se referă la caracterul senzaţiei fiziologice care permite deosebirea

sunetelor înalte, ascuţite, acute, de cele joase, grave, profunde. Este o mărime subiectivă.

Pentru un sunet pur, cu intensitatea constantă, înălţimea creşte o dată cu frecvenţa.

Timbrul este o altă calitate subiectivă a sunetelor şi se referă la armonicile

emise o dată cu sunetul fundamental, precum şi la nivelele lor de intensitate sonoră.

Durata reprezintă intervalul de timp cât se percepe un sunet.