Hang



A hang a hallószervünk által felfogható, rugalmas közegekben – például levegőben – mechanikai hullámként terjedő rezgés. Élettani, lélektani értelemben a hangrezgés által a fül és a hallás által érzékelt hangérzet. Hangoknak nevezzük az emberi beszéd, a beszélt nyelvek, illetve a zene, a zenei hangrendszerek alapelemeit is.

Fizikai értelemben a hang egy rugalmas közeg mechanikai rezgése, ami hullámokban tovaterjed. Például a megpendített gitárhúr rezgésbe jön, rezgésbe hozza a levegő részecskéit, ez részecskéről részecskére továbbadódik, „hanghullámként” tovaterjed a levegőben. A fülünkbe jutva a rezgő levegőrészecskék megrezegtetik a dobhártyánkat, amit az agyunk hangként érzékel.

Ha e rezgés frekvenciája kb. 20 Hz alatti, vagy kb. 20 kHz fölötti, akkor hallásunk nem érzékeli azt, ennek ellenére fizikai sajátosságai alapján ezt is hangnak, első esetben infrahangnak, a másodikban ultrahangnak nevezzük. A nagyon nagy frekvenciájú ultrahangokat – hol 100 MHz, hol 1 GHz fölött – hiperhangnak is nevezik.

A hangot mint fizikai jelenséget az akusztika, a beszédhangokat a fonetika, a zenei hangokat a zenetudomány tanulmányozza.

Tartalomjegyzék

A hang mint rezgés


A gyakorlatban minden hang mögött valamilyen tárgy, anyag részecskéinek rezgése áll: gitárnál a húr, emberi hangnál a hangszálak, dobnál a dob bőre, xilofonnál a falapocskák, trombitánál a trombitás ajka, hangfalnál a hangszóró membránja, kőre csattanó üvegpohárnál a kő és az üvegdarabkák, fűrészelésnél a fűrész és a fűrészelt anyag, amikor bekopogunk egy ajtón, az ujjunk és az ajtó anyaga jön rezgésbe. A rezgésbe jött tárgy hozza rezgésbe a levegő részecskéit, és e rezgés pedig részecskéről részecskére továbbadódva, „hanghullámként” tovaterjed a levegőben. A fülünkbe jutva a rezgő levegőrészecskék megrezegtetik a dobhártyánkat, amit az agyunk hangként érzékel. Az egy pillanatig tartó hangoknál (durranás, csattanás, lövés) egyszeri léglökés jön létre. Például egy kidurranó léggömbnél a belső, nagy nyomású levegő hirtelen kiszabadulva meglöki a körülötte levő levegőt, és ez a lökés terjed a dobhártyánkig.

Rezgések

Rezgésnek azt a folyamatot nevezzük, melynek állapotai időközönként ismétlődnek.

Harmonikus rezgés

Mechanikai rezgésen leggyakrabban anyagi testeknek vagy részecskéknek egy pont körüli meghatározott irányú kimozdulásait értjük. Ennek legegyszerűbb esetét egy rugóra függesztett tömeggel illusztrálhatjuk, melyet függőlegesen kitérítünk nyugalmi helyzetéből, majd elengedünk. Ebben az esetben a tömegre ható erő nagysága egyenesen arányos a kitéréssel, de ellentétes irányú, és ez azt eredményezi, hogy a tömeg függőleges irányban a tehetetlensége miatt fel-le mozog. Ha ennek a mozgásnak az időbeli lefolyását vizsgáljuk, hullámvonal formájú függvényt kapunk, amely megfelel egy \({\displaystyle r}\) sugarú körpályán egyenletes \({\displaystyle \omega }\) szögsebességgel keringő pont vetülete által leírt mozgásnak. Az \({\displaystyle y}\) kitérés a \({\displaystyle t}\) idő függvényében \({\displaystyle \delta }\) kezdeti szög esetén ekkor ilyen formájú:

\({\displaystyle y(t)=r\cdot \sin(\omega \ t+\delta )}\).

Az ilyen típusú rezgést harmonikus, szinuszos (vagy egyszerű) rezgésnek nevezzük. Az \({\displaystyle \omega }\) -t ebben az esetben körfrekvenciának nevezzük:

\({\displaystyle \omega =2\,\pi \,f}\).

Az \({\displaystyle f}\) a frekvencia, az időegység alatt végzett rezgések száma, ennek reciprok értéke a \({\displaystyle T}\) rezgési idő vagy periódusidő:

\({\displaystyle f={\frac {1}{T}}}\).

A \({\displaystyle \delta }\) szöget a nullafázis szögének, vagy fázisszögnek nevezzük, az \({\displaystyle r}\) értéket, a csúcsértéket pedig amplitúdónak. Az \({\displaystyle y}\) pillanatnyi értékeit kitérésnek, elongációnak hívjuk.

A különböző rezgések össze is adódhatnak, új rezgést hozva létre. Ekkor rezgések összetevéséről, szuperpozíciójáról beszélünk, ebben az esetben az eredő rezgés kitérése mindig egyenlő a részrezgések kitéréseinek összegével.

Összetett rezgések

Minden periodikus vagy nemperiodikus rezgés előállítható különböző frekvenciájú, amplitúdójú és fázisú harmonikus rezgések összetevésével. Hangrezgések esetén ezeket az összetevőket részhangoknak nevezzük. Ezen a szemléleten alapul a hangelemzés, melynek matematikai alapja a Fourier-elemzés. Ennek azért is van jelentősége, mert az emberi hallás hasonlóképpen, hangelemzés útján különbözteti meg a hangokat, hangszíneket, és nem a hangrezgés időbeli lefolyása alapján. Például két rezgés összege fáziseltolódásuktól függően más-más rezgésformát mutathat, fülünk ennek ellenére mindig ugyanolyan hangot hall.

Egy hang tehát nemcsak a rezgő közeg időbeli mozgásával írható le, de részhangjainak spektrumaként is ábrázolható, ha megadjuk, hogy különböző frekvenciahelyeken milyen intenzitású részhangokból tevődik össze.

Meg kell említeni a rezgésnek egy határesetét is, amikor szigorú értelemben nincs is szó rezgésről, csak egyszeri hirtelen állapotváltozásról, mechanikai lökésről. Az ilyen folyamatot átmeneti, tranziens folyamatnak nevezzük. A fülünk ezt kattanásként, csattanásként, durranásként stb. érzékeli. Az ilyen folyamat folytonos spektrummal ábrázolható.

A hang terjedése


A hang terjedése mindig valamilyen anyagban, közegben történik, vákuumban nem terjed hang. Ez a közeg lehet gáz, folyadék vagy szilárd test.

Hullámok

A hang, a rezgés terjedésének lényege az, hogy a közeg részecskéi egy hangforrás hatására kimozdulnak nyugalmi állapotukból és ezt a kimozdulást a környező részecskék is átveszik, ilyen módon az eredeti elmozdulás hullámszerűen továbbterjed. A rezgés a közeg különböző helyeire nem azonnal, hanem bizonyos késéssel jut el, így a közeg különböző részei az adott pillanatban a rezgés más-más állapotában, fázisában vannak. Ha ez a tovaterjedő rezgés periodikus, akkor viszont lesznek olyan helyek, ahol a fáziseltolódás már akkora (2\({\displaystyle \pi }\) vagy többszöröse), hogy újra az eredetivel azonos rezgésállapot áll elő. Az ilyen, azonos rezgésállapotban lévő pontok egymástól mért távolsága a hullámhossz. A \({\displaystyle \lambda }\) hullámhossz és az \({\displaystyle f}\) frekvencia segítségével meghatározhatjuk a hanghullám terjedési sebességét:

\({\displaystyle c=\lambda \,f}\).

Ez a \({\displaystyle c}\) érték a hangsebesség. Ennek nagyságát a közeg anyaga, illetve annak fizikai állapota (nyomása, hőmérséklete stb.) határozza meg.

Fontos megjegyezni, hogy nem a hangforrásnál jelen lévő anyagrészecskék teszik meg az utat a hangforrástól a befogadóig, hanem csak maga a hullám, a részecskék rezgési állapota.

Hullámfajták

Fizikai mennyiségek


A hang érzékelése


Ha a rezgés frekvenciája kb. 20 Hz alatti, vagy kb. 20 kHz fölötti, akkor hallásunk nem érzékeli azt, első esetben infrahangról, a másodikban ultrahangról van szó. A fülünk által érzékelt hangoknak a következő tulajdonságai vannak:

A hang leképezése


A hang, a hangban lévő információ eredeti fizikai formájából, a mechanikai rezgésből leképezhető más fizikai folyamattá, más jellegű információvá is, majd visszaállítható eredeti formájába. Ennek a leképezésnek a célja a hang átvitele, rögzítése, feldolgozása, felerősítése, tömörítése stb. lehet.

A hagyományos telefonkészülék esetén például a hangrezgést elektromos feszültségingadozássá alakítjuk, hogy vezetéken nagy távolságra továbbíthassuk. A régi hanglemezeken a hangrezgést megfelelő formájú barázdákká, a hangosfilmen optikai jellé, a hangszalagon a mágnesség ingadozásává alakítjuk, hogy tárolhassuk, majd visszaalakítsuk hallható hanggá. Az ilyen leképezést analóg leképezésnek nevezzük, mert a hangot jellemző nyomásingadozásnak itt egy más jellegű fizikai mennyiség hasonló ingadozását feleltetjük meg.

A hang leképezhető ezen kívül digitálisan is, ilyenkor a hangot (általában bináris) számok sorozatává alakítjuk. Ez a gyakorlatban úgy történik, hogy meghatározott időközönként (lehetőleg minél sűrűbben, ideális esetben a mintavételezni kívánt legnagyobb frekvencia kétszeresével) mintát veszünk a rezgésfolyamat állapotából, a kitérés pillanatnyi értékének egy számot feleltetünk meg, és e számok sorozata hordozza a hanginformációt.

Források


További információk


  • Zeneportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap



Kategóriák: Akusztika | Zene | Hallás


Dátum: 27.03.2021 07:07:00 CET

Eredet: Wikipedia (Szerzői [Laptörténet])    Lizenz: CC-BY-SA-3.0

Változtatások: Az összes képet és a hozzájuk kapcsolódó legtöbb látványelemet eltávolítottuk. Néhány ikont a FontAwesome-Icons váltotta fel. Néhány sablont eltávolítottak (például „a cikk kibővítéséhez szükséges”) vagy hozzárendelte (mint például „hatjegyek”). A CSS osztályokat vagy eltávolították, vagy harmonizálták.
A Wikipedia-tól olyan linkeket, amelyek nem vezetnek cikkhez vagy kategóriához (mint például a „Redlinks”, „a szerkesztési oldalra mutató linkek”, „a portálok linkjei”), eltávolították. Minden külső linkhez tartozik egy további FontAwesome-Icon. Néhány apró változtatás mellett a médiatartályt, a térképeket, a navigációs dobozokat, a beszélt verziókat és a geomikroformátumokat eltávolítottuk.

Felhívjuk figyelmét: Mivel az adott tartalmat az adott időpontban automatikusan a Wikipedia veszi, a kézi ellenőrzés volt és nem lehetséges. Ezért a nowiki.org nem garantálja a megszerzett tartalom pontosságát és aktualitását. Ha van olyan információ, amely pillanatnyilag hibás, vagy pontatlan a képernyő, akkor nyugodtan lépjen kapcsolatba velünk: email.
Lásd még: Jogi nyilatkozat & Adatvédelmi irányelvek.