Hangtani betekintés

A hang szó több fogalom gyűjtőneveként használatos: mint fizikai fogalom az észlelő tudatától függetlenül meglévő hangjelenséget, mint élettani és lélektani fogalom, pedig hangérzetet, hangélményt fejez ki. Hangérzetet általában olyan mechanikai rezgések váltanak ki, amelyek frekvenciája 20 Hz és 16000 Hz között van. Ezek egy alkalmas rezgő rendszerből, a hangforrásból indulnak ki, és valamilyen rugalmas közvetítőközeg segítségével jutnak a fülünkhöz. Ez a közeg általában a levegő. A hang légüres térben nem terjed.

Frekvencia tartományok

A frekvencia szerinti felosztás alapján a hallható hang olyan, amelynek frekvenciája, 20 Hz és 16000 Hz közé, azaz az általános hallástartományba esik, ezeket a hangokat fehérzajnak is szokták nevezni. A 20 Hz-nél kisebb frekvencia esetén infrahangról, 16000 Hz-nél magasabb frekvencia esetén ultrahangról beszélünk. A 10⁸ Hz-nél nagyobb frekvencia esetén akár hiperhangról is beszélhetünk.

Tágabb értelemben vett hangtan vagy más néven akusztika, a fizikai problémákon kívül kapcsolatban áll számos élet- és lélektani, zenei és egyéb gyakorlati kérdéssel, melyek nem határolhatók el egymástól. Ilyenek:

fizikai hangtan: elsősorban a hangrezgéseket és hanghullámokat vizsgálja,
fiziológiai hangtan: a hallásnál és a beszédnél fellépő jelenségekkel foglalkozik,
zenei hangtan,
építészeti hangtan: ezen belül a teremakusztika,
elektroakusztika: ide az elektromos úton keltett hangok, a hangerősítés, hangelemzés és hasonló témakörök tartoznak.

A hang terjedési közege alapján három csoportba sorolható:

testhang: szilárd anyagban,
folyadékhang: cseppfolyós anyagban,
léghang: gáz halmazállapotú anyagban terjed.

A hang, mint rezgés

A rezgés olyan folyamat, melynek állapotai időközönként ismétlődnek. Ha ezek az időközök egyenlő nagyságúak, akkor periodikus rezgésről beszélhetünk. Ezen kívül megkülönböztetünk egyszerű és összetett rezgéseket.

Egyszerű rezgés a mechanikai rezgés, amit legegyszerűbben egy rugóra felfüggesztett tömeggel modellezhetünk, melyet függőlegesen kitérítünk nyugalmi helyzetéből és elengedünk. Ekkor a tömegre ható erő nagysága egyenesen arányos a kitéréssel, de ellentétes értelmű. Ennek eredménye, hogy a tömeg fel-le mozog. E mozgás időbeli lefolyását vizsgálva hullámvonal alakú függvényt kapunk. Ez megfelel egy r sugarú körpályán, egyenletes ? szögsebességgel keringő pont vetülete által leírt mozgásnak.

Egyszerű rezgés

Az y kitérés a t idő függvényében, ? az alábbi formájú:

Ezeket a rezgéseket egyszerű, harmonikus vagy szinuszos rezgésnek nevezzük. A ?-t ebben az esetben körfrekvenciának hívjuk:

Az f a frekvencia, az időegység alatt végzett rezgések száma, ennek reciprok értéke a T rezgési idő vagy periódusidő:

A ? szöget fázisszögnek nevezzük, az r értéket, a pedig amplitúdónak. Az y pillanatnyi értékeit kitérésnek 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.

Minden periodikus vagy nem periodikus 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. A hang nem csak a rezgő közeg időbeli mozgásával írható le, hanem részhangjainak spektrumaként is ábrázolható.

A hang terjedése:

A hang terjedése mindig valamilyen anyagban, közegben történik, vákuumban nem terjed a hang. Ez a közeg lehet gáz, folyadék vagy szilárd test. A hang terjedésének lényege az, hogy a közeg részecskéi egy hangforrás hatására kimozdulnak nyugalmi állapotukból. Ezt 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, hogy újra az eredetivel azonos rezgésállapot áll elő. Az ilyen, azonos rezgésállapotban lévő pontok egymástól mért távolsága a hullámhossz. A ? hullámhossz és az f frekvencia segítségével meghatározhatjuk a hanghullám terjedési sebességét:

Ez a c érték a hangsebesség. Ennek nagyságát a közeg anyaga, illetve annak fizikai állapota határozza meg. A hang terjedésénél beszélhetünk longitudinális, transzverzális, hajlítási, nyúlási és torziós hullámokról.

Pontszerű hangforrás

A hang érzékelése

A fülünk által érzékelt hangoknak a következő tulajdonságai vannak:

Hangosság: mértéke a hanghullám intenzitásával, amplitúdójával kapcsolatos, de emellett erősen függ a frekvenciától is. Azonos hangnyomás mellett a magasabb hangokat hangosabbnak halljuk, kb. 4000 Hz fölött viszont már egyre gyengébbnek.

Hangszín: hangnak egyik legnehezebben megragadható tulajdonsága. Nyilvánvalóan összefügg a hang összetételével, spektrumával, de érdekes, hogy egyazon hangforrás (hangszer vagy ember) különböző magasságú hangjaiban is képesek vagyunk érzékelni az azonos karaktert, az azonos eredetet.

A környezeti hanghatások frekvencia - hangnyomás eloszlása

Hangmagasság: elsősorban a periodikus rezgést tartalmazó, „zenei” hangoknál kap szerepet, annak alapfrekvenciájával függ össze, de zörejnek is lehet többé-kevésbé meghatározható hangmagassága, ha spektruma egy adott frekvencia környékén erősebb maximumot képez.

Phon-görbék.

A vízszintes tengely a frekvenciát Hz-ben, a függőleges a hangnyomásszintet dB-ben mutatja. A görbék az azonos hangosságúnak érzékelt helyeket mutatják. A szaggatott vonal a hallásküszöb. Középen vannak feltűntetve a Phon-értékek.

Időtartam, időbeli lefolyás: a bennünket körülvevő hangok ritka kivételektől eltekintve (pl. tengerzúgás) mindig időben véges események, van kezdetük, egy időbeli lefolyásuk, és egy befejeződésük. A természet zörejeinek azonosításában, a zene ritmusában, a beszédhangok érzékelésében, értelmezésében ennek döntő szerepe van.

Hangnyomás – Hangnyomás szint

Ultrahang szivárgás

Hangtani betekintés

Ultrahangos hibadetektálás