Jakie dz
więki słyszysz?
Co łączy syrenę alarmową z dz
więkiem, który
słychać po podniesieniu słuchawki telefonicz-
nej? Częstotliwości obu tych dz
więków są tak
dobrane, aby trafiały w przedział największej
wrażliwości słuchu człowieka, i wynoszą blisko
1000 Hz. Ale czym tak naprawdę jest dz
więk?
CENTRUM NAUKI
KOPERNIK
Eksperymentuj!
Trochę teorii
zym jest dz
więk? W jaki sposób wyraz
niej zaobserwować w czasie obszarów w korze skroniowej mózgu,
Cpracuje głośnik? Czy wszyscy sły- koncertu zespołu muzycznego. Ale odpowiedzialnych za analizę sygnałów
szymy tak samo? Aby odpowiedzieć uważaj, bo zbyt głośny dz
więk jest dz
więkowych.
na te pytania, musimy zrozumieć fi- bardzo niebezpieczny  może spo- Czy każdy z nas słyszy to samo? Lu-
zyczną naturę dz
więku. Dz
więk to wodować ból w uszach przy 110- dzie słyszą dz
więki o częstotliwości
rozrzedzenia i zagęszczenia powietrza. -120 dB, a nawet bezpowrotną utratę w zakresie od 16 Hz do 20 000 Hz.
Rozchodzą się one z pewną prędkością słuchu przy natężeniu 150 dB! Dz
więki, których częstotliwość jest
w każdym możliwym kierunku. Gdy Człowiek słyszy, to znaczy rejestruje mniejsza od 20 Hz, nazywamy infradz
-
słuchamy muzyki, membrana głośni- i przetwarza fale dz
więkowe. Narzą- więkami, zaś te powyżej 20 000 Hz 
ka delikatnie wibruje, a jej ruchy na- dem zmysłu rejestrującym dz
więki ultradz
więkami. Nasze uszy są najbar-
przemiennie zagęszczają i rozrzedzają jest ucho. Tak jak głośnik wyposażone dziej wrażliwe na dz
więki o częstotli-
powietrze (rysunek poniżej). jest ono w membranę zwaną bło- wości 2000-5000 Hz. Nieprzypadkowo
ną bębenkową, która odkształca się jest to częstość drgań strun głosowych.
pod wpływem nacierającej na nią fali To właśnie dlatego wiele sygnałów, np.
dz
więkowej. syreny alarmowe i dz
więk, który sły-
Za błoną bębenkową znajdują się chać po podniesieniu słuchawki tele-
delikatne kosteczki słuchowe: mło- fonicznej, są tak dobrane, by trafiały
teczek, kowadełko i strzemiączko. w przedział największej wrażliwości
Przenoszą one drgania na membranę słuchu człowieka.
Budowa ucha ludzkiego
małżowina uszna błona bębenkowa kosteczki słuchowe okienko owalne
U góry: cząsteczki powietrza w stanie
równowagi ślimak
Na dole: cząsteczki powietrza zagęsz-
czane i rozrzedzane wibracjami
membrany
nerw słuchowy
Wibrująca membrana głośnika wy-
rzuca w przestrzeń przemieszczającą
się falę zaburzeń gęstości powietrza,
czyli tak zwaną falę dz
więkową. Jeżeli
membrana wibruje szybko, zmiany
gęstości powietrza następują z dużą przewód
częstotliwością. Ludzkie ucho odbie- słuchowy
ra je jako tony wysokie. Natomiast, zewnętrzny
jeżeli membrana odkształca się po-
woli, zmiany gęstości powietrza są
rzadsze. Fala dz
więkowa jest w tym
ucho zewnętrzne ucho środkowe ucho wewnętrzne
przypadku odbierana jako tony niskie.
Częstotliwość wyrażamy w hercach
(Hz), a liczba herców to liczba drgań zwaną okienkiem owalnym. Za okien- Z wiekiem nasz słuch traci wrażli-
na sekundę. Na przykład 100 Hz ozna- kiem położony jest organ przypomi- wość na wysokie dz
więki  zakres po-
cza, że w ciągu 1 sekundy powietrze nający kształtem muszlę, dlatego na- wyżej 15 000 Hz jest słyszalny jedynie
zmienia swoją gęstość 100 razy. zywany jest ślimakiem. Ta część ucha przez dzieci. Korzystając z ekspona-
Głośność dz
więku, mierzona w de- wewnętrznego wypełniona jest gęstą tu pokazanego na wystawie, można
cybelach (dB), zależy od siły, z jaką za- cieczą, endolimfą. Wprawiana jest ona porównać, jaki jest zakres dz
więków
gęszczane i rozrzedzane jest powietrze w ruch poprzez drgania błony okienka słyszanych przez osoby w różnym
w fali dz
więkowej. Dz
więk jest tym gło- owalnego. Falowanie endolimfy drażni wieku.
śniejszy, im mocniej jest ono ściskane. komórki receptorowe znajdujące się na A jak słyszy największy przyjaciel
Obserwując głośnik, można zauważyć, ścianach ślimaka. Proces ten wyzwala człowieka  pies? No cóż, zdecydo-
że im mocniej podkręci się regulator, impulsy elektryczne (na drodze bioche- wanie lepiej od nas. Częstotliwości
tym mocniej wychylają się membrany micznej), które przekazywane są za słyszane przez to zwierzę mieszczą się
głośnika. Zjawisko to można jeszcze pośrednictwem nerwu słuchowego do w zakresie od 12 do 40 000 Hz.
Eksperymentuj!
Fot. Wikipedia, archiwum; rys. Małgorzata Świentczak 2x
O historii
Spekulacje na temat falowego charak-
teru dz
więku wyrosły z obserwacji fal na
wodzie. Jeśli do wody wrzucimy kamień,
to na jej powierzchni powstaną fale,
które będą się rozchodzić we wszystkich
kierunkach. Fale mogą się odbijać od
przeszkód i uginać na ich krawędziach,
a także nakładać się na siebie. Podob-
nie jest z dz
więkiem. Analogię między
dz
więkiem i falą rozchodzącą się po
wodzie sugerował już grecki filozof
Chrysippus w 240 roku p.n.e.
Akustyką zajmowali się także pita-
gorejczycy (V-IV w. p.n.e.). Utrzymy-
wali, że przyczyną dz
więku jest ruch.
Odkryli także, że muzyką rządzą ma-
tematyczne prawidłowości, co dosko-
nale zgadzało się z głoszonym przez
nich mottem mówiącym, że  Liczba
jest istotą wszechrzeczy .
Matematyczny opis dz
więku ja-
ko fali zaburzeń gęstości powietrza
znalazł się dopiero w przełomowym
dziele Isaaca Newtona  Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica
( Zasady matematyczne filozofii na-
turalnej ) z 1687 roku. W tej samej
pracy autor sformułował także trzy
zasady dynamiki.
Współczesne zastosowania
ardzo wysokie dz
więki, czyli ul-
Btradz
więki, wykorzystywane są
w medycynie. Ultrasonograf (USG)
służący do obrazowania wnętrza na-
szego organizmu wysyła falę dz
więko-
wą w głąb ciała i nasłuchuje odbitego
echa. Emitowane przez głowicę USG
ultradz
więki odbijane są przez tkanki
w różny sposób, który zależy głównie
od ich gęstości. Głowica rejestruje od-
bity sygnał i przekazuje go do kompu-
tera. W najnowocześniejszym badaniu
USG uzyskujemy trójwymiarowy obraz.
Dzięki niemu rodzice mogą zobaczyć
twarz dziecka przed narodzinami (zdję-
cie obok).
Dz
więkiem można także sprzątać.
Właściwość tę wykorzystują najnow- Najnowsze aparaty USG pozwalają na uzyskanie trójwymiarowego obrazu wnętrza ciała
sze aparaty cyfrowe. Jeżeli na matrycy
rejestrującej obraz osiądą pyłki kurzu, sposób nie można jej wyczyścić. Na wprowadzają pyłki kurzu w drgania.
będą one widoczne na każdym zdję- szczęście z pomocą przychodzą ultra- W ten sposób zanieczyszczenia są
ciu jako ciemne plamki. Matryca jest dz
więki. Za każdym razem, gdy użyt- dosłownie zmiatane z powierzchni
bardzo delikatna i w żaden tradycyjny kownik włącza aparat, ultradz
więki matrycy.
Eksperymentuj!
A to ciekawe
zy USG może latać? Tak! Takim takie duże. Zakres słyszanych przez substancja, tym większa prędkość
Cskrzydlatym ultrasonografem jest te zwierzęta dz
więków jest o wiele przemieszczania się fali dz
więkowej.
nietoperz. Podobnie jak głowica USG większy niż przez człowieka czy psa A jak to jest w przypadku przestrzeni
wysyła on przed siebie falę ultradz
wię- i w przypadku nietoperzy wynosi od kosmicznej? Głucho. Nie ma niczego,
kową i odbiera odbite echo. 8 do 100 000 Hz! co może ulegać kondensacji i rozprę-
Ten sposób nawigacji w ciemności Fala dz
więkowa może rozchodzić się żaniu, bo w kosmosie jest przecież
pozwala mu na uniknięcie przeszkód, nie tylko w powietrzu, ale w każdym niemal idealna próżnia. Pokazywane
a także na upolowanie pożywienia. Nie innym gazie, cieczy (jeśli zanurzysz w filmach science fiction huczne eks-
jest więc przesadą stwierdzenie, że nie- głowę w wodzie, wciąż słyszysz dz
wię- plozje statków kosmicznych są więc
toperz widzi uszami! Dlatego są one ki), a nawet w ciele stałym. Im gęstsza jedynie wymysłem filmowców.
Podstawowym zmysłem umożliwiającym nietoperzom orientację w przestrzeni jest słuch. Dlatego właśnie typowy przedstawi-
ciel tego rzędu ma wydatne uszy. Na zdjęciu nocek duży
Więcej doświadczeń W internecie
1. Czy dz
więk można zobaczyć? Wykonaj następujące doświadczenie: ustaw Wszystko o fizyce fali dz
więkowej
zapaloną świeczkę w pobliżu dużego głośnika. Włącz dz
więk i obserwuj, www.daktik.rubikon.pl/Slowniczek/
co się dzieje z płomieniem. Spróbuj zmienić natężenie dz
więku. akustyka.htm
2. Jeżeli masz psa, kup gwizdek ultradz
więkowy (można go nabyć w sklepie Kampania społeczna Usłyszeć Świat
zoologicznym). Dmuchając w taki gwizdek, usłyszysz jedynie cichy pisk, tymcza- www.slyszymy.pl
sem twój czworonożny przyjaciel usłyszy bardzo wyraz
ny i mocny gwizd.
Ogólnopolskie Towarzystwo
3. Pająki nie mają uszu, ale reagują na dz
więk. Ich ciało pokryte jest bowiem Ochrony Nietoperzy
drobnymi włoskami, które są wrażliwe na drgania powietrza. Także pajęczyna www.nietoperze.pl
wibruje na skutek fali dz
więkowej. Klaśnij głośno w pobliżu pająka i zaobser-
wuj jego reakcję. Czy można zobaczyć dz
więk?
www.physics.ucla.edu/demoweb/
demomanual/acoustics/effects_of_
_sound/chladni_plate.html
www.kopernik.org.pl
CENTRUM NAUKI
KOPERNIK
Eksperymentuj!
Fot. Piotr Kossobudzki, East News