5.2 Bylgjur og bylgjulengdir
5.2 Bylgjur og bylgjulengdir
Námsmarkmið
Að þessum hluta loknum getur þú:
- Lýst mikilvægum eðlisfræðilegum eiginleikum bylgjuforma
- Sýnt hvernig eðlisfræðilegir eiginleikar ljósbylgna tengjast skynupplifun
- Sýnt hvernig eðlisfræðilegir eiginleikar hljóðbylgna tengjast skynupplifun
Sjón- og heyrnaráreiti koma bæði fram í formi bylgna. Þótt þessi tvenns konar áreiti séu mjög ólík að gerð hafa bylgjuform sameiginleg einkenni sem skipta sérstaklega miklu máli fyrir sjón- og heyrnarskynjun okkar. Í þessum hluta lýsum við eðlisfræðilegum eiginleikum bylgna og þeirri skynupplifun sem tengist þeim.
Sveifluvídd og bylgjulengd
Tvö eðlisfræðileg einkenni bylgju eru sveifluvídd og bylgjulengd (Mynd 5.5). Sveifluvídd bylgju er fjarlægðin frá miðlínu að efsta punkti bylgjutopps eða neðsta punkti bylgjudals. Bylgjulengd er lengd bylgju frá einum toppi til þess næsta.
Bylgjulengd tengist beint tíðni tiltekins bylgjuforms. Tíðni vísar til fjölda bylgna sem fara fram hjá tilteknum punkti á tilteknu tímabili og er oft gefin upp í hertz (Hz), eða sveiflum á sekúndu. Lengri bylgjulengdir hafa lægri tíðni og styttri bylgjulengdir hafa hærri tíðni (Mynd 5.6).
Ljósbylgjur
Sýnilega litrófið er sá hluti stærra rafsegulrófsins sem við getum séð. Eins og Mynd 5.7 sýnir nær rafsegulrófið yfir alla þá rafsegulgeislun sem finnst í umhverfi okkar og þar eru meðal annars gammageislar, röntgengeislar, útfjólublátt ljós, sýnilegt ljós, innrautt ljós, örbylgjur og útvarpsbylgjur. Hjá mönnum tengist sýnilega litrófið bylgjulengdum á bilinu 380 til 740 nm, sem er mjög lítil vegalengd, því nanómetri (nm) er einn milljarðasti úr metra. Aðrar tegundir geta greint aðra hluta rafsegulrófsins. Til dæmis geta hunangsflugur séð ljós á útfjólubláa sviðinu (Wakakuwa, Stavenga, & Arikawa, 2007), og sumar slöngur geta greint innrauða geislun til viðbótar við hefðbundnari sjónræn ljósáreiti (Chen, Deng, Brauth, Ding, & Tang, 2012; Hartline, Kass, & Loop, 1978).
Hjá mönnum tengist bylgjulengd ljóss skynjun á lit (Mynd 5.8). Innan sýnilega litrófsins tengist upplifun okkar af rauðum lit lengri bylgjulengdum, grænir litir eru þar á milli og bláir og fjólubláir litir tengjast styttri bylgjulengdum. Auðveld leið til að muna þetta á ensku er minnisreglan ROYGBIV: red (rautt), orange (appelsínugult), yellow (gult), green (grænt), blue (blátt), indigo (indígó) og violet (fjólublátt). Sveifluvídd ljósbylgna tengist upplifun okkar af birtu eða styrk litar; meiri sveifluvídd virðist bjartari.
Hljóðbylgjur
Líkt og með ljósbylgjur tengjast eðlisfræðilegir eiginleikar hljóðbylgna ýmsum þáttum í skynjun okkar á hljóði. Tíðni hljóðbylgju tengist skynjun okkar á tónhæð hljóðsins. Hátíðnihljóðbylgjur eru skynjaðar sem háir tónar en lágtíðnihljóðbylgjur sem lágir tónar. Heyranlegt tíðnisvið hljóðs er á milli 20 og 20000 Hz, og næmni okkar er mest fyrir tíðnum sem liggja á miðju þessu sviði.
Eins og á við um sýnilega litrófið er heyrnarsvið annarra tegunda ólíkt heyrnarsviði manna. Til dæmis hafa hænur mjög takmarkað heyrnarsvið, frá 125 til 2000 Hz. Mýs hafa heyrnarsvið frá 1000 til 91000 Hz og mjaldur frá 1000 til 123000 Hz. Gæludýrin okkar, hundar og kettir, hafa heyrnarsvið sem eru um það bil 70-45000 Hz og 45-64000 Hz (Strain, 2003).
Háværð tiltekins hljóðs er nátengd sveifluvídd hljóðbylgjunnar. Meiri sveifluvídd tengist háværari hljóðum. Háværð er mæld í desíbelum (dB), sem eru logaritmísk mælieining hljóðstyrks. Dæmigert samtal samsvarar um 60 dB; rokktónleikar geta mælst um 120 dB (Mynd 5.9). Hvísl í 1,5 m fjarlægð eða skrjáf í laufum er á neðri mörkum heyrnarsviðs okkar; hljóð eins og frá gluggaloftkælingu, venjulegu samtali og jafnvel mikilli umferð eða ryksugu eru innan þolanlegra marka. Hins vegar getur heyrnarskaði orðið við um það bil 80 dB til 130 dB: þar er um að ræða hljóð frá matvinnsluvél, sláttuvél, þungum vörubíl (í 7,6 m fjarlægð), neðanjarðarlest (í 6,1 m fjarlægð), lifandi rokktónlist og loftbori. Um þriðjungur alls heyrnartaps stafar af hávaðaáreiti, og því háværara sem hljóðið er, þeim mun styttri tíma þarf til að valda heyrnarskaða (Le, Straatman, Lea, & Westerberg, 2017). Að hlusta á tónlist í eyrnatólum á hámarksstyrk (um 100-105 desíbel) getur valdið heyrnartapi af völdum hávaða eftir 15 mínútna hlustun. Þótt það virðist kannski ekki skaðlegt að hlusta á tónlist á hámarksstyrk eykur það hættuna á aldurstengdu heyrnartapi (Kujawa & Liberman, 2006). Sársaukamörkin eru um 130 dB, sem samsvarar þotu í flugtaki eða skammbyssu sem hleypt er af í návígi (Dunkle, 1982).
Þótt sveifluvídd bylgju tengist almennt háværð er nokkurt samspil milli tíðni og sveifluvíddar í skynjun okkar á háværð innan heyranlega sviðsins. Til dæmis er 10 Hz hljóðbylgja óheyranleg óháð sveifluvídd bylgjunnar. Hins vegar væri skynjuð háværð 1000 Hz hljóðbylgju mjög breytileg eftir því sem sveifluvídd bylgjunnar ykist.
Mismunandi hljóðfæri geta auðvitað spilað sömu nótu á sama hljóðstyrk en samt hljómað mjög ólíkt. Þetta kallast hljómblær hljóðs. Hljómblær vísar til hreinleika hljóðs og mótast af flóknu samspili tíðni, sveifluvíddar og tímasetningar hljóðbylgna.