Sijainti: Kurssit -> Musiikkifysiikka
Päivitetty viimeksi 22.01.2023 kello 19:33

Äänioppi 1

Nopeus ja aallonpituus

Äänellä on vielä kaksi muutakin ominaisuutta, jotka kiinnostavat tai ainakin niiden pitäisi kiinnostaa ääniammattilaista.

Ääni etenee tietyllä nopeudella. Nopeus riippuu väliaineesta. Ilmassa, tässä meille tutuimmassa aineessa, ääni liikkuu karkeasti ottaen 340 m/s. Kolmessa sekunnissa se siis taittaa kilometrin matkan. Tätä nyrkkisääntöä hyväksikäyttäen voikin helposti laskea kuinka kaukana salama iskee ukkosen aikana - välähdyksen ja jyrähdyksen välinen aikaero paljastaa etäisyyden. Jokainen sekunti merkitsee noin 1/3 kilometriä: 3 sekunnin aikaero tarkoittaa yhtä kilometriä, 6 sekuntia 2 km, 7 sekuntia 2,3 km ja niin edelleen.

Äänen nopeus muutamissa väliaineissa:

Ilma 340 m/s*
Vesi 1500 m/s
Jää 3100 m/s
Puu 3400-4500 m/s
Betoni 4000 m/s
Alumiini, teräs 5100 m/s
Lasi 5500-6000 m/s

* Riippuu lämpötilasta, esim. 0°C=331 m/s, 20°C=343 m/s, 40°C=355 m/s. Laskin jolla voit laskea äänen nopeuden eri lämpötiloissa.

Äänen nopeuden ja etäisyyksien laskeminen on tarpeellista mm. kun viritetään äänentoistojärjestelmiä suuriin tiloihin ja suurille ihmismäärille, sekä kun hiotaan äänenlaatua heikentäviä vaihevirheitä monimikrofoniäänityksistä (esim. suuret kokoonpanot kuten big band tai sinfoniaorkesteri).

Viimeisenä äänen ominaisuutena esitellään aallonpituus. Se riippuu kahdesta aiemmin mainitusta ominaisuudesta: taajuudesta ja etenemisnopeudesta. Tämän ilmiön hallitseminen on tarpeen kun suunnitellaan ja korjataan tilojen akustiikkoja (esim. soittotila tai studiotarkkaamo), tai kun sijoitetaan kaiuttimia/mikrofoneja ja halutaan päästä eroon ongelmataajuuksista.

Jos ääni etenee ilmassa 340 m/s, niin tällöin 100 Hz:n aallonpituus on

340 jaettuna sadalla = 3,4 m

Vastaavasti 50 Hz:n taajuuden aallonpituus on 340/50 = 6,8 m.

Aallonpituuden kaava on siis nopeus jaettuna taajuudella.

Tehtävä:

Mikä on alimman ja korkeimman kuulemamme taajuuden aallonpituus ilmassa?

Entä korvan herkimmän taajuuden aallonpituus (4 kHz)?

Entäpä 440 Hz:n (1-viivainen A, taajuus johon useimmat bändit virittävät itsensä, paitsi klassisen musiikin tekijät, jotka käyttävät nykyään taajuutta 442 tai 443 Hz)?

Homma toimii myös toisinpäin: jos tiedämme aallonpituuden voimme laskea sen taajuuden.

Esimerkki:

1,6 metrin päässä tarkkaamon takaseinästä kumisee pahasti. Mikä taajuus todennäköisesti on kyseessä?

Lasketaan minkä taajuuden aallonpituus on 1,6 m:

Jos aallonpituus = nopeus/taajuus, niin

nopeus = aallonpituus x taajuus, ja
taajuus= nopeus/aallonpituus

Joten taajuus on 343 / 1,6 ≈ 214 hertsiä (sisälämpötila on yleensä noin 20-23°C, ja äänennopeus on tuossa lämpötilassa noin 343 m/s).

Tosin tämä etäisyys voi olla etsityn taajuuden puolikas (343/3,2 ≈ 107 hertsiä) tai neljäsosa (343/6,4 ≈ 54 hertsiä). Näistä puolikkaista ja neljäsosa-aallonpituuksista lisää osiossa (zzz Akustiikka).