A hullámforma-időkép tehát így néz ki (Kicsit rücskös a kép, de ezért ne sipákolj, jó?):

Amint láthatod, ez a függvény pillanatról pillanatra változik. Ez azt jelenti, hogy ha nagyon pontosan akarunk rögzíteni vagy közvetíteni egy szinuszos rezgést, akkor minden időpontban követni kell a rezgés változását, vagyis az erősségét, amplitúdóját. Az analóg hangtechnikában nincs is más lehetőségünk. Ha például nagyító alá teszünk egy analóg hanglemezt, akkor abban a hullámformát látjuk bekarcolva.

Most próbáld elképzelni, hogy nem a hullámformát, hanem a már ismert három adatot „rajzoljuk” le!

Ehhez meg kell határoznunk, hogy minek mi lesz a függvénye. A koordináta rendszerünk vízszintes tengelyén nem az időt, hanem a frekvenciát tüntetjük föl, a függőlegesen pedig az amplitúdót. Már csak a fázist kellene valahogyan megjeleníteni. Ezzel kicsit szerencsétlenkedünk, és egyszerűen odaírjuk a rezgés nagyságát mutató vonalra. Ennek a töketlenkedésnek az az oka, hogy gyakorta nincs szükség a kezdőfázis ismeretére, vagy megállapodunk abban, hogy a kezdőfázis 0 fok, 0 radián.

Ha képesek lennénk a jobboldali függvényt átvinni, rögzíteni, sokkal-sokkal gazdaságosabban járhatnánk el. Hiszen a gépnek nem kell folyamatosan követnie a rezgést, csak akkor kell újabb adat, amikor valamelyik paraméter a három közül változik. Sokáig nem voltunk erre képesek, de a digitális technikában nincs ennek semmiféle elvi akadálya. Sőt. a digitális hangtechnikában hol a hullámforma-időképet, hol a másikat, a spektrumképet használjuk, attól függően, hogy melyiknek a rögzítéséhez, átviteléhez kell kevesebb adat. Most még nem riogatlak azzal, hogy ezt az eljárást nevezik transzform kódolásnak.

A spektrum az összetevők tartományát jelenti, a spektrumkép onnan kapta a nevét, hogy egy színes képben rengeteg színösszetevő van, és minden szín fölbontható ezekre a színekre. A színek világában elegendő ehhez egy prizma, de ha meg is akarjuk határozni az összetevőket, színképelemző műszerekre, spektrum analizátorokra van szükség.

A hangtechnikában is használunk spektrum analizátort, hogy kiderüljön, milyen frekvenciájú és milyen nagyságú szinuszos rezgésekből áll egy hangjelenség.

A hullámforma időkép és a spektrumkép kölcsönösen egymásba alakítható, ugyanazt ábrázolja.

De térjünk vissza a legegyszerűbb rezgéshez, a szinuszhoz! Annál is inkább, mert a hullámforma időfüggvény vizsgálatára is van megjelenítő műszerünk, az oszcilloszkóp.

Olyan sokszor használtam már azt a kifejezést, hogy hullám. Ideje hát nem sumákolni tovább, és rátérni arra, hogy mitől is hullám a szinusz rezgés, miközben csak azt látjuk és érezzük, hogy a gitár húrja vagy egy hangszóró membránja ide-odamozog a nyugalmi állapot körül. Hogy a rezgés kezdő helyzetét miért nevezzük nyugalmi állapotnak? Azért, mert ha nem csinálunk semmit, ha nem „zavarjuk” meg a húrt vagy a hangszóró membránját, az bizony meg sem mozdul, nyugalomban marad.

Amikor azonban megzavarjuk, valami történik. Hiszen a gitár vagy a hangszóró hangja eljut hozzánk, anélkül, hogy a gitárhúrt vagy a hangszóró membránját a fülcimpánkra tapasztanánk. E történéshez a hang esetében kell lennie valaminek, ami ezt a zavart továbbítja. E valamit közvetítő közegnek hívjuk. Ha nincs ilyen közeg, a hang nem megy, nem terjed tovább. Ennek a közegnek rugalmasnak kell lennie, vagyis ugyanúgy kell viselkednie, mint a gitárhúrnak vagy a hangszóró membránjának. Már csak ezért sem lehet hatósági közeg.

Ha tehát nincs közvetítő közeg, nincs hang sem; szerencsére, ennek illusztrálására is van virtuális kísérlet eszköz. Viszont ahhoz, hogy működjön is, feltétlenül kell a Java futtató környezet, amit – ismétlem – mindenféle kiegészítő nélkül kell letölteni ls telepíteni, innen:

https://www.java.com/en/

Ezt követően az alábbi helyre ugorjál!

http://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/sound

Ezt kell látnod:

Keresd meg a „Translations” menüpontban a magyar változatot, és töltsd le, majd indítsd is el az alkalmazást! Kicsit bénázni fog, kéri majd a Javát is (nyomd meg a run gombot), de ha mindent jól csináltál, megjelenik a program alábbi képe, ha az ötödik fülre böksz:

Válaszd ki a „hallgató” menüt, engedélyezd a hangot, és szívd ki a levegőt a dobozból! Amikor a nyomásmérő nullára áll, láthatod, hogy a hangszóró membránja rezeg, de hang egy szál sem.

Ha a közegnek a hangforráshoz legközelebb eső részecskéjét kikergetjük a nyugalmi állapotából, ugyanúgy fog rezegni, mint a hangforrás, tehát a nyugalmi állapota körül ide-odamozog. Ha a hangforrás szinuszos rezgést böffentett ki magából, a közeg első részecskéje is szinuszosan fog mozogni.

Tegyük föl ismét, hogy a közvetítő közeg a levegő! A levegő gáz halmazállapotú molekulákból áll. A hangforrás tehát rezegni kezd, és meglöki az első levegő molekulát. Ennek hatására a molekula elindul a fülünk irányába, és amikor becsapódik oda, meghalljuk a hangot.

Hát egy nagy frászt! Miért nem figyelsz?

Éppen most mondtam, hogy a molekula is rezegni kezd, nem ő szalad felénk, hanem meglöki a következő molekulát, az a következőt, és így tovább. A molekulák tehát lényegében a helyükön maradnak, csak egymást lökögetik. Nem a molekula terjed, hanem a rezgés, pontosabban a rezgési energia.

Ha a hangforrás szinuszos rezgést bocsátott ki, a rezgési energia terjedése is szinuszos jellegű lesz: helyenként hullámhegyek, másutt hullámvölgyek keletkeznek, attól függően, hogy a hangforrástól távolodva éppen hol nézzük meg a hullám nagyságát, amplitúdóját. Az alábbi képen a víz hullámzását láthatod. A vízben is terjed a hang, csak másképp, mint a levegőben. De ez most még nem lényeges.

Valójában mi is történik hát a levegőben? Nyugalmi állapotban nem érezzük, hogy a levegő hatna ránk. Pedig nagyon is ránk telepszik. Ezt a rátelepedést hangnyomásnak nevezzük. De jó… Ismét egy mennyiség. A hangnyomás a nyomás egyik fajtája, erő jellegű mennyiség. Pontosabban, a nyomás az egységnyi felületre merőlegesen ható erő mértéke.

nyomás = nyomóerő/nyomott felület

Az SI-ben a hosszúság mértékegysége a méter; esetünkben a felület egy olyan négyzet, amelynek minden oldala egy méter, tehát a területe 1x1 méter = 1 m². Az erőt az SI-ben newtonban mérjük, következésképpen a nyomás mértékegysége, amit p-vel jelölünk, N/m²

A nyomás olyan gyakori mértékegység, hogy külön nevet is kapott:

1 N/m² = 1 pascal, a jele Pa

Pascal nagy fazon volt, például ő használt először légnyomás mérésére barométert.

A nyomás irányfüggetlen, egydimenziós, vagyis skalármennyiség. De mekkora is 1 Pa nyomás? Légnyomásnak kicsi, hangnyomásnak süketítő. A légköri nyomás körülbelül 100 kilopascal, az a hangnyomás pedig, amit éppen csak meghallunk 1 000 Hz-en (1 kHz-en) 20 mikropascal. A kettő aránya 50 000 000 000.

Azannya! A légkör ránk nehezedő nyomása nem roppant össze minket, de egy ennél nagyon-nagyon sokkal kisebb hangrezgést már meghallunk. A légnyomást azért nem érezzük, mert a belső szerveink üregeiben levő nyomás éppen akkora, mint a légnyomás. Persze, ha a légnyomás kicsit változik, akkor mindenféle bajunk lesz: pl. ha hirtelen fölrepülünk a magasba, bedugul vagy fáj a fülünk. Vannak, akik meg hisztisek szoktak lenni az időjárási frontokra. A hangnyomást is azért érzékeljük, mert valójában nyomásváltozásról van szó: a levegő molekulái egyensúlyi állapotának parányi megzavarásáról.

S hogy vidáman élvezd az eddigieket, ismerkedj meg a „Jó rezgések” című animációs kisfilmmel, ami szintén bizonyítja, hogy nem a molekulák, hanem az energia terjed tova.