Helilained (1)

HELILAINED
Füüsika osa, mis seletab helinähtusi, nimetatakse akustikaks. Helid on need, mida meie kõrv kuuleb. Helilained on mehaanilised pikilained (levisiht ühtib võnkumiste sihiga – keskkonna hõrendused ja tihendused).
Heliallikad on võnkuvad kehad. Kehade võnkumine põhjustab keskkonnas hõrendusi ja tihendusi, mis liiguvad kindla kiirusega sõltuvalt keskkonna omadustest. Mida tihedam keskkond, seda suurem on heli kiirus (parem/kergem vastastikmõju osakestega). Heli kiirus sõltub ka keskkonna temperatuurist.
Heli levimiskiirus erinevates keskkondades
Keskkond
Levimiskiirus m/s
Keskkond
Levimiskiirus m/s
Õhk (-20 ºC)
319
Merevesi (+4 ºC)
1 500
Õhk (0 ºC)
332
Jää
3 230
Õhk (+20 ºC)
343
Teras, raud
5 000
Puhas vesi (+4 ºC)
1 400
Klaas
5 200
Kuulmine võimaldab teha kindlaks heliallika asukoha, hinnata helide tugevust ja neis peituvat informatsiooni. Inimene kuuleb kahe kõrvaga, seepärast suudab ta määrata, kust ja kui kaugelt heli tuleb. Heli kõrguse määrab põhitooni sagedus (hertsides – võngete arv sekundis; bass: 80 – 350 Hz ja sopran : 330 – 1400 Hz), tämbri määrab sageduste spekter ning valjuse lainete intensiivsus ( amplituud ). Normaalse kuulmisega inimene eristab helisid, mille sagedus on 20 Hz – 20 000 Hz. Madalam sagedus tekitab sügavaid, s.o. bassihelisid, kõrgema sageduse korral moodustuvad kõrged helid. Meie kõrv on kõige tundlikum 1000 – 3000-hertsise sagedusega helide suhtes, sest sellise sagedusega on ka inimese kõne. Paljud loomad on teravama kuulmisega kui inimene, näiteks koer kuuleb 35 000 Hz, rott 90 000 Hz ja delfiin 100 000 Hz sagedusega helisid.
Erinevate loomade kuulmine (helisagedus hertsides Hz) Erineva tugevusega helid
Inimese vananedes kuulmise ulatus väheneb. Probleeme tekib just kõrgema sagedusega helide korral. Halva kuulmise parandamiseks kasutatakse kuulmisaparaate, mis võimendavad helisid ja suunavad need sisekõrva. Kuulmise täielikku puudumist nimetatakse kurtuseks. Heli tugevust/valjust mõõdetakse detsibellides (dB). Normaalse kuulmise korral on kuulmislävest (0 dB) valuläveni 120 dB, seda 1000 Hz juures, mis ongi kuulmisvälja diapasoon . Väga tugevad helid (120 – 130 dB) põhjustavad kõrvades valu ja nende tekitatud surve võib purustada ka trummikile . Kui tugevad helid (kõva müra) kestavad pikka aega, võngub trummikile kaua liiga suures ulatuses, mistõttu trummikile muutub vähem elastseks ja kuulmine nõrgeneb. Püsiva ja tugeva heliärrituse tagajärjel kõrv väsib. Väga tugev (alates 85 detsibellist) heli kahjustab pikema aja jooksul ka kuulmisrakke ja inimene ei kuule enam hästi.
Meile tuttav helinähtus on kaja – mitmesugustelt takistustelt tagasipeegeldunud heli. Kuuleme seda siis, kui tajume peegeldunud heli esialgsest helist eraldi ( ajavahemik nende vahel ei tohi olla alla 1/15 sekundi). Ultraheli (f > 20 kHz) peegeldumise järgi orienteeruvad nahkhiired pimedas ja delfiinid sogases vees. Kehade asukoha määramist tagasipeegeldunud ultrahelisignaali järgi nimetatakse kajalokatsiooniks. Nendega määratakse allveelaevade asukohad, merepõhja sügavust (kajalood), kalaparve asukohta ja liikumist ning kasutatakse ka udus liikumiseks.