¿Por qué es tan fácil crear sonido audible?

Question

Contexto

¿Por qué es tan fácil para crear los sonidos de la vida con básicamente cualquier cosa?

• Poniendo su taza de café en una mesa viene con un sonido
• Convertir una página de su libro viene con un sonido
• Incluso algo tan suave como una toalla crea un sonido cuando se mueve o se desarrollan.
• Cuando las hojas en el suelo se mueven por el viento, se oye el sonido!
• Por supuesto, la lista no tiene fin, pero usted consigue el punto.

Supongo que: debe ser relacionado con la densidad media del aire que nos rodea, que como sucede, hace que la compresión del aire, causada por nuestro día a día las actividades de sonora. El hecho de que nuestra audiencia rango de frecuencia se extiende desde 20 Hz a 20.000 Hz es muy probablemente debido a razones evolutivas, es decir, que aquellos con peor audición gama tenido un tiempo más difícil para sobrevivir. Pero esa es otra historia.

Pregunta

Todo eso de lado, ¿qué criterios deben cumplirse para que un sonido acústico para ser audible? es decir, encajan dentro de nuestro rango de audición. Me imagino que para una imagen completa del problema, hay muchos factores a tener en cuenta por ejemplo :

• La densidad del objeto $\rho_o$ crear el sonido
• Densidad de aire $\rho_{\rm aire}$, por simplicidad vamos a suponer que es constante, es decir, fijados latitud!
• Velocidad $v$ del objeto en movimiento
• El objeto de la sección transversal de $S$ (probablemente un muy importante factor va de la mano con la intensidad de la onda acústica me imagino)
• La superficie del objeto de detalles: áspero, suave, duro, planos, etc.
• ...

Cualquier parte de atrás de la envolvente de la estimación con el número mínimo necesario de factores a tener en cuenta va a hacer bien!

Answer 1

Podemos considerar cuatro aspectos de tu pregunta:

1. ¿Por qué la mayoría de los eventos que genera el sonido?
2. ¿Qué sonidos se propagan?
3. ¿Qué se necesita para que el sonido sea detectado?
4. La evolución ha conseguido nada que ver con esto?

1 - la generación de sonido La mayoría de los sonidos que se describen son "banda ancha". Recuerde que un pulso de delta (short sharp shock) es, básicamente, "todas las frecuencias", aunque, en realidad, un pulso de una duración determinada, no contienen la más alta de las frecuencias. Ahora resulta que (ver, por ejemplo, mi primera respuesta en este tema) que se necesita absolutamente un PEQUEÑO movimiento (menos de un átomo de ancho) para generar un sonido audible de pulso, de manera que podemos decir con seguridad "cada movimiento que hace un sonido; la mayoría de las peticiones de hacer audible el sonido".

2 - propagación del sonido Como todos los finita de tamaño de fuentes de energía, una vez que están a una distancia razonable (razonable en comparación con el tamaño del objeto que genera el sonido) de distancia, la intensidad del sonido se cae como el cuadrado inverso de la distancia (bloqueo de los mecanismos para contener la dirección de propagación: túneles, montañas, etc). Esto significa que el sonido se suelen permanecer audible para aproximadamente la misma distancia que el objeto de hacer que permanece visible/interesante. Cierto muy fuertes fuentes (por ejemplo, los grillos son una excepción a esta regla, pero son deliberadamente tratando de ser escuchado mucho (ver punto 4). El sonido también es atenuada por el aire de acuerdo a la Ley de Stokes, el coeficiente de atenuación $\alpha \propto \omega^2$, lo que significa que las frecuencias más altas se absorbe con más fuerza (porque de viscosa interacciones en el aire). Desde el Bruell & Kjaer página web:

Las bajas frecuencias en realidad sólo se atenuada de acuerdo a la ley del cuadrado inverso, pero las frecuencias más altas se atenúan con más fuerza.

3 - detección de sonido Con el fin de detectar sonido, una membrana necesita ser movido. Este movimiento tiene que ser de alguna manera transmite al sistema nervioso, que es a base de agua y por lo tanto tiene una muy diferente impedancia acústica de aire ($z_0 = \rho$ c, de modo que cuando aumenta la densidad por 1000x y la velocidad del sonido 4x, no hay coincidencia...). Los mecanismos en el oído (membrana timpánica, malleus, martillo, estribo, ventana oval, la cóclea), es una hermosa pieza de ingeniería para crear algo de una acústica partido, y funciona bastante bien en un rango de frecuencias. Por desgracia, por muy bajas o muy altas frecuencias, poco de ese mecanismo que deje de funcionar tan bien finito de masa (inercia) de los componentes hace más reacios a moverse a altas frecuencias. De nuevo, esto pone un límite superior de la frecuencia podemos escuchar. Sin embargo, la "amplificación" de que el órgano completo proporciona es exquisita - como yo calculada en la respuesta enlazado más arriba, esto significa que usted puede escuchar diminutas, pequeñas vibraciones.

4 - evolución El cuerpo humano es una máquina maravillosa, refinado por eones de evolución - "la que oye el depredador que se acerca vidas para procrear otro día". La combinación de "todo lo que perturba el aire a su alrededor" y "nos están diseñados para detectar el más mínimo sonido" es la respuesta a su pregunta.

Answer 2

Por lo tanto, necesitamos los datos de los oídos. Se oye un sonido tiene una intensidad mínima de $I_0\approx10^{-12}W/m^2$. Esto muestra cuán sensible a nuestros oídos que realmente son. Una manera de ver que es el uso de esa intensidad para calcular la variación total de desplazamiento de aire. Si haces eso, vamos a tener alrededor de $\Delta u\approx1.1\cdot 10^{-11}m$. Este es de $0.11$ angstroms! Este es más pequeño que el radio de los átomos!! Para comparisom, el átomo de hidrógeno en el estado de menor energía tiene radio de $0.52$ angstroms. Así, nuestros oídos son una extraordinaria increíble "dispositivo" muy, muy, muy sensible, cabable de la detección de la magnitud de los desplazamientos de la membrana del tímpano. Esto se relaciona con la intensidad de la onda y el máximo desplazamiento de aire $U$: $$ I = \frac{1}{2}\rho_{aire}v\omega^2 U^2 $$

Donde, $v$ es la velocidad del sonido. La frecuencia es de $f = \omega/2\pi$.

Otro hecho a considerar, es la frecuencia. Nuestro oído puede oír de $f_m=20Hz$ $f_M=20kHz$. Cuando estamos "poniendo su taza de café sobre una mesa", por ejemplo, podemos deformar la tabla. La mesa de vibración para un par de segundos. Esta vibración se vibrar el aire, que viaja como una onda hasta llegar a sus oídos. Luego de escuchar. Esas vibraciones son muy pequeñas, pero nuestro oído puede detectar. Esas frecuencias de vibración casi todo el tiempo en algún momento están en el rango de $f_m<f<f_M$. Luego de oír.

Answer 3

La densidad del aire es muy por debajo de la de la mayoría de los sólidos, por lo que cualquier objeto sólido que vibra vibrará el aire alrededor de él.

Si golpear un objeto sólido, vibrará a una frecuencia dependiente de la masa y elasticidad (entre otras cosas). Muchos objetos cotidianos tienen una frecuencia resonante en el rango de audición humana. Incluso si no puede escuchar la frecuencia de resonancia del objeto, entonces usted puede todavía oír armónicos y la resonancia de las partes del objeto.

Answer 4

Evolución. Estamos evolucionados para oír la sabertooth tiger preparándose saltar en nosotros.

Answer 5

¿Qué es "audible" se produce a partir de los sonidos que se producen comúnmente

Hay muchas respuestas acerca de por qué muchas de las cosas que hacen un sonido, pero una cosa importante es que la definición de "audible" - es decir, ¿qué longitudes de onda y niveles de potencia de las vibraciones mecánicas caen dentro del "rango audible" es un resultado de nuestro medio ambiente. La correcta respuesta a una pregunta de "¿por qué las cosas interesantes que caen dentro de los 20-20k hz" es que si no eran comunes los sonidos relevantes para nuestra vida, por ejemplo, 15hz o 30 khz de frecuencia, entonces es muy probable que nuestros oídos, el cerebro y otros órganos será un poco diferente y su rango de audición incluiría 15hz o 30khz, respectivamente.