Inimene on heldelt loodusega varustatud, et mugav alt eksisteerida ja ümbritsevat maailma tundma õppida. Ta suudab näha erksaid värve, kuulda erinevaid helisid, püüda lõhnu ja nautida toidu maitset. Üks keerukamaid meeleorganeid on kuulmisorgan, tänu millele inimene suhtleb ja saab suurema osa informatsioonist.
Inimene elab püsivas helide maailmas, tänu millele saab ta asendamatu teabeallika teda ümbritseva maailma kohta. Meresurfi kohin ja tuule mürin, lindude sirin, inimeste vestlused ja loomade urisemine, äikesemürinad on looduses heliallikad, mis aitavad inimesel keskkonnaga kohaneda.
Kuidas kuulda?
Kui vaatate inimese kõrva sisse, näete membraani, mida nimetatakse trummikileks. See ulatub mööda tunnelit, mis viib kõrva sisse. Heliallika õhuvibratsioon tabab kuulmekile, põhjustades ka selle vibratsiooni. Kuulmekile taga on kondine ruum, mis on täidetudkolm liikuvat luud, mida nimetatakse malleuks, alasiks ja jalus, mida nimetatakse nende kuju tõttu. Need luud võtavad vastu kuulmekile vibratsiooni ja hakkavad võnkuma.
Sügavamal kõrvas on umbes 3 cm pikkune vedelikuga täidetud kanal, mida nimetatakse sisekõrvaseks. Liikuvate luude vibratsioon tekitab vedelikus laineid, nagu laineid ookeanis. Nagu vetikad vee all, lainetavad tuhanded karvarakud läbi vedeliku. Need rakud on kuulmise jaoks väga olulised. Neid läbivad vibratsioonid suruvad elektrilisi impulsse, mis liiguvad läbi kuulmisnärvi ajju. Aju omakorda tõlgib need elektrilised signaalid muusikaks, häälteks või lindude säutsuks või sirinaks.
Kust heli tuleb?
Mis on heli allikas? Igasugune füüsiline keha või nähtus, mis võngub helisagedusega, kuna sellest lähtuvad lained tekivad keskkonda. Inimesed teevad helisid kasutades oma häälepaelu. Kui panete vestluse ajal käed kõrile, võite tunda vibratsiooni. Peaaegu alati on võimalik heliallikaid tuvastada. Helilained on nagu lained nisupõllul tuulisel päeval. Õhumolekulid põrkuvad üksteise vastu ja liiguvad lahku ning õhku läbiv laine on vaid õhumolekulide voolu rütmiline kokkutõmbumine ja paisumine – omamoodi vibratsioon. Kuid ka muud materjalid kannavad helilaineid, näiteks puit, mis on samuti heliallikas. Kui karjuda ühelt poolt suletudpuidust uks, hakkavad esm alt võnkuma karjuva inimese häälepaelad, mis omakorda paneb õhku vibreerima. Õhk paneb ukse puidu värisema ning seejärel kandub vibratsioon uksest õhku ja edasi, teisel pool ust seisvale inimesele. Koopas ei ima ega edasta seinad helisid nii, nagu uksed seda teevad. Nad rikošetavad neid tagasi nagu valguse peegel. Mõned Euroopa orud on tuntud oma kajade poolest. Näiteks võib üht jahisarvest kostvat heli korrata 100 korda, kuni see lõpuks vaikib.
Looduslikud allikad
Mesilase või kärbse suminat, sääse kriuksumist, inimeste ja loomade häälepaelu peetakse loomulikeks heliallikateks. Kui panna kõrva suur merekarp, on kuulda kauget müra, mis meenutab surfimürinat, mitte ilmaasjata, merelt naastes toovad paljud koju merest elava mälestusega karbi. Nii atraktiivne kui see idee ka ei tundu, pole kuuldaval müral merega mingit pistmist. Selle asemel kuuleb kõrv kõigi väljaspool kesta olevate helide mitut kaja. Looduslike heliallikate hulka kuuluvad lehtede sahin ja lindude laul, allika mürin, äikese ajal äike, rohutirtsude sirin ja lume kriuksuv jalge all – helilainete looduslike allikate loend on lõputu.
Helilainemehhanism
Kajad on helilained, mis põrkuvad siled alt pinn alt ja jõuavad kõrva. Näiteks kui koopas karjud, siis saadsekundi murdosa hiljem, et kuulda, kuidas su hääl koopaseintelt tagasi põrkub ja tagasi tule. Nii toimib merekarp. Parimad näited heliallikatest on need valamud, millel on palju tühje kambreid. Need on nagu ruumid tühjas majas. Valamu lähedal olevad seinad on siledad, mis tähendab, et kambrites korduvad valamu lähedal olevad helid, ka kõige vaiksemad. Kogu kaja – inimeste rääkimisest, muusikast või loodushelidest – muutub mürinaks. Sellele saab lisada ka südamelöögi, mille kraanikauss üles korjab ja ära peksab. Paljude kajade kaunist efekti kuuleb surfiheli.
Heli teisendus
Ükskõik kui kõvasti inimene karjub, pärast 100-200 meetrit ei kuule teda keegi, välja arvatud see, et ta karjub telefonis. Sõna "telefon" on kreeka keelest tõlgitud kui "kauge heli". Telefonivestluse käigus muudetakse helilained elektrivooluks. Vastuvõtmise ajal toimub vastupidine protsess. Selline vool võib ületada mis tahes vahemaa, levides õhus nagu helilained. Telefonitorusse on sisse ehitatud mikrofon, mis reageerib vestluse ajal tekkivale õhuvibratsioonile. Mikrofon muudab need vibratsioonid vahelduvvooluks. See levib mööda telefoniliini juhtmeid ja jõuab abonendini liini teises otsas. Kuid kuna inimene vahelduvvoolu vibratsioone ei tunne, tuleb need muuta kuuldavaks helivibratsiooniks. Seda funktsiooni täidab telefonitoru sisse ehitatud väike valjuhääldi. Elektrilained mõjutavad magnetvälja,muutes oma jõudu. See paneb membraani vibreerima, tekitades helilaineid, mis tuvastatakse helistaja häälena.
Milliseid laineid inimene kuuleb?
Ainult laineid, mida inimene kuuleb, nimetatakse helilaineteks.
Heli on teatud ulatusega mehaanilised lained, mida inimene suudab eristada. Uuringud näitavad, et inimese kuulmisorganid võtavad vastu laineid vahemikus 16 Hz kuni 20 000 Hz. Lisaks neile on veel laineid, mille sagedus on alla 16 Hz (infraheli) ja üle 20 000 Hz (ultraheli). Kuid need ei kuulu kuuldavuse piiresse ja inimene ei tunne neid.
Pildil on inimese kuulmisulatus.
Infraheliheli Ultraheli
|_|_|_
0 16–20 20000 Hz
Muud sagedused on eristatavad üksikute loomade või putukate, sh kalade, liblikate, koerte ja kasside, nahkhiirte, delfiinide järgi.
Kuidas heliallikat tuvastada? Allikad on igasugused kehad, mis tekitavad vibratsiooni helisagedusega (16 kuni 20000 Hz)
Kunstlikud allikad
Kõik, mis on loodud inimese, mitte looduse poolt, võib omistada tehisheliallikatele, näiteks: häälestushark, kell, tramm, raadio, arvuti. Saate katsetada, kuidas helilaine tekib. Katse jaoks vajate kruustangisse kinnitatud metallist joonlauda. Kui tegutsete joonlaua järgi, võite märgata vibratsiooni, kuid heli ei kostu. Kuid samal ajal moodustub joonlaua lähedal mehaaniline laine. Joonlaua vibratsiooniulatus jääb alla helisageduse, mistõttu inimene heli ei kuule. Selle kogemuse põhjal leiutati 19. sajandi lõpus seade nimega hääletushark.
Heli tekib ainult siis, kui keha vibreerib helisagedusel. Lained liiguvad eri suundades. Kõrva ja heliallika vahel peab olema keskkond. See võib olla gaas, vedelik, tahke pind, kuid kindlasti peavad need olema osakesed, mis edastavad laineid. Helivibratsiooni edastamine toimub ainult seal, kus on selline keskkond. Kui ainet pole, pole ka heli.
Heli saamiseks nõutavad tingimused
Helilaine loomiseks peab olema:
- Allikas.
- Kolmapäev.
- Kuuldeaparaat.
- Sagedus 16–20000 Hz.
- Intensiivsus.
Heli tajumine on subjektiivne protsess, mis sõltub kuulmisorgani seisundist ja inimese enesetundest. Mikrofonid töötavad samal põhimõttel nagu kõrvad, ainult et kuulmekile asemel on mikrofonis väike õhuke magneti külge kinnitatud metallplaat. Kui õhurõhk plaadil muutub, siis magnet kõigub ja tekib elektriline vibratsioon.
Akustilised saavutused
Varem salvestasid inimesed heli mitmel viisil: vinüülplaatidele, fotofilmidele või magnetosakestena magnetlindile. Arvuti kui heliallikas salvestab teavet hetketaseme kohta, loeb regulaarselt tasetpinge ja salvestage iga väärtus numbrina. Tänapäeval on peaaegu kõikidel arvutitel helikaart, mis võimaldab salvestada ja esitada helisõnumeid ja muusikat välisseadmetest (mikrofon, magnetofon, CD-d) või töödelda digitaalsele heliallikale, infokandjale (kõvakettale, plaadile) salvestatud digitaalset heliandmeid. DVD, CD, Blu-ray plaadid) ja väljastage need kõlaritesse.
Digitehnoloogia areng ei seisa paigal. Vaid 100 aastaga on heli areng liikunud mehaanilise salvestamise ajastust muusikakastidest digitaalse salvestamise ajastuni. Akustika areng on juba hämmastav.
Teadlased on leidnud viisi andmete edastamiseks arvutist arvutisse, kasutades ainult heli. Loodud on akustiline skalpell, mis suudab eraldada kasvõi üksiku raku, nanotehnoloogid arendavad juba võimalust mobiiltelefoni hääle abil laadida. Tulevikus ootab inimkond uskumatuid avastusi, milles heli saab otsest osa.
