Widmo akustyczne - Polski Serwis Naukowy

Widmo akustyczne (widmo dźwięku) – rozkład natężenia składowych dźwięku w zależności od częstotliwości tych składowych. Widma uzyskuje się metodami spektroskopii lub jako wynik analizy fourierowskiej przebiegu falowego dźwięku.

Dla fal okresowych częstotliwości składowych, dla których natężenie jest różne od zera, tworzą ciąg oddzielnych wartości. Rozkład taki nazywany jest widmem dyskretnym (inaczej: widmem liniowym lub prążkowym). W tym przypadku ma zastosowanie analiza przy pomocy szeregu Fouriera.

Natężenie dźwięku – miara energii fali akustycznej, której jednostką jest W/m2. Jest ona równa średniej wartości strumienia energii akustycznej przepływającego w czasie 1 s przez jednostkowe pole powierzchni (1 m2) zorientowanej prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali.

Częstotliwość określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.

$p(t) =\sum_{k=0}^{\infty} A_k \sin(2\pi f_k t + \phi_k)=\sum_{k=0}^{\infty} A_k \sin(2\pi f_0 (k+1) t +\phi_k)$ ,

przy czym widmem jest rozkład $A_k$ w funkcji $k$ lub $f$ . Składnik $\phi_k$ oznacza argument (fazę początkową) składowej (w ogólności nie wszystkie drgania składowe muszą się rozpoczynać w tej samej fazie). Składowa o najmniejszej częstotliwości $f_0$ nazywana jest składową podstawową, pozostałe nazywane są wyższymi składowymi harmonicznymi lub harmonikami. W szeregu tym nie występuje częstotliwość $f=0$ , gdyż odpowiada ona składowej stałej, która dla fal akustycznych jest nieistotna, jest to ciśnienie ośrodka w którym rozchodzi się fala.

Dźwięk – wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16-20 Hz do ok. 16-20 kHz.

Widmo liniowe lub dyskretne - widmo emisyjne składające się z oddzielnych linii widmowych. Widmo takie jest typowe dla nieoddziałujących ze sobą atomów, czyli pierwiastków w stanie gazowym, jeżeli gaz ten pozostaje pod niezbyt dużym ciśnieniem. Dlatego widmo tego typu nazywane jest również widmem atomowym. Układ linii widmowych zależy od układu poziomów energetycznych elektronów w atomie, który jest różny dla atomów różnych pierwiastków. Z tego powodu również układ linii widmowych jest niepowtarzalny i charakterystyczny dla danego pierwiastka. Dzięki temu analiza widmowa światła pochodzącego nawet z bardzo odległych źródeł pozwala na identyfikację pierwiastków wchodzących w skład świecącego gazu.

Wykres widma przebiegu falowego okresowego o okresie $T$ ma postać szeregu prążków, które odpowiadają poszczególnym składowym harmonicznym o częstotliwościach kolejno $f_{k}=k \frac{1}{T}$ . Wysokość każdego prążka reprezentuje amplitudę danej składowej harmonicznej - $A_k$ .

Dla przebiegów falowych nieokresowych widmo zawiera ciągłe przedziały częstotliwości (widmo ciągłe), do analizy takich przebiegów stosuje się transformację Fouriera. Widmo przebiegu falowego nieokresowego ma postać funkcji ciągłej, która w ogólności może przyjmować wartości niezerowe dla wszystkich częstotliwości.

Widmo spektroskopowe – zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji.

Składowa harmoniczna (alikwot, z łac. aliquot – kilka) – część składowa dźwięku muzycznego o przebiegu sinusoidalnym i częstotliwości n = fk gdzie f jest częstotliwością tonu podstawowego, natomiast k jest liczbą naturalną większą od 1. Długości fal kolejnych składowych harmonicznych są elementami szeregu harmonicznego.