Ääni

Ääni on kuultavissa olevaa mekaanista aaltoliikettä tai mainitun aaltoliikkeen kuuloelinten kautta aiheuttama kuuloaistimus tajunnassa. Ääniaalto ei etene tyhjiössä vaan tarvitsee väliaineen edetäkseen. Väliaine voi olla missä tahansa olomuodossa, kuten nesteenä, kaasuna, kiinteänä tai plasmana. Kun väliaineena on kaasu (esimerkiksi ilma) ääniaalto etenee pitkittäisenä. Kiinteissä aineissa esiintyy myös poikittaisia ääniaaltoja. Tieteellistä äänentutkimusta kutsutaan akustiikaksi.
Ultraääniksi kutsutaan yli 20 000 Hz:n taajuuksia ja infraääniksi alle 20 Hz:n taajuuksia.
Korkeataajuuksisen ultraäänen avulla suoritettavilla mittauksilla voidaan selvittää muun muassa paksuuksia, etäisyyksiä tai jonkin kohteen sijainti. Ultraääntä käytetään lämmönlähteenä hitsauksessa erityisesti muoveja hitsattaessa. Kaikuluotaimien toiminta perustuu ultraääneen.
Ääntä käytetään musiikissa ja laulamisessa taiteellista tai viihteellistä arvoa sisältävien kuuloaistimusten tuottamiseen. Taiteen piirissä ääniä voidaan myös koota äänimaisemiksi tai käyttää erilaisten taideteoksien elementteinä. Ympäristössä esiintyy myös erilaisia ei-toivottuja ääniä, joiden yleisnimitys on melu.
Äänen tuottaminen.
Ääntä voi synnyttää massan, voiman, liikemäärän ja lämmön tuotto kaasuun tai nesteeseen. Kiinteään väliaineeseen ääntä voi synnyttää vain voiman tuotto. Yleisiä äänen syntytapoja ovat mekaaninen värähtely ja virtaukset. Ääntä voi syntyä erilaisten kemiallisten reaktioiden tai fysikaalisten ilmiöiden seurauksena, tai se voi olla ihmisten tai eläinten toiminnan tulosta. Ääntä tuotetaan myös erilaisten soitinten ja äänentoistolaitteiden avulla, kuten syntetisaattori tai kosketinsoittimet.
Ihmisääni syntyy ihmisen puhaltaessa ilmaa ulos keuhkoistaan äänihuulten, kurkun sekä suun tai nenän kautta. Ihmisääntä hyödynnetään viestinnässä puheen muodossa.
Äänen havaitseminen.
Ääni voidaan havaita kuuloaistimuksena, tuntoaistimuksena tai erilaisten mittausten avulla. Äänen havaitsemista tutkitaan psykoakustiikassa. Ihmiset ja useimmat eläimet havaitsevat ääntä kuulonsa avulla käyttäen korviaan. Ihminen ei kuule ääniä, joiden taajuus on alle 20 hertsiä tai yli 20 kilohertsiä. Matalat äänet voidaan myös tuntea värähtelynä mikäli ääni on riittävän voimakas. Kuulo sekä kyky havaita korkeita taajuuksia heikkenee iän myötä. Kuulon heikentyminen on yksilöllistä. Siihen voivat vaikuttaa perinnölliset tekijät, yleissairaudet ja melualtistus. Voimakkaat tai korkeat äänet voivat tuottaa kipua korvissa. Jos korvat altistuvat useasti koville tai voimakkaille äänille, voi kuulo vahingoittua.
Äänen vaimentaminen.
Ääntä voidaan vaimentaa äänenvaimentimella, absorption tai vastakkaisvaiheisten aaltojen avulla. Melun torjuntaan voi käyttää kuulonsuojaimia tai korvatulppia.
Äänen fysikaaliset ominaisuudet.
Äänen taajuus ja spektri.
Äänen taajuuden yksikkö on hertsi (Hz). Taajuus kertoo ääniaaltojen värähtelyjen lukumäärän sekunnissa. Mitä enemmän värähdyksiä ääniaalloissa on, sitä korkeampi ääni syntyy. Ihmiskorva on herkimmillään aistimaan ääniä 500–4 000 hertsin välillä. Ihmisen korva erottaa yleensä taajuuksia 20–20 000 Hz, ja ääniä, joiden taajuus on niiden yläpuolella, kutsutaan ultraääniksi. Ääniä, jotka ovat taajuudeltaan niin matalia, että ihmiskorva ei kykene niitä havaitsemaan, kutsutaan infraääniksi. Yleensä infraäänellä tarkoitetaan alle 20 hertsin taajuisia ääniä. — Pianon äänialue on n. 30–5 000 Hz. Äänen taajuuden kaksinkertaistuminen tai puolittuminen merkitsee oktaavin muutosta sävelkorkeudessa.
Yleensä äänen spektri koostuu useista eri ääneksistä, mutta puhtaan siniaallon voidaan katsoa olevan äänes, jolla on vain yksi taajuus ja amplitudi.
Äänen voimakkuus.
Äänen voimakkuutta kuvataan äänenpaineen tai äänenpainetason avulla. Äänenpainetason yksikkö on desibeli (dB). Hyvin kuulevan ihmisen kuulokynnystaso, eli hiljaisin ääni, jonka hän kuulee, on noin 0 dB. Normaalin puheen voimakkuus liikkuu noin 50–60 dB:ssä. Hyvin kuulevalla ihmisellä kipukynnys on noin 120–125 dB:n vaiheilla.
Metrin päästä kuunneltuna kuiskaus on noin 30 dB:n ja tavallinen puhe noin 60 dB:n tasolla.
Voimakkaat äänet voivat aiheuttaa joko tilapäisiä tai pysyviä vaikutuksia kuulojärjestelmään. Meluperäiset kuulovammat syntyvät useimmiten hitaasti ajan kanssa.
Äänen nopeus.
Äänen nopeus mitataan metreinä per sekunti. Nopeus ei ole vakio, vaan se riippuu väliaineesta ja lämpötilasta. Äänen nopeus 0 °C:n lämpöisessä ilmassa on 331,4 m/s ja kasvaa jokaista astetta kohden lämpötilan noustessa. Huonelämpötilassa (22 °C) äänen nopeus on noin 345 m/s.
Esimerkkejä keskimääräisestä äänen nopeudesta, kun väliaine on kiinteä:
Äänen tallennus.
Ääntä voidaan tallentaa usealla eri tavalla. Useimmiten käytetään mikrofonia josta tuleva signaali vahvistetaan ja tallennetaan tiettyyn formaattiin esim. mp3-muotoon digitaaliseksi tiedostoksi. Aiemmin käytettiin muun muassa magnetoituvia nauhoja, kuten C-kasettia.