Ääniaaltoja

Ääniaaltoja ovat mekaaniset aaltoliikkeet, jotka siirtävät energiasta väliaineen rakenneosien värähtelyjä. Ne voivat kulkea kaasussa, nesteessä tai kiinteässä aineessa. Useimmissa väliaineissa ääniaalot ovat pitkittäisiä, joissa hiukkaset värähtelevät eteen-taaksepäin aallon suuntaan. Kiinteissä aineissa voidaan esiintyä sekä pitkittäisiä että transversaalisia ääniaaltoja, ja ääni voi esiintyä myös pinta- ja kapillaarialtoina tietyissä yhteyksissä.

Ääniaalon nopeus riippuu väliaineen ominaisuuksista, kuten tiheydestä ja elastisuudesta. Mitä jäykempi ja elastisempi väliaine, sitä nopeammin ääniaalto etenee. Lämpötila vaikuttaa myös nopeuteen. Tyypillisiä arvoja: ilmassa noin 343 m/s (20 °C), vedessä noin 1 500 m/s ja teräksessä useita tuhansia metrejä sekunnissa.

Taajuus (f) ja aaltopituus (λ) liittyvät toisiinsa nopeuden kautta: λ = v / f. Ihmiskorva havaitsee äänen paineen muutoksina, ja sen kuuleminen tapahtuu noin 20 Hz–20 kHz -alueella. Infrasointia (<20 Hz) ja ultrasonia (>20 kHz) käytetään teknisissä sovelluksissa ja tutkimuksessa.

Ääniaallot voivat heijastua esteistä, taittua rajapinnassa ja hajaantua. Ne voivat myös interferoida, mikä johtaa vahvistumiin tai heikkenemisiin äänessä. Dopplerin ilmiö aiheuttaa taajuuden muutoksen, kun either äänen lähde tai kuulija liikkuu. Välikohtaiset olosuhteet sekä esteet ja rajapinnat vaikuttavat äänen etenemiseen ja kuuluvuuteen.

Käytännössä ääniaallot ovat keskeisiä musiikissa, puheessa ja akustiikassa sekä lääketieteen ultraäänitutkimuksissa, monitoroinnissa ja monissa teollisissa sovelluksissa, kuten paikannuksessa, materiaalien karakterisoinnissa ja testauksessa.