ääniaaltoihin

Ääniaalto on mekaaninen aaltoliike, jossa väliaineessa esiintyy paineen ja tiheyden pienoisvaihteluita. Aalto ei kuljeta ainetta paikasta toiseen, vaan siirtää energiaa eteenpäin. Väliaine voi olla kaasu, neste tai kiinteä, ja ääniaalon eteneminen edellyttää tällaista välikudosta. Ääniaalon nopeus riippuu väliaineesta sekä sen olosuhteista, kuten lämpötilasta ja tiheydestä. Esimerkiksi ilmassa nopeus on noin 343 metriä sekunnissa lämpötilasta riippuen, vedessä noin 1500 m/s ja kiinteissä aineissa tyypillisesti suurempi. Taajuus f määrittää äänen korkeuden; aallonpituus λ liittyy nopeuteen kaavalla v = fλ. Taajuus pysyy käytännössä samanlaisena, kun ääni siirtyy väliaineesta toiseen, mutta nopeus ja aallonpituus muuttuvat.

Ääniaaltoja voidaan luokitella pitkittäis- ja poikittaisaaltoihin. Pitkittäisissä aalloissa paine- ja tiheyshäiriöt etenevät samansuuntaisesti kulkusuuntaan; poikittaisissa aalloissa hiukkaset värähtelevät kohtisuoraan etenemissuuntaan nähden. Ilmassa ääniaalot ovat käytännössä pitkittäisiä, kun taas kiinteissä aineissa sekä pitkittäisiä että poikittaisia aaltoja voi esiintyä. Yleisesti ottaen ääniaalot käsitetään pitkittäisinä aalloina ilmassa.

Havainto ja mittaus: Ihmiskorva kuulee noin 20 Hz–20 kHz taajuuksia, ja äänen voimakkuutta kutsutaan usein desibeleiksi (dB). Äänen voimakkuus riippuu paineenvaihtelujen suuruudesta, sekä ympäröivästä ympäristöstä ja taustamelusta. Ääni voi heijastua, taittua, diffraktoitua ja interferoida; Doppler-efekti kuvaa taajuuden muutosta kohteen liikkeen vuoksi. Ultrasonic kuvantaminen ja monet lääketieteelliset ja teolliset sovellukset hyödyntävät näitä ominaisuuksia.

Sovellukset: Ääniaaltoja käytetään viestinnässä, musiikissa, akustiikassa ja melunhallinnassa. Lääketieteessä ultrasonografia sekä pehmeä kudosten kuvantaminen ovat yleisiä esimerkkejä, kun taas arkkitehtuurissa huomioidaan tilan akustiikka ja äänen jakautuminen.