Arkielämän ääni-ilmiöitä

Äänen nopeus

Ääni etenee eri nopeudella eri aineissa. Ilmassa nopeus on n. 343 metriä sekunnissa, kun lämpötila on 20 astetta. Kun ilma viilenee, ääni etenee hitaammin. Pakkasella, -20 asteen lämpötilassa nopeus on vain 319 metriä sekunnissa. Internetistä löytyy äänennopeuden laskuri eri lämpötiloissa täältä.

Kiinteissä aineissa ääni liikkuu paljon nopeammin. Meren pintakerroksissa ääni etenee 1533 metriä sekunnissa, järvivedessä 1435 metriä sekunnissa Raudassa äänennopeus on 5130 m/s, messingissä 4700 m/s ja lyijyssä 1322 m/s..  

Äänen nopeus heliumkaasussa on 972 m/s eli lähes kolme kertaa enemmän kuin ilmassa. Tämä aiheuttaa huvittavan ”Aku Ankka –efektin”. Kun vetää henkeen heliumpallon kaasua, puheääni muuttuu korkeammaksi. Syynä on se, että puheen äänteet syntyvät suun ja nielun resonanssionteloissa, ja kun äänen nopeus on suurempi, ontelot resonoivat korkeammilla taajuuksilla (ns. Bernoulli-efekti). Äänteiden värit muuttuvat kimittäviksi. Kuitenkin puheen perustaajuus eli puheen korkeus säilyy normaalina.

Dopplerin ilmiö

Kun äänilähde, esim. ambulanssi, liikkuu kohti kuulijaa, piippausääni on normaalia korkeampi, koska ääniaallot ”tihenevät” lähestyvän liikkeen vuoksi. Ohitushetkellä piippauksen äänenkorkeus laskee ja poispäin liikkuvan ambulanssin ääni on normaalia matalampi.

Dopplerin ilmiön syy selviää seuraavasta kuvasta. Kun ambulanssi kiitää lähes äänennopeudella, eteenpäin suuntautuvat ääniaallot puristuvat lähemmäksi toisiaan, ja kuullaan korkeampi ääni. Taaksepäin ääniaallot saapuvat harvemmin, ja ääni on matalampi.

Jos lentokone lentää äänennopeudella tai ylittää äänivallin, kuulijan havaintopaikkaan kohdistuu yhdellä hetkellä erittäin voimakas äänenpaine. Äänivallin murtuminen kuullaan maan pinnalla terävänä paukahduksena. Sen jälkeen kuuluu koneen ääni.

Äänen eteneminen pitkiä matkoja

Jo 1900-luvun alussa kiinnitettiin huomiota siihen, että suurten räjähdysonnettomuuksien yhteydessä räjähdysääni voitiin kuulla lähellä onnettomuuspaikkaa ja huomattavan kaukana räjähdyspaikasta, mutta välissä oli hiljainen alue. Erityisen kuuluisa oli Jungfraun rautatietyömaalla Alpeilla sattunut räjähdys 15.11.1908, jolloin 30 tonnia dynamiittia räjähti. Ääni kuultiin 70 kilometrin etäisyydelle, mutta sitä kauempaa ei saatu havaintoja. Kuitenkin räjähdys kuului taas selvästi 130-220 kilometrin päässä.

Samanlaisia havaintoja tehtiin sodan aikana,  jolloin esim. Kannaksen suurtaistelun äänet kuuluivat monilla paikkakunnilla kaukana Etelä-Suomessa. Ilmiön selitys on se, että maanpintaa äänet etenevät korkeintaan 50-90 kilometrin päähän, mutta yläilmakehästä, n. 50-60 kilometrin korkeudelta, ne heijastuvat 120-200 kilometrin etäisyydelle.

Kun äänet etenevät pitkiä matkoja, matalat ja korkeat äänet käyttäytyvät eri tavalla. Matalat äänet etenevät kuin aallot veden pinnassa. Korkeat äänet etenevät kuin valonsäde. Tämä ero ilmenee arkielämässä monin tavoin.

Haasin efekti

Hyvin erikoislaatuinen ilmiö on ns. Haasin efekti. Kun esim. suuressa luentosalissa puhujan ääntä vahvistetaan, ja kaiutin on sivustalla, kuulijat kokevat äänen tulevan kaiuttimen suunnasta – ei puhujan suunnasta. Jos kaiuttimeen menevää ääntä viivästetään muutamia kymmeniä millisekunteja, äänen tulosuunnaksi koetaankin puhuja eikä kaiutin. Äänen tulosuunta havaitaan ensimmäisenä saapuvan ääniaaltorintaman mukaan. Viivästyneet äänet sulautuvat alkuperäiseen ääneen.

Viive on helppo tehdä nykyisillä viivelaitteilla. Viive ei saa olla yli 50 millisekuntia, ja kaiutin ei saa olla yli 10 dB voimakkaampi kuin puhujan oma ääni. Kannattaa kokeilla, jos on mahdollisuuksia.