Heliallikad ja kuulmine
Helide allikad
Iga päev ümbritseb meid arvukalt helisid: kõrgeid, madalaid, vaikseid, valjusid. Loodus heliseb ja inimene loob oma tegevusega hääli ning helisid. Mida me tegelikult helidena tajume ehk kuuleme? Põhjalikuma vastuse sellele saad füüsikatundides, mis algavad 8. klassis.
Heli tekitamiseks on tarvis heliallikat. Selleks võib olla mis tahes ese, kui selle vastu puutuda. Heliallikas hakkab võnkuma ning paneb nii ka õhuosakesed enda ümber liikuma. Tekivad lained, mis levivad heliallikast ahelreaktsioonina igasse suunda. Kui lained on regulaarsed, kuuleme muusikaliselt puhast heli. Regulaarsed lained levivad ka kiiremini ja kaugemale. Kui aga heliallikast levivad ebaregulaarsed lained, kuuleme sahinat, mühinat, susinat, raginat, kriuksatusi jms.
Kuidas me helisid kuuleme?
Õhuosakeste võnked ehk helilained jõuavad inimese kõrva. Selles asuv trummikile võngub kaasa ning suunab saabunud lained edasi. Lõpuks jõuavad need sisekõrva kuulmekäikudes asuvate väikeste ripsmeteni, mida on ligi 15 000. Ripsmete otstes on ülitundlikud meelerakud. Need saadavad signaali edasi ajju, mis selle tõlgib. Nii kuulemegi heli.
- Trummikile hakkab helilainete mõjul kaasa võnkuma ja suunab need edasi kuulmekäikudesse.
- Sisekõrva kuulmekäikudes asuvad väikesed ripsmed, mis summutavad heli.
- Muusikaliselt puhas heli tekib helilainete ebaregulaarsest võnkumisest.
- Sisekõrva teine nimetus on tigu.
- Helilained tekivad heliallika puudutamisel alanud õhu võnkumisest.
Heli omadused
Heli kõrgus
Heli kõrgus sõltub õhu võnkumise kiirusest. Mida kiiremaid võnkeid heliallikas tekitab, seda kõrgemat heli me kuuleme, mida aeglasemalt võngub õhk, seda madalam heli tekib. Heli ei saa tekkida keskkonnas, kus õhku pole (vaakumis).
Helide tajumine
Helikõrgus on kõigest üks heli omadus. Helide tajumisel on olulised kõik heli omadused:
Tänu nende omaduste koosmõjule ja ka oma kõrvalestade kujule suudab inimene kindlaks määrata heliallika asukoha ja heli tekitaja.
Nii tunneme näiteks ära, missugune pill mängib, ning eristame oma sõpru hääle järgi ka siis, kui nad laulavad samal kõrgusel helisid.
Hertsid
Õhuvõngete sagedust mõõdetakse hertsides (Hz). Üks herts tähendab ühte võnget sekundis.
Inimese kõrv tunnetab õhuvõnkeid alates 16 Hz ehk sagedust 16 võnget ühe sekundi jooksul.
Helisid, mis jäävad allapoole inimese kuulmispiiri, nimetatakse infrahelideks. Neid kuulevad näiteks ninasarvikud ja elevandid, samuti mõned suuremad mereloomad.
Inimese ülemine kuulmispiir on 20 000 Hz. Sellest kõrgemaid helisid nimetatakse ultrahelideks. Neid kuulevad näiteks kass, koer, delfiin ja nahkhiir.
Kammertoon annab õige helikõrguse
Muusikas on igal helikõrgusel kokkulepitud nimetus – tähtnimetus või silpnimetus. Enne mängima hakkamist tuleb pillid häälestada. Seda tehakse kokkuleppeliselt esimese oktaavi a järgi, mille võnkesagedus on 440 Hz. Selle heli annab kammertoon ehk helihark.
Inimese kuulmisvõime piirid
Muusikas kasutatakse helisid, mis mahuvad inimese kuulmispiirkonda – ligikaudu 8 oktaavi.
Absoluutne kuulmine
On inimesi, kes suudavad kuuldud heli kõrguse peast määrata. Seda nimetatakse absoluutseks kuulmiseks ja taolisi inimesi sünnib ligikaudu üks 15 000 kohta. Absoluutne kuulmine on paljudel muusikutel ja heliloojatel.
Helitugevus
Vaiksed ja valjud helid
Tugevuse seisukohalt hindame helisid vaikseks ja valjuks. Kui korraga kõlab liiga palju liiga valjusid helisid, hakkavad need meid segama. Looduses on aga nii vaikseid helisid, mida inimkõrv ei suuda tajuda, küll aga kuulevad neid loomad.
Üle läve
Kujuteldavat piiri, mis eraldab inimkõrvale kuuldamatuid helisid kuuldavatest, nimetatakse kuulmisläveks.
Helitugevust mõõdetakse detsibellides (dB). Üks detsibell võrdub vähima helitugevuse muutusega, mida inimkõrv on võimeline eristama.
Suurim helitugevus, mida inimene talub, ilma et see tema tervist kahjustaks, on 130 dB. Seda nimetatakse ka heli tekitatud valuläveks.
Dünaamika
Heliloojad kujundavad oma teoseid ilmekamaks, muutes helitugevust teadlikult ja mõjutades seeläbi inimese tundemaailma.
Helitugevuse muutumist muusikas nimetatakse dünaamikaks.
Müra kahjustab kuulmist
Naturaalpillidega saavutatavad helitugevused ei ole inimesele enamasti ohtlikud, sama ei saa aga alati öelda elektrooniliste muusikariistade kohta.
Inimese kuulmist kahjustab pikaajaline valju heli tajumine. Valju, ebameeldivat ja segavat heli nimetatakse müraks. Kui pead häält tõstma, et kõnelda endast ühe meetri kaugusel oleva inimesega, viibid sa keset müra.
Müra võib põhjustada tõsiseid tervisehäireid, näiteks peavalu, unetust, väsimust, stressi, lihaspinget, kontsentratsioonihäireid jm. Eelkõige mõjub aga müra halvasti kuulmisorganitele.
Vaba aja müra
Müra ei tekita mitte ainult tööstus, vaid ka meelelahutusäri. Näiteks mõõdeti Depeche Mode’i kontserdil Rootsis kolme tunni jooksul keskmiseks helitugevuseks 109,9 dB.
Uuringud on näidanud, et kõrvaklappides kuulatava muusika intensiivsus võib ulatuda kuulmekäigus 115 dB-ni.
Seoses laste hulgas üha enam esineva kuulmislangusega on uuritud müra, mida tekitavad laste mänguasjad ja mängud. Kõige suuremat müra tekitavad mängurelvad (kuni 170 dB), kuid isegi täiesti ohutuna näivad patareidega liikuvad pehmed mänguasjad võivad tekitada kuni 100 dB müra.
Kaja
Hilinenud heli
Kui helilained jõuavad oma teekonnal küllalt tugevast materjalist pinnani, peegelduvad nad tagasi ning meie kõrvu jõuab „hilinenud“ heli ehk kaja.
Millal kaja kostab?
Kõiki tagasipeegelduvaid helisid me ei erista, sest kaja kuulmiseks on vaja teatud tingimusi:
- peegeldav pind peab olema heliallikast vähemalt 17 meetri kaugusel;
- heli tekkehetke ning peegeldunud heli vahele peab jääma vähemalt 0,1 sekundit.
Nimetatud reeglid kehtivad 0 ℃ juures, kui helilaine levimise kiirus on umbes 330 m/s.
Heli peegeldumine eri ruumides
Uhketes katedraalides ja kirikutes tekkivat kajaefekti oskasid muusikud oma teostesse põimida juba sajandeid tagasi.
Eri ruumides levib heli erineva kiirusega ning võib hajuda enne, kui jõuab peegeldava pinnani. Spordisaalides aga juhtub tihti, et tagasipeegeldunud heli jõuab meie kõrvu koos põhiheliga ja nii kõlab koos kaks heli, mistõttu muutub kõne arusaamatuks.
Ka muusikat esitada oleks niisuguses ruumis keeruline, sest eelmised helid pole veel kustunud, kui järgmised juba kõlavad. Hoolikalt peab valima repertuaari kirikus esitamiseks, sest seal esineva pika ja sügava ruumikaja tõttu sulanduvad kiirelt liikuvad helid kokku.
Kontserdisaalide ehitajad lähtuvad teadusest, mis uurib heli omadusi ja käitumist erinevates ruumides ning materjalides, see on akustika.
Muusika kuulamine
- Simon & Garfunkel. „Sound of Silence“
- John Cage. „Solo for Voice“ (katkend)
- Steve Reich. „City Life“ (katkend)
Küsimusi ja ülesandeid
- Miks me ei tunneta kõiki kuuldavaid helisid muusikaliste helidena?
- Milliseid heli omadusi on võimalik mõõta? Nimeta need omadused ja sobivad mõõtühikud.
- Mille abil suudab inimene eristada heliallikaid ja nende asukohti?
- Seleta, mis on ultra- ja mis infrahelid. Kes neid kuulevad?
- Kuidas mõjutab inimese tervist müra? Too näiteid koolielu kohta.
- Uuri välja, kas sinu tutvusringkonnas on absoluutse kuulmisega inimesi. Küsitle neid ja proovi välja uurida, mille poolest erineb absoluutse kuulmisega inimese muusikataju tavakuulja tajust.
- Võrdle helivaljuse mõju erinevates ruumides. Kuula raadiot helitugevust muutmata õues, väikeses toas, suures saalis. Kirjelda, kuidas mõjutab ruum heliomadusi.
