Heli ja inimene

  • Mis on hääl? Kuidas inimene häält tekitab?
  • Kuidas inimene heli kuuleb?
  • Kuidas helisid liigitatakse?
  • Milline on erinevate loomade kuuldepiirkond?

Hääle tekitamine

Inimese ja loomade korral me räägime tavaliselt nende häälest, mitte nende tekitatud helist. Pane käsi oma kõrile ja tee mingit häält. Sa tunned sõrmede all värinat. Võnguvad häälekurrud. Kõnekeeles nimetatakse häälekurdusid häälepaelteks.

Häälekurrud paiknevad kõris. Häälekurdude vahelt läbivoolav õhk paneb kurrud võnkuma ja tekibki hääl. Häälekurde saab pingutada ja lõdvaks lasta. Mida enam on häälekurrud pinges, seda kõrgem hääl tekib. Meeste häälekurrud on naiste omadest pikemad. Seepärast on meeste hääl naiste häälest madalam.

Kõne tekkimises osalevad keel ja suuõõne pehmed koed. Suuõõnes hääl peegeldub ja omandab erilise kõla, mida nimetatakse kõlavärvinguks ehk tämbriks. Tämbrit on kirjeldatud õppetükis „Tämber”.

Miks hingamisel häält ei teki?

Teatavasti tekitame häält, kui seda soovime. Hingamisel on kurdudevaheline pilu avatud. Õhk voolab häälekurdude vahelt takistamatult läbi ja kurrud ei võngu. Häält ei teki. Häälitsemisel on kurrud kokkusurutud. Kurdude vahelt läbi voolav õhk paneb need võnkuma.

Hääle vastuvõtmine

Kõrva kuulmekäigu lõpus on õhuke kelme – trummikile. Võnkuv õhk paneb trummikile võnkuma. Trummikile võnkumine tekitab sisekõrvas närvisignaalid, mis suunduvad peaaju kõnekeskusesse.

Millist heli me kuuleme?

See, millist heli inimene kuuleb ja tajub helina, sõltub heli sagedusest. Madalaim heli, mida inimene kuuleb, on sagedusega 16 Hz. Kõrgete helide kuulmine sõltub inimese vanusest. Imikud kuulevad kuni 40 000 hertsist heli. Mida vanemaks inimene saab, seda madalam on tema ülemine kuulmispiir.

Inimese kuuldepiirkonnaks loetakse kokkuleppeliselt 16 Hz – 20 000 Hz.

Inimkõrvaga kuuldavat heli nimetatakse hääleks.

Heli, mille sagedus on väiksem kui 16 Hz, nimetatakse infraheliks (lad infra – all).

Heli, mille sagedus on üle 20 000 Hz, nimetatakse ultraheliks (lad ultra – üli-).

Loomade kuuldepiirkonnad on erinevad. Mõned tekitavad ja tajuvad infraheli, mõned hoopiski ultraheli. Kuuldepiirkonna eripära on elutingimustele kohastumise tulemus.

  • delfiin
  • elevant
  • hiir
  • inimene
  • kass
  • koer
  • nahkhiir
  • delfiin
  • elevant
  • hiir
  • inimene
  • kass
  • nahkhiir

Heli sageduse tajumine – heli kõrgus

Me oleme harjunud kasutama selliseid mõõteskaalasid, nagu on joonlaual. Kõik kriipsuvahed on ühesuguste väärtustega: 1–3 sentimeetrini on täpselt sama suur vahemik kui näiteks 4–6 cm-ni. Sellist skaalat nimetatakse lineaarseks skaalaks.

Helitaju pole aga lineaarne. Muusika põhineb helide tajul, seal on mõõdu aluseks oktaav. Oktaavi piires sagedus kahekordistub. Pilli võnkesageduse muutumist näiteks 16 hertsilt 32 hertsile, 64 Hz-le, 128 Hz-le jne tajub kõrv muutustena heli kõrguses 1, 2, 3 jne oktaavi võrra. Kaks heli, mis erinevad ühe või mitme oktaavi võrra, tunduvad kõlalt teineteisele väga sarnased, kuigi erinevad sageduselt tunduvalt. Oktaav jaotub muusikas omakorda 12 pooltooniks.

Kui suure sagedusega on oktaavi võrra madalam, väikse oktaavi sol?

  • 128 Hz
  • 196 Hz
  • 784 Hz
  • 1176 Hz
  • 1568 Hz

Kui suure sagedusega on kahe oktaavi võrra kõrgem, 3. oktaavi sol?

  • 128 Hz
  • 196 Hz
  • 784 Hz
  • 1176 Hz
  • 1568 Hz

Heli tugevuse tajumine – helivaljus

Nagu heli sagedusi, nii ka heli valjust tajume erilisel viisil. Näiteks kõrva jõudva heli energia suurenemisel 10, 100, 1000 jne korda registreerib aju selle muutuse heli valjuses 1, 2, 3 jne ühiku võrra. Helivaljuse ühikuks on üks bell (1 B). Ühikule on antud nimetus telefoni leiutaja, ameerika teadlase Alexander Graham Belli auks. Kuna bell on suhteliselt suur ühik, kasutatakse helivaljuse tegelikuks iseloomustamiseks kümme korda väiksemat ühikut detsibell (1 dB).

Ligikaudse ülevaate helide valjusest detsibellides ja selle mõjust inimesele annab joonis.

Helile valjusega 0 dB vastab kuuldelävi – see on kõige nõrgem heli, mida inimene kuuleb. Heli valjusega üle 130 dB tekitab kõrvas valu. Heli valjusega 180 dB loetakse inimesele surmavaks.

Valjuse juures 60 dB on õhuosakeste võnkeamplituud väiksem kui 1 nm (10–9 m), valjuse juures 130 dB ligikaudu 1 mm ning valjuse juures 180 dB on võnke­amplituud kuni 5 cm.

Kuna võnkuv õhk püüab trummikilet panna liikuma sama amplituudiga, siis ülaltoodust on arusaadav, miks umbes 75 dB-st valjem heli on kuulmist kahjustav.

Kui sul on kasutada müramõõtja, siis tee kindlaks erinevate allikate helivaljus.

Õhurõhu muutus helilaines

Helilaine kujutab endast õhu hõrenduste ja tihenduste levimist ruumis. Tihenduste kohas on õhurõhk suurem ja hõrenduste kohas väiksem ümbritseva keskkonna õhurõhust. Seetõttu võime helilainet vaadata ka kui rõhu muutustega seotud lainet. Normaalne õhurõhk on 1013 hPa ehk ligikaudu 100 000 Pa. Kui suured on helilainega seotud õhurõhu muutused? Osutub, et need on normaalse õhurõhuga võrreldes üsnagi väikesed. Nii on tavalise kõne korral 1 m kaugusel õhurõhu muutus kaks kuni kakskümmend millipaskalit (mPa), valuaisting kõrvas aga tekib, sõltuvalt inimesest, kui kõrva juures on õhurõhu muutus 60 kuni 200 Pa. Olgugi et ka valuaistingu tekkimisel on õhurõhu muutus võrreldes normaalse õhurõhuga väike, kõrv sellist õhurõhu muutust enam ei talu.

Helilaine lainepikkus

Heli korral on tavaks rääkida helilainete sagedusest. Milline on helilaine lainepikkus? Arvutame lainepikkuse kahe inimese kõrvaga kuuldava heli jaoks. Olgu nende sagedused 100 Hz ja 8000 Hz. Kuna laine kiirus, lainepikkus ja sagedus on seotud valemiga v = λ f, siis lainepikkuse saame arvutada valemist λ= v f .  Kui heli kiirus on 330 m/s, saame 100 Hz heli lainepikkuseks λ = 3,3 m, 8000 Hz korral aga λ = 0,04 m. Inimesele kuuldavate helide lainepikkused jäävad seega vahemikku sentimeetritest kuni kümnekonna meetrini.

Sagedus

Lainepikkus

16 Hz

 m

20 000 Hz

 cm

Miks iseloomustatakse helilaineid sageduse, mitte lainepikkusega? Arvestades heli kiiruse sõltuvust temperatuurist, näeme, et ka lainepikkus sõltub temperatuurist ega ole seetõttu jääv suurus. Sama sagedusega tekitatud helivõnkumised liiguvad lainena erineva kiirusega: kõrgemal temperatuuril kiiremini, madalamal temperatuuril aeglasemalt. Kuna kiirus, lainepikkus ja sagedus on seotud valemiga v = λ f, siis sama sageduse korral suureneb või väheneb sõltuvalt kiirusest ka lainepikkus. Seetõttu on sageduse kasutamine helilaine iseloomustamiseks otstarbekam.

Pean meeles

Helisid liigitatakse võnkumiste sageduse järgi infraheliks, kuuldavaks heliks ja ultraheliks.

Kuuldava heli ehk hääle sagedus on 16 Hz – 20 000 Hz.

Heli valjust mõõdetakse detsibellides.

Küsimusi ja ülesandeid

  1. Vasta õppetüki alguses olevatele küsimustele.
  2. Kirjelda hääle tekitamist ja vastuvõtmist inimese poolt.
  3. Kuidas tekitab inimene erineva kõrgusega helisid?
  4. Miks on naishääl meeshäälest kõrgem?