Heli võib tähendada ka veekogu, näiteks lahte või kanaleid.

Me võime defineerida helilainet kui häiret, mis liigub läbi mingi keskkonna. Heli on termin, millega kirjeldatakse seda, mida kuuldakse, kui helilained läbivad mingi keskkonna ja jõuavad kõrva. Kõik helid tekivad molekulide vibratsioonist, mida heli läbib. Näiteks kui lüüakse trummi või taldrikut, vibreerib objekt. Need vibratsioonid panevad õhumolekulid liikuma. Helilained liiguvad oma heliallikast (kust nad tulid) eemale, liikudes õhumolekulide peal. Kui vibreerivad õhumolekulid jõuavad meie kõrvadesse, vibreerib ka kõri. Kõrva luud vibreerivad samamoodi nagu objekt, millest helilaine alguse sai.

Need vibratsioonid lasevad teil kuulda erinevaid helisid. Isegi muusika on vibratsioon. Ebaregulaarsed vibratsioonid on müra. Inimesed võivad teha väga keerulisi helisid. Me kasutame neid kõnes.

Helilained on pikilained, millel on kaks osa: kokkusurumine ja hõrenemine. Kompressioon on helilainete osa, kus õhumolekulid surutakse (kokkusurutakse) kokku. Hargnemine on lainete osa, kus molekulid on üksteisest kaugel. Helilained on kokkusurumise ja hõrenemise jada.

Heli omadused ja mõõtühikud

Peamised helile iseloomustavad suurused on:

  • Sagedus — näitab, kui tihti toimub vibratsioon sekundis; mõõtühik on herts (Hz). Kõrgem sagedus tajutakse kui kõrgemat häältooni (pitch).
  • Amplituud — kirjeldab vibratsiooni suurust ja see on seotud helitugevusega; suurem amplituud tähendab valjemat heli.
  • Helitugevus — tajutav valjus, mida mõõdetakse detsibellides (dB). Detsibelliskaala on logaritmiline: +10 dB tähendab umbes kahekordset tajutavat valjust.
  • Helikiirus — heli levimiskiirus keskkonnas. Näiteks õhus ~343 m/s (20 °C juures), vees ~1480 m/s ning tahketes ainetes võib see olla veel kiirem.

Kuuldavus ja inimese kuulmismehhanism

Inimese tavakuulmise vahemik on ligikaudu 20 Hz kuni 20 000 Hz, kuid see väheneb vananedes ja sõltub keskkonnast. Heli, mille sagedus on üle ~20 kHz, on ultraheli; alla ~20 Hz on infrasonic ehk infrasound.

Kuulmise põhiline mehhanism:

  • Võõraste helilaine jõudes väliskõrva need suunatakse kuulmekäiku.
  • Kuulmekile (timpan) hakkab vibreerima, edastades liikumise keskkõrva ossikestele (haamer, alasi, jalus).
  • Ossikeste liigutus tugevendab ja kannab vibratsiooni sisekõrva, kus paikneb koeklea — elund, mis teisendab mehaanilised võnkumised närviimpulssideks.
  • Närviimpulsid liiguvad kuulmisnärvi kaudu ajju, kus neid tõlgendatakse helidena.

Heli levimine ja nähtused

Heli levib peamiselt longitudinaalsete lainetena vedelikes ja gaasides. Tahkistes võivad esineda nii longitudinaalsed kui transversaalained. Olulised nähtused heli levimisel:

  • Peegeldumine — heli tagasipeegeldumine kõvast pinnast (nt kajad).
  • Imendumine — helienergia muundumine soojuseks või muuks energiaks materjalis (heli summutamine).
  • Difraktsioon — lainete painutumine takistuste taha või läbi avauste.
  • Refraktsioon — heli suuna muutus erinevate kiirustega kihtides (nt õhutemperatuuri või tiheduse muutusel).
  • Doppleri efekt — sageduse muutus liikuva heliallika või vaatleja tõttu (häälte kõrguse muutus mööduva auto sireeni juures).

Kasutusvaldkonnad ja praktilised näited

Helil on palju rakendusi:

  • Muusika ja kõne — helid on kommunikatsiooni ja kunsti põhialus.
  • Meditsiin — ultraheli diagnostika (näiteks raseduse uuringud) ja teraapia.
  • Tehnika ja teadus — sonar veealuseks navigatsiooniks, materjalide kontroll (ultraheli defektide leidmine).
  • Keskkond — mürakontroll ja akustiline projekteerimine (stuudiod, kontserdimajad).

Tervis ja mürariskid

Pidev või tugev müra võib kahjustada kuulmist. Mõned vihjed:

  • Heli üle ~85 dB pikaajaliselt kuulates võib tekkida püsiv kuulmislangus.
  • ~120–130 dB ja üle selle võib põhjustada kohest valu ja kuulmekahjustust.
  • Kuuldekaitse (kõrvaklapid, kõrvatropid) on tähtis töötamisel valjude seadmetega või sündmustel.

Kokkuvõte

Heli on mehaaniline laine, mis tekib objektide vibratsioonist ja levib läbi keskkonna, kandudes lõpuks meie kuulmismeeleni. Selle peamised omadused — sagedus, amplitude ja helikiirus — määravad, kuidas me heli tajume (kõrgus, valjus). Heli teadmine on oluline nii igapäevaelus (kõne, muusika) kui ka tehnikas, meditsiinis ja tööstuses. Õigete kaitsme- ja projekteerimislahendustega saab vähendada mürasaastet ja kaitsta kuulmist.