The zvuk Je definována jako porucha, která při šíření v médiu, jako je vzduch, střídavě vytváří komprese a expanze v něm. Tyto změny tlaku a hustoty vzduchu zasahují do ucha a mozek je interpretuje jako sluchové vjemy..
Zvuky provázejí život od jeho vzniku a tvoří součást nástrojů, kterými zvířata musí komunikovat mezi sebou a se svým prostředím. Někteří lidé říkají, že rostliny také poslouchají, ale každopádně by mohly vnímat vibrace prostředí, i když nemají sluchové zařízení jako vyšší zvířata.
Kromě používání zvuku ke komunikaci prostřednictvím řeči jej lidé používají jako umělecké vyjádření prostřednictvím hudby. Všechny kultury, staré i nedávné, mají hudební projevy všeho druhu, kterými vyprávějí své příběhy, zvyky, náboženské víry a pocity..
Rejstřík článků
Díky svému významu se lidstvo zajímalo o studium jeho podstaty a vytvořilo akustiku, obor fyziky zaměřený na vlastnosti a chování zvukových vln..
Je známo, že slavný matematik Pythagoras (569–475 př. N. L.) Dlouho studoval rozdíly ve výšce (frekvenci) mezi zvuky. Na druhou stranu Aristoteles, který spekuloval o všech aspektech přírody, správně tvrdil, že zvuk sestává z expanzí a stlačení ve vzduchu..
Později napsal slavný římský inženýr Vitruvius (80–15 př. N. L.) Pojednání o akustice a jejích aplikacích při stavbě divadel. Sám Isaac Newton (1642-1727) studoval šíření zvuku v pevných médiích a určoval vzorec pro jeho rychlost šíření.
V průběhu času matematické nástroje výpočtu umožnily adekvátně vyjádřit veškerou složitost vlnového chování.
Ve své nejjednodušší formě lze zvukovou vlnu popsat jako sinusovou vlnu šířící se v čase a prostoru, podobnou té na obrázku 2. Tam je pozorováno, že vlna je periodická, to znamená, že má formu, která se opakuje včas.
Jelikož se jedná o podélnou vlnu, směr šíření a směr, ve kterém se pohybují částice vibračního média, jsou stejné.
Parametry zvukové vlny jsou:
Období T: je čas potřebný k opakování fáze vlny. V mezinárodním systému se měří v sekundách.
Cyklus: je část vlny obsažené v období a kryty z jednoho bodu do druhého, která má stejnou výšku a stejný sklon. Může to být z jednoho údolí do druhého, z jednoho hřebene na další nebo z jakéhokoli místa do druhého, které splňuje popsanou specifikaci..
Vlnová délka λ: je vzdálenost mezi jedním hřebenem a druhým na vlně, mezi jedním údolím a druhým, nebo obecně mezi jedním bodem a druhým se stejnou výškou a sklonem. Jelikož jde o délku, měří se v metrech, i když v závislosti na typu vlny jsou vhodnější jiné jednotky..
Frekvence f: je definován jako počet cyklů za jednotku času. Jeho jednotkou je Hertz (Hz).
Amplituda A: odpovídá maximální výšce vlny vzhledem k vodorovné ose.
Zvuk je vytvářen, když vibruje předmět, který je ponořen do hmotného média, jak je znázorněno ve spodní části obrázku 2. Napnutá membrána reproduktoru vlevo vibruje a přenáší rušení vzduchem, dokud nedosáhne k posluchači.
Jak se porucha šíří, energie se přenáší na molekuly v prostředí, které spolu interagují prostřednictvím expanzí a stlačení. Pro šíření zvuku je vždy nutné hmotné médium, ať už pevné, kapalné nebo plynné.
Když narušení ve vzduchu zasáhne ucho, kolísání tlaku vzduchu způsobí vibrace ušního bubínku. To vede k vzniku elektrických impulsů, které jsou přenášeny do mozku sluchovým nervem, a jakmile jsou impulsy přeloženy do zvuku.
Rychlost mechanických vln v daném médiu sleduje tento vztah:
Například při šíření v plynu, jako je vzduch, lze rychlost zvuku vypočítat jako:
Jak se teplota zvyšuje, zvyšuje se i rychlost zvuku, protože molekuly v médiu jsou ochotnější vibrovat a přenášet vibrace svými pohyby. Tlak na druhou stranu neovlivňuje jeho hodnotu.
Už jsme viděli, že doba, kterou vlna potřebuje k dokončení cyklu, je perioda, zatímco vzdálenost uražená v tomto časovém období se rovná jedné vlnové délce. Proto je rychlost zvuku definována jako:
v = λ / T
Na druhou stranu frekvence a období spolu souvisejí, přičemž jedna je inverzní k druhé, například takto:
f = 1 / T.
Což vede k:
v = λ.f
Slyšitelný frekvenční rozsah u lidí je mezi 20 a 20 000 Hz, proto je při nahrazení hodnot ve výše uvedené rovnici zvuková vlnová délka mezi 1,7 cm a 17 m.
Tyto vlnové délky jsou velikostí běžných objektů, což ovlivňuje šíření zvuku, protože je vlnou a při narážení na překážky prochází odrazem, lomem a difrakcí..
Zkušenost s difrakcí znamená, že zvuk je ovlivněn, když narazí na překážky a otvory, které jsou podobné velikosti své vlnové délky nebo menší..
Basové zvuky se mohou lépe šířit na velké vzdálenosti, a proto sloni používají ke komunikaci na svých rozsáhlých územích infrazvuk (velmi nízkofrekvenční zvuky, neslyšitelné lidským uchem)..
Také když v nedaleké místnosti hraje hudba, basy jsou slyšet lépe než výšky, protože jejich vlnová délka odpovídá velikosti dveří a oken. Na druhou stranu, při opuštění místnosti se vysoké zvuky snadno ztratí, a proto přestanou být slyšet.
Zvuk se skládá z řady stlačení a výjimečných vlastností vzduchu, a to takovým způsobem, že při šíření způsobí zvuk zvýšení a snížení tlaku. V mezinárodním systému se tlak měří v pascalech, což je zkratka Pa.
Stává se, že tyto změny jsou ve srovnání s atmosférickým tlakem, který má hodnotu přibližně 101 000 Pa, velmi malé.
I ty nejhlasitější zvuky produkují fluktuace pouhých 20 - 30 Pa (práh bolesti), což je ve srovnání s nimi poměrně malé množství. Pokud však můžete tyto změny měřit, máte způsob, jak měřit zvuk.
Akustický tlak je rozdíl mezi atmosférickým tlakem se zvukem a atmosférickým tlakem bez zvuku. Jak jsme již řekli, nejhlasitější zvuky produkují zvukové tlaky 20 Pa, zatímco ty nejslabší způsobují přibližně 0,00002 Pa (prahová hodnota zvuku).
Vzhledem k tomu, že rozsah zvukových tlaků zahrnuje několik sil 10, měla by se k jejich označení použít logaritmická stupnice..
Na druhé straně bylo experimentálně zjištěno, že lidé vnímají změny zvuků nízké intenzity znatelněji než změny stejné velikosti, ale intenzivní zvuky..
Například pokud se zvukový tlak zvýší o 1, 2, 4, 8, 16…, ucho vnímá zvýšení intenzity o 1, 2, 3, 4…. Z tohoto důvodu je vhodné definovat novou volanou veličinu hladina akustického tlaku (Hladina akustického tlaku) LP, definováno jako:
LP = 20 log (str1 / Strnebo)
Kde Pnebo je referenční tlak, který se bere jako prahová hodnota sluchu a P1 je střední efektivní tlak nebo RMS tlak. Tento RMS nebo průměrný tlak je to, co ucho vnímá jako průměrnou energii zvukového signálu.
Výsledek výše uvedeného výrazu pro LP, při vyhodnocení pro různé hodnoty P1, je uveden v decibely, bezrozměrné množství. Takové vyjádření hladiny akustického tlaku je velmi výhodné, protože logaritmy převádějí velká čísla na menší, lépe zvládnutelná čísla..
V mnoha případech se však dává přednost použití intenzita zvuku k určení decibelů, nikoli akustického tlaku.
Intenzita zvuku je energie, která protéká po dobu jedné sekundy (energie) jednotkovým povrchem orientovaným kolmo ke směru, ve kterém se vlna šíří. Stejně jako akustický tlak je to skalární veličina a označuje se jako I. Jednotky I jsou W / mdva, tj. výkon na jednotku plochy.
Je možné ukázat, že intenzita zvuku je úměrná druhé mocnině akustického tlaku:
I = Pdva / ρc
V tomto výrazu ρ je hustota média ac je rychlost zvuku. Pak úroveň intenzity zvuku LJá Co:
LJá = 10 log (I.1 / Jánebo)
Který je také vyjádřen v decibelech a je někdy označován řeckým písmenem β. Referenční hodnota Inebo je 1 x 10-12 W / mdva. 0 dB tedy představuje spodní hranici lidského sluchu, zatímco práh bolesti je 120 dB..
Jelikož se jedná o logaritmickou stupnici, je třeba zdůraznit, že malé rozdíly v počtu decibelů mají velký rozdíl, pokud jde o intenzitu zvuku..
Zvukoměr nebo decibelmetr je zařízení používané k měření akustického tlaku, které indikuje měření v decibelech. Je navržen tak, aby na něj reagoval stejným způsobem jako lidské ucho..
Skládá se z mikrofonu pro sběr signálu, více obvodů se zesilovači a filtry, které jsou odpovědné za adekvátní transformaci tohoto signálu na elektrický proud, a nakonec stupnice nebo obrazovka pro zobrazení výsledku odečtu..
Jsou široce používány k určení dopadu určitých zvuků na lidi a životní prostředí. Například zvuky v továrnách, průmyslech, na letištích, hluk z dopravy a mnoho dalších.
Zvuk se vyznačuje svou frekvencí. Podle těch, které lidské ucho dokáže zachytit, jsou všechny zvuky rozděleny do tří kategorií: ty, které můžeme slyšet nebo slyšitelné spektrum, ti s frekvencemi pod spodní hranicí slyšitelného spektra nebo infrazvuk, a ty, které jsou nad horní hranicí, tzv ultrazvuk.
V každém případě, protože zvukové vlny se mohou lineárně překrývat, každodenní zvuky, které někdy interpretujeme jako jedinečné, se ve skutečnosti skládají z různých zvuků s různými, ale blízkými frekvencemi..
Lidské ucho je navrženo tak, aby zachytilo široké spektrum frekvencí: mezi 20 a 20 000 Hz. Ale ne všechny frekvence v tomto rozsahu jsou vnímány se stejnou intenzitou..
Ucho je citlivější ve frekvenčním pásmu mezi 500 a 6 000 Hz. Na vnímání zvuku však mají vliv i další faktory, například věk..
Jsou to zvuky, jejichž frekvence je menší než 20 Hz, ale skutečnost, že je lidé neslyší, neznamená, že jiná zvířata ne. Sloni je například používají ke komunikaci, protože infrazvuk může cestovat na velké vzdálenosti.
Ostatní zvířata, jako tygr, je používají k omráčení kořisti. Infrazvuk se také používá při detekci velkých objektů.
Mají frekvence větší než 20 000 Hz a jsou široce používány v mnoha oblastech. Jedním z nejpozoruhodnějších použití ultrazvuku je nástroj medicíny, diagnostický i léčebný. Snímky získané ultrazvukem jsou neinvazivní a nevyužívají ionizujícího záření.
Ultrazvuk se také používá k hledání poruch struktur, určování vzdáleností, detekci překážek během navigace atd. Zvířata také používají ultrazvuk, a ve skutečnosti tak byla objevena jejich existence.
Netopýři vydávají zvukové impulsy a poté interpretují ozvěnu, kterou produkují, aby odhadli vzdálenosti a našli kořist. Psi mohou také slyšet ultrazvuky, a proto reagují na píšťalku pro psy, kterou jejich majitel neslyší..
Monofonní zvuk je signál zaznamenaný pomocí jediného mikrofonu nebo zvukového kanálu. Při poslechu se sluchátky nebo zvukovými klaksony slyší obě uši přesně to samé. Na druhé straně stereofonní zvuk zaznamenává signály dvěma nezávislými mikrofony..
Mikrofony jsou umístěny v různých pozicích, aby mohly snímat různé zvukové tlaky toho, co chcete nahrávat.
Pak každé ucho přijme jeden z těchto souborů signálů, a když je mozek shromáždí a interpretuje, výsledek je mnohem realističtější než při poslechu monofonních zvuků. Jedná se tedy o preferovanou metodu, pokud jde o hudbu a film, ačkoli v rádiu se stále používá monofonní nebo monofonní zvuk, zejména pro rozhovory a rozhovory..
Hudebně řečeno, homofonie se skládá ze stejné melodie, kterou hrají dva nebo více hlasů nebo nástrojů. Na druhou stranu v polyfonii existují dva nebo více hlasů nebo nástrojů stejné důležitosti, které následují melodie a dokonce i různé rytmy. Výsledný soubor těchto zvuků je harmonický, jako je hudba Bacha.
Lidské ucho rozlišuje slyšitelné frekvence na vysoké, nízké nebo střední. Toto je známé jako tón zvuk.
Nejvyšší frekvence, mezi 1600 a 20 000 Hz, jsou považovány za akutní zvuky, pásmo mezi 400 a 1600 Hz odpovídá zvukům se středním tónem a nakonec jsou frekvence v rozsahu 20 až 400 Hz basové tóny.
Basové zvuky se od výšek liší tím, že první jsou vnímány jako hluboké, tmavé a dunivé, zatímco druhé jsou světlé, jasné, veselé a pronikavé. Podobně je ucho interpretuje jako intenzivnější, na rozdíl od basových zvuků, které vytvářejí pocit menší intenzity..
Zatím žádné komentáře