Mechanické vlnění

y
- mezi hudební zvuky patří zvuky hudebníky nástrojů, ale i samohlásky řeči (zvuk samohlásek je periodický, ale ne harmonický)
- neperiodické zvuky vnímáme jako hluk = praskot, bušení, skřípání, šum ...
- šum vzniká nahodilými neperiodickými změnami tlaku v prostředí, kterým se zvuk šíří – např. šum v lese je zapříčiněn nepravidelnými pohyby stromů a listí
šíření a rychlost zvuku
- zvuk se šíří jen pružným látkovým prostředím libovolného skupenství (nejčastěji vzduch)
- zdrojem zvuku může být reproduktor připojený k tónovému generátoru, chvění membrány reproduktoru se přenáší do vzduchu, kde dochází k periodickému stlačování a rozpínání vzduchu → to se projevuje periodickými změnami tlaku vzduchu, a proto se vzduch šíří jen v látkovém prostředí → ve vakuu zvukové vlnění nevzniká
- v kapalinách je zvuk též podélné postupné vlnění, ale např. v pevných látkách může vznikat vlnění příčné, které má jinou rychlost
- rychlost zvuku je menší než rychlost světla → při bouřce prvně vidíme blesk a pak slyšíme hrom
- rychlost zvuku ve vzduchu závisí na složení vzduchu a na jeho teplotě → při t = 20° (běžné teplotě) je v = 340m.s-1
- v kapalinách a pevných látkách je rychlost zvuku větší než ve vzduchu
látka
rychlost zvuku
voda (25°C)
1500
rtuť
1400
beton
1700
led
3200
ocel
5000
sklo
5200
- ve fyzikální laboratoři se k měření zvuku nejčastěji používají metody založené na rezonanci (např. vzduchového sloupce) → v = λ/T
- šíření zvuku je ovlivněno i přepážkami, na které zvukové vlnění dopadá → zvláštním případem odrazu zvuku od rozlehlé překážky je ozvěna → sluchem rozlišíme dva po sobě jdoucí zvuky, pokud mezi nimi uplyne doba alespoň 0,1s (v této době urazí zvuk přibližně 34m, tzn. 17m od pozorovatele k překážce a zpátky) → při vzdálenosti 17m od překážky vzniká tzv. jednoslabičná ozvěna
- při vzdálenosti větší než 17m od překážky mohou vznikat ozvěny víceslabičné
- při vzdálenosti menší než 17m od překážky nastává dozvuk = zvuky se částečně překrývají a odražená zvuk splývá s původním, my už zvuky nerozlišíme
vlastnosti zvuku
výška zvuku
- výška zvuku je určena jeho frekvencí → u jednoduchých tónů s harmonickým průběhem určuje frekvence absolutní výšku tónu
- složené tóny jsou výsledkem superpozice většího počtu jednoduchých tónů a jejich frekvence jsou násobky základního tónu, který má nejnižší frekvenci (tato frekvence určuje absolutní výšku složeného tónu)
- složený tón vnímáme jako jediný tón × několik složených tónů vytvoří akord - ten rozlišíme
- sluchem absolutní výšku tónu nezjistíme → zjistíme pouze relativní výšku tónu, která je určena podílem frekvence daného tónu k frekvenci vhodně zvoleného = referenčního tónu (v technické praxi = 1kHz, v hudbě je to a1 = 440Hz)
- relativní výška dvou tónů je podílem jejich frekvencí → hudební intervaly (nejjednodušším hudebním intervalem je oktáva, charakterizována poměrem frekvencí 2:1, tzn. tón o oktávu vyšší má dvojnásobnou frekvenci)
barva zvuku
- vlastnost zvuků, kdy obsah vyšších harmonických tónů ve sleženém tónu způsobuje, že má tón pro naše ucho zcela charakteristický zvuk
- je určena počtem vyšších harmonických tónů obsažených ve složeném tónu a jejich amplitudami
- barva tónu umožňuje rozlišit dva složené tóny stejné absolutní výšky, které vydávají dva různé nástroje
hlasitost
- ↓
hlasitost a intenzita zvuku
- zvuková vlna představuje periodické stlačování a rozpínání pružného prostředí, tzn., že např. ve vzduchu dochází k periodickým změnám atmosférického tlaku, které uchem vnímáme jako zvuk určité hlasitosti
- hlasitost zvuku závisí na citlivosti sluchu → subjektivní hodnocení
- pro objektivní hodnocení hlasitosti zvuku byla zavedena intenzita zvuku
I = P/S [I] = W.m-2
kde P je výkon zvukového vlnění a S je plocha, kterou vlnění prochází
- intenzita zvuku je přímo úměrná energii kmitání, které vlnění v daném bodě vzbuzuje
- intenzita zvuku závisí na změnách tlaku a výšce zvuku
- citlivost ucha je největší při frekvencích zvuku 700Hz až 6 kHz → při těchto frekvencích vnímáme i zvuky o velmi malé intenzitě 10-12 W.m-2 = práh slyšení
- zvuky značných intenzit mohou v uchu vyvolat bolest → 1 W.m-2 = práh bolesti
- poměr největší a nejmenší intenzity zvuku je velmi velký, a proto používáme pomocí stupnice bel = B, v praxi se používá dB = decibel
zdroj zvuku
vzdálenost (m)
hladina intenzity (dB)
tikot hodinek
0,1
20
tichý rozhovor
1
40
normální rozhovor
1
60
křik
1
80
symfonický orchestr
3 až 5
80
hluk motorových vozidel
10
90
startující letadlo
10
110
- nadměrný hluk může porušit nejen sluch, ale působí negativně i na celou NS
- při překročení prahu bolesti může prasknout ušní bubínek a tím nevratně porušit sluchový orgán
ultrazvuk a infrazvuk
ultrazvuk
- je mechanické vlnění o frekvenci vyšší než 16kHz a sluchem ho nevnímáme
- za zdroj ultrazvuku se používají elektronické generátory
- vlnová délka zvuku je menší než vlnová délka zvukového vlnění, je šíření ultrazvuku méně ovlivněno ohybem
- výrazný je odraz ultrazvuku od překážek a měně je pohlcován v kapalinách a pevných látkách
- využití: lékařská diagnostika - např. ultrazvukové vyšetření vnitřních orgánů (sonda přiložená k lidskému tělu vysílá ultrazvukový signál - řádově MHz, ten se odrazí od vnitřních orgánů zpět k sondě a tam je přeměněn zvláštními detektory na signál elektrický – po zpracování přístrojem je obraz možno vidět na obrazovce)
- ultrazvuková defektoskopie – zjišťují se tím vady materiálu
- vyvolává vibrace a ty se uplatňují při vypuzování plynů z kapalin nebo roztavených kovů, skla, ....
- pomocí ultrazvuku se čistí součástky, ...
- ultrazvuk využívají delfíni, netopýři, psi, ....
infrazvuk
- je mechanické vlnění o menší frekvenci než 16 Hz
- dobře se šíří zejména ve vodě (ryby, medúzy, ...)
- pro nás je neslyšitelný – je to dobře, jinak by jsem slyšeli téct krev v žilách
- když má infrazvuk frekvenci blízkou frekvenci tlukotu srdce je pro organismus nebezpečný