Podstata zvuku a jeho sirenie, akusticke veliciny

Zvuk vznika chvenim hmoty, ktora toto chvenie predava hmotnym casticiam prostredia, napriklad vzduch. Vo vzduchu nastava zhustovanie a zriedovanie castic. Miesta zhustenia a zriedenia castic postupuju vzduchom urcitou rychlostou a tuto rychlost nazyvame, rychlostou sirenia zvuku a oznacujeme ju pismenom c. Dve susedne miesta maximalne alebo minimalne zhustenych castic vzduchu tvori zvukovu vlnu. Vzdialenost miest maximalne, alebo minimalne zhustenych castic, nazyvame dlzkou zvukovej vlny a oznacujeme ju nazvom l. Pocet tychto zhusteni alebo zhusteni za zakladnu jednotku casu /za sekundu/ sa nazyva kmitocet a oznacuje sa pismenom ƒ . Medzi dialkou zvukovej vlny, rychlosti sirenia zvuku a kmitoctom plati vztah

l = c/ƒ

[m;m/s;Hz]

Zvuk sa siri iba hmotnym prostredim. Napriklad vo vzduchu su nositelovi predavane akusticke energie hmotne castice vzduchu. Rychlost sirenia vzduchu zavisii na prostredi, v ktorom sa zvuk siri. Pri danom prostredi zavisi fyzikalnom stave stave tochto prostredia. Rychlost sirenia zvuku vo vzduchu ciastocne zavisi na jeho vlhkosti /zmena o 0,5m/s pri zmene relativnej vlhkosti 0 az 100%/. Vzduch, v ktorom sa zvuk siri, ma vzhladom k zakladnemu statickemu /atmosferickemu/ tlaku v miestach zhustenia castic mierny pretlak a v miestach zriedenia castic podtlak. Tieto zmeny tlaku sa nazyvaju akusticky tlak, ktory oznacujeme pismenom p . Jednotkou akustickeho tlaku je 1Pa. Najrozsirenejsi je udaj o velkosti akustickeho tlaku, tzv. hladina akustickeho tlaku. Oznacuje sa pismenom L a je udavana v decibeloch [dB].

L = 20log p/po

[dB;Pa]

kde p je velkost akustickeho tlaku, po - referencny akusticky tlak

Pri sireni zvuku vo vzduchu dochadza k zhustovaniu a zriedovaniu castic vzduchu a tieto castice potom kmitaju okolo rovnovaznej polohy urcitou rychlostou. Tato rychlost sa nazyva akusticka rychlost a oznacuje sa pismenom v. Sucin akustickeho tlaku a akustickej rychlosti dava intenzitu zvuku, oznacovanu pismenom I. Je to akusticka energia, prechadzajuca jednotkovou plochou za 1sekundu. Intenzita zvuku ma rozmer W/m2. Pod pojmom akusticky vykon, oznacovany pismenom P, sa rozumie akusticka energia, ktora prejde lubovolnou plochou S za sekundu. Je to teda sucin intenzity zvuku I a plochy S.

P = I . S

Celkovy vykon, vyziareny urcitym zdrojom, sa ziska scitanim jednotlivych vykonov z urcitej uzavrenej plochy, obklopujucej zdroj /obvykle sa pouziva plocha gule/.

 

Vlny /waves/: Zvukove vlny su popisane dvoma zakladnymi vlastnostami, rychlost vybracie (Frekvencia), rozsah vybracie (Amplituda).Ked sa reproduktor pohybuje dopredu, dozadu a spat do povodnej polohy, tomu sa hovori cyklus. Frekvencia urcuje pocet cyklov za sekundu. To sa oznacuje ako Hertz (Hz). 1.obrazok greficky reprezentuje zvukovu vlnu. Pri prvej polvne dochadza k narastaniu tlaku, pri druhej dochadza k jeho znizeniu. To bolo urcene tym, ze zvuk sa pohybuje vzduchom nad hladinou mora rychlostou 1128feet /1128stop/ za sekundu. Vlnova dlzka je vzdialenost, ktoru zvuk urazi za jeden cyklus. Tuto vzdialenost moze dostat vydelenim 1128 frekvenciou. Tym urcime, ze 20Hz note je 56.4stop dlha. Na druhej strane 20kHz (20,000Hz) je .056stop co su 5/8 incha. Pochopenie tychto vzstahov medzi vzdialenostami a zvukovymi vlnami je potrebne na pochopenie toho ako mi pocujeme, a ako vlastne navrhnut /doladit/ dobry zvukovy system. Inym popisom zvukovych vln je faza. Faza sa vzstahuje na zmenu tlaku od zvukovej vlny v urcitom case a mieste.Na obrazku c.1 tiez vydiet, ze prva polvna stupa nad nulovu ciaru, tomu hovorime pozitivna faza /narast tlaku/.Pri druhej polne ide o negativnu fazu /uvolnovanie tlaku/. Ked sa dve alebo viac vln skonbinuju, kombinacia moze byt vo faze, alebo protifaze.

Vo fazy chapeme tak, ze vysledna zv.vlna ma amplitudu vacsiu ako hociktora z vln.Pri protifaze dochadza k odcitaniu vln navzajom a preto dochadza k znizeniu urovne tlaku. Zv. vlny na seba stale posobia a vytvaraju to comu mi hovorime complexna vlna. Vsetky hudobne nastroje vytvaraju complexnu zvukovu vlnu. Hudobne nastroje skombinuju vlny tak, aby vytvorili zvuk, ktory je pre ne charakteristicky. Oktavy a harmonicke kmity: Oktava je polovicka alebo dvojnasobok frekvencie. 1oktava nad 100Hz je 200Hz, pod 100Hz je 50Hz. Harm.kmity su dvojnasobky, trojnasobky, stvornasobky... zakladnej frekvencie. Hudobne nastroje /okrem synthesizerov/ nevytvaraju ciste tony. Zakladna frekvencia je kombinovana s jej harm.kmitmy pri roznych hladinach, aby jednotlive hudobne nastroje boli charakteristicke svojimi zvukovymi vlastnostami.

 

Hlasitost zvuku

Hlasitost zvuku vnimana ludskym sluchovym organom neodpoveda pre vsetky kmitocty relativnej hodnote hladiny akustickeho tlaku. Preto boli vytvorene, tzv. krivky rovnakej hlasitosti. Kazdy bod tychto kriviek odpoveda urcitej hladine akustickeho tlaku zvuku, ktory je vnimany pri roznych kmitoctoch ako rovnako hlasny. Ak je zvukova energia zo vsetkych zdrojov rovnaka, potom sa napriklad pri dvoch zdrojoch hladina hlasitosti zvysi o 3dB, pri desiatich zdrojoch uz len o 10dB.

Hladina rovnakej hlasitosti pri hladivne intenzity zvuku /Sound pressure level/ zavislej na kmitocte