Akustika

Akustika Frevenční pásma zvuku Jednotky tlaku Rychlost zvuku Vlna v píšťale a struně Intenzita, tlak, hladina intenzity Decibel Barva tónu Aplikace

Frekvenční pásmo f < 20 Hz - infrazvuk f ~ 20 Hz – 20 kHz – slyšitelný zvuk f > 20 kHz – ultrazvuk- komunikace, diagnosika, ohřev f ~ 300 Hz – 3 kHz telefon f = 3000 – 3300 Hz dálnopis (historie) Většina energie hovoru se přenáší do frekvence 1 kHz

Jednotky tlaku Pascal [Pa], základní jednotka tlaku 1 bar = 105 Pa 1 torr = 133 Pa 1 mmHg = 1 torr (Torriceli) 1 psi = 6 895 Pa (pound to square inch) 101 325 Pa přesně je normální tlak

Nauka o šíření a vnímání zvuku Zvuk jsou mechanické vlny v plynu kapalině pevných látkách rychlost zvuku 340 m/s ve vzduchu 1 400 m/s ve vodě 5 000 m/s v oceli rychlost světla 300 000 km/s ve vakuu

Rychlost zvuku v … rychlost šíření zvuku [m·s-1] Rychlost šíření zvuku obecně v … rychlost šíření zvuku [m·s-1] E … Yongův modul pružnosti [Pa] … Poissonova konstanta [-] b … statický (barometrický) tlak plynu [Pa] ... měrná hmotnost [kg·m-3] …plošné zatížení průřezu [Pa] … hmotnost na metr délky struny [kg·m-1] F… síla napínání struny [N] Rychlost šíření zvuku ve struně

Vlny rovinné a kulové

disperzní relace Fázová a grupová rychlost disperzní relace: závislost úhlové frekvence na vlnovém vektoru disperze: závislost fázové rychlosti nas vlnovém vek´toru (vlnové délce) Fázová a grupová rychlost disperzní relace vlny na vodní hladině Nejtriviálnější disperzní relace je přímá úměra, fázová a grupová rychlost je potom shodná

Vlastní kmity píšťal struny

Tlak, intenzita, hladina intenzity [Pa] [W●m-2] [dB]

Shrnutí Fázová a grupová rychlost

Zvukovén pole

Hlasitost – hladina intenzity Udává se v decibelech 0 dB – práh slyšitelnosti 130 dB – práh bolesti

Co to je bell? Protože lidské ucho je schopno zpracovat signál v rozsahu 6ti řádů, není vhodné udávat lineární stupnici, ale používá se logaritmická. Základem je poměr dvou energetických jednotek. Měřené a vztažné. [B]

decibel Obecně [dB] [dB] Jednotka bell je příliš velká, volí se proto její desetina [dB] [dB] Obecně Logaritmus poměru dvou energetických veličin [dB]

Převodní tabulka

Hladina hlasitosti

Vztažné hodnoty p0 = 2·10-5 Pa I0 = 10-12 W·m-2 pro f = 1 kHz

Trouby z Jericha a účinky infrazvuku Pro 1kHz a L= 0 dB je výchylka tlaku y = 10-11 m L = 120 dB y = 10-5 m = 10 μm Pro 1 Hz L = 120 dB y = 10-2 m = 1 cm Pro srovnání průměr atomu je řádu 10-10 m

Barva tónu - superpozice vln Fourierova analýza

nese energii ----- nese informaci Aplikace akustiky Využití vlnění nese energii ----- nese informaci Ultrazvuk v medicíně (zobrazení 1-14 MHz, prohřívání) Defektoskopie, měření kavitace, bezpečnostní čidla Orientace v prostoru, měření vzdálenosti (netopýři 40 kHz, ponorky, parkovací senzory, dálkoměry) Komunikace Velryby … infrazvuk Lidé, savci, ptáci … zvuk Netopýři, delfíni, komáři … ultrazvuk