Vlastnosti zvuku Iva Garčicová, 2012 1

Zvuk je mechanické vlnění prostředí, které jsme schopni vnímat sluchem. Sluchem jsme také schopni rozlišit tři základní vlastnosti zvuku: výšku hlasitost barvu Vysvětlíme si, které fyzikální veličiny popisují tyto tři vlastnosti zvuku.

Výška zvuku Výška zvuku je dána jeho frekvencí. Zvuk s vyšší frekvencí vnímáme jako vyšší zvuk. Na obrázku jsou časové diagramy kmitání tří různých zdrojů zvuku. Zdroj na horním diagramu vydává nejvyšší zvuk, na dolním diagramu nejnižší zvuk. Poznámka: všechny zdroje na obrázku vydávají jednoduchý tón, neboť mají harmonický průběh.

V hudební praxi má velký význam poměr výšek dvou tónů V hudební praxi má velký význam poměr výšek dvou tónů. Jestliže poměřujeme frekvenci tónu s výškou jiného – tzv. referenčního tónu, pak mluvíme o relativní výšce tónu. Poznámka: jako referenční tón se často používá tón a1 s absolutní výškou 440 Hz. Dva tóny, které mají frekvence v poměru 2:1 jsou vzdáleny o jednu oktávu. Příklad: Jakou absolutní výšku má tón a2, který je od a1 vzdálen o jednu oktávu? f(a1):f(a2) = 2:1 f(a2) = 2.f(a1) = 2.440 Hz = 880 Hz

Na čem závisí výška tónu, kterou vydávají hudební nástroje? U strunných nástrojů záleží na délce struny. U dechových nástrojů záleží na délce vzduchového sloupce.

Hlasitost zvuku Zvuk je mechanické vlnění, které prostorem přenáší energii (silná zvuková vlna může např. prorazit bubínek nebo i rozbít skleněnou tabuli). Energii E přenesenou zvukem za jednotku času nazýváme akustickým výkonem a značíme ho P P = ΔE/ Δt [P] = W jednotka watt Intenzita zvuku I je akustický výkon dopadající na jednotkovou plochu: I = ΔP/ΔS [I] = W.m-2 jednotka watt na metr čtverečný

Z hlediska vnímání hlasitosti zvuku lidským uchem je situace komplikovaná tím, že naše ucho vnímá různé frekvence téže intenzity jako různě hlasité. Práh slyšení je nejmenší intenzita zvuku, kterou je lidské ucho schopno vnímat. Jeho hodnota je I0 = 10-12 W.m-2 Nejvyšší intenzita, která už způsobuje bolest má hodnotu 1 W.m-2 a nazývá se práh bolesti. Byla zavedena veličina hladina intenzity zvuku B, jejíž jednotka je nazvána bell. V praxi se však používá desetina této jednotky – decibell (dB). I … intenzita zvuku I0 … intenzita prahu slyšení Americký inženýr Alexander Graham Bell mluví do svého nejslavnějšího vynálezu – telefonu (1876).

Jaká je hladina intenzity zvuku, který je na prahu slyšení? Příklad: Jaká je hladina intenzity zvuku, který je na prahu slyšení? Intenzita takového zvuku I = I0 Hladina intenzity prahu slyšení je 0 dB. Na stránce http://www.converter.cz/tabulky/hluk.htm jsou uvedeny příklady hladiny intenzity některých běžných zvuků. Poznámka: Hladina intenzity zvuku je tzv. subjektivní veličina – to znamená, že její hodnoty jsou definovány vzhledem k citlivosti lidských smyslů.

Barva tónu Příměs vyšších harmonických tónů ve složeném tónu způsobuje, že ho vnímáme jako charakteristický zvuk. Podle barvy tónu poznáme hudební nástroj. Když zahrajeme např. tón c1 na klavír, na kytaru a na flétnu, bude se vždy jednat o zvuky stejné frekvence, přesto rozlišíme, který z nástrojů tento tón vydal. Základní tón harmonického průběhu je ve všech případech stejný, ale příměs vyšších harmonických tónů je u každého nástroje jiná.

Na obrázku je znázorněn vznik základního tónu na struně (nahoře) a vznik vyšších harmonických tónů. Struna kmitá převážně v základním tónu, ale současně na ní vznikají i příměsi vyšších uvedených frekvencí. Na následující stránce ČVUT (v dolní části) si můžete poslechnout, jak zní jistý tón na strunném nástroji cembalu. Nejdříve je uveden složený tón i s příměsí vyšších harmonických frekvencí. V dalších ukázkách je příměs vyšších harmonických frekvencí postupně omezována a zvuk tak ztrácí svou typickou barvu: http://noel.feld.cvut.cz/vyu/prj-czs-asi/stork/cembalo/cembalo.htm

Zdroje textu a obrázků LEPIL, O. Fyzika pro gymnázia, Mechanické kmitání a vlnění. 3. přepracované vydání Praha: Prometheus 2002. ISBN 80-7196-216-3. http://bbamusic.wikispaces.com www.decoupagetvoreni.cz http://vojtahanak.cz http://www.drumbla.sk http://www.freefoto.com http://www.converter.c