Akustika Jana Prehradná 4.C

Definice akustiky Akustika je obor zabývající se fyzikálními ději, které jsou spojeny se vznikem zvukového vlnění, jeho šířením a vnímáním zvuku sluchem.

Rozdělení akustiky Fyzikální akustika - studuje způsob vzniku a šíření zvuku. Dále se zabývá jeho odrazem a pohlcováním v různých materiálech. Hudební akustika - zkoumá zvuky a jejich kombinace se zřetelem na potřeby hudby. Fyziologická akustika - se zabývá vznikem zvuku v hlasovém orgánu člověka a jeho vnímáním v uchu. Stavební akustika - zkoumá dobré a nerušené podmínky poslouchatelnosti hudby a řeči v obytných místnostech a sálech. Elektroakustika - se zabývá záznamem, reprodukcí a šířením zvuku s využitím elektrického proudu.

Základní pojmy akustiky Zdroj zvukového vlnění se stručně nazývá zdroj zvuku a hmotné prostředí, v kterém se toto vlnění šíří, jeho vodič. Vodič zvuku, obyčejně vzduch, zprostředkuje spojení mezi zdrojem zvuku a jeho přijímačem (detektorem), kterým bývá v praxi ucho nebo mikrofon.

Struna napnutá mezi dvěma pevnými body tělesa s velkou hmotností není dobrým zářičem zvuku, protože při chvění struny vzniká přetlak ve směru jejího pohybu a současně na opačné straně podtlak. Tím se nejbližší okolí struny stává druhotným zdrojem dvou vlnění, které se šíří na všechny strany prakticky s opačnou fází, protože příčné rozměry struny jsou vzhledem na vlnovou délku zvukového vlnění vždy velmi malé. Tyto dvě vlnění se interferencí ruší.

Podmínky vzniku zvuku působením chvění struny se podstatně zlepší, pokud jeden z pevných konců účinné délky struny je mechanicky spojen s tzv. ozvučnou deskou, která se takto dostává do značně tlumeného vynuceného chvění. Tím, že její rozměry jsou poměrně velké, srovnatelné s vlnovými délkami zvukového vlnění, odděluje dostatečně místa přetlaku a podtlaku. Ze stejného důvodu, t. j. aby nenastal "zvukový zkrat", se elektrodynamické reproduktory zvuku montují do výřezu masivní desky vhodně zvolených rozměrů. V tomto posledním případě chvění desky nenastává a ani není potřebné, protože zdrojem zvukového vlnění je membrána reproduktoru s velkou plochou.

Ze zdroje se zvuk šíří jen pružným látkovým prostředím libovolného skupenství. Nejčastěji je to vzduch, v němž se zvuk šíří jako podélné postupné vlnění. Nejdůležitější charakteristikou prostředí z hlediska šíření zvuku je rychlost zvuku v daném prostředí. Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na složení vzduchu (nečistoty, vlhkost), ale nejvíce na jeho teplotě. Ve vzduchu o teplotě t v Celsiových stupních má zvuk rychlost [m.s-1]

Látka Rychlost zvuku [m/s] Vzduch (13,4 °C) 340 Voda (25 °C) 1 500 Rychlost zvuku není ovlivněna tlakem vzduchu a je stejná pro zvuková vlnění všech frekvencí. V kapalinách a pevných látkách je rychlost zvuku větší než ve vzduchu (popř. jiných plynech). Přibližné hodnoty rychlosti zvuku pro některé látky jsou uvedeny v tabulce: Látka Rychlost zvuku [m/s] Vzduch (13,4 °C) 340 Voda (25 °C) 1 500 Rtuť 1 400 Beton 1 700 Led 3 200 Ocel 5 000 Sklo 5 200

Hlasitost zvuku Hlasitost zvuku je subjektivním hodnocením sluchového vjemu. Ucho není citlivé na zvuky různých frekvencí stejně (nejcitlivější při frekvencích 700 Hz až 6 kHz). Jednotkou je fon, což je hlasitost, kterou člověk vnímá při poslouchání referenčního tónu 1 kHz s hladinou tlaku 40dB.

Hladina akustického tlaku kde p je akustický tlak, který srovnáváme se základní hodnotou p0 = 2.10–5 Pa – nejnižší hodnota akustického tlaku působícího na ušní bubínek, při kterém je referenční tón ještě slyšitelný. Jednotkou je bel B, v praxi se používá decibel dB.

Zvuky rozdělujeme na hudební (periodické) a nehudební (neperiodické) Zvuky rozdělujeme na hudební (periodické) a nehudební (neperiodické). Nehudebním zvukem je každé nepravidelné vlnění vodiče zvuku, jehož příčinami jsou nepravidelné rozruchy (srážka dvou těles, výstřel, přeskočení elektrické jiskry apod.). Na rozdíl od nehudebních zvuků jsou hudební zvuky podmíněné pravidelným, v čase periodicky probíhajícím pohybem hmotného prostředí. Při jejich poslechu vzniká v uchu časově se neměnící, a proto příjemný vjem, který se využívá v každé hudbě. Zdrojem hudebních zvuků mohou být například lidské hlasivky, různé hudební nástroje, případně i reproduktory zvuku.

Každý zvuk, hudební i nehudební, se vyznačuje svojí fyzikální intenzitou, s kterou je rovnocenná veličina nazývaná hladina intenzity zvuku, a fyziologickou hladinou své hlasitosti. Mimo to se hudební zvuky vyznačují ještě výškou a zabarvením.

Pod pojmem zabarvení tónu se rozumí ta jeho vlastnost, podle které se dají rozeznat dva tóny stejné výšky a intenzity, avšak zahrané na různých hudebních nástrojích. Příčinou této rozličnosti je nestejný časový průběh kmitání v periodě ve stejném smyslu jako je to u složených tónů - nestejné zastoupení vyšších harmonických tónů ve složeném tóně, přičemž podle zkušeností rozhoduje pouze jejich frekvence a amplituda, nikoli však jejich fázová konstanta. Tato okolnost umožňuje vyjádřit složený hudební tón jeho tzv. frekvenčním spektrem, ve kterém délky akustických spektrálních čar vyjadřují amplitudy harmonických složek složeného tónu.

Charakteristiky tónu: absolutní výška tónu – je u jednoduchých tónů určena frekvencí f, u složených tónů frekvencí fz základního tónu relativní výška – je poměr absolutní výšky daného tónu a frekvence tónu zvoleného jako základ (v hudební akustice 440 Hz – komorní A, v technické praxi 1000 Hz). barva tónu – je způsobena počtem, frekvencí a amplitudou vyšších harmonických tónů.

Infrazvuk Označení pro nízkofrekvenční zvuk pod hladinou vnímání lidského sluchu (<16 Hz). Měřitelnost není již od 70. let žádným problémem. Typické zdroje v životním prostředí člověka poznamenaném technikou jsou všechny druhy strojů: auta, letadla, vlaky nebo výrobní stroje. V přírodě je vytvářen infrazvuk bouřkami, vodopády nebo také větrnými turbulencemi na budovách. Ohrožení zdraví vzniká však teprve při trvalé hladině zvukového tlaku nad 130 dB. Z měření na větrných elektrárnách vyplynulo, že tyto hodnoty nejsou zdaleka dosahovány a že jsou za dodržení zákonem předepsaných vzdáleností sotva měřitelné.

Ultrazvuk Jako ultrazvuk označujeme jakýkoli zvuk s frekvencí vyšší než 16 000 Hz. Ultrazvuk se vytváří pomocí křemenné destičky napojené na proměnné elektrické napětí. Destička se v rytmu napětí smršťuje a roztahuje a tak kmitá. Tento jev se nazývá piezoelektrický. Krystaly křemene jsou však jako zdroj ultrazvuku drahé a málo výkonné; používá se jich obvykle v laboratořích. V technické praxi se osvědčily syntetické látky, například keramický titaničitan barnatý.

Užití ultrazvuku Vzniká v elektronických generátorech; široké využití v lékařské diagnostice, kde v některých případech nahrazuje škodlivé rentgenové záření → prohlídky těhotných žen defektoskopie v průmyslu – zachytí se dutina ve výrobku vyvolává vibrace → čištění čoček, šperků v přírodě – sluch a orientace delfínů a netopýrů

K tomuto tématu bych vám ráda doporučila tento studijní materiál, kde jsou velice pěkně zpracované flash animace. Bohužel není možné je stáhnout.