Zvuk a zvukové vlnění

Zvuk a zvukové vlnění

Zvuk

• šíří se pomocí média – vzduchu
• podmínkou vzniku zvuku je nějaký pohyb → částečky kmitají ve frekvencích, které člověk vnímá jako zvuk
• to, co se šíří, nejsou pohyby molekul, ale poruchy tlaku – tzv. vzruchová vlna
• když se částečky přiblíží, vzniká lokální zvýšení tlaku
• → vzduch je systém hustšího a řidšího tlaku

Definice zvuku:

"Podélné kmitání elastického prostředí, které je způsobené pohybem zdroje zvuku. Kmitání musí být v rozsahu slyšitelných frekvencích"

• zvuk je mechanické vlnění, potřebuje prostředí → nešíří se ve vakuu (na rozdíl od světla)
• všechny zvuky se dají rozložit na soustavu sinusoid

Vlastnosti zvuku

• perioda - trvání jednoho cyklu vlny

- značka: T

- jednotka: sekunda

• frekvence - převrácená hodnota periody, kolik period se vejde do 1 s

- značka: f

- jednotka: Herz

- f = 1/T

• oktáva má 12 půltónů (= ST / semitone) = 2f (tzn., že tón o oktávu výše má 2× vyšší frekvenci)

• amplituda – vyjadřuje sílu zvuku – nakolik se zdroj vychyluje z rovnovážné polohy

- max. amplituda

- rozkmit („peak-to-peak“)

- amplituda neříká nic o tom, jak se zvuk vnímá (max. amplituda může být stejná, ale časem se zmenšuje × zůstává stejná)

→ efektivní amplituda (ang. rms = „root mean square“) – zprůměrovaná síla → lepší popis

• fáze, fázový posun – nevnímají se

• rychlost zvuku (c)

- je vlastností média

- zákl. hodnota = 330 m/s (asi milionkrát pomalejší než světlo) – asi v 0°C v 0 m.n.m.

- v normálním prostředí asi 340 m/s

- ve vokálním traktu asi 350 m/s (v héliu ještě rychleji)

- v kapalných látkách rychleji a v pevných nejrychleji

• vlnová délka – říká, jak dlouhá je perioda

- λ (délková jednotka) = T * c

- frekvence udává, kolik vln se v sekundě nachází na délce 340 m

Huygensův princip

• zvuk se šíří všemi směry stejně rychle → kulová vlnoplocha (její body kmitají se stejnou fází)
• každý bod vlnoplochy je zdrojem elementárního vlnění
• všechny body se vyruší a vzniká nová vlnoplocha
• modeluje zvuk přes překážky a kolem nich
• → protihlukové zábrany: vysoká frekvence se šíří jen nahoru (dole je stín), nízká i dolů za překážku
• zvukový stín – kam za překážkou nepronikne zvuk
• vlnoplocha – plocha, kam dorazí zvuková vlna

- na jejím povrchu je shodné kmitání

Dopplerův efekt

Změna vlnové délky způsobená pohybem zdroje zvuku.

• síla zvuku závisí na poloze zdroje a pozorovatele
• když stojí dva posluchači na různých stranách zdroje, slyší stejně
• když dva posluchači stojí a zdroj mezi nimi jede směrem k jednomu, ten slyší silněji a vyšší tóny
• pokud rychlost zdroje (letadlo, pistole, bič) překročí rychlost zvuku, šíří se vlny až za ním → „obaly“ vln se sečtou a až dorazí k posluchači, ten slyší akustický třesk (projde jím Machova linie)

Druhy vlnění

Postupné vlnění

• podélné – např. zvukové vlnění
• příčné – např. kámen hozený do vody

Stojaté vlnění

• podélné – dechové nástroje, vokální trakt
• příčné – strunné nástroje

- kmitny – místa, která kmitají s maximální amplitudou

- uzly – místa, která se jakoby nehýbou