Zvuk a zvukové vlnění: Porovnání verzí
Řádek 115: | Řádek 115: | ||
: - vznik v napoleonské době | : - vznik v napoleonské době | ||
: - zabývá se rozkladem vlny na jednodušší | : - zabývá se rozkladem vlny na jednodušší | ||
− | : - ''„všechny periodické vlny můžeme rozložit na nekonečný počet složek, všechny jsou SIN a COS vlny o různé | + | |
+ | : - ''„všechny periodické vlny můžeme rozložit na nekonečný počet složek, všechny jsou SIN a COS vlny o různé frekvenci a fázi“'' | ||
+ | |||
: - složky jsou v harmonickém vztahu – celočíselné násobky té nejnižší | : - složky jsou v harmonickém vztahu – celočíselné násobky té nejnižší | ||
: - nejnižší složka = základní frekvence (= f0 = H1) | : - nejnižší složka = základní frekvence (= f0 = H1) | ||
: - ostatní = vyšší harmonické složky (= alikvóty = H2, H3, ...) | : - ostatní = vyšší harmonické složky (= alikvóty = H2, H3, ...) | ||
− | : - základní | + | : - základní frekvence je zároveň i frekvencí opakování celé vlny, vyšší odpovídají členění a tvaru vlny |
+ | |||
+ | <small>: Př.: f0 = 240 Hz → H2 = 480 Hz, H3 = 720 Hz</small> | ||
+ | |||
+ | * '''skládání vln''' = prostý součet jejich amplitud | ||
+ | * '''složený tón''' vzniká, pouze když se skládají vlny různých frekvencí (když se skládají vlny stejné frekvence, i výsledná má stejnou frekvenci, i když třeba posunutou) | ||
+ | * podle toho, kolik má perioda vrcholků, tolikátou má vyšší frekvenci (f0 + H2 → 2 vrcholky, f0 + H5 → 5 vrcholků) → lze určit jen v případě dvou složek |
Verze z 19. 5. 2014, 17:39
Zvuk a zvukové vlnění
Obsah
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
- 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
Základní formy zvuku
- kvaziperiodický zvuk
- - sonory a vokály
- není zcela periodický
- frikce
- - šumové hlásky vznikající přiblížením artikulačních orgánů a následnou turbulencí
- - náhodné kmitání
- - např. exploze
- němá forma
- - často obsahuje jisté nezřetelné složky
- - v závěrových fázích explozív (na závěr pak frikce)
- superpozice dvou forem (např. kvaziperiodická a frikce)
Periodické vlny
- vznikají periodickým pohybem hlasivek
- znělé
- Fourierův teorém
- - vznik v napoleonské době
- - zabývá se rozkladem vlny na jednodušší
- - „všechny periodické vlny můžeme rozložit na nekonečný počet složek, všechny jsou SIN a COS vlny o různé frekvenci a fázi“
- - složky jsou v harmonickém vztahu – celočíselné násobky té nejnižší
- - nejnižší složka = základní frekvence (= f0 = H1)
- - ostatní = vyšší harmonické složky (= alikvóty = H2, H3, ...)
- - základní frekvence je zároveň i frekvencí opakování celé vlny, vyšší odpovídají členění a tvaru vlny
: Př.: f0 = 240 Hz → H2 = 480 Hz, H3 = 720 Hz
- skládání vln = prostý součet jejich amplitud
- složený tón vzniká, pouze když se skládají vlny různých frekvencí (když se skládají vlny stejné frekvence, i výsledná má stejnou frekvenci, i když třeba posunutou)
- podle toho, kolik má perioda vrcholků, tolikátou má vyšší frekvenci (f0 + H2 → 2 vrcholky, f0 + H5 → 5 vrcholků) → lze určit jen v případě dvou složek