Transcript Vlastnosti zvuku

Iva Garčicová, 2012
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.
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).
B  10  log
I … intenzita zvuku
I0 … intenzita prahu slyšení
I
I0
Americký inženýr Alexander
Graham Bell mluví do svého
nejslavnějšího vynálezu –
telefonu (1876).
Příklad:
Jaká je hladina intenzity zvuku, který je na prahu slyšení?
Intenzita takového zvuku I = I0
I0
I
B  10  log  10. log  10  log1  10  0  0
I0
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