Transcript Akustika

Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Svjetlost je jedino što vidimo,
Zvuk je jedino što čujemo.
Promjene tlaka
p
p0
x
Oscilacije tlaka vrlo male, npr. za ljudski govor amplituda tlaka je 0,03 Pa
(za poredbu, atmosferski tlak je 101 000 Pa)
Uho je vrlo osjetljiv instrument !
Doc.dr.sc. Marta-Žuvić Butorac, nastupno predavanje, 2007
LONGITUDINALNI VAL – KONCEPT
- vibracija koja se širi kroz sredstvo
- zvukom smatramo vibracije, složene od frekvencija koje
je sposobno detektirati ljudsko uho: 16 Hz – 20 000 Hz
(pas čuje i frekevencije više od 20 kHz)
ULTRAZVUK
INFRAZVUK
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
ZVUK
Ton
Šum
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Zvuk
- zvuk koji nastaje pravilnim titranjem zvučnog izvora
određenom (stalnom) frekvencijom
Glazbeni ton
- više tonova različitih frekevencija u kojima jedna prevladava
(intenzitetom) te je zovemo OSNOVNA FREKVENCIJA
GLAZBENOG TONA
- ostale zovemo viši harmonici i određuju BOJU TONA
- glazbeni ton određuju frekvencija, amplituda, boja i trajanje
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Ton
yp
yo 2
yo
p0
x
no
slika tona
spektar tona
n
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Grafički prikaz tona
- zvuk koji nastaje nepravilnim titranjem zvučnog
izvora pri čemu se frekvencija stalno mijenja
- aperiodični val
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Šum
.. je brzina širenja zvučnog vala u sredstvu.
- ovisi o elastičnosti i gustoći medija
- za suhi zrak pri temperaturi od 20 °C iznosi 343 m/s (1235 km/h)
Opća relacija
v 
gustoća
1

Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
BRZINA ZVUKA
koeficijent stlačivosti sredstva
(obrnuto razmjeran modulu elastičnosti)
−10
325.2
1.342
436.1
−5
328.3
1.317
432.0
0
331.3
1.292
428.4
+5
334.3
1.269
424.3
+10
337.3
1.247
420.6
+15
340.3
1.225
416.8
+20
343.2
1.204
413.2
+25
346.1
1.184
409.8
+30
349.0
1.165
406.3
T temperatura
v brzina zvuka
ρ gustoća
Z tzv. akustička impedancija (Z=ρ·c)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Effect oftemperature
temperature
Utjecaj
-1
-3
-3
in °C c/
cv/in m·s
ρ
ZZin
 /in kg·m
/ N·s·m
T/
Visina
Temperatura
m·s-1
km·h-1
Razina mora
15 °C
340
1225
11 000 m − 20 000 m
visina leta komercijalnih letova i
prve supersonične letjelice
−57 °C
295
1062
29 000 m (letjelica X-43A)
−48 °C
301
1083
standardni atmosferski uvjeti
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
PROMJENE BRZINE ZVUKA S VISINOM
Plin pri 0oC
v
v/ ms-1
Zrak
331
CO2
343
Kisik
316
Helij
965
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
BRZINA ZVUKA U PLINOVIMA
BRZINA ZVUKA U TEKUĆINAMA
Eho sonder
Podvodna akustika ili hidroakustika
Akustička oceanografija
brzina zvuka / ms-1
Pacifik, sjeverni Havaji, ovisnost brzine zvuka o dubini mora
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
dubina / km
U morskoj vodi oko 1500 m/s
krutine
v/ ms-1
Bakar
5010
Pyrex staklo
5640
Olovo
1960
Čelik
5960
Općenito vrijedi
v krutine > v tekućine > v plin
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
BRZINA ZVUKA U KRUTINAMA
Zvučni val nosi energiju koja može obaviti rad.
Snaga zvuka P – energija koju zvučni val prenese u 1 s
Intenzitet zvuka I – snaga zvuka P koji upada okomito
na površinu A, podijeljena površinom
I=P/A
(Wm-2)
Prag čujnosti
– najmanji intenzitet zvuka kojeg može čuti ljudsko uho
- za ton frekvencije 1 kHz iznosi oko 10-12 Wm-2
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
INTENZITET ZVUKA
Bel (B)
.. je dekadski logaritam omjera dviju istovrsnih veličina
P1 i P2 koje su razmjerne snazi ili energiji:
izražen jedinicom bel
Jedan bel (B) je razina veličine L pri kojoj je omjer P1/P2 jednak 10.
Decibel (dB)
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
MJERNE JEDINICE ZA POREDBU JAČINE ZVUKA
Poredba intenziteta
L  log
I1
I2
Što je intenzitet zvuka od 0 decibela?
Zbog log x = 0 za x =1, L = 0 znači da I1 = I2
Mjeri se u odnosu na neki referentni zvuk, obično prag čujnosti
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
MJERNE JEDINICE ZA POREDBU JAČINE ZVUKA
Razina intenziteta
L / dB
Prag čujnosti
10-12
0
Šum lišća
10-11
10
Šapat
10-10
20
3,2 · 10-6
65
U automobilu u
gradskom prometu
10-4
80
Rock koncert uživo
1
120
Prag bola
10
130
Razgovor udaljen 1 m
Intentzitet zvuka i razine intenziteta zvuka određene relativno
s obzirom na prag čujnosti
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012
Intenzitet
I / Wm-2