Zvuk a jeho vlastnosti

Zvuk a jeho vlastnosti Ing. Jan Přichystal, Ph.D. PEF MZLU v Brně

9. října 2008

Ing. Jan Přichystal, Ph.D.

Zvuk a jeho vlastnosti

Zvuk obecně I

I

I I

podélné (nebo příčné) mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový vjem. frekvence leží v rozsahu přibližně 20 Hz až 20 kHz. frekvence nižší než 20 Hz – infrazvuk. frekvence vyšší než 20 kHz – ultrazvuk.

Rychlost zvuku je rychlost, jakou se zvukové vlny šíří prostředím (obvykle vzduch). Závisí na atmosférických podmínkách (např. teplota). Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Zdroje zvuku I

Zdroj zvukového vlnění – prostředí (vodič) – přijímačem (detektorem).

I

Zdrojem zvuku může být každé chvějící se těleso.

I

O vlnění v okolí zdroje zvuku však nerozhoduje jen jeho chvění, ale i okolnost, jestli je tento předmět dobrým nebo špatným zářičem zvuku. To je dáno jeho geometrickým tvarem.

I

Zdrojem zvuku mohou být kromě těles, kmitajících vlastními kmity, i tělesa kmitající kmity vynucenými (reproduktory, sluchátka atd.).



Rozdělení I

I

hudební (tóny) – pravidelné, v čase periodicky probíhající kmitání. Při jejich poslechu vzniká v uchu vjem zvuku určité výšky, proto se tónů využívá v hudbě. Zdrojem mohou být lidské hlasivky, hudební nástroje . . . nehudební (hluky) – nepravidelné vlnění, vznikající jako složité nepravidelné kmitání těles, nebo krátké nepravidelné rozruchy.



Hluk v hudbě I

I

I

I

zvuk s neurčitou výškou jehož kmitání je nepravidelné a nemá jednoznačnou frekvenci někdy není možné určit, zda zní hluboko, vysoko či mění výšku zvuky s neurčitou výškou bývají označovány také jako nehudební zvuky, ačkoli se v hudbě běžně používají mnoho bicích hudebních nástrojů vydává právě zvuky s neurčitou výškou

Příklady zvuků s neurčitou výškou: praskání, syčení, šum, hřmění, dunění. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Hluk střídavého napětí — brum I

I

I

I

Elektrické stroje a spotřebiče používající střídavé napětí mohou vydávat charakteristický hluk na frekvencích střídavého napětí které používají. Tento hluk má ve spektru složky s násobky 50 nebo 60 Hz, v závislosti na místní frekvenci napětí. Pro evropské střídavé napětí ukazuje spektrální analýza maximum na 50 Hz, pro americké na 60 Hz. Vyšší harmonické složky leží na násobcích základní frekvence. Hluk střídavého napětí se označuje jako brum. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Vlastnosti zvuku I

I

I

I

hladina intenzity zvuku (hlasitost) – měříme v dB frekvence v Hz, určuje výšku – 16 Hz až 4200 Hz průběh kmitání, ovlivňuje jeho zabarvení – více alikvótů, ostřejší tón trvání zvuku v čase určuje jeho délku



Alikvótní tón I

I

I

vyšší harmonický tón, který zní společně s tónem základním u každého tónu (zvuku) se obvykle vyskytuje množství alikvotních tónů intenzita jednotlivých alikvotních tónů určuje charakteristickou barvu zvuku

Díky alikvótním tónům jsme schopni poslechem rozpoznat, o jaký se to jedná hudební nástroj. Například nástroje s ostřejším zvukem (dechové) mají silnější liché alikvotní tóny (první, třetí . . . ), sudé alikvotní tóny dávají zvuku spíš teplo a měkkost. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Alikvótní tón



Lidské vnímání zvuku I

složitý proces, závislý na mnoha faktorech, pro který zatím nebyla vytvořena uspokojivá teorie.

I

většina lidí vnímá 20 Hz až 20 kHz.

I

s rostoucím věkem horní hranice výrazně klesá.

I

nejvýznamnější rozsah je 2—4 kHz, který je nejdůležitější pro srozumitelnost řeči a na nějž je lidské ucho nejcitlivější.

I

nejvyšší informační hodnota řeči je přenášena v pásmu 0,5—2 kHz.



Lidské vnímání zvuku Dynamický rozsah lidského ucha je uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma asi 120 dB. Na okrajích pásma je mnohem menší. Schopnost rozlišit frekvence tónů se u každého člověka liší a je frekvenčně závislá. Uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma za ideálních podmínek lze rozlišit změnu frekvence lépe. Na okrajích pásma je rozlišovací schopnost výrazně nižší.



Anatomie lidského ucha Vnější ucho, střední ucho, vnitřní ucho



Anatomie lidského ucha Vnější ucho – boltec, zvukovod a bubínek Boltec směřuje akustické vlny do zvukovodu. Velikost a tvar boltce nemá vliv na sluch. Zvukovod – trubice, která má část chrupavčitou a kostěnou. Na konci zvukovodu se nachází bubínek. Zvuková vlna, která projde zvukovodem, naráží do bubínku a putuje dál do nitra ucha. Bubínek je vazivová blanka na konci zvukovodu. Zvuková vlna jej rozechvěje, bubínek ji zesílí a předá do středního ucha. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Anatomie lidského ucha Střední ucho – systém vzduchem vyplněných dutin, vystlaných sliznicí. Začíná bubínkem, na nějž jsou napojeny tři sluchové kůstky. Mezi sluchové kůstky patří kladívko, kovadlinka a třmínek. Řetěz kůstek přenáší zvuk od bubínku do vnitřního ucha – ploténka třmínku se dotýká oválného okénka v labyrintu.



Anatomie lidského ucha Vnitřní ucho: Hlemýžď – stočená trubička naplněná tekutinou. Vibrace z hlemýždě cestují po membráně. Tyto vibrace objevují vlasové buňky (receptory sluchu). Každá buňka vysílá signály do mozku po sluchovém nervu. Signály jsou vnímány jako zvuk.



Hlasitosti zvuku dB 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Příklady a vnímání člověkem Práh slyšitelnosti Hluboké ticho, bezvětří, akustické studio Šepot, velmi tichý byt či velmi tichá ulice Tlumený hovor, šum v bytě, tikot budíku Klid, tichá pracovna, obracení stránek novin Běžný hovor Mírný hluk, hlučná ulice, běžný poslech televize Velmi silná reprodukovaná hudba, vysavač v blízkosti Silný hluk, jedoucí vlak Sbíječka, přádelna, maximální hluk motoru Velmi silný hluk, živá rocková hudba, kovárna kotlů Startující proudové letadlo Práh bolestivosti Akustické trauma, 10 m od startujícího proudového letadla



Hudba Hudba (od slova housti, hráti) – označovala hru na strunný nástroj. Hudba je organizovaný systém zvuků. Výběr zvuků, jejich rytmické členění a jejich uspořádání určují kvalitu, funkci a estetické působení hudby. Toto estetické působení hudby se může uplatnit pouze v rámci historicky proměnných pravidel a dobového vkusu. Hudba byla velmi dlouho vázána na ritus a za samostatné umění byla uznána poměrně pozdě. Odborná disciplína, která zkoumá hudbu a vše, co je s ní spojené, se nazývá muzikologie nebo též hudební věda. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Teorie o vzniku hudby I

Hudba se vyvinula napodobováním zpěvu ptáků, respektive přírodních zvuků obecně (viz. primitivní kultury).

I

Hudba vznikla jako doprovod společné práce. Rytmická složka hudby pomáhala udržovat pracovní tempo.

I

Hudba se vyvinula společně s řečí. Tato teorie je založena na povaze tzv. tónových jazyků (například čínština), kde se význam vyjadřuje velkou měrou pomocí melodie.

Ačkoliv pro žádnou z těchto teorií neexistují nezvratné důkazy, je třeba si uvědomit, že se navzájem nevylučují. Je tedy možné, že platí více než jedna. Důvodem odlišného pojetí hudby v různých kulturách může být také právě rozdílný zdroj jejího vzniku. Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Využití zvuku a hudby na PC

Dříve hrál zvuk na počítači pouze doprovodnou roli (pípnutí, krátké znělky) za použití PC reproduktoru S příchodem zvukových karet se role mění na obsahovou (hudební doprovod, výuka cizích řečí . . . )



Digitalizace zvuku I

I

I

I

analogová/digitální reprezentace, provádí se převod pomocí D/A nebo A/D převodníků použitím PCM digitalizace zvuku se provádí měřením signálu v pravidelných časových intervalech počet měření za časovou jednotku určuje vzorkovací kmitočet (11000 měření = 11kHz) CD disk . . . 44kHz s rozsahem 5Hz až 20kHz velikost měřeného vzorku určuje kvalitu nahrávky, určuje se v bitech (8, 16, 32) Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Digitální audio

Digitální záznam je velmi náročný na paměť: 11kHz při 8bit a 10sec = 110kB paměti 44kHz při 16bit a 10sec = 880kB paměti



Základní rozdělení

Zvuk v počítači uložený v digitální formě dělíme na: I zvukové vzorky – MIDI soubory I zvukové formáty – RIFF, WAV, AIFF, SVX



Zvukové vzorky

I

I

I

formát uchovávající informace o frekvenci a amplitudě signálu tvoří se digitalizací analogového zvuku pomocí nahrávacího zařízení (mikrofon) a převodníku výhodou je snadná tvorba



MIDI (Musical Instrument Digital Interface) I

I

I

I

MIDI formát je tvořen předpisy určujícími, jak se má tón tvořit data jsou zapsána sekvencerem na základě akcí MIDI nástroje tóny se tvoří syntetizérem na základě příkazů od sekvenceru a pak jsou zaslány v analogové formě reproduktorům výhodou je především malý prostor pro uložení dat v paměti Ing. Jan Přichystal, Ph.D.


Děkuji za pozornost Dotazy?



Zvuk a jeho vlastnosti

Recommend Documents