Zvukové jevy Abychom slyšeli jakýkoli zvuk, musí být splněny tři základní podmínky: 1. musí existovat zdroj zvuku 2. musí existovat látkové prostředí, kterým se zvuk šíří - ve vakuu se zvuk nešíří! 3. poslední podmínkou je pochopitelně zdravý sluch Zdroj zvuku Zdrojem zvuku je prakticky vždycky chvějící se těleso, které rozkmitává molekuly okolního prostředí. Zdrojem zvuku může být také náhlá změna tlaku – například při blesku, kdy se vzduch prudce rozpíná vlivem velmi vysoké teploty, při explozi atd. Šíření zvuku Zdroj zvuku rozkmitává molekuly prostředí ve svém nejbližším okolí. Tyto molekuly pak rozkmitávají další molekuly. Zvuk se šíří jako vlnění, které se projevuje se jako střídání míst kde jsou molekuly zhuštěny a míst, kde jsou naopak zředěny. V místech „zhuštěnin“ molekul pak bude také vyšší tlak. Průběh střídání těchto „zhuštěnin a zředěnin“ se dá znázornit graficky..
Obr.: Grafické znázornění zvukového vlnění. Tečky nad grafem znázorňují zhuštěniny a zředěniny molekul
1
- Takové vlnění lze popsat následujícími fyzikálními veličinami: Frekvence = udává, kolikrát se za dobu jedné sekundy vystřídá v určitém místě zhuštěnina molekul se zředěninou. Je to tedy počet zhuštěnin nebo zředěnin v určitém místě za jednu sekundu. Značka: f Jednotka: 1 Hz (hertz)
Perioda = doba, která uběhne mezi dvěma zhuštěninami nebo dvěma zředěninami Značka: T Jednotka: 1 s (sekunda)
Vlnová délka = vzdálenost mezi dvěma zhuštěninami nebo dvěma zředěninami Značka: λ (řecké písmeno lambda) Jednotka: 1 m (metr)
- Mezi frekvencí a periodou platí následující důležité vztahy:
1 1 f = ;T = T f Rychlost vlnění závisí na druhu prostředí, kterým se zvuk šíří a na jeho teplotě. Rychlost zvuku ve vzduchu při teplotě 20 °C je 340 5000
m . Železe je však například asi s
m . s
Mezi rychlostí zvuku, jeho frekvencí a vlnovou délkou platí pro vás nepovinný vztah:
v=λ⋅ f 2
Tón x hluk Pravidelné zvukové vlnění, které lze popsat frekvencí a periodou se nazývá tón – hudební zvuk.
Obr.: Znázornění čistého tónu ladičky - Nepravidelné kmitání se pak nazývá hluk.
Obr.: Hluk nelze popsat frekvencí ani periodou, vlnění je nepravidelné
3
Výška tónu Závisí na frekvenci tónu – čím je frekvence vyšší, tím je vyšší i tón. Lidské ucho je schopno zaznamenávat pouze určitou oblast výšek tónu. Jsou to tóny s frekvencí od 16 Hz do 20000 Hz. Pochopitelně závisí na sluchu každého jedince. Zvířata se od lidí liší tím, jaké frekvence dokáží vnímat a vydávat. Zvuk s frekvencí pod 16 Hz se nazývá infrazvuk. Zvuk s frekvencí nad 20 kHz (20000 Hz) se nazývá ultrazvuk. Barva tónu Tón zahraný na piano zní jinak, než stejný tón zahraný například na housle. Základní frekvence obou tónů je v obou případech stejná. Rozdíl je v tzv. vyšších harmonických frekvencích, které znějí mnohem slaběji než základní frekvence. To, co činí oba tóny rozdílnými se nazývá barvou zvuku. Hlasitost Závisí na „rozkmitu“ zvukové vlny. Nejvyšší výchylka vlny, která odpovídá zhuštěnině molekul se nazývá amplituda vlny.
Amplituda zvukové vlny - Čím je amplituda vlny větší, tím hlasitější bude zvuk..
Obr.: graf znázorňuje dva tóny o stejné frekvenci, periodě i vlnové délce. Rozdíl je v jejich amplitudách, tedy hlasitosti 4
Hlasitost zvuku se popisuje pomocí veličiny hladina zvuku. Její jednotkou je jeden decibel - 1 dB. hladina zvuku: 0 dB 10 dB 20 dB 30 dB 50 dB 80 dB 90 dB 100 dB 120 dB 130 dB
-
práh slyšení tikot hodinek šumění listí šepot hlasitý hovor ze vzdálenosti 1 m hlasitá hudba motocykl sbíječka letecký motor práh bolesti
- Trvalý pobyt v prostředí s hladinou zvuku nad 80 dB je zdraví škodlivý!
Odraz zvuku Když zvuk narazí na překážku, je jí částečně pohlcen, část se ho může přenést skrz překážku a část se ho odráží. To, jestli se zvuk odrazí nebo bude pohlcen závisí na materiálu a tvaru překážky . Příkladem odrazu zvuku je ozvěna nebo dozvuk, kdy se odražený zvuk opět vrací do našich uší.
Využití odrazu zvuku: - vyšetření ultrazvukem - sonar - navigace některých živočichů (delfíni, velryby, netopýři …)
5
Nucené chvění Položíme-li rozechvěnou ladičku na desku stolu, zvuk ladičky se zesílí – ladička rozechvěla desku stolu se stejnou frekvencí, se kterou sama kmitá. Stejný případ nastává, upevníme-li ladičku do tzv. rezonanční skříňky (viz obrázek). Ladička rozkmitá skříňku a vzduch uvnitř skříňky => zvuk ladičkyse zesílí.
Nuceného chvění se například využívá u hudebních nástrojů, které mají z tohoto důvodu dutá těla (kytara, housle, …). Podstata zesílení zvuku je v tomto případě stejná jako u ladičky s rezonanční skříňkou. Rezonance Zesílení zvuku nuceným chvěním je největší, je-li frekvence zdroje zvuku (např. zvučící ladičky) stejná jako tzv. vlastní frekvence tělesa, které je takto rozkmitáno. Příklad: Fouknete-li na hrdlo lahve, ve které je voda, rozkmitá se vzduch v lahvi a láhev vydá tón, jehož výška (frekvence) závisí na množství vody v lahvi. Přilijeme-li do lahve vodu, změní se tento tón => změnila se vlastní frekvence lahve s vodou. Přiblížíme-li k této lahvi rozezvučenou ladičku, láhev tón ladičky díky nucenému chvění mírně zesílí. Toto zesílení bude znatelně největší, pokud bude vlastní frekvence lahve stejná, jako frekvence zvučící ladičky. V tu chvíli říkáme, že je ladička s lahví v rezonanci.
6
