Radite zvučne valove. Zašto se pojavljuje zvučni val? Zvučno sondiranje dubina
Zvuk su zvučni valovi koji uzrokuju vibracije najsitnijih čestica zraka, drugih plinova, kao i tekućih i krutih medija. Zvuk se može pojaviti samo tamo gdje ima materije, bez obzira u kojem je agregatnom stanju. U vakuumu, gdje nema medija, zvuk se ne širi, jer tamo nema čestica koje djeluju kao propagatori zvučnih valova. Na primjer, u svemiru. Zvuk se može modificirati, modificirati, pretvarajući se u druge oblike energije. Tako se zvuk pretvoren u radiovalove ili električnu energiju može prenositi na udaljenosti i snimati na informacijske medije.
Zvučni val
Kretanje objekata i tijela gotovo uvijek uzrokuje vibracije u okolini. Nije važno je li voda ili zrak. Pri tome počinju oscilirati i čestice medija na koje se prenose vibracije tijela. Generiraju se zvučni valovi. Štoviše, pokreti se izvode u smjerovima naprijed i natrag, postupno zamjenjujući jedni druge. Stoga je zvučni val longitudinalan. Nikada u njemu nema poprečnog kretanja gore-dolje.
Karakteristike zvučnih valova
Kao i svaki fizički fenomen, oni imaju svoje vlastite vrijednosti, s kojima možete opisati svojstva. Glavne karakteristike zvučnog vala su njegova frekvencija i amplituda. Prva vrijednost pokazuje koliko se valova formira u sekundi. Drugi određuje snagu vala. Zvukovi niske frekvencije imaju vrijednosti niske frekvencije i obrnuto. Frekvencija zvuka se mjeri u hercima, a ako prelazi 20 000 Hz, tada se javlja ultrazvuk. Primjera niskofrekventnih i visokofrekventnih zvukova ima dovoljno u prirodi i svijetu oko nas. Cvrkut slavuja, grmljavina, huk planinske rijeke i drugo različite su zvučne frekvencije. Vrijednost amplitude vala izravno ovisi o tome koliko je glasan zvuk. Glasnoća se pak smanjuje kako se udaljavate od izvora zvuka. Sukladno tome, amplituda je to manja što je val dalje od epicentra. Drugim riječima, amplituda zvučnog vala opada s udaljenošću od izvora zvuka.
Brzina zvuka
Ovaj pokazatelj zvučnog vala izravno ovisi o prirodi medija u kojem se širi. Vlažnost i temperatura ovdje također igraju značajnu ulogu. U prosječnim vremenskim uvjetima brzina zvuka je otprilike 340 metara u sekundi. U fizici postoji nešto poput nadzvučne brzine, koja je uvijek veća od brzine zvuka. Ovo je brzina kojom se zvučni valovi šire kada se zrakoplov kreće. Zrakoplov putuje nadzvučnom brzinom i čak nadmašuje zvučne valove koje stvara. Zbog postupnog povećanja tlaka iza zrakoplova nastaje udarni zvučni val. Zanimljivo i malo ljudi zna mjernu jedinicu takve brzine. Zove se Mach. Mach 1 jednak je brzini zvuka. Ako se val kreće brzinom od 2 Macha, tada putuje dvostruko brže od brzine zvuka.
Zvukovi
U svakodnevnom životu postoje stalne buke. Razina buke mjeri se u decibelima. Kretanje automobila, vjetar, šuštanje lišća, preplitanje ljudskih glasova i drugi zvučni šumovi naši su svakodnevni pratioci. Ali ljudski slušni analizator ima sposobnost naviknuti se na takve zvukove. Međutim, postoje i takvi fenomeni s kojima se čak ni adaptivne sposobnosti ljudskog uha ne mogu nositi. Na primjer, buka veća od 120 dB može izazvati osjećaj boli. Najglasnija životinja je plavi kit. Kada proizvodi zvukove, čuje se na udaljenosti većoj od 800 kilometara.
Jeka
Kako nastaje jeka? Ovdje je sve vrlo jednostavno. Zvučni val ima sposobnost odbijanja od različitih površina: od vode, od kamenja, od zidova u praznoj prostoriji. Ovaj val se vraća nama, pa čujemo sekundarni zvuk. Nije tako jasan kao izvorni jer se dio energije zvučnog vala raspršuje kada se kreće prema prepreci.
Eholokacija
Refleksija zvuka koristi se u razne praktične svrhe. Na primjer, eholokacija. Temelji se na činjenici da je uz pomoć ultrazvučnih valova moguće odrediti udaljenost do objekta od kojeg se ti valovi reflektiraju. Izračuni se provode mjerenjem vremena potrebnog ultrazvuku da dođe do mjesta i vrati se natrag. Mnoge životinje imaju sposobnost eholokacije. Na primjer, šišmiši, dupini ga koriste za pronalaženje hrane. Eholokacija je našla još jednu primjenu u medicini. U studijama koje koriste ultrazvuk, formira se slika unutarnjih organa osobe. Ova se metoda temelji na činjenici da se ultrazvuk, ulazeći u medij koji nije zrak, vraća natrag, stvarajući tako sliku.
Zvučni valovi u glazbi
Zašto glazbeni instrumenti proizvode određene zvukove? Trzalice za gitaru, melodije klavira, niski tonovi bubnjeva i truba, šarmantan tanki glas flaute. Svi ovi i mnogi drugi zvukovi nastaju zbog vibracija u zraku, odnosno, drugim riječima, zbog pojave zvučnih valova. Ali zašto je zvuk glazbenih instrumenata tako raznolik? Ispostavilo se da to ovisi o nekoliko faktora. Prvi je oblik instrumenta, drugi je materijal od kojeg je napravljen.
Pogledajmo primjer gudačkih instrumenata. Oni postaju izvor zvuka kada se dotaknu žice. Zbog toga počinju proizvoditi vibracije i slati različite zvukove u okolinu. Nizak zvuk bilo kojeg žičanog instrumenta posljedica je veće debljine i duljine žice, kao i slabosti njezine napetosti. I obrnuto, što je žica jače nategnuta, što je tanja i kraća, to se kao rezultat sviranja dobiva viši zvuk.
Radnja mikrofona
Temelji se na pretvaranju energije zvučnog vala u električnu energiju. U ovom slučaju, trenutna snaga i priroda zvuka su u izravnoj proporciji. Unutar svakog mikrofona nalazi se tanka metalna ploča. Kada je izložen zvuku, počinje oscilirati. Spirala na koju je spojena ploča također vibrira, što rezultira električnom strujom. Zašto se on pojavljuje? To je zato što mikrofon također ima ugrađene magnete. Kada spirala vibrira između svojih polova, nastaje električna struja koja ide duž spirale i dalje - do zvučnog stupca (zvučnika) ili do opreme za snimanje na informacijski medij (na kasetu, disk, računalo). Usput, slična struktura ima mikrofon u telefonu. Ali kako mikrofoni rade na fiksnim i mobilnim telefonima? Početna faza im je ista - zvuk ljudskog glasa prenosi svoje vibracije na ploču mikrofona, zatim sve ide prema gore opisanom scenariju: spirala koja pri kretanju zatvara dva pola, stvara se struja. Što je sljedeće? S fiksnim telefonom sve je više-manje jasno - kao u mikrofonu, zvuk, pretvoren u električnu struju, prolazi kroz žice. Ali što je s mobitelom ili, na primjer, walkie-talkiejem? U tim slučajevima zvuk se pretvara u energiju radiovalova i udara u satelit. To je sve.
Fenomen rezonancije
Ponekad se takvi uvjeti stvaraju kada se amplituda oscilacija fizičkog tijela naglo povećava. To je zbog konvergencije vrijednosti frekvencije prisilnih oscilacija i prirodne frekvencije oscilacija objekta (tijela). Rezonancija može biti i korisna i štetna. Na primjer, za spašavanje automobila iz rupe, on se pokreće i gura naprijed-natrag kako bi se izazvala rezonancija i dao automobilu zamah. Ali bilo je i slučajeva negativnih posljedica rezonancije. Na primjer, u Sankt Peterburgu se prije stotinjak godina srušio most pod sinkroniziranim marširanjem vojnika.
Ova lekcija pokriva temu "Zvučni valovi". U ovoj lekciji nastavit ćemo proučavati akustiku. Najprije ponovimo definiciju zvučnih valova, zatim razmotrimo njihova frekvencijska područja i upoznajmo se s pojmom ultrazvučnih i infrazvučnih valova. Također ćemo razgovarati o svojstvima zvučnih valova u različitim medijima i saznati koja svojstva imaju. .
Zvučni valovi - to su mehaničke vibracije koje, šireći se i djelujući na organ sluha, percipira osoba (slika 1).
Riža. 1. Zvučni val
Dio koji se u fizici bavi tim valovima naziva se akustika. Zanimanje ljudi koji se obično nazivaju "slušačima" je akustika. Zvučni val je val koji se širi u elastičnom sredstvu, on je longitudinalni val, a kada se širi u elastičnom sredstvu izmjenjuju se kompresija i razrjeđenje. Prenosi se tijekom vremena na daljinu (slika 2).
Riža. 2. Širenje zvučnog vala
Zvučni valovi uključuju takve vibracije koje se provode frekvencijom od 20 do 20 000 Hz. Ove frekvencije odgovaraju valnim duljinama od 17 m (za 20 Hz) i 17 mm (za 20 000 Hz). Ovaj raspon će se zvati zvučni zvuk. Ove valne duljine date su za zrak, čija je brzina širenja zvuka jednaka.
Postoje i takvi rasponi kojima se bave akustičari - infrazvučni i ultrazvučni. Infrazvučni su oni koji imaju frekvenciju manju od 20 Hz. A ultrazvučni su oni koji imaju frekvenciju veću od 20 000 Hz (slika 3).
Riža. 3. Rasponi zvučnih valova
Svaka educirana osoba trebala bi se uputiti u frekvencijski raspon zvučnih valova i znati da će, ako ode na ultrazvučni pregled, slika na ekranu računala biti izgrađena s frekvencijom većom od 20 000 Hz.
ultrazvuk - To su mehanički valovi slični zvučnim valovima, ali s frekvencijom od 20 kHz do milijardu herca.
Valovi s frekvencijom većom od milijardu herca nazivaju se hipersoničan.
Ultrazvuk se koristi za otkrivanje nedostataka u lijevanim dijelovima. Mlaz kratkih ultrazvučnih signala usmjeren je na dio koji se ispituje. Na onim mjestima gdje nema nedostataka, signali prolaze kroz dio bez da ih prijamnik registrira.
Ako u dijelu postoji pukotina, zračna šupljina ili druga nehomogenost, tada se ultrazvučni signal odbija od njega i, vraćajući se, ulazi u prijemnik. Takva se metoda naziva ultrazvučna detekcija grešaka.
Drugi primjeri korištenja ultrazvuka su ultrazvučni aparati, ultrazvučni aparati, ultrazvučna terapija.
Infrazvuk - mehanički valovi slični zvučnim valovima, ali s frekvencijom manjom od 20 Hz. Ne percipiraju ih ljudsko uho.
Prirodni izvori infrazvučnih valova su oluje, tsunamiji, potresi, uragani, vulkanske erupcije, grmljavinske oluje.
Infrazvuk su također važni valovi koji se koriste za vibriranje površine (na primjer, za uništavanje nekih velikih objekata). Puštamo infrazvuk u tlo - i tlo se drobi. Gdje se ovo koristi? Na primjer, u rudnicima dijamanata, gdje uzimaju rudu koja sadrži dijamantne komponente i drobe je u male čestice kako bi pronašli te dijamantne inkluzije (slika 4).
Riža. 4. Primjena infrazvuka
Brzina zvuka ovisi o uvjetima okoline i temperaturi (slika 5).
Riža. 5. Brzina širenja zvučnog vala u različitim medijima
Napomena: u zraku je brzina zvuka jednaka , dok se brzina povećava za . Ako ste istraživač, onda bi vam takvo znanje moglo biti od koristi. Možda čak smislite neku vrstu temperaturnog senzora koji će detektirati temperaturne razlike mijenjajući brzinu zvuka u mediju. Već znamo da što je medij gušći, to je ozbiljnija interakcija između čestica medija, to se val brže širi. O tome smo govorili u prošlom odlomku na primjeru suhog i vlažnog zraka. Za vodu, brzina širenja zvuka. Ako stvorite zvučni val (kucnite viljuškom za ugađanje), tada će brzina njegovog širenja u vodi biti 4 puta veća nego u zraku. Vodom će informacije stizati 4 puta brže nego zrakom. I još brže u čeliku: 
(slika 6).
Riža. 6. Brzina širenja zvučnog vala
Znate iz epova da je Ilya Muromets (i svi heroji i obični ruski ljudi i dječaci iz Gajdarovog revolucionarnog vojnog vijeća) koristio vrlo zanimljiv način detektiranja objekta koji se približava, ali je još uvijek daleko. Zvuk koji proizvodi kada se kreće još se ne čuje. Ilya Muromets, s uhom do zemlje, može je čuti. Zašto? Budući da se zvuk preko čvrstog tla prenosi većom brzinom, što znači da će brže doći do uha Ilje Muromca i on će se moći pripremiti za susret s neprijateljem.
Najzanimljiviji zvučni valovi su glazbeni zvukovi i šumovi. Koji predmeti mogu stvarati zvučne valove? Ako uzmemo izvor vala i elastični medij, ako natjeramo izvor zvuka da harmonično titra, tada ćemo imati prekrasan zvučni val, koji ćemo nazvati glazbenim zvukom. Ti izvori zvučnih valova mogu biti, na primjer, žice gitare ili glasovira. To može biti zvučni val koji se stvara u otvoru zračne cijevi (orgulje ili cijevi). Iz satova glazbe znate note: do, re, mi, fa, sol, la, si. U akustici se nazivaju tonovima (slika 7).
Riža. 7. Glazbeni tonovi
Sve stavke koje mogu emitirati tonove imat će značajke. Kako se razlikuju? Razlikuju se po valnoj duljini i frekvenciji. Ako te zvučne valove ne stvaraju tijela koja harmonično zvuče ili nisu povezani u neku vrstu orkestralnog djela, tada će se takav broj zvukova nazvati šumom.
Buka- slučajne fluktuacije različite fizičke prirode, karakterizirane složenošću vremenske i spektralne strukture. Pojam buke je svakodnevan i fizikalni, vrlo su slični, stoga ga uvodimo kao poseban važan predmet razmatranja.
Prijeđimo na kvantitativne procjene zvučnih valova. Koje su karakteristike glazbenih zvučnih valova? Ove se karakteristike odnose isključivo na harmonijske zvučne vibracije. Tako, jačina zvuka. Što određuje glasnoću zvuka? Razmotrimo širenje zvučnog vala u vremenu ili oscilacije izvora zvučnog vala (slika 8).
Riža. 8. Glasnoća zvuka
U isto vrijeme, ako nismo dodali puno zvuka u sustav (tiho udarili po klavirskoj tipki, na primjer), tada će biti tih zvuk. Ako glasno, visoko podižući ruku, nazovemo ovaj zvuk pritiskom na tipku, dobit ćemo glasan zvuk. O čemu to ovisi? Tihi zvukovi imaju manje vibracija od glasnih zvukova.
Sljedeća važna karakteristika glazbenog zvuka i bilo koje druge je visina. Što određuje visinu zvuka? Visina tona ovisi o frekvenciji. Možemo učiniti da izvor često oscilira ili ga možemo učiniti da ne oscilira jako brzo (to jest, napraviti manje oscilacija u jedinici vremena). Razmotrite vremenski raspon visokog i niskog zvuka iste amplitude (Sl. 9).
Riža. 9. Visina
Može se izvući zanimljiv zaključak. Ako osoba pjeva u basu, onda njegov izvor zvuka (to su glasnice) fluktuira nekoliko puta sporije nego kod osobe koja pjeva sopran. U drugom slučaju, glasnice vibriraju češće, stoga češće uzrokuju žarišta kompresije i razrjeđivanja u širenju vala.
Postoji još jedna zanimljiva karakteristika zvučnih valova koju fizičari ne proučavaju. to timbar. Znate i lako razlikujete istu glazbu odsviranu na balalajci ili na violončelu. Koja je razlika između ovih zvukova i ove izvedbe? Na početku eksperimenta tražili smo od ljudi koji izvlače zvukove da im naprave približno istu amplitudu kako bi glasnoća zvuka bila ista. To je kao s orkestrom: ako nema potrebe izdvajati instrument, svi sviraju otprilike na isti način, jednakom snagom. Dakle, zvuk balalajke i violončela je različit. Kad bismo crtali zvuk koji se izvlači iz jednog instrumenta, iz drugog, pomoću dijagrama, onda bi oni bili isti. Ali te instrumente možete lako razlikovati po zvuku.
Još jedan primjer važnosti boje zvuka. Zamislite dvije pjevačice koje su završile istu glazbenu školu kod istih profesora. Jednako su dobro učili s peticama. Jedan iz nekog razloga postane izvanredan izvođač, a drugi je cijeli život nezadovoljan svojom karijerom. Zapravo, to je određeno isključivo njihovim instrumentom, koji u okolini uzrokuje upravo glasovne vibracije, odnosno glasovi im se razlikuju u boji.
Bibliografija
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: priručnik s primjerima rješavanja problema. - 2. redistribucija izdanja. - X .: Vesta: izdavačka kuća "Ranok", 2005. - 464 str.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizika. 9. razred: udžbenik za opće obrazovanje. ustanove / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2009. - 300 str.
- Internet portal "eduspb.com" ()
- Internet portal "msk.edu.ua" ()
- Internet portal "class-fizika.narod.ru" ()
Domaća zadaća
- Kako se zvuk širi? Što može biti izvor zvuka?
- Može li zvuk putovati svemirom?
- Je li svaki val koji dopre do ljudskog uha on opaža?
18. veljače 2016
Svijet kućne zabave prilično je raznolik i može uključivati: gledanje filma na dobrom sustavu kućnog kina; zabavno i zarazno igranje ili slušanje glazbe. U pravilu, svatko pronađe nešto svoje na ovom području ili kombinira sve odjednom. Ali bez obzira na ciljeve osobe u organizaciji slobodnog vremena i bez obzira u koju krajnost ide, sve te veze čvrsto povezuje jedna jednostavna i razumljiva riječ - "zvuk". Doista, u svim tim slučajevima vodit će nas zvučni zapis. Ali ovo pitanje nije tako jednostavno i trivijalno, pogotovo u slučajevima kada postoji želja za postizanjem visokokvalitetnog zvuka u sobi ili bilo kojim drugim uvjetima. Za to nije uvijek potrebno kupovati skupe hi-fi ili hi-end komponente (iako će biti vrlo korisne), već je dovoljno dobro poznavanje fizikalne teorije, koja može otkloniti većinu problema koji se javljaju svima koji namjerava dobiti visokokvalitetnu glasovnu glumu.
Zatim ćemo razmotriti teoriju zvuka i akustiku sa stajališta fizike. U ovom slučaju, pokušat ću ga učiniti što dostupnijim za razumijevanje bilo koje osobe koja je, možda, daleko od poznavanja fizikalnih zakona ili formula, ali ipak strastveno sanja o ostvarenju sna o stvaranju savršene akustike. sustav. Ne usuđujem se tvrditi da za postizanje dobrih rezultata u ovom području kod kuće (ili u automobilu, na primjer) morate temeljito poznavati ove teorije, međutim, razumijevanje osnova izbjeći će mnoge glupe i apsurdne pogreške, kao i omogućiti možete postići maksimalni zvučni učinak sustava.bilo koju razinu.
Opća teorija zvuka i glazbena terminologija
Što je zvuk? To je osjećaj koji percipira slušni organ. "uho"(sam fenomen postoji čak i bez sudjelovanja "uha" u procesu, ali to je lakše razumjeti na ovaj način), što se događa kada je bubnjić pobuđen zvučnim valom. Uho u ovom slučaju djeluje kao "prijemnik" zvučnih valova različitih frekvencija. 
Zvučni val To je zapravo sekvencijalni niz brtvi i ispuštanja medija (najčešće zračne sredine u normalnim uvjetima) različite frekvencije. Priroda zvučnih valova je oscilatorna, uzrokovana i proizvedena vibracijom bilo kojeg tijela. Nastanak i širenje klasičnog zvučnog vala moguće je u tri elastična medija: plinovitom, tekućem i krutom. Kada se zvučni val pojavi u jednoj od ovih vrsta prostora, neizbježno se događaju neke promjene u samom mediju, na primjer, promjena gustoće ili tlaka zraka, kretanje čestica zračnih masa itd.
Budući da zvučni val ima oscilatornu prirodu, ima takvu karakteristiku kao što je frekvencija. Frekvencija mjeri se u hercima (u čast njemačkog fizičara Heinricha Rudolfa Hertza), a označava broj titraja u vremenskom razdoblju jednakom jednoj sekundi. Oni. na primjer, frekvencija od 20 Hz znači ciklus od 20 oscilacija u jednoj sekundi. Subjektivni pojam njegove visine također ovisi o frekvenciji zvuka. Što se više zvučnih vibracija proizvodi u sekundi, zvuk se čini "višim". Zvučni val ima još jednu važnu karakteristiku, koja ima svoje ime - valna duljina. Valna duljina Uobičajeno je uzeti u obzir udaljenost koju zvuk određene frekvencije prijeđe u razdoblju jednakom jednoj sekundi. Na primjer, valna duljina najnižeg zvuka u rasponu koji čovjek može čuti pri 20 Hz je 16,5 metara, a valna duljina najvišeg zvuka pri 20 000 Hz je 1,7 centimetara.
Ljudsko uho koncipirano je na način da može percipirati valove samo u ograničenom rasponu, otprilike 20 Hz - 20 000 Hz (ovisno o osobinama pojedine osobe, netko čuje malo više, netko manje). Dakle, to ne znači da zvukovi ispod ili iznad ovih frekvencija ne postoje, jednostavno ih ljudsko uho ne percipira, izlazeći izvan čujnog raspona. Zvuk iznad čujnog raspona naziva se ultrazvuk, zove se zvuk ispod čujnog raspona infrazvuk. Neke životinje mogu percipirati ultra i infra zvukove, neke čak koriste ovaj raspon za orijentaciju u prostoru (šišmiši, dupini). Ako zvuk prolazi kroz medij koji nije u izravnom kontaktu s ljudskim slušnim organom, tada se takav zvuk možda neće čuti ili će kasnije biti znatno oslabljen.
U glazbenoj terminologiji zvuka postoje tako važne oznake kao što su oktava, ton i prizvuk zvuka. Oktava označava interval u kojem je omjer frekvencija između zvukova 1 prema 2. Oktava je obično vrlo čujna, dok zvukovi unutar tog intervala mogu biti vrlo slični jedni drugima. Oktavom se također može nazvati zvuk koji proizvodi dvostruko više vibracija od drugog zvuka u istom vremenskom razdoblju. Na primjer, frekvencija od 800 Hz nije ništa drugo nego viša oktava od 400 Hz, a frekvencija od 400 Hz je pak sljedeća oktava zvuka s frekvencijom od 200 Hz. Oktava se sastoji od tonova i prizvuka. Promjenjive oscilacije u harmoničnom zvučnom valu jedne frekvencije ljudsko uho percipira kao glazbeni ton. Visokofrekventne oscilacije mogu se protumačiti kao visoki zvukovi, niskofrekventne oscilacije kao niski zvukovi. Ljudsko uho može jasno razlikovati zvukove s razlikom od jednog tona (u rasponu do 4000 Hz). Unatoč tome, u glazbi se koristi izuzetno mali broj tonova. To se objašnjava iz razmatranja principa harmonijske konsonancije, sve se temelji na principu oktava.
Razmotrite teoriju glazbenih tonova na primjeru nategnute žice na određeni način. Takva žica, ovisno o sili napetosti, bit će "ugođena" na jednu određenu frekvenciju. Kada je ova žica izložena nečemu s jednom specifičnom silom, što će uzrokovati njezino vibriranje, postojano će se primijetiti jedan određeni ton zvuka, čut ćemo željenu frekvenciju ugađanja. Ovaj zvuk se naziva osnovni ton. Za glavni ton u glazbenom polju službeno je prihvaćena frekvencija note "la" prve oktave jednaka 440 Hz. Međutim, većina glazbenih instrumenata nikada ne reproducira same čiste temeljne tonove; neizbježno ih prate prizvuci tzv. prizvuci. Ovdje je prikladno podsjetiti na važnu definiciju glazbene akustike, na pojam zvučne boje. Timbar- to je značajka glazbenih zvukova koja glazbalima i glasovima daje jedinstvenu prepoznatljivu specifičnost zvuka, čak i kada se uspoređuju zvukovi iste visine i glasnoće. Boja zvuka svakog glazbenog instrumenta ovisi o raspodjeli zvučne energije preko prizvuka u trenutku kada se zvuk pojavi.
Prizvuci tvore specifičnu boju osnovnog tona, po kojoj možemo lako identificirati i prepoznati pojedino glazbalo, kao i jasno razlikovati njegov zvuk od drugog glazbala. Postoje dvije vrste prizvuka: harmonijski i neharmonijski. Harmonijski prizvuci su, po definiciji, višekratnici osnovne frekvencije. Naprotiv, ako prizvuci nisu višestruki i primjetno odstupaju od vrijednosti, tada se nazivaju neskladan. U glazbi je rad ne-višestrukih prizvuka praktički isključen, stoga se pojam svodi na pojam "preglasa", što znači harmonijski. Kod nekih instrumenata, poput klavira, glavni ton se niti ne stigne formirati, u kratkom razdoblju zvučna energija prizvuka raste, a zatim jednako brzo dolazi do opadanja. Mnogi instrumenti stvaraju takozvani efekt "prijelaznog tona", kada je energija pojedinih prizvuka maksimalna u određenom trenutku, obično na samom početku, ali se zatim naglo mijenja i prelazi na druge prizvuke. Frekvencijski raspon svakog instrumenta može se promatrati zasebno i obično je ograničen frekvencijama osnovnih tonova koje je ovaj instrument sposoban reproducirati.
U teoriji zvuka postoji i nešto poput BUKE. Buka- ovo je bilo koji zvuk koji je nastao kombinacijom izvora koji nisu u skladu jedan s drugim. Svima je dobro poznat šum lišća drveća, koje njiše vjetar itd.
Što određuje glasnoću zvuka? Očito je da takva pojava izravno ovisi o količini energije koju nosi zvučni val. Za određivanje kvantitativnih pokazatelja glasnoće postoji koncept - intenzitet zvuka. Intenzitet zvuka definira se kao protok energije koji prolazi kroz neko područje prostora (na primjer, cm2) po jedinici vremena (na primjer, po sekundi). U normalnom razgovoru, intenzitet je oko 9 ili 10 W/cm2. Ljudsko uho je sposobno percipirati zvukove s prilično širokim rasponom osjetljivosti, dok osjetljivost frekvencija nije ujednačena unutar zvučnog spektra. Dakle, najbolje percipirano frekvencijsko područje je 1000 Hz - 4000 Hz, što najviše pokriva ljudski govor.
Budući da zvukovi jako variraju u intenzitetu, prikladnije je tretirati ih kao logaritamsku vrijednost i mjeriti u decibelima (prema škotskom znanstveniku Alexanderu Grahamu Bellu). Donji prag osjetljivosti sluha ljudskog uha je 0 dB, gornji 120 dB, naziva se i "prag boli". Gornju granicu osjetljivosti također ljudsko uho ne percipira na isti način, već ovisi o specifičnoj frekvenciji. Zvukovi niske frekvencije moraju imati puno veći intenzitet od visokih frekvencija kako bi izazvali prag boli. Na primjer, prag boli na niskoj frekvenciji od 31,5 Hz javlja se pri razini intenziteta zvuka od 135 dB, kada se na frekvenciji od 2000 Hz osjećaj boli javlja već na 112 dB. Tu je i koncept zvučnog tlaka, koji zapravo proširuje uobičajeno objašnjenje širenja zvučnog vala u zraku. Tlak zvuka- ovo je promjenjivi nadtlak koji se javlja u elastičnom mediju kao rezultat prolaska zvučnog vala kroz njega.
Valna priroda zvuka
Kako bismo bolje razumjeli sustav generiranja zvučnih valova, zamislimo klasični zvučnik smješten u cijevi ispunjenoj zrakom. Ako zvučnik napravi nagli pomak prema naprijed, tada je zrak u neposrednoj blizini difuzora na trenutak komprimiran. Nakon toga, zrak će se proširiti, gurajući tako područje komprimiranog zraka duž cijevi. 
To je valno kretanje koje će kasnije biti zvuk kada dopre do slušnog organa i "pobudi" bubnjić. Kada se u plinu pojavi zvučni val, stvaraju se višak tlaka i gustoće, a čestice se kreću konstantnom brzinom. Što se tiče zvučnih valova, važno je zapamtiti činjenicu da se tvar ne kreće zajedno sa zvučnim valovima, već dolazi samo do privremenog poremećaja zračnih masa.
Ako zamislimo klip koji visi u slobodnom prostoru na opruzi i čini ponavljane pokrete "naprijed i natrag", tada ćemo takve oscilacije nazvati harmonijskim ili sinusoidnim (ako val predstavimo u obliku grafikona, tada u ovom slučaju dobivamo čisti sinusni val s ponavljanim usponima i padovima). Ako zamislimo zvučnik u cijevi (kao u gore opisanom primjeru), koji izvodi harmonijske oscilacije, tada se u trenutku kretanja zvučnika "naprijed" dobije već poznati učinak kompresije zraka, a kada se zvučnik pomakne "natrag" , dobiva se obrnuti učinak razrijeđenosti. U tom će se slučaju kroz cijev širiti val naizmjeničnog kompresije i razrjeđivanja. Pozvat će se udaljenost duž cijevi između susjednih maksimuma ili minimuma (faza). valna duljina. Ako čestice osciliraju paralelno sa smjerom širenja vala, tada se val zove uzdužni. Ako titraju okomito na smjer širenja, tada se val zove poprečni. Obično su zvučni valovi u plinovima i tekućinama longitudinalni, dok se u čvrstim tijelima mogu pojaviti oba tipa valova. Transverzalni valovi u čvrstim tijelima nastaju zbog otpora na promjenu oblika. Glavna razlika između ove dvije vrste valova je u tome što transverzalni val ima svojstvo polarizacije (oscilacije se javljaju u određenoj ravnini), dok longitudinalni val nema.
Brzina zvuka
Brzina zvuka izravno ovisi o karakteristikama medija u kojem se širi. Određen je (ovisno) o dva svojstva medija: elastičnost i gustoća materijala. Brzina zvuka u čvrstim tijelima izravno ovisi o vrsti materijala i njegovim svojstvima. Brzina u plinovitim medijima ovisi samo o jednoj vrsti deformacije medija: kompresiji-razrjeđivanju. Promjena tlaka u zvučnom valu događa se bez izmjene topline s okolnim česticama i naziva se adijabatska. 
Brzina zvuka u plinu uglavnom ovisi o temperaturi - raste s porastom temperature i smanjuje se s padom. Također, brzina zvuka u plinovitom mediju ovisi o veličini i masi samih molekula plina – što je manja masa i veličina čestica, veća je “vodljivost” vala odnosno veća brzina.
U tekućim i krutim medijima, princip širenja i brzina zvuka slični su širenju vala u zraku: kompresijom-pražnjenjem. Ali u tim medijima, osim iste ovisnosti o temperaturi, gustoća medija i njegov sastav/struktura su vrlo važni. Što je manja gustoća tvari, veća je brzina zvuka i obrnuto. Ovisnost o sastavu medija je složenija i određuje se u svakom konkretnom slučaju, uzimajući u obzir položaj i interakciju molekula/atoma.
Brzina zvuka u zraku pri t, °C 20: 343 m/s
Brzina zvuka u destiliranoj vodi pri t, °C 20: 1481 m/s
Brzina zvuka u čeliku pri t, °C 20: 5000 m/s
Stojni valovi i interferencija
Kada zvučnik stvara zvučne valove u ograničenom prostoru, neizbježno se javlja efekt refleksije vala od granica. Kao rezultat toga, najčešće učinak smetnje- kada se dva ili više zvučnih valova međusobno preklapaju. Posebni slučajevi pojave interferencije su nastanak: 1) udarnih valova ili 2) stojnih valova. Udar valova- ovo je slučaj kada postoji dodatak valova s bliskim frekvencijama i amplitudama. Uzorak pojave otkucaja: kada se dva vala slične frekvencije nalažu jedan na drugi. U nekom trenutku u vremenu, s takvim preklapanjem, vrhovi amplitude mogu se podudarati "u fazi", a također se mogu podudarati i recesije u "antifazi". Tako se karakteriziraju otkucaji zvuka. Važno je zapamtiti da se, za razliku od stojnih valova, fazne podudarnosti vrhova ne događaju stalno, već u određenim vremenskim intervalima. Na sluh se takav uzorak otkucaja prilično jasno razlikuje i čuje se kao periodično povećanje odnosno smanjenje glasnoće. Mehanizam nastanka ovog efekta je krajnje jednostavan: u trenutku koincidencije vrhova, volumen se povećava, u trenutku koincidencije recesija, volumen se smanjuje.
stojni valovi nastaju u slučaju superpozicije dvaju valova iste amplitude, faze i frekvencije, kada se pri "susretu" takvih valova jedan kreće u smjeru naprijed, a drugi u suprotnom smjeru. U području prostora (gdje je nastao stojni val) nastaje slika superpozicije dviju frekvencijskih amplituda s izmjeničnim maksimumima (tzv. antinodima) i minimumima (tzv. čvorovima). Pri pojavi ove pojave iznimno su važni frekvencija, faza i koeficijent slabljenja vala na mjestu refleksije. Za razliku od putujućih valova, kod stojnog vala nema prijenosa energije zbog činjenice da valovi naprijed i natrag koji tvore ovaj val nose energiju u jednakim količinama u smjeru naprijed i suprotno. Za vizualno razumijevanje nastanka stojnog vala, zamislimo primjer iz kućne akustike. Recimo da imamo samostojeće zvučnike u nekom ograničenom prostoru (sobi). Nakon što smo ih natjerali da odsviraju neku pjesmu s puno basa, pokušajmo promijeniti mjesto slušatelja u sobi. Dakle, slušatelj će, nakon što je ušao u zonu minimuma (oduzimanja) stojnog vala, osjetiti učinak da je bas postao vrlo slab, a ako slušatelj uđe u zonu maksimuma (dodavanja) frekvencija, onda suprotno postiže se učinak značajnog povećanja bas područja. U ovom slučaju, učinak se opaža u svim oktavama osnovne frekvencije. Na primjer, ako je osnovna frekvencija 440 Hz, tada će se fenomen "zbrajanja" ili "oduzimanja" također primijetiti na frekvencijama od 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz itd.
Fenomen rezonancije
Većina čvrstih tijela ima vlastitu rezonantnu frekvenciju. Razumjeti ovaj učinak vrlo je jednostavno na primjeru konvencionalne cijevi, otvorene samo na jednom kraju. Zamislimo situaciju da je s drugog kraja cijevi spojen zvučnik koji može svirati neku konstantnu frekvenciju, a može se kasnije i promijeniti. Sada, cijev ima svoju vlastitu rezonantnu frekvenciju, jednostavnim rječnikom, to je frekvencija na kojoj cijev "rezonira" ili proizvodi vlastiti zvuk. Ako se frekvencija zvučnika (kao rezultat podešavanja) podudara s frekvencijom rezonancije cijevi, tada će postojati učinak povećanja glasnoće nekoliko puta. To je zato što zvučnik pobuđuje vibracije zračnog stupca u cijevi sa značajnom amplitudom sve dok se ne pronađe ista "rezonantna frekvencija" i pojavi se dodatni efekt. Rezultirajući fenomen može se opisati na sljedeći način: cijev u ovom primjeru "pomaže" zvučniku rezonirajući na određenoj frekvenciji, njihovi napori se zbrajaju i "izlijevaju" u zvučni glasan efekt. Na primjeru glazbenih instrumenata, ovaj se fenomen lako može pratiti, budući da dizajn većine sadrži elemente koji se nazivaju rezonatori. 
Nije teško pogoditi što služi za pojačavanje određene frekvencije ili glazbenog tona. Na primjer: tijelo gitare s rezonatorom u obliku rupe, usklađene s glasnoćom; Izvedba cijevi na svirali (i svih cijevi općenito); Cilindrični oblik tijela bubnja, koji je sam rezonator određene frekvencije.
Frekvencijski spektar zvuka i frekvencijski odziv
Budući da u praksi praktički ne postoje valovi iste frekvencije, potrebno je razložiti cijeli zvučni spektar čujnog raspona na prizvuke ili harmonike. U tu svrhu postoje grafikoni koji prikazuju ovisnost relativne energije zvučnih vibracija o frekvenciji. Takav graf naziva se graf zvučnog frekvencijskog spektra. Frekvencijski spektar zvuka Postoje dvije vrste: diskretna i kontinuirana. Diskretni dijagram spektra prikazuje frekvencije pojedinačno, odvojene praznim razmacima. U kontinuiranom spektru sve su frekvencije zvuka prisutne odjednom. 
U slučaju glazbe ili akustike najčešće se koristi uobičajeni raspored. Karakteristike od vrha do frekvencije(skraćeno "AFC"). Ovaj grafikon prikazuje ovisnost amplitude zvučnih vibracija o frekvenciji kroz cijeli frekvencijski spektar (20 Hz - 20 kHz). Gledajući takav grafikon, lako je razumjeti, na primjer, prednosti ili slabosti određenog zvučnika ili sustava zvučnika u cjelini, najjača područja povrata energije, padove i poraste frekvencije, prigušenje, kao i pratiti strminu od opadanja.
Prostiranje zvučnih valova, faza i protufaza
Proces širenja zvučnih valova odvija se u svim smjerovima od izvora. Najjednostavniji primjer za razumijevanje ovog fenomena: kamenčić bačen u vodu. 
Od mjesta gdje je kamen pao, valovi se počinju razilaziti na površini vode u svim smjerovima. Međutim, zamislimo situaciju u kojoj se koristi zvučnik određene glasnoće, recimo zatvorena kutija, koja je spojena na pojačalo i pušta neku vrstu glazbenog signala. Lako je primijetiti (pogotovo ako dajete snažan niskofrekventni signal, npr. bas bubanj), da zvučnik čini brzi pokret "naprijed", a zatim isti brzi pokret "natrag". Ostaje za razumjeti da kada se zvučnik pomakne naprijed, emitira zvučni val, koji nakon toga čujemo. Ali što se događa kada se zvučnik pomakne unatrag? I paradoksalno, događa se ista stvar, zvučnik proizvodi isti zvuk, samo što se on u našem primjeru širi u potpunosti unutar volumena kutije, ne izlazeći izvan nje (kutija je zatvorena). Općenito, u gornjem primjeru može se uočiti dosta zanimljivih fizikalnih pojava, od kojih je najznačajniji pojam faze.
Zvučni val koji govornik, budući da je u glasnoći, isijava u smjeru slušatelja - je "u fazi". Reverzni val, koji ide u volumen kutije, bit će odgovarajuće protufazan. Ostaje samo razumjeti što ti pojmovi znače? Faza signala- ovo je razina zvučnog tlaka u trenutnom vremenu u nekoj točki u prostoru. Fazu je najlakše razumjeti na primjeru reprodukcije glazbenog materijala pomoću konvencionalnog stereo podnog para kućnih zvučnika. Zamislimo da su dva takva samostojeća zvučnika instalirana u određenoj prostoriji i sviraju. Oba zvučnika u ovom slučaju reproduciraju sinkroni promjenjivi signal zvučnog tlaka, štoviše, zvučni tlak jednog zvučnika dodaje se zvučnom tlaku drugog zvučnika. Sličan učinak nastaje zbog sinkronizma reprodukcije signala lijevog i desnog zvučnika, odnosno, drugim riječima, vrhovi i doline valova koje emitiraju lijevi i desni zvučnik se podudaraju.
Sada zamislimo da se zvučni tlakovi i dalje mijenjaju na isti način (nisu se promijenili), ali sada su suprotni jedan drugome. To se može dogoditi ako spojite jedan od dva zvučnika u obrnutom polaritetu ("+" kabel od pojačala do "-" terminala sustava zvučnika, a "-" kabel od pojačala do "+" terminala zvučnika sustav). U ovom slučaju, signal suprotnog smjera uzrokovat će razliku tlaka, koja se može predstaviti brojevima na sljedeći način: lijevi zvučnik će stvoriti tlak od "1 Pa", a desni zvučnik će stvoriti tlak od "minus 1 Pa" . Kao rezultat toga, ukupna glasnoća zvuka na mjestu slušatelja bit će jednaka nuli. Ova pojava se naziva antifaza. Razmotrimo li primjer detaljnije radi razumijevanja, ispada da dva zvučnika koji sviraju "u fazi" stvaraju ista područja kompresije i razrijeđenosti zraka, koja zapravo pomažu jedan drugome. U slučaju idealizirane protufaze, područje zbijenosti zračnog prostora koje stvara jedan zvučnik bit će popraćeno područjem razrijeđenosti zračnog prostora koje stvara drugi zvučnik. To otprilike izgleda kao pojava međusobnog sinkronog prigušenja valova. Istina, u praksi glasnoća ne pada na nulu, a čut ćemo jako izobličen i prigušen zvuk.
Na najpristupačniji način ovaj se fenomen može opisati na sljedeći način: dva signala s istim oscilacijama (frekvencijom), ali pomaknuta u vremenu. S obzirom na to, prikladnije je te fenomene pomaka prikazati na primjeru običnih okruglih satova. Zamislimo da nekoliko identičnih okruglih satova visi na zidu. Kada sekundne kazaljke ovih satova idu sinkronizirano, 30 sekundi na jednom satu i 30 sekundi na drugom, onda je to primjer signala koji je u fazi. Ako sekundne kazaljke idu s pomakom, ali je brzina i dalje ista, npr. na jednom satu 30 sekundi, a na drugom 24 sekunde, onda je to klasičan primjer faznog pomaka (pomaka). Na isti način, faza se mjeri u stupnjevima, unutar virtualnog kruga. U ovom slučaju, kada se signali međusobno pomaknu za 180 stupnjeva (polovica razdoblja), dobiva se klasična antifaza. Često u praksi postoje manji fazni pomaci, koji se također mogu odrediti u stupnjevima i uspješno otkloniti.
Valovi su ravni i sferni. Ravna valna fronta širi se samo u jednom smjeru i rijetko se susreće u praksi. Sferna valna fronta jednostavna je vrsta vala koji zrači iz jedne točke i širi se u svim smjerovima. Zvučni valovi imaju svojstvo difrakcija, tj. sposobnost izbjegavanja prepreka i predmeta. Stupanj ovojnice ovisi o omjeru duljine zvučnog vala i dimenzija prepreke ili rupe. Do difrakcije dolazi i kada postoji prepreka na putu zvuka. U ovom slučaju moguća su dva scenarija: 1) Ako su dimenzije prepreke mnogo veće od valne duljine, onda se zvuk reflektira ili apsorbira (ovisno o stupnju apsorpcije materijala, debljini prepreke itd.). ), a iza prepreke se formira zona "akustične sjene". 2) Ako su dimenzije prepreke usporedive s valnom duljinom ili čak manje od nje, tada se zvuk difraktira u određenoj mjeri u svim smjerovima. Ako zvučni val, kada se kreće u jednom mediju, udari u sučelje s drugim medijem (na primjer, zračni medij s čvrstim medijem), tada se mogu pojaviti tri scenarija: 1) val će se reflektirati od sučelja 2) val može prijeći u drugi medij bez promjene smjera 3) val može prijeći u drugi medij s promjenom smjera na granici, to se naziva "lom vala".
Omjer prekomjernog tlaka zvučnog vala i oscilatorne volumetrijske brzine naziva se valna impedancija. Jednostavnim riječima, valni otpor medija može se nazvati sposobnošću upijanja zvučnih valova ili "otupiranja" njima. Koeficijenti refleksije i prijenosa izravno ovise o omjeru valnih impedancija dvaju medija. Otpor valova u plinovitom mediju mnogo je manji nego u vodi ili krutim tvarima. Stoga, ako zvučni val u zraku upadne na čvrsti objekt ili na površinu duboke vode, tada se zvuk ili odbija od površine ili se u velikoj mjeri apsorbira. Ovisi o debljini površine (vode ili krutine) na koju pada željeni zvučni val. Kod male debljine krutog ili tekućeg medija zvučni valovi gotovo potpuno "prolaze", i obrnuto, kod velike debljine medija valovi se češće odbijaju. U slučaju refleksije zvučnih valova, ovaj se proces odvija prema poznatom fizikalnom zakonu: "Upadni kut jednak je kutu refleksije." U tom slučaju, kada val iz medija manje gustoće udari u granicu s medijem veće gustoće, javlja se pojava refrakcija. Sastoji se od savijanja (lomljenja) zvučnog vala nakon "susreta" s preprekom, a nužno je popraćeno promjenom brzine. Refrakcija ovisi i o temperaturi medija u kojem dolazi do refleksije.
U procesu širenja zvučnih valova u prostoru neminovno se smanjuje njihov intenzitet, možemo reći slabljenje valova i slabljenje zvuka. U praksi se vrlo jednostavno susresti s takvim efektom: na primjer, ako dvoje ljudi stoje u polju na nekoj maloj udaljenosti (metar ili bliže) i počnu međusobno razgovarati. Ako naknadno povećate udaljenost između ljudi (ako se počnu udaljavati jedni od drugih), ista će se razina glasnoće razgovora sve manje čuti. Sličan primjer jasno pokazuje fenomen smanjenja intenziteta zvučnih valova. Zašto se ovo događa? Razlog tome su različiti procesi prijenosa topline, molekularne interakcije i unutarnje trenje zvučnih valova. Najčešće se u praksi događa pretvorba zvučne energije u toplinsku. Takvi se procesi neizbježno javljaju u bilo kojem od 3 medija za širenje zvuka i mogu se okarakterizirati kao apsorpcija zvučnih valova.
Intenzitet i stupanj apsorpcije zvučnih valova ovisi o mnogim čimbenicima, kao što su tlak i temperatura medija. Također, apsorpcija ovisi o specifičnoj frekvenciji zvuka. Kada se zvučni val širi u tekućinama ili plinovima, postoji učinak trenja između različitih čestica, što se naziva viskoznost. Kao rezultat ovog trenja na molekularnoj razini dolazi do procesa transformacije vala iz zvučnog u toplinski. Drugim riječima, što je toplinska vodljivost medija veća, to je manji stupanj apsorpcije valova. Apsorpcija zvuka u plinovitim medijima također ovisi o tlaku (atmosferski tlak se mijenja s povećanjem nadmorske visine u odnosu na razinu mora). Što se tiče ovisnosti stupnja apsorpcije o frekvenciji zvuka, uzimajući u obzir gore navedene ovisnosti o viskoznosti i toplinskoj vodljivosti, apsorpcija zvuka je veća, što je veća njegova frekvencija. Na primjer, pri normalnoj temperaturi i tlaku, u zraku, apsorpcija vala s frekvencijom od 5000 Hz je 3 dB / km, a apsorpcija vala s frekvencijom od 50 000 Hz bit će već 300 dB / m.
U krutim medijima sve gore navedene ovisnosti (toplinska vodljivost i viskoznost) su sačuvane, ali tome je dodano još nekoliko uvjeta. Oni su povezani s molekularnom strukturom čvrstih materijala, koja može biti različita, sa svojim nehomogenostima. Ovisno o toj unutarnjoj čvrstoj molekularnoj strukturi, apsorpcija zvučnih valova u ovom slučaju može biti različita, a ovisi o vrsti pojedinog materijala. Kada zvuk prolazi kroz čvrsto tijelo, val prolazi kroz niz transformacija i izobličenja, što najčešće dovodi do raspršenja i apsorpcije zvučne energije. Na molekularnoj razini može doći do efekta dislokacija, kada zvučni val uzrokuje pomak atomskih ravnina, koje se zatim vraćaju u prvobitni položaj. Ili, kretanje dislokacija dovodi do sudara s dislokacijama okomitim na njih ili defektima u kristalnoj strukturi, što uzrokuje njihovo usporavanje i, kao rezultat, određenu apsorpciju zvučnog vala. Međutim, zvučni val također može rezonirati s tim nedostacima, što će dovesti do izobličenja izvornog vala. Energija zvučnog vala u trenutku interakcije s elementima molekularne strukture materijala rasipa se kao rezultat procesa unutarnjeg trenja.
U nastavku ću pokušati analizirati značajke ljudske slušne percepcije i neke od suptilnosti i značajki širenja zvuka.
Grmljavina, glazba, zvuk surfanja, ljudski govor i sve ostalo što čujemo je zvuk. Što je "zvuk"?
Izvor slike: pixabay.com
Zapravo, sve što smo navikli smatrati zvukom samo je jedna od vrsta vibracija (zraka) koje naš mozak i organi mogu percipirati.
Kakva je priroda zvuka
Svi zvukovi koji se šire zrakom su vibracije zvučnog vala. Nastaje vibracijom objekta i odvaja se od svog izvora u svim smjerovima. Objekt koji oscilira komprimira molekule u okolini i zatim stvara razrijeđenu atmosferu, uzrokujući da se molekule sve više odbijaju. Dakle, promjene tlaka zraka šire se dalje od objekta, same molekule ostaju u istom položaju za sebe.
Utjecaj zvučnih valova na bubnjić. Izvor slike: prd.go.th
Dok zvučni val putuje prostorom, odbija se od objekata na svom putu, stvarajući promjene u okolnom zraku. Kada te promjene dođu do vašeg uha i utječu na bubnjić, živčani završeci šalju signal mozgu, a vi te vibracije doživljavate kao zvuk.
Glavne karakteristike zvučnog vala
Najjednostavniji oblik zvučnog vala je sinusni val. Čisti sinusni valovi rijetki su u prirodi, ali upravo s njima treba početi proučavati fiziku zvuka, budući da se svaki zvuk može rastaviti na kombinaciju sinusnih valova.
Sinusni val jasno pokazuje tri osnovna fizikalna kriterija zvuka - frekvenciju, amplitudu i fazu.
Frekvencija
Što je niža frekvencija osciliranja, to je niži zvuk Izvor slike: ReasonGuide.Ru
Frekvencija je vrijednost koja karakterizira broj oscilacija u sekundi. Mjeri se u broju perioda titranja ili u hercima (Hz). Ljudsko uho može percipirati zvuk u rasponu od 20 Hz (niska frekvencija) do 20 kHz (visoka frekvencija). Zvukovi iznad ovog raspona nazivaju se ultrazvuk, a ispod - infrazvuk, i ne percipiraju ih ljudski slušni organi.
Amplituda
Što je veća amplituda zvučnog vala, zvuk je glasniji.
Pojam amplitude (ili intenziteta) zvučnog vala povezan je s jačinom zvuka koju ljudski slušni organi percipiraju kao glasnoću ili glasnoću zvuka. Ljudi mogu percipirati prilično širok raspon glasnoće zvuka: od slavine koja kaplje u mirnom stanu do glazbe koja svira na koncertu. Mjerenja glasnoće koriste se fonometrima (indikatori u decibelima), koji koriste logaritamsku ljestvicu kako bi mjerenja bila praktičnija.
Faza zvučnog vala
Faze zvučnog vala. Izvor slike: Muz-Flame.ru
Koristi se za opisivanje svojstava dva zvučna vala. Ako dva vala imaju istu amplitudu i frekvenciju, tada se kaže da su dva zvučna vala u fazi. Faza se mjeri od 0 do 360, gdje je 0 vrijednost koja označava da su dva zvučna vala sinkrona (u fazi), a 180 je vrijednost koja označava da su valovi suprotni jedan drugom (izvan faze). Kada su dva zvučna vala u fazi, dva se zvuka preklapaju i signali se međusobno pojačavaju. Kada se spoje dva signala koji se ne podudaraju po amplitudi, signali se potiskuju zbog razlike u tlaku, što dovodi do nultog rezultata, odnosno zvuka nestaje. Ovaj fenomen je poznat kao "potiskivanje faze".
Kod kombiniranja dva identična audio signala - fazno potiskivanje može biti ozbiljan problem, kao i velika smetnja je kombinacija izvornog zvučnog vala s valom reflektiranim od površina u akustičnoj prostoriji. Na primjer, kada se lijevi i desni kanal stereo miksete kombiniraju kako bi se proizvela skladna snimka, signal može patiti od poništavanja faze.
Što je decibel?
Decibeli mjere razinu zvučnog tlaka ili električnog napona. Ovo je jedinica koja pokazuje omjer odnosa dviju različitih veličina jedne prema drugoj. Bel (nazvan po američkom znanstveniku Alexanderu Bellu) je decimalni logaritam koji predstavlja međusobni omjer dvaju različitih signala. To znači da je za svaku sljedeću belu na ljestvici primljeni signal deset puta jači. Na primjer, zvučni tlak glasnog zvuka je milijardama puta veći od onog tihog. Kako bi prikazali tako velike vrijednosti, počeli su koristiti relativnu vrijednost decibela (dB) - dok je 1.000.000.000 109, ili jednostavno 9. Usvajanje ove vrijednosti od strane akustičkih fizičara omogućilo je praktičniji rad s ogromnim brojevima .
Skala glasnoće za razne zvukove. Izvor slike: Nauet.ru
U praksi se pokazalo da je bel prevelika jedinica za mjerenje razine zvuka, pa su umjesto njega počeli koristiti decibel, koji je deseti dio bela. Ne može se reći da je upotreba decibela umjesto bela kao korištenje, recimo, centimetara umjesto metara za označavanje veličine cipela, beli i decibeli su relativne vrijednosti.
Iz navedenog je jasno da se razina zvuka obično mjeri u decibelima. Neki standardi razine zvuka koriste se u akustici dugi niz godina, od vremena izuma telefona, do danas. Većina ovih standarda je teško primjenjiva u odnosu na suvremenu opremu, koriste se samo za zastarjelu opremu. Danas oprema u studijima za snimanje i emitiranje koristi takvu jedinicu kao što je dBu (decibel u odnosu na razinu od 0,775 V), au kućnoj opremi - dBV (decibel, mjereno u odnosu na razinu od 1 V). Digitalna audio oprema koristi dBFS (Decibel Full Scale) za mjerenje zvučne snage.
dBm– "m" označava milivate (mW), što je mjerna jedinica koja se koristi za predstavljanje električne snage. Snagu treba razlikovati od električnog napona, iako su ta dva pojma međusobno blisko povezana. Mjerna jedinica dBm počela se koristiti u zoru uvođenja telefonskih komunikacija, danas se također koristi u profesionalnoj opremi.
dBu- u ovom slučaju, napon se mjeri (umjesto snage) u odnosu na referentnu nultu razinu, 0,75 volti se smatra referentnom razinom. U modernim profesionalnim audio aplikacijama dBu je zamijenjen dBm. Kao mjernu jedinicu u području audiotehnike, u prošlosti je bilo prikladnije koristiti dBu, kada je za procjenu razine signala bilo važnije uzeti u obzir električnu snagu, a ne njen napon.
dBV- ova mjerna jedinica također se temelji na referentnoj nultoj razini (kao u slučaju dBu), međutim, 1 V se uzima kao referentna razina, što je prikladnije od brojke 0,775 V. Ova mjerna jedinica zvuka se često koristi za kućansku i poluprofesionalnu audio opremu.
dBFS– ova procjena razine signala naširoko se koristi u digitalnom audio inženjerstvu i jako se razlikuje od gore navedenih mjernih jedinica. FS (full scale) je puna skala, koja se koristi jer je, za razliku od analognog zvuka, koji ima optimalan napon, cijeli raspon digitalnih vrijednosti jednako prihvatljiv pri radu s digitalnim signalom. 0 dBFS je najveća moguća razina digitalnog zvuka koja se može snimiti bez izobličenja. Analogni mjerni standardi kao što su dBu i dBV nemaju prostora iznad 0 dBFS.
Ako vam se svidio članak staviti kao i pretplatite se na kanal ZNANSTVENI POP . Ostanite s nama, prijatelji! Puno je zanimljivih stvari pred nama!
Zvuk su mehaničke vibracije koje se šire u elastičnom materijalnom mediju uglavnom u obliku uzdužnih valova.
U vakuumu se zvuk ne širi jer je za prijenos zvuka potreban materijalni medij i mehanički kontakt između čestica materijalnog medija.
Zvuk se u mediju širi u obliku zvučnih valova. Zvučni valovi su mehaničke vibracije koje se prenose u mediju uz pomoć njegovih uvjetnih čestica. Pod uvjetnim česticama okoliša razumjeti njegove mikrovolumene.
Glavne fizikalne karakteristike akustičnog vala:
1. Učestalost.
Frekvencija zvučni val je količina jednak broju potpunih oscilacija u jedinici vremena. Označeno simbolom v (gol) i izmjereno u hercima. 1 Hz \u003d 1 brojač / s \u003d [ s -1 ].
Ljestvica zvučnih vibracija podijeljena je na sljedeće frekvencijske intervale:
infrazvuk (od 0 do 16 Hz);
zvučni zvuk (od 16 do 16 000 Hz);
Ultrazvuk (preko 16 000 Hz).
Usko povezana s frekvencijom zvučnog vala je recipročna vrijednost, period zvučnog vala. Razdoblje zvučni val je vrijeme jednog potpunog titraja čestica medija. Označeno T i mjeri se u sekundama [s].
Prema smjeru titranja čestica medija koje prenose zvučni val, zvučni valovi se dijele na:
· uzdužni;
poprečni.
Za longitudinalne valove, smjer titranja čestica medija podudara se sa smjerom širenja zvučnog vala u mediju (slika 1).
Za poprečne valove, smjerovi titranja čestica medija su okomiti na smjer širenja zvučnog vala (slika 2).
Riža. 1 sl. 2
Longitudinalni valovi se šire u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima. Poprečno - samo u čvrstim tvarima.
3. Oblik vibracija.
Prema obliku titraja zvučni valovi se dijele na:
jednostavni valovi;
složeni valovi.
Graf jednostavnog vala je sinusni val.
Kompleksni valni graf je svaka periodična nesinusoidalna krivulja .
4. Valna duljina.
Valna duljina - veličina, jednaka udaljenosti preko koje se zvučni val širi u vremenu jednakom jednoj periodi. Označava se λ (lambda) i mjeri se u metrima (m), centimetrima (cm), milimetrima (mm), mikrometrima (µm).
Valna duljina ovisi o mediju u kojem se zvuk širi.
5. Brzina zvučnog vala.
brzina zvučnog vala je brzina širenja zvuka u mediju sa stacionarnim izvorom zvuka. Označava se simbolom v, izračunava se formulom:
Brzina zvučnog vala ovisi o vrsti medija i temperaturi. Najveća brzina zvuka u čvrstim elastičnim tijelima, manja - u tekućinama, a najmanja - u plinovima.
zrak, normalni atmosferski tlak, temperatura - 20 stupnjeva, v = 342 m/s;
voda, temperatura 15-20 stupnjeva, v = 1500 m/s;
metali, v = 5000-10000 m/s.
Brzina zvuka u zraku raste za oko 0,6 m/s s porastom temperature za 10 stupnjeva.
