Či už zvukové vlny. Prečo sa objavuje zvuková vlna? Zvukové ozvučenie hĺbok
Zvuk sú zvukové vlny, ktoré spôsobujú vibrácie malých častíc vzduchu, iných plynov a kvapalných a pevných médií. Zvuk môže vzniknúť len tam, kde existuje látka, bez ohľadu na to, v akom stave agregácie sa nachádza. Vo vákuových podmienkach, kde nie je žiadne médium, sa zvuk nešíri, pretože neexistujú žiadne častice, ktoré pôsobia ako rozdeľovače zvukových vĺn. Napríklad vo vesmíre. Zvuk možno upravovať, meniť, premieňať na iné formy energie. Zvuk premenený na rádiové vlny alebo elektrickú energiu sa tak môže prenášať na veľké vzdialenosti a zaznamenávať na informačné médiá.
Zvuková vlna
Pohyby predmetov a telies takmer vždy spôsobujú kolísanie prostredia. Je jedno, či je to voda alebo vzduch. Počas tohto procesu začnú vibrovať aj častice média, na ktoré sa prenášajú vibrácie tela. Vznikajú zvukové vlny. Okrem toho sa pohyby vykonávajú v smere dopredu a dozadu, pričom sa postupne navzájom nahrádzajú. Preto je zvuková vlna pozdĺžna. Nikdy v nej nie je žiadny bočný pohyb hore a dole.
Charakteristika zvukových vĺn
Ako každý fyzikálny jav majú svoje vlastné veličiny, pomocou ktorých možno opísať vlastnosti. Hlavnými charakteristikami zvukovej vlny sú jej frekvencia a amplitúda. Prvá hodnota ukazuje, koľko vĺn sa vytvorí za sekundu. Druhý určuje silu vlny. Nízkofrekvenčné zvuky majú nízke frekvenčné hodnoty a naopak. Frekvencia zvuku sa meria v Hertzoch a ak presiahne 20 000 Hz, objaví sa ultrazvuk. V prírode a vo svete okolo nás je veľa príkladov nízkofrekvenčných a vysokofrekvenčných zvukov. Cvrlikanie slávika, dunenie hromu, hukot horskej rieky a iné, to všetko sú rôzne zvukové frekvencie. Amplitúda vlny priamo závisí od toho, aký hlasný je zvuk. Hlasitosť sa naopak znižuje so vzdialenosťou od zdroja zvuku. Čím ďalej je vlna od epicentra, tým menšia je amplitúda. Inými slovami, amplitúda zvukovej vlny klesá so vzdialenosťou od zdroja zvuku.
Rýchlosť zvuku
Tento indikátor zvukovej vlny je priamo závislý od charakteru prostredia, v ktorom sa šíri. Významnú úlohu tu zohráva vlhkosť aj teplota vzduchu. Pri priemerných poveternostných podmienkach je rýchlosť zvuku približne 340 metrov za sekundu. Vo fyzike existuje niečo ako nadzvuková rýchlosť, ktorá je vždy väčšia ako rýchlosť zvuku. Je to rýchlosť, ktorou sa šíria zvukové vlny pri pohybe lietadla. Lietadlo sa pohybuje nadzvukovou rýchlosťou a dokonca predbieha zvukové vlny, ktoré vytvára. V dôsledku postupne sa zvyšujúceho tlaku za lietadlom vzniká rázová vlna zvuku. Jednotka merania pre túto rýchlosť je zaujímavá a málokto ju pozná. Volá sa Mach. Mach 1 sa rovná rýchlosti zvuku. Ak sa vlna pohybuje rýchlosťou 2 Mach, potom sa pohybuje dvakrát rýchlejšie ako rýchlosť zvuku.
Hluky
V každodennom živote človeka je neustály hluk. Hladina hluku sa meria v decibeloch. Pohyb áut, vietor, šuchot lístia, prelínanie sa hlasov ľudí a iné zvukové ruchy sú našimi každodennými spoločníkmi. Ale ľudský sluchový analyzátor má schopnosť zvyknúť si na takýto hluk. Sú však aj javy, s ktorými si nevedia poradiť ani adaptačné schopnosti ľudského ucha. Napríklad hluk presahujúci 120 dB môže spôsobiť bolesť. Najhlasnejšie zviera je modrá veľryba. Keď vydáva zvuky, je počuť na vzdialenosť vyše 800 kilometrov.
Echo
Ako vzniká ozvena? Všetko je tu veľmi jednoduché. Zvuková vlna má schopnosť odrážať sa od rôznych povrchov: od vody, od skaly, od stien v prázdnej miestnosti. Táto vlna sa k nám vracia, takže počujeme sekundárny zvuk. Nie je taká jasná ako pôvodná, pretože časť energie vo zvukovej vlne sa rozptýli, keď sa pohybuje smerom k prekážke.
Echolokácia
Odraz zvuku sa používa na rôzne praktické účely. Napríklad echolokácia. Vychádza z toho, že pomocou ultrazvukových vĺn je možné určiť vzdialenosť k objektu, od ktorého sa tieto vlny odrážajú. Výpočty sa robia meraním času, ktorý potrebuje ultrazvuk na cestu na miesto a návrat. Mnoho zvierat má schopnosť echolokácie. Napríklad netopiere a delfíny ho používajú na hľadanie potravy. Echolokácia našla ďalšie uplatnenie v medicíne. Počas ultrazvukových vyšetrení sa vytvára obraz vnútorných orgánov človeka. Základom tejto metódy je, že ultrazvuk, ktorý vstupuje do iného média ako vzduch, sa vracia späť a vytvára tak obraz.
Zvukové vlny v hudbe
Prečo hudobné nástroje vydávajú určité zvuky? Brnkanie na gitare, brnkanie na klavíri, nízke tóny bicích a trúbok, pôvabný tenký hlas flauty. Všetky tieto a mnohé ďalšie zvuky vznikajú v dôsledku vibrácií vzduchu alebo, inými slovami, v dôsledku objavenia sa zvukových vĺn. Prečo je však zvuk hudobných nástrojov taký rôznorodý? Ukazuje sa, že to závisí od viacerých faktorov. Prvým je tvar nástroja, druhým materiál, z ktorého je vyrobený.
Pozrime sa na to na príklade sláčikových nástrojov. Pri dotyku strún sa stávajú zdrojom zvuku. V dôsledku toho začnú vibrovať a vysielať do okolia rôzne zvuky. Nízky zvuk akéhokoľvek strunového nástroja je spôsobený väčšou hrúbkou a dĺžkou struny, ako aj slabosťou jej napätia. A naopak, čím pevnejšie je struna natiahnutá, čím je tenšia a kratšia, tým vyšší je zvuk získaný hraním.
Akcia mikrofónu
Je založená na premene energie zvukových vĺn na elektrickú energiu. V tomto prípade sú sila prúdu a povaha zvuku priamo závislé. Vo vnútri každého mikrofónu je tenká kovová platňa. Keď je vystavený zvuku, začne vykonávať oscilačné pohyby. Špirála, ku ktorej je doska pripojená, tiež vibruje, výsledkom čoho je elektrický prúd. Prečo sa objavuje? Mikrofón má totiž zabudované aj magnety. Keď špirála kmitá medzi jej pólmi, vzniká elektrický prúd, ktorý ide po špirále a následne do zvukového stĺpca (reproduktor) alebo do zariadenia na záznam na informačné médium (kazeta, disk, počítač). Mimochodom, mikrofón v telefóne má podobnú štruktúru. Ako však fungujú mikrofóny na pevných linkách a mobilných telefónoch? Počiatočná fáza je pre nich rovnaká - zvuk ľudského hlasu prenáša svoje vibrácie na platňu mikrofónu, potom už všetko nasleduje podľa vyššie opísaného scenára: špirála, ktorá pri pohybe uzavrie dva póly, vytvorí sa prúd. Čo bude ďalej? Pri pevnom telefóne je všetko viac-menej jasné – rovnako ako v mikrofóne sa cez drôty tiahne zvuk premenený na elektrický prúd. Ale čo mobil alebo napríklad vysielačka? V týchto prípadoch sa zvuk premení na energiu rádiových vĺn a zasiahne satelit. To je všetko.
Rezonančný jav
Niekedy sa vytvárajú podmienky, keď sa amplitúda vibrácií fyzického tela prudko zvyšuje. K tomu dochádza v dôsledku konvergencie hodnôt frekvencie vynútených kmitov a prirodzenej frekvencie kmitov objektu (tela). Rezonancia môže byť prospešná aj škodlivá. Napríklad, aby sa auto dostalo z diery, naštartuje sa a zatlačí tam a späť, aby vyvolalo rezonanciu a dodalo autu zotrvačnosť. Ale vyskytli sa aj prípady negatívnych dôsledkov rezonancie. Napríklad v Petrohrade sa asi pred sto rokmi zrútil most pod vojakmi pochodujúcimi v súzvuku.
Táto lekcia pokrýva tému „Zvukové vlny“. V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najprv si zopakujme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a zoznámime sa s pojmom ultrazvukové a infrazvukové vlny. Budeme tiež diskutovať o vlastnostiach zvukových vĺn v rôznych médiách a dozvieme sa, aké sú ich vlastnosti. .
Zvukové vlny - ide o mechanické vibrácie, ktoré sa šíria a sú v interakcii s orgánom sluchu, ktoré človek vníma (obr. 1).
Ryža. 1. Zvuková vlna
Odvetvie fyziky, ktoré sa zaoberá týmito vlnami, sa nazýva akustika. Profesiou ľudí, ktorí sa ľudovo nazývajú „poslucháči“, sú akusisti. Zvuková vlna je vlnenie šíriace sa v elastickom prostredí, je to pozdĺžne vlnenie a pri šírení v elastickom prostredí sa strieda stlačenie a výboj. Prenáša sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).
Ryža. 2. Šírenie zvukových vĺn
Zvukové vlny zahŕňajú vibrácie, ktoré sa vyskytujú s frekvenciou od 20 do 20 000 Hz. Pre tieto frekvencie sú zodpovedajúce vlnové dĺžky 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah sa bude nazývať počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú uvedené pre vzduch, ktorého rýchlosť zvuku sa rovná .
Existujú aj rozsahy, ktorým sa zaoberajú akustici – infrazvuk a ultrazvuk. Infrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu menšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu väčšiu ako 20 000 Hz (obr. 3).
Ryža. 3. Rozsahy zvukových vĺn
Každý vzdelaný človek by mal poznať frekvenčný rozsah zvukových vĺn a vedieť, že ak pôjde na ultrazvuk, obraz na obrazovke počítača bude konštruovaný s frekvenciou viac ako 20 000 Hz.
ultrazvuk - Ide o mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou od 20 kHz do miliardy hertzov.
Volajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliarda hertzov hyperzvuk.
Ultrazvuk sa používa na detekciu defektov odliatkov. Prúd krátkych ultrazvukových signálov smeruje na skúmanú časť. V miestach, kde nie sú žiadne závady, signály prechádzajú cez diel bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.
Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo iná nehomogenita, ultrazvukový signál sa od nej odráža a vracia sa do prijímača. Táto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia defektov.
Ďalšími príkladmi ultrazvukových aplikácií sú ultrazvukové prístroje, ultrazvukové prístroje, ultrazvuková terapia.
Infrazvuk - mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou menšou ako 20 Hz. Nie sú vnímané ľudským uchom.
Prirodzenými zdrojmi infrazvukových vĺn sú búrky, cunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie a búrky.
Infrazvuk je tiež dôležitá vlna, ktorá sa používa na rozvibrovanie povrchu (napríklad na ničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy – a pôda sa rozpadne. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde berú rudu, ktorá obsahuje diamantové zložky a rozdrvia ju na malé častice, aby našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).
Ryža. 4. Aplikácia infrazvuku
Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).
Ryža. 5. Rýchlosť šírenia zvukových vĺn v rôznych médiách
Poznámka: vo vzduchu sa rýchlosť zvuku pri rovná , a pri , sa rýchlosť zvýši o . Ak ste výskumník, tieto znalosti môžu byť pre vás užitočné. Možno prídete aj s nejakým teplotným senzorom, ktorý bude zaznamenávať teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v médiu. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým závažnejšia je interakcia medzi časticami média, tým rýchlejšie sa vlna šíri. V poslednom odseku sme to rozobrali na príklade suchého a vlhkého vzduchu. Pre vodu je rýchlosť šírenia zvuku . Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klopanie na ladičku), rýchlosť jej šírenia vo vode bude 4-krát väčšia ako vo vzduchu. Po vode sa informácie dostanú 4-krát rýchlejšie ako vzduchom. A v oceli je to ešte rýchlejšie: 
(obr. 6).
Ryža. 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny
Viete z eposov, ktoré použil Iľja Muromec (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gajdarovej RVS) použili veľmi zaujímavú metódu detekcie objektu, ktorý sa blíži, ale je ešte ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva pri pohybe, ešte nie je počuť. Ilya Muromets s uchom priloženým k zemi ju počuje. prečo? Pretože zvuk sa prenáša po pevnej zemi vyššou rýchlosťou, čo znamená, že sa rýchlejšie dostane k uchu Ilju Murometsa a ten sa bude môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.
Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké predmety môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme zdroj vĺn a elastické médium, ak zdroj zvuku prinútime harmonicky vibrovať, potom budeme mať nádhernú zvukovú vlnu, ktorá sa bude nazývať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvára vo vzduchovej medzere píšťaly (organu alebo píšťaly). Z hudobnej výchovy poznáte noty: do, re, mi, fa, sol, la, si. V akustike sa nazývajú tóny (obr. 7).
Ryža. 7. Hudobné tóny
Všetky objekty, ktoré dokážu produkovať tóny, budú mať funkcie. V čom sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak tieto zvukové vlny nie sú vytvorené harmonicky znejúcimi telesami alebo nie sú spojené do nejakého spoločného orchestrálneho diela, potom sa takéto množstvo zvukov nazýva hluk.
Hluk– náhodné kmity rôzneho fyzikálneho charakteru, vyznačujúce sa zložitosťou ich časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluk je domáci aj fyzický, sú si veľmi podobné, a preto ho uvádzame ako samostatný dôležitý predmet úvahy.
Prejdime ku kvantitatívnym odhadom zvukových vĺn. Aké sú vlastnosti hudobných zvukových vĺn? Tieto charakteristiky platia výlučne pre harmonické zvukové vibrácie. takže, hlasitosť zvuku. Ako sa určuje hlasitosť zvuku? Uvažujme o šírení zvukovej vlny v čase alebo o kmitoch zdroja zvukovej vlny (obr. 8).
Ryža. 8. Hlasitosť zvuku
Zároveň, ak sme do systému nepridali veľa zvuku (napríklad potichu stlačíme kláves klavíra), bude to tichý zvuk. Ak nahlas zdvihneme ruku vysoko, tento zvuk spôsobíme úderom do klávesu, dostaneme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tichý zvuk má menšiu amplitúdu vibrácií ako hlasný zvuk.
Ďalšou dôležitou charakteristikou hudobného zvuku a akéhokoľvek iného zvuku je výška. Od čoho závisí výška zvuku? Výška závisí od frekvencie. Môžeme prinútiť zdroj, aby osciloval často, alebo ho môžeme prinútiť, aby osciloval nie veľmi rýchlo (to znamená, že vykonával menej oscilácií za jednotku času). Uvažujme časový priebeh vysokého a nízkeho zvuku rovnakej amplitúdy (obr. 9).
Ryža. 9. Smola
Dá sa vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva basovým hlasom, jeho zdroj zvuku (hlasivky) vibruje niekoľkonásobne pomalšie ako u človeka, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, a preto častejšie spôsobujú vrecká kompresie a výboje pri šírení vlny.
Existuje ďalšia zaujímavá charakteristika zvukových vĺn, ktorú fyzici neštudujú. Toto timbre. Poznáte a ľahko rozlíšite rovnakú hudobnú skladbu na balalajke alebo violončele. V čom sú tieto zvuky alebo tento výkon odlišné? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí produkujú zvuky, aby ich robili s približne rovnakou amplitúdou, aby bola hlasitosť zvuku rovnaká. Je to ako v prípade orchestra: ak nie je potrebné vyzdvihovať žiadny nástroj, všetci hrajú približne rovnako, rovnakou silou. Takže zafarbenie balalajky a violončela je iné. Ak by sme mali nakresliť zvuk produkovaný jedným nástrojom z iného pomocou diagramov, boli by rovnaké. Ale tieto nástroje ľahko rozoznáte podľa zvuku.
Ďalší príklad dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí vyštudujú rovnakú hudobnú univerzitu s rovnakými pedagógmi. Študovali rovnako dobre, s rovnými A. Z nejakého dôvodu sa jeden stáva vynikajúcim umelcom, zatiaľ čo druhý je celý život nespokojný so svojou kariérou. V skutočnosti je to určené výlučne ich nástrojom, ktorý spôsobuje vokálne vibrácie v prostredí, t.j. ich hlasy sa líšia farbou.
Bibliografia
- Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: referenčná kniha s príkladmi riešenia problémov. - 2. vydanie repartícia. - X.: Vesta: vydavateľstvo "Ranok", 2005. - 464 s.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physics. 9. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie/A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 s.
- Internetový portál „eduspb.com“ ()
- Internetový portál „msk.edu.ua“ ()
- Internetový portál „class-fizika.narod.ru“ ()
Domáca úloha
- Ako sa šíri zvuk? Čo môže byť zdrojom zvuku?
- Môže zvuk cestovať vesmírom?
- Vníma každú vlnu, ktorá dosiahne sluchový orgán človeka?
18. februára 2016
Svet domácej zábavy je dosť pestrý a môže zahŕňať: sledovanie filmov na dobrom systéme domáceho kina; vzrušujúce a vzrušujúce hranie alebo počúvanie hudby. Spravidla si v tejto oblasti každý nájde to svoje, prípadne skombinuje všetko naraz. Ale bez ohľadu na ciele človeka pri organizovaní voľného času a do akéhokoľvek extrému, všetky tieto prepojenia sú pevne spojené jedným jednoduchým a zrozumiteľným slovom - „zvuk“. Skutočne, vo všetkých vyššie uvedených prípadoch nás bude viesť zvuk. Táto otázka však nie je taká jednoduchá a triviálna, najmä v prípadoch, keď existuje túžba dosiahnuť vysokokvalitný zvuk v miestnosti alebo v iných podmienkach. Na to nie je vždy potrebné kupovať drahé hi-fi alebo hi-end komponenty (aj keď to bude veľmi užitočné), ale postačia dobré znalosti fyzikálnej teórie, ktoré môžu eliminovať väčšinu problémov, ktoré nastanú pre každého. ktorý si kladie za cieľ získať kvalitný hlasový prejav.
Ďalej sa budeme zaoberať teóriou zvuku a akustiky z hľadiska fyziky. V tomto prípade sa to pokúsim čo najviac sprístupniť pochopeniu každého človeka, ktorý možno ani zďaleka nepozná fyzikálne zákony či vzorce, no napriek tomu vášnivo sníva o realizácii sna o vytvorení dokonalého akustického systému. Neodvažujem sa tvrdiť, že na to, aby ste v tejto oblasti dosiahli dobré výsledky doma (alebo napríklad v aute), musíte tieto teórie dôkladne poznať, ale pochopenie základov vám umožní vyhnúť sa mnohým hlúpym a absurdným chybám. , a tiež vám umožní dosiahnuť maximálny zvukový efekt zo systému akejkoľvek úrovne.
Všeobecná teória zvuku a hudobná terminológia
Čo je to zvuk? Toto je vnem, ktorý vníma sluchový orgán "ucho"(samotný jav existuje bez účasti „ucha“ v procese, ale je to ľahšie pochopiteľné), ku ktorému dochádza, keď je ušný bubienok vzrušený zvukovou vlnou. Ucho v tomto prípade funguje ako „prijímač“ zvukových vĺn rôznych frekvencií. 
Zvuková vlna ide v podstate o sekvenčný rad zhutňovania a vypúšťania média (za normálnych podmienok najčastejšie vzduchového média) rôznych frekvencií. Charakter zvukových vĺn je oscilačný, spôsobený a produkovaný vibráciou akéhokoľvek telesa. Vznik a šírenie klasickej zvukovej vlny je možné v troch elastických prostrediach: plynnom, kvapalnom a pevnom. Keď sa v jednom z týchto typov priestoru vyskytne zvuková vlna, v samotnom médiu sa nevyhnutne vyskytnú určité zmeny, napríklad zmena hustoty alebo tlaku vzduchu, pohyb častíc vzdušnej hmoty atď.
Pretože zvuková vlna má oscilačnú povahu, má takú charakteristiku, ako je frekvencia. Frekvencia merané v hertzoch (na počesť nemeckého fyzika Heinricha Rudolfa Hertza) a označuje počet oscilácií za časové obdobie rovnajúce sa jednej sekunde. Tie. napríklad frekvencia 20 Hz označuje cyklus 20 oscilácií za jednu sekundu. Od frekvencie zvuku závisí aj subjektívne poňatie jeho výšky. Čím viac zvukových vibrácií sa vyskytne za sekundu, tým „vyšší“ sa zvuk objaví. Zvuková vlna má aj ďalšiu dôležitú charakteristiku, ktorá má názov - vlnová dĺžka. Vlnová dĺžka Je zvykom brať do úvahy vzdialenosť, ktorú zvuk určitej frekvencie prekoná za čas rovnajúci sa jednej sekunde. Napríklad vlnová dĺžka najnižšieho zvuku v ľudskom počuteľnom rozsahu pri frekvencii 20 Hz je 16,5 metra a vlnová dĺžka najvyššieho zvuku pri frekvencii 20 000 Hz je 1,7 centimetra.
Ľudské ucho je konštruované tak, že je schopné vnímať vlny len v obmedzenom rozsahu, približne 20 Hz - 20 000 Hz (v závislosti od vlastností konkrétneho človeka, niekto je schopný počuť trochu viac, niekto menej) . To teda neznamená, že zvuky pod alebo nad týmito frekvenciami neexistujú, ľudské ucho ich jednoducho nevníma a presahuje počuteľný rozsah. Zvuk nad počuteľný rozsah je tzv ultrazvuk, nazýva sa zvuk pod počuteľným rozsahom infrazvuk. Niektoré zvieratá sú schopné vnímať ultra a infra zvuky, niektoré dokonca využívajú tento rozsah na orientáciu v priestore (netopiere, delfíny). Ak zvuk prechádza cez médium, ktoré nie je v priamom kontakte s ľudským sluchovým orgánom, potom takýto zvuk nemusí byť počuť alebo môže byť následne značne oslabený.
V hudobnej terminológii zvuku existujú také dôležité označenia ako oktáva, tón a podtón zvuku. Oktáva znamená interval, v ktorom je pomer frekvencií medzi zvukmi 1 ku 2. Oktáva je zvyčajne sluchom veľmi dobre rozlíšiteľná, zatiaľ čo zvuky v tomto intervale si môžu byť navzájom veľmi podobné. Oktávou možno nazvať aj zvuk, ktorý v rovnakom časovom úseku vibruje dvakrát viac ako iný zvuk. Napríklad frekvencia 800 Hz nie je nič iné ako vyššia oktáva 400 Hz a frekvencia 400 Hz je zase ďalšia oktáva zvuku s frekvenciou 200 Hz. Oktáva sa zase skladá z tónov a presahov. Premenlivé vibrácie v harmonickej zvukovej vlne rovnakej frekvencie vníma ľudské ucho ako hudobný tón. Vysokofrekvenčné vibrácie možno interpretovať ako vysoké zvuky, zatiaľ čo nízkofrekvenčné vibrácie možno interpretovať ako nízkofrekvenčné zvuky. Ľudské ucho je schopné zreteľne rozlíšiť zvuky s rozdielom jedného tónu (v rozsahu až 4000 Hz). Napriek tomu hudba používa extrémne malý počet tónov. Je to vysvetlené úvahami o princípe harmonickej súzvuku, všetko je založené na princípe oktáv.
Uvažujme o teórii hudobných tónov na príklade struny napnutej určitým spôsobom. Takáto struna sa v závislosti od napínacej sily „naladí“ na jednu konkrétnu frekvenciu. Keď je táto struna vystavená niečomu s jednou špecifickou silou, čo spôsobí jej vibráciu, bude dôsledne pozorovaný jeden špecifický tón zvuku a budeme počuť požadovanú frekvenciu ladenia. Tento zvuk sa nazýva základný tón. Frekvencia tónu „A“ prvej oktávy je oficiálne akceptovaná ako základný tón v hudobnom poli, rovná sa 440 Hz. Väčšina hudobných nástrojov však nikdy sama nereprodukuje čisté základné tóny, nevyhnutne ich sprevádzajú podtóny tzv podtóny. Tu je vhodné pripomenúť dôležitú definíciu hudobnej akustiky, pojem zvukový timbre. Timbre- to je vlastnosť hudobných zvukov, ktorá dáva hudobným nástrojom a hlasom ich jedinečnú, rozpoznateľnú špecifickosť zvuku, a to aj pri porovnávaní zvukov rovnakej výšky a hlasitosti. Zafarbenie každého hudobného nástroja závisí od rozloženia zvukovej energie medzi podtóny v momente, keď sa zvuk objaví.
Alikvoty tvoria špecifické zafarbenie základného tónu, pomocou ktorého vieme jednoducho identifikovať a rozoznať konkrétny nástroj, ako aj jasne odlíšiť jeho zvuk od iného nástroja. Existujú dva typy podtónov: harmonické a neharmonické. Harmonické podtóny podľa definície sú násobky základnej frekvencie. Naopak, ak podtóny nie sú násobky a citeľne sa odchyľujú od hodnôt, tak sa volajú neharmonické. V hudbe je prevádzka s viacerými podtónmi prakticky vylúčená, preto sa tento výraz redukuje na pojem „podtón“, čo znamená harmonický. Pri niektorých nástrojoch, napríklad pri klavíri, sa základný tón ani nestihne sformovať, v krátkom čase sa zvuková energia podtónov zvýši a potom rovnako rýchlo ubúda. Mnoho nástrojov vytvára to, čo sa nazýva efekt „prechodového tónu“, kde je energia určitých podtónov najvyššia v určitom časovom bode, zvyčajne na úplnom začiatku, ale potom sa náhle zmení a prejde k iným podtónom. Frekvenčný rozsah každého nástroja možno posudzovať samostatne a je zvyčajne obmedzený na základné frekvencie, ktoré je daný konkrétny nástroj schopný produkovať.
V teórii zvuku existuje aj taký pojem ako HLUČNÝ HLUK. Hluk- ide o akýkoľvek zvuk, ktorý vzniká kombináciou zdrojov, ktoré sú navzájom nekonzistentné. Každý pozná zvuk listov stromov, ktoré sa hojdajú vetrom atď.
Čo určuje hlasitosť zvuku? Je zrejmé, že takýto jav priamo závisí od množstva energie prenášanej zvukovou vlnou. Na určenie kvantitatívnych ukazovateľov hlasitosti existuje pojem - intenzita zvuku. Intenzita zvuku je definovaný ako tok energie prechádzajúci cez určitú oblasť priestoru (napríklad cm2) za jednotku času (napríklad za sekundu). Pri bežnej konverzácii je intenzita približne 9 alebo 10 W/cm2. Ľudské ucho je schopné vnímať zvuky v pomerne širokom rozsahu citlivosti, pričom citlivosť frekvencií je v rámci zvukového spektra heterogénna. Takto sa najlepšie vníma frekvenčný rozsah 1000 Hz - 4000 Hz, ktorý najviac pokrýva ľudskú reč.
Pretože zvuky sa veľmi líšia v intenzite, je vhodnejšie si to predstaviť ako logaritmickú veličinu a merať ju v decibeloch (podľa škótskeho vedca Alexandra Grahama Bella). Dolný prah citlivosti sluchu ľudského ucha je 0 dB, horný 120 dB, nazývaný aj „prah bolesti“. Hornú hranicu citlivosti ľudské ucho tiež vníma nie rovnako, ale závisí od konkrétnej frekvencie. Nízkofrekvenčné zvuky musia mať oveľa väčšiu intenzitu ako vysokofrekvenčné zvuky, aby spustili prah bolesti. Napríklad prah bolesti pri nízkej frekvencii 31,5 Hz nastáva pri hladine intenzity zvuku 135 dB, keď pri frekvencii 2000 Hz sa pocit bolesti objaví pri 112 dB. Existuje aj pojem akustický tlak, ktorý vlastne rozširuje zaužívané vysvetlenie šírenia zvukovej vlny vo vzduchu. Akustický tlak- ide o premenlivý pretlak, ktorý vzniká v elastickom médiu v dôsledku prechodu zvukovej vlny cez neho.
Vlnová povaha zvuku
Pre lepšie pochopenie systému generovania zvukových vĺn si predstavte klasický reproduktor umiestnený v potrubí naplnenom vzduchom. Ak reproduktor urobí prudký pohyb dopredu, vzduch v bezprostrednej blízkosti difúzora sa na chvíľu stlačí. Vzduch sa potom roztiahne, čím sa oblasť stlačeného vzduchu posunie pozdĺž potrubia. 
Tento vlnový pohyb sa následne zmení na zvuk, keď dosiahne sluchový orgán a „vzruší“ ušný bubienok. Keď sa v plyne vyskytne zvuková vlna, vytvorí sa nadmerný tlak a nadmerná hustota a častice sa pohybujú konštantnou rýchlosťou. Pri zvukových vlnách je dôležité pamätať na skutočnosť, že látka sa nepohybuje spolu so zvukovou vlnou, ale dochádza len k dočasnému narušeniu vzdušných hmôt.
Ak si predstavíme piest zavesený vo voľnom priestore na pružine a vykonávajúci opakované pohyby „tam a späť“, potom takéto kmity budeme nazývať harmonické alebo sínusové (ak si vlnu predstavíme ako graf, potom v tomto prípade dostaneme čistý sínusoida s opakovanými poklesmi a vzostupmi). Ak si predstavíme reproduktor v potrubí (ako v príklade popísanom vyššie), ktorý vykonáva harmonické kmity, potom v momente, keď sa reproduktor pohybuje „vpred“, dosiahne sa známy efekt kompresie vzduchu a keď sa reproduktor posunie „dozadu“, dochádza k opačnému efektu zriedenia. V tomto prípade sa bude potrubím šíriť vlna striedavého stláčania a riedenia. Zavolá sa vzdialenosť pozdĺž potrubia medzi susednými maximami alebo minimami (fázami). vlnová dĺžka. Ak častice kmitajú rovnobežne so smerom šírenia vlny, potom sa vlna nazýva pozdĺžne. Ak kmitajú kolmo na smer šírenia, potom sa vlna nazýva priečne. Zvukové vlny v plynoch a kvapalinách sú zvyčajne pozdĺžne, ale v pevných látkach sa môžu vyskytnúť vlny oboch typov. Priečne vlny v pevných látkach vznikajú v dôsledku odporu voči zmene tvaru. Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma typmi vĺn je v tom, že priečne vlnenie má vlastnosť polarizácie (kmitanie prebieha v určitej rovine), zatiaľ čo pozdĺžne vlnenie nie.
Rýchlosť zvuku
Rýchlosť zvuku priamo závisí od vlastností média, v ktorom sa šíri. Je určená (závislá) dvoma vlastnosťami média: elasticitou a hustotou materiálu. Rýchlosť zvuku v pevných látkach priamo závisí od typu materiálu a jeho vlastností. Rýchlosť v plynnom prostredí závisí len od jedného typu deformácie média: kompresia-zriedkavosť. Zmena tlaku vo zvukovej vlne nastáva bez výmeny tepla s okolitými časticami a nazýva sa adiabatická. 
Rýchlosť zvuku v plyne závisí najmä od teploty – s rastúcou teplotou sa zvyšuje a s klesajúcou teplotou klesá. Rýchlosť zvuku v plynnom médiu tiež závisí od veľkosti a hmotnosti samotných molekúl plynu - čím menšia je hmotnosť a veľkosť častíc, tým väčšia je „vodivosť“ vlny a tým väčšia je rýchlosť.
V kvapalnom a pevnom prostredí je princíp šírenia a rýchlosť zvuku podobný, ako sa šíri vlna vo vzduchu: kompresiou-výbojom. Ale v týchto prostrediach je okrem rovnakej závislosti od teploty dosť dôležitá aj hustota média a jeho zloženie/štruktúra. Čím nižšia je hustota látky, tým vyššia je rýchlosť zvuku a naopak. Závislosť od zloženia média je zložitejšia a určuje sa v každom konkrétnom prípade s prihliadnutím na umiestnenie a interakciu molekúl/atómov.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu pri t, °C 20: 343 m/s
Rýchlosť zvuku v destilovanej vode pri t, °C 20: 1481 m/s
Rýchlosť zvuku v oceli pri t, °C 20: 5000 m/s
Stojaté vlny a rušenie
Keď reproduktor vytvára zvukové vlny v obmedzenom priestore, nevyhnutne dochádza k efektu odrazu vĺn od hraníc. V dôsledku toho sa to najčastejšie vyskytuje interferenčný efekt- keď sa dve alebo viac zvukových vĺn navzájom prekrývajú. Špeciálnymi prípadmi interferenčných javov je vznik: 1) bicích vĺn alebo 2) stojatých vĺn. Údery vĺn- to je prípad, keď dôjde k pridaniu vĺn s podobnými frekvenciami a amplitúdami. Obrázok výskytu úderov: keď sa dve vlny podobných frekvencií navzájom prekrývajú. V určitom časovom bode, s takýmto prekrytím, sa vrcholy amplitúdy môžu zhodovať „vo fáze“ a poklesy sa môžu zhodovať aj v „antifáze“. Takto sú charakterizované zvukové beaty. Je dôležité si uvedomiť, že na rozdiel od stojatých vĺn sa fázové koincidencie vrcholov nevyskytujú neustále, ale v určitých časových intervaloch. Pre ucho je tento vzor úderov rozlíšený celkom jasne a je počuť ako periodické zvyšovanie a znižovanie hlasitosti. Mechanizmus, ktorým sa tento efekt vyskytuje, je mimoriadne jednoduchý: keď sa vrcholy zhodujú, objem sa zväčšuje a keď sa údolia zhodujú, objem sa zmenšuje.
Stojaté vlny vznikajú v prípade superpozície dvoch vĺn rovnakej amplitúdy, fázy a frekvencie, keď sa takéto vlny „stretnú“ jedna sa pohybuje v smere dopredu a druhá v opačnom smere. V oblasti priestoru (kde sa vytvorila stojatá vlna) sa objaví obraz superpozície dvoch frekvenčných amplitúd so striedajúcimi sa maximami (tzv. antinody) a minimami (takzvané uzly). Pri výskyte tohto javu je mimoriadne dôležitá frekvencia, fáza a koeficient útlmu vlny v mieste odrazu. Na rozdiel od postupujúcich vĺn nedochádza k prenosu energie v stojatej vlne v dôsledku skutočnosti, že dopredné a spätné vlny, ktoré tvoria túto vlnu, prenášajú energiu v rovnakých množstvách v smere dopredu aj v opačnom smere. Aby sme jasne pochopili výskyt stojatej vlny, predstavme si príklad z domácej akustiky. Povedzme, že máme stojace reproduktorové sústavy v nejakom obmedzenom priestore (miestnosti). Nech zahrajú niečo s množstvom basov, skúsme zmeniť umiestnenie poslucháča v miestnosti. Čiže poslucháč, ktorý sa ocitne v zóne minima (odčítania) stojatej vlny, pocíti efekt, že basov je veľmi málo a ak sa poslucháč ocitne v zóne maxima (sčítania) frekvencií, tak naopak. sa dosiahne efekt výrazného zvýšenia basovej oblasti. V tomto prípade je účinok pozorovaný vo všetkých oktávach základnej frekvencie. Napríklad, ak je základná frekvencia 440 Hz, potom fenomén „sčítania“ alebo „odčítania“ bude pozorovaný aj pri frekvenciách 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz atď.
Rezonančný jav
Väčšina pevných látok má prirodzenú rezonančnú frekvenciu. Tento efekt je celkom ľahké pochopiť na príklade obyčajnej rúry, ktorá je otvorená len na jednom konci. Predstavme si situáciu, že na druhý koniec potrubia je pripojený reproduktor, ktorý dokáže hrať jednu konštantnú frekvenciu, ktorá sa dá aj neskôr zmeniť. Takže potrubie má svoju vlastnú rezonančnú frekvenciu, jednoducho povedané - to je frekvencia, pri ktorej potrubie „rezonuje“ alebo vydáva svoj vlastný zvuk. Ak sa frekvencia reproduktora (v dôsledku nastavenia) zhoduje s rezonančnou frekvenciou potrubia, dôjde k niekoľkonásobnému zvýšeniu hlasitosti. Stáva sa to preto, že reproduktor vybudí vibrácie vzduchového stĺpca v potrubí so značnou amplitúdou, kým sa nenájde rovnaká „rezonančná frekvencia“ a nenastane efekt sčítania. Výsledný jav možno opísať nasledovne: fajka v tomto príklade „pomáha“ reproduktoru tým, že rezonuje na určitej frekvencii, ich úsilie sa sčítava a „výsledkom je“ počuteľný hlasný efekt. Na príklade hudobných nástrojov je tento jav ľahko viditeľný, pretože dizajn väčšiny nástrojov obsahuje prvky nazývané rezonátory. 
Nie je ťažké uhádnuť, čo slúži na zvýraznenie určitej frekvencie alebo hudobného tónu. Napríklad: telo gitary s rezonátorom vo forme otvoru zodpovedajúceho hlasitosti; Konštrukcia flautovej trubice (a všetkých rúr vo všeobecnosti); Valcový tvar tela bubna, ktorý je sám o sebe rezonátorom určitej frekvencie.
Frekvenčné spektrum zvuku a frekvenčná odozva
Pretože v praxi prakticky neexistujú vlny rovnakej frekvencie, je potrebné rozložiť celé zvukové spektrum počuteľného rozsahu na podtóny alebo harmonické. Pre tieto účely existujú grafy, ktoré zobrazujú závislosť relatívnej energie zvukových vibrácií od frekvencie. Tento graf sa nazýva graf zvukového frekvenčného spektra. Frekvenčné spektrum zvuku Existujú dva typy: diskrétne a spojité. Diskrétny graf spektra zobrazuje jednotlivé frekvencie oddelené prázdnymi medzerami. Spojité spektrum obsahuje všetky zvukové frekvencie naraz. 
V prípade hudby alebo akustiky sa najčastejšie používa bežný graf Amplitúdovo-frekvenčné charakteristiky(skrátene „AFC“). Tento graf ukazuje závislosť amplitúdy zvukových vibrácií od frekvencie v celom frekvenčnom spektre (20 Hz - 20 kHz). Pri pohľade na takýto graf je ľahké pochopiť napríklad silné alebo slabé stránky konkrétneho reproduktora alebo akustického systému ako celku, najsilnejšie oblasti energetického výstupu, poklesy a vzostupy frekvencie, útlm a tiež vysledovať strmosť. poklesu.
Šírenie zvukových vĺn, fáza a antifáza
Proces šírenia zvukových vĺn prebieha vo všetkých smeroch od zdroja. Najjednoduchším príkladom na pochopenie tohto javu je kamienok hodený do vody. 
Od miesta, kde kameň dopadol, sa po hladine vody začnú šíriť vlny na všetky strany. Predstavme si však situáciu s reproduktorom v určitej hlasitosti, povedzme uzavretou skrinkou, ktorá je napojená na zosilňovač a hrá nejaký hudobný signál. Je ľahké si všimnúť (najmä ak použijete silný nízkofrekvenčný signál, napríklad basový bubon), že reproduktor urobí rýchly pohyb „dopredu“ a potom rovnaký rýchly pohyb „dozadu“. Zostáva pochopiť, že keď sa reproduktor pohybuje dopredu, vydáva zvukovú vlnu, ktorú počujeme neskôr. Čo sa však stane, keď sa reproduktor posunie dozadu? A paradoxne sa deje to isté, reproduktor vydáva rovnaký zvuk, len v našom príklade sa šíri celý v rámci objemu boxu, bez toho, aby prekročil jeho hranice (box je zatvorený). Vo všeobecnosti možno vo vyššie uvedenom príklade pozorovať pomerne veľa zaujímavých fyzikálnych javov, z ktorých najvýznamnejší je koncept fázy.
Zvuková vlna, ktorú reproduktor vydáva v smere k poslucháčovi, je „vo fáze“. Spätná vlna, ktorá prechádza do objemu krabice, bude zodpovedajúcim spôsobom protifázová. Zostáva len pochopiť, čo tieto pojmy znamenajú? Signálna fáza– toto je hladina akustického tlaku v aktuálnom čase v určitom bode priestoru. Najjednoduchší spôsob, ako pochopiť fázu, je na príklade reprodukcie hudobného materiálu konvenčným stojacim stereo párom domácich reproduktorových systémov. Predstavme si, že v určitej miestnosti sú nainštalované dva takéto stojanové reproduktory a hrajú. V tomto prípade oba akustické systémy reprodukujú synchrónny signál premenlivého akustického tlaku a akustický tlak jedného reproduktora sa pripočítava k akustickému tlaku druhého reproduktora. K podobnému efektu dochádza v dôsledku synchronicity reprodukcie signálu z ľavého a pravého reproduktora, inými slovami, vrcholy a minimá vĺn vyžarovaných ľavým a pravým reproduktorom sa zhodujú.
Teraz si predstavme, že akustické tlaky sa stále menia rovnakým spôsobom (neprešli zmenami), ale až teraz sú proti sebe. To sa môže stať, ak pripojíte jeden reproduktorový systém z dvoch v obrátenej polarite („+“ kábel zo zosilňovača do „-“ konektora reproduktorového systému a „-“ kábel zo zosilňovača do „+“ konektora na reproduktorový systém). V tomto prípade opačný signál spôsobí tlakový rozdiel, ktorý môže byť vyjadrený v číslach nasledovne: ľavý reproduktor vytvorí tlak „1 Pa“ a pravý reproduktor vytvorí tlak „mínus 1 Pa“. V dôsledku toho bude celková hlasitosť zvuku v mieste poslucháča nulová. Tento jav sa nazýva antifáza. Ak sa pozrieme na príklad podrobnejšie, aby sme pochopili, ukázalo sa, že dva reproduktory hrajúce „vo fáze“ vytvárajú identické oblasti zhutňovania a riedenia vzduchu, čím si vlastne navzájom pomáhajú. V prípade idealizovanej protifázy bude oblasť stlačeného vzduchu vytvorená jedným reproduktorom sprevádzaná oblasťou zúženého vzdušného priestoru vytvoreného druhým reproduktorom. Vyzerá to približne ako fenomén vzájomného synchrónneho rušenia vĺn. Pravda, v praxi hlasitosť neklesne na nulu a budeme počuť značne skreslený a oslabený zvuk.
Najdostupnejší spôsob, ako opísať tento jav, je nasledovný: dva signály s rovnakými osciláciami (frekvenciou), ale posunuté v čase. Vzhľadom na to je vhodnejšie predstaviť si tieto javy posunutia na príklade obyčajných okrúhlych hodín. Predstavme si, že na stene visí niekoľko rovnakých okrúhlych hodín. Keď sekundové ručičky týchto hodiniek bežia synchrónne, na jedných 30 sekúnd a na druhých 30, potom je to príklad signálu, ktorý je vo fáze. Ak sa sekundové ručičky pohybujú s posunom, ale rýchlosť je stále rovnaká, napríklad na jedných hodinkách je to 30 sekúnd a na iných 24 sekúnd, potom ide o klasický príklad fázového posunu. Rovnakým spôsobom sa fáza meria v stupňoch vo virtuálnom kruhu. V tomto prípade, keď sú signály voči sebe posunuté o 180 stupňov (pol periódy), získa sa klasická protifáza. V praxi sa často vyskytujú menšie fázové posuny, ktoré je možné určiť aj v stupňoch a úspešne ich eliminovať.
Vlny sú rovinné a sférické. Čelo rovinnej vlny sa šíri len jedným smerom a v praxi sa s ním stretávame len zriedka. Sférická vlna je jednoduchý typ vlny, ktorá vychádza z jedného bodu a šíri sa všetkými smermi. Zvukové vlny majú vlastnosť difrakcia, t.j. schopnosť obchádzať prekážky a predmety. Stupeň ohybu závisí od pomeru vlnovej dĺžky zvuku k veľkosti prekážky alebo otvoru. K difrakcii dochádza aj vtedy, keď je v ceste zvuku nejaká prekážka. V tomto prípade sú možné dva scenáre: 1) Ak je veľkosť prekážky oveľa väčšia ako vlnová dĺžka, potom sa zvuk odrazí alebo pohltí (v závislosti od stupňa absorpcie materiálu, hrúbky prekážky atď.). ) a za prekážkou sa vytvorí zóna „akustického tieňa“. 2) Ak je veľkosť prekážky porovnateľná s vlnovou dĺžkou alebo dokonca menšia, potom sa zvuk do určitej miery ohýba vo všetkých smeroch. Ak zvuková vlna pri pohybe v jednom médiu narazí na rozhranie s iným médiom (napríklad vzduchové médium s pevným médiom), potom môžu nastať tri scenáre: 1) vlna sa odrazí od rozhrania 2) vlna môže prejsť do iného prostredia bez zmeny smeru 3) vlna môže prejsť do iného prostredia so zmenou smeru na hranici, nazýva sa to „lom vĺn“.
Pomer pretlaku zvukovej vlny k oscilačnej objemovej rýchlosti sa nazýva vlnový odpor. jednoduchými slovami, vlnová impedancia média možno nazvať schopnosťou absorbovať zvukové vlny alebo im „odolať“. Koeficienty odrazu a priepustnosti priamo závisia od pomeru vlnových impedancií dvoch médií. Odolnosť voči vlnám v plynnom prostredí je oveľa nižšia ako vo vode alebo pevných látkach. Ak teda zvuková vlna vo vzduchu zasiahne pevný predmet alebo hladinu hlbokej vody, zvuk sa buď odrazí od hladiny, alebo vo veľkej miere pohltí. To závisí od hrúbky povrchu (vodného alebo pevného), na ktorý dopadá požadovaná zvuková vlna. Keď je hrúbka pevného alebo tekutého média nízka, zvukové vlny takmer úplne „prechádzajú“ a naopak, keď je hrúbka média veľká, vlny sa častejšie odrážajú. V prípade odrazu zvukových vĺn tento proces prebieha podľa známeho fyzikálneho zákona: „Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu“. V tomto prípade, keď vlna z média s nižšou hustotou narazí na hranicu s médiom s vyššou hustotou, nastáva jav lom. Spočíva v ohybe (refrakcii) zvukovej vlny po „stretnutí“ s prekážkou a je nevyhnutne sprevádzaná zmenou rýchlosti. Lom závisí aj od teploty prostredia, v ktorom dochádza k odrazu.
V procese šírenia zvukových vĺn v priestore ich intenzita nevyhnutne klesá, dá sa povedať, že vlnenie sa tlmí a zvuk slabne. Stretnutie s podobným efektom je v praxi celkom jednoduché: napríklad ak dvaja ľudia stoja na poli v určitej tesnej vzdialenosti (meter alebo bližšie) a začnú si niečo hovoriť. Ak následne zväčšíte vzdialenosť medzi ľuďmi (ak sa začnú od seba vzďaľovať), rovnaká úroveň hlasitosti konverzácie bude čoraz menej počuteľná. Tento príklad jasne demonštruje jav poklesu intenzity zvukových vĺn. Prečo sa to deje? Dôvodom sú rôzne procesy výmeny tepla, molekulárnej interakcie a vnútorného trenia zvukových vĺn. Najčastejšie sa v praxi zvuková energia premieňa na tepelnú energiu. Takéto procesy nevyhnutne vznikajú v ktoromkoľvek z 3 médií šírenia zvuku a možno ich charakterizovať ako absorpcia zvukových vĺn.
Intenzita a stupeň absorpcie zvukových vĺn závisí od mnohých faktorov, ako je tlak a teplota média. Absorpcia závisí aj od konkrétnej frekvencie zvuku. Keď sa zvuková vlna šíri kvapalinami alebo plynmi, dochádza k efektu trenia medzi rôznymi časticami, ktorý sa nazýva viskozita. V dôsledku tohto trenia na molekulárnej úrovni dochádza k procesu premeny vlny zo zvuku na teplo. Inými slovami, čím vyššia je tepelná vodivosť média, tým nižší je stupeň absorpcie vĺn. Absorpcia zvuku v plynných médiách závisí aj od tlaku (atmosférický tlak sa mení s rastúcou nadmorskou výškou vzhľadom na hladinu mora). Čo sa týka závislosti stupňa pohltivosti od frekvencie zvuku, berúc do úvahy vyššie uvedené závislosti viskozity a tepelnej vodivosti, čím vyššia je frekvencia zvuku, tým vyššia je pohltivosť zvuku. Napríklad pri normálnej teplote a tlaku vo vzduchu je absorpcia vlny s frekvenciou 5000 Hz 3 dB/km a absorpcia vlny s frekvenciou 50 000 Hz bude 300 dB/m.
V tuhých médiách sú všetky vyššie uvedené závislosti (tepelná vodivosť a viskozita) zachované, ale k tomu sa pridáva niekoľko ďalších podmienok. Sú spojené s molekulárnou štruktúrou pevných materiálov, ktoré môžu byť rôzne, s vlastnými nehomogenitami. V závislosti od tejto vnútornej pevnej molekulárnej štruktúry môže byť absorpcia zvukových vĺn v tomto prípade rôzna a závisí od typu konkrétneho materiálu. Pri prechode zvuku pevným telesom dochádza vo vlne k množstvu premien a skreslení, čo najčastejšie vedie k rozptylu a pohlcovaniu zvukovej energie. Na molekulárnej úrovni môže dôjsť k dislokačnému efektu, keď zvuková vlna spôsobí posunutie atómových rovín, ktoré sa potom vrátia do svojej pôvodnej polohy. Alebo pohyb dislokácií vedie ku kolízii s dislokáciami na ne kolmými alebo defektmi v kryštálovej štruktúre, čo spôsobuje ich inhibíciu a v dôsledku toho určitú absorpciu zvukovej vlny. Zvuková vlna však môže rezonovať aj s týmito defektmi, čo povedie k skresleniu pôvodnej vlny. Energia zvukovej vlny v momente interakcie s prvkami molekulárnej štruktúry materiálu sa rozptýli v dôsledku procesov vnútorného trenia.
V tomto článku sa pokúsim analyzovať črty ľudského sluchového vnímania a niektoré jemnosti a črty šírenia zvuku.
Hromy, hudba, zvuk príboja, ľudská reč a všetko ostatné, čo počujeme, je zvuk. Čo je to "zvuk"?
Zdroj obrázkov: pixabay.com
V skutočnosti všetko, čo sme zvyknutí považovať za zvuk, je len jedným z typov vibrácií (vzduch), ktoré náš mozog a orgány dokážu vnímať.
Aká je povaha zvuku
Všetky zvuky, ktoré sa šíria vzduchom, sú vibráciami zvukovej vlny. Vzniká vibráciou objektu a odchyľuje sa od svojho zdroja vo všetkých smeroch. Vibrujúci predmet stláča molekuly v prostredí a potom vytvára redšiu atmosféru, čo spôsobuje, že sa molekuly odpudzujú stále ďalej. Zmeny tlaku vzduchu sa teda šíria smerom od objektu, samotné molekuly zostávajú pre seba v nezmenenej polohe.
Vplyv zvukových vĺn na ušný bubienok. Zdroj obrázkov: prd.go.th
Keď zvuková vlna prechádza priestorom, odráža sa od predmetov, ktoré sú na jej ceste, a vytvára zmeny v okolitom vzduchu. Keď sa tieto zmeny dostanú do vášho ucha a zasiahnu bubienok, nervové zakončenia vyšlú signál do mozgu a vy vnímate tieto vibrácie ako zvuk.
Základné charakteristiky zvukovej vlny
Najjednoduchší tvar zvukovej vlny je sínusoida. Sínusové vlny vo svojej čistej forme sa v prírode vyskytujú zriedka, ale práve s nimi by ste mali začať študovať fyziku zvuku, pretože akékoľvek zvuky možno rozložiť na kombináciu sínusových vĺn.
Sínusová vlna jasne demonštruje tri hlavné fyzikálne kritériá zvuku - frekvenciu, amplitúdu a fázu.
Frekvencia
Čím nižšia je frekvencia vibrácií, tým nižší je zvuk. Zdroj obrazu: ReasonGuide.Ru
Frekvencia je veličina, ktorá charakterizuje počet vibrácií za sekundu. Meria sa v počte periód oscilácie alebo v hertzoch (Hz). Ľudské ucho dokáže vnímať zvuk v rozsahu od 20 Hz (nízke frekvencie) do 20 KHz (vysoké frekvencie). Zvuky nad týmto rozsahom sa nazývajú ultrazvuk a nižšie - infrazvuk a nie sú vnímané ľudským sluchom.
Amplitúda
Čím väčšia je amplitúda zvukovej vlny, tým je zvuk hlasnejší.
Pojem amplitúda (alebo intenzita) zvukovej vlny sa vzťahuje na silu zvuku, ktorú ľudský sluch vníma ako hlasitosť alebo hlasitosť zvuku. Ľudia dokážu vnímať pomerne širokú škálu hlasitosti zvuku: od kvapkajúceho kohútika v tichom byte až po hudbu hrajúcu na koncerte. Na meranie hlasitosti sa používajú fonometre (merané v decibeloch), ktoré používajú logaritmickú stupnicu, aby boli merania pohodlnejšie.
Fáza zvukovej vlny
Fázy zvukovej vlny. Zdroj obrázkov: Muz-Flame.ru
Používa sa na opis vlastností dvoch zvukových vĺn. Ak majú dve vlny rovnakú amplitúdu a frekvenciu, potom sa hovorí, že tieto dve zvukové vlny sú vo fáze. Fáza sa meria od 0 do 360, kde 0 je hodnota indikujúca, že dve zvukové vlny sú synchrónne (vo fáze) a 180 je hodnota indikujúca, že vlny sú proti sebe (mimo fázu). Keď sú dve zvukové vlny vo fáze, tieto dva zvuky sa prekrývajú a signály sa navzájom posilňujú. Keď sa skombinujú dva signály, ktoré sa nezhodujú v amplitúde, v dôsledku tlakového rozdielu sú signály potlačené, čo vedie k nulovému výsledku, to znamená, že zvuk zmizne. Tento jav je známy ako „fázové potlačenie“.
Pri kombinovaní dvoch rovnakých zvukových signálov môže byť zrušenie fázy vážnym problémom a veľkým problémom je aj spájanie pôvodnej zvukovej vlny s vlnou odrazenou od povrchov v akustickej miestnosti. Napríklad, keď sa ľavý a pravý kanál stereo mixpultu skombinuje na vytvorenie harmonického záznamu, signál môže trpieť fázovým zrušením.
Čo je to decibel?
Decibely merajú hladinu akustického tlaku alebo elektrického napätia. Toto je jednotka, ktorá ukazuje pomer dvoch rôznych veličín navzájom. Bel (pomenovaný po americkom vedcovi Alexandrovi Bellovi) je desiatkový logaritmus, ktorý odráža pomer dvoch rôznych signálov k sebe navzájom. To znamená, že pri každom ďalšom bliknutí na stupnici je prijatý signál desaťkrát silnejší. Napríklad akustický tlak hlasitého zvuku je miliardkrát vyšší ako akustický tlak tichého zvuku. Aby zobrazovali také veľké hodnoty, začali používať relatívnu hodnotu decibelov (dB) – pričom 1 000 000 000 bolo 109, alebo jednoducho 9. Prijatie tejto hodnoty fyzikmi a akustikami umožnilo pohodlnejšie pracovať s obrovskými číslami. .
Stupnica hlasitosti pre rôzne zvuky. Zdroj obrázkov: Nauet.ru
V praxi je bel príliš veľká jednotka na meranie hladiny zvuku, preto sa namiesto toho použil decibel, čo je jedna desatina belu. Nedá sa povedať, že používanie decibelov namiesto bel je ako používanie povedzme centimetrov namiesto metrov na označenie veľkosti obuvi; bel a decibel sú relatívne hodnoty.
Z vyššie uvedeného je zrejmé, že hladina zvuku sa zvyčajne meria v decibeloch. Niektoré normy úrovne zvuku sa v akustike používajú už mnoho rokov, od vynálezu telefónu až po súčasnosť. Väčšinu týchto noriem je ťažké aplikovať na moderné zariadenia, používajú sa len pre zastarané zariadenia. Zariadenia v nahrávacích a vysielacích štúdiách dnes používajú jednotku ako dBu (decibel vo vzťahu k úrovni 0,775 V) a v zariadení domácností - dBV (decibel meraný vo vzťahu k úrovni 1 V). Digitálne audio zariadenie používa na meranie akustického výkonu dBFS (decibel full scale).
dBm– „m“ znamená miliwatty (mW), mernú jednotku používanú na označenie elektrickej energie. Je potrebné rozlišovať výkon od elektrického napätia, hoci tieto dva pojmy spolu úzko súvisia. Jednotka merania dBm sa začala používať na začiatku telefónnej komunikácie a dnes sa používa aj v profesionálnych zariadeniach.
dBu- v tomto prípade sa meria napätie (namiesto výkonu) vzhľadom na referenčnú nulovú úroveň, za referenčnú úroveň sa považuje 0,75 voltu. Pri práci s moderným profesionálnym audio zariadením je dBu nahradené dBm. V minulosti bolo pohodlnejšie používať dBu ako mernú jednotku v oblasti audiotechniky, keď bolo na vyhodnotenie sily signálu dôležitejšie počítať elektrický výkon ako napätie.
dBV– táto jednotka merania je tiež založená na referenčnej nulovej úrovni (ako v prípade dBu), avšak ako referenčná úroveň sa berie 1 V, čo je vhodnejšie ako údaj 0,775 V. Táto jednotka merania zvuku je často používané pre domáce a poloprofesionálne audio zariadenia.
dBFS– toto hodnotenie úrovne signálu je široko používané v digitálnom audio inžinierstve a je veľmi odlišné od vyššie uvedených meracích jednotiek. FS (full scale) je plný rozsah, ktorý sa používa, pretože na rozdiel od analógového audio signálu, ktorý má optimálne napätie, je celý rozsah digitálnych hodnôt rovnako prijateľný pri práci s digitálnym signálom. 0 dBFS je maximálna možná úroveň digitálneho zvukového signálu, ktorú možno zaznamenať bez skreslenia. Analógové meracie štandardy, ako sú dBu a dBV, nemajú priestor pre dynamický rozsah nad 0 dBFS.
Ak sa vám článok páčil, Páči sa mi to A prihlásiť sa na odber kanála NAUCHPOP . Zostaňte naladení, priatelia! Pred nami je veľa zaujímavých vecí!
Zvuk sú mechanické vibrácie, ktoré sa v prostredí elastického materiálu šíria predovšetkým vo forme pozdĺžnych vĺn.
Vo vákuu sa zvuk nešíri, pretože prenos zvuku vyžaduje hmotné médium a mechanický kontakt medzi časticami hmotného média.
V médiu sa zvuk šíri vo forme zvukových vĺn. Zvukové vlny sú mechanické vibrácie, ktoré sa prenášajú v médiu pomocou jeho podmienených častíc. Bežné častice média znamenajú jeho mikroobjemy.
Základné fyzikálne vlastnosti akustickej vlny:
1. Frekvencia.
Frekvencia zvuková vlna je veľkosť rovná počtu úplných kmitov za jednotku času. Označené symbolom v (nahá) a merané v hertzoch. 1 Hz = 1 počet/s = [s-1].
Stupnica zvukových vibrácií je rozdelená do nasledujúcich frekvenčných intervalov:
· infrazvuk (od 0 do 16 Hz);
· počuteľný zvuk (od 16 do 16 000 Hz);
· ultrazvuk (nad 16 000 Hz).
Frekvencia zvukovej vlny úzko súvisí s jej inverznou veličinou – periódou zvukovej vlny. Obdobie Zvuková vlna je doba jedného úplného kmitania častíc média. Určené T a meria sa v sekundách [s].
Podľa smeru vibrácií častíc média nesúceho zvukovú vlnu sa zvukové vlny delia na:
· pozdĺžne;
· priečny.
Pri pozdĺžnych vlnách sa smer kmitania častíc média zhoduje so smerom šírenia zvukovej vlny v médiu (obr. 1).
Pre priečne vlny sú smery kmitania častíc média kolmé na smer šírenia zvukovej vlny (obr. 2).
Ryža. 1 Obr. 2
Pozdĺžne vlny sa šíria v plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Priečne - iba v pevných látkach.
3. Tvar vibrácií.
Podľa tvaru vibrácií sa zvukové vlny delia na:
· jednoduché vlny;
komplexné vlny.
Graf jednoduchej vlny je sínusoida.
Grafom komplexnej vlny je akákoľvek periodická nesínusová krivka .
4. Vlnová dĺžka.
Vlnová dĺžka je množstvo rovná vzdialenosti, ktorú prekoná zvuková vlna za čas rovnajúci sa jednej perióde. Označuje sa λ (lambda) a meria sa v metroch (m), centimetroch (cm), milimetroch (mm), mikrometroch (µm).
Vlnová dĺžka závisí od prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.
5. Rýchlosť zvukovej vlny.
Rýchlosť zvukovej vlny je rýchlosť šírenia zvuku v prostredí so stacionárnym zdrojom zvuku. Označené symbolom v, vypočítané podľa vzorca:
Rýchlosť zvukovej vlny závisí od typu média a teploty. Rýchlosť zvuku je najvyššia v pevných elastických telesách, menšia v kvapalinách a najnižšia v plynoch.
vzduch, normálny atmosférický tlak, teplota - 20 stupňov, v = 342 m/s;
voda, teplota 15-20 stupňov, v = 1500 m/s;
kovy, v = 5000-10000 m/s.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu sa zvyšuje asi o 0,6 m/s so zvýšením teploty o 10 stupňov.
