Zvukových
Fonograf - předchůdce gramofonu
Zvuk je každé mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový vjem. Frekvence tohoto vlnění leží v rozsahu přibližně 16 Hz až 20000 Hz; za jeho hranicemi člověk zvuk sluchem nevnímá. V širším smyslu lze za zvuk označovat i vlnění s frekvencemi mimo tento rozsah. V elektroakustice se jako zvukový signál označují i elektrické kmity odpovídající kmitům mechanickým.
Zvuk s frekvencí nižší než 16 Hz (který slyší např. sloni) je infrazvuk. Zvuk s frekvencí vyšší než 20 kHz (např. delfínovití či netopýři vnímají zvuk až do frekvencí okolo 150 kHz) je ultrazvuk. Děje, které jsou spojeny se vznikem zvuku jeho šířením a vnímáním se nazývají akustika.
Zdroje zvuku
Zdroj zvukového vlnění se stručně nazývá zdroj zvuku a hmotné prostředí, ve kterém se toto vlnění šíří, jeho vodič. Vodič zvuku, obyčejně vzduch, zprostředkuje spojení mezi zdrojem zvuku a jeho přijímačem (detektorem), kterým bývá v praxi ucho, mikrofon nebo snímač. Zvuky se šíří i kapalinami (např. vodou) a pevnými látkami (např. stěnami domu). Vzduchoprázdno, vakuum, je dokonalou zvukovou izolací.
Zdrojem zvuku může být každé chvějící se těleso. O vlnění v okolí zdroje zvuku však nerozhoduje jen jeho chvění, ale i okolnost, jestli je tento předmět dobrým nebo špatným zářičem zvuku. Tato jeho vlastnost závisí hlavně na jeho geometrickém tvaru. Struna napnutá mezi dvěma pevnými body není dobrým zářičem zvuku, protože při chvění struny vzniká přetlak ve směru jejího pohybu a současně na opačné straně podtlak. Tím se nejbližší okolí struny stává druhotným zdrojem dvou vlnění, která se šíří na všechny strany prakticky s opačnou fází, protože příčné rozměry struny jsou vzhledem na vlnovou délku zvukového vlnění vždy velmi malé. Tato dvě vlnění se interferencí ruší.
Zdrojem zvuku mohou být kromě těles kmitajících vlastními kmity i tělesa kmitající kmity vynucenými. K nim patří např. ozvučnice mnohých hudebních nástrojů, reproduktory, sluchátka a další zařízení pro generování nebo reprodukci zvuku.
Tón a hluk
- Související informace lze nalézt také v článcích tón a hluk.<\/li> <\/ul>
Zvuky můžeme rozdělit na (tóny) a (hluky). Tóny bývají označovány jako zvuky hudební, hluky jako zvuky nehudební. Tóny vznikají při pravidelném, v čase přibližně periodicky probíhajícím pohybu - kmitání. Při jejich poslechu vzniká v uchu vjem zvuku určité výšky, proto se tónů využívá v hudbě. Zdrojem tónů mohou být například lidské hlasivky nebo různé hudební nástroje. Jako hluky označujeme nepravidelné vlnění vznikající jako složité nepravidelné kmitání těles nebo krátké nepravidelné rozruchy (srážka dvou těles, výstřel, přeskočení elektrické jiskry apod.). I hluky jsou využívány v hudbě, neboť k nim patří i zvuky mnoha hudebních nástrojů, především bicích.
Každý zvuk se vyznačuje svojí fyzikální intenzitou, odpovídající veličina se nazývá hladina intenzity zvuku a bývá udávaná v dB. Intenzitě odpovídá fyziologická veličina hlasitost. Druhou fyzikální veličinou je frekvence, které odpovídá výška tónu. Třetí základní vlastností zvuku je průběh kmitání, ovlivňující jeho zabarvení. Trvání zvuku v čase určuje jeho délku.
Lidské vnímání zvuku
Lidské vnímání zvuku je velice složitý proces.
Frekvenční rozsah
Frekvenční rozsah zvuku, který většina lidí vnímá, začíná kolem 16 Hz a dosahuje ke 16 kHz (teoreticky je oblast slyšitelnosti 16 Hz - 20 kHz). S rostoucím věkem horní hranice výrazně klesá. Nejvýznamnější rozsah je 2–4 kHz, který je nejdůležitější pro srozumitelnost řeči a na nějž je lidské ucho nejcitlivější. Nejvyšší informační hodnota řeči je přenášena v pásmu 0,5–2 kHz.
Dynamický rozsah
Dynamický rozsah lidského ucha (rozdíl mezi nejhlasitějším a nejtišším vnímatelným zvukem) je uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma asi 120 dB. Na okrajích pásma je mnohem menší.
Rozlišování frekvence
Schopnost rozlišit frekvence tónů se u každého člověka liší a je frekvenčně závislá. Uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma za ideálních podmínek lze rozlišit změnu frekvence o několik centů. Na okrajích pásma je rozlišovací schopnost výrazně nižší.
Frekvenční maskování
Schopnost odlišit dva frekvenčně blízké tóny je ovlivněna frekvenčním maskováním. Pokud znějí dva tóny současně, může jeden z nich potlačit slyšitelnost toho druhého. Tato neschopnost slyšet oba současné tóny se nazývá frekvenční maskování. Maximální úroveň maskovaného signálu je závislá na frekvenční vzdálenosti a úrovni maskujícího signálu. Maskovací schopnost je též závislá na frekvenci maskujícího tónu. Vnímání tónů s blízkými frekvencemi je ovlivněno šířkou kritického pásma. To má na nejnižších kmitočtech velikost kolem 100 Hz, zatímco na nejvyšších kmitočtech dosahuje až 4 kHz. Maskování se využívá u některých algoritmů pro kompresi zvukových dat, např. MP3, Ogg Vorbis nebo ATRAC.
Časové maskování
Pokud po hlasitém tónu následuje stejný tón s menší hlasitostí, je jeho vnímání potlačeno. Potlačen může být i tichý tón předcházející maskovacímu tónu.
Zvukové vlnění
Zvuková vlna je dána periodickým stlačování a rozpínání hmotného prostředí, v němž postupuje rychlostí závislou na okamžitých fyzikálních podmínkách (např. tlak, teplota, vlhkost). Zvukové vlny se šíří různými prostředími různou rychlostí, čímž se zeslabují. Zvuk se šíří podélným vlněním, při kterém kmitají jednotlivé částice prostředí uspořádaně kolem středních poloh. Vychýlení u objemového elementu prostředí ze střední polohy při vlnění nazýváme akustickou (zvukovou) výchylkou. Akustickou výchylku lze matematicky zapsat:
- <\/li> <\/ul>
, kde A je amplituda akustické výchylky a vz je rychlost zvuku.
Neabsorbuje-li se rovinná vlna s rostoucí vzdáleností od zvukového zdroje, má amplituda akustické výchylky konstantní hodnotu. Proměnná rychlost va, kterou uspořádaně kmitají částice kolem svých středních poloh, se nazývá akustická (zvuková) rychlost. Tu lze vyjádřit vztahem:
- <\/li> <\/ul>
, kde kde A*ω je amplituda akustické rychlosti.
Příčinou zrychlení objemového elementu, je změna akustického tlaku, pro který platí:
- <\/li> <\/ul>
kde p0 = δ*vz*ω*A je amplituda akustického tlaku.
Rychlost zvuku
- Související informace lze nalézt také v článku rychlost zvuku.<\/li> <\/ul>
Rychlost zvuku není konstantní, závisí na teplotě prostředí, vlhkosti, a dalších fyzikálních parametrech. Závislost rychlosti zvuku ve vzduchu lze matematicky zapsat
v = (331,82 + 0,61t))ms
kde v je rychlost zvuku, t je teplota ve stupních Celsia. Například ve vodě o teplotě 25 °C rychlost zvuku činí přibližně 1500 ms, v oceli při 20 °C 5000ms.
Vlastnosti zvuku
Jako vlastnostmi zvuku se uvádí výška , barva , hlasitost (intenzita).
Výška zvuku
Výška zvuku je dána jeho frekvencí, čím vyšší je frekvence, tím je vyšší výška. U jednoduchých tónů s harmonickým průběhem určuje jejich frekvence absolutní výšku tónu. Absolutní výška tónu se měří přístroji pro měření zvukových frekvencí, za obvyklých podmínek ji nelze určit sluchem. Pro subjektivní hodnocení zvuku je důležitější relativní výška tónu, což je podíl frekvence daného tónu vůči frekvenci referenčního tónu. Hudební akustika určuje jako základní tón 440 Hz, v technické praxi se jako základní (referenční) tón udává 1000 Hz (jeden kilohertz).
U zvuků s neharmonickým průběhem (složené tóny) je určení výšky obtížnější, mnohdy základní výška tónu odpovídá složce s nejmenší frekvencí.
Barva zvuku
Zvuky se i při stejné výšce tónu mohou lišit odlišným zabarvením. Barva zvuku je určena počtem vyšších harmonických tónů ve složeném tónu a jejich amplitudami. Sluchem podle barvy zvuku rozeznáváme hudební nástroje a hlasy lidí.
Periodické kmity - tóny - jsou tvořeny složkami jejichž frekvence jsou celistvé násobky frekvence základního tónu - vyšší harmonické frekvence či alikvotní tóny. Má-li harmonická frekvence dvojnásobný počet kmitů proti kmitu základnímu, jde o druhou harmonickou atd. Obecně platí, že tón zní tím ostřeji - drsněji, čím je energie harmonických frekvencí větší, tím "kulatěji", čím je energie harmonických nižší. Obecně platí, že liché násobky základního kmitočtu zvuk zostřují/ochlazují (např. u žesťových hudebních nástrojů), sudé násobky základní harmonické frekvence zvuk zjemňují/oteplují" (např. dřevěné dechové nástroje).
Některé hudební nástroje vydávají doprovodné zvuky o frekvencích, které nejsou v harmonickém poměru ke frekvenci tónů základních.
Hlasitost a intenzita zvuku
Hlasitost zvuku je subjektivní veličina, je určena velikostí akustického tlaku, kterým zvukové vlnění působí na sluch.
Intenzita zvuku I je objektivní veličina, je to zvuková energie dopadající na jednotku plochy za jednotku času.
Hladina intenzity zvuku L je veličina udávající intenzitu zvuku v jednotkách decibel.
,kde Io je intenzita odpovídající prahu slyšení (Io=10Wm)
Nejnižší hodnotě intenzity zvuku odpovídá práh slyšení (0,00001 Pa), nejvyšší intenzita zvuku určuje práh bolesti (100 Pa). Při vysokých intenzitách může dojít k poškození sluchu. Dynamika zvuku je rozdíl mezi intenzitou nejtiššího a nejhlasitějšího zvuku. Udává se v decibelech. Dynamika lidského sluchu je 120 dB.
Při stejné hodnotě akustického tlaku je subjektivně vnímaná hlasitost zvuku o různých frekvencích rozdílná. Pro určení subjektivního vjemu hlasitosti bez závislosti na frekvenci byla stanovena jednotka hlasitosti - fón (Ph). Pro tón o frekvenci 1000 Hz je stupnice fónu (Ph) totožná s decibelovou [dB]. Směrem ke frekvencím nižším a vyšším se tyto stupnice rozcházejí. Vztah mezi akustickým tlakem [dB] a hlasitostí (Ph) udávají křivky shodné hlasitosti (izofóny). Rozsah hlasitosti lidského sluchu se pohybuje od prahu slyšitelnosti (0 až 4 Ph) do prahu bolestivosti (120 až 130 Ph). Rozdíly v obou hodnotách odpovídají průměrnému rozptylu vlastnosti sluchových orgánů.
Dopplerův jev
- Související informace lze nalézt také v článku Dopplerův jev.<\/li> <\/ul>
Dopplerův jev nastává při relativním pohybu zdroje zvuku a pozorovatele, který zvuk přicházející od zdroje vnímá. Pozorovatel slyší zvuky jiné frekvence, než je frekvence zdroje. Vyšší, když se zdroj zvuku a přijímač zvuku přibližují, a nižší, pokud se zdroj zvuku a přijímač zvuku navzájem vzdalují.
Ochrana před hlukem
Pobyt v hlučném prostředí má špatný vliv na zdraví člověka, na jeho pracovní výkon a pozornost. Člověk není schopný se na nadměrný hluk adaptovat. Proto jsou v pracovním i mimopracovním prostředí jsou přijímána specifická opatření k ochraně osob před nadměrným hlukem. Často se problémy se hlukem řeší pomocí izolace vhodnými pórovitými látkami (plst, koberec, vakuové vrstvy apod.)
Ochrana před hlukem v pracovním prostředí
- odstranění zdrojů hluku nebo podstatné snížení vyvolávaného hluku
- náhrada hlučného zařízení méně hlučným (inovace)
- uzavření zdroje hluku vhodným krytem
- oddělení exponovaného pracovníka od zdroje hluku
- používání vhodných osobních ochranných pomůcek
- zkrácení doby pobytu v hlučném prostředí
Negativní vlivy na zdraví člověka v souvislosti se zvukem
Negativní vliv na zdraví mají četné návštěvy diskoték a dalších hlasitých hudebních představení, také vysoká hlasitost elektronických zařízení. Škodlivé jsou hlučné činnosti v malém prostoru (odrazem hluku od stěn se zvyšuje jeho hladina zvuku). Rušivě působí hlučné činnosti (vrtání, opravy v bytě, vysávání apod.) v noční dobu. .
Velmi hlučné bývají některé druhy dopravy, například železniční doprava, letecká doprava v blízkosti letiště apod. Mezi velmi hlučná místa obvykle patří velké průmyslové provozy v těžkém průmyslu (hutě, slévárny, válcovny apod.).
Související články
Další informace o tématu na projektech Wikimedia:
multimediální obsah na Commons slovníková definice na Wikislovníku - Akustika
- Mikrofon
- Bílý šum
- Ucho
Zpravodajství- Jak převést audio cd na mp3 Návod na převedení hudebního cédéčka do počítače na soubory mp3 nebo wav. Problematika převádění audio cédéček do počítače vás asi bude zajímat zejména tehdy, pokud máte doma sbírku hudebních cd (ať už alba z dob nástupu digitálních disků nebo nedávno zakoupené audio cd) a chcete vaši diskotéku převést do digitální podoby, ale taky třeba tehdy, [...]
- Stylové MP3 přehrávače: Buďte s vaší oblíbenou hudbou na každém rohu! Muzika prováží člověka od nepaměti. Kdysi sloužila zejménak náboženským obřadům a jiným rituálům, avšak ty doby z nás užnikdo nepamatuje. Dnes je naše oblíbená hudba s námi více než kdypředtím. Můžeme ji slyšet při nejrůznějších příležitostech, přičemž díky moderní technologii se už dávno nemusí ...
- Hovory z Lán v mp3 V digitálním archivu Václava Havla se objevily mp3 nahrávky Hovorů z Lán. Pořadu, v němž Václav Havel, coby prezident, pravidelně komentoval dění v zemi, vysílal Československý a Český rozhlas v letech 1990 až 2000.Číst dál
- Nebezpečný výrobek - Laserové zařízení s přehrávačem MP3 - Disco laser player SL-0 Praha (Pressweb) - Česká obchodní inspekce zjistila, že na trhu ČR je v nabídce pro spotřebitele výrobek, který představují pro uživatele riziko. Jedná se o Laserové zařízení s přehrávačem MP3 – Disco laser player SL-0, zařízení vyřazuje viditelné laserové záření s dvěma vlnovými délkami, interní pamětí 1G a dálkovým ovladačem.
- Související informace lze nalézt také v článku Dopplerův jev.<\/li> <\/ul>
- Související informace lze nalézt také v článku rychlost zvuku.<\/li> <\/ul>
- <\/li> <\/ul>
- <\/li> <\/ul>
- <\/li> <\/ul>
- Zpravodajství
- Jak převést audio cd na mp3 Návod na převedení hudebního cédéčka do počítače na soubory mp3 nebo wav. Problematika převádění audio cédéček do počítače vás asi bude zajímat zejména tehdy, pokud máte doma sbírku hudebních cd (ať už alba z dob nástupu digitálních disků nebo nedávno zakoupené audio cd) a chcete vaši diskotéku převést do digitální podoby, ale taky třeba tehdy, [...]
- Stylové MP3 přehrávače: Buďte s vaší oblíbenou hudbou na každém rohu! Muzika prováží člověka od nepaměti. Kdysi sloužila zejménak náboženským obřadům a jiným rituálům, avšak ty doby z nás užnikdo nepamatuje. Dnes je naše oblíbená hudba s námi více než kdypředtím. Můžeme ji slyšet při nejrůznějších příležitostech, přičemž díky moderní technologii se už dávno nemusí ...
