ZVUK

Zvuk je každé pozdĺžne mechanické vlnenie v látkovom prostredí, ktoré je schopné vyvolať v ľudskom uchu sluchový vnem. Frekvencia tohto vlnenia leží približne v rozsahu 20 Hz až 20 kHz (záleží na individuálnych danostiach človeka), mimo týchto hraníc človek zvuk nevníma. V širšom zmysle je možné považovať za zvuk aj vlnenie mimo tohto rozsahu, teda infrazvuk a ultrazvuk.

Zvuk je teda časť spektra mechanického vlnenia vzduchu, ktorú je schopný vnímať človek, v širšom ponímaní, ktorú je schopný vnímať živočich.
Zvuk s frekvenciou nižšou než 20 Hz (ktorý počuje napr. slon) nazývame infrazvuk. Zvuk s frekvenciou vyššou ako 20 kHz (napr. delfín, alebo netopiere vnímajú zvuk až do frekvencií okolo 150 kHz) nazývame ultrazvuk.

Vznik a šírenie zvuku

Zvuk vzniká kmitaním hmoty, ktorá toto kmitanie odovzdáva hmotným časticiam v prostredí ktoré ho obklopuje napr. vzduchu, vode, kovu atď. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc, ktoré postupujú ako zvuková vlna rýchlosťou, ktorú označujeme rýchlosťou zvuku. Počet týchto zhustení a zriedení za sekundu sa nazýva frekvencie (staršie označenie kmitočet).

Zvuk sa šíri jedine v hmotnom prostredí. Z toho vyplýva, že vo vákuu nemôže nastať šírenie zvuku, pretože vákuum neobsahuje žiadne hmotné častice.

Rýchlosť šírenia zvuku

Rýchlosť šírenia zvuku závisí na fyzikálnom stave prostredia, v ktorom sa šíri. Pre vzduch s atmosferickým tlakom 1 013,25 hPa v nulovej nadmorskej výške pri teplote 20°C je rýchlosť šírenia zvuku c = 343 m/s

Medzi frekvenciou, rýchlosťou šírenia zvuku a vlnovou dĺžkou zvukovej vlny platí vzťah:

Rýchlosť šírenia zvuku teda závisí od tlaku, teploty a vlhkosti vzduchu (zmena o 0,5 m/s pri zmene relatívnej vlhkosti 0 až 100%). Príklady rýchlosti šírenia zvuku v látkach:

Hustejšie látky vedú zvuk rýchlejšie.

Zdroj zvuku

Zdroj zvukového vlnenia sa nazýva zdroj zvuku a prostredie v kterom sa vlnenie šíri, nazývame vodič zvuku. Vodič zvuku, obvykle vzduch, zprostredkuje spojenie medzi zdrojom zvuku a prijímačom (detektorom), ktorým je obvykle ucho, alebo technické zariadenia (mikrofón). Zvuky sa šíria v každom hmotnom prostredí napr. aj vodou) a pevnými látkami. Podľa schopnosti látky viesť, resp. pohlcovať zvuk hovoríme o dobrých a zlých vodičoch zvuku.

Zdrojom zvuku je kmitajúce teleso. Záleží však aj na jeho schopnosti tento zvuk odovzdať (preniesť) na okolité prostredie. Dôležitou vlastnosťou je tvar telesa a tvar jeho okolia. Struna napnutá mezi dvoma pevnými bodami telesa s veľkou hmotnosťou nie je dobrý zdroj zvuku, pretože pri kmitaní struny vzniká pretlak v smere jej pohybu ale súčasne i podtlak na opačnej strane. Vzniká akustický skrat. Preto sa v strunových nástrojoch používa rezonančná doska, ktorá je v skutočnosti zdrojom zvuku gitary.

Zdrojom zvuku sú okrem telies s vlastným kmitaním aj umelé zdroje, ktoré kmitajú tzv. vynúteným kmitaním (reproduktor, hlasivky, krídelká svrčka a pod.

Zvuk z hľadiska vnímania

Zvuky (z hľadiska človeka a jeho vnímania) môžeme rozdeliť na hudobné (tóny) a nehudobné (hluky). Tóny vznikajú pri pravidelnom, periodicky sa opakujúcom kmitaní. Pri počuvaní vzniká v mozgu dojem určitej výšky , preto sa tóny používajú v hudbe. Zdrojom hudobných zvukov môžu byť okrem hlasiviek aj rôzne hudobné nástroje. Hlukom označujeme nepravidelné vlnenie, vznikajúcí ako zložité nepravidelné kmitanie telies. Rozdiel medzi tónmi a hlukom je malý a súvisí s ponímaním zvuku jednotlivcom.

Parametre zvuku

Každý zvuk sa vyznačuje svojou fyzikálnou intenzitou hladina zvuku meraná v dB, a fyziologickou hladinou své hlasitosti, čo je vlastne amplitúda. Mimo to sa hudobné zvuky vyznačujú frekvenciou, ktorá určuje ich výšku. Treťou základnou vlastnosťou zvuku je priebeh kmitania, ovplyvňujúci jeho zafarbenie. Trvanie zvuku v čase určuje jeho dĺžku.

Zvuky v bežnom živote vnímame ako hlasné alebo tiché. Pre porovnanie hlasitosti zvuku sa používa fyzikálna veličina hladina zvuku. Jej jednotka je bel (B), používa sa však prevažne jej desatina decibel (dB). Začiatkom stupnice je 0 dB (prah počuteľnosti pre tón o frekvencii 1000 Hz). Úplná nula neexistuje, pretože ucho (mozog) si vytvára vlastný šum a reaguje aj na najmenšie zmeny akustického tlaku. Zvuky presahujúce intenzitu 130 dB sú „bolestivé” a ich posluch je nepríjemný a poškodzuje sluch. Príklady zvukov: 10 dB šumenie trávy, 20 dB šepot, 40 dB mestský hluk v pozadí, 50 dB bežný hluk pri rozhovore, 60 dB rušná ulica, 80 dB maximálna úroveň TV zvuku, 90 dB motocykel, 110 dB rockový koncert, 120 dB prúdové lietadlo.

Dynamický rozsah Dynamický rozsah ľudského ucha je rozdiel medzi najhlasnejším a najtišším počuteľným zvukom je uprostred počuteľného frekvenčného pásma asi 120 dB. Na okrajoch pásma je oveľa menšia.

Rozlišovanie frekvencie. Schopnost rozlíšiť frekvencie tónov sa u každého človeka líši a je závislá na konkrétnej frekvencii. Uprostred počuteľného frekvenčného pásma je možné rozlíšiť zmenu frekvencie o niekoľko desatín Hz. Na okrajoch pásma je rozlišovacia schopnosť výrazne nižšia.

Zvukové spektrum

Zvukové spektrum delíme na niekoľko frekvenčných pásiem. Hranice nie sú pevne dané.

• nízke tóny (basové) - zvuky hromu a výstrelov, údery na bubon, zvuky basy, frekvencie cca 20 Hz – 3kHz
• stredné tóny - reč, ruchy ulice,dávajú zvuku energiu (ľudské ucho je citlivé práve na túto spektrálnu oblasť), frekvencie cca 300 Hz – 11 kHz
• ľudský hlas - narába zo základným tónom okolo 400 Hz. Tento sa môže meniť polohou jazyka, zubov, pier v rozsahu asi od 175 Hz do 3700 Hz. Na túto časť zvukového spektra je ľudské ucho najcitlivejšie.
• vysoké tóny - píšťala, frekvencie cca 1.5 kHz až 20 kHz

Príklady frekvencií bežných zvukov:

10 Hz - dunenie v zemi, zemetrasenie

20 Hz - najnižšia počuteľná frekvencia

27 Hz - najnižší tón na klavíri

50 Hz - nízky hlas speváka

80 Hz - nízky hlas muža

263 Hz - stredná nota na klavíri

400 Hz - spektrum ženskej reči

1000 Hz - základný tón

4186 Hz - najvyššia nota na klavíri

10000 Hz - sykavky

20000 Hz - najvyššia počuteľná frekvencia