Znieť

Vysvetlíme, aký zvuk, jeho vlastnosti, ako sa vyskytuje, a typy, ktoré sú

postava 1. Prasknutie zvukovej bariéry

Aký je zvuk?

On znieť Je definované ako narušenie, že šírením v médiu ako vzduch, striedavo vytvára kompresie a expanzie v ňom. Tieto zmeny tlaku vzduchu a hustoty dosahujú ucho a sú interpretované mozgom ako sluchové pocity.

Zvuky sprevádzajú život od jeho vzniku a sú súčasťou nástrojov, ktoré zvieratá musia navzájom komunikovať a so svojím okolím. Niektorí ľudia hovoria, že rastliny tiež počúvajú, ale v každom prípade by mohli vnímať vibrácie životného prostredia, aj keď nemajú sluchové aparáty, ako sú vyššie zvieratá.

Okrem použitia zvuku na komunikáciu prostredníctvom reči ho ľudia používajú ako umelecký výraz prostredníctvom hudby. Všetky kultúry, staré a nedávne, majú hudobné prejavy všetkého druhu, prostredníctvom ktorých rozprávajú ich príbehy, zvyky, náboženské presvedčenie a pocity.

Zvukové vlastnosti (vlastnosti)

Vo svojej najjednoduchšej podobe môže byť zvuková vlna opísaná ako sínusová vlna, ktorá sa šíri v priebehu času a priestoru, ako je tá, ktorá je nižšia. Tam sa pozoruje, že vlna je periodická, to znamená, že má formu, ktorá sa v priebehu času opakuje.

Byť pozdĺžnou vlnou, smerom šírenia a smerom, v ktorom sú častice média, ktoré vibrujú, sú rovnaké.

Parametre zvukovej vlny

Obrázok 2. Zvuk je pozdĺžna vlna, narušenie sa šíri rovnakým smerom, v ktorom molekuly zažívajú ich posun. Zdroj: Wikimedia Commons.

Parametre zvukovej vlny sú:

• T -perióda: Je čas potrebný na opakovanie vlnovej fázy. V medzinárodnom systéme sa meria v sekundách.
• Cyklovanie: Je to časť vlny obsiahnutej v období a pokrýva z jedného bodu do druhého, ktorá má rovnakú výšku a rovnaký svah. Môže to byť z jedného údolia do druhého, od jedného hrebeňa do druhého alebo z akéhokoľvek bodu k druhému, ktorý spĺňa opísanú špecifikáciu.
• Vlnová dĺžka λ: Je to vzdialenosť medzi jedným hrebeňom a druhým vlne, medzi jedným údolím a druhým alebo všeobecne medzi jedným bodom a ďalším s rovnakou výškou a čakajúcim. Byť dĺžkou sa meria v metroch, hoci iné jednotky sú vhodnejšie v závislosti od typu vlny.
• Frekvencia f: Je definovaný ako počet cyklov na jednotku času. Jeho jednotka je Hertz (Hz).
• Amplitúda A: zodpovedá maximálnej výške vlny vzhľadom na horizontálnu os.

Ako zvuk produkuje a šíri?

Zvuk sa vyskytuje, keď je viblovaný objekt, ktorý je ponorený do materiálového média. Keď sa rušenie šíri, energia sa prenáša do stredných molekúl, ktoré navzájom interagujú, prostredníctvom expanzií a kompresií. Materiálne médium je vždy potrebné na šírenie zvuku, či už pevné, tekuté alebo plyn.

Keď narušenie vzduchu dosiahne ucho, variácie tlaku vzduchu spôsobujú, že Viber do ušného bubna. To má za následok elektrické impulzy, ktoré sa prenášajú do mozgu sluchovým nervom, a keď sa impulzy prekladajú do zvuku.

Rýchlosť zvuku

Rýchlosť mechanických vĺn v danom médiu sleduje tento vzťah:

Môže vám slúžiť: Difrakcia zvuku: Čo je, príklady, aplikácie

Zvuk je mechanická vlna, preto rýchlosť zvuku v médiu bude závisieť od toho, ako je stlačiteľná (elastická vlastnosť) a ako hustá (zotrvačná vlastnosť).

Napríklad pri šírení v plyne, ako je vzduch, sa rýchlosť zvuku môže vypočítať ako:

Kde B je modul vzduchu alebo strednej stlačiteľnosti a ρ jeho hustota. Vo vzduchu je rýchlosť zvuku 343 m/s, ale táto hodnota, hoci sa dá považovať za konštantnú pre mnohé aplikácie, je ovplyvnená inými premennými, ako je napríklad teplota.

Keď sa teplota zvyšuje, rýchlosť zvuku tiež robí, pretože stredné molekuly sú ochotnejšie vibrovať a prenášať vibrácie svojimi pohybmi. Tlak na druhej strane nemá vplyv na jeho hodnotu.

Vzťah medzi vlnovou dĺžkou a frekvenciou

Už sme videli, že čas, ktorý je potrebný na dokončenie vlny, je obdobie, zatiaľ čo vzdialenosť v tomto časovom období je rovnocenná s vlnovou dĺžkou. Preto je rýchlosť v zvuku definovaná ako:

V = λ/t

Na druhej strane, frekvencia a obdobie sú spojené s inverziou druhej, ako je táto:

F = 1/t

Čo vedie k:

v = λ.F

Rozsah zvukových frekvencií u ľudí je medzi 20 a 20.000 Hz, preto je vlnová dĺžka zvuku medzi 1.7 cm a 17 m pri výmene hodnôt v predchádzajúcej rovnici.

Tieto vlnové dĺžky sú veľkosťou bežných objektov, ktoré ovplyvňujú šírenie zvuku, pretože je vlnou, prežíva odraz, lom a difrakciu, keď sa stretnete s prekážkami.

Experimentovanie difrakcie znamená, že zvuk je ovplyvnený, keď beží s prekážkami a otvormi, ktorých veľkosť je podobná ako jeho alebo menšia vlnová dĺžka.

Závažné zvuky sa môžu lepšie šíriť na veľké vzdialenosti, takže slony používajú infrasonické (veľmi nízkofrekvenčné zvuky, nepočuteľné pre ľudské ucho) na komunikáciu prostredníctvom svojich rozsiahlych území.

Tiež, keď je hudba v neďalekej miestnosti, nízke sú počuť lepšie ako akútne, pretože ich vlnová dĺžka je viac -menej podobná veľkosti dverí a okien. Na druhej strane, keď opustia miestnosť, sú akútne zvuky ľahko stratené, a preto prestanú počúvať.

Ako sa meria zvuk?

Zvuk pozostáva zo série kompresií a zriedkavých vysielaní vzduchu, takže pri šírení zvuk spôsobuje zvyšovanie a znižovanie tlaku. V medzinárodnom systéme sa tlak meria v Pascale, ktorý je skrátený PA.

Čo sa stane, je to, že tieto zmeny sú veľmi malé v porovnaní s atmosférickým tlakom, ktorý má hodnotu asi 101.000 PA.

Dokonca aj najintenzívnejšie zvuky produkujú výkyvy takmer 20-30 PA (prah bolesti), v porovnaní s pomerne malým množstvom. Ale ak sa meria tieto zmeny, existuje spôsob, ako zmerať zvuk.

Zvukový tlak je rozdiel medzi atmosférickým tlakom so zvukom a atmosférickým tlakom bez zvuku. Ako sme už povedali, najintenzívnejšie zvuky vytvárajú zvukové tlaky 20 Pa, zatiaľ čo najslabšia príčina asi 0.00002 PA (prahová hodnota zvuku).

Pretože rozsah zvukových tlakov pokrýva niekoľko síl po 10, bolo by vhodné použiť logaritmickú stupnicu na ich označenie.

Môže vám slúžiť: náhodná chyba: vzorec a rovnice, výpočet, príklady, cvičenia

Na druhej strane sa zistilo, že ľudia vnímajú zmeny malých intenzívnych zvukov ako zmeny rovnakej veľkosti, ale v intenzívnejších zvukoch intenzívnejšie.

Napríklad, ak sa zvukový tlak zvyšuje o 1, 2, 4, 8, 16 ..., ucho vníma zvýšenie 1, 2, 3, 4 ... Intenzita. Preto je vhodné definovať novú veľkosť zvanú Úroveň zvukového tlaku (Úroveň zvukového tlaku) l_P, definovaný ako:

L_P = 20 log (P₁ / P_ani)

Kde p_ani Je to referenčný tlak, ktorý sa používa ako prah sluchu a P₁ Je to Efektívny priemerný tlak alebo tlak RMS. Tento RMS alebo priemerný tlak je ten, ktorý vníma ucho ako priemernú energiu zvukového signálu.

Decibely

Výsledok predchádzajúceho výrazu pre L_P, Pri vyhodnotení pre rôzne hodnoty P₁, Je uvedený v decibely, Dodatočná suma. Vyjadrenie úrovne zvukového tlaku je veľmi pohodlné, pretože logaritmy premenia veľké čísla na menšie a zvládnuteľnejšie čísla.

V mnohých prípadoch sa však uprednostňuje používanie intenzita zvuku Určiť decibely, a nie zvukový tlak.

Intenzita zvuku je energia, ktorá tečie druhý (výkon) cez jednotný povrch orientovaný kolmo na smer, v ktorom sa vlna šíri. Rovnako ako zvukový tlak, je to skalárna veľkosť a označuje ako ja. Jednotky I sú w/m², to znamená, že napájanie na jednotku plochy.

Dá sa preukázať, že intenzita zvuku je úmerná štvorcu zvukového tlaku:

I = p² /ρc

V tomto výraze je ρ hustota média a C je rýchlosť zvuku. Potom Úroveň intenzity zvuku L_Jo ako:

L_Jo = 10 log (i₁ / Jo_ani)

Ktorý je tiež vyjadrený v decibeloch a niekedy sa javí ako označený gréckym písmenom β. Referenčná hodnota i_ani je 1 x 10^-12 W/m². Týmto spôsobom predstavuje 0 dB dolnú hranicu ľudského sluchu, zatiaľ čo prah bolesti je v 120 dB.

Pretože ide o logaritmickú stupnicu, je potrebné zdôrazniť, ktoré malé rozdiely, množstvo decibelov má veľký rozdiel, pokiaľ ide o intenzitu zvuku.

Zvukovo

Zvuk alebo decibemeter je zariadenie používané na meranie zvukového tlaku, ktoré naznačuje opatrenie v decibeloch. Je navrhnutý tak, aby na ňu reagoval rovnakým spôsobom, ako by to ľudské ucho urobil.

Obrázok 3. Sonometer alebo decibeliter sa používa na meranie úrovne zvukového tlaku. Zdroj: Wikimedia Commons.

Skladá sa z mikrofónu na zhromažďovanie signálu, viac obvodov s zosilňovačmi a filtrami, ktoré sú zodpovedné za správne transformáciu tohto signálu na elektrický prúd a nakoniec mierku alebo obrazovku, kde ukázať výsledok čítania.

Veľa sa používajú na určenie dopadu, ktorý majú určité zvuky na ľudí av životnom prostredí. Napríklad hluk v továrňach, priemyselných odvetviach, letiskách, hluku z dopravy a mnoho ďalších.

Zvukové typy

Zvuk sa vyznačuje jeho frekvenciou. Podľa tých, ktoré môže ľudské ucho zachytiť, sú všetky zvuky klasifikované do troch kategórií: tie, ktoré počujeme, alebo Zvukové spektrum, Tie, ktoré sú často pod dolnou hranicou zvukového spektra alebo Infrasonidy, A tie, ktoré sú nad hornou hranicou, nazývané ultrazvuk.

V každom prípade, pretože zvukové vlny môžu byť prekrývané lineárne, každodenné zvuky, ktoré niekedy interpretujeme ako jedinečné, majú v skutočnosti rôzne zvuky s rôznymi, ale úzkymi frekvenciami.

Môže vám slúžiť: zatvorený elektrický obvodObrázok 4. Zvukové spektrum a frekvenčné rozsahy. Zdroj: Wikimedia Commons.

Zvukové spektrum

Ľudské ucho je navrhnuté tak, aby zachytilo širokú škálu frekvencií: medzi 20 a 20.000 Hz. Ale nie všetky frekvencie v tomto rozsahu sú vnímané s rovnakou intenzitou.

Ucho je citlivejšie vo frekvenčnom pásme medzi 500 a 6.000 Hz. Existujú však aj ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú kapacitu vnímania zvuku, napríklad vek.

Infrasonidy

Sú to zvuky, ktorých frekvencia je menšia ako 20 Hz, ale skutočnosť, že ich ľudia nemôžu počúvať, neznamená, že to iné zvieratá nemôžu urobiť. Napríklad slony ich používajú na komunikáciu, pretože infrasonidy môžu cestovať na veľké vzdialenosti.

Iné zvieratá, ako napríklad tigr, ich používajú na omráčenie svojej koristi. Infrasonidy sa tiež používajú pri detekcii veľkých predmetov.

Ultrazvuk

Mať frekvencie viac ako 20.000 Hz a sú široko používané v mnohých oblastiach. Jedným z najvýznamnejších použití ultrazvuku je nástroj lieku, diagnostická aj liečba. Obrázky získané ultrazvukom sú neinvazívne a nevyužívajú ionizujúce žiarenie.

Ultrazvuk sa tiež používa na nájdenie zlyhaní štruktúr, určovanie vzdialeností, zisťovanie prekážok počas navigácie a ďalšie. Zvieratá tiež používajú ultrazvuk a v skutočnosti takto objavila ich existencia.

Netopiere emitujú zvukové impulzy a potom interpretujú ozvenu, ktoré vyrábajú, aby odhadli vzdialenosti a lokalizovali priehrady. Pokiaľ ide o svoju stranu, môžu psi tiež počúvať ultrazvuk, a preto reagujú na píšťalku psov, že ich majiteľ nepočuje.

Singlefonic zvuk a stereofónny zvuk

Obrázok 4. V štúdii o nahrávaní je zvuk správne upravený elektronickými zariadeniami

Monofonický zvuk je zaznamenaný signál s jedným mikrofónom alebo zvukovým kanálom. Pri počúvaní slúchadiel alebo zvukových bugles, obe uši počujú presne to isté. Na druhej strane stereofónne záznamy signály s dvoma nezávislými mikrofónmi navzájom.

Mikrofóny sú umiestnené v rôznych pozíciách, aby mohli zhromažďovať rôzne zvukové tlaky toho, čo chcete zaznamenať.

Potom každé ucho dostane jednu z týchto súprav signálu a keď ich mozog spojí a interpretuje, výsledok je oveľa realistickejší ako pri počúvaní monofonických zvukov. Preto je to preferovaná metóda, pokiaľ ide o hudbu a kino, hoci jediný alebo monoaurálny zvuk sa stále používa v rádiu, najmä na rozhovory a rozhovory.

Homofónia a polyfónia

Homofónia sa hudobne pozostáva z tej istej melódie, ktorú hrá dva alebo viac hlasov alebo nástrojov. Na druhej strane sa v polyfónii objavujú dva alebo viac hlasov alebo viacerých hlasov, ktoré sledujú melódie a dokonca aj rôzne rytmy. Sada, ktorá je výsledkom týchto zvukov, je harmonická, napríklad Bachova hudba.

Vážne a akútne zvuky

Ľudské ucho diskriminuje počuteľné frekvencie, ako sú akútne, vážne alebo pančuchy. To je známe ako tón znieť.

Najvyššie frekvencie medzi 1600 a 20.000 Hz, sa považuje za akútne zvuky, pás medzi 400 a 1600 Hz zodpovedá stredným tónovým zvukom a nakoniec frekvencie v rozsahu 20 až 400 Hz sú závažné tóny.

Vážne zvuky sa líšia od akútnych zvukov, v ktorých je prvý vnímaný ako hlboký, tmavý a rachot, zatiaľ čo druhé sú ľahké, jasné, veselé a prenikajúce. Ucho ich tiež interpretuje ako intenzívnejšie, na rozdiel od vážnych zvukov, ktoré vytvárajú pocit menšej intenzity.