Zvok

Pojasnjujemo, kakšen zvok, njegove značilnosti, kako se pojavlja in vrste, ki so

Slika 1. Ruptura zvočne pregrade

Kaj je zvok?

On zvok Opredeljeno je kot motnja, ki s širjenjem v srednjem zraku izmenično proizvaja stiske in širitve v njem. Te spremembe zračnega tlaka in gostote dosežejo uho in jih možgani razlagajo kot slušne občutke.

Zvoki spremljajo življenje od njegovega začetka, saj so del orodij, ki jih morajo živali komunicirati med seboj in z okolico. Nekateri pravijo, da tudi rastline poslušajo, vsekakor pa bi lahko zaznale vibracije okolja, tudi če nimajo slušnega aparata, kot so višje živali.

Poleg uporabe zvoka za komunikacijo skozi govor, ga ljudje uporabljajo kot umetniški izraz z glasbo. Vse kulture, stare in nedavne, imajo glasbene manifestacije vseh vrst, skozi katere pripovedujejo njihove zgodbe, običaji, verska prepričanja in občutki.

Zvočne značilnosti (lastnosti)

V svoji najpreprostejši obliki lahko zvočni val opišemo kot sinusoidni val, ki se širi skozi čas in prostor, kot je tisti, ki je nižji. Tam opazimo, da je val periodičen, to je oblika, ki se sčasoma ponavlja.

Ker so vzdolžni val, so smer širjenja in smer, v kateri so delci medija, ki vibrirajo.

Parametri zvočnega vala

Slika 2. Zvok je vzdolžni val, motnja se širi v isti smeri, v kateri molekule doživljajo svoj premik. Vir: Wikimedia Commons.

Parametri zvočnega vala so:

• T -PERIOD: Čas je, da ponovimo valovno fazo. V mednarodnem sistemu se meri v nekaj sekundah.
• Cikel: To je del vala, ki ga vsebuje obdobje, in pokriva od ene točke do druge, ki ima enako višino in enako naklon. Lahko je od ene doline do druge, od enega grebena do drugega ali od katere koli točke do druge, ki ustreza opisani specifikaciji.
• Valovna dolžina λ: To je razdalja med enim grebenom in drugim valom, med eno dolino in drugo ali na splošno med eno točko in drugo z enako višino in čakanjem. Dolžina se meri v metrih, čeprav so druge enote primernejše, odvisno od vrste vala.
• Frekvenca f: Opredeljen je kot število ciklov na enoto časa. Njegova enota je Hertz (HZ).
• Amplituda A: ustreza največji višini vala glede na vodoravno osi.

Kako zvok proizvaja in se razmnožuje?

Zvok se pojavi, ko je vibriran predmet, ki je potopljen v materialni medij. Ko se motenja širi, se energija prenaša na srednje molekule, ki medsebojno delujejo, s širitvami in stiskami. Za širjenje zvoka je vedno potreben materialni medij, bodisi trdno, tekočino ali plin.

Ko motnje zraka dosežejo uho, razlike v zračnem tlaku naredijo ušesni viber. To ima za posledico električne impulze, ki jih slušni živec prenaša v možgane, in ko se impulzi prevedejo v zvok.

Hitrost zvoka

Hitrost mehanskih valov v določenem mediju sledi temu razmerju:

Vam lahko služi: difrakcija zvoka: kaj je, primeri, aplikacije

Zvok je mehanski val, zato bo hitrost zvoka v mediju odvisna od tega, kako stisljiva je (elastična lastnost) in kako gosta (inercialna lastnost).

Na primer pri širjenju v plinu, kot je zrak, lahko hitrost zvoka izračunamo kot:

Kjer je b modul zračne ali srednje stisljivosti in ρ njegova gostota. V zraku je hitrost zvoka 343 m/s, vendar na to vrednost, čeprav se lahko šteje za konstantno za številne aplikacije, vplivajo druge spremenljivke, kot je temperatura.

Ko se temperatura zvišuje, tudi hitrost zvoka, saj so srednje molekule bolj pripravljene vibrirati in prenašati vibracije skozi njihove gibe. Pritisk na drugi strani ne vpliva na njegovo vrednost.

Razmerje med valovno dolžino in frekvenco

Že smo videli, da je čas, ki je potreben, da val zaključi cikel, obdobje, medtem ko je razdalja v tem časovnem obdobju enakovredna valovni dolžini. Zato je hitrost V zvoka opredeljena kot:

V = λ/t

Po drugi strani sta frekvenca in obdobje povezana, saj sta obratna od drugega, kot je ta:

F = 1/t

Kar vodi do:

v = λ.F

Slisno frekvenčno območje pri ljudeh je med 20 in 20.000 Hz, zato je valovna dolžina zvoka med 1.7 cm in 17 m pri zamenjavi vrednosti v prejšnji enačbi.

Te valovne dolžine so velikost skupnih predmetov, ki vplivajo.

Eksperimentiranje difrakcije pomeni, da na zvok vpliva, ko teče z ovirami in odprtinami, katerih velikost je podobna njegovi ali manjši valovni dolžini.

Hudi zvoki se lahko bolje širijo po dolgih razdaljah, zato sloni uporabljajo infrasonične (zelo nizke frekvenčne zvoke, neslišne za človeško uho) za komunikacijo s svojimi obsežnimi ozemlji.

Tudi ko je v bližnji sobi glasba, se nizki slišijo bolje kot akutni, saj je njihova valovna dolžina bolj ali manj podobna velikosti vrat in oken. Po drugi strani pa se akutni zvoki zlahka izgubijo in zato nehajo poslušati.

Kako se meri zvok?

Zvok je sestavljen iz niza stiskanja in redčenja zraka, tako da se pri širjenju zvok poveča in zmanjšuje tlak. V mednarodnem sistemu se tlak meri v Pascalu, ki je skrajšano PA.

Kar se zgodi, je, da so te spremembe zelo majhne v primerjavi z atmosferskim pritiskom, kar je vredno približno 101.000 Pa.

Tudi najbolj intenzivni zvoki povzročajo nihanja le približno 20-30 Pa (prag bolečine), v primerjavi s precej majhno količino. Če pa se te spremembe merijo, potem obstaja način za merjenje zvoka.

Zvočni tlak je razlika med atmosferskim tlakom z zvokom in atmosferskim tlakom brez zvoka. Kot smo že rekli, najintentnejši zvoki povzročajo zvočne pritiske 20 Pa, najšibkejši vzrok približno 0.00002 PA (prag zvoka).

Ker obseg zvočnih tlakov zajema več moči 10, bi bilo priročno uporabiti logaritmično lestvico, da jih označite.

Vam lahko služi: Naključna napaka: formula in enačbe, izračun, primeri, vaje

Po drugi strani je bilo ugotovljeno, da ljudje dojemajo spremembe v majhnih intenzivnih zvokih, kot pa spremembami enake velikosti, vendar v intenzivnih zvokih bolj intenzivne.

Na primer, če se zvočni tlak poveča za 1, 2, 4, 8, 16 ..., uho zazna, da se poveča za 1, 2, 3, 4 ... intenzivnost. Zato je priročno določiti novo oznako, imenovano Raven zvočnega tlaka (Raven zvočnega tlaka) l_Str, definirano kot:

L_Str = 20 dnevnika (str₁ / P_tudi)

Kjer p_tudi To je referenčni tlak kot prag sluha in P₁ Je Učinkovit povprečni tlak ali RMS tlak. Ta RMS ali povprečni tlak je tisti, ki uho dojema kot povprečno energijo zvočnega signala.

Decibeli

Rezultat prejšnjega izraza za L_Str, Ko se oceni za različne vrednosti P₁, Dana je v decibeli, Dodaten znesek. Izražanje ravni zvočnega tlaka je zelo priročno, saj logaritmi velike številke spremenijo v manjše in bolj obvladljive številke.

Vendar je v mnogih primerih raje uporabljati intenzivnost zvoka Za določitev decibelov in ne zvočnega tlaka.

Intenzivnost zvoka je energija, ki teče za sekundo (moč) skozi enotno površinsko usmerjeno pravokotno v smer, v kateri se val širi. Tako kot zvočni tlak je tudi skalarna velikost in označuje kot jaz. Enote I so w/m², to pomeni, da moč na enoto.

Lahko je dokazano, da je intenzivnost zvoka sorazmerna s kvadratom zvočnega tlaka:

I = p² /ρc

V tem izrazu je ρ gostota medija in C je hitrost zvoka. Potem Stopnja intenzivnosti zvoka L_Yo kot:

L_Yo = 10 dnevnika (i₁ / Yo_tudi)

Ki se izraža tudi v decibelih in se včasih zdi označen z grško črko β. Referenčna vrednost i_tudi je 1 x 10^-12 W/m². Na ta način 0 dB predstavlja spodnjo mejo človeškega sluha, medtem ko je prag bolečine v 120 dB.

Ker gre za logaritmično lestvico, je treba poudariti, katere majhne razlike količina decibelov močno vpliva na intenzivnost zvoka.

Zvočni merilnik

Zvok ali decibelimeter je naprava, ki se uporablja za merjenje zvočnega tlaka, kar kaže na ukrep v decibelih. Je zasnovan tako, da se nanjo odzove na enak način, kot bi to storilo človeško uho.

Slika 3. Sonometer ali decibelimeter se uporablja za merjenje ravni zvočnega tlaka. Vir: Wikimedia Commons.

Sestavljen je iz mikrofona za zbiranje signala, več vezij z ojačevalniki in filtri, ki so odgovorni za pravilno preoblikovanje tega signala v električni tok in na koncu lestvico ali zaslon, kjer prikazati rezultat branja.

Veliko se uporabljajo za določitev vpliva, ki ga imajo določeni hrup na ljudi in v okolju. Na primer hrup v tovarnah, panogah, letališčih, prometnem hrupu in mnogih drugih.

Vrste zvoka

Za zvok je značilna njegova frekvenca. Glede na tiste, ki jih človeško uho lahko zajame, so vsi zvoki razvrščeni v tri kategorije: tiste, ki jih lahko slišimo oz Slišni spekter, Tiste, ki so pogosto pod spodnjo mejo zvočnega spektra oz Infrasonidi, In tiste, ki so nad zgornjo mejo, imenovani ultrazvok.

V vsakem primeru, ker se zvočni valovi lahko linearno nalagajo, so vsakdanji zvoki, ki jih včasih razlagamo kot edinstvene, pravzaprav različnih zvokov z različnimi, a bližnjimi frekvencami.

Vam lahko služi: zaprto električno vezjeSlika 4. Zvočni spekter in frekvenčni razponi. Vir: Wikimedia Commons.

Slišni spekter

Človeško uho je zasnovano tako, da zajame široko paleto frekvenc: med 20 in 20.000 Hz. Vendar niso vse frekvence v tem območju zaznane z enako intenzivnostjo.

Uho je bolj občutljivo v frekvenčnem pasu med 500 in 6.000 Hz. Vendar obstajajo tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na sposobnost zaznavanja zvoka, kot je starost.

Infrasonidi

So zvoki, katerih frekvenca je manjša od 20 Hz, vendar dejstvo, da jih ljudje ne morejo poslušati, še ne pomeni, da druge živali tega ne morejo storiti. Na primer, sloni jih uporabljajo za komunikacijo, saj infrasonidi lahko prevozijo na dolge razdalje.

Druge živali, na primer tiger, jih uporabljajo za omamljeno plen. Infrasonidi se uporabljajo tudi pri odkrivanju velikih predmetov.

Ultrazvok

Imajo frekvence večje od 20.000 Hz in se pogosto uporabljajo na številnih poljih. Ena najpomembnejših uporabe ultrazvoka je kot orodje za medicino, diagnostiko in zdravljenje. Slike, ki jih dobijo ultrazvok, niso invazivne in ne uporabljajo ionizirajočega sevanja.

Ultrazvok se uporablja tudi za iskanje okvar struktur, določanje razdalj, zaznavanje ovir med navigacijo in še več. Živali uporabljajo tudi ultrazvok in v resnici je bilo odkritje njihovega obstoja.

Netopirji oddajajo zvočne impulze in nato razlagajo odmev, ki ga proizvajajo, da ocenijo razdalje in najdejo jezove. Psi lahko poslušajo tudi ultrazvok in zato se odzivajo na pasje žvižganje, ki ga njihov lastnik ne more slišati.

Enofonični zvok in stereo zvok

Slika 4. V študiji snemanja zvok pravilno spreminja elektronske naprave

Monofonični zvok je posneti signal z enim mikrofonom ali zvočnim kanalom. Med poslušanjem s slušalkami ali zvočnimi hrošči se oba ušesa slišita popolnoma enako. Po drugi strani pa stereo zvočni zapisi signalizirajo z dvema neodvisnima mikrofonoma drug z drugim.

Mikrofoni so nameščeni v različnih položajih, tako da lahko zbirajo različne zvočne pritiske tistega, kar želite posneti.

Potem vsako uho prejme eno od teh signalnih nizov, in ko jih možgani združijo in razlagajo, je rezultat veliko bolj realen kot pri poslušanju monofonskih zvokov. Zato je to najprimernejša metoda, ko gre za glasbo in kino, čeprav se na radiu še vedno uporablja en sam ali monoaralni zvok, zlasti za intervjuje in pogovore.

Homofonija in polifonija

Glasbeno gledano homofonija sestavlja ista melodija, ki jo igrata dva ali več glasov ali instrumentov. Po drugi strani pa se v polifoniji pojavita dva ali več glasov ali instrumentov, ki sledijo melodijam in celo različnim ritmom. Nabor, ki rezultat teh zvokov, je harmoničen, kot je Bachova glasba.

Resni in akutni zvoki

Človeško uho diskriminira zvočne frekvence, kot so akutne, resne ali nogavice. To je tisto, kar je znano kot ton zvok.

Najvišje frekvence, med 1600 in 20.000 Hz, veljajo za akutni zvoki, pas med 400 in 1600 Hz ustreza zvokom srednjega in končno frekvence v območju od 20 do 400 Hz so hudi toni.

Resni zvoki se razlikujejo od akutnih, v katerih prvi dojemamo kot globoko, temno in ropotanje, medtem ko so slednji lahki, jasni, veseli in prodorni. Uho jih razlaga tudi kot bolj intenzivne, za razliko od resnih zvokov, ki ustvarjajo občutek manj intenzivnosti.