1 / 50

AKUSTIKA

AKUSTIKA. Author: Hana Čenčariková Andrea Semaničová Konzultanti: RNDr. Marián Kireš, PhD Vladimír Bak Kontaktné adresy: Semand00 @duro.science.upjs.sk Cenhan00@duro.science.upjs.sk.

cambria
Download Presentation

AKUSTIKA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. AKUSTIKA Author: Hana Čenčariková Andrea Semaničová Konzultanti: RNDr. Marián Kireš,PhD Vladimír Bak Kontaktné adresy: Semand00@duro.science.upjs.sk Cenhan00@duro.science.upjs.sk

  2. Táto prezentácia je určená pre učiteľov fyziky stredných škôl a gymnázií. Nájdete tu množstvo zaujímavých a podnetných nápadov, ktoré Vám pomôžu spestriť hodiny a motivovať žiakov.Ďakujeme RNDr. Kirešovi za odborné rady z fyziky a Vladkovi Bakovi za tvorbu zvukov použitých v tejto prezentácii. Autori

  3. OBSAH: obsah 1/2 Prečo počujeme náraz kladiva Čo je zvuk? Prvopočiatky Sauveurov pokus Fyziologická akustika: Vysielač Prijímač Zaujímavosti Fyzikálna akustika:Rýchlosť Intenzita Frekvencia Vlnová dĺžka Iné: Odraz Ohyb Lom Zaujímavosti Blesk Pohlcovanie zvuku Dopplerov jav

  4. obsah 2/2 Bioakustika:Pavúk, Netopier, Veľryba Ako môžeme počuť infrazvuk? Elektroakustika:Záznam zvuku Gramofón Gramofónová platňa CD MP3 Hudobná akustika: Výška Farba Hlasitosť Druhy hudobných nástrojov Stavebná akustika: Zaujímavosti Ochrana proti hluku Protihlukové opatrenia Ultrazvuk Zoznam literatúry

  5. Prečo počujeme náraz kladiva na klinec? • Nárazom kladiva sa klinec začne chvieť. Tento nepatrný pohyb klinca spôsobí zhusťovanie a následné zrieďovanie vzduchu v jeho blízkosti. Vzniká zvuková vlna. Zvuková vlna sa šíri priestorom všetkými smermi. Ak ju zachytíme uchom, a má správnu frekvenciu, vyvoláva zvukový vnem.

  6. Čo je zvuk?Čo je zvuk?1/2 • Zvuk je mechanické vlnenie pozdĺžne alebo priečne v rozsahu od 16 Hz do 16 kHz, kotré v ľudskom uchu vyvoláva zvukový vnem. • Mechanické vlnenie pod 16 Hz sa nazývainfrazvuk, nad 16 kHz ultrazvuk. • Výskumom zvuku sa zaoberá akustika. Delí sa na:• fyziologickú• fyzikálnu• hudobnú• stavebnú• elektroakustiku• bioakustiku

  7. Čo je zvuk?2/2 • Zvuk sa môže šíriť iba hmotným prostredím. Príčinou šírenia mechanického vlnenia je existencia väzbových síl medzi atómami (resp. molekulami) prostredia, ktorým sa vlnenie šíri. najlepšie nešíri sa vôbec tuhé látky > kvapaliny > plyny > > > vákuum vzduch (najčastejšie) • V tekutinách sa zvuk šíri pozdĺžne. Jeho rýchlosť možno popísať vzťahom v1= • V tuhých látkach sa zvuk šíri pozdĺžne aj priečne . Popisujeme ho vzťahom v2= , kde E je modul pružnosti v ťahu a G je modul pružnosti v torzii. • Rýchlosťšírenia zvukového vlnenia závisí od materiálnych konštánt, modulu elasticity a hustoty vodivej látky.

  8. Prvopočiatkyhistória 1/2 • Okolo roku 390 p. n. l. fyzik Archytas z Tarentu objavil závislosť akustickej výšky tónu od počtu kmitov. • Okolo roku 250 n. l. v Rímskej ríši vznikli obrovské amfiteátre s mimoriadne dobrými akustickými vlastnosťami. • Medzi rokmi 1900 - 2. sv.vojnou akustika získala nové možnosti technickým využitímultrazvukua v kombinácií s výsledkami vysokofrekvenčnej techniky to viedlo, okrem iného, k praktickému využitiu piezoelektrického javu. • Okolo roku 1935 Sergej J. Sokolov vynašiel skúšanie materiálu ultrazvukom. Skúmaný materiál sa vystaví pôsobeniu ultrazvukového vysielača, vlny ktoré cez neho prejdú, sa zaznamenajú príjimačom a zviditeľňujú sa na obrazovke ako tzv. sonogram. Technici tak získavajú poznatky o nepravidelnosti vyskytujúcej sa v skúmanom materiále.

  9. Sauveurov pokus : história 2/2 • Rok 1780 - francúzky fyzik Josef Sauveur sformuloval teóriu o vibračnom a vlnovom charaktere zvuku, zistil hranice počutelnosti pre nízke a vysoké frekvencie a znázornil stojaté vlny na vibrujúcich strunách pomocou papierových bežcov. Náuku o zvuku nazval akustika. Zaoberal sa najmäf, λ a určil vzťahy medzi nimi. Zaoberal sa tzv. záznejmi (záchvevmi, pulzáciami) teda zosilňujúcou sa a slabnúcou akustickou superpozíciou dvoch tónov s veľmi blízkymi frekvenciami. • Sauver určoval vlnovú dĺžku tak, že na vibrujúcej strune hľadal tzv. kmitové uzly, teda body, v ktorých je vlna v stave pokoja, zatiaľ čo v kmitni vykazujú najväčšiu výchylku. V týchto uzloch sa možno struny dotknúť a farba zvuku vydávaného tónu sa pri tom nezmení. Papierové bežce nastavené na týchto miestach ostávajú aj pri kmitaní nehybné. Vlnovú dĺžku Sauveur bezprostredne určoval ako dvojnásobnú vzdialenosť medzi dvoma takýmito uzlami. pokus

  10. Fyziologická akustika Fyziologická akustika fyziologická akustika 1/6 Zaoberá sa vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka (vysielač) a sluchovým orgánom (prijímač). Frekvenčný rozsah počuteľnosti u človeka sa udáva od 16 Hz do 16 kHz. Avšak pre každého z nás je to rôzne. Niekto počuje vysoké tóny a niekto nie, preto hovoríme pri zvuku o subjektívnom vnímaní. ucho

  11. Vysielač:fyziologická akustika 2/6 Najdôležitejšiu úlohu pri tvorbe zvuku v ľudskom tele majú hrtan, hlasivky, jazyk, pery a mäkké podnebie. Hrtanfunguje ako ventil, ktorý stráži vstup do pľúc. Nad ním je umiestnená príchlopka, ktorá pohybom nadol zakrýva hlasivky a štrbinu medzi zadnou časťou hrdla a hrtanom. Hlasivky fungujú podobne ako jazýček v dychových nástrojoch. Vibrujú a vytvárané zvuky sa modifikujú hrdlom, nosom a ústami. Vibrácia hlasiviek počas reči vzniká vtedy, keď sa hlasivková štrbina zúži a vzduch z pľúc je vytlačený cez hlasivky a hrtan. Nazývame to fonácia. Hlasitosť zvuku reguluje sila akou je vzduch vypudený z pľúc. Výšku zvuku určuje dĺžka a napätie hlasiviek. Prirodzená hĺbka a farba hlasu závisí od tvaru hrdla, nosa a úst. Jazyk, pery, mäkké podnebie a dutiny dávajú hlasu rezonanciu. Poloha jazyka a pier má dôležitú úlohu pri tvorbe hlások. Napríklad ak vyslovíme zvuk „B“, pery sú najskôr zovreté, takže vzduch prúdiaci von sa zadrží a pri náhlom otvorení pier vznikne zvuk. Rozdiel medzi prenikavým, zreteľne vysloveným „S“ a nejasným šušlavým tónom, je výsledkom práce jazyka. Schopnosť hluchých ľudí čítať z pier je dôkazom toho, akú úlohu hrajú ústa pri tvorbereči.

  12. Prijímač: fyziologická akustika 3/6 • Ucho je nie len zmyslovým orgánom sluchu, ale aj orgánom rovnováhy. • Frekvenčný rozsah počuteľnosti u človeka je od 16 Hz do 16 kHz. Pričom ucho je najcitlivejšie na frekvencie 500 - 4000 Hz. • Ucho sa delí na tri časti: vonkajšie(prijímač) stredné(zosilňovač) vnútorné (vysielač) • Vonkajšie ucho zachytáva zvuk ako radar. Tvorí ho mäsitá časťnazývaná ušnica. • Stredné ucho zosilňuje zvuky prichádzajúce do ucha. Tentozosilňovač pozostáva z troch častí: kladivka, ktoré je pripojené k bubienku. Nákovkou je spojené so strmienkom. Tieto kosti 20-krát zosilňujú pohyb ušného bubienka.

  13. fyziologická akustika 4/6 • Zo stredného ucha vedie Eustachova trubica, ktorej úlohou je vyrovnávať tlak vzduchu na oboch stranách bubienka. • Vo vnútornom uchu (slimáku) sú uložené receptory pre sluchový vnem a rovnováhu. Vypĺňa ho endolymfa, tvorená piezoelektrickými kryštálmi. Dochádza v nej k zmene zvukových vĺn na elektrické impulzy - vnemy. Tento vnem popisujeme fyziologickou veličinou, ktorú nazývamehlasitosť. Možno ho popísať aj fyzikálnou intenzitou. • Prečo máme dve uši? A: Aby im nebolo smutno. B: Aby sme mohli nosiť okuliare. C: Nevieme. N K L K I I

  14. Zaujímavosti:fyziologická akustika 5/6 pokus Pomôcky: 1 nos (najlepšie susedov), 1 štipec na prádlo, 1 BPZ (balíček poslednej záchrany). Postup: Skúste si stlačiť nos a povedzte niečo. Smiešny efekt, ktorý vznikol, dokazuje, že vzduchový priestor nosa dáva našej reči zvučnosť a jasnosť. Keďže ľudia majú rozdielny tvar hrudníka, nosa a úst, majú aj rozdielneznejúce hlasy. • Muži majú väčší hrtan a dlhšie ochabnutie hlasivky, preto majú hlbší hlas ako ženy, ktoré majú zvyčajne menší hrtan. • Pri reči rezonuje aj lebka. Časť toho čo hovoríme, počujeme prenosom cez lebečné kosti a časť zachytíme ušami. Táto živá „spätná väzba“ vysvetľuje prečo naše hlasy znejú tak cudzo pri reprodukcii z magnetofónovej pásky. Vtedy počujeme iba hlas, ktorý je prenášaný vzduchom. • Reč a s ňou spojené funkcie sú zvyčajne sústredené do jednej mozgovejhemisféry. U pravákov sú v ľavej a u ľavákov v pravej hemisfére.

  15. fyziologická akustika 6/6 • Množstvo tlaku, ktorý pôsobí na pľúca počas výdychu, určuje rýchlosť ktorou vzduch prechádza cez hlasivkové väzy. Čím rýchlejšie vzduch prúdi, tým hlasnejší zvuk vzniká. Pri šepote sú hlasivky pomerne vzdialené od seba, takže pri prechode vzduchu v skutočnosti nevibrujú, ale slúžia ako trecie plochy. • Schopnosť ľudského ucha lokalizovať zdroj zvuku v priestore sa využíva aj pri záznamoch zvuku na hudobné nosiče. Počúvaním takejto skladby máme hodnotnejší hudobný zážitok.

  16. Fyzikálna akustika fyzikálna akustika 1/14 • Fyzikálna akustika sa zaoberá zdrojmi zvuku, meraním základných fyzikálnych veličín charakterizujúcich zvuk a jeho šírením. • Zdrojmi zvuku môžu byť: struny, tyče, blany, dosky, vzduchové stĺpce... • Zvuk sa najčastejšie popisuje nasledujúcimi veličinami: • rýchlosť • vlnová dĺžka • frekvencia • hlasitosť • farba • výška • iné • Zvuk je mechanické vlnenie. Môže sa odrážať,ohýbaťalámať.

  17. Rýchlosť:fyzikálna akustika 2/14 • Zvuk sa šíri v hmotnom prostredí. Pre rôzne prostredia je rýchlosť šírenia rôzna. Rýchlosť šírenia zvuku v plynoch pri príliš veľkých tlakoch závisí od teploty. Rýchlosť zvuku vo vzduchu je približne 330 m/s. Presnejšie ju môžeme vyjadriť vzťahom v = 331,8 + 0,6 t kde t je teplota prostredia. • Rýchlosť šírenia zvuku v niektorých látkach pri 20 °C: • Pre daný fyzikálny stav prostredia je fázová rýchlosť c = λ / T konštantná. Nezávisí od frekvencie ani od intenzity. Mení sa so zmenou pružnosti prostredia a so zmenou teploty.

  18. Intenzita:fyzikálna akustika 3/14 • Každé zvučiace teleso vysiela do priestoru energiu. Energia, ktorá prejde za 1 sekundu 1m2 plochy sa nazýva intenzita vlnenia. Teda môžeme písať I = E / (t S) Označujeme ju I a meriame v J.s-1.m-2 = W.m-2. Intenzita zvuku je objektívnou mierou zvuku. Patrí k fyzikálnym veličinám. • Citlivosť ľudského ucha nám umožňuje vnímať zvuky od intenzity 10-12 W.m-2 (prah počuteľnosti) po 10 W.m-2 (prah bolesti). Intenzita od závisí hlasitosti. • V praxi sa často používa jednotka decibel (dB). Jeden dB je hodnota, ktorú už dokáže ľudské ucho zaregistrovať. Neoznačuje však intenzitu zvuku, ale hladinu intenzity zvuku L, prislúchajúcej intenzite zvuku I. Vzťah medzi oboma veličinami nie je priamo úmerný. Platí L = log(I / I0) [B]

  19. fyzikálna akustika 4/14 • Prečo je tomu tak? Ľudské ucho vníma zvuky v rozmedzí 10-12 až 10 W.m-2. Pomer intenzity zvuku najsilnejšieho a najslabšieho je asi 10-biliónov. Pre jednoduchosť sa zaviedla logaritmická stupnica Vždy, keď vzrastie intenzita na 10- násobok, zosilní sa sluchový vnem o rovnaký stupeň, zvaný bel (B). V praxi sa namiesto jednotky bel používa jeho desatina. Hladina intenzity zvuku vyjadrená v decibeloch je teda L = 10 log(I / I0) [dB] L = log(I / I0) [B] • Graf závislosti intenzity od frekvencie. I= 10-12 10-2 10-8 10-4 10 L= 0 2 4 6 8 10 13 KLIKNI

  20. Frekvencia : fyzikálna akustika 5/14 • Počet tlakových zmien za 1 sekundu sa nazýva frekvencia (kmitočet) zvuku. Označuje sa f a merá sa v Hertzoch (Hz=s-1). • Podľa frekvencie delíme zvuk na • Prevrátená hodnota frekvencie sa nazýva perióda T (merá sa v sekundách), platí f = 1 / T. • Jednotlivé tóny rozlišujeme podľa výšky. Čím je vyššia frekvencia, tým je vyšší tón. • Frekvencie odpovedajúce tónom hudobnej stupnice: infrazvuk Počuteľný zvuk ultrazvuk 16Hz 16 kHz KLIKNI

  21. Zvuková vlna s frekvenciou 5f Zvuková vlna s frekvenciou f 2 2 1 1 Vlnová dĺžka: fyzikálna akustika 6/14 • Vlnová dĺžka λ je vzdialenosť, ktorú vlnový rozruch prejde za jednu periódu. Udáva sa v metroch. Platí vzťah λ = c T= c / f • Dva body v rade bodov vzdialených o vlnovú dĺžku kmitajú s rovnakou fázou. • Zvuková vlna šíriaca sa vo vzduchu pri medzných frekvenciách počutia.

  22. 2-vzduch 1-voda Iné: fyzikálna akustika 7/14 • Príklad:Zvuková vlna prechádzajúca z vody do vzduchu dopadá na rozhranie pod uhlom 30. Vypočítajte pod akým uhlom sa bude odrážať a lámať. Určte uhol dopadu, pri ktorom dôjde k úplnemu odrazu (medzný uhol). • Na to, aby sme vedeli určiť aká časť zvukovej vlny sa odrazí a aká prejde cez rozhranie sa zavádza nová veličina akustická impedancia Z: Z = c ρ Kde ρ je hustota, c je rýchlosť zvuku v danom prostredí. Z= [kg.m-2.s-1] Potom pre pomer intenzít odrazenej a dopadajúcej vlny platí Iod/Idop=(Z2-Z1)2/(Z2+Z1)2 Z1=c1. ρ1 Z2=c2. ρ 2 Platí Idop = Iod+Iprech • Okrem toho sa zavádza aj veličina akustický tlak p p=c.Z [Pa] príklad

  23. Odraz: fyzikálna akustika 8/14 • Úloha 1: Matematicky a slovne formulujte zákon odrazu. Odpoveď: α α ´ Uhol pod ktorým vlna dopadá na rozhranie sa rovná uhlu, pod ktorým sa odrazí. Dopa- dajúca a odrazená vlna ležia v jednej rovine. α = α ´ • Príkladom odrazenej vlny je ozvena. • Úloha 2: Ľudské ucho rozlíši dva krátke po sebe nasledujúce zvuky, ak medzi nimi uplynie aspoň 0,1 sekundy. Ako ďaleko sa máte postaviť od steny v jaskyni, aby ste počuli ozvenu? Riešenie: vvz= 340 m.s-1 2.l= vvz. Δt Δt=0,1 s l= vvz. Δt/2 l=? m l= 340.0,1/2 = 17 m Pri tejto vzdialenosti je ozvena jednoslabičná. Ak je vzdialenosť k.17 m, vzniká k-násobná ozvena. Pri menšej vzdialenosti ako 17 m vzniká dozvuk, trvanie zvuku sa predĺžuje. ÚLOHY

  24. Ohyb:fyzikálna akustika 9/14 • Ohyb zvukových vĺn vzniká napredmetoch, ktorých rozmery sú rádovoporovnatelné s λ. Priestor bez zvukových vĺn nazývame akustický tieň. • Úloha:Vypočítajte aká veľká má byť prekážka, aby nebolo počuť základn tón a= 440 Hz. Riešenie: f=440 Hz v =f. λ v =340 m.s-1 λ = v/f =340/440 = 0,773m λ =? m Teda prekážka bude mať rozmery rádovo v metroch(asi veľkostibudov). ráno večer Zvuková vlna sa ohýba v dôsledku rôznej teploty vzduchu. Teda môže sa stať, že nebudeme počuť volanie z druhého brehu jazera.

  25. α β c1 c2 c1<c2 Lom:fyzikálna akustika 10/14 • Úloha: Na základe podobnosti s lomom svetla vyslovte zákon lomu pre zvukovú vlnu. Uvažujte o tom, že v tuhých látkach sa zvuk šíri rýchlejšieako vplynoch. Riešenie:V pevných látkach sa zvuk šíri rýchlejšie, teda pri vstupe do pevnej bude sa lámať od kolmice tzn. spojka pre svetlo je rozptylkoupre zvuk, rozptylka pre svetlo je spojkou pre zvuk.

  26. Zaujimavosti: fyzikálna akustika 11/14 • Viete prečo sa Jožko ráno nezobudí, hoci si večer natiahol budík? Riešenie:Ak nevieš, klikni sem:

  27. Blesk: fyzikálna akustika 12/14 • Úloha: Na dvore sušíte hríby, keď začne hrmieť. Ako odhadnete pohyb búrky? • Riešenie: Vieme, že niekedy pri búrke vznikajú blesky, ktoré sú sprevádzané hrmením. Obyčajne hrmenie počujeme neskôr, ako vidíme blesk. Ak uvážime, že svetlo sa šíri rýchlosťou vs= 3.108 m.s-1 a zvuk v = 340 m.s-1, tak z času Δt , ktorý uplynie medzi zábleskom a jemu prislúchajúcim hrmením, vieme určiť vzdialenosť l miesta, kde sa zablyslo. l=vs.t =vz.(t+ Δt ) t = vz. Δt /(vs- - vz ) l = vz. vs Δt /(vs- - vz ) l = 340. Δt Zjednodušený výpočet môžeme urobiť tak, že čas ktorý nameráme vynásobíme 340. Nameraná vzdialenosť bude v metroch.

  28. Dopadajúca energia Prenesená energia Odrazená energia Pohltená energia Pohlcovanie zvuku: fyzikálna akustika 13/14 • Keď dopadne zvuková vlna na prekážku, može sa jej časť odrážať, pohltiť, alebo prejsť prekážkou. Závisí to od pohltivosti objektu, jeho rozmerov a vlnovej dĺžky zvuku. • Pohlcovanie zvuku je nevrátna premena zvukovej energie na inú formu energie. Vo väčšine prípadov tepelnej. • Zvuk pohlcujú hlavne materiály s malou pružnosťou. Napríklad polystyrén a kaučuk. • Existujú aj tzv. hluché materiály. klikni

  29. λ λ Z P P f f Smer pohybu Dopplerov jav:fyzikálna akustika 14/14 • Určite ste si všimli, že stojace, prichádzajúce a odchádzajúce auto vzdáva iný zvuk. • Zmena frekvencie zvuku sa menila v závislovti na vzájomnej rýchlosti zdroja zvuku a pozorovateľa. Nazýva sa to Dopplerov jav.

  30. Bioakustika bioakustika 1/3 • Bioakustika je veľmi mladá veda. Vznikla v roku 1956 v Pensylvánii. Zaoberá sa evidovaním zvukov-hlasov zvierat. Pomocou magnetofónu sa nahrávajú zvuky a potom sa urobí ich akustická analýza, t.j. rozklad zvukov na zložky, aby sme „videli“ zvuk. Slúžia na to osciloskop, ktorý nám podáva informáciu o intenzite, analyzátor spektra pomáhajúci rozložiť farbu,sonograf, ktorý popisuje ako sa rozloženie vyšších tónov mení s časom . • Rozsah, v ktorom vníma človek a iné živočíchy, sa môže značne líšiť. Ucho vtáka a ucho človeka sú citlivé približne na tie isté frekvencie. Netopiere a delfíny vnímajú vyššie frekvencie za hranicou ľudskej počuteľnosti (ultrazvuk). Využívajú ho k rozoznávaniu prekážok. Ultrazvuk vydáva tiež mnoho druhov hmyzu.

  31. bioakustika 2/3 • Pavúk: Infrazvukové vlny s frekvenciou pod 20 Hz môžu byť „počutelné“ pre niektoré druhy pavúkov. Túto svoju schopnosť využívajú na identifikáciu blížiacej sa koristi, alebo predátorov. Okrem zachytávania veľmi nízkych frekvencií môžu pavúky vydávať zvuk s frekvenciami nad 45 000 Hz. • Netopier: Netopiere živiace sa lietajúcim hmyzom využívajú odrazený zvuk na lokalizáciu koristi a navigáciu pri lete. Tento jav sa nazýva echolokácia. Princíp ľuďmi vyrobeného sonaru je tiež založený na echolokácii. Netopiere vysielajú ultrazvukové vlny. Z ich odrazu vedia určiť pozíciu a vzdialenosť prekážky. Frekvencia pískania netopierov sa mení. Najčastejšie je medzi 30 000 - 80 000 Hz, čo je vysoko nad hranicou počuteľnosti u človeka. • Veľryba: Spev veľrýb sa pohybuje v rozsahu od 160 do 170 dB, niektoré druhy dosiahnu až 200 dB. Najhlasnejšie zvuky vydávajú na frekvenciách 17 až 30 Hz.

  32. bioakustika 3/3 • Ako môžeme počuť infra a ultrazvuk? Vieme, že infrazvuk je zvuk pod 16 Hz. Ak chceme počuť infrazvuk, musíme nejako zvýšiť frekvenciu jeho záznamu. Pri nahrávaní „spomalíme otáčanie pásky“. Pri prehrávaní pásky normálnou rýchlosťou budeme počuť ultrazvuk. Úloha: Ako by ste zaznamenali ultrazvuk? Riešenie: Použije sa obrátený postup ako pri ultrazvuku.

  33. Elektroakustika Elektroakustika 1/6 • Elektroakustika sa zaoberá premenou zvukových (akustických) kmitov na elektrické kmity a naopak. Ďalej sa zaoberá snímaním, záznamom a reprodukciou zvuku elekroakustickými zariadeniami. Zvukový záznamZáznam (nahrávka) akustického signálu na základe sledu zmien fyzikálnych vlastností nosiča zvukového záznamu (napr. premenlivá ryha gramoplatne, rôzne zmagnetovanie magnetofónového pásu, sled binárnych čísel pri digitálnom zázname zvuku a pod.). Zmeny sa robia rôznou technikou záznamu a je v nich obsiahnutá zvuková informácia. Najrozšírenejšie druhy zvukového záznamu podľa použitého princípu sú: 1. analógový záznam- mechanický (gramofón), optický (film), magnetický (magnetofón) ... 2. digitálny

  34. elektroakustika 2/6 • Analógový záznam zvukuAkustický tlak sa mení meničom na elektrickú veličinu a zaznamenáva sa na vhodný nosič (magnetofón, gramofónovú platňu, ...) tak, že na nosiči je záznam ekvivalentný - analogický, ako pôvodný akustický tlak. • Digitálny záznam zvukuZáznam zvuku v podobe radu čísel, ktoré číselne popisujú tvar priebehu akustického tlaku zvuku. Zvuk sa akustickým vhodným spôsobom prevedie na elektrický signál. Takto získaná veličina sa vhodným spôsobom zapíše na nejaký nosič - digitálny magnetofón, CD platňu, na disk počítača a pod. vo forme kódu. Pri rekonštrukcii zvuku sa z nosiča prečíta okamžitá hodnota veličiny a digitálno-analógovým meničom sa zmení na elektrickú veličinu. Takto získaná elektrická veličina sa ďalej spracováva obdobným spôsobom ako u klasických analógových zariadení. • Oproti analógovému záznamu má digitálny záznam množstvo výhod - pri digitálno-digitálnom kopírovaní (bez prevodu na analógový signál) sa nestráca kvalita záznamu ani pri teoreticky nekonečnom počte kopírovaní, digitálny záznam je omnoho menej náchylný na stárnutieaopotrebovanie pri zapisovaní či snímaní, vhodným vzorkovaním (hustotou a hĺbokou vzorkovania) je možné kvalitu záznamu ľubovoľne zväčšovať atď.

  35. Gramofón:elektroakustika 3/6 • Klasické zariadenie na reprodukciu zvuku zaznamenaného vryhách gramofónovej platne. Pri zázname zvuku sa zvukové kmity premenené na elektrické kmity menia na mechanické kmity rezacieho noža, ktorý vyrýva do rotujúcej platne ryhu. Z takto zhotovenej "originálnej platne" sa urobí otlačok, ktorý môže slúžiť ako lisovací nástroj na gramofónové platne.Pri reprodukcii mechanického záznamu hrot prenosky sa pohybom v ryhe rozkmitá, mechanické kmitanie sa mení na elektrické, zosilňuje sa a prostredníctvom reproduktora mení sa na zvuk. Gramofóny sa rozdeľujú podľa rýchlosti (78, 45, 33 1/3, 16 2/3 obrátok za minútu), podľa šírky ryhy (mikro, štandard), podľa druhu reprodukcie (mono, stereo).Novšie zariadenie - prehrávače CD platní (nesprávneCD gramofóny) snímajú pomocou laserového lúča zvukový záznam, ktorý je na disku nahraný v digitálnej forme - striedaním svetlo laseru pohlcujúcich a odrážajúcich plôch sa zosnímaný digitálny signál prevedie na elektrické kmity, ktoré sa ďalej spracovávajú podobne ako v predošlom prípade. Predchodcom gramofónu bol Edisonov fonograf.

  36. Gramofónová platňa:elektroakustika 4/6 • Mechanický záznam zvuku, ktorý objavili nezávisle od seba Ch. Crossa Th.A. Edison (1877), stal sa najmä po zdokonalení E. Berlinerom, už zač. 20.stor. významným prostriedkom šírenia hudby. Roku 1920 sa zaviedol elektrický záznam, r. 1927 sa stabilizovala rýchlosť obrátok na 78/min., r. 1944 firma Decca zaviedla úplný záznam zvukového spektra (full frequency range recording), zdokonalený od r. 1948 ako high fidelity (HiFi), koncom 40-tych rokov sa zavádza dlhohrajúca platňa, r. 1957 stereofonický záznam a r. 1963-64 superdlhohrajúca platňa (Supralong, alebo LP - long play) a dynamicky korigovaná drážka (dynagroove). Všetky tieto zdokonalenia významne prispeli k rozšíreniu gramofónovej platne.V 2. polovici 80-tych rokov tento mechamický záznam začína ustupovať digitálnemu záznamu -CD(compact disc), kde mechanický záznam v tvare deformovanej drážky je nahradený postupnosťou čísel v digitálnej forme zaznamenaných na povrch hliníkovej fólie v tvare svetlo odrážajúcich a svetlo pohlcujúcich mikroskopických plôch.

  37. CD (Compact disc):elektroakustika 5/6 Označenie pre digitálne platne slúžiace ako nosiče zvuku. Kotúč o priemere 12 cmz priehľadnej umelej hmoty, ktorý je na jednej strane pokrytý tenkou hliníkovou vrstvou, ktorá je samotným nosičom záznamu. Záznam je v digitálnej (dvojkovejčíselnej sústave) forme ako striedanie svetlo odrážajúcich a svetlo rozptyľujúcich bodov o priemere niečo cez 1 µm. Hliníková vrstva je chránená lakom nesúcim popis platne - autora, zoznam skladieb a pod. CD platne sa reprodukujú CD prehrávačmi- nesprávne CD gramofónmi. Záznam sa z disku číta pomocou infračerveného laserového lúča, ktorý prechádza cez priehľadnú umelú hmotu, dopadá na hliníkovú vrstvu, na ktorej sa odráža (resp. rozptyľuje) do optického snímacieho zariadenia, kde sa premieňa na elektrické impulzy. Tie sa vhodným spôsobom dekódujú a prevádzajú na analógový signál, ktorý sa ďalej spracováva a reprodukuje obdobným spôsobom ako u klasických zvukových nosičoch.Najnovšie sa objavili platne označené akoDVD- digital video disc, ktoré majú oproti CD platni podstatne vyššiu kapacitu (svetlo odrážajúce resp. rozptyľujúce body sú podstatne menšie a snímajú sa ultrafialovým laserom). Určené sú hlavne ako nosiče pre mimoriadne vysoko kvalitný televízny a zvukovýsignál, môžu savšak vovšeobecnosti využiť podobne, ako CD ROM platne.

  38. MP3: elektro akustika 6/6 • alebo lepšie povedamé iso mpeg audiolayer 3 - je tovlastne formátkomprimovaného zvuku. Vznikol v Nemecku v roku 1987. Cieľom projektu bolo vytvoriť hudobnýformát, ktorý by mal čonajmenšiu veľkosť pri zachovaní kvality.Avšak bezstratová kompresia zvuku nebola natoľko uspokojivá, preto sa prešlo k stratovejkompresii. Princíp algoritmu spočíva v tom, že kóder okremkomprimačných častí osekáva tie zvuky, ktoré sú ľudským sluchomnepočuteľné, alebo veľmi slabo počuteľné. Na jedno CD môžeme napáliť “len“ 9 plných 74-minútových CD . Väčšinou platí, že čím je menšia kompresia, tým je väčšia kvalita. Dosť veľa závisí aj od rýchlosti kompresie, pretože nie je problém urobiť program, ktorý bude pracovať veľmi rýchlo, ale za cenu toho, že skladba bude mať nižšiu kvalitu.

  39. Hudobná akustikahudobná akustika 1/ 5 • Hudobná akustika skúma základnévlastnostiaparametrehudobnýchnástrojov. Aplikuje poznatky fyzikálnej akustiky. • Hudba je umenie, ktoré pôsobí na city a zmyslyčloveka prostreníctvom melodicky, rytmicky a harmonicky usporiadaných tónov, spievaných ľudským hlasom alebo hraných na hudobných nástrojoch.Tónysú základnými prvkami hudby. Jeden od druhého sa líšiavýškou, dĺžkou, siloua farbou. Rozmanitými kombináciami tónov vznikajú menšie či väčšie celky- skladby. • Zvuky môžeme deliť na pravidelné (hudobné) a nepravidelné (nehudobné). Pravidelné zvukysú zapríčinené periodickým vlnením. Najjednoduchšie pravidelné zvuky sú jednoduché tóny. Aby vznikol vnem jednoduchého tónu, musí zdroj trvale harmonicky kmitať. Nepravidelné zvukysú spôsobené neperiodickým vlnením. Zdroje tohto vlnenia musia konať veľký počet kmitavých pohybov rozličných frekvencii. • Tón charakterizuje: výška farba hlasitosť

  40. Alt Soprán Mezosoprán 196-698,46 Tenor Bas Baryton 140,83-440 261,63-1046,5 82,407-392 110-392 Výška: hudobná akustika 2/ 5 • Príčinou vzniku zvuku je kmitavý pohyb. Frekvencia kmitov určuje výšku tónu. Ak je frekvencia kmitov väčšia, tak je tón ktorý vnímame vyšší - sopránový. Ak frekvencia kmitania je menšia, tón je hlbší - basový. Rozdelenie hlasov podľa výšky: ženskémužské • Absolútna výška sa rovná frekvencii jeho zdroja. Okrem toho sa určuje aj relatívna výška tónu. Ide o pomer jeho frekvencie k frekvencii základného (referenčného) tónustanoveného dohodou. Základný tón bol v roku 1939 stanovenýmedzinárodnou dohodou ako tón s f = 440 Hz. Označujeme ho a1(komorné a). Vtechnike sa ako referenčný tón používaf = 1000 Hz.

  41. Farba:hudobná akustika 3/ 5 • Jednoduché tóny v praxi neexistujú. Všetky majú nejaké „zafarbenie“. Podľa hlasu vieme odlíšiť našich známych, alebo rôzne hudobné nástroje. Hovoríme o farbe zvuku. • Každý hudobný nástroj môže vydávať tóny v určitom frekvenčnom rozsahu. Tón hudobného nástroja je však v skutočnosti zmesou mnohých jednoduchých tónov. Najnižší z týchto jednoduchých tónov sa nazýva základný tón, ostatné sú vyššie harmonické alebo alikvotné tóny. Alikvotné tóny určujú jeho farbu. Alikvotné tóny vznikajú preto, že zdroj zvuku v nástroji kmitá súčasne s mnohými frekvenciami, ktoré sú celočíselnými násobkami základnej frekvencie. Vyššie harmonické tóny sú základom súzvučných tónov a stupníc. • Súzvuk dvoch tónov môže byť neľúbozvučný (disonantý), alebo ľúbozvučný(konsenantný). Ich relatívne výšky sú dané pomerom malých celých čísel. Pomer II. harmonickej ku I. harmonickej vedie k intervalu (2:1)-oktáva. (3:2)-kvinta, (4:3)-kvarta, (5:4)-veľká tercia, (6:5)-malá tercia, (9:8)-veľký celý tón, (10:9)-malý celý tón, (16:15)-veľký poltón, (25:24)-malý poltón.

  42. Hladina hlasitosti, hlasitosť: hudobná akustika 4/5 • Hladina hlasitosti L nevyjadruje správne subjektívne vnímané zmeny hlasitosti.Preto bola experimentálne stanovená čisto subjektívna veličina- hlasitosť. Medzi hlasitosťou a hladinou hlasitosti platí vzťah Lh = 33,22 log h + 40 • Hlasitosť je miera subjektívneho vnímania zvuku súvisiaca s fyzikálnou intenzitou. Keď rastie hlasitosť h tónu určitej frekvencie aritmetickým radom, potom fyzikálna intenzita I rastie geometrickým radom. Platí I=I0.ah , kde konštanta a závisí od zvolenej intenzity I0 pre ktorú sa hlasitosť rovná 0 alebo 1. Jednotkou hlasitosti je 1 son (son). • Jednotkou hladiny hlasitosti L je fon (Ph). Hlasitosť 1 son majú tóny o hladine hlasitosti 40 fonov. • Hlasitosť predstavuje ďalšiu charakteristiku hudobných zvukov. Zmeny hlasitosti vo väčšom časovom intervale sa v hudbe používajú k zvyšovaniu dramatickosti umeleckého diela. Zmeny v kratkom časovom úseku určujú akosť tónu. graf

  43. Hudobné nástroje:hudobná akustika 5/ 5 Hudobné nástroje delíme na: • Strunové nástroje: Tóny vznikajú rozochvievaním strún, podľa toho ako sa rozochvievajú ich delíme na: a) sláčikové - husle, viola, violončelo, kontrabas ... b) brnkacie - gitara, lutna, balalajka, bendžo, lýra, harfa, citara, mandolína ... c) úderné - klavír, pianíno, čembalo, cimbal ... • Dychové nástroje: tóny vznikajú tak, že do nástroja sa vdychuje vzduch. Podľa materiálu ich delíme na a) drevené (píšťaly) - pikola, flauta, klarinet, hoboj, fagot, kontrafagot ...b) plechové - trúbky, lesný roh, trombón, tuba ... c) zvláštnu skupinu tvoria - orgán, harmónium, akordeón … • Bicie nástroje: a) laditeľné - tympany, zvony, xylofón, zvonkohra, vibrafón ... b) neladiteľné - činely, triangel, bubny, tamburína, gongy, tamtamy ...

  44. Stavebná akustikastavebná akustika 1/2 • Stavebná akustika sa zaoberá šírením zvuku v budovách a jeho izoláciou. • Budovy sa stavajú tak, aby sa v nich nešírilhluk . Oceľová kostra rozvádzazvuk po celej budove, avšak mäkké pohlcujúce materiály v stenách, podlahe a strope mu nedovolia preniknúť ani do miestnosti, ani z nej. • Úloha:Prečo je vo vysťahovaných miestnostiach zlá akustika? Zlepší sa akustika, ak izbu zariadime nábytkom? Riešenie:V miestnosti dochádza k viacnásobnému odrazu od prázdnych stien. V zariadenom byte sa zvuk pohlcuje nábytkom, závesmi … Tým sa akustika vylepší. • S týmto súvisí aj architektúra koncertných sál. Namiesto nábytku sa volí členitá štruktúra interiéru.

  45. Zaujímavosti:stavebná akustika 2/2 • „Chodba vzdychov“ v Londýnskej katedrále sv. Pavla sa preslávila svojou akustikou. Ak zašepkáme na jednej strane proti stene, je nás jasne počuť až na druhej strane katedrály - kruhové kamenné steny odrážajú slová, ktoré sme zašepkali dookola a súsreďujú ich na opačnej strane chodby vo vzdialenosti 32,6 m. Bežne je na túto vzdialenosť šepot nepočuteľný. • V starovekom Ríme boli amfiteátre postavené tak, že herci na javisku nepotrebovali mikrofóny. Bolo ich zretelne počuť aj do najvzdialenejších radov. Dobrá akustika amfiteátrov spočívala v ich tvare. • Pri koncertoch sú reproduktory na pódiu otočené smerom k hudobníkom. Ak by boli otočené opačne, zvuk odrazený od stien miestnosti by počuli s časovým oneskorením.

  46. Ochrana proti hlukuochrana proti hluku 1/3 • Hluk nie je charakterizovaný jedinou frekvenciou, ale celým širokým frekvenčným intervalom. Veľký hluk je nebezpečný, pretože ucho dlhodobo vystavené zvuku silnejšiemu ako 100dB (koncerty modernej populárnej hudby) zostane trvale nedoslýchavé. Nízke tóny sú pritom nebezpečnejšie, pretože sa nám nezdajú také silné. Bolo zistené, že intenzívny zvuk nízkych frekvencií a infrafrekvencií (hlboké tóny pod prahom počuteľnosti) vedie veľmi rýchle k závratiam a žalúdočnej nevoľnosti. • Trvale pôsobenie zvuku na sluchový orgán môže porušiť nielen sluch, ale môže škodlivo pôsobiť na nervový systém a tým ovplyvniť fyzický a duševný výkon.

  47. ochrana proti hluku 2/3 Pri hodnotení účinku zvuku na živý organizmus rozlišujeme: 1. Oblasť psychického pôsobenia (do 65 dB ) - nie je bezprostredne zdraviu škodlivá. 2. Oblasť vegetatívnych funkcií (65 - 90 dB pri bdení, 45-80 dB v spánku) -človek sa znervózňuje, zužujú sa cievy, zrýchľuje sa dýchanie, zvyšuje činnosť srdca. 3. Oblasť poškodenia sluchu (90-120 dB) - poškodenie sluchových buniek, môže nastať hluchota. 4. Oblasť smrtelného poškodenia (nad 120 dB)

  48. Protihlukové opatrenia:ochrana proti hluku 3/3 • V továrňachsa hlučnosť strojov znižuje tým, že sa montujúna odpružené podstavy, vkladajú sa do zvukotesných boxov. Usporiadanie strojov v miestnosti je náhodné, nie v radoch. • Na zníženie hluku, ktorý vzniká v spaľovacích motoroch áut sa používajú účinné tlmiče. V okolí diaľnic sa stavajú protihlukové betónové bariéry. Tú istú schopnosť má aj stromová zeleň v okolí ciest. Stromy znižujú hlučnosť o 7 až 10 dB. • Na individuálnu ochranu proti hluku sa používajú rôzne tlmiče na sluchové orgány.

  49. Ultrazvuk: • Ultrazvuk je mechanické vlnenie frekvencií väčších ako 16 kHz, ktoré už ľudské ucho nevníma. Existencia ultrazvuku sa dokázala sirénami schopnými spojite zvyšovať frekveciu nad 16 kHz. Ultrazvukové vlny vytvárané sirénami majú malú intenzitu. Na zvýšenie intenzity sa použili piezoelektrické kryštály, ktoré využívajú piezoelektrický jav, pri ktorom sa elektrický signál mení na mechanickú deformáciu a opačne. Využitie ultrazvuku. • V medicíne sa využíva na diagnostické a terapeutické účely. K diagnostickým patrí napríklad vyšetrovanie orgánov brušnej dutiny, vyšetrenia v tehotenstve, echokardiografia(EKG), echoencefalografia(EEG). K terapeutickým patria napríklad očná chirurgia, stomatológia, ortopédia, deštrukcia trombov, rozrušovanie žlčníkových a obličkových kameňov, reumatológia. • Ultrazvuk sa používa na tvorbu emulzií, na urýchlenie rozpúšťania a na aktiváciu chemických reakcií. • Pomocou ultrazvukového sonaru(druh radaru) možno určovať hĺbku morí a identifikovať potopené objekty. • V defektoskopii sa používa na určovanie kazov v materiáli.

  50. Zoznam použitej literatúry 1. Kronika techniky, Fortuna print, Bratislava, 1993 2. Smetana C. a kol.: Praktická elektroakustika, SNTL, ALFA, Praha, 1981 3. Physics today, World Book, Chicago, 1989 4. Svět čísel, atómu a molekúl, Albatros, Praha, 1986 5. Vanič, Vlach, Thern, Schol: Molekulová fyzika a termika, kmitanie, vlnenie a akustika, SNP, Bratislava, 1979 6. Iné zdroje

More Related