Akustika. Autor: Mgr. Jaromír JUŘEK Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Akustika. Autor: Mgr. Jaromír JUŘEK Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na www.jarjurek.cz."

Petr Müller
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Variace 1 Akustika Autor: Mgr. Jaromír JUŘEK Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na

2 1. F - Akustika Akustika je nauka o zvuku a o zvukových jevech. Zvuk, jeho zdroje a šíření Zdrojem zvuku je těleso, které se chvěje. Pravidelné zvuky vznikají pravidelným chvěním těles, zatímco nepravidelné vznikají nepravidelným chvěním těles. Zvuk se šíří tak, že jednotlivé molekuly postupně narážejí na molekuly sousední. Proto se zvuk může šířit pouze látkovým prostředím (nikoliv např. ve vakuu). Rychlost šíření zvuku je tím větší, čím jsou molekuly blíže u sebe. Rychleji se šíří například železem v porovnání s vodou nebo vzduchem. Dále rychlost šíření závisí na teplotě prostředí. Pilot v letadle letícím nadzvukovou rychlostí například zvuk motoru neslyší. Pro výpočet rychlosti zvuku platí vzorec: Zvuky pravidelné nazýváme tóny; zvuky nepravidelné nazývame hluk. Dopadá-li zvuk na překážku, odráží se. V malých místnostech odražený zvuk zesiluje zvuk původní (např. pod mostem šumí potok více... ), ve větších místnostech působí rušivě. Proto sály divadel, kin, koncertních síní aj. mají stěny obložené látkami, které pohlcují zvuk, nebo mají členěné plochy (sloupy, ozdoby, lustry, apod.). Je-li překážka od nás vzdálena alespoň 17 metrů a předpokládáme rychlost šíření zvuku 340 m/s, pak pozorujeme ozvěnu (ucho je schopno rozlišit dva zvuky, je-li mezi nimi interval alespoň 0,1 s). Je-li vzdálenost překážky menší, může vzniknout pouze dozvuk. Příklad 1: Jak daleko od nás uhodil blesk, jestliže hrom slyšíme 6 sekund po zablýsknutí a předpokládáme rychlost šíření zvuku ve vzduchu 340 m/s? Kmitavý pohyb Jeden kmit je pohyb tělesa sem a tam. Počet kmitů za jednu sekundu vyjadřuje veličina, které říkáme frekvence (kmitočet); její značka je f a základní jednotkou je jeden hertz [Hz]. Pro tuto jednotku platí, že 1 Hz = 1 s -1. Jestliže se těleso chvěje rychleji, vzniká tón vyšší, naopak těleso, které se chvěje pomaleji, vydává tón nižší. Výška tónu tedy závisí na tom, jak rychle se těleso chvěje, jakou má frekvenci pohybu. Proto i jednotkou výšky tónu je hertz. V tomto případě hovoříme o tzv. absolutní výšce tónu. Je dána frekvencí, kterou těleso kmitá. (Příklad: Jaká je absolutní výška tónu, který vznikne vibrováním ocelové desky, jestliže počet vibrací této desky je 2000 za 40 sekund? Výsledek 50 Hz) Obdobným způsobem můžeme spočítat absolutní výšku tónu, který vydá chvějící se struna (Příklad: Kmitající struna se navrátí do rovnovážné polohy krát za dvě minuty. Jaká je výška základního tónu, který struna vydává? Výsledek 150 Hz) Základním tónem, ze kterého také vychází hudební akustika, je tón zvaný komorní a (označuje se a 1 ), jehož kmitočet je 440 Hz. Pohyb, kde těleso stále kmitá sem a tam, nazýváme pohyb kmitavý. Příkladem kmitavého pohybu je pohyb matematického kyvadla. Matematické kyvadlo Matematické kyvadlo je kulička zavěšená na vlákně, jehož hmotnost je vůči hmotnosti kuličky naprosto zanedbatelná. Pozn.: Ne zcela správné, ale spíše historické, je v tomto případě vyjádření, že se jedná o "hmotný bod na nehmotném vlákně". 2

Proto se zvuk může šířit pouze látkovým prostředím (nikoliv např. ve vakuu). Rychlost šíření zvuku je tím větší, čím jsou molekuly blíže u sebe.

3 Pro dobu kyvu matematického kyvadla platí vzorec: Pro dobu kmitu pak platí: Doba kyvu, resp. kmitu, matematického kyvadla tedy vůbec nezáleží na hmotnosti kuličky, ani na rozkyvu. Použijeme-li kyvadlo o délce 1 metr, můžeme se výpočtem přesvědčit, že doba kyvu je v tomto případě asi 1 sekunda, proto takové kyvadlo nazýváme sekundové. Doba, za kterou se vykoná jeden kmit, se nazývá perioda. Značí se zpravidla písmenem T. Pro periodu platí vzorec: Základní jednotkou periody je jedna sekunda [s]. Kyvadlo se hlavně v minulosti užívalo u hodin. Nebylo to ale matematické kyvadlo, nýbrž kyvadlo fyzické. Barva zvuku, intenzita zvuku a hlasitost zvuku Intenzita zvuku je určena velikostí zvukové energie, která projde za sekundu plochou jednoho metru čtverečného kolmou na směr šíření zvuku. Toho se využívá například při směrování reproduktorů, ozvučení sálů, apod. Různé hudební nástroje vydávají zpravidla kromě základního tónu daného nějakým konkrétním kmitočtem ještě tóny, které jsou celistvými násobky tónu základního. Nazýváme je vyšší harmonické tóny. Počet takovýchto vyšších harmonických tónů a jejich intenzita udávají tzv. barvu zvuku. Podle této barvy zvuku poznáme snadno, na jaký hudební nástroj byl tón zahrán. Další jednotkou, která se vyskytuje v akustice, je intenzita hlasitosti zvuku. Její základní jednotkou je Bel [B]. V praxi se často používá jednotka menší a tou je decibel. Hlasitosti některých zvuků: 0 db Nejslabší zvuk, který můžeme slyšet 20 db Šumění listí 30 db Tichý šepot 50 db Tichý rozhovor 3

Doba, za kterou se vykoná jeden kmit, se nazývá perioda. Značí se zpravidla písmenem T. Pro periodu platí vzorec: Základní jednotkou periody je jedna sekunda [s].

4 60 db Hlasitý rozhovor 70 db Osobní auto 80 db Vysavač 90 db Nákladní auto 100 db Hlasitá hudba 120 db Rockový koncert 130 db Začíná bolest 140 db Tryskový motor letadla Zvuková rezonance Chvějící se těleso může způsobit, že jiné těleso v okolí se rozezvučí stejnou frekvencí (např. dvě ladičky na stole). Tento jev se nazývá akustická rezonance a hojně se využívá například u hudebních nástrojů - klavír, kytara, housle, apod. Těleso, ze kterého vlnění vychází, se nazývá oscilátor, těleso, které se po dopadu vlnění rozkmitá, se nazývá rezonátor. O obou tělesech říkáme, že jsou v rezonanci (jsou stejně naladěna). Při rezonanci dochází k největšímu přenosu energie z oscilátoru do rezonátoru. Vnímání zvuku lidským organismem Lidské ucho rozeznává vlnění o frekvenci v rozsahu asi 20 Hz až 20 khz; je-li frekvence menší, hovoříme o infrazvuku; je-li naopak vyšší než 20 khz, pak se jedná o ultrazvuk. Infrazvuk používají ke komunikaci někteří živočichové - např. sloni, můžeme se s ním ale setkat v bytě, kde ho svým pohybem vydávají různé stroje. Ultrazvuk vydávají opět někteří živočichové (např. netopýři), používá se k diagnostice v lékařství, dále při defektoskopii, čištění šperků, léčení ledvinových kamenů, apod. Hudební akustika Hudební nástroje jsou zdroje zvuku, které vibrují zpravidla pravidelně, proto vydávají tóny. Druhy hudebních nástrojů: - dechové (píšťala, flétna, pikola,...) - retné: Flétna, varhany, pikola,... - jazýčkové: Harmonika, saxofon, fagot, hoboj, klarinet, trubka, křídlovka, pozoun, lesní roh,... - strunové (kytara, harfa, klavír,...) - blánové (kotel, bubny, tympány,...) - tyčové (xylofon, triangl, zvonové tyče,...) - deskové (činely, gong, zvony, membrána, kastaněty,...) Výšku tónů můžeme u hudebních nástrojů zvyšovat nebo snižovat. Např. u struny můžeme výšku zvýšit zkrácením struny, větším napnutím struny nebo snížením hmotnosti struny; u blány můžeme výšku zvýšit jejím zmenšením nebo větším napnutím, či změnou velikosti dutiny, kterou uzavírá; u píšťaly se zvyšuje tón jejím zkrácením. Píšťala otevřená má dvojnásobný kmitočet než píšťala uzavřená téže délky. Struny se vyrábějí ze zvířecích střev, silonu nebo kovu. 4

Tento jev se nazývá akustická rezonance a hojně se využívá například u hudebních nástrojů - klavír, kytara, housle, apod.

5 Blány se vyráběly dříve ze zvířecích kůží, dnes často uměle. Desky a tyče jsou kovové. Záznam zvuku Fonograf Gramofon Magnetofonový pásek (magnetofonová kazeta) Videopásek (videokazeta) CD DVD Shrnutí Poznámka Pozn. pro učitele 5

6 Obsah 1. F - Akustika 2 6

Podobné dokumenty

1 Zvukové jevy. 1.1 Co je to zvuk. 1.2 Šíření zvuku prostředím. 1.3 Výška tónu. 1.4 Ucho jako přijímač zvuku

1 Zvukové jevy. 1.1 Co je to zvuk. 1.2 Šíření zvuku prostředím. 1.3 Výška tónu. 1.4 Ucho jako přijímač zvuku 1 Zvukové jevy 1.1 Co je to zvuk Zdrojem zvuku je chvějící se těleso (chvění je zvláštní případ vlnění). Pravidelným chvěním tělesa vzniká tón, nepravidelným hluk. K poslechu zvuku je potřeba: (1) zdroj