Když mluvíme o struktuře sluchadla, postupně přecházíme k principu mozku analyzujícího přijatý signál ze sluchové kochley. Co je to? A jak to mozek dešifruje? Jak určuje výšku zvuku? Dnes budeme hovořit o tom druhém, protože automaticky odhaluje odpovědi na první dvě otázky.

Je třeba poznamenat, že mozek detekuje pouze periodické sinusové složky zvuku. Vnímání výšky tónu člověkem také závisí na hlasitosti a trvání. V minulém článku jsme hovořili o bazilární membráně a její struktuře. Jak je známo, má heterogenitu ve strukturální tuhosti. To mu umožňuje mechanicky rozkládat zvuk na komponenty, které mají na jeho povrchu specifické umístění. Odkud vláskové buňky později vysílají signál do mozku. Kvůli této strukturální vlastnosti membrány má „zvuková“ vlna, která se šíří po jejím povrchu, různá maxima: nízké frekvence v blízkosti horní části membrány, vysoké frekvence v blízkosti oválného okénka. Mozek se automaticky snaží určit výšku z tohoto “ topografická mapa“, najít na něm lokalizaci základní frekvence. Tato metoda může být spojena s vícepásmovým filtrem. Odtud pochází teorie „kritického pásma“, o které jsme hovořili dříve:

Ale to není jediný přístup! Druhou metodou je určení výšky z harmonických: pokud mezi nimi najdete minimální frekvenční rozdíl, pak se vždy rovná základní frekvenci - [( n + 1) f 0 - (nf 0)] = f 0, kde n – čísla harmonických. A spolu s tím se používá také třetí metoda: nalezení společného činitele rozdělením všech harmonických do po sobě jdoucích čísel a od něj se určí výška zvuku. Experimenty plně potvrdily platnost těchto metod: sluchová soustava, zjišťující maxima harmonických, s nimi provádí výpočetní operace, a i když základní tón vystřihnete nebo harmonické uspořádáte v lichém pořadí, ve kterém metody 1 a 2 nepomohou, pak člověk určí výšku zvuku pomocí metody 3.

Ale jak se ukázalo, to nejsou všechny schopnosti mozku! Byly provedeny mazané experimenty, které vědce překvapily. Jde o to, že tyto tři metody pracují pouze s prvními 6-7 harmonickými. Když jedna harmonická ze zvukového spektra spadne do každého „kritického pásma“, mozek je klidně „identifikuje“. Ale pokud jsou nějaké harmonické tak blízko u sebe, že několik z nich spadá do jedné oblasti sluchového filtru, pak je mozek rozpozná hůře nebo je vůbec neidentifikuje: to platí pro zvuky s harmonickými vyššími než sedmá. Zde přichází na řadu čtvrtá metoda - metoda „času“: mozek začíná analyzovat čas příjmu signálů z Cortiho orgánu s fází oscilace celé bazilární membrány. Tento efekt se nazývá „fázové uzamčení“. Jde o to, že když membrána vibruje, když se pohybuje směrem k vláskovým buňkám, dostávají se s ní do kontaktu a vytvářejí nervový impuls.
Při pohybu zpět se neobjeví žádný elektrický potenciál. Objeví se vztah - doba mezi pulzy v libovolném jednotlivém vláknu se bude rovnat celému číslu 1, 2, 3 atd., vynásobenému periodou v hlavní zvukové vlně f = nT . Jak to pomáhá při práci v oddělení spolu s kritickými kapelami? Velmi zjednodušeně: víme, že když jsou dvě harmonické tak blízko, že spadají do stejné „frekvenční oblasti“, dochází mezi nimi k „bijícímu“ efektu (který hudebníci slyší při ladění nástroje) – je to prostě jedna vibrace s průměrem frekvence rovná rozdílové frekvenci V tomto případě budou mít období T = 1/f 0. Všechny periody nad šestou harmonickou jsou tedy stejné nebo mají celočíselnou číslici, tedy hodnotu n/f 0. Dále mozek jednoduše vypočítá frekvenci základního tónu.

Fyzikální veličiny:

λ = vT= proti / γ (m) vlnová délka

v = λ/T = λ γ (m/s) rychlost vlny

T = t/n(c) perioda oscilace

n - počet kmitů t - doba kmitu

γ = 1/ T (Hz) kmitací frekvence A [m] - amplituda kmitání

já. 1. Pozdrav, kontrola připravenosti žáků na hodinu, připravenost názorných pomůcek, tabule, křídy apod.

2. Odhalení obecného účelu lekce.

Dnes máme možnost dotknout se světa krásy a harmonie, která je přítomna v jednom z typů nerovnoměrného pohybu – oscilačním. Vibrační pohyby jsou v životě kolem nás rozšířené. Zvuk je jedním z typů oscilačního pohybu, prostředkem přenosu informací, přibližně 8-9% z celkového objemu přijatého osobou.

Úvodní zobecnění a systematizace poznatků o kmitání a vlnění nám umožní přejít ke studiu zvukových jevů z pohledu integrace s jinými vědami.

Účelem naší lekce je tedy zobecnění a systematizace znalostí o zvukových vibracích, jejich vlastnostech a seznámení s využitím zvukových vln v různých oblastech vědy, techniky, umění a přírody. Proto uvádím téma lekce: "Zvuk v přírodě, hudbě a technologii."

II. Aktualizace základních znalostí a dovedností. Utváření kognitivních motivů.

První samostatný úkol Bude se pracovat s referenční poznámkou, která obsahuje nejdůležitější informace o kmitání a vlnění. Zaměřte se na základní pojmy

· Samostatná práce o zopakování a upevnění části „Kmity a vlny“.

· Systemizace základních pojmů, fyzikální veličiny charakterizující vlnový proces.

Odpovědi na otázky najdete v podpůrných poznámkách:

1. Uveďte příklady kmitavých pohybů.

2. Co je hlavním znakem kmitavého pohybu?

3. Jaká je perioda kmitu? Frekvence kmitání? Amplituda kmitů?

4. Zapište vzorce pro fyzikální veličiny a uveďte jejich měrné jednotky.

5. Je-li graf závislosti souřadnic na čase sinusový (kosinusový), jaký typ kmitání těleso vykonává?

6. Poruchy šířící se v prostoru se nazývají...?

7. V jakých prostředích se může šířit elastické vlnění?

8. Zapište vzorce pro vlnovou délku, rychlost vlny

() a uveďte jejich měrné jednotky.

9. stručný popis zvukové vlny: vycházeje z pojmů mechanické vibrace a vlny, přejděme ke zvukovým vlnám.

III. Sledování a sebetestování znalostí (reflexe) průřezových pojmů.

Po zopakování teoretické látky přejděme k praktickému úkolu identifikace některých vlastností zvukových vln.

1. Praktický úkol (skupinová práce):

a) první skupina provádí pokus o odrazu zvuku se dvěma deskami a sudovými varhanami.

Úkol č. 1. Pomocí sudových varhan prozkoumejte vlastnost odrazu zvukových vln. Získejte zvuk vycházející z činelu umístěného u vašeho ucha.

Závěr: zvuk se odráží od předmětů .

b) druhá skupina kontroluje základní charakteristiky zvuku: výšku a hlasitost.

Úkol č. 2. Na jakých fyzikálních veličinách závisí výška a hlasitost zvuku pomocí pravítka připevněného ke stolu, měnícího délku jeho vyčnívající části a amplitudu vibrací. Kdy se zvuk stává slyšitelným nebo neslyšitelným?

Závěr : změnou délky vyčnívající části pravítka a amplitudy jeho kmitů zjistí, že výška tónu vydávaného kmitajícím pravítkem závisí na jeho velikosti a hlasitost je určena amplitudou kmitů.

c) třetí skupina experimentuje se lžičkou, testuje šíření zvuku v různých prostředích pomocí stetoskopu.

Úkol č. 3. Umístěte naslouchací trubice stetoskopové sondy do uší. Udeřte kladivem do kovové lžíce. Udělejte závěr a dosáhněte zvuku „zvonu“. Co to znamená?

Závěr: Zvuk se šíří nejen ve vzduchu, ale také v kapalinách a pevných látkách.

d) vyrobit dechový nástroj;

Úkol č. 4. Vyrobte si jednoduchý dechový nástroj z víka rezonátorové skříňky a tří zkumavek.

e) pomocí ladičky získat čistý tón a zviditelnit zvuk;

Úkol č. 5. Získejte čistý hudební tón pomocí ladičky. Udělejte ten zvuk viditelným.

a) individuální práce s písemkami (ústní odpovědi studentů).

otázky:

1. Při létání vydává většina hmyzu zvuk. co to způsobuje?

2. Velký déšť lze odlišit od malého deště podle hlasitějšího zvuku, který se ozve, když kapky dopadnou na střechu. Na čem je tato možnost založena?

3. Jsou zvukové vlnové délky hlasitých a tichých zvuků stejné ve stejném médiu?

4. Který hmyz – komár nebo moucha – udělá více úderů křídly za stejnou dobu?

5. Proč, když chceme být slyšeni na velkou vzdálenost, křičíme a zároveň si přikládáme ruce v náustku k ústům?

6. Strunný hudební nástroj má od 3 do 7 strun. Jak je dosaženo rozmanitosti zvuků produkovaných nástrojem?

Závěr: Zvukové vlny tvoří kruhové vlny na hladině vody.

IV. Zobecnění a systematizace poznatků o zvukových vlnách na základě integrace věd fyziky, biologie, ekologie, hudby.

Fyzika jako věda je kulturní úspěch, který nám poskytuje jedinečný způsob, jak porozumět světu. Pouze jeden typ mechanických vibrací - zvukové vlny - poskytuje celou řadu zajímavých faktů aplikovaného významu. Zvuky jsou nehmotné, neviditelné, ale staňme se na chvíli kouzelníky a zhmotněme je.

· Fyzikální vlastnosti zvukové vlny.

1. Stupnice rozsahu zvukových vln.

2. Tabulka rychlosti zvuku v různých látkách, graf rychlosti zvuku ve vzduchu při různých teplotách a závislost rychlosti zvuku na výšce nad povrchem Země.

3. Dopplerův jev v akustice.

Výkres znázorňující změnu výšky tónu. Řešení problémové situace (pozorovatel vydávající zvukovou vlnu + prolétající těleso + jaký je výsledek změny frekvence. Jaký efekt bude pozorován?

4. Experimentujte se zvukovými vlnami.

· inženýrská aplikace zvukových vlastností.

1. Akustika sálů.

Sál Velkého divadla byl přirovnáván k velkým houslím, jeho dřevěná skořepina je v současné době restaurována pro zlepšení akustiky.

· Hudební nástroje.

1. Klavír.

Existují různé druhy znečištění: příroda, duše, informace. Patří hudební styly „punk“, „metal“, „trance“, „techno“ k hlukové zátěži?

Problémový úkol: Zdůrazněte pozitivní a negativní aspekty hudebních děl tohoto stylu: „punk“, „metal“, „trance“, „techno“.

· Biologie. Význam zvuků v životě zvířat.

1. Ryby jsou neuvěřitelně upovídané.

Otázka . Leonardo da Vinci navrhl poslouchat podvodní zvuky přiložením ucha k veslu spuštěnému do vody. Akustická impedance zeleného dřeva je blízká vodě. Proč?

· Ekologie a ultrazvuk.

1. „Senzace“ v nádrži s vodou.

· Ultrazvuk v medicíně.

· Akustické znečištění.

VÝSLEDEK. Informace, které jste obdrželi, snad obohatí vaše znalosti o zvukových vlnách.

PROTI. Shrnutí.

.Nové podmínky:

* generace (tvorba, vzdělávání);

* dozvuk (zbytkový zvuk);

* akustická impedance (součin hustoty látky a rychlosti šíření zvukové vlny v ní);

* echolokace (schopnost vnímat ozvěnu);

* sonary (zařízení pro vysílání a příjem echo signálů);

* klavír (z italského forte – „hlasitý“, piano – „tichý“);

* esej (druh eseje, ve které hraje hlavní roli reflexe).

Nyní udělejme závěr o významu a místě akustiky (nauka o zvukových vlnách) v systému oscilačních procesů. Jaké užitečné informace jsme se z lekce dozvěděli?

Výstup studenta:

a) rozsah zvuku je obrovský, zvuk je mnohostranný

b) zobecnili a systematizovali jsme poznatky o zvukových jevech.

c) seznámil se s integrací fyzikálního jevu zvukových vibrací s vědami inženýrskými, biologickými, ekologickými a hudebními.

Závěr učitele:

Děkuji za spolupráci, komunikaci, touhu po sebezdokonalování, učení se novým věcem, schopnost analyzovat a zobecňovat. Zvláště bych chtěl vyzdvihnout následující studenty...

VI. Domácí práce. Esej: "Moje chápání akustiky a jejího využití ve vědě a technice."

Navrhuji dokončit úkol, který bude obsahovat informace, které nebyly obsaženy v dnešní lekci.

SHRNUTÍ POZADÍ.

Mechanické vibrace a vlny. Zvuk.

1. Jedním z typů nerovnoměrného pohybu je oscilační. Vibrační pohyby jsou v životě kolem nás rozšířené. Příklady kmitání zahrnují: pohyb jehly šicího stroje, houpačky, kyvadla hodin, vozík na pružinách a další tělesa. Obrázek ukazuje tělesa procházející oscilačním pohybem, když jsou vyjmuta ze své rovnovážné polohy:

2.Po určité době se pohyb libovolného tělesa opakuje. Časový úsek, po kterém se pohyb opakuje, se nazývá perioda oscilace. T=t/n[c] t - doba oscilace; n je počet oscilací během tohoto časového období. H. Počet kmitů za jednotku času se nazývá frekvence vibrace, označované písmenem V („nu“) měřené v hertzech [Hz]. [Hz].

4. Říká se největší (v absolutní hodnotě) odchylka kmitajícího tělesa od rovnovážné polohy amplituda váhání.

OA1 a OB1 - amplituda kmitání (A); OA1=OB1=A [m]

5. Volané oscilace harmonický.

Harmonické vibrace jsou vibrace, které se vyskytují pod vlivem síly úměrné posunutí vibračního bodu a směřující opačně k tomuto posunutí.

Graf souřadnic kmitajícího tělesa v závislosti na čase je sinusová vlna (kosinusová vlna).

https://pandia.ru/text/78/333/images/image005_14.gif" width="13" height="15"> půlvlny příčného stojatého vlnění. Režim kmitání odpovídající se nazývá první harmonická přirozené vlny oscilací nebo základní režim.

https://pandia.ru/text/78/333/images/image008_9.jpg" width="645" height="490">

ANALÝZA LEKCE.

1. Typ lekce: komplexní uplatnění znalostí, dovedností a schopností .

Lekce je problémová, interaktivní, založená na integrované aplikaci znalostí a dovedností a má praktický význam, protože se používají experimentální fakta, která umožňují nezávislé posouzení těchto vědeckých objevů.

Účel lekce : rozvíjet u studentů schopnost aplikovat teoretické poznatky a experimentální vědecká fakta k pochopení podstaty světla, role, umístění a různých metod určování jeho rychlosti.

2. Organizaci lekce považuji za nejoptimálnější, neboť nám umožnila komplexně zvážit problém povahy světla a umožnila realizovat tvořivost Při hledání rychlosti světla využijte komplexní znalosti, dovednosti a schopnosti.

3. Pro aktivaci pozornosti studentů jsem zvolil metody vnitropředmětových a mezipředmětových vazeb vycházející ze znalostí astronomie, historie fyzikálních objevů, kontinuity fyzická věda, inženýrské objevy.

Mistrovství obsahu vzdělávací materiál, podle mého názoru, bylo dosaženo porozuměním a konsolidací teoretického materiálu. Úkolem bylo nejen zajistit asimilaci materiálu, ale hlavní pozornost byla věnována reprodukčnímu uplatnění při praktické práci na samostatném hodnocení rychlosti světla a kreativnímu myšlení žáků.

4. Podle mého názoru uvnitř didaktický účel lekce byly realizovány:

* z kognitivního hlediska:

Byl učiněn pokus rozšířit vědecký světový názor na pozadí vzdělávacího úkolu;

* ve vývojovém aspektu:

Slovní zásoba byla obohacena a komplikovaná;

Stimulují se schopnosti myšlení, jako je srovnávání, analýza, syntéza, schopnost vyzdvihnout to hlavní, dokazování a vyvracení;

* ve vzdělávacím aspektu:

Důraz je kladen na důležitost kontinuity fyzikální vědy, její nejdůležitější zákony a teorie a způsoby potvrzení jejich spolehlivosti.

Byl poskytnut diferencovaný přístup s ohledem na skutečnost, že lekce probíhala v neznámé třídě. Práce byla založena jak na individuálních úkolech, tak na týmové práci. Studenti byli zapojeni do procesu identifikace příčinných a následných vztahů jevů a skutečností. Uplatněné metody vzájemné kontroly a sebekontroly ze strany studentů byly dle mého názoru opodstatněné, došlo ke zvýšení míry samostatnosti v systému úloh.

Myslím, že v hodině bylo vytvořeno pozitivní psychologické klima. Materiál byl vnímán se zájmem, protože je inovativní a není uveden ve školní učebnici (11. ročník). Věřím, že úroveň studentů nám umožnila zajistit kvalitu získaných znalostí.

>>Fyzika: Hlasitost a výška zvuku. Echo

Sluchové vjemy, které v nás různé zvuky vyvolávají, závisí do značné míry na amplitudě zvukové vlny a její frekvenci. Amplituda a frekvence jsou fyzikální vlastnosti zvukové vlny. Těmto fyzikálním charakteristikám odpovídají určité fyziologické charakteristiky spojené s naším vnímáním zvuku. Takové fyziologické vlastnosti jsou hlasitost a výška zvuku.

Hlasitost zvuk je určen jeho amplitudou: čím větší je amplituda vibrací ve zvukové vlně, tím je zvuk hlasitější. Takže, když vibrace znějící ladičky utichnou, hlasitost zvuku klesá spolu s amplitudou. A naopak, silnějším úderem do ladičky a tím zvýšením amplitudy jejích vibrací způsobíme hlasitější zvuk.

Hlasitost zvuku také závisí na tom, jak citlivé je naše ucho na tento zvuk. Lidské ucho je nejcitlivější na zvukové vlny o frekvenci 1-5 kHz.

Změřením energie přenesené zvukovou vlnou za 1 s povrchem o ploše 1 m2 zjistíme veličinu tzv. intenzita zvuku.

Ukázalo se, že intenzita nejhlasitějších zvuků (při kterých dochází k pocitu bolesti) převyšuje intenzitu zvuků nejhlasitějších. slabé zvuky, přístupné lidskému vnímání. 10 bilionůkrát! V tomto smyslu se lidské ucho ukazuje jako mnohem pokročilejší zařízení než kterékoli běžné měřící nástroje. Žádný z nich nemůže měřit tak široký rozsah hodnot (u zařízení zřídka přesahuje 100).

Jednotka hlasitosti se nazývá ospalý(z latinského "sonus" - zvuk). Tlumený rozhovor má objem 1 spánku. Tikání hodin je charakterizováno hlasitostí asi 0,1 dson. normální konverzace - 2 spánky, zvuk psacího stroje - 4 spánky, hlasitý pouliční hluk - 8 spánek. V kovárně dosahuje objem 64 sonů a ve vzdálenosti 4 m od běžícího proudového motoru - 256 sonů. Zvuky ještě větší hlasitosti začínají způsobovat bolest.
Hlasitost lidského hlasu lze zvýšit pomocí megafon. Jde o kónický roh připevněný k ústům mluvící osoby (obr. 54). V tomto případě dochází k zesílení zvuku v důsledku koncentrace emitované zvukové energie ve směru osy houkačky. Ještě většího zvýšení hlasitosti lze dosáhnout pomocí elektrického megafonu, na jehož klakson je připojen mikrofon a speciální tranzistorový zesilovač.

Pro zesílení přijímaného zvuku lze také použít klakson. Chcete-li to provést, je třeba jej přiložit k uchu. Za starých časů (kdy neexistovala žádná speciální sluchadla) toto často používali lidé se špatným sluchem.

Horny se používaly i v prvních zařízeních určených pro záznam a reprodukci zvuku.

Mechanický záznam zvuku vynalezl v roce 1877 T. Edison (USA). Přístroj, který navrhl, se jmenoval fonograf. Jeden ze svých fonografů (obr. 55) poslal L. N. Tolstému.

Hlavní části fonografu jsou válec 1 potažený cínovou fólií a membrána 2, připojená k safírovému stylusu. Zvuková vlna, působící přes klakson na membránu, způsobila, že jehla vibrovala a stále silněji tlačila do fólie. Při otáčení rukojeti se váleček (jehož osa měla závit) nejen otáčel, ale také se pohyboval ve vodorovném směru. V tomto případě se na fólii objevila šroubovitá drážka proměnné hloubky. Pro slyšení nahraného zvuku byla jehla umístěna na začátek drážky a válec byl znovu otočen.

Následně byl otočný váleček ve fonografu nahrazen plochou kulatou deskou a drážka na ní se začala nanášet ve formě skládací spirály. Tak se objevily gramofonové desky.

Kromě hlasitosti se zvuk vyznačuje výškou. Výška zvuk je určen jeho frekvencí: čím vyšší je frekvence vibrací ve zvukové vlně, tím vyšší je zvuk. Nízkofrekvenční vibrace odpovídají nízkým zvukům, vysokofrekvenční vibrace odpovídají vysokým zvukům.

Takže například čmelák za letu mává křídly s nižší frekvencí než komár: pro čmeláka je to 220 tepů za sekundu a pro komára 500-600. Proto je let čmeláka doprovázen nízkým zvukem (bzučení), let komára je doprovázen vysokým zvukem (prskání).

Zvuková vlna o určité frekvenci se také nazývá hudební tón. Proto je smola často označována jako smola.
Hlavní tón s „příměsí“ několika vibrací jiných frekvencí hudební zvuk. Například zvuky houslí a klavíru mohou obsahovat až 15-20 různých vibrací. Složení každého komplexního zvuku určuje jeho témbr.

Frekvence volných vibrací struny závisí na její velikosti a napětí. Natažením strun kytary pomocí kolíčků a jejich přitlačením ke krku kytary na různých místech tedy změníme jejich přirozenou frekvenci, a tedy i výšku zvuků, které produkují.

Tabulka 5 ukazuje frekvence vibrací ve zvucích různých hudebních nástrojů.

Frekvenční rozsahy odpovídající hlasům zpěváků a zpěvaček naleznete v tabulce 6.


Při běžné řeči dochází u mužského hlasu k vibracím o frekvenci od 100 do 7000 Hz, u ženského od 200 do 9000 Hz. Vibrace nejvyšší frekvence jsou součástí zvuku souhlásky „s“.

Povaha vnímání zvuku do značné míry závisí na uspořádání místnosti, ve které je slyšet řeč nebo hudba. Vysvětluje se to tím, že v uzavřených prostorách vnímá posluchač kromě přímého zvuku i nepřetržitou řadu jeho rychle po sobě následujících opakování, způsobenou mnohonásobnými odrazy zvuku od předmětů v místnosti, stěn, stropu a podlahy.

Prodloužení doby trvání zvuku způsobené jeho odrazy od různých překážek se nazývá dozvuk. Dozvuk je vysoký v prázdných místnostech, kde má za následek dunivý zvuk. A naopak, pokoje s měkkým čalouněním stěn, závěsy, závěsy, čalouněný nábytek, koberce, ale i ty naplněné lidmi dobře pohlcují zvuk, a proto je dozvuk v nich nepatrný.

Odraz zvuku také vysvětluje ozvěnu. Echo- jedná se o zvukové vlny odražené od nějaké překážky (budovy, kopce, lesy atd.) a vracející se ke svému zdroji. Pokud k nám dorazí zvukové vlny, které se postupně odrážejí od několika překážek a jsou odděleny časovým intervalem t>50 - 60 ms, dochází k vícenásobnému echu. Některé z těchto ozvěn se staly světově proslulými. Například skály rozložené do tvaru kruhu u Adersbachu v ČR opakují na určitém místě třikrát 7 slabik a na zámku Woodstock v Anglii ozvěna zřetelně opakuje 17 slabik!

Jméno "echo" je spojeno se jménem horské nymfy Echo, která byla podle starověké řecké mytologie nešťastně zamilovaná do Narcise. Z touhy po svém milém Echo vyschla a zkameněla, takže z ní zbyl jen hlas schopný opakovat konce slov pronesených v její přítomnosti.

??? 1. Co určuje hlasitost zvuk? 2. Jak se nazývá jednotka objemu? 3. Proč po úderu kladívkem do ladičky její zvuk postupně ztiší a ztiší? 4. Co určuje výšku zvuku? 5. Z čeho se hudební zvuk „skládá“? 6. Co je to ozvěna? 7. Řekněte nám o principu fungování Edisonova fonografu.

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Fyzika 8. tř

Odeslali čtenáři z internetových stránek

Hodiny fyziky, programy fyziky, abstrakty z fyziky, testy z fyziky, kurz fyziky, učebnice fyziky, fyzika ve škole, vývoj hodin fyziky, kalendář tematického plánování ve fyzice

Zvukové vlny se stejně jako jiné vlny vyznačují takovými objektivními veličinami, jako je frekvence, amplituda, fáze kmitání, rychlost šíření, intenzita zvuku a další. Ale kromě toho jsou popsány třemi subjektivními charakteristikami. Jedná se o hlasitost, výšku a zabarvení zvuku.

Citlivost lidského ucha se pro různé frekvence liší. Aby vlna vyvolala zvukový vjem, musí mít určitou minimální intenzitu, ale pokud tato intenzita překročí určitou mez, pak zvuk není slyšet a způsobuje pouze bolestivý vjem. Pro každou frekvenci oscilací tedy existuje minimální ( sluchový práh) a největší ( práh bolesti) intenzita zvuku, která je schopna vyvolat zvukový vjem. Obrázek 1 ukazuje závislost prahů sluchu a bolesti na frekvenci zvuku. Oblast mezi těmito dvěma křivkami je rozsah slyšitelnosti. Největší vzdálenost mezi křivkami nastává na frekvencích, na které je ucho nejcitlivější (1000-5000 Hz).

Je-li intenzita zvuku veličinou, která objektivně charakterizuje vlnový proces, pak subjektivní charakteristikou zvuku je hlasitost.Hlasitost závisí na intenzitě zvuku, tzn. je určena druhou mocninou amplitudy vibrací ve zvukové vlně a citlivostí ucha (fyziologické charakteristiky). Protože intenzita zvuku je , čím větší je amplituda vibrací, tím je zvuk hlasitější.

Rozteč- kvalita zvuku, kterou určuje osoba subjektivně sluchem a v závislosti na frekvenci zvuku. Čím vyšší frekvence, tím vyšší je výška zvuku.

Zvukové vibrace vyskytující se podle harmonického zákona s určitou frekvencí jsou člověkem vnímány jako určité hudební tón. Vysokofrekvenční vibrace jsou vnímány jako zvuky vysoký tón, nízkofrekvenční zvuky - jako zvuky nízký tón. Nazývá se rozsah zvukových vibrací odpovídající zdvojnásobení vibrační frekvence oktáva. Takže například tón „A“ první oktávy odpovídá frekvenci 440 Hz, tón „A“ druhé oktávy odpovídá frekvenci 880 Hz.

Hudební zvuky odpovídají zvukům, které vytváří harmonicky vibrující těleso.

Hlavní tón komplexní hudební zvuk je tón odpovídající nejnižší frekvenci, která je přítomna v souboru frekvencí daného zvuku. Volají se tóny odpovídající jiným frekvencím ve zvuku podtexty. Pokud jsou frekvence podtónů násobky frekvence základního tónu, pak se podtóny nazývají harmonické a základní tón s frekvencí se nazývá první harmonická, podtext s následující frekvencí - druhá harmonická atd.

Hudební zvuky se stejným základním tónem se liší zabarvením, které je určeno přítomností podtónů - jejich frekvencí a amplitud, povahou nárůstu amplitud na začátku zvuku a jejich poklesu na konci zvuku.

Při stejné výšce jsou zvuky produkované např. houslemi a klavírem odlišné témbr.

Vnímání zvuku sluchovými orgány závisí na tom, jaké frekvence jsou součástí zvukové vlny.

Hluky- jedná se o zvuky, které tvoří spojité spektrum skládající se z množiny frekvencí, tzn. Hluk obsahuje vibrace všech možných frekvencí.

18. února 2016

Svět domácí zábavy je velmi rozmanitý a může zahrnovat: sledování filmů na dobrém systému domácího kina; vzrušující a vzrušující hraní nebo poslech hudby. Zpravidla si v této oblasti každý najde to své, případně kombinuje vše najednou. Ale ať už jsou cíle člověka pro organizování volného času jakékoli a ať už jde do jakéhokoli extrému, všechny tyto vazby jsou pevně spojeny jedním jednoduchým a srozumitelným slovem - „zvuk“. Ve všech výše uvedených případech nás skutečně povede zvuk za ruku. Tato otázka však není tak jednoduchá a triviální, zejména v případech, kdy existuje touha dosáhnout vysoce kvalitního zvuku v místnosti nebo za jakýchkoli jiných podmínek. K tomu není vždy nutné kupovat drahé hi-fi nebo hi-end komponenty (i když to bude velmi užitečné), ale stačí dobrá znalost fyzikální teorie, která může eliminovat většinu problémů, které nastanou pro každého který si klade za cíl získat vysoce kvalitní hlasové herectví.

Dále bude teorie zvuku a akustiky zvažována z hlediska fyziky. V tomto případě se to pokusím co nejvíce zpřístupnit pochopení každého člověka, který možná zdaleka nezná fyzikální zákony nebo vzorce, ale přesto vášnivě sní o uskutečnění snu o vytvoření dokonalého akustického systému. Netroufám si říci, že za účelem dosažení dobré výsledky v této oblasti, doma (nebo například v autě), musíte tyto teorie důkladně znát, ale pochopení základů vám umožní vyhnout se mnoha hloupým a absurdním chybám a také vám umožní dosáhnout maximálního zvukového efektu ze systému jakékoli úrovně.

Obecná teorie zvuku a hudební terminologie

Co je to zvuk? To je vjem, který vnímá sluchový orgán "ucho"(fenomén sám o sobě existuje bez účasti „ucha“ v procesu, ale to je snazší pochopit), ke kterému dochází, když je bubínek vzrušený zvukovou vlnou. Ucho v tomto případě funguje jako „přijímač“ zvukových vln různých frekvencí.
Zvuková vlna jde v podstatě o sekvenční řadu zhutňování a vypouštění média (za normálních podmínek nejčastěji vzduchového média) různých frekvencí. Povaha zvukových vln je oscilační, způsobená a produkovaná vibrací jakéhokoli tělesa. Vznik a šíření klasické zvukové vlny je možné ve třech elastických prostředích: plynném, kapalném a pevném. Objeví-li se zvuková vlna v jednom z těchto typů prostoru, nevyhnutelně dojde k některým změnám v samotném médiu, například ke změně hustoty nebo tlaku vzduchu, pohybu částic vzdušné hmoty atd.

Protože zvuková vlna má oscilační povahu, má takovou charakteristiku, jako je frekvence. Frekvence měřeno v hertzech (na počest německého fyzika Heinricha Rudolfa Hertze) a označuje počet oscilací za časové období rovné jedné sekundě. Tito. například frekvence 20 Hz označuje cyklus 20 oscilací za jednu sekundu. Na frekvenci zvuku závisí i subjektivní pojetí jeho výšky. Čím více zvukových vibrací za sekundu vznikne, tím „vyšší“ se zvuk objeví. Zvuková vlna má také další důležitou charakteristiku, která má název - vlnová délka. Vlnová délka Je obvyklé uvažovat vzdálenost, kterou urazí zvuk určité frekvence za dobu rovnající se jedné sekundě. Například vlnová délka nejnižšího zvuku v lidském slyšitelném rozsahu při 20 Hz je 16,5 metru a vlnová délka nejvyššího zvuku při 20 000 Hz je 1,7 centimetru.

Lidské ucho je navrženo tak, že je schopno vnímat vlny pouze v omezeném rozsahu, přibližně 20 Hz - 20 000 Hz (podle vlastností konkrétního člověka, někdo je schopen slyšet o něco více, někdo méně) . Neznamená to tedy, že zvuky pod nebo nad těmito frekvencemi neexistují, lidské ucho je prostě nevnímá a překračuje slyšitelný rozsah. Zvuk nad slyšitelným rozsahem se nazývá ultrazvuk, je volán zvuk pod slyšitelným rozsahem infrazvuk. Některá zvířata jsou schopna vnímat ultra a infra zvuky, některá dokonce využívají tento rozsah pro orientaci v prostoru ( netopýři, delfíni). Pokud zvuk prochází médiem, které není v přímém kontaktu s lidským sluchovým orgánem, pak takový zvuk nemusí být slyšet nebo může být následně značně zeslaben.

V hudební terminologii zvuku existují tak důležitá označení jako oktáva, tón a podtón zvuku. Oktáva znamená interval, ve kterém je frekvenční poměr mezi zvuky 1 ku 2. Oktáva je obvykle sluchem velmi rozlišitelná, zatímco zvuky v tomto intervalu si mohou být velmi podobné. Oktávou lze také nazvat zvuk, který za stejnou dobu vibruje dvakrát více než jiný zvuk. Například frekvence 800 Hz není nic jiného než vyšší oktáva 400 Hz a frekvence 400 Hz je zase další oktáva zvuku s frekvencí 200 Hz. Oktáva se zase skládá z tónů a podtónů. Proměnlivé vibrace v harmonické zvukové vlně o stejné frekvenci vnímá lidské ucho jako hudební tón. Vysokofrekvenční vibrace lze interpretovat jako vysoké zvuky, zatímco nízkofrekvenční vibrace lze interpretovat jako zvuky s nízkou frekvencí. Lidské ucho je schopno zřetelně rozlišovat zvuky s rozdílem jednoho tónu (v rozsahu až 4000 Hz). Navzdory tomu hudba používá extrémně malý počet tónů. To je vysvětleno z úvah o principu harmonické konsonance, vše je založeno na principu oktáv.

Uvažujme teorii hudebních tónů na příkladu určitým způsobem natažené struny. Taková struna bude v závislosti na síle tahu „naladěna“ na jednu konkrétní frekvenci. Když je tato struna vystavena něčemu s jednou specifickou silou, která způsobí její vibrace, bude důsledně pozorován jeden konkrétní tón zvuku a my uslyšíme požadovanou frekvenci ladění. Tento zvuk se nazývá základní tón. Frekvence tónu „A“ první oktávy je oficiálně akceptována jako základní tón v hudebním poli, rovná 440 Hz. Většina hudebních nástrojů však nikdy sama nereprodukuje čisté základní tóny, jsou nevyhnutelně doprovázeny podtóny tzv podtexty. Zde je vhodné připomenout důležitou definici hudební akustiky, pojem zvukový témbr. Témbr- to je vlastnost hudebních zvuků, která dává hudebním nástrojům a hlasům jejich jedinečnou, rozpoznatelnou specifičnost zvuku, a to i při porovnávání zvuků stejné výšky a hlasitosti. Zabarvení každého hudebního nástroje závisí na rozložení zvukové energie mezi podtóny v okamžiku, kdy se zvuk objeví.

Alikvoty tvoří specifické zabarvení základního tónu, pomocí kterého snadno identifikujeme a rozpoznáme konkrétní nástroj, stejně jako jasně odlišíme jeho zvuk od jiného nástroje. Existují dva typy podtónů: harmonické a neharmonické. Harmonické podtóny podle definice jsou násobky základní frekvence. Naopak, pokud podtóny nejsou násobky a znatelně se odchylují od hodnot, pak se volají neharmonické. V hudbě je ovládání s více podtóny prakticky vyloučeno, takže se tento termín redukuje na pojem „podtón“, což znamená harmonický. U některých nástrojů, např. u klavíru, se základní tón ani nestihne zformovat, během krátké doby se zvuková energie podtónů zvýší a pak stejně rychle sníží. Mnoho nástrojů vytváří to, čemu se říká „přechodový tónový“ efekt, kdy energie určitých podtónů je nejvyšší v určitém okamžiku, obvykle na samém začátku, ale pak se prudce změní a přejde k dalším podtónům. Frekvenční rozsah každého nástroje lze posuzovat samostatně a je obvykle omezen na základní frekvence, které je daný nástroj schopen produkovat.

V teorii zvuku existuje také pojem jako HLUK. Hluk- jedná se o jakýkoli zvuk, který vzniká kombinací zdrojů, které jsou vzájemně nekonzistentní. Každý zná zvuk listů stromů, které se houpou větrem atd.

Co určuje hlasitost zvuku? Je zřejmé, že takový jev přímo závisí na množství energie přenesené zvukovou vlnou. Pro stanovení kvantitativních ukazatelů hlasitosti existuje pojem - intenzita zvuku. Intenzita zvuku je definován jako tok energie procházející určitou oblastí prostoru (například cm2) za jednotku času (například za sekundu). Při běžné konverzaci je intenzita přibližně 9 nebo 10 W/cm2. Lidské ucho je schopno vnímat zvuky v poměrně širokém rozsahu citlivosti, zatímco citlivost frekvencí je v rámci zvukového spektra heterogenní. Nejlépe je tak vnímán frekvenční rozsah 1000 Hz - 4000 Hz, který nejvíce pokrývá lidskou řeč.

Vzhledem k tomu, že intenzita zvuků se tak výrazně liší, je pohodlnější o nich uvažovat jako o logaritmické veličině a měřit ji v decibelech (podle skotského vědce Alexandra Grahama Bella). Spodní práh sluchové citlivosti lidského ucha je 0 dB, horní 120 dB, nazývaný také „práh bolesti“. Horní hranici citlivosti lidské ucho také vnímá ne stejně, ale závisí na konkrétní frekvenci. Nízkofrekvenční zvuky musí mít mnohem větší intenzitu než vysokofrekvenční zvuky, aby spustily práh bolesti. Například práh bolesti při nízké frekvenci 31,5 Hz nastává při hladině intenzity zvuku 135 dB, kdy při frekvenci 2000 Hz se pocit bolesti objeví při 112 dB. Existuje také pojem akustický tlak, který vlastně rozšiřuje obvyklé vysvětlení šíření zvukové vlny vzduchem. Akustický tlak- jedná se o proměnlivý přetlak, který vzniká v elastickém prostředí v důsledku průchodu zvukové vlny.

Vlnová povaha zvuku

Pro lepší pochopení systému generování zvukových vln si představte klasický reproduktor umístěný v potrubí naplněném vzduchem. Pokud reproduktor udělá prudký pohyb vpřed, vzduch v bezprostřední blízkosti difuzoru se na okamžik stlačí. Vzduch pak expanduje, čímž tlačí oblast stlačeného vzduchu podél potrubí.
Tento vlnový pohyb se následně stane zvukem, když dosáhne sluchového orgánu a „vzruší“ ušní bubínek. Když se v plynu objeví zvuková vlna, vzniká přetlak a nadměrná hustota a částice se pohybují konstantní rychlostí. O zvukových vlnách je důležité pamatovat na skutečnost, že látka se nepohybuje spolu se zvukovou vlnou, ale dochází pouze k dočasnému narušení vzdušných hmot.

Pokud si představíte píst zavěšený v volný prostor na pružině a prováděním opakovaných pohybů „tam a zpět“, pak takové oscilace budeme nazývat harmonické nebo sinusové (pokud si představíme vlnu ve formě grafu, pak v tomto případě dostaneme nejčistší sinusoidu s opakovanými poklesy a vzestupy ). Představíme-li si reproduktor v potrubí (jako ve výše popsaném příkladu), který vykonává harmonické kmity, pak v okamžiku, kdy se reproduktor pohybuje „vpřed“, získáme známý efekt komprese vzduchu a při pohybu reproduktoru „vzad“ dochází k opačnému efektu ředění. V tomto případě se bude potrubím šířit vlna střídavého stlačování a řídnutí. Bude volána vzdálenost podél potrubí mezi sousedními maximy nebo minimy (fázemi). vlnová délka. Pokud částice kmitají rovnoběžně se směrem šíření vlny, pak se vlna nazývá podélný. Pokud kmitají kolmo ke směru šíření, pak se vlna nazývá příčný. Zvukové vlny v plynech a kapalinách jsou obvykle podélné, ale v pevných látkách se mohou objevit vlny obou typů. Příčné vlny v pevných látkách vznikají v důsledku odporu vůči změně tvaru. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma typy vln je v tom, že příčná vlna má vlastnost polarizace (k oscilacím dochází v určité rovině), zatímco podélná vlna nikoli.

Rychlost zvuku

Rychlost zvuku přímo závisí na vlastnostech prostředí, ve kterém se šíří. Je určena (závislá) dvěma vlastnostmi prostředí: elasticitou a hustotou materiálu. Rychlost zvuku v pevných látkách přímo závisí na typu materiálu a jeho vlastnostech. Rychlost v plynných médiích závisí pouze na jednom typu deformace média: komprese-zřídkavost. Změna tlaku ve zvukové vlně probíhá bez výměny tepla s okolními částicemi a nazývá se adiabatická.
Rychlost zvuku v plynu závisí především na teplotě – s rostoucí teplotou roste a s klesající teplotou klesá. Také rychlost zvuku v plynném médiu závisí na velikosti a hmotnosti samotných molekul plynu - čím menší je hmotnost a velikost částic, tím větší je „vodivost“ vlny, a tím větší je rychlost.

V kapalných a pevných prostředích je princip šíření a rychlost zvuku podobný tomu, jak se šíří vlna ve vzduchu: kompresí-výboj. Ale v těchto prostředích je kromě stejné závislosti na teplotě dost důležitá hustota média a jeho složení/struktura. Čím nižší je hustota látky, tím vyšší je rychlost zvuku a naopak. Závislost na složení média je složitější a určuje se v každém konkrétním případě s přihlédnutím k umístění a interakci molekul/atomů.

Rychlost zvuku ve vzduchu při t, °C 20: 343 m/s
Rychlost zvuku v destilované vodě při t, °C 20: 1481 m/s
Rychlost zvuku v oceli při t, °C 20: 5000 m/s

Stojaté vlny a interference

Když reproduktor vytváří zvukové vlny v omezeném prostoru, nevyhnutelně nastává efekt vln odrážejících se od hranic. V důsledku toho k tomu dochází nejčastěji rušivý efekt- když se dvě nebo více zvukových vln vzájemně překrývají. Speciálními případy interferenčních jevů je vznik: 1) bicích vln nebo 2) stojatých vln. Vlna bije- to je případ, kdy dochází k přidání vln s podobnými frekvencemi a amplitudami. Obrázek výskytu úderů: když se dvě vlny podobných frekvencí vzájemně překrývají. V určitém okamžiku, s takovým překrýváním, se vrcholy amplitudy mohou shodovat „ve fázi“ a poklesy se mohou také shodovat v „antifázi“. Tak jsou charakterizovány zvukové beaty. Je důležité si uvědomit, že na rozdíl od stojatého vlnění se fázové koincidence vrcholů nevyskytují neustále, ale v určitých časových intervalech. Pro ucho je tento vzor úderů zřetelně odlišen a je slyšet jako periodické zvyšování a snižování hlasitosti. Mechanismus, kterým k tomuto efektu dochází, je extrémně jednoduchý: když se vrcholy shodují, objem se zvětšuje, a když se údolí shodují, objem klesá.

Stojaté vlny vznikají v případě superpozice dvou vln stejné amplitudy, fáze a frekvence, kdy se takové vlny „setkají“ jedna se pohybuje v dopředném směru a druhá v opačném směru. V oblasti prostoru (kde se vytvořila stojatá vlna) se objeví obraz superpozice dvou frekvenčních amplitud se střídajícími se maximy (tzv. antinody) a minimy (tzv. uzly). Když k tomuto jevu dojde, je nesmírně důležitá frekvence, fáze a koeficient útlumu vlny v místě odrazu. Na rozdíl od postupujících vln nedochází u stojatého vlnění k žádnému přenosu energie, protože dopředné a zpětné vlny, které tvoří tuto vlnu, přenášejí energii ve stejném množství v dopředném i opačném směru. Abychom jasně pochopili výskyt stojatého vlnění, představme si příklad z domácí akustiky. Řekněme, že máme stojací reproduktorové soustavy v nějakém omezeném prostoru (místnosti). Necháme je hrát něco se spoustou basů, zkusme změnit umístění posluchače v místnosti. Posluchač, který se tedy ocitne v zóně minima (odčítání) stojaté vlny, pocítí efekt, že basů je velmi málo, a pokud se posluchač ocitne v zóně maxima (sčítání) frekvencí, pak naopak. je dosaženo efektu výrazného zvýšení v oblasti basů. V tomto případě je účinek pozorován ve všech oktávách základní frekvence. Pokud je například základní frekvence 440 Hz, pak jev „sčítání“ nebo „odčítání“ bude pozorován také při frekvencích 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz atd.

Rezonanční fenomén

Většina pevných látek má vlastní rezonanční frekvenci. Tento efekt je docela snadné pochopit na příkladu obyčejné trubky, otevřené pouze na jednom konci. Představme si situaci, kdy je na druhý konec trubky připojen reproduktor, který může hrát jednu konstantní frekvenci, kterou lze i později změnit. Takže trubka má přirozenou rezonanční frekvenci jednoduchým jazykem je frekvence, při které dýmka "rezonuje" nebo produkuje svůj vlastní zvuk. Pokud se frekvence reproduktoru (v důsledku nastavení) shoduje s rezonanční frekvencí trubky, dojde k několikanásobnému zvýšení hlasitosti. To se děje proto, že reproduktor vybudí vibrace vzduchového sloupce v potrubí s významnou amplitudou, dokud nedojde k rezonanční frekvence“ a dojde k efektu přidání. Výsledný jev lze popsat následovně: dýmka v tomto příkladu „pomáhá“ reproduktoru tím, že rezonuje na konkrétní frekvenci, jejich úsilí se sčítá a „výsledkem“ je slyšitelný hlasitý efekt. Na příkladu hudebních nástrojů lze tento jev snadno vidět, protože konstrukce většiny nástrojů obsahuje prvky zvané rezonátory. Není těžké uhodnout, co slouží ke zvýraznění určité frekvence nebo hudebního tónu. Například: tělo kytary s rezonátorem ve formě otvoru, který odpovídá hlasitosti; Konstrukce flétnové trubky (a všech trubek obecně); Válcový tvar těla bubnu, který je sám o sobě rezonátorem určité frekvence.

Frekvenční spektrum zvuku a frekvenční odezva

Protože v praxi prakticky neexistují vlny stejné frekvence, je nutné rozložit celé zvukové spektrum slyšitelného rozsahu na podtóny nebo harmonické. Pro tyto účely existují grafy, které zobrazují závislost relativní energie zvukových vibrací na frekvenci. Tento graf se nazývá graf zvukového frekvenčního spektra. Frekvenční spektrum zvuku Existují dva typy: diskrétní a spojité. Diskrétní spektrální graf zobrazuje jednotlivé frekvence oddělené prázdnými mezerami. Spojité spektrum obsahuje všechny zvukové frekvence najednou.
V případě hudby nebo akustiky se nejčastěji používá obvyklý graf Amplitudo-frekvenční charakteristiky(zkráceně "AFC"). Tento graf ukazuje závislost amplitudy zvukových vibrací na frekvenci v celém frekvenčním spektru (20 Hz - 20 kHz). Při pohledu na takový graf je snadné pochopit například silné nebo slabé stránky konkrétního reproduktoru nebo akustického systému jako celku, nejsilnější oblasti energetického výstupu, poklesy a vzestupy frekvence, útlum a také vysledovat strmost poklesu.

Šíření zvukových vln, fáze a antifáze

Proces šíření zvukových vln probíhá všemi směry od zdroje. Nejjednodušší příklad abychom pochopili tento jev: oblázek hozený do vody.
Od místa, kde kámen dopadl, se po hladině vody začnou šířit vlny všemi směry. Představme si však situaci s reproduktorem v určité hlasitosti, řekněme uzavřeným boxem, který je připojen k zesilovači a hraje nějaký hudební signál. Je snadné si všimnout (zejména pokud použijete silný nízkofrekvenční signál, například basový buben), že reproduktor udělá rychlý pohyb „vpřed“ a poté stejný rychlý pohyb „vzad“. Zbývá pochopit, že když se reproduktor pohybuje dopředu, vydává zvukovou vlnu, kterou slyšíme později. Co se ale stane, když se reproduktor posune dozadu? A paradoxně se děje to samé, reproduktor vydává stejný zvuk, jen se v našem příkladu šíří celý v rámci objemu krabičky, aniž by překročil její limity (krabice je zavřená). Obecně lze ve výše uvedeném příkladu pozorovat poměrně hodně zajímavých fyzikálních jevů, z nichž nejvýznamnější je koncept fáze.

Zvuková vlna, kterou reproduktor vydává ve směru k posluchači, je „ve fázi“. Reverzní vlna, která jde do objemu krabice, bude odpovídajícím způsobem protifázová. Zbývá jen pochopit, co tyto pojmy znamenají? Signální fáze– toto je hladina akustického tlaku v aktuálním časovém okamžiku v určitém bodě prostoru. Nejjednodušší způsob, jak pochopit fázi, je na příkladu reprodukce hudebního materiálu běžným stojacím stereo párem domácích reproduktorových soustav. Představme si, že se v určité místnosti nainstalují dva takové stojací reproduktory a hrají. V tomto případě oba akustické systémy reprodukují synchronní signál proměnlivého akustického tlaku a akustický tlak jednoho reproduktoru se přičítá ke akustickému tlaku druhého reproduktoru. K podobnému efektu dochází v důsledku synchronicity reprodukce signálu z levého a pravého reproduktoru, jinými slovy, vrcholy a minima vln vyzařovaných levým a pravým reproduktorem se shodují.

Nyní si představme, že akustické tlaky se mění stále stejně (neprošly změnami), ale teprve nyní jsou proti sobě. To se může stát, pokud připojíte jeden reproduktorový systém ze dvou v obrácené polaritě („+“ kabel od zesilovače ke svorce „-“ reproduktorového systému a kabel „-“ od zesilovače ke svorce „+“ na reproduktorový systém). V tomto případě signál opačného směru způsobí tlakový rozdíl, který může být znázorněn v číslech takto: vlevo akustický systém vytvoří tlak "1 Pa" a pravý reproduktorový systém vytvoří tlak "minus 1 Pa". V důsledku toho bude celková hlasitost zvuku v místě posluchače nulová. Tento jev se nazývá antifáze. Podíváme-li se na příklad podrobněji pro pochopení, ukáže se, že dva reproduktory hrající „ve fázi“ vytvářejí identické oblasti zhušťování a ředění vzduchu, čímž si vlastně navzájem pomáhají. V případě idealizované protifáze bude plocha stlačeného vzdušného prostoru vytvořená jedním reproduktorem doprovázena plochou vzácného vzdušného prostoru vytvořeného druhým reproduktorem. Vypadá to přibližně jako jev vzájemného synchronního zrušení vlnění. Pravda, v praxi hlasitost neklesá k nule a uslyšíme značně zkreslený a zeslabený zvuk.

Nejdostupnější způsob, jak popsat tento jev, je následující: dva signály se stejnými oscilacemi (frekvencí), ale posunutými v čase. Vzhledem k tomu je vhodnější si tyto jevy přemístění představit na příkladu obyčejných kulatých hodin. Představme si, že na zdi visí několik stejných kulatých hodin. Když sekundové ručky těchto hodinek běží synchronně, na jedněch hodinkách 30 sekund a na druhých 30, pak je to příklad signálu, který je ve fázi. Pokud se vteřinové ručičky pohybují s posunem, ale rychlost je stále stejná, např. u jedněch hodinek je to 30 sekund a u jiných 24 sekund, pak jde o klasický příklad fázového posunu. Stejným způsobem se fáze měří ve stupních ve virtuálním kruhu. V tomto případě, kdy jsou signály vůči sobě posunuty o 180 stupňů (půl periody), je získána klasická antifáze. V praxi často dochází k drobným fázovým posunům, které lze určit i ve stupních a úspěšně je eliminovat.

Vlny jsou rovinné a kulové. Čelo rovinné vlny se šíří pouze jedním směrem a v praxi se s ní setkáváme jen zřídka. Sférická vlnoplocha představuje vlny jednoduchý typ, které vycházejí z jednoho bodu a šíří se všemi směry. Zvukové vlny mají vlastnost difrakce, tj. schopnost obcházet překážky a předměty. Míra ohybu závisí na poměru vlnové délky zvuku k velikosti překážky nebo otvoru. K difrakci také dochází, když je v cestě zvuku nějaká překážka. V tomto případě jsou možné dva scénáře: 1) Pokud je velikost překážky mnohem větší než vlnová délka, pak se zvuk odrazí nebo pohltí (v závislosti na míře absorpce materiálu, tloušťce překážky atd.). ) a za překážkou se vytvoří zóna „akustického stínu“. 2) Pokud je velikost překážky srovnatelná s vlnovou délkou nebo dokonce menší než ona, pak se zvuk do určité míry ohýbá ve všech směrech. Pokud zvuková vlna při pohybu v jednom médiu narazí na rozhraní s jiným médiem (například vzduchové médium s pevným médiem), pak mohou nastat tři scénáře: 1) vlna se bude od rozhraní odrážet 2) vlna může přecházet do jiného prostředí bez změny směru 3) vlna může přecházet do jiného prostředí se změnou směru na hranici, nazývá se to „lom vlny“.

Poměr přetlaku zvukové vlny k oscilační objemové rychlosti se nazývá vlnový odpor. Mluvení jednoduchými slovy, vlnová impedance média lze nazvat schopností absorbovat zvukové vlny nebo jim „odolat“. Koeficienty odrazu a prostupu přímo závisí na poměru vlnových impedancí obou médií. Vlnový odpor v plynném prostředí je mnohem nižší než ve vodě nebo pevných látkách. Pokud tedy zvuková vlna ve vzduchu narazí na pevný předmět nebo hladinu hluboké vody, zvuk se od hladiny buď odráží, nebo je do značné míry pohlcen. To závisí na tloušťce povrchu (voda nebo pevná látka), na který dopadá požadovaná zvuková vlna. Když je tloušťka pevného nebo kapalného média malá, zvukové vlny téměř úplně „projdou“ a naopak, když je tloušťka média velká, vlny se častěji odrážejí. V případě odrazu zvukových vln k tomuto procesu dochází podle známého fyzikální zákon: "Úhel dopadu se rovná úhlu odrazu." V tomto případě, když vlna z média s nižší hustotou narazí na hranici média s vyšší hustotou, dojde k jevu lom světla. Spočívá v ohybu (lomu) zvukové vlny po „setkání“ s překážkou a je nutně doprovázeno změnou rychlosti. Lom závisí také na teplotě prostředí, ve kterém k odrazu dochází.

V procesu šíření zvukových vln prostorem jejich intenzita nevyhnutelně klesá, dá se říci, že se vlnění utlumuje a zvuk slábne. Setkání s podobným efektem je v praxi celkem jednoduché: například když dva lidé stojí na poli v nějaké blízké vzdálenosti (metr nebo blíže) a začnou si něco říkat. Pokud následně zvětšíte vzdálenost mezi lidmi (pokud se začnou od sebe vzdalovat), stejná úroveň hlasitosti konverzace bude stále méně slyšitelná. Tento příklad jasně demonstruje fenomén poklesu intenzity zvukových vln. Proč se tohle děje? Důvodem jsou různé procesy výměny tepla, molekulární interakce a vnitřní tření zvukových vln. Nejčastěji se v praxi zvuková energie přeměňuje na tepelnou energii. Takové procesy nevyhnutelně vznikají v kterémkoli ze 3 médií šíření zvuku a lze je charakterizovat jako pohlcování zvukových vln.

Intenzita a stupeň absorpce zvukových vln závisí na mnoha faktorech, jako je tlak a teplota média. Absorpce závisí také na konkrétní frekvenci zvuku. Když se zvuková vlna šíří kapalinami nebo plyny, dochází mezi různými částicemi ke třecímu efektu, který se nazývá viskozita. V důsledku tohoto tření na molekulární úrovni a dochází k procesu přeměny vlny ze zvuku na teplo. Jinými slovy, čím vyšší je tepelná vodivost média, tím nižší je stupeň absorpce vln. Absorpce zvuku v plynných médiích závisí také na tlaku (atmosférický tlak se mění s rostoucí nadmořskou výškou vzhledem k hladině moře). Pokud jde o závislost stupně pohltivosti na frekvenci zvuku, s přihlédnutím k výše uvedeným závislostem viskozity a tepelné vodivosti platí, že čím vyšší frekvence zvuku, tím vyšší pohltivost zvuku. Například při normální teplotě a tlaku ve vzduchu je pohlcení vlny s frekvencí 5000 Hz 3 dB/km a pohlcení vlny s frekvencí 50 000 Hz bude 300 dB/m.

V pevných médiích jsou všechny výše uvedené závislosti (tepelná vodivost a viskozita) zachovány, ale je k tomu přidáno několik dalších podmínek. Jsou spojeny s molekulární strukturou pevných materiálů, které mohou být různé, s vlastními nehomogenitami. V závislosti na této vnitřní pevné molekulární struktuře může být absorpce zvukových vln v tomto případě různá a závisí na typu konkrétního materiálu. Při průchodu zvuku pevným tělesem dochází u vlny k řadě přeměn a zkreslení, což vede nejčastěji k rozptylu a pohlcení zvukové energie. Na molekulární úrovni může dojít k dislokačnímu efektu, když zvuková vlna způsobí posunutí atomových rovin, které se pak vrátí do své původní polohy. Nebo vede pohyb dislokací ke srážce s dislokacemi na ně kolmými nebo defekty v krystalové struktuře, což způsobí jejich inhibici a v důsledku toho určitou absorpci zvukové vlny. Zvuková vlna však může rezonovat i s těmito defekty, což povede ke zkreslení původní vlny. Energie zvukové vlny v okamžiku interakce s prvky molekulární struktury materiálu je rozptýlena v důsledku procesů vnitřního tření.

V tomto článku se pokusím analyzovat rysy lidského sluchového vnímání a některé jemnosti a rysy šíření zvuku.