Zvuk jako vlnění
Na zvuk šířený vzduchem je možné pohlížet jako na změnu tlaku vzduchu v ovzduší. Má vlnovou délku, frekvenci a intenzitu. Zvuk se šíří od zdroje do místa přijetí v prostředí. Když udeří energie do molekul v prostředí, způsobí, že molekuly vibrují sem a tam a vytvářejí vlnu, která přenáší zvukovou energii. Rychlost zvuku závisí na prostředí, kterým vlny procházejí, a je základní vlastností materiálu. Pevná látka je vynikající přenašeč zvuku, kapaliny nepřenášejí zvuk velmi dobře a plyny jsou nejhorší přenašeče zvuku. Například zvuk se šíří ve vzduchu rychlostí téměř 340 metrů za sekundu, ale může procházet přes ocel rychlostí asi 5200 metrů za sekundu.
Vzhledem k tomu, zvuková vlna se skládá z opakujícího se vzoru vysokotlakových a nízkotlakových oblastí pohybujících se přes prostředí, je někdy označována jako tlaková vlna. Zvukové vlny jsou často zobrazeny v grafech, jako ty níže, kde osa x je čas a osa y je tlak nebo hustota prostředí, přes které se zvuk šíří.
 |
fyzikální hodnota
|
symbol
|
jednotka
|
vzorec
|
| krekvence |
f=1/T
|
Hz=1/s
|
f=c/λ
|
| vlnová délka |
λ
|
m
|
λ=c/f
|
|
časové období nebo trvání cyklu
|
T=1/f
|
s
|
T=λ/c
|
| rychlost vlny |
c
|
m/s
|
c=λxf
|
Lidské ucho je velmi citlivé a potřebuje jen nízkou míru energie, aby slyšelo. Sluch lidského ucha se pohybuje v oblasti mezi 0 dB (práh slyšení) a 120 dB (práh bolesti) o frekvencích mezi 20-20000Hz. Kmitočty, které spadají pod oblast sluchu, jsou známé jako infrazvuk a kmitočty nad 20000Hz se nazývají ultrazvuk.
Nejdůležitější frekvenční rozsah z hlediska odlišnosti řeči je 300-3000Hz. Zvuky nejsou obvykle čisté tóny, ale zahrnují celou řadu zvukové energie šířené v širokém pásmu kmitočtů. Střední kmitočty jsou mezinárodně normované a níže uvedená tabulka ukazuje některá ze standardních frekvenčních pásem.
Lidské ucho reaguje na akustický tlak, který se měří v jednotkách Pa (N/m2). Nejnižší hladina akustického tlaku, kterou průměrné ucho dokáže detekovat, je o 0,00002Pa a limit pro bolest je asi 200Pa. Vzhledem k této široké škále tlaku je nepraktické používat lineární stupnici, takže hladiny akustického tlaku se obvykle vyjadřují pomocí logaritmické stupnice (označené jako dB). Výrazy dB a bel (= 10 dB) jsou ve skutečnosti čistě matematické pojmy a nejsou určeny zvlášť pro akustiku.
Bel je logaritmus pro vztah mezi dvěma množstvími.
Zvukový dojem se liší od člověka k člověku. Zvuk jen těžko rozeznatelný jednou osobou může být velmi nepříjemný pro někoho jiného. Jednotlivci mohou také různě reagovat na stejný zvuk v závislosti na náladě. Obecně se nárůst o 10 dB vnímá jako zdvojnásobení hladiny akustického tlaku a 1-2 dB je nejmenší změna, kterou si ucho může představit.
Zvukový dojem závisí na
- Hladině hluku
- Frekvenci
- Typu zvuku, pokud je stálý nebo přerušovaný
- Pokud jde o hluk nebo příjemnou hudbu
|
 |
Decibelová aritmetika
Jak již bylo uvedeno, decibel je logaritmická hodnota, která nemůže být přidána nebo odečtena stejným způsobem jako lineární hodnoty. Je tedy nutné se vrátit k lineárním jednotkám, Pa, aby se dala provést aritmetika a pak se vrátit do logaritmických hodnot.
Jako příklad sečtěte dvě hodnoty akustického tlaku:
|
Lp1= 40 dB and Lp2=45 dB
Nejprve změňte jednotky na bely vydělením 10 a pak se vraťte na lineární hodnoty tak, abyste provedli sčítání:
104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622
Pak návrat do logaritmických hodnot dává: log (41 622) = 4.62 bel
Takže:
Lp.tot = 46.2 dB
Případně výše uvedený údaj lze použít k získání stejného výsledku.
|
 |
Matematicky navýší sečtení dvou identických zdrojů hladinu o 3 dB a 10 stejných zdrojů o 10 dB. To také ukazuje následující obrázek.
Když se měří hladina zvuku, citlivost ucha se bere pomocí různých filtrů. Tyto filtry jsou označeny jako dB (A), DB (B) a dB (C). Nejčastěji používaný filtr je vážený filtr, který napodobuje způsob, jakým ucho filtruje zvuk. Viz obrázek níže (útlumová křivka pro filtr A).
Obrázek : útlumová křivka pro filtr A
Odraz, pohlcování zvuku a zvuková izolace
Zvuk může být absorbován, přenášen nebo odrážen. Pokud je hranice místnosti, jako je střecha, podlaha nebo zeď, zasažena zvukovou vlnou, část zvukové energie se odrazí, část se pohltí materiálem a část se přes něj přenese, jak je znázorněno na obrázku.
Podíl, který se odráží, absorbuje nebo přenáší, závisí na tvaru materiálu nebo konstrukci zasažené zvukovou vlnou a frekvenci zvuku. Na základě toho lze definovat tři akustické parametry.
Koeficient pohlcení, α = (pohlcený zvuk + přenášený zvuk) / (dopadající zvuk)
Koeficient odrazu, ζ = (odražený zvuk)/(dopadající zvuk)
Koeficient přenosu, τ = (přenesený zvuk)/(dopadající zvuk)