zvuk

Množství zvuku
Vychylování zvuku ${\ displaystyle \ xi}$ Akustický tlak ${\ displaystyle p}$ Hladina akustického tlaku ${\ displaystyle L_ {p}}$ Hustota zvukové energie ${\ displaystyle E}$ Zvuková energie ${\ displaystyle W}$ Tok zvuku ${\ displaystyle q}$ Rychlost zvuku ${\ displaystyle c _ {\ text {S}}}$ Akustická impedance ${\ displaystyle Z}$ Intenzita zvuku ${\ displaystyle I}$ Zvuková síla ${\ displaystyle P _ {\ text {ak}}}$ Rychlost zvuku ${\ displaystyle v}$ Amplituda rychlosti zvuku ${\ displaystyle v}$ Tlak akustického záření

Zvuk (ze staré vysoké němčiny : scal ) obecně popisuje mechanické vibrace v elastickém médiu (plyn, kapalina, pevná látka). Tyto vibrace se šíří ve formě zvukových vln . Ve vzduchu jsou zvukové vlny kolísáním tlaku a hustoty.

Hovorově se zvuk primárně týká hluku , zvuku , tónu , třesku (typů zvuku), jak jej mohou sluchově vnímat lidé a zvířata, tj . Systém ucho-mozek . Rozlišuje se užitečný zvuk , jako je hudba nebo hlas během konverzace, a rušivý zvuk , jako je staveniště nebo hluk z dopravy . Zvuk je kolektivní a používá se pouze v jednotném čísle .

Fyzická definice

Z fyzikálního hlediska je zvuk mechanickou deformací, která postupuje jako vlna v médiu . V nehybných plynech a kapalinách je zvuk vždy podélnou vlnou , tj. Přibližně také ve vzduchu. Obecná vlnová rovnice pro trojrozměrná zvuková pole v tekutých médiích je:

{\ Displaystyle \ Delta p = {\ frac {1} {c ^ {2}}} {\ frac {\ částečná ^ {2} p} {\ částečná t ^ {2}}}}

V něm je Laplaceův operátor . Zvuk se šíří konstantní rychlostí zvuku, který je charakteristický pro médium a jeho stav ( teplota , tlak atd.) . Při teplotě 20 ° C je to 343 m / s ve vzduchu a 1484 m / s ve vodě, viz také rychlost zvuku v různých médiích . Vlnová délka zvukové vlny lze vypočítat podle následujícího vztahu pro danou frekvenci a rychlosti zvuku : ${\ displaystyle \ Delta}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ Displaystyle \ lambda}$ ${\ displaystyle f}$ ${\ displaystyle c}$

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c} {f}}}

V plynech, jako je vzduch, lze zvuk popsat jako zvukovou tlakovou vlnu překrývající se se statickým tlakem vzduchu . V případě zvukových vln jsou fluktuace tlaku a hustoty stavových proměnných obvykle malé ve srovnání s jejich klidovými proměnnými . To je zřejmé, když porovnáme hladinu akustického tlaku 130 dB ( decibel ), což je zhruba práh bolesti člověka, s normálním atmosférickým tlakem: Tlak v klidu v atmosféře je 101 325 Pascal (= 1013,25 hektopascal), zatímco hladina akustického tlaku 130 dB odpovídá na k efektivní hodnotu v akustického tlaku p pouhých 63 Pascal.

Na druhé straně existují také příčné vlny a vedené vlny v pevných látkách . Ve vakuu není žádný zvuk, protože na rozdíl od elektromagnetických vln vždy potřebuje nosné médium. Šíření zvuku probíhá také ve vesmíru, protože díky nízké hustotě (přibližně 1 milion atomů na m³ v mezihvězdném prostoru Mléčné dráhy) jsou přenášené energie velmi nízké. Nadzvukovými událostmi jsou například supernovy, jejichž zvukový třesk by byl také pod prahem lidského sluchu.

Akustika

Přidružená věda je akustika . Dvě formy energie, které se během zvuku transformují na sebe, jsou energie komprese a kinetická energie jako množství zvukové energie , ale jsou charakterizovány veličinami zvukového pole :

Akustický tlak p v N / m ² = Pa ( Pascal )
Rychlost zvuku v v m / s

Vlny jsou časově a prostorově periodické změny fyzikální veličiny g (t, x) . Akustický tlak p je nejdůležitější skalární veličinou ; viz také tlaková vlna . Existují k tomu různé důvody: Akustický tlak je jasná proměnná, relativně snadno měřitelná mikrofony a také fyziologicky zjistitelná člověkem . Akustický tlak p lze snadno měřit. Na úrovni akustického tlaku 0 dB, to znamená na práh slyšení je akustický tlak má s efektivní hodnotu 2 ° 10 ^-5 N / m ² (Pascal). Naproti tomu, zvukové pole množství rychlost zvuku v je vektor , s účinkem zvuku s odkazem na rychlosti zad a pohybu vyšlo ze tekutinových prvků (vzduchové částice). Termín rychlost je zde vynechán , aby byl jasně odlišen od rychlosti zvuku c . Rychlost není tak snadné určit. Zde je třeba si uvědomit, že maximální rychlost vyskytující se ve výchylce jsou malé tekuté prvky ve srovnání s rychlostí zvuku: Při hladině akustického tlaku 130 dB, prahu bolesti, je rychlost zvuku ve vzduchu pouhých 0,153 m / s. V prahu lidského sluchu má efektivní hodnota rychlosti zvuku hodnotu 5 · ^10–8 m / s, což odpovídá hladině rychlosti zvuku 0 dB. Částice vzduchu jsou zde vychýleny jen mírně.

Klasifikace podle frekvence

Podle frekvenčního rozsahu rozlišujeme:

Infrazvuk <16 Hz lidé neslyší, protože frekvence je příliš nízká
Slyšitelný zvuk od 16 Hz do 20 kHz je zvuk, který mohou lidé slyšet
Ultrazvuk od 20 kHz do 1,6 GHz lidé neslyší, protože je příliš vysokofrekvenční
Hypersonický > 1 GHz je tvořen zvukovými vlnami, které se mohou šířit jen omezeně

Sluchový práh, vnímání určitého objemu a limit vnímání bolesti u lidí se pohybuje v rozmezí 16–20 000 Hz podle rodiny křivek sluchu, které mají tendenci sbíhat se v rozsahu nejnižších a nejvyšších frekvencí. Sluchová schopnost, zejména ve vysokých výškách, se nevratně snižuje s rostoucím věkem, ale také kvůli zátěži sluchu způsobené hlasitou hudbou, hlukem nebo třeskymi.

Psi a netopýři mohou také slyšet zvuky nad 20 kHz. Infrazvuk mohou lidé hapticky pociťovat břišní stěnou, konečky prstů nebo když stojí nohama nebo jej vidí na pevných částech s okem jako vibraci. Dotknete -li se prstem piezoelektrického ultrazvukového snímače k atomizaci vody, vytvoří se v něm pocit tepla. Zejména plastová pouzdra napájecích zdrojů jsou trvale svařena ultrazvukem .

Různé zvuky

Obrázek 1: Akustický tlak různých zvuků v čase

Obrázek 1 ukazuje schematické časové křivky akustického tlaku různých hluků:

První křivka ukazuje výstřel.
Druhým je sinusová oscilace s klesající periodou nebo rostoucí frekvencí .
Třetí průběh ukazuje mluvené slovo Wikipedia.

Viz také

literatura

Hans Breuer: dtv-Atlas Physik, svazek 1. Mechanika, akustika, termodynamika, optika. dtv-Verlag, Mnichov 1996, ISBN 3-423-03226-X .
Heinrich Kuttruff: Akustika: Úvod. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8 .
Clemens Kühn : Hudební teorie. Základy a projevy západní hudby. Laaber-Verlag, 1980, ISBN 3-9215-1860-1 , s. 43-50 ( Materiál: 1. Akustické odůvodnění ).

webové odkazy

Commons : Sound - sbírka obrázků, videí a zvukových souborů

Wikislovník: zvuk - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Wikiquote: Sonic Citáty

Individuální důkazy

↑ Zvuk. In: Lexicon of Physics. Spectrum, 1998, zpřístupněno 2. srpna 2018 .
↑ Heinrich Kuttruff: Akustika: Úvod . S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8 , s. 40.
↑ Bryan Gaensler: Kosmos xxxtrem! Springer-Verlag, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-43391-1 , 8 'Sférické zvuky: Extreme of sound'.

[spektrum-1] Zvuk. In: Lexicon of Physics. Spectrum, 1998, zpřístupněno 2. srpna 2018 .

[2] Heinrich Kuttruff: Akustika: Úvod . S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-7776-1244-8 , s. 40.

[3] Bryan Gaensler: Kosmos xxxtrem! Springer-Verlag, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-43391-1 , 8 'Sférické zvuky: Extreme of sound'.

Languages