Fizička akustika 1Fizička akustika 1
FiFizziiččka i fika i fizzioloiološška ka aakustikakustika
Akustika
Akustika je deo fizike koji se bavi zvukom
U akustiku spadaju: fizička akustika, akustika prostorija, fiziološka akustika, elektroakustika, muzička akustika, podvodna akustika i td.
Zvuk
Zvuk nastaje kada u elastičnoj sredini, pod dejstvom sile, nastupi promena položaja njenih
čestica (čestica sredine).
Nastajanje i prostiranje zvuka moguće je samo u gasovitim, tečnim i čvrstim sredinama.
U vakuumu nema zvuka.
Zvuk nastaje kao rezultat mehaničkih vibracija, koje se prenose pomeranjem čestica vazduha
Nastajanje zvuka
Pri ovome se čestice vazduha pomeraju oko svog ravnotežnog položaja
Čestice sredine (ovde vazduha) osciluju pomerajući se u uskim granicama oko svoga položaja ravnoteže a na daljinu
se prenose samo nastale promene.
Prenošenje zvuka
Dakle: Pomeranje čestica vazduha prenosi se sa jedne na drugu i tako nastaju zvučni talasi
Pojava je sasvim slična talasima na vodi koji bi se dobili kada bi se u vodu ubacio kamen.
Slično vetar stvara talase koji se prostiru kroz žitno polje ali pri tome glava svake stabljike samo vibrira napred – nazad.
Zvuk se prostire kroz vazduh usled elastičnih i inercijalnih sila koje deluju na čestice vazduha, od kojih svaka ostaje u okolini svoga položaja ravnoteže.
Prenošenje – prostiranje zvuka
Zvučni talasi
Poremećaj čestica vazduha u neposrednoj blizini klipa preneće se na susedne čestice usled elastičnosti
vazduha i njihovih medjusobnih sudara i prenošenja energije sa jedne na drugu.
Zvučni talasi
Sabijanje čestica vazduha dovodi do povećanja a njihovo razredjivanje do smanjena pritiska vazduha.
Zvučni talasi: sferni, ravni
Ravni talasi – talasni ftont ravan
Na velikoj udaljenosti od izvora sferni talasi ptrelaze u ravne
Sferni talasi – tačkasti izvor; talasni front sfera; česti su u prirodi.
zapamtiti
• SFERNI TALAS stvara tzv. tač-kasti izvor.
• Sferni talas se širi od izvora u prostor u svim pravcima.
● TAČKASTI IZVOR ZVUKA se može zamisliti kao pulsirajućalopta (menja zapreminu po
nekoj zakonitosti ).
• RAVNI TALAS je zvučni talaskod koga je površina koja osci-luje ravna (klip, membrana).
• Kod sfernog talasa se udalja-vanjem od izvora talasni front ispravlja i na dovoljnom
rastojanju od izvora sferni talas prelazi u ravni.
Povećanje i smanjenje, pritiska vazduha se superponira na atmosferski pritisak koji deluje u vazduhu.
Izazvane promene stalnog atmosferskog pritiska nazivaju se zvučnim ili akustičkim pritiskom. Zvučni pritisak dakle predstavlja promenljivu komponentu ukupnog pritiska.
Ova komponenta je veoma mala u odnosu na stalni atmosferski pritisak. Najslabiji zvuk koji ljudsko uho može da čuje (oko 20 Pa) je puta manji od atmosferskog pritiska.
ppp atmu
Zvučni – akustički pritisak
1010x5
Audio uređaji (mikrofoni) se prave tako da reaguju baš na male promene atmosferskog pritiska.
Zvučni pritisak se izražava u paskalima Pa : 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar = 10 mbar
Zapamtiti
Zvučni pritisak ima mnogo manju vrednost od atmosfrskog
Frekvencija, period i talasna dužina zvuka
fT
1
Broj promena u jedinici vremena kod ovakvih talasa daje frekvenciju zvuka. Frekvencija se obeležava sa f i izražava u hercima (Hz). Čujini zvuk pokriva frekvencije od oko 20 Hz do 20 kHz.
Trajanje jedne potpune promene zvučnog talasa (od datog trenutka pa do vraćanja u identično stanje) naziva se perioda i obeležava sa T.
Drugim rečima, to je put koji predje jedan zvučni talas za vreme koje je jednako periodi zvuka. Talasna dužina se obeležava sa i izražava u metrima.
cTf
c
Z a p a m t i t i
Zvuk koji čovečije uvo čuje nastaje ako je broj oscilacija u se-kundi od 20 do 20 000.
Akustika se uopšte bavi proučavanjem pojava u čujnom op-segu ( 20 – 20 000 Hz ).
U širem smislu akustika je i: - infrazvuk ( ispod 20 Hz )
- ultrazvuk ( iznad 20 000 Hz )
Frekvencija i talasna dužina zvuka
Ova velika razlika talasne dužine akustičkih signala igra važnu ulogu u svim oblastima akustike.
Npr.: odnos i dimenzija zvučnika mnogo utiče na karakte-ristike zračenja tog elektroakustičkog pretvarača.
Z a p a m t i t i
Brzina zvuka
Cuvazduhaatemperatur,273
14,331 tt
tc
Na temperaturi od 22 C brzina zvuka je c (22 C) = 345 m/s.
U vazduhu
Na temperaturi od 20 C brzina zvuka je c (20 C) = 343 m/s.
Materijal Brzina zvuka (m/s)
Vazduh, 22 C 345
Voda 1480
Pleksiglas 1800
Drvo, meko 3350
Beton 3400
Čelik 5050
Aluminijum 5150
Staklo 5200
Gips ploče 6800
Brzina zvuka
U različitim materijalima
Brzina zvuka ne zavisi od: - frekvencije - složenosti zvučnog signala
Brzina zvuka zavisi od temperature, raste sa povećanjem temperature
Pri prostiranju zvučnih talasa čestice vazduha osciluju oko svog ravnotežnog položaja brzinom v koja je mnogo manja od brzine prostiranja zvučnih talasa c ( 100 do 1000 puta manja ).
Z a p a m t i t i
Intenzitet zvuka
Intenzitet zvuka je ona količina akustičke energije koja u jedinici vremena prođe kroz jediničnu površinu normalnu na pravac prostiranja zvučnih talasa.
c
pJ
2
Kada poznajemo snagu zvučnog izvora možemo da odredimo intenzitet zvuka, na rastojanju r, na sledeći način:
24 r
PJ a
Akustička snaga koju čovek stvara pri normalnom govoru je oko 10 W. Pri pojačanom govoru akustička snaga čoveka, kao izvora zvuka, može biti do 100 W.
Intenzitet zvuka se može izraziti i preko zvučnog pritiska
Prost i složen zvuk
Šum
Beli i roze šum
Beli (gore) i roze (dole) šum; amplitudski spektri - pune linije, nivo po oktavama – isprekidane linije
Slabljenje zvuka
1. Intenzitet zvuka opada sa kvadratom rastojanja, odnosno pritisak opada sa rastojanjem, što je posledica širenja talasa i prenošenja akustičke energije na sve veći broj čestica vazduha.
Pri prostiranju zvučnih talasa kroz vazduh, pored slabljenja usled širenja talasa, javlja se i dopunsko slabljenje kao posledica gubitaka akustičke energije.
Na ovo, dopunsko slabljenje, utiče više faktora, među kojima su najvažniji viskoznost vazduha, odvođenje toplote i pojave rezonancije u molekulima, refleksija od zemlje, uticaj gradijenta temperature, uticaj vetra, uticaj slušalaca i td.
mxJJ e0
Jo - intenzitet zvuka na određenom mestu, bez uticaja dopunskih faktora, a m - koeficijent slabljenja koji zavisi od frekvencije
Slabljenje zvuka
Visina tona
Osećaj visine tona proporcionalan je osnovnoj frekvenciji zvuka. Uho je vrlo osetljivo na promenu ove frekvencije, slika dole.
U opsegu frekvencija od 400 Hz do 7 kHz osetljivost uha na promenu visine tona približno konstantna. Ispod i iznad ovog opsega frekvencija osetljivost uha je manja.
Jačina zvuka
Osećaj jačine zvuka zavisi od veličine zvučnog pritiska.
Granica ispod koje uho više ne može da oseti postojanje zvuka naziva se pragom čujnosti. Prag čujnosti na 1000 Hz iznosi 20 uPa i uzima se kao nulti nivo zvuka.
Objektivna jačina zvuka u akustici se umesto u paskalima (Pa) izražava u dB u odnosu na ovu vrednost.
Čujno područje uha
Subjektivna jačina zvuka
Sndardizovane frekvencijske korekcione karakeristike za merenje subjektivnog
nivoa zvuka
Smer zvučnih talasa
sin
222 al
t
Iz razlika u intenzitetu i fazi centar za sluh omogućava čoveku da vrlo precizno odredi smer dolaska zvučnih
talasa.
Zakon prvog talasnog fronta
Poznato je da uho ima osobinu da se orijentiše prema prvom zvuku koji do njega dodje - tzv Haas-ov efekat ili zakon prvog talasnog fronta.
Naknadno pristigli zvuk može biti i većeg nivoa (čak i do 10 dB) i može doći iz razičitog pravca ali ga uho neće konstatovati ako je njegovo kašnjenje u granicama prikazanim na slici desno.
Pravac dolaska zvuka biće i dalje vezan za pravac dolaska prve komponente, zbog čega se ova pojava i naziva zakomon prvog talasnog fronta ili efekat prvenstva.
Zakon prvog talasnog fronta – efekat prvenstva
Sva zvučna energija koja stigne u okviru prvih 30 ms subjektivno će biti dodata energiji prve pristigle komponente. Drugim rečima, izgledaće nam kao da je prva pristigla zvučna komponenta znatno veće energije nego što je njena sopstvena energija. Uho se ovde ponaša kao integrator zvučne energije stvarajući utisak glasnijeg odnosno punijeg zvuka. Zona ispod prvih 30 ms se naziva zona fuzije (stapanja) ili zona integracije uha.
Zona integracije uha
Recommended
