biofyzika zkouška 2

21. Akustika; základní veličiny, šíření vlny, hlasitost.

Akustika

• Zabývá se vznikem zvukových vln, jejich šířením v prostoru a vnímáním zvuku

  • Fyzikální akustika – zkoumá způsob vzniku zvuku a jeho šířením v prostoru, odrazem a pohlcování různými materiály

  • Fyziologická akustika – tvorba zvuku v hlasivkách a vnímání zvuku ve sluchovém ústrojí, vliv hluku

Zvuk

• Příčinou vzniku zvuku je uspořádaný kmitavý pohyb částic prostředí, který nastává po dodání energie částicím

• V důsledku vzájemného působení částic se kmitavý pohyb přenáší i na sousední částice = šíření zvukové vlny

Zvukové vlnění

• Infrazvuk

-Nízká frekvence (16 až 20 Hz), pro lidský sluch neslyšitelné

-Oblast slyšitelného zvuku (20 – 20 000 Hz)

• Ultrazvuk

-Frekvence vyšší jak 20 000 Hz

Základní veličiny

• Frekvence kmitavého pohybu f (Hz)

• Perioda kmitavého pohybu T (s)

• Rychlost šíření c (m.s-1)

• Vlnová délka λ (m)

Zvuky

• Tóny - grafem závislosti intenzity (hlasitosti) zvuku na čase je periodická funkce (samohlásky)

-Jednoduché

• mají harmonický průběh, tj. grafem závislosti intenzity (hlasitosti) zvuku na čase je funkce sinus

-Složené

• jejich průběh je periodický, ale už se nejedná o sinusoidu. Zvuky obsahují kromě základní frekvence ještě i tzv. vyšší harmonické, na základě nichž dokážeme jednotlivé zdroje zvuku odlišit.

• Hluky - grafem závislosti intenzity (hlasitosti) zvuku na čase není periodická funkce (souhlásky)

• Výška – závisí na frekvenci

• Barva – závisí na intenzitě alikvotních tónů

Šíření zvukové vlny

• Rychlost šíření zavisí na:

-Prostředí

-Teplota, tlak

-Vhlkost

• Při šíření zvuku převažuje vlnění longitudální, v pevném skupenství se však šíří i jako vlnění transverzální

• Longitudální vlnění (podélné)

-Plynné, kapalné i pevné prostředí

-Zhušťování a zřeďování částic

• Transverzální vlnění (příčné)

-pevné prostředí

-Částice kmitají kolmo na směr šíření vlny

Akustická výchylka

• Akustická výchylka je výchylka hmotné částice z její rovnovážné polohy, je způsobená akustickou vlnou

• Vyhovuje-li výchylka kmitajícího bodu vztahu:

• pak kmitající bod kmitá harmonicky v závislosti na čase t

amax = amplituda

Akustická rychlost kmitavého pohybu

• Okamžitá rychlost pohybu kmitající částice:

Akustický tlak

• Kmitající molekuly svým pohybem vyvolávají v místě své polohy tlakové změny

Efektivní hodnoty

• okamžité hodnoty akustické rychlosti a akustického tlaku můžeme při některých výpočtech nahradit tzv. efektivními hodnotami

• Pro harmonický průběh kmitání lze efektivní hodnoty tlaku a rychlosti zjistit ze vztahů:

Akustická impedance

• (Měrný) Akustický odpor (impedance) popisuje akustické vlastnosti prostředí. Vypočítá se jako poměr efektivní hodnoty akustického tlaku pef a efektivní hodnoty akustické rychlosti vef

• Pa.s.m-1

• Impedance je charakteristická pro každé prostředí; ovlivňuje velikost odrazu při průchodu mezi rozhraními

• Průchodem přes rozhraní se mění rychlost šíření zvukové vlny c

• Průchodem přes prostředí může dojít k částečné absorpci energie (zmenšení amplitudy a okamžité akustické rychlosti)