Zvuk 1. základní kmitání - vzduchem se šíří tlakové vzruchy (vzruchová vlna), zvuk je systémem zhuštěnin a zředěnin - podstatou zvuku je kmitání zdroje zvuku a tím způsobené podélné vlnění elastického prostředí v oboru slyšitelných frekvencí - zvuk je mechanické vlnění (nemůže se šířit ve vakuu) - sinusový / harmonický / periodický pohyb - perioda T [s] - doba jednoho kmitu, během které bod dospěje do stejné fáze - frekvence f [Hz] - počet kmitů za sekundu - amplituda A [dB] - okamžitá amplituda, maximální amplituda - fáze [°] - počáteční fáze, fázový posun 2. šíření zvuku - rychlost zvuku c [m/s] - nejpomaleji se šíří v plynech, nejrychleji v pevných látkách - při teplotě 0°C v nulové nadmořské výšce 331 m/s, zvyšuje se o 0,61 m/s s každým 1°C rychlost zvuku ve vzduchu 340 m/s, v lidském vokálním traktu 350 m/s - vlnová délka [m] – zastavíme-li čas, pak je to nejbližší vzdálenost dvou míst v prostoru se stejnou fází. Vyplývá z rychlosti šíření zvuku, je to vzdálenost, kterou vlna urazí během jedné své periody. T = 1 s c = 340 m/s = 340 m - pro vlnovou délku platí vztahy - Huygensův princip - body ve stejné vzdálenosti od zdroje leží na povrchu kulové plochy vlnoplocha - plocha, jejíž body kmitají se stejnou fází - každý bod vlnoplochy je zdrojem elementárního vlnění ohyb a lom zvuku - lépe se ohýbají dlouhé vlny (= nízké frekvence) - např. zvukové bariéry blokují vysoké frekvence (zvukový stín), ale nízké se kolem nich ohnou a přejde T c f c . c f
6
Embed
Zvuk - fonetika.ff.cuni.cz · Zvuk 1. základní kmitání - vzduchem se šíří tlakové vzruchy (vzruchová vlna), zvuk je systémem zhuštěnin a zředěnin - podstatou zvuku
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Zvuk
1. základní kmitání
- vzduchem se šíří tlakové vzruchy (vzruchová vlna), zvuk je systémem zhuštěnin a zředěnin
- podstatou zvuku je kmitání zdroje zvuku a tím způsobené podélné vlnění elastického
prostředí v oboru slyšitelných frekvencí
- zvuk je mechanické vlnění (nemůže se šířit ve vakuu)
- sinusový / harmonický / periodický pohyb
- perioda T [s] - doba jednoho kmitu, během které bod dospěje do stejné fáze
- frekvence f [Hz] - počet kmitů za sekundu
- amplituda A [dB] - okamžitá amplituda, maximální amplituda
- fáze [°] - počáteční fáze, fázový posun
2. šíření zvuku
- rychlost zvuku c [m/s] - nejpomaleji se šíří v plynech, nejrychleji v pevných látkách
- při teplotě 0°C v nulové nadmořské výšce 331 m/s, zvyšuje se o 0,61 m/s s každým 1°C
rychlost zvuku ve vzduchu 340 m/s, v lidském vokálním traktu 350 m/s
- vlnová délka [m] – zastavíme-li čas, pak je to nejbližší vzdálenost dvou míst v prostoru se
stejnou fází. Vyplývá z rychlosti šíření zvuku, je to vzdálenost, kterou vlna urazí během jedné
své periody.
T = 1 s c = 340 m/s = 340 m
- pro vlnovou délku platí vztahy
- Huygensův princip - body ve stejné vzdálenosti od zdroje leží na povrchu kulové plochy
vlnoplocha - plocha, jejíž body kmitají se stejnou fází
- každý bod vlnoplochy je zdrojem elementárního vlnění
ohyb a lom zvuku
- lépe se ohýbají dlouhé vlny
(= nízké frekvence)
- např. zvukové bariéry
blokují vysoké frekvence
(zvukový stín), ale nízké
se kolem nich ohnou a přejde
Tcf
c.
c
f
1. Zvuk 2
- Dopplerův efekt - vzájemný pohyb zdroje zvuku a pozorovatele
- pozorovatel vnímá zvuk jiné frekvence, než je skutečná frekvence kmitání zdroje zvuku
- ilustrace (L) - zdroj Z vysílá zvukové vlnění o dané vlnové délce
- pokud je Z i P1 a P2 v klidu, dospěje k nim za 1 s stejný počet vlnoploch a vnímají stejnou f
- pokud se pozorovatel P1 pohybuje ke zdroji, dospěje k němu za 1 s větší počet vlnoploch
- pozorovatel vnímá vyšší frekvenci
- pokud se P2 vzdaluje od zdroje, zachytí za 1 s méně vlnoploch a vnímá nižší frekvenci
- ilustrace (P) - zdroj se pohybuje od P1 k P2
- P1 to vnímá jako zvětšení vlnové délky a tedy jako nižší frekvenci
- vlnová délka v místě P2 je kratší a pozorovatel vnímá vyšší frekvenci
- při pohybu zdroje zvuku se vytváří přibližně kulová vlna
- M = 1 (= rychlost zvuku)
- M > 1 - letadlo letí rychleji než poruchy, které způsobuje
- šířící se poruchy vytvářejí kužel
- vzduch mimo tento kužel je v klidu
- vletem letadla do klidného prostředí dochází ke skokové
změně jeho hustoty a tlaku ráz, šíří se jako rázová vlna
- prudké stlačení vzduchu vnímáme jako akustický třesk
- obálky jednotlivých vlnoploch se nazývají Machova linie
- je to součet intenzit jednotlivých vlnoploch
1. Zvuk 3
3. druhy vlnění
4. složené vlny
- Fourierův teorém - každá reálnou periodickou vlnu lze složit z určitého množství sin a cos složek
- dílčí složky lze získat jako koeficienty Fourierových řad, výsledkem je spektrum zvuku
- periodická vlna - pravidelně se opakuje (sinusová / harmonická i složená)
- u řeči hovoříme o kvaziperiodických vlnách (cykly nejsou zcela totožné, mírné změny f a A)
- harmonický vztah - frekvence všech složek je násobkem frekvence složky s nejnižší frekvencí
- nejnižší harmonická složka je základní frekvence, f0 (také F0, f0, F0)
- ostatní harmonické složky se nazývají vyšší harmonické, číslované od druhé až po n-tou
- základní frekvence je frekvence opakování celé složené vlny
- skládání vln - sčítáme každý bod všech dílčích vln
- aperiodické vlny - nedochází k žádnému opakování jednotlivých částí vlny
vlnění
postupné
stojaté
příčné ( )kámen ve vodě= směr kmitání média je kolmý na směr vlny, která se médiem šíří
podélné ( )dechové nástroje
podélné ( )zvukové vlnění= směr pohybu částic je shodný se směrem šíření vlny
příčné ( )strunné nástroje
- vzniká při interferenci přímého a odraženého vlnění- některé body ( ) zůstávají v klidu, jiné kmitají s maximální amplitudou ( )uzly kmitny
1. Zvuk 4
5. spektrum a spektrogram
- spektrum - zobrazuje frekvence a amplitudy složek zvuku
- spektrum se používá jen pro stacionární zvuky (stálé vlastnosti)
- diskrétní / čárové spektrum - používá se pro periodické zvuky
- jednotlivé čáry odpovídají amplitudám jednotlivých harmonických složek
- spojité / kontinuální spektrum - používá se pro neperiodické zvuky (čar by bylo )
- spektrum počítáme Fourierovou transformací, spektrum je spojité
- amplitudové spektrum vynechává
informace o fázi
- zvuková kvalita na fázi ale nezávisí
(alespoň ne u periodických zvuků)
- spektrogram - spektrum se používá pro stacionární zvuky
- časové změny můžeme zobrazit v oscilogramu, ale nedozvíme se nic o změnách kvality zvuku
- spektrogram (dříve sonagram) zobrazuje spektrum (frekvence a amplitudy) jako funkci času
- pseudotrojrozměrné zobrazení - čas na horizontální ose, frekvence na vertikální
- amplituda je udávána relativně, ve stupních šedé (tmavě spektrální maxima, světle minima)
1. Zvuk 5
6. typy vln
- obdélníková vlna - obsahuje jen liché vyšší harmonické složky se stejnou počáteční fází (180°)
- jejich amplituda klesá s rostoucí frekvencí (spektrální sklon -6 dB/okt. = H3 1/3A, H5 1/5A...)