Zvuk

S jedním typem mechanického vlnění se setkáváme celý život. Tím vlněním je zvuk.

Obr. 1: James Marshall Hendrix a jeho zdroj zvuku - Fender Stratocaster

Zdroje zvuku

Zvuk je mechanické vlnění, jeho zdrojem jsou tedy kmitající mechanické objekty. Periodické zvuky rozpoznáme sluchem jako tóny, neperiodické zvuky vnímáme jako šum.

zvukJako zvuk vnímáme pouze mechanické vlnění určitých frekvencí. Představme si zvukový signál ve tvaru pravoúhlého pulzu. Samotný jeden pulz uslyšíme jako lupnutí v reproduktoru (to si můžeme i vyzkoušet, stačí připojit reproduktor k baterii vhodného napětí). Pokud bude frekvence pulzů dostatečně malá, budeme je vnímat jako jednotlivé údery. Jakmile však frekvence pulzů překročí určitou mez, začneme vnímat hluboký tón. Jak frekvence poroste, tento tón se bude zvyšovat. Tento jev si můžete poslechnout v přiložené zvukové ukázce.

Hudební teorii věnujeme samostatné rozšíření.

Šíření zvuku

Zvuk se šíří pouze látkovým pružným prostředím. V tekutinách (kapaliny a plyny) se zvuk šíří pouze v podobě podélného vlnění, v pevných látkách je možné i vlnění příčné. Rychlost šíření zvuku v různých materiálech zachycuje následující tabulka:

Rychlost šíření zvuku v různých materiálech
LátkaRychlost (ms^{-1})
Vodík (0 °C)1270
Oxid uhličitý (25 °C)259
Kyslík (25 °C)316
Suchý vzduch (0 °C)331,4
Suchý vzduch (25 °C)346,3
Helium (0 °C)970
Rtuť (20 °C)1400
Destilovaná voda (25 °C)1497
Mořská voda (13 °C)1500
Led (-4 °C)3250
Stříbro (20 °C)2700 / 3700
Měď (20 °C)3500 / 4720
Ocel (20 °C)5000 / 6000
Hliník (20 °C)5200 / 6400

V případě pevných látek má podélná vlna vždy větší rychlost, než vlna příčná.

Zvláštní situace nastane, pokud se zdroj zvuku pohybuje. Dochází k Dopplerovu jevu. Vlnoplocha vzniklá v pozdějším čase vzniká i v jiném místě. Když takových vlnoploch vykreslíme více, všimneme si, že pokud se zdroj vlnění blíží, registrujeme kratší vlnovou délku, naopak pokud se zdroj vzdaluje, registrujeme delší vlnovou délku. Změnu vlnové délky vlny v důsledku pohybu zdroje ilustruje obrázek 2.

Obr. 2: Dopplerův jev

Změnu výšky tónů v důsledku pohybujícího se zdroje zvuku, tedy Dopplerův jev si můžete poslechnout ve videoukázce.

video

Vnímání zvuku

Lidské ucho je schopno registrovat jako zvuk mechanické vlnění ve frekvenčním rozsahu přibližně 20Hz až 20kHz. Akustické signály s nižší než prahovou frekvencí nazýváme infrazvuk, akustické signály s frekvencí vyšší než nejvyšší slyšitelná mez nazýváme ultrazvuk.

Lidské ucho sestává ze tří částí, zevního, středního a vnitřního ucha. Z hlediska fyziky je pro nás zajímavé střední a vnitřní ucho. Uchu, jeho vlastnostem a způsobu, jakým zpracovává informace, věnujeme samostatné rozšíření.