Fizička akustika 1

1. Fizička ifiziološka akustika Fizička akustika 1

2. 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.

3. 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.

4. Nastajanje zvuka Zvuk nastaje kao rezultat mehaničkih vibracija, koje se prenose pomeranjem čestica vazduha Pri ovome se čestice vazduha pomeraju oko svog ravnotežnog položaja

5. Prenošenje zvuka Čestice sredine (ovde vazduha) osciluju pomerajući se u uskim granicama oko svoga položaja ravnoteže a na daljinu se prenose samo nastale promene. Dakle: Pomeranje čestica vazduha prenosi se sa jedne na drugu i tako nastaju zvučni talasi

6. Prenošenje – prostiranje zvuka 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.

7. 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.

8. Zvučni talasi Sabijanje čestica vazduha dovodi do povećanja a njihovo razredjivanje do smanjena pritiska vazduha.

9. Zvučni talasi: sferni, ravni Sferni talasi – tačkasti izvor; talasni front sfera; česti su u prirodi. Na velikoj udaljenosti od izvora sferni talasi ptrelaze u ravne Ravni talasi – talasni ftont ravan

10. 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 pulsirajuća • lopta (menja zapreminu po • nekoj zakonitosti ). • RAVNI TALAS je zvučni talas • kod 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.

11. Zvučni – akustički pritisak 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.

12. Zapamtiti Zvučni pritisak ima mnogo manju vrednost od atmosfrskog 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

13. Frekvencija, period i talasna dužina zvuka 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.

14. 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 )

15. Frekvencija i talasna dužina zvuka

16. Z a p a m t i t i 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.

17. Brzina zvuka U vazduhu Na temperaturi od 20C brzina zvuka je c (20C) = 343 m/s. Na temperaturi od 22 C brzina zvuka je c (22 C) = 345 m/s.

18. Brzina zvuka U različitim materijalima

19. Z a p a m t i t i Brzina zvuka zavisi od temperature, raste sa povećanjem temperature Brzina zvuka ne zavisi od: - frekvencije - složenosti zvučnog signala 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 ).

20. Intenzitet zvuka Intenzitet zvuka je ona količina akustičke energije koja u jedinici vremena prođe kroz jediničnu površinu normalnu na pravac prostiranja zvučnih talasa. Kada poznajemo snagu zvučnog izvora možemo da odredimo intenzitet zvuka, na rastojanju r, na sledeći način: 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

21. Prost i složen zvuk

22. Šum

23. Beli i roze šum Beli (gore) i roze (dole) šum; amplitudski spektri - pune linije, nivo po oktavama – isprekidane linije

24. 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.

25. Slabljenje zvuka 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. Jo- intenzitet zvuka na određenom mestu, bez uticaja dopunskih faktora, a m - koeficijent slabljenja koji zavisi od frekvencije

26. 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.

27. 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.

28. Čujno područje uha

29. Subjektivna jačina zvuka

30. Sndardizovane frekvencijske korekcione karakeristike za merenje subjektivnog nivoa zvuka

31. Smer zvučnih talasa Iz razlika u intenzitetu i fazi centar za sluh omogućava čoveku da vrlo precizno odredi smer dolaska zvučnih talasa.

32. 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.

33. Zakon prvog talasnog fronta – efekat prvenstva 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.

34. Zona integracije uha 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.