Mikicine vesti

13 Okt, 2014

Zvuk

Generalna — Autor aleksakg @ 16:30

Звук је механичка осцилација честица неког еластичног медијума које са кроз њега најчешће простиру као талас и које (углавном) човек чује. Човеков орган слуха може да региструје осцилације у фреквенцијском опсегу од 16 Hz до 20.000 Hz ако оне имају довољни интензитет. Звук се простире кроз медијуме у сва три агрегатна стања. Звук не може да се простире у безвадушном простору. Под звуком се подразумевају и осцилације изван напред наведеног фреквенцијског опсега: инфразвук испод 16 Hz и ултразвук изнад 20.000 Hz.

Област физике која проучава звук зове се акустика.

Брзина звука зависи од карактеристика флуида и може се израчунати по релацији:

c = \sqrt{\frac{p_a \chi}{\rho}}

где је:

p_а – атмосферски притисак,
$\rho$ - густина ваздуха и
$\chi$ = 1,4.

Звук се у ваздуху простире као лонгитудинални талас брзином од ц = 344 m/s на температури од 20^оC при нормалним атмосферским условима. Брзина звука у ваздуху зависи од температуре ваздуха и може се исказати релацијом: $c = c_0 + 0,6 \Theta$ где је:

c – брзина звука на температури $\Theta$ у [m/s],
c₀ = 330 m/s – брзина звука на $\Theta$ = 0^оC и

$\Theta$ – температура ваздуха у [^оC].

Брзине звука у неким другим срединима дате су таблици:

Т.1: Брзина простирања звука^[1]^[2].

Материјал	v [m/s] [dB]
Гума	50
Вода	1480
Слана вода (21^оC, салинитет 3,5 %)	1520
Плексиглас	1800
Дрво (меко)	3350
Дрво (јела)	3800
Армирани бетон	3400
Челик	5050
Алуминијум	5150
Стакло	5200
Гипсана плоча	6800

Под дејством звука честице ваздуха осцилују око свог равнотежног положаја стварајући час на једну, час на другу страну надпритисак у односу на свој равнотежни положај при атмосферском притиску (сл.1). Промене атмосферског притиска изазване звуком називају се звучни притисак. Ове промене су у односу на атмосферски притисак мале.

Сл.1: Осцилације честица у звучном пољу.

Појаву осцилација честица ваздуха, дакле звук, могуће је пратити као промене притиска п односно промене густине ваздуха $\rho$ па је преко ове две физичке величине могуће описати звук и њих користити за проучавања у области акустике. На сл.2 приказане су промене притиска при најједноставнијем облику осцилација Са друге стране честицу која осцилује могу да описују и друге физичке величине карактеристичне за осцилаторно кретање: померај честице (удаљење од равнотежног положаја ξ [м]), брзина осциловања честице в [m/s] или пак убрзање честице а [m/s²]. Све ове наведене физичке величине су физичке величине И реда.

Сл.2: Простопериодичне промене звучног притиска.

Поред њих за проучавање се користе и физичке величине II реда (сразмерне снази): звучна снага П_А [W], звучна енергија Е [Ј], густина звучне енергије w [Ј/м³] и интензитет звука И [W/м²].

За проучавања у акустици најчешће се користи (звучни) притисак п.

Сматра се да је просечна вредност најнижег звучног притиска који човек може да чује:

п = 2*10-5 Pa = 20

\mu

Ова вредност се назива праг чујности.

Прецизности ради, а пошто се ради о променљивој физичкој величини (осцилацијама или таласу) горе дата вредност звучног притиска на прагу чујности је ефективна вредност звучног притиска.

Звучни притисци величине 100 Па изазивају бол у човечијем слушном систему па се те вредности описују као граница бола.

Као нормални атмосферски притисак п_А може се узети притисак:

п_А = 1000 hPa (1000 mbar),

па произилази да је звучни притисак на прагу чујности 5*10⁹ пута мањи од атмосферског притиска.

Јачина звука зависи од амплитуде осцилација.

Висину звука одређује фреквенција осцилација. Боја је одређена садржајем компоненти.

Play media

Видео 1: 1000 Hz.

Play media

Видео 2: 315 Hz.

Сл.3: Вебер-Флечерове криве.

Свака периодично или непериодична промељива величина може се, под одређеним условима, Фуријевом анализом и Фуријевом трансформацијом разложити на низ простопериодичних компоненти. Ове компоненте имају фреквенцију која је целобројни умножак основне фреквенције, а њихове амплитуде представљају опадајући низ што даје изузетне могућности за даље проучавање било каквог сложеног звука.

Ако се звук састоји од само једне простопериодичне компоненте кажемо да се ради о чистом тону или једноставно тону.

Човеков слушни систем различито је осетљив за различите фреквенције. Горе наведени праг чујности односи се на тон фреквенције 1000 Hz. Некако, за ту компоненту људско ухо и најостљивије. За ниже, али и више тонове људско ухо није тако осетљиво па ће се објективно осцилација исте амплитуде чути слабије. На видеу 1 и видеу 2 прикани су упоредни примери за 1 kHz и 315 Hz једнаких амплитуда. На сл.3 су приказане познате Вебер-Флечерове криве које показују у којој мери се субјективни осећај јачине звука разликује од његове објективне јачине.

Из практичних разлога у акустици је у употреби логаритамска јединица јачине звука изражена у децибелима [dB].

Поред великог фреквенцијског опсега од скоро 10 октава специфичност у акустици је и велики динамички опсег при чему је однос снаге најмањег и највећег сигнала чак 10¹⁴ (однос звучног притиска 10⁷). Оно што је важно имати у виду да је анализом појаве често потребно водити рачуна истовремено и о сасвим слабом и о врло јаком звуку који могу да се разликују управо за вредност динамичког опсега. Проблеми великог динамичког опсега ефикасно се превазилазе увођењем логаритамске јединице децибел, па се уместо звучног притиска у паскалима дефинише ниво звука Л у дБ преко релације:

L = 20\log \frac{p}{p_0}

где је:
п – звучни притисак о коме је реч, а
п₀ – референтни звучни притисак п₀ = 2*10^-5 Па.

Садржај

Интензитет звука

Интензитет звука у правцу простирања звучног таласа дефинише се као количник звучне енергије ΔЕ која у времену Δт прође кроз површину ΔС нормалну на правац простирања:

Сл.4: Интензитет звука. Простирање звука у простору.

I = \frac{\Delta E}{\Delta t \Delta S}

Ниво звука изражен преко интензитета звука дат је релацијом:

L = 10\log \frac{I}{I_0}

где је:

I – интензитет о коме је реч, а
I₀ – референтни интензитет I₀ = 2*10^-12 W/m².

Објективни и субјективни осећај јачине звука

Два тона различите фреквенције а исте објективне јачине изазваће различит осећај субјективне јачине.

У жељи да се (субјективни) осећај јачине звука објективизује и уведе мера која ће представљати човеков осећај јачине звука уведена је фреквенцијска пондеризација (погледај чланак: Фонометар). Фреквенцијске пондеризације обележавају се словима А, Б, Ц, Д. Данас је најчешће у употреби А-пондеризација. Поступак фреквенцијске пондеризације је једноставан. Усвојено је да се тон фреквенције 1000 Hz мери његовом стварном објективном јачином, а тон неке друге фреквенције коригује – пондеризује – на тај начин што се од његове стварне вредности одузима одређен број децибела. Тако нпр. тон фреквенције 1000 Hz и објективне јачине 60 дБ после фреквенцијске пондеризације типа А имаће исту вредност, дакле L_A = 60 dBA, али тон фреквенције 160 Hz и објективне јачине 60 дБ после А-пондеризације биће регистрован јачином 43,9 dB. У табели Т.2 су дате фреквенцијске карактеристике А, Б, Ц и Д пондеризације у дБ.

Т.2: Фреквенцијска пондеризација.^[3].

Номинална фреквенција [Hz]	Егзактна фреквенција [Hz]	А pond.	Б pond.	Ц pond.	Д pond.
10	10,00	-70,4	-38,2	-14,3	-26,6
12,5	12,59	-63,4	-33,2	-11,2	-24,6
16	15,85	-56,7	-28,5	-8,5	-22,6
20	19,95	-50,5	-24,2	-6,2	-20,6
25	25,12	-44,7	-20,4	-4,4	-18,7
31,5	31,62	-39,4	-17,1	-3,0	-16,7
40	39,81	-34,6	-14,2	-2,0	-14,7
50	50,12	-30,2	-11,6	-1,3	-12,8
63	63,10	-26,2	-9,3	-0,8	-10,9
80	79,43	-22,5	-7,4	-0,5	-9,0
100	100,0	-19,1	-5,6	-0,3	-7,2
125	125,9	-16,1	-4,2	-0,2	-5,5
160	158,5	-13,4	-3,0	-0,1	-4,0
200	199,5	-10,9	-2,0	-0,0	-2,6
250	251,2	-8,6	-1,3	-0,0	-1,6
315	316,2	-6,6	-0,8	-0,0	-0,8
400	398,1	-4,8	-0,5	-0,0	-0,4
500	501,2	-3,2	-0,3	-0,0	-0,3
630	613,0	-1,9	-0,1	-0,0	-0,5
800	794,3	-0,8	-0,0	-0,0	-0,6
1000	1000	0	0	0	0
1250	1259	+0,6	-0,0	-0,0	+2,0
1600	1585	+0,1	-0,0	-0,1	+4,9
2000	1995	+1,2	-0,1	-0,2	+7,9
2500	2512	+1,3	-0,2	-0,3	+10,4
3150	3162	+1,2	-0,4	-0,5	+11,6
4000	3981	+1,0	-0,7	-0,8	+11,1
5000	5012	+0,5	-1,2	-1,3	+9,6
6300	6310	-0,1	-1,9	-2,0	+7,6
8000	7943	-1,1	-2,9	-3,0	+5,5
10000	10000	-2,5	-4,3	-4,4	+3,4
12500	12590	-4,3	-6,1	-6,2	+1,4
16000	15850	-6,6	-8,4	-8,5	-0,7
20000	19950	-9,3	-11,1	-11,2	-2,7 Za zapisivanje i čuvanje audio datoteka koriste se različiti audio formati. Oni mogu biti komprimovani i nekomprimovani. Kod komprimovanih datoteka podaci su posebnim postupcima "zbijeni" tako da zauzimaju manje memorijskog prostora. Komprimovani audio formati dele se na komprimovane formate bez gubitaka i komprimovane formate sa gubicima. Nekomprimovani formati zauzimaju najviše memorijskog prostora, potom komprimovani formati bez gubitaka, a najmanje prostora zauzimaju komprimovani formati sa gubicima, mada su danas haard diskovi velikih kapaciteta, tako da seo memorijskom prostoru ne mora više voditi računa kao nekada, ipak se u amaterske svrhe najčešće koristi format MP3. Iako ovaj format unosi gubitke oni se mogu čuti samo kada se reprodukcija zvuka obavlja na profesionalnoj opremi, što je retko. Stoga se može reći da postoje tri osnovne grupe audio formata nekomprimovani audio formati - WAV, AU i AIFF komprimovani audio formati bez gubitaka - WMA; WV, APE, komprimovani audio format sa gubicima - MP3.

Dodaj komentar | 0 Trekbekovi

«	Oktobar 2014					»
Po	Ut	Sr	Če	Pe	Su	Ne
		1	2	3	4	5
6	7	8	9	10	11	12
13	14	15	16	17	18	19
20	21	22	23	24	25	26
27	28	29	30	31