Základy akustiky
- základní akustické veličiny
- vlastnosti sluchového vjemu
- akustika nahrávacích prostorů
- ozvučování uzavřených prostorů a volných prostranství
Základní rozlišení
- fyzikální akustika (zabývá se fyzikálními základy vzniku a šíření zvuku)
- fyziologická akustika (zkoumá vlastnosti lidského sluchu z hlediska vnímání
- akustika stavebního prostoru (sleduje šíření hluku ve stavebních konstrukcích a úpravy akustických vlastností studií a poslechových prostor)
- zvuk je vlnění plynných, kapalných nebo pevných látek, které se šíří ve formě zvukové vlny akustickým polem (vše, co vede!!! zvuk, vakuum není akustické pole!!!)
- kmitání je podélné (všechny látky), příčné (pouze tuhé)
- lidské ucho vnímá akustické vlnění v pásmu 16 Hz až 20 kHz
- vlnění s frekvencí menší než 16 Hz je infrazvuk, s frekvencí větší než 20 kHz je ultrazvuk
a) Základní veličiny (skripta 2 – 1)
- tlak – skalární veličina (šíří se všemi směry), značíme ho p a jednotkou je pascal, Pa
- akustická rychlost – vektorová veličina, rychlost šíření akustických vln kolem své rovnovážné polohy, značíme ji v, jednotky jsou m/s, ve zvukové praxi se ale používají jednotky mm/s
- postupová rychlost – závisí na hustotě prostředí, ve kterém se zvuk šíří, značíme ji c, v jednotkách m/s a je dána základním vztahem:
c = 331,8 ms-1 + 0,6 t oC (rychlost ve vodě – 1500 ms-1, v železe – 5000 ms-1, ve vzduchu o 20o C – 344 ms-1)
velikost postupové vlny λ = c/f udáváme ji v metrech
- intenzita zvuku – tok zvukové energie jednotkovou plochou kolmou ke směru šíření za jednotku času, závisí na efektivních hodnotách akustického tlaku, STOUPÁ-LI INTENZITA ZVUKU LINEÁRNĚ, PAK VÝSLEDNÝ VJEM STOUPÁ LOGARITMICKY, poměrná jednotka – 1 B (bel), užíváme jednotku (dB):
B = 10*log I/Io = 10*log (pef/poef)2 = 20*log pef/poef [dB, W/m2, Pa]
Io = 10-12 W/m2 a poef = 2*10-5 Pa
b) Vlastnosti sluchového vjemu (skripta 2 – 6)
- tón – pravidelné periodické kmity, vnímáme směr, hlasitost, výšku a barvu
- absolutní výška tónu – objektivně změřená frekvence
- relativní výška tónu – je dána poměrem k frekvenci srovnávací (tzv. hudební sluch) formanty – obdoba vyšších harmonických u řeči, pohybují se v pásmu od 3 do 5 kHz
- barva tónu – je dána poměrem vyšších harmonických (alikvotních) frekvencí k základnímu tónu
- hlasitost tónu:
- subjektivní vjem tónu má souvislost s výše uvedenou intenzitou zvuku
- subjektivní vjem je nejlepší v pásmu 1-6 kHz, proto není možné pro subjektivní vjem hlasitosti použít jednotku dB, hlasitost 1 Ph (fón) při referenční frekvenci 1000 Hz je rovna intenzitě 1 dB
- práh slyšitelnosti je 0 Ph, práh bolestivosti je 130 až 140 Ph
- Sluch nevnímá pro různé frekvence stejnou intenzitu jako stejnou hlasitost.
- směrové slyšení – směr člověk rozliší díky dvěma uším – binaurální slyšení, jsme schopni vnímat prostorově (stereofonně), zvukové vlny dopadají s rozdílnou fází a intenzitou, frekvence pod 200 Hz už mozek nedokáže lokalizovat
c) Akustika nahrávacích prostorů (skripta 2 – 8 )
- základní akustický jev v prostoru je odraz zvuku a rezonance, odrazem vzniká dozvuk
- doba dozvuku T: od okamžiku vypnutí zdroje zvuku do okamžiku, kdy intenzita poklesne na 10-6 původní hodnoty (o 60 dB)
- optimální doba dozvuku: je jiná pro každou místnost i pro druh zvukové produkce, zjišťuje se experimentálně při referenčním kmitočtu 1000 Hz
- platí zákon, úhel odrazu se rovná úhlu dopadu
- základní doba dozvuku je 60 ms, ucho je schopno rozlišit 100 ms (zeď 17m – tam a zpět k posluchači, při c = 340)
- rezonance – souznění, rezonanční kmitočet j závislý na druhu materiálu, rozměrech a způsobu upevnění
- Helmholtzův rezonátor – panel s řadou otvorů, za nimž jsou rezonanční dutinky
d) Ozvučování uzavřených prostorů a volných prostranství (skripta 2 – 11)
- používáme v případě, kdy přirozený zvuk nestačí pokrýt poslechový prostor
- centralizovaný způsob – na místě produkce je umístěn jeden nebo několik výkonných reproduktorů, jejichž výkon stačí pokrýt poslechový prostor
- decentralizovaný – větší množství reproduktorů s menším výkonem, které jsou rozmístěny okolo poslechového prostoru
- smíšený – kombinace
- akustická zpětná vazba – nejčastější problém při živém ozvučování (toto píská!) Odstranění: vhodná směrová charakteristika, akustický stín, větší vzdálenost, snížení hlasitosti, výkonová rezerva