Co je to zvuk a akustická vlna?

Zvuk je mechanické vlnění, šířící se v látkovém prostředí, jako důsledek kinetické (pohybové) energie (například chvění blány v reproduktoru). Je to vlastně periodická změna tlaku, tj. zhušťování a ředění. Jako podmínku zvuku můžeme i považovat, že jsou vlny schopny vytvořit sluchový vjem, logicky. Však spousty zvuků o různých výškách (ultrazvuky a infrazvuky) a hlasitostech jsou pro člověka neslyšitelné, ale i tak je bereme jako zvuky.

Akustický tlak (p [Pa]) je zvýšení nebo snížení tlaku oproti klidovému barometrickému tlaku, působené postupným zhušťováním a zřeďováním částic prostředí. Průběh těchto změn má funkci sinus.

V plynném a kapalném prostředí vzniká podélné vlnění. V tuhých látkách může též vznikat vlnění podélné (např. vibrace kytarové struny).

Postupné vlnění

je takové, které se pohybuje v prostoru, resp. body vlnění se pohybují. Pokud se pohybujeme v akustice a mluvíme o šíření zvuku, bavíme se pouze o vlněním podélném. To znamená, že vzduchem neputuje ta vlna, co je všude na obrázcích, ale cestují vlastně odchylky tlaku oproti tlaku atmosférickému (=1bar). Můžete si to představit jako pružinu, která se dokola natahuje a stlačuje. Zvuková vlna se jiným způsobem nežli podélným postupným nešíří. Dochází k němu v látkovém prostředí (pevném, kapalném i plynném) -> ve vakuu ne, protože se zde nevyskytují částice, co by se mohli stlačit

Amplituda každého bodu v postupné vlně je stálá.

Na obrázcích 1 můžete porovnat postupné podélné s příčným.

Nejtišší zvuk, který je ucho zaznamenat nazýváme práh slyšitelnosti a jeho velikost byla naměřena jako 20 µPa. Pokud však hlasitost překročí cca 63200000 µPa mluvíme o prahu bolesti, při které muže dojít k poškození sluchu.

Většinou však pro měření hlasitosti užíváme jednotku decibel (dB). Je to logaritmická jednotka (ne lineární), to protože samotné lidské ucho nevnímá hlasitost lineárně. Změna o 20 dB zapříčiní desetinásobnou změnu tlaku v pascalech, změna o 6 dB přibližně dvojnásobnou.

Odraz zvuku

Pokud dojde ke střetu zvukové vlny s překážkou která má větší plochu než vlnová délka, dojde k částečnému odražení vlny zpět. Úhel odrazu je vždy (tak jako v optice) roven úhlu dopadu. To, jak moc se zvuk odrazí, určuje povrch a materiál odrazné plochy. Porézní a měkké materiály (molitan, vata...) mají tendenci zvuk pohlcovat, absorbovat. Těmito materiály se pokrývají stěny místnosti, kde je odraz zvláště nežádoucí (divadla, kina, nahrávací studia). Materiály tvrdé s rovným povrchem mají pohltivost malou. Pokud má povrch různorodý povrch, dochází k všelijakému odrážení vln, což způsobí, že se zvuk vymlátí.

Ozvěna

K ozvěně (=echo) dochází, dojde-li ke střetu zvukové vlny s překážkou, která má větší plochu než vlnová délka. Vzdálenost mezi překážkou a posluchačem, musí být minimálně 17 metrů, anžto je člověk schopen rozeznat dva zvuky, které jsou od sebe nejméně 0,1 sekund. Na číslo 17 m jsme přišli jednoduchým výpočtem: s = v × t, dosadíme: s = 340m/s × 0,1s = 34m. Výsledek musíme ještě vydělit dvěma, protože dráha, kterou zvuk uběhne, musí být tam a zpátky.

Dozvuk

Pokud jsme v malém prostoru a dráha 17ti metrů není vlně umožněna, vniká dozvuk (=reverb). Je slyšet takový stín, co se line za zvukem; prodlužuje původní zvuk. Podle velikosti prostoru, ve kterém se zvuk šíří, a podle materiálu překážek dozvuk vytváří zvukovou atmosféru. Např. v kostele je jiný dozvuk než v autě.

Doba dozvuku je čas, jenž uplyne od skončení působeni zdroje zvuku do doby, kdy SPL poklesne o 60 dB. Kostel má třeba mnohem větší dobu dozvuku než obývák.

Zvuk bez dozvuku zní pro člověka uměle, proto se studiové nahrávky, které obsahují značnou absenci dozvuku uměle v postprodukci upravují, vytváří se dozvuk uměle.

Je nutné podotknou, že i v prostorech, v nichž se tvoří ozvěna, vzniká i dozvuk, protože i odražená vlna (ozvěna) se bude orážet dokud se nevymlátí (neztratí energii). Tyto povícero odražené vlny nemusí dosáhnou těch 17ti metrů a vniká tím dozvuk.

Zabránění odrazu zvuku

Pokud chceme tvorbě ozvěny zabránit, musíme maximalizovat její absorpci. Nejjednodušší variantou je vystlat stěny platy od vajec, nebo kobercem. Obestavění stěny nábytkem je taky účinné. V profesionálních studiích, divadlech a kinech se používají speciální akustické prvky: absorpční panely (obr. 6)- pro pohlcení vln a difuzéry (obr. 5)- pro vymlácení vln. Když ještě nic takového nebylo, v divadlech se nejlepší akustiky dosahovalo plastickými zdobnými prvky (např. v Národním divadle).

Autoři externích obrázků: