Zvok je izmenično nihanje, ki se prenaša skozi zrak, človek pa ga zaznava s slušnim organom tj ušesom. Nastaja kot mehansko nihanje določenih predmetov in ima najrazličnejše oblike. Število nihajev v časovni enoti označujemo s pojmom frekvenca.
Frekvenca nihanja ali število nihajev v časovni enoti nam okarakterizira nihanje. Če govorimo o zvoku, se njegovo frekvenčno območje giblje med 20-timi in 20-tisoči nihaji v sekundi oziroma, govorimo o frekvenčnem spektru 20 Hz do 20.000 Hz. Če so frekvence višje od navedenih govorimo o ULTRAZVOKU, če so pa nižje gre za INFRAZVOK.
Valovna dolžina l zvoka je oddaljenost sosednjih zgoščin in razredčin v smeri širjenja zvoka.
|
Slika 1: Prikaz zgoščin in razredčin pri razširjanju zvoka |
l - valovna dolžina c – hitrost zvoka v zraku pri sobni temperaturi (=340m/s) f – frekvenca zvoka [Hz=s-1] |
(2) |
Valovna dolžina je pot, ki jo zgoščina preteče v enem nihajnem času izvora.
Glede na časovni potek zvočnih pojavov, jih delimo na: ton, zven, šum in pok.
Ton je zvočni pojav, ki ga lahko zapišemo v matematični obliki, kot čisto sinusno nihanje z določeno amplitudo in frekvenco.
|
Slika 2: Matematična oblika tona |
Glede na frekvenco tonov, jih lahko v grobem delimo nizke, srednje in visoke tone. V avdiotehniki (v vedi, ki se ukvarja z nastajanjem posredovanjem in shranjevanjem zvoka) pa jih razdelijo na:
- nizke tone (20-140 Hz)
- srednje nizke tone (140-400 Hz)
- srednje tone (400-2.600 Hz)
- srednje visoke tone (2.600-5.200 Hz)
- visoke tone (5.200-20.000 Hz)
V naravi je čistih tonov zelo malo (glasbene vilice). Bolj pogost pojav je zven.
Zven je zvočni pojav, ki poleg osnovnega tona vsebuje še več drugih komponent, ki jih imenujemo delni toni. Zven je torej sestavljen iz večjega števila tonov, ki se med seboj razlikujejo po velikosti, frekvenci in po fazi (položaj glede na osnovni ton). Število teh sestavnih delov zvena, ki jih imenujemo višjeharmonske komponente določa BARVO ZVENA. V naravi je veliko najrazličnejših oblik zvena. Glasbeni ton, ki je proizvod instrumenta ni čisti ton, ampak je zven. Samoglasnik, ki ga izgovori človek, je v bistvu zven itd.
|
Slika 3: Potek zvena in njegove sestavne komponente |
Šum je zvočni pojav pri katerem gre za zelo veliko število delnih tonov, zato mu ne moremo natančno določiti oblike. Pri pretvorbi zvočnih signalov in njihovem shranjevanju predstavlja neželen pojav, ki se mu poskušamo izogniti. Njegovo prisotnost ponavadi podajamo kot delež koristnega (želenega) signala in ga v avdio tehniki podajamo kot razmerje signal/šum.
|
Slika 4: Frekvenčni diagram poljubnega šuma |
Beli šum
Je šum, kateri ima enako amplitudo v vsem frekvenčnem spektru. Generatorje belega šuma uporabljamo v laboratorijih pri testiranju vezij (za simulacijo naravnega šuma).
|
Slika 5: Frekvenčni diagram belega šuma |
Pok je trenuten zvočni pojav z večjo zvočno jakostjo, ki nastane pri raznih udarcih (boben) in pri določenih glasovih (zaporniki)
Zgornja frekvenčna meja človekovega slišnega področja se s starostjo znižuje. 10% ljudi v starosti do petdeset let sliši frekvence 18 kHz. Pri šestdesetih letih pa je zgornja frekvenčna meja pod 14 kHz. Pri tem pa se moramo zavedati, da je uho z omejitvijo zgornjih frekvenc prikrajšano le za določene finese v barvitosti zvoka.
Občutek jakosti zvoka ni odvisen od dejanskih sprememb moči zvočnega polja, ampak se obnaša po logaritemskih zakonih. Dve violini namreč dajeta dvakrat večji zvočni tlak kot ena sama, kljub temu pa je sprememba jakosti zvoka, ki jo pri tem opazimo neznatna. Človeško uho je zelo občutljiv akustični sprejemnik. Pri frekvenci 1.000 Hz zazna nihanje z močjo 10-12 W/m2 kot zvok. Zgornja meja slišnosti, ki jo spremlja občutek bolečine pa je pri 1 W/m2 . Če primerjamo obe mejni vrednosti in primerjavo podamo v logaritemskem merilu, ki ga imenujemo decibel, lahko za dinamiko ušesa podamo vrednost 120dB.
Uho pa je občutljivo tudi na različno frekvenco zvoka. Občutljivost je večja za visoke tone kot za nizke.
Primer: govor 7× 10-6 W/m2
orgle 1 - 10 W/m2
Zvočno jakost podajamo tudi v fonih. Enota fon je po definiciji enaka decibelu (ima enako absolutno vrednost);
- 0 fonov ustreza zvočni jakosti (tlaku) na spodnji meji slišnosti (10-12 W/m2),
- 120 fonov ustreza zvočni jakosti pri bolečinski meji (1 W/m2).
Zvok se bo od pregrade odbil, če bo valovna dolžina zvoka manjša od dimenzij pregrade (sl. 6). Ovira lahko deluje tudi kot reflektor; če gre valovanje skozi določeno odprtino, se ukloni. Ta pojav (sl. 7) izkoriščajo akustične leče.
|
|
Slika 6: Odboj zvoka od pravokotne pregrade |
Slika 7: Uklon zvoka pri prehodu skozi odprtino (če je širina odprtine manjša od valovne dolžine zvoka) |
Absorbcija zvoka je slabljenje zvoka pri prehodu skozi določeno področje ali preko določene površine.
V zraku prihaja do absorbcije zvoka zaradi reakcij med mulekulami kisika in vode.
Večja je vlažnost v zraku, manjša bo absorbcija.
Z rastjo frekvence se tudi absorbcija veča.
Vse te značilnosti, pa še veliko tistih, ki jih nismo omenili, je potrebno upoštevati pri gradnji naprav, ki omogočajo pretvorbo zvoka v električni signal in obratno. Takšna pretvorba pa je potrebna, če želimo zvok "zapisati" ga shraniti in prenašati na daljavo.