U 19. stoljeću postojao je jedan zaista važan fiziološki uvid njemačkog naučnika Hermanna von Hemholtza koji traje i danas. Prepoznao je da je pužnica – prijemni organ uha – u suštini obrnuti klavir. U klaviru svaka žica predstavlja jedan ton, a izlaz se miješa u skladnu cjelinu.
Uho u osnovi poništava taj rad. Ona zauzima skladnu cjelinu, odvaja pojedine tonove i predstavlja svaki od njih na različitom položaju duž spiralne pužnice. Svaka od 16.000 ćelija dlake koje oblažu pužnicu je receptor koji reagira na određenu frekvenciju. I te ćelije za kosu su u sistematičnom redoslijedu, baš kao i žice za klavir.
Zajednička valuta nervnog sistema je električna. To su akcijski potencijali – tokovi 1 i 0, zapravo – slično onima u računaru. Ali valuta vanjskog osjetilnog svijeta je vrlo različita. Imamo fotone – to je vid. Imamo pritisak – to je dodir. Imamo molekule – to je miris ili okus. I na kraju imamo vibracije u zraku – to je suština zvuka. Svaka od tih različitih vrsta fizičkog podražaja mora se na neki način pretvoriti u električne signale koje mozak tada može interpretirati. To je proces transdukcije.
Sistem nije samo pasivni pretvarač. Zvuk koji ulazi u uho ne izaziva jednostavno odgovor. Umjesto toga, uho ima takozvani aktivni proces. Uho ima ugrađeno pojačalo, a to pojačalo nije poput bilo kojeg drugog našeg čula. Bilo bi kao da svjetlost koja ulazi u oko proizvodi više svjetla unutar oka, ili miris koji ulazi u nos proizvodi više molekula mirisa. U slučaju naših ušiju, zvuk koji ulazi u uho zapravo mehanički pojačava uho, a pojačanje je između 100 i 1.000 puta. To je prilično duboko. Aktivan proces također izoštrava podešavanje sluha, tako da možemo razlikovati frekvencije koje su udaljene samo oko 0,1 posto. Za usporedbu, dva ključa na klaviru međusobno su udaljena 6 posto.
Dugo se smatralo da su bez mase, novo istraživanje pokazuje da zvučni talasi imaju masu.
Važno ažuriranje Konvencionalna mudrost u fizici nalaže da su zvučni talasi beznačajne fluktuacije pritiska koje putuju kroz materijale poput vazduha, vode i bubne opne – i ne mogu da putuju kroz prazan prostor.
Zato je nedavno otkriće da zvučni talasi zapravo nose masu u tragovima tako šokantno – to je bilo pravo pod nosom naučnika već stoljećima. Još je iznenađujuće, prema izveštaju Scientific American-a o nalazu, da zvučni talasi nose negativnu masu: čini se da polako odlaze na gore, a ne padaju na Zemlju.
Mali pomagaći
Novo istraživanje, nedavno objavljeno u časopisu Physical Review Letters, otkrilo je da zvučni valovi nose tragove mase u obliku sitnih “fonona” poput čestica.
Prethodna istraživanja jednog od istih naučnika su prvo pronašla ovaj negativni fenomen gravitacije, ali samo kada je zvuk putovao kroz specifične materijale nazvane superfluidi, kroz koje valovi mogu teći s nula otpora. Ali u ovoj novoj studiji, fizičari su izračunali da zvučni talasi mogu da nose masu kroz više konvencionalnih tečnosti, kao i čvrste materije i gasove.
Ako ovo istraživanje izdrži dalja ispitivanja, to bi moglo značiti da su fizičari pogrješili u nečemu što se smatralo tako jednostavnim da se predaje u časovima prirodnih nauka u srednjim školama.
Ali repliciranje ovog novog nalaza moglo bi se pokazati teškim – navodi Scientific American da moderna tehnologija nije dovoljno osjetljiva da bi izmjerila malu količinu mase koju zvučni val može nositi. Kao rezultat toga, naučnici nisu sigurni kako masa fonona teče zajedno s valom.
Vještačka crna rupa koja zarobljava zvuk umjesto svjetlosti je napravljena u pokušaju da otkrije teorijsko Hawking zračenje. Zračenje koje je pretpostavio Stephen Hawking prije više od 30 godina, izaziva da crne rupe s vremenom ispare.
Astrofizičke crne rupe nastaju kada materija postane toliko gusta da se sruši do tačke nazvane singularitet. Gravitacija crne rupe je toliko velika da ništa – čak ni svetlost ne može pobjeći od granice oko iste koja se zove horizont događaja.
Ali fizičari takođe razvijaju “crne rupe” za zvuk. Oni to rade kopiranjem materijala koji se kreće brže od brzine zvuka u tom mediju, tako da mogu putovati što je brže moguće. Zvuk je efektno zarobljen u toku poput horizonta događaja.
Kvantno stanje
Fizičari materijal na koji se fokusiraju nazivaju Bose-Ajnštajnov kondenzat (BECs), kvantno stanje materije gde se više atoma ponašaju kao jedan atom.
Kondenzati su napravljeni koji se ranije supersonično kreću, tako da su fizičari vjerovatno stvorili akustične crne rupe u procesu rada sa BEC-ima, kaže Eric Cornell sa Univerziteta Kolorado u Boulderu, koji je podijelio Nobelovu nagradu 2001 za razvoj Bose-Einstein kondenzata.
Ali kaže da je nova studija Jeff Steinhauer-a iz Technion-Izraelskog instituta za tehnologiju u Haifi i kolegama prvi dokumentovani eksperiment koji je direktno usmjeren na proizvodnju Hokingovog zračenja u BEC-u.
Supersonski tok
Tim je ohladio 100.000 ili tako nagomilanih atoma rubidijuma na nekoliko milijardi stepeni iznad apsolutne nule i zarobio ih magnetnim poljem. Uz pomoć lasera, istraživači su zatim stvorili bunar električnog potencijala koji je privukao atome i izazvao ih da jure brže od brzine zvuka u materijalu.
Ovaj setup je stvorio supersonički tok koji je trajao oko 8 milisekundi, koji je blago formirao akustičnu crnu rupu koja je sposobna zarobiti zvuk.
Implikacije takvog rada mogle bi biti duboke, jer bi moglo dovesti do prve detekcije Hokingovog zračenja.
Kvantna mehanika kaže da se parovi čestica mogu spontano pojaviti u praznom prostoru. Ovi parovi, koji se sastoje od čestice i njene antičestice, treba da postoje za trenutak prije nego se anihiliraju i nestanu.
Međutim, sedamdesetih godina prošlog vijeka, Hoking je predložio da ako su parovi stvoreni blizu ivice crne rupe, jedna čestica može da padne prije nego što se uništi, ostavljajući svog partnera da se nasloni izvan horizonta događaja. Za posmatrače, ova čestica bi se pojavila kao zračenje. U akustičkim crnim rupama, Hokingova radijacija bi se nalazila u obliku čestica poput vibracione energije zvane fononi.
Veliki bonus
Pronalazak Hokingovog zračenja bi bio veliki bonus za fiziku, kaže kosmolog Šon Carroll iz kompanije Caltech.
To je zato što Hokingova teorija pravi neke fundamentalne propozicije o tome kako kvantna mehanika radi u prostoru koji je zakrivljen gravitacijom. Osnovna matematika se koristi za izračunavanje kako se Univerzum ponašao tokom perioda koji se naziva inflacija, kada se prostor brzo proširio brzo nakon velikog udara.
Međutim, detektovanje Hokingovog zračenja kroz astronomska opažanja je teško, jer isparavanje tipičnih crnih rupa zamagljeno je višegeneracijskim izvorima zračenja, uključujući kosmičku mikrotalasnu pozadinu, pozadinu velikog praska.
‘Prvi korak’
I istraživači još uvijek trebaju puno vremena prije nego što otkriju Hawking zračenje u akustičnim crnim rupama. Tim Steinhauer-a, na primjer, procjenjuje da povećanje brzine koje atomi dobijaju u njihovoj instalaciji mora biti oko 10 puta veće kako bi se stvorio detektabilno Hokingovo zračenje u obliku fonona.
“U stvari, otkrivanje zvučnih talasa koje proizvede crne rupe je stvarno teško. Ali ovo je uzbudljiv prvi korak “, kaže Bill Unruh sa Univerziteta u Britanskoj Kolumbiji u Vankuveru, Kanada, koji je prvo predložio ideju korištenja kvantnih tečnosti za stvaranje vještačkih horizonata.
Kornell se slaže, dodajući da tim treba mnogo gladak tok da napravi BEC-a kako bi izmerio suptilan znak Hokingovog zračenja. “Ono što su uradili jeste lagan dio”, rekao je New Scientistu. “Težak dio je to učiniti na tako tih način da vidite sve male fluktuacije na vrhu svih nasilnih stvari koje ste učinili u kondenzatu [da biste ga učinili supersonicom].”
Cornell i njegove kolege grade sopstvenu eksperimentalnu postavku kako bi proizveli akustične horizonte događaja.
Laserski impulsi
I drugi se nadaju da će u laboratoriji napraviti detektivno Hokingovo zračenje koristeći svetlost. 2008. godine tim je stvorio horizont događaja u optičkom vlaknu, koristeći činjenicu da se različite talasne dužine svjetlosti kreću različitim brzinama.
To su uradili slanjem relativno usporenog impulsa niz vlakno. Ovo je iskrivilo optičke osobine optičkog vlakna, tako da kada je drugi, brži puls uhvaćen sa prvim, bio je usporen i efektivno postao zarobljen iza horizontalnog fronta prvog pulsiranja.
Još uvijek je moguća astrofizička detekcija Hokingovog zračenja. Što je manja crna rupa, to je veća energija koja je njegovo Hoking zračenje. Dakle, isparavanje mikroskopskih crnih rupa koje neki istraživači sumnjaju su stvorene gotovo odmah nakon velikog udarca moglo bi se otkriti pomoću NASA-ovog Fermi Gamma-ray svemirskog teleskopa, koji je lansiran 2008. godine.
Zvuk ili akustički pritisak lokalno je odstupanje pritiska od atmosferskog (prosječnog ili ravnotežnog) atmosferskog pritiska, uzrokovano zvučnim valom. U zraku se zvučni pritisak može mjeriti pomoću mikrofona, a u vodi s hidrofonom. SI jedinica zvučnog pritiska je pascal (Pa).
Matematička definicija
Zvučni val u mediju za prijenos uzrokuje odstupanje (zvučni pritisak, dinamički pritisak) u lokalnom pritisku okoline, statički pritisak.
Pritsak zvuka, označen sa p, definiran je pomoću
gdje
p total je ukupni pritisak;
p stat je statički pritisak.
Mjerenja zvuka
Jačina zvuka
U zvučnom valu komplementarna varijabla na zvučni pritisak je brzina čestica. Zajedno, oni određuju jačinu zvuka vala.
Jačina zvuka, označena s I i izmjerena u W · m-2 u SI jedinicama, određena je s
gdje
p je tlak zvuka;
v je brzina čestica.
Inverzno-proporcionalno pravilo
Prilikom merenja zvučnog pritiska koji stvara objekat, važno je izmeriti rastojanje od objekta, jer zvučni pritisak sfernog zvučnog talasa opada kao 1 / r od centra sfere (a ne kao 1 / r2 , poput intenziteta zvuka).
Zvučni pritisak može se razlikovati u pravcu od centra sfere, tako da su mjerenja u različitim uglovima možda potrebna, u zavisnosti od situacije. Očigledan primer izvora zvuka čiji se sferni zvučni talas razlikuje u nivou u različitim pravcima je muf.
Nivo zvučnog pritiska
Nivo zvučnog pritiska (SPL) je logaritamska mjera efektivnog pritiska zvuka u odnosu na referentnu vrijednost.
Nivo zvučnog pritiska, označen Lp i mjeren u dB, definisan je:
gdje
p je srednji kvadratni korijen zvučnog pritiska
p0 je referentni zvučni pritisak;
1 Np je neper;
Najčešće korišćeni referentni zvučni pritisak u vazduhu je
što se često smatra pragom ljudskog sluha (približno zvuk komarca koji leti na udaljenosti od 3 m). Odgovarajuće oznake za nivo zvučnog pritiska koristeći Lp / (20 μPa) ili Lp (re 20 μPa), ali su suštinske oznake dB SPL, dB (SPL), dBSPL ili dBSPL veoma česte, čak i ako nisu prihvaćen od SI.
Većina mjerenja nivoa zvuka će biti napravljena u odnosu na ovu referencu, što znači da će 1 Pa biti jednak SPL od 94 dB. U drugim medijima, kao što je voda, koristi se referentni nivo od 1 μPa. Ove reference su definirane u ANSI S1.1-2013.
Glavni instrument za mjerenje nivoa zvuka u okruženju je mjerač nivoa zvuka. Većina instrumenata za mjerenje nivoa zvuka pružaju očitavanje u decibelima od A, C i Z i moraju ispunjavati međunarodne standarde kao što su IEC 61672 – 2013.
Razumevanje skale decibela
Morate vrlo pažljivo razmišljati o skali decibela, jer je to logaritamska skala i na drugačiji način funkcioniše od linearne skale. Kod linearne skale rastojanje od 20cm je dvostruko daleko, dok je rastojanje od 10cm i 30cm tri puta duže. Međutim, skala logaritamska decibel-a povećava se po deset: svako povećanje od 10dB na skali je ekvivalentno povećanju intenziteta zvuka 10 puta (što u velikoj mjeri odgovara dupliranju glasnoće). To znači da je zvuk od 20dB 10 puta više intenzivan nego zvuk od 10dB i zvuk od 30dB je 100 puta jači. Zvuk od 100dB je zapravo 1.000.000.000 puta intenzivniji nego zvuk od 10dB a ne 10 puta jači, kako biste pretpostavili. Zato zvuči visoko na skali decibela (od oko 85-200dB) glavni razlog za zabrinutost: zvučni talasi imaju toliko energije da će oštetiti vaš sluh, prije ili kasnije.
Ali kako se sve ovo pretvara u “glasnost” – šta mi zapravo osjećamo o obimu zvuka? Skala decibela je logaritamska jer je u suštini način kako naše uši reaguju. Povećanje intenziteta zvuka od 10 puta, mjereno kao povećanje od 10 dB mjeračem zvuka, osjećalo bi se kao približno udvostručavanje glasnoće. Još jedan 10-kratni porast, a još jedan porast od 10 dB, osjećao bi se kao još jedno udvostručenje. Postavljanjem ove dvije stvari zajedno, povećanje intenziteta zvuka 100 puta dalo bi povećanje od 20dB na našem mjeraču zvuka i osećalo bi se kao četvorostruko glasno. Dakle, zvuk od 100dB je 90dB glasniji od zvuka od 10dB, što je milijardu puta intenzivnije ili približno 500 puta jače.
Primjeri
Donja granica zvuka definisana je kao SPL od 0 dB, ali gornja granica nije toliko jasno definirana. Dok je 1 atm (194 dB ) najveća varijacija pritiska koji neporemećen zvučni talas može imati u Zemljinoj atmosferi, veći zvučni talasi mogu biti prisutni u drugim atmosferama ili drugim medijima kao što su pod vodom ili kroz Zemlju.
Konvencija jednake jačine
Uši otkrivaju promjene u zvučnom pritisku. Ljudski sluh nema ravnu spektralnu osjetljivost (frekvencijski odziv) u odnosu na frekvenciju nasuprot amplitude. Ljudi ne primjećuju niske i visokofrekventne zvukove, kao i one koji percipiraju zvuk između 3,000 i 4,000 Hz, što je prikazano u konturi jačine zvuka. Pošto se frekvencijski odziv ljudskog sluha mijenja amplitudom, utvrđene su tri težine za mjerenje zvučnog pritiska: A, B i C. A se primjenjuje na nivo zvučnih pritisaka do 55 dB, B se primjenjuje na nivo zvučnih pritisaka između 55 dB i 85 dB, a C je za mjerenje zvučnog pritiska iznad 85 dB.
Da bi se razlikovale različite mjere zvuka, koristi se sufiks: A nivo zvučnog pritiska piše se kao dBA ili LA. B nivo zvučnog pritiska piše se kao dBB ili LB, a nivo C zvučnog pritiska piše se kao dBC ili LC. Nenadmašni nivo zvučnog pritiska naziva se “linearni nivo pritiska zvuka” i često se zapisuje kao dBL ili samo L. Neki mjerni instrumenti koriste slovo “Z” kao indikaciju linearnog SPL-a.
Primjeri zvučnog pritiska u vazduhu pri standardnom atmosferskom pritisku
Makrosvijet kao što ga znamo upravlja Njutnov zakon o kretanju i gravitaciji – ono što ide gore, mora se vratiti dole.
Ali tim fizičara sa Kolumbijskog univerziteta objavio je teorijski rad koji ovo okreće na glavu. Kažu da u stvari mogu postojati čestice sa negativnom masom – koje se pod gravitacijom kreću, gore umjesto dole – i one su svuda oko nas.
Prema njihovom članku, nije čudna subatomska čestica koja ima ova svojstva, nego čestice zvuka koje čujemo i proizvodimo svaki dan – fononi – se bune protiv sile gravitacije.
Do sada, čudno, zar ne? Na kraju krajeva, zvuk nije ni fizički objekat, pa kako sila gravitacije može uticati na to? Ovaj paradoks je u srcu nove hipoteze – šta ako, kažu istraživači, zvučni talasi zapravo nose masu. Negativnu masu. I ta negativna masa stvora mala negativna gravitacijska polja koja ih guraju gore umjesto dole.
Zvuči lijepo, ali postoje tri stvari koje treba imati u vidu ovdje. Prvo, i što je najvažnije, ovaj članak je čisto teoretski – to znači da su istraživači jednostavno iznijeli hipotezu i izveli neke detaljne kalkulacije na osnovu toga šta znamo i pokazali da bi u teoriji to moglo biti tačno. To ne znači da su pronašli nekakve fizičke dokaze da zvučni talasi nose negativnu masu, jednostavno su pokazali da u tom slučaju ne bi ništa drugo bilo kontradiktorno u fizici.
Drugi kvalifikator je da je ovaj dokument objavljen samo na lokaciji pre-print arXiv bez revizije. Zato moramo da vidimo nezavisnu verifikaciju ovih brojeva prije nego što se previše zauzmemo.
Za početak znamo da postoje negativne masene čestice – i one se kreću protiv sile u suprotnom smjeru nego što biste očekivali.
Samo prošle godine istraživači su prvi put u laboratoriji stvorili negativnu masu, a kada je gurnuta, ubrzala se unazad umjesto naprijed. U redu, negativne masene čestice mogu biti stvarne. Ali zvučni talasi nisu zapravo čestice, zar ne? Zvučni talasi prolaze kroz materiju i uzrokuju vibracije u molekulima oko njega, što dovodi do prenošenja tih vibracija i udara u naš bubanj tako da možemo čuti. Ali iako nisu čestice u tradicionalnom smislu, zvučni talasi se mogu matematički opisati kao čestice, koje se zovu fononi.
Ipak, ranije se smatralo da gravitacija ne može da utiče na ove fonone – ili da utiče na težinu – jer ne nosi masu. Međutim, ranije istraživanje lidera tima Alberto Nicolis, koji je objavljen u May Physical Review Letteru, pružio je neke eksperimentalne dokaze da to možda nije slučaj – bar ne pod ekstremnim uslovima. Eksperiment je sproveden u superfluidima nulte temperature, koji su čudna vrsta tečnosti koja teče bez otpornosti na temperaturama blizu apsolutne nule. Pod takvim uslovima, Nicolis i njegov tim su prijavili da se tragovi fonona sklanjaju naviše, naizgled suprotno efektu gravitacije.
U gravitacionom polju, fononi polako ubrzavaju u suprotnom smjeru nego biste mogli očekivati, recimo, opeku koja će pasti “, rekao je jedan od timova Rafael Kričevski za Live Science. Efekat je suviše mali da bi se mjerio sa postojećom tehnologijom, a postoje i druga potencijalna objašnjenja za ovu putanju koja nema nikakve veze sa gravitacijom. Ali najnoviji papir Nicolisa zasniva se na ideji da fononi stvaraju neku vrstu negativnog gravitacionog polja.
Predlažu da “mala efektivna gravitacijska masa fonona stvara (mala) gravitacijska polja, a izvor gravitacionog polja kreće fononom”, piše tim na arXiv-u. “Dakle, u vrlo fizičkom smislu, fonon nosi (negativnu) masu.” Sada, nećemo ući u sve proračune koji su izvršeni jer su prilično intenzivne (možete ih čitati u novinama). Ali ukratko, tim je bio u stanju da pokaže matematički da klasični zvučni talasi mogu nositi masu – a ne samo u superfluidima ili kvantnom svjetu, već u stvarnim uslovima. “Pokazali smo da, suprotno uobičajenom vjerovanju, zvučni talasi nose gravitacionu masu, u standardnom Newtonovom smislu: na njih utiču gravitacija, ali i oni stvaraju gravitaciju”, zaključuje tim.
Takođe su opisani načini na koji bi eksperimentalno testirali ovu ideju. I to je važno, ne samo zato što bi moglo da promjeni naše temeljno razumjevanje zvučnih talasa koji postoje u svijetu svuda oko nas. Ali i zato što ovaj efekat može uticati na ponašanje drugih objekata u Univerzumu – poput neutronskih zvjezda, koje imaju nevjerovatno guste jezgre gdje se zvučni talasi kreću skoro brzinom svetlosti. Potrebno je puno više istraživanja, ali definitivno je intrigantna hipoteza na kojoj treba nadograditi. Rad je objavljen i može se čitati na arXiv-u.
Akustika je interdisciplinarna nauka koja se bavi proučavanjem svih mehaničkih talasa u gasovima, tečnostima i čvrstim tvarima uključujući teme kao vibracija, zvuk, ultrazvuk i infrazvuk. Naučnik koji radu u polju akustike je akustičar dok se neko ko radi u polju akustične tehnologije može zvati inženjer akustike. Primjena akustike je prisutna u skoro svim aspektima modernog društva sa najznačajnijim industrijama: audio i kontrola buke.
Čulo sluha je jedno od najvažnijih čula za preživljavanje u svijetu životinja, a govor je jedan od najosobenijih karakteristika ljudskog razvoja i kulture. Prema tome, nauka širenja akustike širom mnogih aspekata ljudskog društva—muzike, medicine, arhitekture, industrijske proizvodnje, ratovanja i više. Na isti način, neke vrste životinja kao ptice pjevačice i žabe koriste zvuk i čulo sluha kao ključni element rituala parenja ili obilježavanja teritorije. Umjetnost, zanat, nauka i tehnologija izazvale su međusobno razvijanje sveukupno, kao i u ostalim poljima znanosti .
Riječ “akustika” izvedena je iz grčke riječi ἀκουστικός (akoustikos), što znači “od ili za slušanje, spremno za čuti” i one iz ἀκουστός (akoustos), “ono što se čulo, moguće čuti”, što zauzvrat potječe od glagola ἀκούω (akouo), “ja čujem”.
Zvuk nastaje kada neka materija vibrira. Frekvencija tih vibracija mjeri se jedinicama koje se nazivaju herci (prema njemačkom fizičaru Heinrichu Rudolfu Hertzu koji je dao veliki fizikalni doprinos u elektromagnetizmu).
Latinski sinonim je “sonic”, nakon kojeg se termin sonika (en. sonics) kao sinonim za akustiku i kasnije granu akustike. Frekvencije iznad i ispod ranga koji se može čuti se zovu “ultrazvuk” i “infrazvuk”, respektivno.
Pojam “frekvencija” odnosi se na broj oscilacija u sekundi, a varijacije u frekvenciji zvuka proizvode njegovu visinu, odnosno zvuk visokog ili niskog tonaliteta. Čovjekovo uho može čuti zvuk frekvencije između 16 i 20.000 Hz (podatak je valjan za djecu, s godinama sluh za visoke frekvencije slabi, pa je realan podatak 16 Hz – 16 kHz).
Reference
Akoustikos Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Akoustos Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Akouo Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Kenneth Neville Westerman (1947)
Theodor F. Hueter, Richard H. Bolt (1955)
Akustika
Zvuk se zrakom širi u obliku prostornih longitudinalnih valova.
Zvučna izolacija: gluha komora prigušuje zvukove s pločama za prigušenje.
Jeka je vraćanje emitiranih valova zbog odbijanja od neke površine, tako da reflektirani val dolazi promatraču sa zakašnjenjem u odnosu na izvorni val.
Northrop F/A-18 probija zvučni zid.
Akustika (grč. ἀϰουστıϰός: slušni) je grana fizike koja se bavi proučavanjem nastajanja, širenja i osjetom zvuka. Zvuk je osjet što ga prima ušni živac našeg uha. Da se ušni živac podraži na osjet zvuka, potreban je izvor zvučne energije i sredstvo (medij) koje tu energiju prenosi od izvora do našeg uha. Izvor zvuka je uvijek mehaničko titranje nekog tijela. Kad udarimo o neki predmet, na primjer trgnemo napetu žicu, čujemo zvuk, a taj osjet zvuka prestaje čim spriječimo da tijelo titra. Energija zvuka širi se nekim sredstvom (medijem) u obliku mehaničkog vala. To sredstvo je obično zrak, a može biti i tekuće ili elastično čvrsto tijelo. Bez sredstva u kojem se šire mehanički valovi ne možemo čuti zvuk. Prema pravilnosti titranja razlikujemo ton, šum i buku. Ton je zvuk koji se sastoji od harmoničkih titraja, dok su šum i buka smjesa titraja različitih frekvencija i amplituda.
Čovječje uho ne zamjećuje sve mehaničke titraje već samo one kojima frekvencija leži u granicama od 16 do 20 000 Hz. Titraje niske frekvencije zamjećuje uho kao dubok, a titraje visoke frekvencije kao visok ton, dok su titraji frekvencije niže od 16 a više od 20 000 Hz za naše uho nečujni. Te su granice osjetljivosti uha za frekvencije mehaničkih titraja pojedinačne, to jest različite za pojedine ljude. Neki čuju vrlo visoke titraje, a drugi ne.
Zvuk se širi u longitudinalnim valovima, ali zvuk nije dio elektromagnetnog spektra kao što su to svjetlosni ili radio valovi. Zvuk nastaje kada neka materija vibrira. Frekvencija tih vibracija mjeri se jedinicama koje se nazivaju herci (prema njemačkom fizičaru Heinrichu Rudolfu Hertzu koji je dao veliki fizikalni doprinos u elektromagnetizmu). Herci se označavaju oznakom Hz. Pojam frekvencija odnosi se na broj titraja u sekundi, a varijacije u frekvenciji zvuka proizvode njegovu visinu, odnosno zvuk visokog ili niskog tonaliteta.
Svojstva zvuka
Izvori zvuka
Izvori zvuka su fizikalna tijela koja titraju frekvencijom od 16 do 20 000 Hz u nekom elastičnom sredstvu, na primjer napeta struna ili glazbena vilica u zraku. Najjednostavniji je oblik titranja izvora zvuka harmoničko titranje. Harmoničko titranje stvara harmoničke valove. Čisti ton nastaje ako se frekvencija titranja ne mijenja. Složeni tonovi sadrže više frekvencija. Po Fourierovu teoremu složeni ton može se prikazati kao zbroj sinusnih titranja osnovnom frekvencijom ν0 i višim harmonicima frekvencije n · ν0, (n = 1, 2, 3, …). Šum je posljedica potpuno nepravilna titranja. Valovi nastali titranjem izvora frekvencijom većom od 20 kHz opisuju se kao ultrazvuk (mogu ih čuti neke životinje, na primjer psi i šišmiši), a frekvencijom manjom od 16 Hz kao infrazvuk (mogu ih čuti na primjer patke i slonovi).
Širenje zvuka
Brzina zvučnih valova ovisi o sredstvu kroz koje se ti valovi šire. Tako je brzina zvuka u zraku (tlaka 101,3 kPa i temperature 0 °C) 331 m/s, u vodi 1 485 m/s, a u staklu 5 500 m/s. Ako se izvor ili prijamnik zvučnih valova gibaju u odnosu na sredstvo kroz koje se valovi šire, prijamnik bilježi promjenu frekvencije (Dopplerov učinak). Zvučni valovi prenose energiju (jakost zvuka).
Jakost zvuka
Jakost zvuka (oznaka I) je fizikalna mjerna veličina koja opisuje energiju zvučnoga vala u vremenskom razdoblju (intervalu) kroz površinu okomitu na smjer širenja vala. Mjerna je jedinica vat po kvadratnom metru (W/m²).
Prag čujnosti je najmanja jakost zvuka koju ljudsko uho može čuti:
Decibel (oznaka dB) je decimalna jedinica brojčane jedinice bel iznimno dopuštene izvan SI (Međunarodni sustav mjernih jedinica). Decibel je jedinica razine neke fizikalne veličine (razine snage, napona, struje, jakosti zvuka i drugog). Poseban je naziv za broj jedan kada je razina (na primjer snage P2 prema snazi P1) izračunana jednadžbom:
}
Bel
Bel (prema A. G. Bellu; oznaka B) je brojčana jedinica razine određene fizikalne veličine prema odabranoj usporedbenoj vrijednosti, kada je ta razina određena dekadskim logaritmom omjera vrijednosti tih veličina. Bel je iznimno dopuštena jedinica izvan SI (Međunarodni sustav mjernih jedinica), povezana s jedinicom neper (Np) jednadžbom:
Većinom se upotrebljava decimalna jedinica decibel (dB = 0,1 B). Na primjer ako je snaga nekog signala 1 W, a dogovorena usporedbena snaga 1 mW, tada je razina signala:
Neper
Neper (po J. Napieru ili Neperu; oznaka Np) je brojčana jedinica razine određene fizikalne veličine prema odabranoj usporedbenoj vrijednosti, kada je ta razina određena prirodnim logaritmom omjera vrijednosti tih veličina, pa je poseban naziv broja jedan (Np = 1). Neper je iznimno dopuštena jedinica izvan SI. Rabi se uglavnom u elektrokomunikacijama za izražavanje gušenja signala.
Osjet zvuka
Usporedba razine jakosti zvuka (dB) i glasnoće ili jakosti zvuka (fon) prema standardu ISO 226 iz 2003.
Ljudsko uho osjeća zvukom izazvanu promjenu tlaka zraka (akustički tlak). Za zvučni val frekvencije 1 kHz i jakosti koja odgovara pragu čujnosti (I0 = 10–12 W/m²), amplituda pomaka čestice iznosi oko 10–11 m, dok je amplituda akustičkoga tlaka oko 2 · 10–5 Pa. Za zvuk na granici bola pomak je čestice 10–5 m, a akustički tlak 30 Pa.
Glasnoća zvuka jest osjet jakosti zvuka u ljudskom uhu. Ovisi o jakosti i frekvenciji zvuka. Razina glasnoće izražena u fonima jest, dogovorno, jednaka razini jakosti u decibelima za zvuk frekvencije 1 000 Hz u cijelom području od granice čujnosti do granice bola. Primjeri razine glasnoće različitih složenih zvukova dani su u sljedećoj tablici:
Vrsta zvuka
Razina glasnoće (fon)
prag osjeta
0
šaptanje
20
tiha glazba
40
bučan govor
60
prometna ulica
80
prolazak brzog vlaka
100
motor zrakoplova
120
prag bola
130
Osnovni pojmovi
Titraj
Titraj je najjednostavnije mehaničko gibanje elastičnog tijela od točke mirovanja do lijeve i desne strane. Raspon od krajnje lijeve do krajnje desne točke tog gibanja zove se amplituda. Pričvrstimo li malu olovnu kuglicu na tanku nit i otklonimo je za izvjestan kut od njenog ravnotežnog položaja, onda ta kuglica na niti vrlo male težine prestavlja matematičko njihalo. Kuglica se neće zaustaviti u svom ravnotežnom položaju već će oko njega titrati ili oscilirati. Put njihala između krajnjih točaka zove se jedan titraj, a vrijeme koje je potrebno da njihalo učini jedan titraj zove se period ili vrijeme titraja.
Ton
Ton (grčki τόνος: napetost; glas; boja) je složeni zvuk koji nastaje pravilnim i periodičnim titranjem zraka, a parcijalni su mu tonovi u maksimalno harmoničnom odnosu, te mu se stoga precizno može odrediti takozvana tonska visina. Ton se, za razliku od zvuka u užem smislu riječi (čiji su parcijalni tonovi u manje harmoničnom odnosu, a visina manje jednoznačna), tradicionalno drži osnovnim elementom glazbe. Ton ima četiri bitna obilježja: visinu, trajanje, intenzitet i boju:
visinu određuje frekvencija titranja izvora tona, što se u europskoj umjetničkoj glazbi smatra primarnim obilježjem tona. Naznačuje ju se položajem note, kao znaka za ton u notnom crtovlju;
trajanje tona ovisi o vremenu titranja, a u notaciji ga se regulira sustavom notnih vrijednosti;
intenzitet ili glasnoća tona ovisi o amplitudi titranja te ga se označuje ponešto neodređenim oznakama za dinamiku;
boja je rezultat međudjelovanja različitih obilježja tona (ponajviše odnosa parcijalnih tonova), a uvelike ovisi i o konkretnim okolnostima proizvodnje tona. Budući da je usko vezana za materijal i građu glazbenog instrumenta, boja tona ovisi o raznolikosti načina njegove proizvodnje na pojedinom instrumentu, uporabi velikoga broja različitih instrumenata te vještini njihova kombiniranja u veće sastave (takozvana instrumentacija).
Zvuk
Zvuk je mehanički val frekvencija od 16 Hz do 20 kHz, to jest u rasponu u kojem ga čuje ljudsko uho. Zvuk frekvencije niže od 16 Hz naziva se infrazvukom, zvuk frekvencije više od 20 kHz ultrazvukom, a ako je frekvencija viša od 1 GHz, hiperzvukom. Zvuk nastaje više ili manje periodičnim titranjem izvora zvuka koji u neposrednoj okolici mijenja tlak sredstva (medija), poremećaj tlaka prenosi se na susjedne čestice medija i tako se širi u obliku uglavnom longitudinalnih valova u plinovima i kapljevinama i longitudinalnih i transverzalnih valova u krutinama. Brzina zvuka uglavnom ovisi o gustoći i elastičnim silama u krutinama i kapljevinama a u plinovima o gustoći, temperaturi i tlaku. Osim u uobičajenim mjernim jedinicama brzine (m/s, km/h), mjeri se i nenormiranom jedinicom mah (machov broj). Kada zrakoplov dosegne brzinu zvuka (oko 343 m/s), tlak se neposredno pred zrakoplovom poremeti, otpor znatno poraste, pa nastaju udarni valovi, koje promatrači na tlu doživljavaju kao prasak (takozvano probijanje zvučnoga zida).
Zvuk se širi bez prijenosa mase, ali se zvukom prenose impuls sile i energija. U svezi s tim, definiraju se jakost, razina jakosti, glasnoća i razina glasnoće zvuka (akustika). Kao i u ostalim vrstama valova, i u širenju zvuka očituju se pojave svojstvene svakom valnom gibanju, kao što su apsorpcija, Dopplerov učinak, interferencija valova, lom (refrakcija), odbijanje (refleksija), ogib (difrakcija).
Šum
Šum je skup različitih zvučnih i nadzvučnih valova izazvanih vibracijama u nekom sredstvu (na primjer zraku) s kontinuiranim, vremenski nestalnim spektrom. Amplitude, faze i frekvencije tih vibracija ne stoje ni u kakvu pravilnom (harmoničnom) međusobnom odnosu. Šum je svugdje prisutan, a stvaraju ga vjetar, strojevi, promet i slično. Jak šum naziva se bukom.
Glas
Glas je zvuk proizveden ljudskim ili životinjskim grlom, to jest glasovnim, fonacijskim organom (grkljan). Katkad je glas sinonim za šum, topot, prasak, tutanj i slično (glas topa, grmljavine). U ljudskom glasanju sudjeluju, osim grkljana, organi dišnog i probavnog sustava. Prema načinu kako proizvodi glas, ljudsko je grlo srodno puhaćim instrumentima: struja zraka istisnuta iz pluća uzrokuje treperenje (titranje) glasnica, a ždrijelo i usna šupljina imaju funkciju rezonatora. Osnovne su značajke glasa: jačina, visina i boja. Ovisno o brzini titranja glasnica, nastaju jači ili tiši zvukovi, a ovisno o njihovoj napetosti i duljini, viši ili niži tonovi.
Atmosferska akustika
Rayleighovo raspršenje uzrokuje plavu nijansu neba u toku dana, i crvenu boju Sunca kod zalaska.
Atmosferska akustika je grana meteorologije koja se bavi proučavanjem širenja valova zvuka ovisno o stanju atmosfere te utvrđuje apsorpciju, raspršivanje i refleksiju zvuka, a to se osobito očituje kod jakih inverzija temperature. Istraživanjem putanje valova zvuka u višim slojevima atmosfere izvode se zaključci o okomitom rasporedu i fizikalnim svojstvima atmosfere, osobito o temperaturi i molekularnom sastavu atmosfere (akustička sondaža). U atmosfersku akustiku ubraja se i proučavanje zvuka meteorološkog podrijetla, na primjer grmljenje (ne grmljavina) i različitih zvukova što ih proizvodi vjetar.
Građevna akustika
Mineralna vuna je dobar zvučni izolator.
Građevna akustika bavi se zaštitom od buke i sprječavanjem vibracija koje uzrokuju zvukove. Neka je pregrada to bolji izolator od buke što joj je gustoća veća. Rupe i otvori u pregradi smanjuju njezinu sposobnost gušenja zvuka. Višestrukom pregradom povećava se zvučno gušenje na višim frekvencijama. U pogledu zvučne izolacije najslabija su mjesta vrata i prozori, i to zbog njihove lagane konstrukcije. Zaštita od zvukova uzrokovanih vibracijama ili potresanjem postiže se stavljanjem objekta koji je izvor vibracija, ili koji bi mogao prenositi vibracije, na elastične podloške od pluta, gume ili na opruge.
Zvučna izolacija
Zvučna izolacija je svojstvo građevinske konstrukcije da u što većoj mjeri spriječi prenošenje zvučne energije iz jednog prostora u drugi. Zvučna izolacija se dijeli na:
zvučnu izolaciju od udarne buke (prenosi se konstrukcijom ili krutim medijem) i
zvučnu izolaciju od prostorne buke (prenosi se zrakom putem zračnih valova).
S obzirom na to da nije moguće izolirati sve izvore buke, a nije prirodno da se zaštitimo od primanja svih zvukova, moramo pronaći način da spriječimo dolazak samo neusklađenih i složenih zvučnih valova. Metoda koja se najčešće rabi za određivanje zvučne izolacije je zvučna izolacijska moćRw, a brojčano se izražava u decibelima (dB). Pri tome je važno upamtiti da zvučna izolacijska moć Rw za neki materijal iskazan u dB ne pokazuje koliko buke taj materijal propušta, već iskazuje za koliko dB on smanjuje njezinu razinu. To znači da vanjsku ulaznu buku od 110 dB jednostruko staklo d = 4 mm (Rw = 30 dB) smanjuje za 30 dB i u prostor nam ulazi buka od 80 dB.
Prostorna akustika
Prostorna akustika bavi se problemom dobra i ugodna slušanja u prostorijama. Bitan čimbenik koji određuje akustička svojstva neke prostorije jest trajanje odjeka. Odjek je rezultanta mnogobrojnih odbijanja (refleksija) zvučnih valova od ploha u prostoriji, pri čemu se nakon svakog odbijanja energija zvučnih valova smanjuje. U predavaonicama odjek je koristan zato što povećava glasnoću na udaljenijim mjestima i time pridonosi većoj razumljivosti govora. Predug odjek smeta razumljivosti govora, jer uzrokuje preklapanje izgovorenih slogova, onoga sloga koji se upravo sluša s prethodnim, koji zbog preduga odjeka još uvijek traje. U dvoranama za glazbene priredbe trajanje odjeka treba biti prilagođeno vrsti glazbe. Općenito, za glazbu bržega ritma trajanje odjeka treba biti kraće, a slušanje simfonijske i crkvene glazbe ugodnije je u dvoranama s duljim odjekom. Trajanje odjeka smanjuje se uporabom apsorpcijskih materijala (na primjer tekstila, mineralne vune) i s pomoću apsorpcijskih konstrukcija (rezonatora). Na razdiobu jačine (intenziteta) zvuka po prostoriji djeluje osim odjeka još i oblik prostorije. Treba izbjegavati nepovoljno smještene konkavne plohe, koje usredotočuju zvuk u žarištu i time posebno povećavaju glasnoću na tim mjestima.
Izvori
akustika, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
Velimir Kruz: “Tehnička fizika za tehničke škole”, “Školska knjiga” Zagreb, 1969.
jakost zvuka, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
decibel, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
bel, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
neper, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
ton, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
šum, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
glas, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
“Razlika između zvučne izolacije, izolacije od udarnog zvuka “, www.novolit.si, 2011.
Akustika je interdisciplinarna nauka koja se bavi proučavanjem svih mehaničkih talasa u gasovima, tečnostima i čvrstim tvarima uključujući teme kao vibracija, zvuk, ultrazvuk i infrazvuk. Naučnik koji radu u polju akustike je akustičar dok se neko ko radi u polju akustične tehnologije može zvati inženjer akustike. Primjena akustike je prisutna u skoro svim aspektima modernog društva sa najznačajnijim industrijama: audio i kontrola buke.
Čulo sluha je jedno od najvažnijih čula za preživljavanje u svijetu životinja, a govor je jedan od najosobenijih karakteristika ljudskog razvoja i kulture. Prema tome, nauka širenja akustike širom mnogih aspekata ljudskog društva—muzike, medicine, arhitekture, industrijske proizvodnje, ratovanja i više. Na isti način, neke vrste životinja kao ptice pjevačice i žabe koriste zvuk i čulo sluha kao ključni element rituala parenja ili obilježavanja teritorije. Umjetnost, zanat, nauka i tehnologija izazvale su međusobno razvijanje sveukupno, kao i u ostalim poljima znanosti .
Riječ “akustika” izvedena je iz grčke riječi ἀκουστικός (akoustikos), što znači “od ili za slušanje, spremno za čuti” i one iz ἀκουστός (akoustos), “ono što se čulo, moguće čuti”, što zauzvrat potječe od glagola ἀκούω (akouo), “ja čujem”.
Zvuk nastaje kada neka materija vibrira. Frekvencija tih vibracija mjeri se jedinicama koje se nazivaju herci (prema njemačkom fizičaru Heinrichu Rudolfu Hertzu koji je dao veliki fizikalni doprinos u elektromagnetizmu).
Latinski sinonim je “sonic”, nakon kojeg se termin sonika (en. sonics) kao sinonim za akustiku i kasnije granu akustike. Frekvencije iznad i ispod ranga koji se može čuti se zovu “ultrazvuk” i “infrazvuk”, respektivno.
Pojam “frekvencija” odnosi se na broj oscilacija u sekundi, a varijacije u frekvenciji zvuka proizvode njegovu visinu, odnosno zvuk visokog ili niskog tonaliteta. Čovjekovo uho može čuti zvuk frekvencije između 16 i 20.000 Hz (podatak je valjan za djecu, s godinama sluh za visoke frekvencije slabi, pa je realan podatak 16 Hz – 16 kHz).
Reference
Akoustikos Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Akoustos Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Akouo Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, at Perseus
Kenneth Neville Westerman (1947)
Theodor F. Hueter, Richard H. Bolt (1955)
Akustika
Zvuk se zrakom širi u obliku prostornih longitudinalnih valova.
Zvučna izolacija: gluha komora prigušuje zvukove s pločama za prigušenje.
Jeka je vraćanje emitiranih valova zbog odbijanja od neke površine, tako da reflektirani val dolazi promatraču sa zakašnjenjem u odnosu na izvorni val.
Northrop F/A-18 probija zvučni zid.
Akustika (grč. ἀϰουστıϰός: slušni) je grana fizike koja se bavi proučavanjem nastajanja, širenja i osjetom zvuka. Zvuk je osjet što ga prima ušni živac našeg uha. Da se ušni živac podraži na osjet zvuka, potreban je izvor zvučne energije i sredstvo (medij) koje tu energiju prenosi od izvora do našeg uha. Izvor zvuka je uvijek mehaničko titranje nekog tijela. Kad udarimo o neki predmet, na primjer trgnemo napetu žicu, čujemo zvuk, a taj osjet zvuka prestaje čim spriječimo da tijelo titra. Energija zvuka širi se nekim sredstvom (medijem) u obliku mehaničkog vala. To sredstvo je obično zrak, a može biti i tekuće ili elastično čvrsto tijelo. Bez sredstva u kojem se šire mehanički valovi ne možemo čuti zvuk. Prema pravilnosti titranja razlikujemo ton, šum i buku. Ton je zvuk koji se sastoji od harmoničkih titraja, dok su šum i buka smjesa titraja različitih frekvencija i amplituda.
Čovječje uho ne zamjećuje sve mehaničke titraje već samo one kojima frekvencija leži u granicama od 16 do 20 000 Hz. Titraje niske frekvencije zamjećuje uho kao dubok, a titraje visoke frekvencije kao visok ton, dok su titraji frekvencije niže od 16 a više od 20 000 Hz za naše uho nečujni. Te su granice osjetljivosti uha za frekvencije mehaničkih titraja pojedinačne, to jest različite za pojedine ljude. Neki čuju vrlo visoke titraje, a drugi ne.
Zvuk se širi u longitudinalnim valovima, ali zvuk nije dio elektromagnetnog spektra kao što su to svjetlosni ili radio valovi. Zvuk nastaje kada neka materija vibrira. Frekvencija tih vibracija mjeri se jedinicama koje se nazivaju herci (prema njemačkom fizičaru Heinrichu Rudolfu Hertzu koji je dao veliki fizikalni doprinos u elektromagnetizmu). Herci se označavaju oznakom Hz. Pojam frekvencija odnosi se na broj titraja u sekundi, a varijacije u frekvenciji zvuka proizvode njegovu visinu, odnosno zvuk visokog ili niskog tonaliteta.
Svojstva zvuka
Izvori zvuka
Izvori zvuka su fizikalna tijela koja titraju frekvencijom od 16 do 20 000 Hz u nekom elastičnom sredstvu, na primjer napeta struna ili glazbena vilica u zraku. Najjednostavniji je oblik titranja izvora zvuka harmoničko titranje. Harmoničko titranje stvara harmoničke valove. Čisti ton nastaje ako se frekvencija titranja ne mijenja. Složeni tonovi sadrže više frekvencija. Po Fourierovu teoremu složeni ton može se prikazati kao zbroj sinusnih titranja osnovnom frekvencijom ν0 i višim harmonicima frekvencije n · ν0, (n = 1, 2, 3, …). Šum je posljedica potpuno nepravilna titranja. Valovi nastali titranjem izvora frekvencijom većom od 20 kHz opisuju se kao ultrazvuk (mogu ih čuti neke životinje, na primjer psi i šišmiši), a frekvencijom manjom od 16 Hz kao infrazvuk (mogu ih čuti na primjer patke i slonovi).
Širenje zvuka
Brzina zvučnih valova ovisi o sredstvu kroz koje se ti valovi šire. Tako je brzina zvuka u zraku (tlaka 101,3 kPa i temperature 0 °C) 331 m/s, u vodi 1 485 m/s, a u staklu 5 500 m/s. Ako se izvor ili prijamnik zvučnih valova gibaju u odnosu na sredstvo kroz koje se valovi šire, prijamnik bilježi promjenu frekvencije (Dopplerov učinak). Zvučni valovi prenose energiju (jakost zvuka).
Jakost zvuka
Jakost zvuka (oznaka I) je fizikalna mjerna veličina koja opisuje energiju zvučnoga vala u vremenskom razdoblju (intervalu) kroz površinu okomitu na smjer širenja vala. Mjerna je jedinica vat po kvadratnom metru (W/m²).
Prag čujnosti je najmanja jakost zvuka koju ljudsko uho može čuti:
Decibel (oznaka dB) je decimalna jedinica brojčane jedinice bel iznimno dopuštene izvan SI (Međunarodni sustav mjernih jedinica). Decibel je jedinica razine neke fizikalne veličine (razine snage, napona, struje, jakosti zvuka i drugog). Poseban je naziv za broj jedan kada je razina (na primjer snage P2 prema snazi P1) izračunana jednadžbom:
}
Bel
Bel (prema A. G. Bellu; oznaka B) je brojčana jedinica razine određene fizikalne veličine prema odabranoj usporedbenoj vrijednosti, kada je ta razina određena dekadskim logaritmom omjera vrijednosti tih veličina. Bel je iznimno dopuštena jedinica izvan SI (Međunarodni sustav mjernih jedinica), povezana s jedinicom neper (Np) jednadžbom:
Većinom se upotrebljava decimalna jedinica decibel (dB = 0,1 B). Na primjer ako je snaga nekog signala 1 W, a dogovorena usporedbena snaga 1 mW, tada je razina signala:
Neper
Neper (po J. Napieru ili Neperu; oznaka Np) je brojčana jedinica razine određene fizikalne veličine prema odabranoj usporedbenoj vrijednosti, kada je ta razina određena prirodnim logaritmom omjera vrijednosti tih veličina, pa je poseban naziv broja jedan (Np = 1). Neper je iznimno dopuštena jedinica izvan SI. Rabi se uglavnom u elektrokomunikacijama za izražavanje gušenja signala.
Osjet zvuka
Usporedba razine jakosti zvuka (dB) i glasnoće ili jakosti zvuka (fon) prema standardu ISO 226 iz 2003.
Ljudsko uho osjeća zvukom izazvanu promjenu tlaka zraka (akustički tlak). Za zvučni val frekvencije 1 kHz i jakosti koja odgovara pragu čujnosti (I0 = 10–12 W/m²), amplituda pomaka čestice iznosi oko 10–11 m, dok je amplituda akustičkoga tlaka oko 2 · 10–5 Pa. Za zvuk na granici bola pomak je čestice 10–5 m, a akustički tlak 30 Pa.
Glasnoća zvuka jest osjet jakosti zvuka u ljudskom uhu. Ovisi o jakosti i frekvenciji zvuka. Razina glasnoće izražena u fonima jest, dogovorno, jednaka razini jakosti u decibelima za zvuk frekvencije 1 000 Hz u cijelom području od granice čujnosti do granice bola. Primjeri razine glasnoće različitih složenih zvukova dani su u sljedećoj tablici:
Vrsta zvuka
Razina glasnoće (fon)
prag osjeta
0
šaptanje
20
tiha glazba
40
bučan govor
60
prometna ulica
80
prolazak brzog vlaka
100
motor zrakoplova
120
prag bola
130
Osnovni pojmovi
Titraj
Titraj je najjednostavnije mehaničko gibanje elastičnog tijela od točke mirovanja do lijeve i desne strane. Raspon od krajnje lijeve do krajnje desne točke tog gibanja zove se amplituda. Pričvrstimo li malu olovnu kuglicu na tanku nit i otklonimo je za izvjestan kut od njenog ravnotežnog položaja, onda ta kuglica na niti vrlo male težine prestavlja matematičko njihalo. Kuglica se neće zaustaviti u svom ravnotežnom položaju već će oko njega titrati ili oscilirati. Put njihala između krajnjih točaka zove se jedan titraj, a vrijeme koje je potrebno da njihalo učini jedan titraj zove se period ili vrijeme titraja.
Ton
Ton (grčki τόνος: napetost; glas; boja) je složeni zvuk koji nastaje pravilnim i periodičnim titranjem zraka, a parcijalni su mu tonovi u maksimalno harmoničnom odnosu, te mu se stoga precizno može odrediti takozvana tonska visina. Ton se, za razliku od zvuka u užem smislu riječi (čiji su parcijalni tonovi u manje harmoničnom odnosu, a visina manje jednoznačna), tradicionalno drži osnovnim elementom glazbe. Ton ima četiri bitna obilježja: visinu, trajanje, intenzitet i boju:
visinu određuje frekvencija titranja izvora tona, što se u europskoj umjetničkoj glazbi smatra primarnim obilježjem tona. Naznačuje ju se položajem note, kao znaka za ton u notnom crtovlju;
trajanje tona ovisi o vremenu titranja, a u notaciji ga se regulira sustavom notnih vrijednosti;
intenzitet ili glasnoća tona ovisi o amplitudi titranja te ga se označuje ponešto neodređenim oznakama za dinamiku;
boja je rezultat međudjelovanja različitih obilježja tona (ponajviše odnosa parcijalnih tonova), a uvelike ovisi i o konkretnim okolnostima proizvodnje tona. Budući da je usko vezana za materijal i građu glazbenog instrumenta, boja tona ovisi o raznolikosti načina njegove proizvodnje na pojedinom instrumentu, uporabi velikoga broja različitih instrumenata te vještini njihova kombiniranja u veće sastave (takozvana instrumentacija).
Zvuk
Zvuk je mehanički val frekvencija od 16 Hz do 20 kHz, to jest u rasponu u kojem ga čuje ljudsko uho. Zvuk frekvencije niže od 16 Hz naziva se infrazvukom, zvuk frekvencije više od 20 kHz ultrazvukom, a ako je frekvencija viša od 1 GHz, hiperzvukom. Zvuk nastaje više ili manje periodičnim titranjem izvora zvuka koji u neposrednoj okolici mijenja tlak sredstva (medija), poremećaj tlaka prenosi se na susjedne čestice medija i tako se širi u obliku uglavnom longitudinalnih valova u plinovima i kapljevinama i longitudinalnih i transverzalnih valova u krutinama. Brzina zvuka uglavnom ovisi o gustoći i elastičnim silama u krutinama i kapljevinama a u plinovima o gustoći, temperaturi i tlaku. Osim u uobičajenim mjernim jedinicama brzine (m/s, km/h), mjeri se i nenormiranom jedinicom mah (machov broj). Kada zrakoplov dosegne brzinu zvuka (oko 343 m/s), tlak se neposredno pred zrakoplovom poremeti, otpor znatno poraste, pa nastaju udarni valovi, koje promatrači na tlu doživljavaju kao prasak (takozvano probijanje zvučnoga zida).
Zvuk se širi bez prijenosa mase, ali se zvukom prenose impuls sile i energija. U svezi s tim, definiraju se jakost, razina jakosti, glasnoća i razina glasnoće zvuka (akustika). Kao i u ostalim vrstama valova, i u širenju zvuka očituju se pojave svojstvene svakom valnom gibanju, kao što su apsorpcija, Dopplerov učinak, interferencija valova, lom (refrakcija), odbijanje (refleksija), ogib (difrakcija).
Šum
Šum je skup različitih zvučnih i nadzvučnih valova izazvanih vibracijama u nekom sredstvu (na primjer zraku) s kontinuiranim, vremenski nestalnim spektrom. Amplitude, faze i frekvencije tih vibracija ne stoje ni u kakvu pravilnom (harmoničnom) međusobnom odnosu. Šum je svugdje prisutan, a stvaraju ga vjetar, strojevi, promet i slično. Jak šum naziva se bukom.
Glas
Glas je zvuk proizveden ljudskim ili životinjskim grlom, to jest glasovnim, fonacijskim organom (grkljan). Katkad je glas sinonim za šum, topot, prasak, tutanj i slično (glas topa, grmljavine). U ljudskom glasanju sudjeluju, osim grkljana, organi dišnog i probavnog sustava. Prema načinu kako proizvodi glas, ljudsko je grlo srodno puhaćim instrumentima: struja zraka istisnuta iz pluća uzrokuje treperenje (titranje) glasnica, a ždrijelo i usna šupljina imaju funkciju rezonatora. Osnovne su značajke glasa: jačina, visina i boja. Ovisno o brzini titranja glasnica, nastaju jači ili tiši zvukovi, a ovisno o njihovoj napetosti i duljini, viši ili niži tonovi.
Atmosferska akustika
Rayleighovo raspršenje uzrokuje plavu nijansu neba u toku dana, i crvenu boju Sunca kod zalaska.
Atmosferska akustika je grana meteorologije koja se bavi proučavanjem širenja valova zvuka ovisno o stanju atmosfere te utvrđuje apsorpciju, raspršivanje i refleksiju zvuka, a to se osobito očituje kod jakih inverzija temperature. Istraživanjem putanje valova zvuka u višim slojevima atmosfere izvode se zaključci o okomitom rasporedu i fizikalnim svojstvima atmosfere, osobito o temperaturi i molekularnom sastavu atmosfere (akustička sondaža). U atmosfersku akustiku ubraja se i proučavanje zvuka meteorološkog podrijetla, na primjer grmljenje (ne grmljavina) i različitih zvukova što ih proizvodi vjetar.
Građevna akustika
Mineralna vuna je dobar zvučni izolator.
Građevna akustika bavi se zaštitom od buke i sprječavanjem vibracija koje uzrokuju zvukove. Neka je pregrada to bolji izolator od buke što joj je gustoća veća. Rupe i otvori u pregradi smanjuju njezinu sposobnost gušenja zvuka. Višestrukom pregradom povećava se zvučno gušenje na višim frekvencijama. U pogledu zvučne izolacije najslabija su mjesta vrata i prozori, i to zbog njihove lagane konstrukcije. Zaštita od zvukova uzrokovanih vibracijama ili potresanjem postiže se stavljanjem objekta koji je izvor vibracija, ili koji bi mogao prenositi vibracije, na elastične podloške od pluta, gume ili na opruge.
Zvučna izolacija
Zvučna izolacija je svojstvo građevinske konstrukcije da u što većoj mjeri spriječi prenošenje zvučne energije iz jednog prostora u drugi. Zvučna izolacija se dijeli na:
zvučnu izolaciju od udarne buke (prenosi se konstrukcijom ili krutim medijem) i
zvučnu izolaciju od prostorne buke (prenosi se zrakom putem zračnih valova).
S obzirom na to da nije moguće izolirati sve izvore buke, a nije prirodno da se zaštitimo od primanja svih zvukova, moramo pronaći način da spriječimo dolazak samo neusklađenih i složenih zvučnih valova. Metoda koja se najčešće rabi za određivanje zvučne izolacije je zvučna izolacijska moćRw, a brojčano se izražava u decibelima (dB). Pri tome je važno upamtiti da zvučna izolacijska moć Rw za neki materijal iskazan u dB ne pokazuje koliko buke taj materijal propušta, već iskazuje za koliko dB on smanjuje njezinu razinu. To znači da vanjsku ulaznu buku od 110 dB jednostruko staklo d = 4 mm (Rw = 30 dB) smanjuje za 30 dB i u prostor nam ulazi buka od 80 dB.
Prostorna akustika
Prostorna akustika bavi se problemom dobra i ugodna slušanja u prostorijama. Bitan čimbenik koji određuje akustička svojstva neke prostorije jest trajanje odjeka. Odjek je rezultanta mnogobrojnih odbijanja (refleksija) zvučnih valova od ploha u prostoriji, pri čemu se nakon svakog odbijanja energija zvučnih valova smanjuje. U predavaonicama odjek je koristan zato što povećava glasnoću na udaljenijim mjestima i time pridonosi većoj razumljivosti govora. Predug odjek smeta razumljivosti govora, jer uzrokuje preklapanje izgovorenih slogova, onoga sloga koji se upravo sluša s prethodnim, koji zbog preduga odjeka još uvijek traje. U dvoranama za glazbene priredbe trajanje odjeka treba biti prilagođeno vrsti glazbe. Općenito, za glazbu bržega ritma trajanje odjeka treba biti kraće, a slušanje simfonijske i crkvene glazbe ugodnije je u dvoranama s duljim odjekom. Trajanje odjeka smanjuje se uporabom apsorpcijskih materijala (na primjer tekstila, mineralne vune) i s pomoću apsorpcijskih konstrukcija (rezonatora). Na razdiobu jačine (intenziteta) zvuka po prostoriji djeluje osim odjeka još i oblik prostorije. Treba izbjegavati nepovoljno smještene konkavne plohe, koje usredotočuju zvuk u žarištu i time posebno povećavaju glasnoću na tim mjestima.
Izvori
akustika, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
Velimir Kruz: “Tehnička fizika za tehničke škole”, “Školska knjiga” Zagreb, 1969.
jakost zvuka, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
decibel, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
bel, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
neper, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
ton, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
šum, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
glas, “Hrvatska enciklopedija”, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
“Razlika između zvučne izolacije, izolacije od udarnog zvuka “, www.novolit.si, 2011.
.jpg)
