Zvuk
Zvuk je každé pozdĺžne mechanické vlnenie v látkovom prostredí, ktoré je schopné vyvolať v ľudskom uchu sluchový vnem. Frekvencia tohto vlnenia leží približne v rozsahu 16 Hz až 20 000 Hz (záleží na individuálnych danostiach človeka), mimo týchto hraníc človek zvuk nevníma. V širšom zmysle je možné považovať za zvuk aj vlnenie mimo tohto rozsahu, teda infrazvuk a ultrazvuk.
Zvuk je teda časť spektra mechanického vlnenia vzduchu, ktorú je schopný vnímať človek; v širšom ponímaní, ktorú je schopný vnímať živočích.
Z hľadiska hraníc ľudského vnímania zvuk s frekvenciou nižšou než 16 Hz (ktorý počuje napr. slon) nazývame infrazvuk. Zvuk s frekvenciou vyššou ako 20 kHz (ktorý počujú napr. delfín alebo netopiere - až do frekvencií okolo 150 kHz) nazývame ultrazvuk.
Už podľa Aristotela je zvuk druh pohybu vzduchu; zvuk je podľa neho dvojaký, a síce skutočný zvuk a možný zvuk.
Vznik a šírenie zvuku
Zvuk vzniká kmitaním hmoty, ktorá toto kmitanie odovzdáva hmotným časticiam v prostredí, ktoré ho obklopuje napr. vzduchu, vode, kovu atď. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc, ktoré postupujú ako zvuková vlna rýchlosťou, ktorú označujeme rýchlosťou zvuku. Počet týchto zhustení a zriedení za sekundu sa nazýva frekvencia (staršie označenie kmitočet). Zvuk sa šíri jedine v hmotnom prostredí. Z toho vyplýva, že vo vákuu nemôže nastať šírenie zvuku, pretože vákuum neobsahuje žiadne hmotné častice.
Rýchlosť šírenia zvuku
Rýchlosť šírenia zvuku závisí na fyzikálnom stave prostredia, v ktorom sa šíri. Pre vzduch s atmosférickým tlakom 1 013,25 hPa v nulovej nadmorskej výške pri teplote 20 °C je rýchlosť šírenia zvuku c = 343 m/s
- Medzi frekvenciou, rýchlosťou šírenia zvuku a vlnovou dĺžkou zvukovej vlny platí vzťah:
Rýchlosť šírenia zvuku teda závisí od tlaku, teploty, hustoty a vlhkosti vzduchu (zmena o 0 5 m/s pri zmene relatívnej vlhkosti 0 až 100%). Príklady rýchlosti šírenia zvuku v látkach: Vzduch 340 m/s, Voda 1 500 m/s, Betón 1 700 m/s, Ľad 3 200 m/s, Oceľ 5 000 m/s, Sklo 5 200 m/s. Hustejšie látky vedú zvuk rýchlejšie.
Zdroj zvuku
Zdroj zvukového vlnenia sa nazýva zdroj zvuku a prostredie, v ktorom sa vlnenie šíri, nazývame vodič zvuku. Vodič zvuku, obvykle vzduch, sprostredkuje spojenie medzi zdrojom zvuku a prijímačom (detektorom), ktorým je obvykle ucho alebo technické zariadenia (mikrofón). Zvuky sa šíria v každom hmotnom prostredí, napr. aj vodou a pevnými látkami. Podľa schopnosti látky viesť, resp. pohlcovať zvuk hovoríme o dobrých a zlých vodičoch zvuku.
Zdrojom zvuku je kmitajúce teleso. Záleží však aj na jeho schopnosti tento zvuk odovzdať (preniesť) na okolité prostredie. Dôležitou vlastnosťou je tvar telesa a tvar jeho okolia. Struna napnutá medzi dvoma pevnými bodami telesa s veľkou hmotnosťou nie je dobrý zdroj zvuku, pretože pri kmitaní struny vzniká pretlak v smere jej pohybu, ale súčasne i podtlak na opačnej strane. Vzniká akustický skrat. Preto sa v strunových nástrojoch používa rezonančná doska, ktorá je v skutočnosti zdrojom zvuku gitary.
Zdrojom zvuku sú okrem telies s vlastným kmitaním aj umelé zdroje, ktoré kmitajú tzv. vynúteným kmitaním (reproduktor, hlasivky, krídelká svrčka a pod.)
Zvuk z hľadiska vnímania
Zvuky (z hľadiska človeka a jeho vnímania) môžeme rozdeliť na hudobné (tóny) a nehudobné (hluky). Tóny vznikajú pri pravidelnom, periodicky sa opakujúcom kmitaní. Pri počuvaní vzniká v mozgu dojem určitej výšky, preto sa tóny používajú v hudbe. Zdrojom hudobných zvukov môžu byť okrem hlasiviek aj rôzne hudobné nástroje. Hlukom označujeme nepravidelné vlnenie, vznikajúce ako zložité nepravidelné kmitanie telies. Rozdiel medzi tónmi a hlukom je malý a súvisí s ponímaním zvuku jednotlivcom.
Parametre zvuku
Každý zvuk sa vyznačuje svojou fyzikálnou hladinou intenzity zvuku meranou v decibeloch (dB) a fyziologickou hladinou hlasitosti, čo je to isté avšak ľudské ucho vníma intenzitu rôzne v závislosti od frekvencie. Ako začiatkom stupnice: 0 dB sa používa prah počuteľnosti pre tón s frekvenciou 1 kHz. Decibel je pomerná jednotka závislá na tom kde sa zvolí jej začiatok. V sústave SI je preto jednotkou intenzity watt na meter štvorcový (W∙m–2) teda podiel akustického tlaku na plochu.[1] Akustický tlak je úmerný výkonu a výkon je kvadraticky závislý od amplitúdy.
Periodické zvuky sa vyznačujú frekvenciou, ktorá určuje výšku tónu. Hudobný nástroj, ktorý vyludzuje hudobné tóny okrem základnej frekvencie vytvára aj vyššie harmonické frekvencie. Keby nebolo vyšších harmonických tak by nebol žiaden rozdiel medzi komorným a' na klavíri a sínusovým signálom alebo pílovým signálom s frekvenciou 440 Hz. Hudobníci tieto rozdiely nazývajú farba tónu
Treťou základnou vlastnosťou zvuku je priebeh kmitania, ovplyvňujúci jeho zafarbenie. Trvanie zvuku v čase určuje jeho dĺžku.
Dynamický rozsah
Dynamický rozsah ľudského ucha je rozdiel medzi najhlasnejším a najtichším počuteľným zvukom; jeho rozsah je od 0 dB až po cca 140 dB, pričom na úrovni okolo 130 dB nastáva jav, nazývaný prah bolestivosti. Vtedy zvuk doslova začína "bolieť". Nad touto úrovňou ucho dokáže rozlíšiť ešte 10 decibelový nárast, ale po prekročení 140 dB registrujeme zvuk už iba ako "veľmi hlasný" a nedokážeme posúdiť, o koľko dB je hlasnejší, pretože leží mimo dynamického rozsahu počuteľnosti.
Rozlišovanie frekvencie
Schopnosť rozlíšiť frekvencie tónov sa u každého človeka líši a je závislá na konkrétnej frekvencii. Uprostred počuteľného frekvenčného pásma je možné rozlíšiť zmenu frekvencie o niekoľko desatín Hz. Na okrajoch pásma je rozlišovacia schopnosť výrazne nižšia.
Zvukové spektrum
Zvukové spektrum delíme na niekoľko frekvenčných pásiem. Hranice nie sú pevne dané.
- nízke tóny (basové) – zvuky hromu a výstrelov, údery na bubon, zvuky basy, frekvencie cca 16 Hz – 170 Hz
- stredné tóny – reč, ruchy ulice, dávajú zvuku energiu (ľudské ucho je citlivé práve na túto spektrálnu oblasť), frekvencie cca 300 Hz – 5,5 kHz
- ľudský hlas – narába zo základným tónom okolo 400 Hz. Tento sa môže meniť polohou jazyka, zubov, pier v rozsahu asi od 175 Hz do 3700 Hz. Na túto časť zvukového spektra je ľudské ucho najcitlivejšie.
- vysoké tóny – píšťala, frekvencie cca 6 kHz až 20 kHz
Príklady frekvencií bežných zvukov:
- 10 Hz – dunenie v zemi, zemetrasenie
- 16 Hz – najnižšia počuteľná frekvencia
- 27 Hz – najnižší tón na klavíri
- 50 Hz – nízky hlas speváka
- 80 Hz – nízky hlas muža
- 263 Hz – stredná nota na klavíri
- 400 Hz – spektrum ženskej reči
- 1000 Hz – základný tón
- 4186 Hz – najvyššia nota na klavíri
- 10000 Hz – sykavky
- 16000 Hz – najvyššia počuteľná frekvencia
Ozvena
Ozvena (echo), zvuk odrazený od veľkej prekážky. Ucho vníma ozvenu oddelene od pôvodného zvuku, ak je oneskorená aspoň o 0,1 sekundy. Za túto dobu prejde zvuk asi 34 m. Ak chce osoba počuť ozvenu, musí byť vzdialená od prekážky aspoň 17 m. Ak je vzdialenosť menšia, odrazený zvuk sa sčítava, zosilňuje a predlžuje – vzniká dozvuk. Pri väčšom časovom rozdieli sa zvuky miešajú, čo spôsobuje zhoršenie akustiky vo väčších miestnostiach. Ak je väčší počet prekážok v rôznych vzdialenostiach, vzniká viacnásobná ozvena. Na princípe ozveny pracuje sonar, radar, meranie vzdialenosti a pod.
Typy (druhy) zvuku
Z hľadiska vzniku:
- prirodzený – pochádzajúci z prírodného fyzikálneho zdroja
- syntetický – zvuk vytvorený pomocou zvukovej syntézy
Z hľadiska formy:
- reč – je dominantou komunikácie medzi ľudmi. Ľudský hlas je monotónny, má rôznu intenzitu, zafarbenie, prízvuk, melodiku a rýchlosť.
- neverbálne zvuky – hudba, šum
Z hľadiska spracovania a uchovania:
- analógový – spracovaný a zaznamenaný analógovým rekordérom na analógové médium – LP, MC
- digitálny – spracovaný a zaznamenaný softvérom na digitálne médium – CD, MD, DVD; v rôznych formátoch – .cda,.wma,.mp3,.ogg....
- digitalizovaný – prípad, keď je analógovo spracovaný a zaznamenaný zvuk prevedený pomocou prevodníka na digitálny, napr. súbory typu.wav.
Z hľadiska prezentácie:
- monofónny – jeden zvukový kanál
- strereofónny – dva zvukové kanály, reprezentované najmä hudobnými CD nosičmi.
- priestorový – obvykle 5+1, príp. 7+1 hudobných kanálov, princípom je posun jednej zvukovej stopy vzhľadom na inú a priestorové rozmiestnenie reproduktorov. Využíva sa v hlavne v systémoch domáceho kina. Prvé číslo označuje počet reproduktorov rozmiestnených v určitom priestore, kde 2 reproduktory sú hlavné, alebo nazývané aj predné, ďalší reproduktor je centrálny, určený najmä na reprodukciu rečových zvukov, a ďalšie dva alebo štyri reproduktory označované ako zadné, alebo efektové, slúžia na vytvorenie efektu priestorového zvuku. Posledný reproduktor +1 označovaný ako subwoofer slúži na reprodukciu nízkych frekvencií: od 20 do 250 Hz.
