Zvuk a zvukové vlnění: Porovnání verzí
m (→Zvuk: pouze oprava koncovky a interpunkce) Značky: editace z Vizuálního editoru, možná chyba ve Vizuálním editoru |
|||
(Není zobrazeno 19 mezilehlých verzí od 3 dalších uživatelů.) | |||
Řádek 1: | Řádek 1: | ||
− | |||
− | |||
== Zvuk == | == Zvuk == | ||
− | |||
* šíří se pomocí média – vzduchu | * šíří se pomocí média – vzduchu | ||
* podmínkou vzniku zvuku je nějaký pohyb → částečky kmitají ve frekvencích, které člověk vnímá jako zvuk | * podmínkou vzniku zvuku je nějaký pohyb → částečky kmitají ve frekvencích, které člověk vnímá jako zvuk | ||
Řádek 12: | Řádek 9: | ||
'''Definice zvuku:'''<br /> | '''Definice zvuku:'''<br /> | ||
− | ''"Podélné kmitání elastického prostředí, které je způsobené pohybem zdroje zvuku. Kmitání musí být v rozsahu slyšitelných | + | ''"Podélné kmitání elastického prostředí, které je způsobené pohybem zdroje zvuku. Kmitání musí být v rozsahu slyšitelných frekvencí."'' |
* zvuk je '''mechanické vlnění''', potřebuje prostředí → nešíří se ve vakuu (na rozdíl od světla) | * zvuk je '''mechanické vlnění''', potřebuje prostředí → nešíří se ve vakuu (na rozdíl od světla) | ||
Řádek 49: | Řádek 46: | ||
: - λ (délková jednotka) = T * c | : - λ (délková jednotka) = T * c | ||
: - frekvence udává, kolik vln se v sekundě nachází na délce 340 m | : - frekvence udává, kolik vln se v sekundě nachází na délce 340 m | ||
+ | : - např. struna na houslích odpovídá polovině vlnové délky (1/2 λ), stejně se pohybují hlasivky | ||
Řádek 87: | Řádek 85: | ||
: - kmitny – místa, která kmitají s maximální amplitudou | : - kmitny – místa, která kmitají s maximální amplitudou | ||
: - uzly – místa, která se jakoby nehýbou | : - uzly – místa, která se jakoby nehýbou | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === Základní formy zvuku === | ||
+ | |||
+ | * '''kvaziperiodický zvuk''' | ||
+ | : - sonory a vokály | ||
+ | : - není zcela periodický | ||
+ | |||
+ | * '''frikce''' | ||
+ | : - šumové hlásky vznikající přiblížením artikulačních orgánů a následnou turbulencí | ||
+ | : - náhodné kmitání | ||
+ | : - např. exploze | ||
+ | |||
+ | * '''němá forma''' | ||
+ | : - často obsahuje jisté nezřetelné složky | ||
+ | : - v závěrových fázích explozív (na závěr pak frikce) | ||
+ | |||
+ | * '''superpozice dvou forem''' (např. kvaziperiodická a frikce) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === Periodické vlny === | ||
+ | |||
+ | * vznikají periodickým pohybem hlasivek | ||
+ | * znělé | ||
+ | |||
+ | * '''Fourierův teorém''' | ||
+ | : - vznik v napoleonské době | ||
+ | : - zabývá se rozkladem vlny na jednodušší | ||
+ | |||
+ | : - ''„všechny periodické vlny můžeme rozložit na nekonečný počet složek, všechny jsou SIN a COS vlny o různé frekvenci a fázi“'' | ||
+ | |||
+ | : - složky jsou v harmonickém vztahu – celočíselné násobky té nejnižší | ||
+ | : - nejnižší složka = základní frekvence (= f0 = H1) | ||
+ | :: - ucho je schopné si doplnit základní frekvenci, i když ve zvuku z nějakého důvodu chybí | ||
+ | : - ostatní = vyšší harmonické složky (= alikvóty = H2, H3, ...) | ||
+ | : - základní frekvence je zároveň i frekvencí opakování celé vlny, vyšší odpovídají členění a tvaru vlny | ||
+ | |||
+ | : <small>''Př.: f0 = 240 Hz → H2 = 480 Hz, H3 = 720 Hz''</small> | ||
+ | |||
+ | * '''skládání vln''' = prostý součet jejich amplitud | ||
+ | * '''složený tón''' vzniká, pouze když se skládají vlny různých frekvencí (když se skládají vlny stejné frekvence, i výsledná má stejnou frekvenci, i když třeba posunutou) | ||
+ | * podle toho, kolik má perioda vrcholků, tolikátou má vyšší frekvenci (f0 + H2 → 2 vrcholky, f0 + H5 → 5 vrcholků) → lze určit jen v případě dvou složek | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === Druhy vln === | ||
+ | |||
+ | * '''sinusová vlna''' | ||
+ | |||
+ | * '''obdélníková vlna''' | ||
+ | : - obsahuje jen liché harmonické | ||
+ | : - f0 = 1, H3 = 1/3, H5 = 1/5 atd. | ||
+ | : - spektrální sklon: -6 dB na oktávu | ||
+ | |||
+ | * '''trojúhelníková vlna''' | ||
+ | : - jen liché harmonické | ||
+ | : - f0 = 1, H3 = 1/9, H5 = 1/25 atd. | ||
+ | : - spektrální sklon: -12 dB na oktávu | ||
+ | |||
+ | * '''pilová vlna''' | ||
+ | : - jako obdélníková, ale má i sudé harmonické | ||
+ | |||
+ | * '''kvaziperiodický zvuk''' | ||
+ | : - kreslí se spíš se spektrální obálkou, ne čárovým grafem | ||
+ | |||
+ | * '''bílý šum''' | ||
+ | : - rovné spektrum, všechny frekvence zastoupeny stejně | ||
+ | |||
+ | * průměrný spektrální sklon lidské řeči je -6 dB na oktávu | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === Zvukové spektrum === | ||
+ | |||
+ | * '''čárové spektrum''' | ||
+ | : - pro periodické zvuky | ||
+ | : - ukazuje, jaké frekvence se ve zvuku vyskytují a jakou mají amplitudu | ||
+ | |||
+ | * '''spojité spektrum''' | ||
+ | : - je ohraničeno „spektrální obálkou“ | ||
+ | : - např. spektrum '''bílého šumu''' by byla vodorovná přímka (← obsahuje všechny frekvence, všechny mají stejnou amplitudu) | ||
+ | : - nezobrazuje fázový posun → výhoda, protože lidské ucho fázový posun nevnímá | ||
+ | |||
+ | * náhlá změna ve zvuku znamená přidání frekvecní kolem – delší zvuk má ostré hrany (v grafu má špičku uprostřed), krátký zvuk přibírá i okolní frekvence a je „do obloučku“ (v grafu je uprostřed kulatý kopeček) → spektrum krátkého impulsu vypadá jako vodorovná přímka (zní, jako když praskne jiskra ze statické elektriky) | ||
+ | |||
+ | == Reference == | ||
+ | <references /> | ||
+ | * Ptáček, M. (1993): ''Úvod do fonetické akustiky.'' Praha: Karolinum. | ||
+ | * Palková, Z. (1994): ''Fonetika a fonologie češtiny.'' Praha: Karolinum. (vybrané části) | ||
+ | * Fant, G. (1970): ''Acoustic theory of speech production.'' The Hague: Mouton. | ||
+ | * Ladefoged, P. (1996): ''Elements of acoustic phonetics.'' Chicago: University of Chicago Press. | ||
+ | * Johnson, K. (2003): ''Acoustic and auditory phonetics.'' Oxford: Blackwell Publishing. | ||
+ | * Kent, R. D. - Read, C. (1992): ''The acoustic analysis of speech.'' San Diego: Whurr Publishers. | ||
+ | * Syrový, V. (2003): ''Hudební akustika.'' Praha: Akademie múzických umění. (vybrané části) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Zpět na rozcestník: [[Akustika|Akustika]] | [[Portál:Fonetika|Fonetika]] | ||
+ | |||
+ | [[Kategorie: Akustika|*]] | ||
+ | [[Kategorie: Fonetika|*]] |
Aktuální verze z 21. 1. 2015, 17:48
Obsah
Zvuk
- šíří se pomocí média – vzduchu
- podmínkou vzniku zvuku je nějaký pohyb → částečky kmitají ve frekvencích, které člověk vnímá jako zvuk
- to, co se šíří, nejsou pohyby molekul, ale poruchy tlaku – tzv. vzruchová vlna
- když se částečky přiblíží, vzniká lokální zvýšení tlaku
- → vzduch je systém hustšího a řidšího tlaku
Definice zvuku:
"Podélné kmitání elastického prostředí, které je způsobené pohybem zdroje zvuku. Kmitání musí být v rozsahu slyšitelných frekvencí."
- zvuk je mechanické vlnění, potřebuje prostředí → nešíří se ve vakuu (na rozdíl od světla)
- všechny zvuky se dají rozložit na soustavu sinusoid
Vlastnosti zvuku
- perioda - trvání jednoho cyklu vlny
- - značka: T
- - jednotka: sekunda
- frekvence - převrácená hodnota periody, kolik period se vejde do 1 s
- - značka: f
- - jednotka: Herz
- - f = 1/T
- oktáva má 12 půltónů (= ST / semitone) = 2f (tzn., že tón o oktávu výše má 2× vyšší frekvenci)
- amplituda – vyjadřuje sílu zvuku – nakolik se zdroj vychyluje z rovnovážné polohy
- - max. amplituda
- - rozkmit („peak-to-peak“)
- - amplituda neříká nic o tom, jak se zvuk vnímá (max. amplituda může být stejná, ale časem se zmenšuje × zůstává stejná)
- → efektivní amplituda (ang. rms = „root mean square“) – zprůměrovaná síla → lepší popis
- fáze, fázový posun – nevnímají se
- rychlost zvuku (c)
- - je vlastností média
- - zákl. hodnota = 330 m/s (asi milionkrát pomalejší než světlo) – asi v 0°C v 0 m.n.m.
- - v normálním prostředí asi 340 m/s
- - ve vokálním traktu asi 350 m/s (v héliu ještě rychleji)
- - v kapalných látkách rychleji a v pevných nejrychleji
- vlnová délka – říká, jak dlouhá je perioda
- - λ (délková jednotka) = T * c
- - frekvence udává, kolik vln se v sekundě nachází na délce 340 m
- - např. struna na houslích odpovídá polovině vlnové délky (1/2 λ), stejně se pohybují hlasivky
Huygensův princip
- zvuk se šíří všemi směry stejně rychle → kulová vlnoplocha (její body kmitají se stejnou fází)
- každý bod vlnoplochy je zdrojem elementárního vlnění
- všechny body se vyruší a vzniká nová vlnoplocha
- modeluje zvuk přes překážky a kolem nich
- → protihlukové zábrany: vysoká frekvence se šíří jen nahoru (dole je stín), nízká i dolů za překážku
- zvukový stín – kam za překážkou nepronikne zvuk
- vlnoplocha – plocha, kam dorazí zvuková vlna
- - na jejím povrchu je shodné kmitání
Dopplerův efekt
- síla zvuku závisí na poloze zdroje a pozorovatele
- když stojí dva posluchači na různých stranách zdroje, slyší stejně
- když dva posluchači stojí a zdroj mezi nimi jede směrem k jednomu, ten slyší silněji a vyšší tóny
- pokud rychlost zdroje (letadlo, pistole, bič) překročí rychlost zvuku, šíří se vlny až za ním → „obaly“ vln se sečtou a až dorazí k posluchači, ten slyší akustický třesk (projde jím Machova linie)
Druhy vlnění
Postupné vlnění
- podélné – např. zvukové vlnění
- příčné – např. kámen hozený do vody
Stojaté vlnění
- podélné – dechové nástroje, vokální trakt
- příčné – strunné nástroje
- - kmitny – místa, která kmitají s maximální amplitudou
- - uzly – místa, která se jakoby nehýbou
Základní formy zvuku
- kvaziperiodický zvuk
- - sonory a vokály
- - není zcela periodický
- frikce
- - šumové hlásky vznikající přiblížením artikulačních orgánů a následnou turbulencí
- - náhodné kmitání
- - např. exploze
- němá forma
- - často obsahuje jisté nezřetelné složky
- - v závěrových fázích explozív (na závěr pak frikce)
- superpozice dvou forem (např. kvaziperiodická a frikce)
Periodické vlny
- vznikají periodickým pohybem hlasivek
- znělé
- Fourierův teorém
- - vznik v napoleonské době
- - zabývá se rozkladem vlny na jednodušší
- - „všechny periodické vlny můžeme rozložit na nekonečný počet složek, všechny jsou SIN a COS vlny o různé frekvenci a fázi“
- - složky jsou v harmonickém vztahu – celočíselné násobky té nejnižší
- - nejnižší složka = základní frekvence (= f0 = H1)
- - ucho je schopné si doplnit základní frekvenci, i když ve zvuku z nějakého důvodu chybí
- - ostatní = vyšší harmonické složky (= alikvóty = H2, H3, ...)
- - základní frekvence je zároveň i frekvencí opakování celé vlny, vyšší odpovídají členění a tvaru vlny
- Př.: f0 = 240 Hz → H2 = 480 Hz, H3 = 720 Hz
- skládání vln = prostý součet jejich amplitud
- složený tón vzniká, pouze když se skládají vlny různých frekvencí (když se skládají vlny stejné frekvence, i výsledná má stejnou frekvenci, i když třeba posunutou)
- podle toho, kolik má perioda vrcholků, tolikátou má vyšší frekvenci (f0 + H2 → 2 vrcholky, f0 + H5 → 5 vrcholků) → lze určit jen v případě dvou složek
Druhy vln
- sinusová vlna
- obdélníková vlna
- - obsahuje jen liché harmonické
- - f0 = 1, H3 = 1/3, H5 = 1/5 atd.
- - spektrální sklon: -6 dB na oktávu
- trojúhelníková vlna
- - jen liché harmonické
- - f0 = 1, H3 = 1/9, H5 = 1/25 atd.
- - spektrální sklon: -12 dB na oktávu
- pilová vlna
- - jako obdélníková, ale má i sudé harmonické
- kvaziperiodický zvuk
- - kreslí se spíš se spektrální obálkou, ne čárovým grafem
- bílý šum
- - rovné spektrum, všechny frekvence zastoupeny stejně
- průměrný spektrální sklon lidské řeči je -6 dB na oktávu
Zvukové spektrum
- čárové spektrum
- - pro periodické zvuky
- - ukazuje, jaké frekvence se ve zvuku vyskytují a jakou mají amplitudu
- spojité spektrum
- - je ohraničeno „spektrální obálkou“
- - např. spektrum bílého šumu by byla vodorovná přímka (← obsahuje všechny frekvence, všechny mají stejnou amplitudu)
- - nezobrazuje fázový posun → výhoda, protože lidské ucho fázový posun nevnímá
- náhlá změna ve zvuku znamená přidání frekvecní kolem – delší zvuk má ostré hrany (v grafu má špičku uprostřed), krátký zvuk přibírá i okolní frekvence a je „do obloučku“ (v grafu je uprostřed kulatý kopeček) → spektrum krátkého impulsu vypadá jako vodorovná přímka (zní, jako když praskne jiskra ze statické elektriky)
Reference
- Ptáček, M. (1993): Úvod do fonetické akustiky. Praha: Karolinum.
- Palková, Z. (1994): Fonetika a fonologie češtiny. Praha: Karolinum. (vybrané části)
- Fant, G. (1970): Acoustic theory of speech production. The Hague: Mouton.
- Ladefoged, P. (1996): Elements of acoustic phonetics. Chicago: University of Chicago Press.
- Johnson, K. (2003): Acoustic and auditory phonetics. Oxford: Blackwell Publishing.
- Kent, R. D. - Read, C. (1992): The acoustic analysis of speech. San Diego: Whurr Publishers.
- Syrový, V. (2003): Hudební akustika. Praha: Akademie múzických umění. (vybrané části)