Vlnění a zvuk
Vlnění a zvuk (4/9) · 5:16

Vlastnosti zvuku (amplituda, perioda, frekvence, vlnová délka) Jak popsat vlastnosti zvukových vln?

Takto zní zvuková vlna, ale jak zvuková vlna vypadá? Vzduch, kterým se zvuk šíří, vypadá asi takto, ale chcete-li vizuální reprezentaci zvuku, tak připojte reproduktor k osciloskopu a ten nám vytvoří tento graf. Říkáme, že tento tvar znázorňuje zvukovou vlnu, protože pokud se zaměříme na jedinou molekulu vzduchu, tak vidíme, že se pohybuje tam a zpět, jako graf funkce sinus nebo kosinus. Horizontální osa představuje čas a vertikální osu si lze představit jako posun molekuly, jak osciluje tam a zpět. Střední čára představuje rovnovážnou polohu neboli klidovou polohu té molekuly. Když zvýšíme hlasitost, tak vidíme, že oscilace se zvětší, a zvuk je hlasitější. Největší posunutí molekuly vzduchu z její rovnovážné polohy se nazývá amplituda. Dávejte pozor. Amplituda není délka celého přemístění. Je to pouze maximální vzdálenost měřená od rovnovážné polohy. Další klíčovou myšlenkou je perioda zvukové vlny. Perioda je definována jako čas, za který se molekula vzduchu přesune jednou tam a zpět. Nazýváme to cyklem periodického pohybu. Periodu měříme v sekundách. Tedy perioda je počet sekund, nutných k proběhnutí jednoho cyklu. Pro označení periody používáme velké písmeno T. Pokud zmenšíme periodu, tak čas, který potřebují molekuly vzduchu k pohybu tam a zpět, se také sníží, a výška tonu zvuku se také změní. Čím méně času molekuly potřebují k oscilaci tam a zpět, tak tím vyšší zvuk zaznamenáme. Myšlenka přímo související s periodou se nazývá frekvence. Frekvence je definována jako 1/perioda. Jelikož je perioda počet sekund na jednu oscilaci, pak frekvence je počet oscilací za sekundu. Frekvence má jednotku 1/s, a 1/s nazýváme hertz. Typické zvukové frekvence jsou ve stovkách a tisících hertzů. Například tento tón, což je nota „a“, způsobuje pohyb vzduchu tam a zpět 440krát za sekundu. Proto je frekvence této noty „a“ 440 hertzů. Vyšší noty mají vyšší frekvence a nižší noty mají nižší frekvence. Lidé mohou slyšet frekvence od nízkých 20 hertzů až po vysokých 20 000 hertzů, ale pokud bude reproduktor oscilovat více než 20 000krát za sekundu, tak bude stále tvořit zvukové vlny, ale my je nebudeme schopni slyšet. Například tento reproduktor stále hraje tón, ale my už ho neslyšíme. Psi tento tón slyšet mohou. Psi slyší zvuky až do frekvence alespoň 40 000 hertzů. Další důležitou myšlenkou zvukových vln je vlnová délka zvukové vlny. Vlnovou délku si popíšeme následovně: když se zvuk pohybuje oblastí vzduchu, tak molekuly vzduchu jsou v některých místech stlačeny blíže k sobě a v jiných místech jsou naopak roztaženy dále od sebe. Pokud naleznete vzdálenost mezi dvěma stlačenými oblastmi, tak to bude vlnová délka zvukové vlny. Jelikož vlnová délka je vzdálenost, měříme ji v metrech. Ale pozor, lidé si často pletou vlnovou délku a periodu. Perioda zvuku je čas nutný, aby jedna molekula provedla oscilaci tam a zpět. Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma stlačenými místy ve vzduchu. Lidé si toto pletou, jelikož existuje alternativní způsob vytvoření grafu zvukové vlny. Zvažte toto. Než se vlna pohne vzduchem, tak každá molekula má klidovou polohu vůči reproduktoru, kterou můžeme měřit v metrech. Toto číslo je rovnovážnou polohou molekuly vzduchu. Potom když prochází zvuková vlna, tak jsou molekuly vzduchu o něco posunuty ze své polohy. Alternativní graf bychom mohli vytvořit jako posun té molekuly vůči klidové neboli rovnovážné poloze molekuly. Takový graf by nám říkal pro konkrétní okamžik v čase, o kolik se přesunula ta molekula v tomto konkrétním místě v prostoru. Tento graf nám ukazuje, že v některých oblastech je vzduch přemístěn ze své rovnovážné polohy hodně, a v jiných oblastech se naopak skoro vůbec nepřemístil. V tomto grafu je vzdálenost mezi vrcholy vlnová délka zvukové vlny a ne perioda, protože tím měříme vzdálenost mezi stlačenými oblastmi vzduchu. Takže dejte pozor. Pro zvukové vlny platí, že graf závislosti přemístění na čase vyjadřuje to, co konkrétní molekula dělá jako funkci času, a v tomto typu grafu interval mezi vrcholy představuje periodu této vlny. Graf závislosti přemístění na pozici zobrazuje přemístění všech molekul kolem zvukové vlny v jednom časovém okamžiku. A v tomto typu grafu interval mezi vrcholy představuje vlnovou délku.
video