Akustika

Zvuk = mechanické vlnění v látkovém prostředí vyvolávající v lidském uchu zvukový vjem

Frekvence zvuku: od 16 do 20 000 Hz

Infrazvuk = frekvence menší než 16 Hz

Ultrazvuk = frekvence větší než 20 000 Hz

Infrazvuk

Frekvence: od 0,001 do 16 Hz

Dorozumívání: velryby, sloni, hroši, nosorožci, okapi, aligátoři, ...

Malá intenzita: nepříjemné vibrace, nevolnost a závratě, tlak v uších (pocit "zalehnutí")

Velká intenzita: tkáně (nervové a svalové) rezonují, nebezpečné jsou i frekvence blízké tlukotu srdce – až perforace kochleární membrány nebo infarkt

Vnímaví jedinci pociťují tlak na citlivé oblasti pokožky – např. obličej, hřbet ruky

Výskyt: živočichové, sopky, bouřky, zvukové dělo, větrné elektrárny, motory

Ultrazvuk

Frekvence: více než 20 000 Hz

Slyší: psi, delfíni, kytovci

Netopýři mají frekvenci 20 až 80 kHz, výkřiky vydávají tlamkou (netopýrovití) nebo nosními otvory (vrápencovití)

Využití: sonografie (lékařství), echolokace (sonary), defektoskopie, čištení vzduchu, sterilizace vody

Zvuk

Šíří se pružným prostředím jakéhokoliv skupenství

Rychlost zvuku

Závisí na chemickém složení prostředí a teplotě, vlhkosti, ...

Zjednodušený vztah pro vzduch:

v=(331,82+0,61t) m⋅s−1v = (331{,}82 + 0{,}61t) \ \text{m} \cdot \text{s}^{-1}

tt ... teplota ve °C

Nezávisí na tlaku vzduchu a je stejná pro všechny frekvence

Naměřené rychlosti v m⋅s−1\text{m} \cdot \text{s}^{-1} při 25 °C25 \ °\text{C} ve vybraných látkách:

  • Voda – 1 500
  • Beton – 1 700
  • Led – 3 200

Vztah pro ideální plyn:

v2=κkTmm=κpρv^2 = \frac{\kappa k T}{m_\text{m}} = \frac{\kappa p}{\rho}

κ\kappa ... Poissonova konstanta

kk ... Boltzmannova konstanta

mmm_\text{m} ... součin atomové hmotnostní konstanty (mum_\text{u}) a relativní molekulární hmotnosti (MrM_\text{r})

Pro vzduch platí Mr(vzduch)≈29M_\text{r}(\text{vzduch}) \approx 29

Hlasitost zvuku

= Subjektivní veličina závisející na akustickém tlaku

Intenzita zvuku = zvuková energie dopadající na jednotku plochy za jednotku času

I=ES⋅t[I]=W⋅m−2=B\begin{align*} I &= \frac{E}{S \cdot t} \\[0.5em] [I] &= \text{W} \cdot \text{m}^{-2} = \text{B} \end{align*}

II ... intenzita zvuku – jednotka: bell

Hladina intenzity zvuku udává intenzitu zvuku v decibelech (logaritmická stupnice)

L=10 dB⋅log⁡(II0)L = 10 \ \text{dB} \cdot \log \left( \frac{I}{I_0} \right)

LL ... hladina intenzity zvuku

I0I_0 je intenzita zvuku odpovídající prahu slyšení zvuku o frekvenci f=1kHzf = 1 \text{kHz}

I0=10−12 W⋅m−2I_0 = 10^{-12} \ \text{W} \cdot \text{m}^{-2}

Práh bolesti: 120 dB120 \ \text{dB}