Vlastnosti zvuku

Stejně jako jiné druhy vlnění má zvuk frekvenci, periodu, rychlost šíření a vlnovou délku.

frekvence f

• vyjadřuje, kolikrát se vlna zopakuje za jednu sekundu
• jednotka frekvence je hertz (Hz), počet hertzů odpovídá počtu kmitů za sekundu
• lidé slyší pouze zvuku z omezeného rozsahu frekvencí
  jednotka frekvence

  1 \,\mathrm{ Hz} = \frac{1}{\mathrm s} = 1 \,\mathrm{ s}^{-1} Jeden hertz znamená, že předmět kmitne jednou za sekundu – takovou frekvenci mají třeba běžné hodiny (s vteřinovou ručičkou). Zvuková vlna tónu s frekvencí 440 Hz se za sekundu zopakuje čtyři sta čtyřicetkrát!

perioda T

• vyjadřuje, jak dlouho trvá jedno kmitnutí
• měříme ji v sekundách
• platí: T\cdot f = 1, tedy čím je perioda větší, tím je frekvence menší a naopak

To dává smysl, když si představíme, co vlastně frekvence a perioda znamenají. Pokud je vysoká frekvence, kmitá vlna rychle. A čím rychleji kmitá, tím víckrát stihne kmitnout za jednu sekundu – její perioda tedy bude kratší.

rychlost šíření v

• vyjadřuje, jak rychle se zvuk šíří daným prostředím
• vyjadřujeme ji v metrech za sekundu (m/s)

vlnová délka λ

• vzdálenost, kterou zvuk v prostoru urazí za dobu jedné periody T (za jedno kmitnutí)
• odpovídá vzdálenosti mezi dvěma po sobě jdoucími místy s nejvyšším tlakem (nejvíce nahuštěný vzduch)
• platí v = \lambda \cdot f

Vlnová délka se tedy při stejné frekvenci mění podle toho, v jakém prostředí se zvuk šíří. Slyšitelné zvuky mají ve vzduchu vlnovou délku mezi 2 cm a 20 m, ve vodě je víc než čtyřikrát větší.

Výška, hlasitost, barva

Mezi základní vlastnosti, které jsou specifické pro zvuk, patří výška, hlasitost, barva a délka.

výška

Výšku tónu vnímáme subjektivně, je dána základní frekvencí zvuku. Čím je frekvence vyšší, tím vyšší zvuk slyšíme.

Vysokým zvukům tak odpovídají vlny s vysokou rychlostí kmitání nebo také krátkou vlnovou délkou a krátkou periodou.

hlasitost

Hlasitost souvisí s amplitudou zvukové vlny (jak moc se změní tlak vzduchu nebo intenzita zvukové vlny) – čím je změna vyšší, tím hlasitější zvuk slyšíme. Vnímáme ji subjektivně.

Fyzikálně hlasitosti odpovídá veličina zvaná hladina intenzity zvuku. Hladina intenzity zvuku je bezrozměrná (podobně jako např. procento). Využíváme pro ni ale jednotku Bel (nebo častěji její násobek – decibel (dB)), která vyjadřuje logaritmus poměru dvou hodnot: naměřené hladiny intenzity zvuku k hladině intenzity nejtiššího slyšitelného zvuku. Nejtišší slyšitelný zvuk se nazývá práh slyšení (0 dB). Nad 130 dB se pak nachází práh bolesti.

Decibel je logaritmická jednotka. Lidské ucho totiž vnímá i velké změny podnětů (například nárůst změny tlaku ve vzduchu) jako malou změnu počitku. Pokud se intenzita změní stokrát, hladina intenzity se zvedne o dvacet decibelů.

hlasitost a výška – příklad

• zvukové vlny v grafu se liší frekvencí i amplitudou
• oranžová vlna má vyšší frekvenci než modrá vlna, slyšeli bychom ji tedy jako vyšší

barva

Barva zvuku souvisí s tvarem zvukové vlny. Díky barvě zvuku od sebe můžeme odlišit lidské hlasy nebo tóny různých hudebních nástrojů, přestože vydávají zvuk stejné frekvence.

Složené tóny kromě základní (nejnižší) frekvence obsahují také směs dalších (tzv. vyšších harmonických) frekvencí. Vyšší harmonické frekvence jsou celočíselné násobky základní frekvence. V tónech různé barvy jsou vyšší harmonické frekvence zastoupené s různou intenzitou, ovlivňují tvar zvukové vlny a tím i barvu tónu.

výška a barva – příklad

• zvukové vlny v grafu mají stejnou frekvenci, takže bychom je slyšeli stejně vysoko
• liší se ale tvarem vlny – barvou