1
1. Физика звука
У овом поглављу објашњено је како звук настаје и како се простире. Физичка појава звука
везана је за осциловање честица еластичне средине, тако да се може говорити о простирању звука
кроз ваздух, воду (сонар), али и кроз чврсте материјале; звука једино не може бити у вакууму.
1.1. Звучни притисак
Док нема звука у ваздуху, силе привлачења или одбијања између честица еластичне
средине распореде их равномерно у одређеној запремини. Зависно од тога колико су густо
сабијене честице ваздуха у јединици запремине постоји већи или мањи притисак - то је атмосфер-
ски притисак који се не мења брзо, па се назива и
статички притисак
. Његове промене дешавају се
споро, нпр. у току дана са променом временских прилика.
Када се у ваздуху активира неки
звучни извор
, он изводи поједине честице ваздуха из свог
равнотежног положаја прибилижавајући их суседним честицама еластичне средине у једном
правцу (згушњавају се, тј. повећава се сила њиховог одбијања), а истовремено удаљавајући их од
суседних честица са супротне стране (разређују се, тј. смањује се сила одбијања из тог правца). То
је еквивалентно као кад се изведе математичко клатно из равнотежног положаја и потом пусти -
започињу осцилације. Изведена из равнотежног положаја, под дејством поменутих сила честица
ваздуха настоји да се врати у равнотежни положај, и убрзава крећући се ка њему, али због
инерције наставља да се креће удаљавајући се од свог равотежног положаја на другу страну све
док је силе одбијања/привлачења са суседним честицама не успоре, зауставе и упуте назад у
правцу равнотежног положаја... тако настају
звучне осцилације
честица еластичне средине.
Осцилације честица еластичне средине у звучном пољу описују се преко помераја, брзине
и убрзања, који су праћени
променама звучног притиска у времену и простору
1
- долази до
сабијања и разређивања честица еластичне средине. Већ сада важно је напоменути да се са
звуком не преносе честице еластичне средине - оне само осцилују око свог равнотежног положаја
(као математичко клатно), а кроз простор се преноси
талас
промене звучног притиска који чуло
слуха перципира као звук.
Простирање звука описује се преко три основне физичке карактеристике:
1)
Брзина звука -
2)
Фреквенција -
3)
Таласна дужина -
Брзина звука
претставља брзину којом се звук простире кроз неку еластичну средину -
обележава се са
c
и изражава у метрима у секунди -
[m/s]
.
Фреквенција звука
претставља број
(периода) осцилација честица еластичне средине у једници времена, а диктира је звучни извор
1
Промене звучног притиска у времену и простору су повезане преко акустичке таласне једначине.
2
који изазива те осцилације. Обично се обележава са
f
, а представља реципрочну вредност од
периоде осциловања,
, тако да је јединица за фреквенцију реципрочна вредност од
секунде као јединице за време,
. Готово никад звук није сачињен само од једне
фреквенције него садржи читав спектар фреквенција. Пут који превали звучни талас (простирући
се брзином
c
) за време једне периоде осциловања
Т
назива се
таласна дужина
, а зависи од
еластичне средине кроз коју се преноси звук. Дакле, релација која повезује ове три физичке
величине је:
(1)
У наставку ће са више детаља бити описане ове три физичке величине и преко њих објашњене:
појаве које прате простирање звука (закретање, преламање, стварање стојећих таласа,
пробијање звучног зида),
понашања звука када наиђе на препреку (заобилажење препреке, одбијање и апсорбо-
вање, преламање),
а разумевање ових физичких појава помоћи ће и
разумевању неких аспеката перцепције звука (осећај висине тона и Доплеров ефекат,
бинаурална локализација правца из ког долази звук), и даље
разумевању стерео и окружујућег (енгл.
surround
) звука, усмерености микрофона и
звучника, избора и поставки микрофона и звучника, појаве микрофоније итд.
1.2. Брзина звука
Колика је брзина звука? У ваздуху, звук прелази око 330-340 m/s, што значи да му је
потребно око 3 секунде да превали растојање од 1 km. Прерачунато у километре на час
видимо да је брзина звука десетак пута већа од брзине којом се крећу аутомобили на брзим
аутопутевима. Дакле, брзина звука је далеко већа од брзине коју достижу и најбржи аутомобили,
али је достижна за авионе који се крећу надзвучном брзином (тзв. супер-сонични авиони).
Интересантан је ефекат "пробоја звучног зида" који се дешава у моменту када авион (као извор
звука) убрзава и достиже брзину звука, о чему ће касније бити још речи.
Са друге стране, брзина звука је неупоре-
диво мања од брзине којом се простиру електро-
магнетни таласи, укључујући светлост. Брзина
светлости 300.000 km/s је толико већа од брзине
звука да можемо сматрати да она тренутно прелази
пут од неколико километара.
Колико времена је потребно светлости да
пређе пут од: а) 300 km, б) 3 km, ц) 1 km?
Ако севне муња и након тога измеримо 6 s
док не зачујемо грмљавину, колико је она
далеко од нас?
