Pojam zvuka

1. Pojam zvuka • Definicije: • Zvuk, kao fizi~ka pojava, javlja se kad do|e do poreme}aja stacionarnog stanja ~estica neke elasti~ne sredine. • Te promene polo`aja ~estica, pra}ene odgovaraju}im promenama pritiska, gustine, itd. nazivaju se akusti~ke oscilacije. • Po drugoj fiziolo{koj definiciji, zvuk je sve on {to ~ujemo, tj. zvuk je ose}aj koji se prima preko organa sluha, izazvan promenama vazdu{nog pritiska.

2. Lopta koja “dise”-pulsira

3. Zvu~ni talasi • Promena pritiska prenosi sa sloja na sloj uvek sa izvesnim zaka{njenjem. • U stvarnosti se slojevi vazduha sa ve}im i manjim pritiskom ne pomeraju, nego se njihovo stanje prenosi na daljinu. • Razmak izme|u dva uzastopna maksimuma (ili minimuma) predstavlja talasnu du`inu (l). • Broj ovakvih periodi~nih promena na jednom mestu u jedinici vremena daje frekvenciju zvuka (f) • Recipro~na vrednost frekvencije predstavlja trajanje periode(T)

4. Veli~ina ovih promena, na primer promena pritiska, merilo je intenziteta zvuka. • Srednja vrednost pritiska ostaje nepromenjena i to je stalni atmosferski ili stati~ki pritisak (Ps). • Za intenzitet zvuka merodavan je sam tzv. akusti~ki ili zvu~ni pritisak (P), a to je promenljiva komponenta ukupnog pritiska (Pt = Ps + P).

5. Stvaranje glasa • Za govor je u prvom redu potreban respiratorni sistem odnosno sistem za disanje, ali tu su jo{ i uklju~eni: • Specifi~ni kontrolni centri za govor u kori velikog mozga, • Respiratorni centri mo`danog debla, • Strukture za artikulaciju i rezonansu u usnoj i nosnoj {upljini.

6. Glas predstavlja najmanju jedinicu govora!

7. U stvaranju glasa u~estvuje vi{e organa i svi oni zajedno ~ine govorni aparat odnosno vokalni trakt. Pri tome svaki od njih ima svoju funkciju u tom vrlo slo`enom procesu: nosna {upljina glasne `ice meko nepce `drelo usna {upljina du{nik plu}a

8. Vokalni trakt ~oveka je neravnomerna akusti~ka cev koja se prostire od du{nika do usana. • Cev je kod odraslih osoba du`ine 17 cm. • Presek cevi varira od 0 do 20 cm kvadratnih. • Vokalni trakt poseduje kod svake osobe odredjene normalne modove rezonantnih vibracija. • Ove frekvencije se nazivaju formanti i jako zavise od oblikovanja vokalnog trakta.

9. Glasnice (glasne `ice) • Plu}a proizvode stalan protok vazduha. • Glasnice moduli{u stvorenu vazdu{nu struju: • Pod pritiskom vazduha glasnice se otvaraju • Otvaranjem glasnica smanjuje se bo~ni pritisak {to proizvodi njihovo zatvaranje • Zatvaranjem glasnica pritisak se ispred njih ponovo pove}ava i one se otvaraju, ~ime se proces ritmi~no ponavlja.

10. Ritam prekida zavisi od zategnutosti glasnica odredjuje osnovnu frekvenciju zvuka. • Kod mu{karaca prose~na vrednost osnovne frekvencije je 125 Hz. • Kod `ena to je 250 Hz. • Kod dece 300 Hz. • Pri disanju glasnice su {irom otvorene! • Pri govoru glasnice su manje vi{e zatvorene a same glasne `ice ja~e ili slabije zategnute.

11. Podela glasova • Samoglasnici (vokali) • Suglasnici (konsonanti) • Samoglasnici i suglasnici zajedno grade slogove od kojih je sa~injen govor. • Trajanje slogova zavisi od brzine govora. • Kod normalnog govora iznosi 1/5 sekunde. • Ve}i deo tog vremena zauzimaju samoglasnici. • Samoglasnici nose energiju govora dok suglasnici kao brojniji nose razumljivost

12. Podela suglasnika • Suglasnici se mogu podeliti na; • Zvu~ne kada su glasnice zategnute i otvaranjem-zatvaranjem proizvode vazdu{ne impulse testerastog oblika koji pobudjuju vokalni trakt. • Bezvu~ni kada glasnice miruju i nisu zategnute. Glas se stvara pokretima drugih govornih organa i stvaranjem prepreka slobodnom prolazu vazdu{ne struje kada se ona ne prekida.

13. Podela suglasnika • Sonati (glasnici) koji se svojom prirodom pribli`avaju samoglasnicima (V,J,L,LJ,R,M,N,NJ) • Eksplozivni (praskavci) (B,P,D,T,G,K) • Strujni (frikativni) (Z,S,@,[,F,H) • Sliveni (afrikati, semiplozivi) (\,],D@,^,C)

14. Podela samoglasnika • Samoglasnici se mogu podeliti na: • Samoglasnici prednjeg reda (I,E) • Samoglasnike zadnjeg reda (A,O,U)

15. Elementi glasa • Ja~ina glasa zavisi od snage podsticaja (pobude) za njegovo stvaranje, odnosno od snage vazdu{ne struje koja dovodi do treperenja glasnih `ica. • Visina glasa koja se odredjuje trajanjem treptaja. Ukoliko su treptaji du`i, utoliko je visina tona ve}a. • Boja glasa zavisi od veli~ine i oblika rezonatora, naro~ito od oblika sporednih rezonatora. Glavni rezonator reguli{e ton glasa. Svaki pojedinac ima posebnu boju glasa koja je posledica ~injenice da se mi razlikujemo po obliku govornog rezonatora!

16. Slu{ni aparat Uho predstavlja izuzetno va`an prijemnik informacija iz spolja{njeg sveta. Izuzetno je osetljiv organ slo`ene gradje. Frekventni analizator Racunar Prijemnik

17. Karakteristike -17 • Najmanju energiju koju registruje uho je 10 W • Odnos najmanje (20 Hz) i najvi{e frekvencije (20000 Hz) koje uho mo`e da registruje iznosi 1:1000. Kod oka je to svega 1:2. • Odnos najslabijeg i naja~eg zvuka iznosi 120 dB, dok je za oko 90 dB.

18. OSE]AJ ZVUKA Osnovne karakteristike zvuka koje uho razlikuje su: • Ja~ina zvuka • Visina tona • Boja zvuka

19. [ta je to ton? • Naziv "ton" odnosi se u muzici na zvuk koji proizvode muzi~ki instrumenti (uklju~uju}i i glas) i koji ima na muzi~koj skali odre|eno mesto. • U akustici, to bi bili zvuci koji imaju linijski spektar, sastavljen od osnovnog i vi{ih harmonika, a najni`i, tj. osnovni harmonik je merodavan za ocenu visine tona. • Ose}aj boje zvuka vezan je za postojanje i veli~inu pojedinih harmonika muzi~kog tona. • Na osnovu razli~ite boje uho razlikuje muzi~ke tonove pojedinih instrumenata, ~ak i onda kada je u pitanju ista visina tona. To zna~i da uho ose}a promenu na obvojnici linijskog spektra signala.

20. S II formant I formant Osnovna frekvencija f f 0 U 200 – 400 Hz O 400 – 800 Hz A 700 – 1200 Hz E 400-700 1800 – 2500 Hz I 200-400 2200-3200 Hz

21. Ljudsko uho je neosetljivo na fazu. • Akusti~ke signale koji imaju kontinualan spektar uho ose}a kao {um. • ^ak i muzi~ki instrumenti mogu stvarati {um ako linije u spektu postanu toliko gusto raspore|ene da uho ima utisak kao da je u pitanju kontinualan spektar. • Primer za to je usviravanje i pode{avanje instrumenata u orkestru pre koncerta. • Kada je re~ o {umovima, ne mo`e biti govora o visini tona, ali boja zvuka postoji jer je ona vezana za oblik obvojnice kontinualnog spektra. Na osnovu boje uho raspoznaje pojedine {umove.

22. Visina tona • Visina tona odre}ena je frekvencijom zvuka. Manja frekvencija daje ose}aj ni`eg tona, a ve}a frekvencija vi{eg. • Eksperiment sa ose}ajem visine tona pokazuju da uho ~uje "logaritamski", tj. da pove}anju visine tona za isti interval (po subjektivnoj oceni) odgovara pove}anje frekvencije za isti procenat, a ne za isti apsolutni iznos u hercima. • Visina tona je srazmerna logaritmu Frekvencije: • visina tona ~ log f

23. Oktava Oktava je najjednostavniji muzi~ki interval i odgovara odnosu frekvencije 1:2. Dobija se pove}anjem jedne frekvencije za 100% ili smanjenjem na 50%. Tako promena od jedne oktave posti`e se promenom frekvencije od 100Hz na 200Hz, a isto tako i promenom od 2000Hz na 4000Hz. Stvarna razlika u prvom slu~aju iznosi svega 100Hz, a u drugom ~ak 2000Hz. Me|utim subjektivne razlike su jednake. Svako udvostru~avanje frekvencije, uho ocenjuje kao porast visine tona za isti interval - za jednu oktavu - {to je u skladu sa logaritamskim zakonom. Broj oktava u opsegu od f1 do f2 na}i }emo iz obrasca:

24. Oktava Ako su f1 i f2 granice ~ujnog podru~ja, tj. 20Hz i 20kHz, dobi}emo n=10, {to zna~i da ~ujno podru~je uha obuhvata 10 oktava.

25. Slu{no polje • Ceo proces percepcije tonova odvija se u delu zvu~nog spektra koji se kre}e u granicama od 16 - 20000Hz. Ispod frekvencije od 16Hz i iznad 20000Hz ljudsko uho vi{e ne ~uje zvuk. • Osetljivost na{eg uha je manja za vrlo duboke i za veoma visoke tonove. • Najve}a osetljivost uha postoji za srednje i visoke tonove. • Osetljivost sluha tokom godine opada tako da ljudi od 35 godina ne ~uju tonove preko 15000Hz, a ljudi do 40 godina ~uju tonove do 13000Hz • Iznad 20000Hz nastaje podru~je ultra-zvuka. • Ispod ove u~estanosti nastaje podru~je infra-zvuka.

26. Ja~ina signala Ose}aj ja~ine zvuka neposredno zavisi od ja~ine fizi~ke pobude. Kao {to postoji donja i gornja grani~na frekvencija za opseg u kome uho promene pritisaka ose}a kao zvuk, tako isto postoje granice i za ja~inu signala. Donja granica je tzv. prag ~ujnosti. Signali koji su ispod ove granice, su ne~ujni za ljudsko uho. Ta granica utvr|ena je eksperimentalno kod mladih i zdravih osoba i na osnovu toga je standardizovana na 1000Hz kao:

27. Ja~ina signala Gornja granica odre|ena je pojavom bola. Zbog toga se ova granica naziva granicom bola. Ona na 1000Hz odgovara pritisku preko milion puta ve}em od pritiska na pragu ~ujnosti. Zna~i da dinami~ki opseg uha iznosi:

29. Nivo zvuka • Ukoliko bi se kao merilo ja~ine zvuka koristio zvu~ni pritisak, onda bi se brojne vrednosti za pojedine ~ujne zvuke razlikovale i za 106 puta. • Zato je uveden pojam nivoa zvuka ~ija je jedinica decibel. Decibel nije jedinica kojom se odra|uje apsolutna vrednost, ve} se njom daje logaritamski odnos dve veli~ine. • U akustici postoji konvencija da se kao nulti nivo uzima nivo koji odgovara pragu ~ujnosti na 1000Hz, pa se onda nivo za neki zvuk ~iji je pritisak P, nalazi po formuli:

30. Nivo zvuka Mo`e se koristiti i nivo intenziteta zvuka, dat obrascem: Gde je:

31. Veber-Fehnerov zakon Uzimanje decibela nije posledica samo `elje da se operi{e sa manjim ciframa, nego ima i svoje dublje razloge. Logaritamski zakon koji je pomenut kod subjektivne ocene visine tona, univerzalnog je karaktera, i va`i pribli`no i za ose}aj ja~ine zvuka, i uop{te za sva ljudska ~ula (Veber-Fehnerov zakon). Zato se i ovde mo`e napisati da je ose}aj ja~ine zvuka srazmeran logaritmu fizi~ke pobude, tj. da je: ja~ina zvuka ~ log P

32. Primer Ovo je lak{e shvatiti uzimaju}i kao primer te`inu. Ako nosimo teret od 10kg, dodavanje 1kg predstavlja izvesnu promenu te`ine koju }emo osetiti. Me|utim ukoliko na teret od 100kg dodamo 1kg, to }e biti bezna~ajna promena. Tek promena za isti procenat, dakle dodavanje 10kg, zna~ilo bi po subjektivnom nalazu pribli`no ekvivalentnu promenu.

33. Subjektivna ja~ina zvuka Nivo zvuka ne mo`e biti prava mera za subjektivni ose}aj ja~ine zvuka Uzimamo kao primer dva zvuka istog nivoa L=20dB, ali sa razli~itim frekvencijama. Jedan je u~estanosti 100Hz, a drugi 1000Hz. O~igledno da oba zvuka nemaju istu subjektivnu ja~inu, iako su im nivoi jednaki. Zbog toga je uvedena nova jedinica za subjektivnu ja~inu zvuka, a to je fon. Po definiciji, dva zvuka koja imaju jednak broj fona, za ljudsko uho izgledaju kao da su jednake ja~ine, bez obzira koji nivo objektivno imaju.

34. Usvojeno je da ja~ina zvuka u fonima na 1000Hz bude ravna nivou zvuka u decibelima: Ja~ina zvuka u fonima na svim ostalim frekvencijama odre|uje se eksperimentalnim putem-utvr|ivanjem kada neki zvuk izgleda jednako jak kao zvuk na 1000Hz, ~ija je ja~ina definisana. Tako su dobijene linije jednake ja~ine zvuka ili izofonske linije. Prvu takvu familiju linija odredili su Fle~er i Manson

35. Izofonske linije

36. Me|unarodna organizacija za standarde (ISO) preporu~uje ne{to druga~ije linije:

37. Glasnost • Nikako ne mo`emo re}i da je neka zvu~na pojava od 20 fona dva puta glasnija od one koja ima 10 fona, po{to ni ton od 20 dB na 1000Hz nije dva puta glasniji od istog tona od 10dB. • Iz ovih razloga, javila se potreba za jednom pravom fiziolo{kom jedinicom ose}aja ja~ine zvuka, koja bi kvantitativno merila njegovu glasnost. • Glasnost zna~i predstavlja jo{ jedan pojam kojim se izra`ava subjektivna ja~ina zvuka, a jedinica glasnosti je son. • Zvuk koji ima 8 sona izgleda dva puta ja~i od zvuka koji ima 4 sona

38. Proizvoljno je odabrano da glasnost od 1son odgovara ja~ini od 40 fona. Odnos izme|u sona i fona prema internacionalnoj organizaciji za standarde (ISO) dat je jedna~inom: gde je s vrednost u sonima, L vrednost u fonima, a jedna~ina va`i u rasponu od 20 do 120 fona

40. Pitanja • Definicija zvuka. • [ta je to glas? Podela glasova. • Elementi glasa. • Objasniti pojam tona. • Od ~ega zavisi visina tona? • Objasniti razliku izmedju objektivne i subjektivne ja~ine zvuka. Koja je jedinica za objektivnu ja~inu zvuka a koja za subjektivnu? • [ta su to izofonske linije? • Za{to se uvodi pojam glasnosti i koja je jedinica za glasnost.