Fiziološka akustika

Fiziološka akustika je grana audiologije koja izučava pojave koje prate percepciju zvuka preko čula sluha i drugih organa. Fiziološka akustika (kao posebna oblast akustike) nastala je kao potreba za upoznavanje sa efektima koje ima zvuk na čoveka. U fiziološku akustiku spadaju pojave koje prate percepciju (prijem) zvuka preko čula sluha, kao i preko drugih organa.

Sve što obrađuje fiziološka akustika u oblasti je subjektivnog, a to znači onoga što čovek oseća kada se nađe u polju zvučnih talasa, tj. kada je čovek istovremeno prijemnik i generator zvuka. To saznanje je fiziološkoj akustici nametnulo mnogobrojna istraživačke zadatke koji treba da otkriju korelacije između objektivnog i subjektivnog načina prijema zvuka. Poznavanje mehanizama prijema zvuka se u najvećoj meri odnosi na rad čula sluha i njegove karakteristike. Stvaranje zvuka (govor, pevanje) je druga bitna akustička osobina čoveka, a način stvaranja glasova i njihova analiza problemi kojima se bavi akustika.

U tom smislu, sasvim je realno uskoro očekivati da se osobine čoveka kao prijemnika zvuka što je više moguće uključe u objektivne karakteristike audio uređaja, a vremenom i do potpune simulacije rada čovekovog uva.

Istorijat

I pored toga što je akustika sa aspekta fizike i matematike vrlo egzaktna nauka, mnoge situacije u akustici istovremeno su psihološke i fizikalne prirode. To se naročito odnosi na govor i muziku.

Govor kao zvučna pojava sistematski je počeo da se proučavan pre Drugog svetskog rata, mada su prva istraživanja u akustici započeta u 16. i 17. veku. Tada su obavljena prva merenja u akustici, koja su se odnosila pre svega na merenja brzine zvuka.

Godine 1876. Aleksandar Bel (1847—1922), američki fizičar i pronalazač škotskog porekla, izumeo je prvi telefon, koji je počeo da se komercijalno koristiti tek početkom 20. veka (1920) kada su laboratorijama kompanija „Bel Telefon” konstruisane prve slušalice koje su mogle zadovoljiti minimalne uslove za reprodukciju govora i muzike (do 4000 Hz). Kasnije povezivanje slušalica sa akustičkim levkom (oblika trube), omogućilo je i pojavu prvih zvučnika.

Prva ozbiljna merenja zvuka započeta u 20. veku bila su na području arhitektonske i fiziološke akustike. Sledilo je godine 1946. konstruisanje u Belovim laboratorijama prvog analajzera tzv. Visible speech analyzer, namenjenog gluvim osobama, sa namerom da prikaže govor kao sliku (da ga vizualizuje). Zato su se prvi analizatori zvuka nazvani translatori (visible speech translator) ili „prevodioci za gluve”. Tokom vremena analizatori su korišćeni prvenstveno za razna merenja i analize zvuka, a ne kao pomagalo gluvim osbama.

Iako je danas je u velikoj meri poznato na koji način čovek prima i stvara zvuk, postoje još uvek neki delovi u prijemnom mehanizmu zvuka koji nisu do kraja izučeni i objašnjeni, zbog svoje složenosti, ali i stepena razvoja akustike. Čulo sluha i njegove karakteristike se i dalje istražuju kako bi se do kraja objasnilo na koji način čovek čuje. Primena računara u oblasti rada čula sluha omogućila je nova saznanja, a uskoro se očekuju i ona o potpunoj simulaciji subjektivnog prijema zvuka.

Osnovni pojmovi iz akustike

Zvučne pojave

Zvučne pojave nastaju mehaničkom oscilacijom tela, koje prostirući se kroz elastičnu sredinu (vazduh, voda) putem talasnog kretanja, u našem uvu izazivaju subjektivan osećaj zvuka.

Akustika

Akustika, koja može biti objektivna, fiziološka, subjektivna, tehnička, jedna je od naučnih oblasti, koja uz pomoć fizike (mehaničke oscilacije tela, talasno kretanje) i psihologije (psihofizika) objektivno tretira zvučne pojave.

• Objektivna akustika — bavi se fizikom proizvodnje, prenosa i prijema zvučnih oscilacija.
• Fiziološka akustika — bavi se fizikom slušnih i govornih organa.
• Subjektivna akustika — sastoji se od: psihofizike sluha (odnos subjektivnog osećaja zvuka i objektivne akustike) i psihologije sluha (doživljaji osećaja sluha bez razmatranja objektivne akustike).
• Tehnička akustika (elektroakustika) — je grana elektrotehnike koja tretira pretvaranje zvuka u električne signale i obrnuto. Ona proučava; elektroakustičke pretvarače (zvučnik, mikrofon), snimanje i reprodukciju zvuka, ozvučavanje prostora, zaštitu od buke, primenu zvuka u tehničke, vojne i druge svrhe...

Akustičke pojave
R.b.	Pojava	Karakteristike pojave
1.	Zvučni izvor	Zvučni izvor je svako telo koje u bilo kojem sredstvu osciluje sa frekvencijom i u intervalu čujnosti ljudskog uva. (16 Hz — 20.000 Hz) Izvor zvuka stalno zrači energiju u obliku zvučnih talasa, koja se mora nadoknađivati pomoću nekog mehanizma. Ako se energija ne nadoknađuje, talas se postepeno prigušuje. U neposrednoj blizini izvora zvuka talasi imaju komplikovan oblik i zavise o pojedinostima samog izvora. Dok na većoj udaljenosti talas ima oblik sfere, sa izvorom zvuka u središtu i širi se u svim pravcima. Za različite izvore zvuka dovod energije je različit. U zavisnosti od spektralnog sastava zvuka, razlikuju se najmanje tri osnovna izvora zvuka: čisti ton (npr sinusni generator elektronskih orgulja), složen ton (npr titrajuća žica violine), šum (npr auto u vožnji), prasak (npr. iskra). Izvori zvuka mogu se podeliti i na: kuglasti izvor (idealni izvor zvuka), klipni izvor (idealna polukugla i njen poluprostor, npr. orgulje), usmereno isijavanje zvuka (kombinacija više izvora), ljudski glas kao izvor zvuka.
2.	Talasno kretanje zvuka	Zvučni izvori svojim deformacijama vrše sabijanje ili razređivanje vazduha ili vode, oko sebe, izazivajući talasno kretanje zvučnih talasa u vazduhu ili vodi, koje može biti samo longitudinalno (putem kompresije). Ako je sredina homogena, brzina prostiranja talasa u svim pravcima je podjednaka (talas se širiti po koncentričnim sferama) i nosi naziv sferni (prostorni) talas (zvučni talas).
3.	Hajgensov princip	Po ovom principu; svaka tačka u koju dođe neki talas, postaje izvor novog talasa. Svaka samostalna tačka centar je sopstvenog kružnog talasnog fronta. Kombinacija novo stvorenih pojedinačnih kružnih talasnih frontova, utiče da se putem interferencije formira novi jedinstveni talasni front. Pravac prostiranja zvuka normalan je na talasni front.
4.	Interferencija talasa	Slaganje talasa iz dva ili više izvora u jedan jedinstveni talasni front. Interferencija talasa najlakše se opaža na vodi tokom posmatranja talase koji izlaze iz dva bliska izvora: oni se u određenim tačkama prostora pojačavaju, a u drugim poništavaju, tako da nastaje tzv. konstruktivna i destruktivna interferencija. Amplituda rezultujućeg talasa kreće se od maksimalno pojačanog (konstruktivna interferencija) pa do maksimalno oslablenjog (destruktivna interferencija) kada imaju istu frekvenciju. Ako talasi imaju različite frekvencije, onda dolazi i do udara (koncentracija energije talasa).
5.	Difrakcija (savijanje) talasa	Difrakcija je pojava (zasnovana na Hajgensovom principu) prividnog skretanja talasa sa prvobitnog pravca prostiranja pri njegovom nailasku na ivice otvora ili na prepreku, kada se formiraju novi pravci prostiranja. Kada talas skreće sa pravca prostiranja i ulazi u oblast zaklonjenu preprekom u koji bez pojave skretanja zrak ne može da stigne, kaže se da talas zalazi u oblast geometrijske senke. Ako su predmeti mnogo manji u odnosu na talasnu dužinu talasa, difrakcija će biti potpuna i javiće se talas iza predmeta. Ako su predmeti reda veličine talasne dužine talasa, difrakcija će biti delimična i javiće se segmenata talas iza predmeta. Ako su predmeti mnogo veći u odnosu na talasnu dužinu talasa, difrakcija će slabo dolaziti do izražaja pa iza predmeta uglavnom neće biti talasa.
6.	Odbijanje (refleksija) talasa	Počiva na Hajgensovom principu, po kome je ugao odbijanja talasa jednak uglu upadnog talasa.
7.	Prelamanjenje (refrakcija) talasa	Počiva na Hajgensovom principu i nastaje na graničnoj površini između dve sredine sa različitom gustinom u kojima i talasi imaju različite brzine. Talas u jednom medijumu nadolazi na graničnu površinu između dve sredine (jednom brzinom), te po Hajgensovom principu, svaka tačka na ovoj površini postaje izvor novog talasa u drugom medijumu (i ima drugu brzinu).
8.	Rezonanca	Javlja se kada se poklopi prinudna frekvencija oscilovanja sa nekom od prirodnih frekvencija oscilatora ili rezonatora. Tada dolazi do maksimalnog povećanja amplituda oscilujućih čestica, što se kod rezonatora manifestuje kao maksimalno pojačanje zvuka. Rezonator je ograničena sredina određenih oblika i dimenzija kako bi se u njima stvorili stojeći talasi određenih frekvencija odnosno rezonantne frekvencije. Najpoznatiji akustični rezonatori su muzički instrumenti koji kada se pobudi vazdušna masa unutar njihovih određenih oblika i dimenzija (okidanje strune, duvanje u instrument, udaranje u membranu), tonovi se jače čuju, usled većeg emitovanja zvučne energije.

Spoljašnje veze

• (jezik: srpski) Teorija akustike