Звуковые волны. Источники звука
Обратимся ещё раз к опыту, изображённому на рисунке 74. Как уже говорилось, свободная часть линейки создаёт звук только в том случае, если она колеблется с частотой, не меньшей чем 16 Гц. Переместим линейку в тисках вниз (укоротив тем самым верхнюю часть) и приведём её в колебательное движение. Заметим, что частота колебаний линейки увеличилась, а издаваемый ею звук стал выше. Продолжая периодически укорачивать колеблющуюся часть линейки, убедимся в том, что с увеличением частоты колебаний звук повышается.
Проверим этот вывод на другом опыте. Возьмём зубчатый диск (рис. 79, а), с помощью специального устройства приведём его во вращение и прикоснёмся к зубчатому краю тонкой картонной пластинкой (рис. 79, б). Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начнёт совершать вынужденные колебания, в результате чего мы услышим звук. Увеличим скорость вращения диска, и пластинка станет колебаться чаще, а издаваемый ею звук будет выше.
Рис. 79. Исследование зависимости высоты звука от частоты колебаний источника
На основании описанного опыта можно заключить, что высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
Напомним, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания, которые являются самым простым видом колебаний. Таким колебаниям присуща только одна строго определённая частота. Звук камертона является чистым тоном.
- Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты
Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.
Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой, а соответствующий ей звук определённой высоты - основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.
Все остальные тоны сложного звука называются обертонами. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).
Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т. е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие же этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).
Таким образом, высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Чтобы выяснить, от чего зависит громкость звука, вернёмся к опыту, изображённому на рисунке 76. К одной ветви камертона подводят вплотную маленький висящий на нити шарик, а по другой слегка ударяют молоточком. Обе ветви камертона приходят в колебательное движение. Слышен негромкий звук. Шарик отскакивает от колеблющейся ветви на небольшое расстояние. Затем камертон глушат и снова ударяют по нему, но гораздо сильнее, чем в первый раз. Теперь камертон звучит громче, а шарик отскакивает на большее расстояние, что свидетельствует о большей амплитуде колебаний ветвей.
Этот и многие другие опыты позволяют сделать вывод о том, что громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
В рассмотренном опыте частоты колебаний обоих звуков - тихого и громкого - одинаковы, так как их источником является один и тот же камертон. Но если сравнить звуки разных частот, то кроме амплитуды колебаний пришлось бы учитывать ещё один фактор, влияющий на громкость. Дело в том, что чувствительность человеческого уха к звукам разной частоты различна. При одинаковых амплитудах как более громкие воспринимаются звуки, частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц. Поэтому, например, высокий женский голос с частотой 1000 Гц будет для нашего уха громче низкого мужского с частотой 200 Гц, даже если амплитуды колебаний голосовых связок в обоих случаях одинаковы. Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.
- При равных амплитудах женский голос, имеющий большую частоту, чем мужской, воспринимается как более громкий
Громкость звука - это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких.
Единица громкости звука называется сон. В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем звукового давления, измеряемым в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.
Например, звуку, возникающему при листании газеты, соответствует уровень звукового давления порядка 20 дБ, звуку звонка будильника - примерно 80 дБ, двигателя самолёта - порядка 130 дБ (такой громкий звук вызывает у человека болевое ощущение).
Систематическое воздействие на человека громких звуков, особенно шумов (совокупности звуков разной громкости, высоты тона, тембра), неблагоприятно отражается на его здоровье.
В шумных районах у многих людей появляются симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышенное артериальное давление. Поэтому в больших городах приходится принимать специальные меры для уменьшения шумов, например запрещать звуковые сигналы автомобилей.
Вопросы
- С какой целью проводились опыты, изображённые на рисунках 74 и 79? Какой был сделан вывод по результатам этих опытов?
- Как на опыте удостовериться в том, что из двух камертонов более высокий звук издаёт тот, у которого больше собственная частота? (Частоты на камертонах не указаны.)
- От чего зависит высота звука?
- Как изменится громкость звука, если уменьшить амплитуду колебаний его источника?
- Звук какой частоты - 500 Гц или 3000 Гц - человеческое ухо воспримет как более громкий при одинаковых амплитудах колебаний источников этих звуков?
- От чего зависит громкость звука?
- Как отражается на здоровье человека систематическое действие громких звуков?
Упражнение 29
- Какое насекомое чаще машет крыльями в полёте - шмель, комар или муха? Почему вы так думаете?
- Зубья вращающейся циркулярной пилы создают в воздухе звуковую волну. Как изменится высота звука, издаваемого пилой при её холостом ходе, если на ней начать распиливать толстую доску из плотной древесины? Почему?
- Известно, что чем туже натянута струна на гитаре, тем более высокий звук она издаёт. Как изменится высота звучания гитарных струн при значительном повышении температуры окружающего воздуха? Ответ поясните.
Мы от рождения до смерти пребываем в океане звуков. В городе мы постоянно слышим звуки движущихся машин, разговоры прохожих, фоновые шумы. Дома работают электроприборы, мы включаем телевизоры, радиоприемники, компьютеры. Можно не замечать эти звуки, не обращать на них внимания, но они влияют на наше мировосприятие и на самочувствие. Когда мы находимся, как кажется в тишине, за городом, на природе звуки все равно существуют вокруг нас. листвы, жужжание насекомых, шелест шагов по траве. Абсолютной тишины на Земле в естественных условиях не существует.
С точки зрения физики звук - это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. От чего зависит высота звука и другие наши ощущения?
С точки зрения физиологии звук связан со слухом. И напрямую связан с нашими органами чувств.
Средой для распространения звуковых волн может быть воздух, вода, металл и другие вещества.
Поскольку звук - это он описывается теми же параметрами, что и любая волна. Это частота, длина волны, амплитуда, вектор волны (направление), скорость.
Человек слышит звуки в диапазоне от 15 Гц до 20 000 Гц. Диапазон ниже уровня слышимости называется инфразвуком, выше уровня и до 1 Ггц называется ультразвуком. Выше 1 Ггц - это гиперзвук.
Высота звука
Единица измерения высоты звука это мел. Мелы распределяются по шкале через интервалы, которые на слух воспринимаются как равные.
Ученые обнаружили, что, если воспроизводить короткие импульсы с интервалом 5 миллисекунд, то на слух они будут восприниматься непрерывно.
Как любая информация наших органов чувств, звуковая информация обрабатывается мозгом. Рассмотрим, от чего зависит частота звука. Известен так называемый эффект Шепарда. Звукоряд, который создает иллюзию постоянно повышающегося или понижающегося тона, хотя на самом деле ничего не меняется. Это достигается наложением звуковых волн по октавам (кратным по частоте). Этот эффект интуитивно использовали Бах, Равель, Шопен.
Тоны звука
Сложный тон - это звучание нескольких частот сразу. Простой тон можно воспроизвести с помощью генератора звуковых сигналов, или камертоном. Сложный тон создается музыкальными инструментами и человеческим голосом. Спектр сложного тона состоит из основной частоты и множества дополнительных гармоник, так называемых обертонов. От чего зависит высота тона звука и самого звука? Она зависит от основной частоты тона. Но и интенсивность влияет на восприятие высоты звучания. Чем интенсивность больше, тем звук кажется ниже.
Громкость звука
Громкость звука характеризует уровень звукового ощущения. От чего зависит громкость и высота звука? Восприятие громкости звука - ощущение субъективное и зависит как от интенсивности звука, так и от возраста, пола, этнической принадлежности, условий прослушивания. Ощущение громкости описывается психофизическим законом Вебера-Фехнера. В соответствии с этим законом, если интенсивность звука растет в геометрической прогрессии, то ощущение громкости - в арифметической. (Логарифмическая зависимость). От чего зависит громкость и высота звучания? От множества причин. Высота звучания кажется ниже, когда громкость увеличивается. Человеку всегда низкие и высокие частоты кажутся тише, чем средние.
Тембр звука
Тембр определяется Окраску спектру придают обертоны (гармоники основной частоты). Они придают эмоциональную окраску любому звучанию. От чего зависят высота и тембр звука? Они зависят от конструкции и материалов музыкальных инструментов, от особенностей человеческого голоса. Возникающие многочисленные обертоны придают звучанию неповторимость.
Каждая из знаменитых скрипок Страдивари обладала уникальным тембром. Это определялось и формой резонатора, и типом дерева, и даже лаком покрытия.
Некоторые считают, что особенное восприятие звука человеком способствовало в древности его выживанию. Для анализа внешних шумов необходимо было понять, от чего зависит высота звука, вычленить из массы шумов, звуковых частот звуки подкрадывающегося хищника или вовремя услышать приближение какой-либо природной катастрофы.
Сейчас появилась возможность синтезировать любые звуки, обрабатывать существующие аудиозаписи для достижения нужного эффекта. Но еще на заре звукозаписи делались звуковые комбинации. Примером такого эффекта может служить знаменитый крик Тарзана, созданный искусственно в 1932 г.
Архитектурная акустика
От чего зависит Конечно, от помещения, в котором он возникает.
Об этом знали еще в древности и строили храмы с учетом акустических элементов, теоретическое обоснование для которых было разработано впоследствии. Это и акустическая форма куполов, и акустические раковины.
Если малыша, -- конечно такого, который слышал раньше, как играют на рояле, видел вблизи клавиши, -- попросить изобразить на инструменте птичку, то он начнет быстро перебирать клавиши на правой стороне клавиатуры, чтобы получить высокие звуки. Если же ему нужно показать рев медведя, он подвинется влево и станет нажимать самые низкие, басовые клавиши. Вот мы и назвали уже слова низкие, высокие, характеризующие одно из основных свойств звука. Свойство это -- высота. На рояле особенно хорошо в ней разбираться: очень наглядно. Нажмите клавиши слева, то есть «внизу». Нижними нотами условились называть самые «густые» звуки, что ли- Они -- словно фундамент звучания, на котором возводится все музыкальное здание. Продвигайтесь постепенно вправо или, как привыкли говорить музыканты, «вверх» по клавиатуре. Действительно, возникает ощущение подъема, восхождения, просветления. Вот вы и услышали нижние и верхние звуки, услышали разницу между ними. А теперь откройте крышку рояля. Вы увидите, что струны в нем не одинаковы. Вы, конечно, заметили, что у рояля своеобразная форма, похожая на крыло. В соответствии с этой формой расположены его струны -- слева длинные, чем дальше вправо, тем короче. Кроме того, те из струн, которые соответствуют нижним звукам -- толстые, обвитые так называемой канителью, а верхние -- тонкие. От длины и толщины струны и зависит высота звука, который на ней можно извлечь. Если попробовать сформулировать более общее правило, -- то высота звука это результат частоты колебаний звучащего тела. А ведь частота и зависит от длины и толщины. Попробуйте натянуть нитку и дернуть ее пальцем: получится звук. А теперь сделайте то же с бечевкой. Услышали разницу? Высота звука -- это его физическое свойство. Она поддастся измерению. Так, камертон (почитайте и о нем в этой книжке), издающий ноту ля первой октавы, дает четыреста сорок колебании в секунду. Вы, наверное, знаете, что человеческое ухо способно воспринять далеко не все звуковые колебания. Бывают звуки настолько высокие, что мы их не слышим, хотя некоторые животные их издают и, разумеется, воспринимают. Таким звукам соответствуют колебания свыше двадцати тысяч в секунду. Это уже область, называемая ультразвуком. Ультразвук используется в технике и медицине. Некоторые композиторы сейчас начали применять очень низкие звучания, практически тоже не воспринимаемые человеческим ухом как звуки. Они возникают при колебаниях менее шестнадцати в секунду. Вы спросите, зачем их применять, если они все равно не слышны? Дело в том, что эти очень низкие колебания -- они называются инфразвуком, -- хотя и не слышны, но все же воспринимаются нами. Они воздействуют на нервную систему, на психику, создавая ощущение беспокойства, страха. Только пользоваться ими нужно крайне осторожно, иначе они могут даже стать причиной несчастья. Высота звука записывается нотами на нотном стане. Для того, чтобы было удобно читать эти записи, изобретена система так называемых ключей. Об этом вы можете прочесть в рассказах «Нота» и «Ключ», найдя их в книжке далее, по алфавиту.
- - форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты В. з. увеличивается...
Естествознание. Энциклопедический словарь
- - Высота звука - субъективное качество звуков, обусловленное их частотой, т.е. числом колебаний в секунду...
Психологический словарь
- - Если малыша, -- конечно такого, который слышал раньше, как играют на рояле, видел вблизи клавиши, -- попросить изобразить на инструменте птичку, то он начнет быстро перебирать клавиши на правой стороне клавиатуры, чтобы...
Музыкальный словарь
- - условная качеств. хар-ка музыкального, т.е. периодич. или почти периодич., звука, определяемая человеком на слух и связанная в осн. с частотой звука. С ростом частоты В. з. повышается...
Большой энциклопедический политехнический словарь
- - см. Звука анализ...
- - качество Звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее в основном от его частоты, т. е. от числа колебаний в секунду. С ростом частоты В. з. повышается...
Большая Советская энциклопедия
- - качество звука, форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты высота звука увеличивается...
Большой энциклопедический словарь
- - ...
Орфографический словарь-справочник
- - Особенность звука, которая определяется числом колебаний в единицу времени. Для гласного высота равна 400 гц, для - 800 гц. В речи высота зависит от длины и натянутости голосовых связок...
Словарь лингвистических терминов Т.В. Жеребило
- - ...
Орфографический словарь русского языка
- - ни зву/ка...
Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
- - ни зву́ка I предик. О всеобщем полном молчании, когда не произносится ни слова, ; полной тишине...
Толковый словарь Ефремовой
- - Экспрес. Полнейшее безмолвие; абсолютная тишина. - Все столпились вокруг стола и жадно смотрели на золотую струю. Ни слова, ни звука… Даже дыхание у всех спёрлось. На шоссе - ни звука. Это понятно...
Фразеологический словарь русского литературного языка
- - Разг. О полной тишине, безмолвии, молчании. ФСРЯ, 172...
Большой словарь русских поговорок
- - безмолвно, в молчании, не проронив ни звука, не проронив ни слова, молчанкой, в полном молчании, не говоря ни слова, молча, без слова, в молчанку, не издав ни звука, без единого звука, без единого слова, без слов,...
Словарь синонимов
- - мертвая тишина, наступи на язык, молчок, губы на крючок, замолчите, замолчи, заткни фонтан, засохни, закрой клапан, молчите, гробовая тишина, шш, застегни рот, ни гу-гу, ни мур-мур, могильная тишина, молчание, молчи, ни...
Словарь синонимов
"ВЫСОТА ЗВУКА" в книгах
Высота 70.9
Из книги Записки русского изгнанника автора Беляев Иван ТимофеевичВысота 70.9 Все затихло на фронте…И одновременно, казалось, успокоилась и вся природа… Холодные дожди, сырость, туман уступили место ясному небу и сухому, живительному дыханию ветерка. Прояснело и на душе. Но где-то в глубине человеческого организма заложено шестое
Высота
Из книги У самого Черного моря. Книга III автора Авдеев Михаил ВасильевичВысота Если бы судьба снова даровала мне молодость и поставила передо мной выбор, я, не задумываясь, вновь стал бы летчиком.И совсем не потому, что эта профессия для меня лучше любой другой.Это - как первая любовь, которая никогда не тускнеет.Кто хоть единожды испытал
Высота 246
Из книги Пламенное небо автора Степаненко Иван НикифоровичВысота 246 Третий год идет тяжелая, кровопролитная война. Враг еще силен, но уверенность советских воинов в победе крепнет изо дня в день.На нашем участке бои ведутся в районе севернее Людиново. Могучее дыхание фронта чувствуется и в воздухе. Большие группы краснозвездных
ВЫСОТА
Из книги Из одного котелка автора Мыслиньский СтаниславВЫСОТА Мы отчетливо видели, как они делали длинные перебежки. Потом потеряли их из виду. Покрасневшими от недосыпания глазами осматривали высоту. А она угрюмо молчала, ощетинившись стволами. Высота, одна из наиболее укрепленных в центральном районе гитлеровской обороны
ВЫСОТА
Из книги Советские космонавты автора Ребров Михаил ФедоровичВЫСОТА Владимир Афанасьевич ЛяховЛетчик-космонавт СССР, Герой Советского Союза полковник Владимир Афанасьевич Ляхов, Родился в 1941 году в городе Антрацит Ворошилов-градской области. Член КПСС. Совершил полет в космос в 1979 году.- Здесь такая красота! Неимоверная
Высота 550
Из книги Наше небо автора Кайтанов Константин ФёдоровичВысота 550 Самолет плавно оторвался от земли. Перегнувшись за борт кабины, я смотрел на удаляющуюся землю.Сквозь дрожащий и нагретый июльским солнцем воздух я видел узенькую рельсовую дорожку. Сразу же за ней тянулся густой зеленый парк, изрезанный дорожками. Сквозь
Высота
Из книги Педагогические притчи (сборник) автора Амонашвили Шалва АлександровичВысота Люблю я высоту.Я радуюсь за стройный тополь, который может созерцать мир со своей высоты.Радуюсь за жирафа, у которого длинная шея и который может многое увидеть первым.Радуюсь за орла, который может набрать заоблачную высоту.Радуюсь за Кавказские горы,
Высота
Из книги автораВысота Разбитый дот. Осколочный металл. Война давно ржавеет в катакомбах. Вслепую здесь похоронил обвал В корнях берез не взорванную бомбу. А соловьи поют. Земля в цвету. Среди травы разбросаны ромашки. Березы атакуют высоту, Как моряки в разорванных
Высота 244.0
автораВысота 244.0 (30 июня)А всего несколькими часами позже, утром 30 июня, 112-й полк 52-й дивизии, добравшийся от Большой Лицы до Титовки менее чем за 12 часов, в трех километрах за Южным мостом наткнулся на передовые заслоны егерей и до выяснения обстановки занял оборону.Батальон
Высота 314,9
Из книги Десанты 1941 года автора Юновидов Анатолий СергеевичВысота 314,9 (18 июля)Теперь перед рубежом обороны 58-го полка поднималась круто вверх трехглавая высота 314,9, господствовавшая над окружающей местностью. В глубину высота простиралась больше чем на два километра, при этом все три ее вершины образовывали треугольник,
Высота 314.9
Из книги Десанты 1941 года автора Юновидов Анатолий СергеевичВысота 314.9 (14–18 сентября)Вечером 14 сентября немцы неожиданно начали наступательные действия на участке 14-й дивизии и нанесли быстрый удар с юга в ее тылы, с ходу перерезав Мишуковскую дорогу.Вся артиллерия и командный пункт дивизии были вынуждены отойти к северу, а ее
Высота 314.9
Из книги Десанты 1941 года автора Юновидов Анатолий СергеевичВысота 314.9 (7–9 ноября)После издания Гитлером директив о переходе к обороне на Мурманском направлении, крупных боевых действий на Лицском плацдарме до 1942 г. не велось. Однако в ноябре командование 52-й дивизии решило снова взять к годовщине Октябрьской революции
Высота звука
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВЫ) автора БСЭВЫСОТА
Из книги Каменный пояс, 1979 автора Катаев Валентин ПетровичВЫСОТА 1. Вы видели высоту? Вы видели высоту? Бывали на ней хоть раз? Ту высоту-красоту, Где молнии возле глаз? Ту высоту, где вдруг Растут облаков грибы, Где кружится пепел вьюг И ветры сшибают лбы? Вы слышали высоту? Здесь рядом гуляет гром, И, задевая звезду, Птицы свистят
Высота
Из книги Варшавское шоссе – любой ценой. Трагедия Зайцевой горы. 1942–1943 автора Ильюшечкин Александр АлександровичКак уже упоминалось, поскольку высота звука является репрезентацией частоты звуковых колебаний, как правило, используются единицы измерения частоты - Герцы (Hz), где количество Герц, это количество колебаний в секунду:
Однако, используются и альтернативные системы измерения высоты звука, основанные на физиологическом (Барки) и психофизиологическом (Мелы) механизме его восприятия.
«Критические полосы» и Барки
Критическая полоса (ее также называют полосой равной разборчивости) - это минимальная полоса частот, которая возбуждает одну и ту же часть базилярной мембраны. В частотном промежутке от 0 до 16 кГц опытным путем были определены 24 критические полосы:
0-100 Гц,
100-200 Гц,
200-300 Гц,
300- 400 Гц,
400-510 Гц,
510-630 Гц,
630-770 Гц,
770-920 Гц,
920-1080 Гц,
1080- 1270 Гц,
1270-1480 Гц,
1480-1720 Гц,
1720-2000 Гц,
2000-2320 Гц,
2320- 2700 Гц,
2700-3150 Гц,
3150-3700 Гц,
3700-4400 Гц,
4400-5300 Гц,
5300- 6400 Гц,
6400-7700 Гц,
7700-9500 Гц,
9500-12 000 Гц
12 000-15 500 Гц
Звуковой сигнал в пределах одной и той же критической полосы как бы обобщается мозгом, создавая близкие слуховые ощущения. Если же звуковой сигнал переходит из одной критической полосы в другую, то слуховые ощущения в момент перехода заметно изменяются, потому что мозг анализирует информацию, полученную из разных критических полос, раздельно. Это не значит, что два тона, попавшие в одну критическую полосу, не различимы на слух, однако, слуховые ощущения внутри одной полосы очень близки, а в разных полосах - отличаются существенно. Участки базилярной мембраны, соответствующие критическим полосам, имеют приблизительно равную длину, которая составляет 1,2 мм на полосу.
Для удобства работы с критическими полосами существует специальная единица измерения частоты - Барк. В таблице приведены критические полосы и соответствующие им параметры:
|
Барк, № полосы |
Критическая полоса (диапаз.), Гц |
Ширина критической полосы, Гц |
Центральная частота критической полосы, Гц |
Измерение субъективного ощущения высоты и Мелы
На этой шкале равное изменение частоты в Мелах соответствует равному изменению ощущения высоты тона. Уже привычная нам шкала частот с единицей измерения “герц” такого свойства не имеет. Например, изменения частоты от 500 до 1000 Гц и от 1000 до 2000 Гц воспринимаются на слух слушателем, как неравные. В то же самое время звуковой сигнал с частотой 1000 мел кажется слушателю ровно в два раза “выше”, чем сигнал с частотой 500 мел, и в два раза “ниже”, чем сигнал с частотой 2000 мел. (Закон Вебера-Фехнера):
Итак, частотные параметры звука могут измеряться в Герцах, Мелах и Барках.
Герц - это единица измерения, которой удобно пользоваться при проведении спектрального анализа.
Мел и Барк - это психофизиологические акустические единицы измерения высоты тона, используемые в психоакустике при оценке субъективной высотой тона.
Как видно из графика, шкалы барков и мелов приблизительно совпадают, хотя некоторые расхождения наблюдаются в области средних частот:
В музыке используются другие шкалы для оценки высоты тона - музыкальные: полутоны, тоны, октавы и другие музыкальные интервалы. Следует отметить, что связь с психофизической шкалой высоты тона, построенной для чистых тонов, неоднозначна. До частоты примерно 5000 Гц увеличение высоты тона на октаву связано с удвоением частоты. Например, переход от ноты ля первой октавы к ноте ля второй октавы соответствует увеличению частоты от 440 до 880 Гц. Но выше частоты 5000 Гц это соответствие нарушается - чтобы получить ощущение увеличения высоты на октаву, надо увеличить соотношение частот почти в 10 раз, что следует иметь в виду при создании компьютерных композиций. Это дало основание некоторым ученым предложить две размерности высоты тона: психофизическую в мелах, пропорциональную в некоторых пределах логарифму частоты, установленную для чистых тонов (pitch height) и музыкальную, соответствующую названию нот (pitch chroma), которая может быть определена примерно до 5000 Гц. Следует отметить, что даже музыканты с абсолютным музыкальным слухом затрудняются в определении нот для звуков с частотой выше 5000 Гц. Это говорит о том, что механизмы восприятия высоты тона до 5000 Гц и выше - различны. (И. Алдошина)
С помощью данного видеурока вы сможете изучить тему «Источники звука. Звуковые колебания. Высота, тембр, громкость». На этом занятии вы узнаете, что такое звук. Также мы рассмотрим диапазоны звуковых колебаний, воспринимаемые человеческим слухом. Определим, что может быть источником звука и какие необходимы условия для его возникновения. Также изучим такие характеристики звука, как высота, тембр и громкость.
Тема урока посвящена источникам звука, звуковым колебаниям. Поговорим мы и о характеристиках звука - высоте, громкости и тембре. Прежде чем говорить о звуке, о звуковых волнах, давайте вспомним, что механические волны распространяются в упругих средах. Часть продольных механических волн, которая воспринимается человеческими органами слуха, называется звуком, звуковыми волнами. Звук - это воспринимаемые человеческими органами слуха механические волны, которые вызывают звуковые ощущения .
Опыты показывают, что человеческое ухо, органы слуха человека воспринимают колебания частотами от 16 Гц до 20000 Гц. Именно этот диапазон мы и называем звуковым. Конечно, существуют волны, частота которых меньше 16 Гц (инфразвук) и больше 20000 Гц (ультразвук). Но этот диапазон, эти разделы человеческим ухом не воспринимаются.
Рис. 1. Диапазон слышимости человеческого уха
Как мы говорили, области инфразвука и ультразвука человеческими органами слуха не воспринимаются. Хотя могут восприниматься, например, некоторыми животными, насекомыми.
Что такое ? Источниками звука могут быть любые тела, которые совершают колебания со звуковой частотой (от 16 до 20000 Гц)
Рис. 2. Зажатая в тиски колеблющаяся линейка может быть источником звука
Обратимся к опыту и посмотрим, как образуется звуковая волна. Для этого нам потребуется металлическая линейка, которую мы зажмем в тиски. Теперь, воздействуя на линейку, мы сможем наблюдать колебания, но никакого звука не слышим. И тем не менее вокруг линейки создается механическая волна. Обратите внимание, когда линейка смещается в одну сторону, здесь образуется уплотнение воздуха. В другую сторону - тоже уплотнение. Между этими уплотнениями образуется разряжение воздуха. Продольная волна - это и есть звуковая волна, состоящая из уплотнений и разряжений воздуха . Частота колебаний линейки в данном случае меньше звуковой частоты, поэтому мы не слышим этой волны, этого звука. На основе опыта, который мы только что пронаблюдали, в конце XVIII века был создан прибор, который называется камертон.
Рис. 3. Распространение продольных звуковых волн от камертона
Как мы убедились, звук появляется в результате колебаний тела со звуковой частотой. Распространяются звуковые волны во все стороны. Между слуховым аппаратом человека и источником звуковых волн обязательно должна быть среда. Эта среда может газообразной быть, жидкой, твердой, но это обязательно должны быть частицы, способные передавать колебания. Процесс передачи звуковых волн должен обязательно происходить там, где есть вещество. Если вещества нет, никакого звука мы не услышим.
Для существования звука необходимы:
1. Источник звука
2. Среда
3. Слуховой аппарат
4. Частота 16-20000 Гц
5. Интенсивность
Теперь перейдем к обсуждению характеристик звука. Первая - это высота звука. Высота звука - характеристика, которая определяется частотой колебаний . Чем больше частота у тела, которое производит колебания, тем звук будет выше. Давайте вновь обратимся к линейке, зажатой в тиски. Как мы уже говорили, мы видели колебания, но не слышали звука. Если теперь длину линейки сделать меньше, то мы будем слышать звук, но увидеть колебания будет гораздо сложнее. Посмотрите на линейку. Если мы подействуем на нее сейчас, звука никакого мы не услышим, но зато наблюдаем колебания. Если укоротим линейку, мы услышим звук определенной высоты. Мы можем сделать длину линейки еще короче, тогда мы услышим звук еще большей высоты (частоты). То же самое мы можем пронаблюдать и с камертонами. Если мы возьмем большой камертон (он еще называется демонстрационный) и ударим по ножкам такого камертона, то можем пронаблюдать колебание, но звука не услышим. Если возьмем другой камертон, то, ударив по нему, услышим определенный звук. И следующий камертон, настоящий настроечный камертон, который используется для настройки музыкальных инструментов. Он издает звук, соответствующий ноте ля, или, как говорят еще, 440 Гц.
Следующая характеристика - тембр звука. Тембром называется окраска звука . Как можно проиллюстрировать эту характеристику? Тембр - это то, чем отличаются два одинаковых звука, исполненные различными музыкальными инструментами. Вы все знаете, что нот у нас всего семь. Если мы услышим одну и ту же ноту ля, взятую на скрипке и на фортепиано, то мы отличим их. Мы сразу сможем сказать, какой инструмент этот звук создал. Именно эту особенность - окраску звука - и характеризует тембр. Нужно сказать, что тембр зависит от того, какие воспроизводятся звуковые колебания, кроме основного тона. Дело в том, что произвольные звуковые колебания довольно сложные. Они состоят из набора отдельных колебаний, говорят спектра колебаний . Именно воспроизведение дополнительных колебаний (обертонов) и характеризует красоту звучания того или иного голоса или инструмента. Тембр является одним из основных и ярких проявлений звука.
Еще одна характеристика - громкость. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний . Давайте посмотрим и убедимся, что громкость связана с амплитудой колебаний. Итак, возьмем камертон. Сделаем следующее: если ударить по камертону слабо, то амплитуда колебаний будет небольшая и звук будет тихий. Если теперь по камертону ударить сильнее, то и звук гораздо громче. Это связано с тем, что амплитуда колебаний будет гораздо больше. Восприятие звука - вещь субъективная, зависит от того, каков слуховой аппарат, каково самочувствие человека.
Список дополнительной литературы:
А так ли хорошо знаком вам звук? // Квант. — 1992. — № 8. — C. 40-41. Кикоин А.К. О музыкальных звуках и их источниках // Квант. — 1985. — № 9. — С. 26-28. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 3. - М., 1974.
