Громкость, высота, тембр звука
- Громкость звука
Звук, создаваемый одним источником, отличается от звука, создаваемого другим. Например, каждая из струн гитары издает звук, отличающийся от звука, который выдается другими струнами.
Две, казалось бы, совершенно одинаковые скрипки могут звучать по-разному. При этом звук скрипки нельзя спутать со звуком гобоя, звук барабана — со звуком тромбона. Те же звуки, созданные разными людьми, отличаются друг от друга.
Все это свидетельствует о необходимости ввести характеристики, с помощью которых можно было бы оценивать излучения и восприятия звука.
Ударим молоточком по ножке камертона с прикрепленным к ней острием и проведем ним по закопченному стеклу. Мы увидим знакомый волнообразный следует, изображенный на рисунке.
Ударив по ветке камертона сильнее, мы услышим более громкий звук, а самое на пластинке оставит след, отличающийся от первого большим «размахом», то есть большей амплитудой колебаний. Итак,
· громкость звука определяется амплитудой колебаний тела, звучит . </em>
Конечно, чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем звук кажется более громким, но громкость для звуков различных частот будет разной. Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких (около 20 кГц) частот и значительно лучше — звуки средних частот (от 300 Гц до 3000 Гц). Это объясняется строением органов слуха человека.
- Высота звука
Если специальным резиновым молоточком ударить по «ножках» камертона, то он будет издавать звук, что называется музыкальным тоном .
Мы хорошо знаем, что звук бывает высокий и низкий. Как известно, бас поет низким голосом, а тенор — высоким. От какой же характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что
· высота звука определяется частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше.
Частота звуковых колебаний, создаваемых музыкальными инструментами, может изменяться от 20 до 4000 Гц.
Писк комара соответствует 500-600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля — 220 взмахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц, хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.
В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до 2000 Гц.
- Тембр звука
Звуки одинаковой высоты и громкости, создаваемые различными музыкальными инструментами, звучат по-разному, даже та же нота, взятая различными певцами, звучит по-разному.
Особое качество звука — его окрас, характерный для каждого голоса или музыкального инструмента, — называют тембром . Тембр связан со специфическими свойствами источника звука.
От чего же зависит тембр звука? Оказывается, что любой источник звука (при незначительных исключений, например, камертона) осуществляет сложные Несинусоидальные колебания. Их можно наблюдать с помощью осциллографа. Если подключить микрофон и спеть какую-нибудь мелодию, то на экране осциллографа появится не синусоида, а сложнее кривая.
На рисунке показаны графики колебаний воздуха у рта человека, поет звуки «А» и «В». Обратите внимание, что колебания воздуха (и голосовых связок человека) являются достаточно сложными, поскольку состоят как бы из нескольких колебаний, накладываются друг на друга.
Несинусоидальный колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами. Колебания с наименьшей частотой называется основным тоном , а колебания с более высокой частотой называется обертоном , или гармоникой .
· Тембр звука определяет его окраску. Он определяется наличием и интенсивностью обертонов — частот, кратных основной.
Именно благодаря тембра звуки различных музыкальных инструментов имеют разное звучание. Чем больше обертонов, тем «насыщеннее», красивее звук. Волшебный серебристый оттенок голосов хороших певцов обусловлен именно высокими обертонами.
- Отражение звука
Звук, распространяясь в какой-либо среде, доходит до препятствия и почти полностью отражается. В этом можно убедиться на многих опытах.
В лесу, горах, иногда в помещениях нам приходилось слышать эхо.
Луна — результат отражение звука: звуковые волны отражаются от различных препятствий, даже от облаков. Иногда можно услышать даже многократную эхо — результат нескольких отражений.
Эти и другие опыты с механическими волнами позволяют сформулировать обобщения: механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред.
Отражение звука происходит по такому же закону, что и отражение света угол отражение равно кутупадиння .
- Неслышные звуки
Звук, воспринимается или слышится ухом человека, имеет частоты в диапазоне 20-20 000 Гц. Звуковые волны с более низкими частотами называют инфразвуком , а с выше — ультразвуком .
Инфразвук вызывают, например, землетрясения и вибрация тяжелых механизмов, автомобилей, тракторов и бытовых приборов. Например, сельскохозяйственные тракторы и грузовики имеют максимальные вибрации в диапазоне 1,5-3,5 Гц, гусеничные тракторы — около 5 Гц. Музыкальный орган так же может излучать инфразвук. Всевозможные взрывы и обвалы также могут излучать звуки инфракрасных частот.
Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Такие звуки не слышны, однако они оказывают негативное воздействие на организм человека: появляется повышенная нервозность, чувство страха, приступы тошноты. Иногда из носа и ушей идет кровь.
Чувствительны приемники ультразвука показали, что он входит в состав шума ветра и водопадов, в состав звуков, излучаемых некоторыми животными.
Ультразвуковые волны можно получить с помощью специальных высокочастотных излучателей. Узкий параллельный пучок ультразвуковых волн в процессе распространения очень мало расширяется. Благодаря этому ультразвуковую волну можно излучать в заданном направлении.
Ультразвук сегодня широко применяют в различных отраслях. Например, с его помощью измеряют глубину моря. С судна посылают ультразвуковой сигнал и определяют промежуток времени, прошедший до момента прихода сигнала, отраженного от дна. Зная скорость звука в воде, можно определить расстояние до дна. Прибор для измерения глубины дна называют эхолотом .
С помощью ультразвука «просвечивают» металлические изделия для выявления в них скрытых дефектов — посторонних включений, трещин или пустот.
Ультразвук широко используют и в медицине — как для обследования больного, так и для его лечения. Лечение ультразвуком основано на том, что он вызывает внутренний разогрев тканей организма.