78 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные звуковые характеристики

21. Звук. Виды звуков. Физические характеристики звука. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Шкала уровней интенсивности звука.

Звук – распространяющийся в виде продольных волн колебательное движение частиц упругой среды: газообразной, жидкой или твёрдой.

Звуки, встречающиеся в природе, разделяют на несколько видов.

Тон это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Простой тон создается телом, колеблющимся по гармоническому закону (например, камертоном). Сложный тон создается периодическими колебаниями, которые не являются гармоническими (например, звук музыкального инструмента, звук, создаваемый речевым аппаратом человека).Сложный то может быть разложен на простые .Наименьшая частота V0 такого разложения соответствует основному тону. Остальные гармоники имеют частоты,равные 2 V0, 3 V0 и т д.Набор частот с указанием их амплитуды называется акустическим спектром .Спектр сложного тона линейчатый

Шум – это звук, имеющий сложную неповторяющуюся временную зависимость и представляющий собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов (шелест листьев) Спектр шума сплошной

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).

Физические характеристики звука :

Энергетической характеристикой звука как механической волны является интенсивность. Но на практике для оценки звука удобнее использовать звуковое давление, которое дополнительно возникает при прохождении звуковых волн в жидкостях или газах. Интенсивность I и звуковое давление p связаны соотношением

Рассмотренные характеристики звука являются объективными характеристиками ,т к их можно оценивать с помощью приборов

. В слуховом ощущении субъективно (звук оценивается человеком) различаются высота, громкость и тембр звука. Каждая из этих характеристик, в свою очередь, зависит от физических величин, имеющих объективный смысл: частоты и интенсивности звуковой волны.

Высота тона зависит от частоты колебаний. Чем больше частота, тем выше кажется звук.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, который, в основном, определяется частотами и амплитудами обертонов

Громкость звука зависит от интенсивности звука

Наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть воспринята органами слуха называется порогом слышимости I. Наибольшая интенсивность звуковой волны, при которой восприятие звука не вызывает болевого ощущения, называется порогом болевого ощущения или порогом осязания

Тембр – это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей.

. Самый громкий звук, который способно воспринимать наше ухо, имеет интенсивность в 10 13 раз больше интенсивности самого тихого звука, который мы еще можем услышать. Поэтому удобно сравнивать интенсивности звуков в логарифмической шкале. В этой шкале уровень интенсивности звука выражается в белах (Б). Если уровень какого-то звука на выше, чем у другого, то отношение интенсивностей этих звуков равно 10. Если уровни звуков различаются на , то отношение их интенсивностей 10 2 и т.д.

Обычно уровни интенсивностей звуков выражают в децибелах (дБ):

При построении шкалы уровней интенсивности звука значение I принимают за начальный уровень шкалы ,любую другую интенсивность I выражают через десятичный логарифм ее отношения к I :

или при использовании децибел

Общие понятия о звуке и его характеристиках

Звук – это упругие механические колебания частиц среды, частота которых находится в пределах условно принятого диапазона 20 Гц – 20 кГц, приближённого к диапазону, воспринимаемому человеческим слухом.

Если частота таких колебаний ниже или выше, они называются инфразвуком или ультразвуком соответственно. Физически они идентичны звуку, поэтому нижеследующее справедливо и для них. Звуковая волна, звуковое поле и акустический сигнал – понятия, тождественные звуку, хотя применяются в разном контексте. Но следует различать звук как физическое явление и слуховые ощущения – как явление психическое.

Звуковые волны порождаются периодическими колебаниями различных тел (рис. 1). Тело колеблется на характерной для него собственной частоте, зависящей от его свойств: например, от длины, толщины и натяжения струны, а также – плотности материала, из которого она изготовлена. Звуковая волна – это явление переноса «возмущения» или энергии механических колебаний в упругой среде. В отличие от аэродинамических процессов, распространения частиц газовой среды не происходит – они колеблются возле их изначальных положений. Движение частиц в продольных волнах совершается вдоль направления их распространения, а в поперечных – перпендикулярно ему. Звуковые колебания в газах являются продольными, а поперечные волны распространяются только в твёрдых телах – струнах, мембранах или пластинках. В вакууме звук невозможен ввиду отсутствия носителя, если не брать во внимание эффект вакуумного туннелирования фононов…


Рисунок 1. Звуковая волна

Фронт волны – это поверхность, образованная точками среды, находящимися в одной фазе колебания. Если размеры источника звука меньше длины излучаемой им волны и расстояние до приёмника невелико, фронт звуковой волны можно считать сферическим. Если же размеры излучателя значительно больше длины волны или расстояние до приёмника значительно – фронт звуковой волны можно считать плоским. Понятие сферических волн применимо в основном для низких частот на малых расстояниях от источника – вдали их можно считать плоскими из-за большого радиуса кривизны. Плотность энергии сферической волны снижается при расхождении – до приёмника доходит лишь незначительная часть излучённой энергии. Излучатель, сильно вытянутый в одном направлении, на низких частотах создаёт цилиндрические волны. Звуковое давление снижается с увеличением расстояния до источника звука вследствие трения, причём высокочастотные волны теряют энергию быстрее низкочастотных волн с плоским фронтом излучения, производя больше трения.

Звуковое поле представляет собой периодически чередующиеся области сгущения и разряжения среды или зоны повышенного и пониженного давления. Звуковое давление – это разность между мгновенным и статическим атмосферным давлением в данной точке среды при прохождении через неё звуковой волны (рис. 2). В областях сгущения среды звуковое давление положительно, а в разряженных зонах – отрицательно. Так как звуковое давление постоянно меняется c большой скоростью, часто имеется ввиду его среднеквадратичное (Root Mean Square) значение. Уровень звукового давления или SPL – это среднеквадратичное значение звукового давления, измеренное по децибельной шкале с опорным уровнем в 20 мкПа, близким к абсолютному слуховому порогу на частоте 1 кГц. Уровень звукового давления – та характеристика, которая наиболее явно коррелирует с субъективным ощущением громкости. Помимо SPL существуют пропорциональные ему показатели, реже применяемые на практике: амплитуда звуковых колебаний, интенсивность звука, плотность звуковой энергии и прочие энергетические параметры. Подробнее о звуковом поле, слуховом восприятии, уровнях в аудио и децибельных шкалах будет сказано в последующих статьях.


Рисунок 2. График давления в точке воздушной среды

Каждая из частиц среды, в соответствии с принципом суперпозиции, может принимать участие в нескольких колебательных процессах. Сложное колебательное движение может быть представлено суммой простых гармонических колебаний с определённой частотой, амплитудой и фазой – такое представление является результатом преобразования Фурье. Амплитудно-частотное соотношение компонентов сложного колебания называют амплитудным или частотным спектром. Помимо амплитудно-частотного существует также фазо-частотное соотношение, называемое фазовым спектром.

Одной из важнейших характеристик звука, используемой аудиоинженерами, является ЧХЗД – частотная характеристика звукового давления или АЧХ – амплитудно-частотная характеристика, также строящаяся в системе координат «частота – уровень звукового давления». Крайне информативно временное распределение ЧХЗД, называемое сонограммой, а в некоторых случаях – кумулятивным спектром затуханий или waterfall’ом. Акустические измерения проводятся откалиброванными микрофонами, являющимися преобразователями звукового давления или его градиента в аналоговый электрический сигнал, который впоследствии анализируется электронными устройствами. Такой сигнал не является звуком – он лишь содержит информацию, которую можно преобразовать обратно в подобный исходному звук с помощью усилителя мощности звуковых частот и громкоговорителя.

Звук распространяется с определённой скоростью, которая зависит от состава среды (влажности воздуха), давления и температуры. В свою очередь, от скорости звука зависит длина звуковой волны на той или иной частоте – это имеет практическое значение, например, при настройке временных задержек на процессорах акустических систем… Для реальных температурных условий, от –20 °C до +35 °C, возможный диапазон для скорости звука составит 315…350 м/c, а длина волны на любой частоте будет варьироваться в пределах 5% относительно таковой для средней температуры +7.5 °C. Нормальной считается скорость звука 343 м/c при нормальной влажности, атмосферном давлении в 101325 Па и температуре +20 °C. Для сравнения – скорости звука в воде и металле: 1.5 км/с и 5 км/с соответственно.

Читать еще:  Почему болят уши от сережек и что можно сделать

Звуковые волны — свойства, характеристики и примеры применения в физике

В общем случае звуковые волны физика рассматривает как распространение возмущений давления в упругих средах. Человеческое ухо улавливает аномалию, воспринимая звук.

Изучающая свойства явления наука называется акустикой. От греческого ἀκούω (слышать). Имеются в виду небольшие изменения параметров в отличие от физики ударных волн.

Звуковые волны

Процесс распространения связан с колебательным механическим движением частиц. Достаточно каким-либо образом создать скачок давления, и частицы «толкнут» соседние.

Уравнение звуковой волны в газе (гармоничные колебания) будет выглядеть так:

p – начальное давление (Па);

ω – круговая частота (Гц);

k – волновое число.

Формулы связи длины звуковой волны, скорости, иные характеристики:

v – скорость волны (м/с);

λ – длина волны (м);

Источник звука

Под источником звука понимают вещь, спровоцировавшую волну. Например, динамик или музыкальный инструмент.

В громкоговорителе для извлечения шума используется подвижная мембрана. В духовых инструментах – движение воздуха по внутренним ходам различной геометрии.

Из струнных звук извлекают при помощи трения смычка или при помощи щипков, ударов. Человек выдает речь, вокал, при помощи голосовых связок.

Скорость звуковой волны

Скорость распространения акустической волны является важной физической характеристикой среды или материала, поскольку со скоростью звука передаются любые возмущения.

Величина зависит от упругих свойств среды. Например, от давления, температуры. Для атмосферного воздуха важна влажность.

В общем случае определяется отношением модуля всестороннего сжатия и номинальной плотностью.

Для практических целей замеряется опытным путем. В жидкостях звук распространяется быстрее, чем в газах.

Громкость

Зависит от перемещаемой волной энергии. Замеряют в Вт/м 2 . Но интенсивность принято измерять в децибелах.

Существует масса приложений для компьютеров, смартфонов. Специалисты вооружаются специализированными устройствами.

Бел – десятичный логарифм отношения текущего уровня интенсивности в фоновому, пороговому. Осталось умножить на 10 (поскольку децибел).

Вот примеры уровня шума для разных источников.

Высота и тембр звука

Считается, что человеческое ухо воспринимает с разным успехом частоты диапазона 20…20 000 Гц. Оптимальными для слуха является интервал 1 000…5 000 Гц.

Высота определяется частотой. В связанной с музыкальными инструментами акустике измеряется также в мелах.

В музыкальных колонках в зависимости от частот звук может разделяться на полосы (НЧ, СЧ, ВЧ). На каждый громкоговоритель поступает соответственно отфильтрованный звук.

Рассуждения корректны, если имеем гармоничные колебания (синусоида), определенный тон. Примером такого звучания может служить камертон. Реальные инструменты дают дополнительные гармоники (обертона), образующие тембр.

Так выглядит звук от разных источников на одной ноте.

Звуковые явления

Звук обладает ярко выраженными волновыми свойствами:

1. Интерференция или сложение. В зависимости от условий волны могут взаимно усиливаться или ослабляться.

При проведении крупных концертных мероприятий учитывается возможные «деформации» звука в некоторых участках помещения. Эффект связан с обильным отражением (рефракцией) волн от стен, потолка, пола. Особенно коварно поведение линейных массивов.

Рота бойцов разрушит мост, идя по нему «в ногу». Конструкции не выдерживает наступающего резонанса.

2. Дифракция. Огибание препятствия, если длина волны существенно больше.

3. Замеренная частота источника увеличивается в процессе сближения с последним (эффект Доплера).

Применение звуковых волн

Помимо ценности общения друг с другом, звук дает возможность наслаждаться музыкой и обогащать свое представление об окружающем мире. Кроме слышимого спектра существуют инфра- и ультразвук. Ниже и выше границ слышимости соответственно.

УЗИ (ультразвуковое исследование) позволяет «увидеть» внутренности пациента без скальпеля и небезопасного рентгеновского аппарата. Эхолокатор поставляет морякам информацию о глубинах и рельефе дна. Офицер-гидроакустик обнаружит спрятавшуюся подводную лодку. Характер отражения ультразвука поможет обнаружить скрытый дефект в ответственной детали.

Слабо затухающий в средах инфразвук предупредит о стихийном бедствии. Регистрирующие приборы обнаруживают и локализуют сотрясения почвы и скальных пород. Это важно для изучения и предсказания землетрясений. Таким же образом обнаруживаются запрещенные испытания ядерного оружия. Предупрежден – значит вооружен.

Основные характеристики звука

Скорость звука в воздухе равняется 332,5 м/с при 0°С. При комнатной температуре (20°С) скорость звука составляет около 340 м/с. Скорость звука обозначается символом «с».

Частота.Звуки, воспринимаемые слуховым анализатором человека, образуют диапазон звуковых частот. Принято считать, что этот диапазон ограничен частотами от 16 до 20000 Гц. Эти границы весьма условны, что связано с индивидуальными особенностями слуха, возрастными изменениями чувствительности слухового анализатора (с возрастом верхняя граница слышимых частот падает до 14–16 кГц) и т.д. Это довольно широкий диапазон, перекрывающий три декады (диапазон частот с отношением максимальной частоты к минимальной равным 10). Из музыки к нам пришла и другая мера измерения диапазона частот звуковых колебаний – октава (отношение крайних частот диапазона равное 2).

Физическое понятие звука охватывает как слышимые, так и неслышимые частоты колебаний. Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц условно называют инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми. Инфразвуковые и ультразвуковые колебания ощущения звука у человека не вызывают.

Область инфразвуковых колебаний снизу практически не ограничена – в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц. Частоты порядка 20 Гц и ниже мы не столько слышим ухом, сколько воспринимаем телом и даже нашими внутренними органами. Однако когда такие частоты приближаются к частотам колебаний внутренних органов человека, они способны вызвать тревогу, чувство страха, эйфорию, а при достаточной силе звука привести даже к смертельному исходу. Заметим, что при этом человек не слышит эти звуки и не отдает себе отчет о причинах возникновения этих чувств.

Существует достаточно обоснованное мнение, что и ультразвуковые колебания все же влияют на ощущения человека при прослушивании музыкальных произведений, поскольку оказывают заметное влияние на форму звуковых волн, поэтому наиболее совершенные акустические системы способны воспроизводить ультразвуковые колебания с частотами до 35–50 кГц, а иногда и выше.

Интенсивность звука(Вт/м 2 ) определяется количеством энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Ухо человека воспринимает звук в весьма широком интервале интенсивности: от самых слабых слышимых звуков до самых громких, например создаваемых двигателем реактивного самолета.

Минимальная интенсивность звука, при которой возникает слуховое ощущение, называется порогом слухового восприятия. Он зависит от частоты звука (рис. 124). Наибольшей чувствительностью к звуку человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 до 4 кГц, соответственно и порог слухового восприятия здесь имеет наименьшее значение 10 –12 Вт/м 2 . Эта величина принята за нулевой уровень слышимости. При действии шумов и других звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается (маскировка звука – физиологический феномен, заключающийся в том, что при одновременном восприятии двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми), причем повышенное значение сохраняется некоторое время после прекращения действия отвлекающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. Порог слышимости может изменяться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности слушателя.

Рис. 124. Частотная зависимость стандартного порога слышимости синусоидального сигнала

Звуки высокой интенсивности вызывают ощущение давящей боли в ушах. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает ощущение давящей боли в ушах, называется порогом болевого ощущения. Так же, как и порог слухового восприятия, порог болевого ощущения зависит от частоты звуковых колебаний (рис. 124). Звуки, интенсивность которых приближается к болевому порогу, оказывают вредное воздействие на слух.

Читать еще:  Лечение нейросенсорная тугоухости 4 степени

Нормальное восприятие звука возможно, если интенсивность звука находится между порогом слышимости и болевым порогом.

Слуховой анализатор человека способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 2×10 –5 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге динамический диапазон (соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат) – 1:1000000. Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале неудобно.

С целью сжатия такого широкого динамического диапазона было введено понятие «бел». Бел – это простой логарифм отношения двух степеней, а децибел равен 0,1 бела.

Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, необходимо возвести давление (в паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (свойство логарифмов).

Для преобразования акустического давления в децибелы применяется формула:

где P – интересующее нас акустическое давление, P – исходное давление.

Оценку звука удобно проводить по уровню (L) интенсивности (звукового давления), рассчитываемому по формуле:

(дБ),

где J порог слухового восприятия, J – интенсивность звука (табл. 10).

Характеристика оценки звука по уровню интенсивности
относительно порога слухового восприятия

Характеристика звукаИнтенсивность, Вт/м 2Уровень интенсивности относительно порога слухового восприятия, дБ
Порог слухового восприятия10 –12
Тоны сердца, генерируемые через стетоскоп10 –11
Шепот10 –10 –10 –920–30
Речевые звуки при спокойной беседе10 –7 –10 –650–60
Шум, связанный с интенсивным движением транспорта10 –5 –10 –470–80
Шум, создаваемый концертом рок-музыки10 –3 –10 –290–100
Шум вблизи работающего двигателя самолета0,1–1,0110–120
Порог болевого ощущения

Представим связь между децибелами и обычными относительными единицами измерения отмеченных параметров (данные приведены для К = 20) (табл. 11).

|следующая лекция ==>
Основы записи-воспроизведения звука|Взаимосвязь логарифмических и относительных единиц измерения

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 1208 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Звуковые волны. Источники звука. Характеристики звука (Иванова М.Г.)

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Рис. 1. Звуковая волна

Раздел, который занимается в физике этими волнами, называется акустика. Профессия людей, которых в простонародье называют «слухачами», – акустики. Звуковая волна – это волна, распространяющаяся в упругой среде, это продольная волна, и, когда она распространяется в упругой среде, чередуются сжатие и разряжение. Передается она с течением времени на расстояние (рис. 2).

Рис. 2. Распространение звуковой волны

К звуковым волнам относятся такие колебания, которые осуществляются с частотой от 20 до 20 000 Гц. Для этих частот соответствуют длины волн 17 м (для 20 Гц) и 17 мм (для 20 000 Гц). Этот диапазон будет называться слышимым звуком. Эти длины волн приведены для воздуха, скорость распространения звука в котором равна .

Существуют еще такие диапазоны, которыми занимаются акустики, – инфразвуковые и ультразвуковые. Инфразвуковые – это те, которые имеют частоту меньше 20 Гц. А ультразвуковые – это те, которые имеют частоту больше 20 000 Гц (рис. 3).

Рис. 3. Диапазоны звуковых волн

Каждый образованный человек должен ориентироваться в диапазоне частот звуковых волн и знать, что если он пойдет на УЗИ, то картинка на экране компьютера будет строиться с частотой больше 20 000 Гц.

Ультра- и инфразвук

Ультразвук – это механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда герц.

Волны, имеющие частоту более миллиарда герц, называют гиперзвуком.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в литых деталях. На исследуемую деталь направляют поток коротких ультразвуковых сигналов. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь, не регистрируясь приемником.

Если же в детали есть трещина, воздушная полость или другая неоднородность, то ультразвуковой сигнал отражается от нее и, возвращаясь, попадает в приемник. Такой метод называют ультразвуковой дефектоскопией.

Другими примерами применения ультразвука являются аппараты ультразвукового исследования, аппараты УЗИ, ультразвуковая терапия.

Инфразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом.

Естественными источниками инфразвуковых волн являются шторм, цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гроза.

Инфразвук – тоже важные волны, которые используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления (рис. 4).

Рис. 4. Применение инфразвука

Скорость распространения звуковой волны

Скорость звука зависит от условий среды и температуры (рис. 5).

Рис. 5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах

Обратите внимание: в воздухе скорость звука при

Рис. 6. Скорость распространения звуковой волны

Вы знаете из былин, что Илья Муромец пользовался (да и все богатыри и обычные русские люди и мальчики из РВС Гайдара), пользовались очень интересным способом обнаружения объекта, который приближается, но располагается еще далеко. Звук, который он издает при движении, еще не слышен. Илья Муромец, припав ухом к земле, может ее услышать. Почему? Потому что по твердой земле передается звук с большей скоростью, значит, быстрее дойдет до уха Ильи Муромца, и он сможет подготовиться к встрече неприятеля.

Музыкальные волны. Шум

Самые интересные звуковые волны – музыкальные звуки и шумы. Какие предметы могут создать звуковые волны? Если мы возьмем источник волны и упругую среду, если мы заставим источник звука колебаться гармонически, то у нас возникнет замечательная звуковая волна, которая будет называться музыкальным звуком. Этими источниками звуковых волн могут быть, например, струны гитары или рояля. Это может быть звуковая волна, которая создана в зазоре воздушном трубы (органа или трубы). Из уроков музыки вы знаете ноты: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. В акустике они называются тонами (рис. 7).

Рис. 7. Музыкальные тоны

У всех предметов, которые могут издавать тоны, будут особенности. Чем они различаются? Они различаются длиной волны и частотой. Если эти звуковые волны создаются не гармонически звучащими телами или не связаны в общую какую-то оркестровую пьесу, то такое количество звуков будет называться шумом.

Шум – беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Понятие шума есть бытовое и есть физическое, они очень схожи, и поэтому мы его вводим как отдельный важный объект рассмотрения.

Характеристики звуковых волн

Переходим к количественным оценкам звуковых волн. Какие у музыкальных звуковых волн характеристики? Эти характеристики распространяются исключительно на гармонические звуковые колебания. Итак, громкость звука. Чем определяется громкость звука? Рассмотрим распространение звуковой волны во времени или колебания источника звуковой волны (рис. 8).

Читать еще:  Причины зуда внутри носоглотки и в ушах

Рис. 8. Громкость звука

При этом, если мы добавили в систему не очень много звука (стукнули тихонечко по клавише фортепиано, например), то будет тихий звук. Если мы громко, высоко поднимая руку, вызовем этот звук, стукнув по клавише, получим громкий звук. От чего это зависит? У тихого звука амплитуда колебаний меньше, чем у громкого звука .

Следующая важная характеристика музыкального звука и любого другого – высота. От чего зависит высота звука? Высота зависит от частоты. Мы можем заставить источник колебаться часто, а можем заставить его колебаться не очень быстро (то есть совершать за единицу времени меньшее количество колебаний). Рассмотрим развертку по времени высокого и низкого звука одной амплитуды (рис. 9).

Рис. 9. Высота звука

Можно сделать интересный вывод. Если человек поет басом, то у него источник звука (это голосовые связки) колеблется в несколько раз медленнее, чем у человека, который поет сопрано. Во втором случае голосовые связки колеблются чаще, поэтому чаще вызывают очаги сжатия и разряжения в распространении волны.

Есть еще одна интересная характеристика звуковых волн, которую физики не изучают. Это тембр. Вы знаете и легко различаете одну и ту же музыкальную пьесу, которую исполняют на балалайке или на виолончели. Чем отличаются эти звучания или это исполнение? Мы попросили в начале эксперимента людей, которые извлекают звуки, делать их примерно одинаковой амплитуды, чтобы была одинакова громкость звука. Это как в случае оркестра: если не требуется выделения какого-то инструмента, все играют примерно одинаково, в одинаковую силу. Так вот тембр балалайки и виолончели отличается. Если бы мы нарисовали звук, который извлекают из одного инструмента, из другого, с помощью диаграмм, то они были бы одинаковыми. Но вы легко отличаете эти инструменты по звуку.

Еще один пример важности тембра. Представьте себе двух певцов, которые заканчивают один и тот же музыкальный вуз у одинаковых педагогов. Они учились одинаково хорошо на пятерки. Почему-то один становится выдающимся исполнителем, а другой всю жизнь недоволен своей карьерой. На самом деле это определяется исключительно их инструментом, который вызывает как раз голосовые колебания в среде, т. е. у них отличаются голоса по тембру.

  1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
  2. Перышкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений/А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
  2. Интернет-портал «msk.edu.ua» (Источник)
  3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  1. Как распространяется звук? Что может служить источником звука?
  2. Может ли звук распространяться в космосе?
  3. Всякая ли волна, достигшая органа слуха человека, воспринимается им?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

S o l F a theory

1. Звук и его свойства

Звук – объективно существующее в природе физическое явление, вызываемое механическими колебаниями какого-либо упругого тела, вследствие чего образуются звуковые волны, воспринимаемые ухом и преобразуемые в нём в нервные импульсы. Звуковыми волнами называются периодически чередующиеся сгущения и разрежения в какой-либо упругой (т.е. звукопроводящей) среде; звуковые волны воспринимаются слуховыми органами человека и животных и при помощи центростремительных нервов передаются в большие полушария головного мозга, где и осознаются как конкретные звуки.

Все звуки вокруг нас распадаются на 2 типа: с определенный высотой (музыкальные звуки) и с неопределённой высотой (шумовые звуки). Музыкальные звуки составляют звуковой фонд музыки, в то время как шумовые звуки применяются лишь эпизодически. Музыкальный звук имеет 4 основных свойства: высота, длительность, громкость, тембр.

Высота

Высота звука обусловлена частотой колебаний вибратора и находится от неё в прямой зависимости. Частота колебаний находится в обратной зависимости от величины (длины и толщины) звучащего тела и в прямой – от упругости.

Слух человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц, в раннем детстве до 22000 Гц, в старости до 14000-15000Гц. Наиболее точно и ясно человек воспринимает звуки в пределах 16-4200-4500Гц, этот диапазон и используется в музыке. Зависимость между частотой колебаний и высотой звука – геометрическая прогрессия. При увеличении частоты на 110 Гц (это приблизительно соответствует укорачиванию струны в два раза) от A (110Гц) образуются интервалы: ч.8, ч.5, ч.4, б. 3, м.3, м.3, несколько б.2, несколько м.2. Дальше образуются интервалы меньше полутона. Этот звуковой ряд соответствует натуральному ряду чисел и называется натуральным звукорядом. Его можно получить при делении струны на 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. частей, чем пользуются при исполнении на струнных инструментах флажолетов. Эталон высоты звука – 440 Гц (а первой октавы).

Акустическая единица измерения звуковысотных расстояний – цент = 1/100 темперированного полутона. Порог различения изменения высоты звука в среднем регистре – 5 центов.

Длительность

Длительность звука – выраженное в ритмических единицах время, в течение которого совершаются колебательные движения вибратора. Прямая зависимость. Длительность музыкального звука колеблется от 0,015-0,02 с до нескольких минут (педальные звуки органа). В тактовой нотации (с 17 в.) ноты указывают лишь относительную длительность звука, реальное значение которой зависит от темпа.

Громкость

Громкость звука – отражение в восприятии силы звука, обусловленной амплитудой колебаний. Применяемые в музыкальной практике обозначения динамических оттенков показывают не абсолютные значения громкости звука, а соотношения между их градациями.Forte (f) сильно, громко, piano (p) слабо, тихо; mezzo forte (mf) умеренно громко; mezzo piano (mp) умеренно тихо; fortissimo (ff) очень громко; pianissimo (pp) очень тихо; forte-fortissimo (fff) чрезвычайно громко; piano-pianissimo (ppp) чрезвычайно тихо. Реже встречаются 4, 5 f или p.

Subito piano, subito forte (subito p, subito f) – внезапно громко или тихо.

Crescendo (cresc.) – постепенно усиливая силу звука; diminuendo, decrescendo (dim., decresc.) — постепенно затихая.

Колебания бывают 2 видов: затухающие (т.е. с постепенно уменьшающейся за счё т сопротивления воздуха и внутреннего торможения амплитудой – рояль, арфа, струнно-щипковые) и незатухающие (с постоянной или произвольно меняющейся амплитудой – орган, скрипка при игре смычком). При затухающих колебаниях громкость звука постепенно уменьшается до полного затихания (высота остаётся практически неизменной). При незатухающих колебаниях громкость можно варьировать в зависимости от художественных целей.

Интенсивность (сила) звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности, измеряется в Вт/м2. При росте силы звука в геометрической прогрессии громкость возрастает лишь в арифметической.

Тембр

Тембр – окраска звука, характер звучания. Он зависит от конструкции инструмента, материала, из которого он сделан, его качества, способа звукоизвлечения, среды, где распространяется звук и т.д. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высота и громкости, шумовые призвуки, форманты, вибрато и т.д.

Обертоны – призвуки, входящие в спектр музыкального звука, звучат выше основного тона.

На характер тембра влияют количество слышимых обертонов и то или иное распределение громкости между отдельными гармониками (тонами, входящими в состав сложного звука). Форманта – область усиленных частичных тонов в спектре музыкальных звуков и звуков речи, а также сами эти призвуки, определяющие своеобразие тембра звука. Форманты есть почти у всех музыкальных инструментов и голоса. Например, в пении, кроме речевых формант, возникают характерные певческие форманты: высокая певческая форманта (около 3000 Гц) придаёт голосу блеск, серебристость, «полётность», способствует хорошей разборчивости гласных и согласных; низкая певческая форманта (около 500 Гц) придаёт звучанию мягкость, округлость.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector