Wysokość, głośność i barwa dźwięku

Nasze postrzeganie wysokości dźwięku i jego innych właściwości jest zdeterminowane przez właściwości fali akustycznej. Są to te same cechy, które są właściwe dla każdej fali mechanicznej, a mianowicie okres, częstotliwość, amplitudę drgań. Subiektywne doświadczenie dźwięku nie zależy od długości fali ani prędkości. W tym artykule omawiamy fizykę dźwięku. Co decyduje o wysokości i barwie dźwięku?? Dlaczego niektóre dźwięki odbieramy jako głośne, a inne jako ciche?? Na te i inne pytania odpowiemy w tym artykule.

Wysokość dźwięku

Od czego zależy wysokość dźwięku?? Aby dojść do sedna sprawy, zrobimy prosty eksperyment. Weź długą, elastyczną linijkę, najlepiej wykonaną z aluminium.

Dociskamy ją do stołu, wypychając daleko na zewnątrz krawędź linijki. Klepniemy palcem w wolną krawędź linijki, a ona zadrży, ale jej ruch będzie cichy. Teraz zbliżmy linijkę do siebie, tak aby jej mniejsza część wystawała ponad krawędź blatu stołu. Znów uderzyliśmy w linijkę. Jego krawędź będzie drgać znacznie szybciej i z mniejszą amplitudą, a my usłyszymy charakterystyczny dźwięk. Wnioskujemy, że aby wystąpił dźwięk, częstotliwość drgań musi mieć co najmniej pewną wartość. Dolna granica zakres dźwięku zakres częstotliwości wynosi 20 Hz, a górny zakres częstotliwości wynosi 20 000 Hz.

Kontynuujmy eksperyment. Skróćmy jeszcze bardziej wolny brzeg linijki i ponownie wprowadźmy ją w ruch. Zauważysz, że dźwięk zmienia się, stając się wyższy. Co pokazuje eksperyment? Dowodzi, że wysokość dźwięku zależy od częstotliwości i amplitudy jego źródła.

Głośność dźwięku

Do badania głośności wykorzystujemy widełki stroikowe, specjalne narzędzie, które pozwala nam badać właściwości dźwięku. Istnieją różne długości widelców tuningowych. Wibrują przy uderzeniu młotkiem. Duże widły stroikowe wibrują wolniej i wydają niski dźwięk. Małe wibrują często i mają inną wysokość dźwięku.

Uderz w widełki i posłuchaj. Z czasem dźwięk staje się słabszy. Dlaczego tak się dzieje? Głośność zanika na skutek zmniejszenia amplitudy drgań stóp. Wibrują mniej, co oznacza, że amplituda drgań cząsteczek powietrza również ulega zmniejszeniu. Im jest on niższy, tym dźwięk wydobywa się ciszej. To stwierdzenie jest prawdziwe dla dźwięków o jednakowej częstotliwości. Okazuje się, że zarówno wysokość, jak i głośność dźwięku zależy od amplitudy fali.

Percepcja dźwięków o różnej głośności

Powyższe sprawia wrażenie, że im głośniejszy dźwięk, tym wyraźniej go słyszymy i tym subtelniej możemy dostrzec zmianę. Tak nie jest. Jeśli wprawimy ciało w drgania o bardzo dużej amplitudzie, ale niskiej częstotliwości, dźwięk będzie ledwo słyszalny. Faktem jest, że w całym zakresie słyszalnym (20 000 - 20 000 kHz) szum jest bardzo mały. Hz) nasze ucho najlepszy rozróżnia dźwięki o częstotliwości około 1 kHz. Ludzkie ucho jest najbardziej wrażliwe na te częstotliwości. Te dźwięki wydają nam się najgłośniejsze. Alarmy, syreny i klaksony są dostrojone dokładnie do 1 KHz.

Poziom głośności różnych dźwięków

Tabela przedstawia najczęściej występujące dźwięki i ich głośność w decybelach.

Timbre

O wysokości i głośności dźwięku decyduje, jak się dowiedzieliśmy, częstotliwość i amplituda fali. Barwa dźwięku jest niezależna od tych cech. Weź dwa źródła dźwięku o tej samej wysokości, aby zrozumieć, Dlaczego oni.. mają inny tembr.

Naszym pierwszym instrumentem jest widelec stroikowy, który brzmi na 440 Hz (pierwsza oktawa A), naszym drugim instrumentem jest flet, a trzecim gitara. Zagraj tę samą nutę co widelec stroikowy za pomocą naszych instrumentów muzycznych. Wszystkie trzy mają tę samą wysokość dźwięku, a jednak brzmią inaczej i mają inną barwę. dlaczego? Chodzi o wzorce oscylacji fali dźwiękowej. Ruch, jaki wykonuje fala akustyczna o złożonym brzmieniu, nazywamy oscylacją nieharmoniczną. Fala w różnych miejscach oscyluje z różną siłą i częstotliwością. Te różniące się głośnością i wysokością dźwięki nazywane są overtonami.

Nie należy mylić wysokości i barwy dźwięku. Fizyka dźwięku jest taka, że jeśli zmieszasz dodatkowe podtony z resztą dźwięku, otrzymasz coś, co nazywa się barwą. Określa się ją na podstawie głośności i liczby overtonów. Podtony są wielokrotnością najniższej wysokości dźwięku, t. е. to liczba całkowita razy większa - 2, 3, 4 itd. д. Najniższy ton nazywany jest fundamentalnym i to on decyduje o wysokości dźwięku, natomiast overtony wpływają na barwę.

Są takie dźwięki, które w ogóle nie mają podtekstów, jak np. widelec stroikowy. Jeśli wykreślisz ruch jego fali dźwiękowej, otrzymasz sinusoidę. Takie drgania nazywane są harmonicznymi. Komora głosowa wytwarza tylko ton podstawowy. Często określa się to jako matowy, bezbarwny odcień.

Gdy dźwięk ma wiele wysokich podtekstów, staje się surowy. Niższe overtony nadają dźwiękowi miękką, aksamitną jakość. Każdy instrument muzyczny, Głos ma swój własny zestaw podtekstów. To właśnie połączenie tonu podstawowego i overtonów nadaje dźwiękowi niepowtarzalne brzmienie i określoną barwę.