Vår uppfattning av tonhöjden hos ett ljud och dess andra egenskaper bestäms av egenskaperna hos den akustiska vågen. Dessa är samma egenskaper som är inneboende i alla mekaniska vågor, nämligen perioden, frekvensen, amplituden av svängningar. De subjektiva förnimmelserna av ljud beror inte på vågens längd och hastighet. I artikeln kommer vi att analysera ljudets fysik. Tonhöjd och klang - hur bestäms de? Varför uppfattar vi vissa ljud som höga och andra som tysta? Svaren på dessa och andra frågor kommer att ges i artikeln.
Pitch
Vad avgör höjden? För att förstå detta, låt oss göra ett enkelt experiment. Låt oss ta en flexibel lång linjal, helst aluminium.
Låt oss trycka den mot bordet och pressa kanten kraftigt. Låt oss slå linjalens fria kant med fingret - den kommer att darra, men dess rörelse kommer att vara tyst. Låt oss nu flytta linjalen närmare oss, så att dess mindre del sticker ut utanför bänkskivans kant. Låt oss slå igenlinjal. Dess kant kommer att vibrera mycket snabbare och med en mindre amplitud, och vi kommer att höra ett karakteristiskt ljud. Vi drar slutsatsen att för att ljud ska uppstå måste oscillationsfrekvensen vara minst ett visst värde. Den nedre gränsen för ljudfrekvensområdet är 20 Hz och den övre gränsen är 20 000 Hz.
Låt oss fortsätta experimentet. Förkorta linjalens fria kant ännu mer, sätt den i rörelse igen. Det märks att ljudet har förändrats, det har blivit högre. Vad visar experimentet? Han bevisar beroendet av ljudets tonhöjd på frekvensen och amplituden hos dess källas svängningar.
Ljudvolym
För att studera ljudstyrkan kommer vi att använda en stämgaffel - ett speciellt verktyg för att studera ljudets egenskaper. Det finns stämgafflar med olika benlängder. De vibrerar när de slås med en hammare. Stora stämgafflar oscillerar långsammare och ger ett lågt ljud. De små vibrerar ofta och skiljer sig i tonhöjd.
Låt oss slå på stämgaffeln och lyssna. Ljudet försvagas med tiden. Varför händer det här? Ljudets volym dämpas på grund av en minskning av amplituden för svängningen av enhetens ben. De vibrerar inte så kraftigt, vilket gör att amplituden på luftmolekylernas vibrationer också minskar. Ju lägre den är desto tystare blir ljudet. Detta påstående är sant för ljud med samma frekvens. Det visar sig att både tonhöjden och ljudets volym beror på vågens amplitud.
Uppfattning av ljud med olika volymer
Från ovanstående verkar det som att ju högre ljudet är, desto tydligare är vivi hör, desto mer subtila förändringar kan vi uppfatta. Det är inte sant. Om kroppen görs att svänga med en mycket stor amplitud, men en låg frekvens, kommer ett sådant ljud att vara dåligt urskiljbart. Faktum är att i hela hörbarhetsområdet (20-20 tusen Hz) skiljer vårt öra bäst ljud runt 1 kHz. Människans hörsel är mest känslig för dessa frekvenser. Sådana ljud förefaller oss högst. Varningssignaler, sirener är inställda exakt till 1 kHz.
Volymnivå för olika ljud
Tabellen visar vanliga ljud och deras ljudstyrka i decibel.
| Typ av brus | Volymnivå, dB |
| Lugn andning | 0 |
| Viska, prasslande av lövverk | 10 |
| Tickande av en klocka 1 m bort | 30 |
| Vanligt samtal | 45 |
| Ljud i butiken, samtal på kontoret | 55 |
| Sound of the street | 60 |
| högt prat | 65 |
| Print Shop Noise | 74 |
| Bil | 77 |
| Bus | 80 |
| Verktygsmaskin | 80 |
| högt skrik | 85 |
| Motorcykel med ljuddämpare | 85 |
| svarv | 90 |
| metallurgisk anläggning | 99 |
| Orkester, tunnelbanevagn | 100 |
| Kompressorstation | 100 |
| Kedjesåg | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Thunder | 120 |
| Jetmotor | 120 |
| Nitning, skärning av stål (denna volym är lika med smärttröskeln) | 130 |
| Flygplan vid lansering | 130 |
| Raketuppskjutning (orsakar skalchock) | 145 |
| Ljudet av ett hagelgevär av medelkaliber nära mynningen (orsakar skada) | 150 |
| Supersonic-flygplan (denna volym leder till skada och smärtchock) | 160 |
Timbre
Ljudets tonhöjd och ljudstyrka bestäms, som vi upptäckte, av vågens frekvens och amplitud. Timbre är oberoende av dessa egenskaper. Låt oss ta två ljudkällor med samma tonhöjd för att förstå varför de har olika klangfärger.
Det första instrumentet kommer att vara en stämgaffel som låter med en frekvens på 440 Hz (detta är tonen för den första oktaven), det andra - en flöjt, den tredje - en gitarr. Med musikinstrument återger vi samma ton som stämgaffeln låter. Alla tre har samma tonhöjd, men låter fortfarande olika, skiljer sig i klangfärg. Vad är anledningen? Allt handlar om ljudvågens vibrationer. Rörelsen som en akustisk våg av komplexa ljud gör kallas en icke-harmonisk oscillation. Vågen i olika områden pendlar med olika styrka och frekvens. Dessa extra övertoner som skiljer sig åt i volym och tonhöjd kallas övertoner.
Förväxla inte tonhöjd och klang. Ljudets fysik är sådan att om"mixa" ytterligare, högre till huvudljudet, vi får vad som kallas en klang. Det bestäms av volymen och antalet övertoner. Övertonernas frekvens är en multipel av frekvensen för den lägsta tonen, d.v.s. den är ett heltal flera gånger större - 2, 3, 4, etc. Den lägsta tonen kallas huvudtonen, det är den som bestämmer tonhöjden, och övertonerna påverkar klangen.
Det finns ljud som inte innehåller övertoner alls, till exempel en stämgaffel. Om du avbildar dess ljudvågs rörelse på en graf får du en sinusvåg. Sådana vibrationer kallas harmoniska. Stämgaffeln avger bara grundtonen. Det här ljudet kallas ofta för tråkigt, färglöst.
När ett ljud har många högfrekventa övertoner blir det hårt. Låga övertoner ger ljudet mjukhet, sammetslen. Varje musikinstrument, röst har sin egen uppsättning övertoner. Det är kombinationen av grundtonen och övertonerna som ger ett unikt ljud, ger ljudet en viss klang.
