Что происходит с высотой тона звукового. Звучащий мир

Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, интенсивность звука и другими. Но, кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это - громкость звука, высота тона и тембр.

Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, но если эта интенсивность превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевое ощущение. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшая (порог слышимости ) и наибольшая (порог болевого ощущения ) интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое ощущение. На рисунке 1 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между этими двумя кривыми, является областью слышимости . Наибольшее расстояние между кривыми приходится на частоты, к которым ухо наиболее чувствительно (1000-5000 Гц).

Если интенсивность звука - величина, объективно характеризующая волновой процесс, то субъективной характеристикой звука является громкость Громкость зависит от интенсивности звука, т.е. определяется квадратом амплитуды колебаний в звуковой волне и чувствительностью уха (физиологическими особенностями). Так как интенсивность звука , то чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.

Высота тона - качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.

Звуковые колебания, происходящие по гармоническому закону, с определенной частотой, воспринимаются человеком как определенный музыкальный тон . Колебания высокой частоты воспринимаются как звуки высокого тона , звуки низкой частоты - как звуки низкого тона . Диапазон звуковых колебаний, соответствующий изменению частоты колебаний в два раза, называется октавой . Так, например, тон "ля" первой октавы соответствует частоте 440 Гц, тон "ля" второй октавы - частоте 880 Гц.

Музыкальным звукам соответствуют звуки, издаваемые гармонически колеблющимся телом.

Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответствующий наименьшей частоте, которая имеется в наборе частот данного звука. Тоны, соответствующие остальным частотам в составе звука, называются обертонами . Если частоты обертонов кратны частоте основного тона, то обертоны называются гармоническими, причем основной тон с частотой называется первой гармоникой , обертон со следующей частотой - второй гармоникой и т.д.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, который определяется наличием обертонов - их частотами и амплитудами, характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце звучания.

При одной высоте тона звуки, издаваемые, например, скрипкой и пианино, отличаются тембром .

Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны.

Шумы - это звуки, образующие сплошной спектр, состоящий из набора частот, т.е. в шуме присутствуют колебания всевозможных частот.

Еще одним качеством звука, которое может различать человек, является высота тона. Например, легко отличить писк комара от гудения шмеля. Звук летящего комара называют высоким тоном, а гудение шмеля - низким тоном. Покажем с помощью опыта, что высота тона является объективным качеством звука и однозначно определяется частотой колебаний в звуковой волне. Приведем во вращение зубчатые колеса одинакового диаметра, но имеющие разное число зубцов (рис. 25.4). Поочередно прижимая небольшой кусок картона к зубцам этих колес, можно установить, что высота тона повышается при увеличении частоты колебаний картона.

Звук, соответствующий строго определенной частоте колебаний, называют тоном. Качество звука, которое определяется частотой колебаний, характеризуют высотой тона, причем большей частоте колебаний соответствует более высокий тон.

В некоторых случаях высоту тона характеризуют длиной звуковых волн в воздухе (§ 24.17). Действительно, из формулы (24.23) для воздуха при 0°С получаем

Из этой формулы видно, что более высокому тону соответствует болег короткая длина волны. Характеризуя высоту тона длиной волны, следует помнить, что к еще зависит и от среды. Поэтому в

различных средах одному и тому же тону соответствуют неодинаковые длины волн. Нетрудно сообразить, что большая длина волны будет соответствовать среде с большей скоростью распространения звуковых волн.

Помимо громкости и высоты тона, существует еще одно качество звука, которое может различать человек. Качество звука, которое позволяет определять источник звука, называют тембром. Так, по тембру звука мы узнаем, кто говорит, кто поет или на каком инструменте играют. Причина различных тембров звука следующая.

Каждый источник звука создает стоячие волны. Например, струна колеблется как одно целое и издает определенный тон, который называют основным тоном или первой гармоникой (§ 24.22). Кроме того, на струне образуются еще добавочные стоячие волны, подобные изображенным на рис. 24.22, создающие дополнительные тоны других частот, кратных частоте основного тона. Их называют высшими гармоническими тонами или обертонами.

Каждый источник звука имеет свой набор обертонов с различной относительной громкостью (с различной амплитудой), т. е. имеет свой спектр (24.22). Этой создает характерный оттенок (тембр) его звука, позволяющий отличать его от звуков, создаваемых другими источниками, даже при одинаковой высоте основного тона. Заметим, что наиболее чистый звук, соответствующий определенному тону, создают камертоны. Поэтому ими пользуются для воспроизведения звуков определенной частоты, например, при настройке музыкальных инструментов.

Часто встречаются сложные звуки, в которых нельзя выделить отдельные тоны. Такие звуки называют шумом.

Высота тона характеризует высоту выговариваемых вами звуков и определяется частотной вибрацией вашей гортани. Для высокого голоса типична высокая частота вибрации, для низкого голоса, соответственно, - низкая частота вибрации.

Важным условием для немонотонного звучания голоса яв­ляется умение охватить по крайней мере октаву, т.е. четыре ноты выше середины и четыре ноты ниже. Если вы лелеете честолюбивые замыслы прославиться, исполняя роли в шекс­пировских пьесах (а какой актер их не лелеет?!), вам необхо­димо научиться охватывать минимум две, а лучше всего - три октавы в своем диапазоне.

Громкость

Если есть микрофоны, то у вас нет необходимости гово­рить громко, поскольку индикатор громкости может зашка­лить. Если ваш собеседник немного туговат на ухо, не забы­вайте, что одной громкости недостаточно. Для того чтобы та­кой человек слышал вас, нужен также резонанс.

Слышимость

Слышимость вашей речи зависит от того, в каком помеще­нии вы выступаете и до кого хотите донести свою речь. Пол­нозвучный, роскошный голос отлично слышен во всех уголках каждой комнаты. Нет никакой необходимости напрягаться, чтобы ваш голос разнесся по помещению. Основанием ваше­го голоса должна быть диафрагма. Наберите в легкие поболь­ше воздуха, чтобы контролировать свой голос.

Слышимость голоса не зависит от громкости. Совершенно не обязательно говорить громко, на повышенных тонах. Слы­шимость голоса - это способность применять все принципы верного управления голосом, чтобы ваш природный голос распространялся равномерно и был хорошо слышен.

Тембр

Тембр разрешает на слух идентифицировать разные голо­са. Например, вы всегда отличите голос известного певца или актера, без усилий выделите голос ребенка среди голосов взрослых.

Экспрессия

Для того чтобы ваша речь стала выразительной, стреми­тесь визуально представить себе то, о чем вы сообщаете. Влейте оживленную нотку в ваше произношение, в звуки вашего го­лоса; внесите чувство и окраску в вашу речь.

В будничной жизни ваша речь наиболее красочна в не­официальном разговоре. Перенесите свое ораторское искус­ство в публичные выступления. Если вам нелегко это сде­лать, попробуйте записать на пленку какой-нибудь ваш раз­говор один на один с хорошим другом. Попытайтесь запамятовать о том, что магнитофон включен. Впоследствии, когда вы останетесь один, прослушайте запись и возьмите на заметку те места разговора, где вам в особенности пришлась по душе выразительность вашей речи, не забывая также о том, что вам не понравилось.

Упражняйтесь, декламируя стихи и драматические пьесы, и приучайтесь распознавать на слух необходимое выражение.

Помните, что любая экспрессия должна быть первым де­лом непринужденна. Чуждайтесь театральности и искусствен­ности в своих речах.

Тон голоса характеризуется его высотой, вибрацией и мо­дуляцией. Красивый голос выделяется легкими трансформа­циями тона. Интонации - это «взлеты» и «падения» голоса. Монотонность утомительна для слуха, так как неизменный тон применяет одну и ту же высоту. Отдельные люди не рас­познают отличие в тоне голоса. Однако с помощью измене­ния тона вы можете целиком и полностью переменить значе­ние слов.

Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и ее частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определенные физиологические характеристики, связанные с нашим восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.

Громкость звука определяется его амплитудой: чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем громче звук . Так, когда колебания звучащего камертона затухают, вместе с амплитудой уменьшается и громкость звука. И наоборот, ударив по камертону сильнее и тем самым увеличив амплитуду его колебаний, мы вызовем и более громкий звук.

Громкость звука зависит также от того, насколько чувствительно наше ухо к данному звуку. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает к звуковым волнам с частотой 1-5 кГц.

Измеряя энергию, переносимую звуковой волной за 1 с через поверхность площадью 1 м 2 , мы найдем величину, называемую интенсивностью звук а. Оказалось, что интенсивность самых громких звуков (при которых возникает ощущение боли) превышает интенсивность самых слабых звуков, доступных восприятию человека, в 10 триллионов раз! В этом смысле человеческое ухо оказывается намного более совершенным устройством, чем любой из обычных измерительных приборов. Ни одним из них столь широкий диапазон значений измерить невозможно (у приборов он редко превосходит 100).

Единицу громкости называют соном (от латинского «сонус» - звук). Громкостью в 1 сон обладает приглушенный разговор. Тиканье часов характеризуется громкостью около 0,1 сон, обычный разговор - 2 сон, стук пишущей машинки - 4 сон, громкий уличный шум - 8 сон. В кузнечном цехе громкость достигает 64 сон, а на расстоянии 4 м от работающего двигателя реактивного самолета - 256 сон. Звуки еще большей громкости начинают вызывать болевые ощущения.

Громкость человеческого голоса можно увеличить с помощью мегафона . Он представляет собой конический рупор, приставляемый ко рту говорящего человека (рис. 54). Усиление звука при этом происходит благодаря концентрации излучаемой звуковой энергии в направлении оси рупора. Еще большего увеличения громкости можно достичь при помощи электрического мегафона, рупор которого соединен с микрофоном и специальным транзисторным усилителем.

Рупор можно применять и для усиления принимаемого звука. Для этого его следует приставить к уху. В старые времена (когда еще не было специальных слуховых аппаратов) этим часто пользовались плохо слышащие люди.

Рупоры использовались и в первых аппаратах, предназначенных для записи и воспроизведения звука. Механическая запись звука была изобретена в 1877 г. Т Эдисоном (США). Сконструированный им аппарат назывался фонографом . Один из своих фонографов (рис. 55) он прислал Л. Н. Толстому.

Основными частями фонографа являются валик 1, покрытый оловянной фольгой, и мембрана 2, соединенная с иглой из сапфира. Звуковая волна, действуя через рупор на мембрану, заставляла иглу колебаться и то сильнее, то слабее вдавливаться в фольгу. При вращении ручки валик (ось которого имела резьбу) не только вращался, но и перемещался в горизонтальном направлении. На фольге при этом возникала винтовая канавка переменной глубины. Чтобы услышать записанный звук, иглу устанавливали в начало канавки и валик вращали еще раз.

Впоследствии вращающийся валик в фонографе был заменен плоской круглой пластиной и борозду на ней стали наносить в виде сворачивающейся спирали. Так появились граммофонные пластинки.

Помимо громкости, звук характеризуется высотой . Высота звука определяется его частотой: чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук . Колебаниям небольшой частоты соответствуют низкие звуки, колебаниям большой частоты - высокие звуки.

Так, например, шмель машет в полете своими крылышками с меньшей частотой, чем комар: у шмеля она составляет 220 взмахов в секунду, а у комара - 500-600. Поэтому полет шмеля сопровождается низким звуком (жужжанием), а полет комара - высоким (писком).

Звуковую волну определенной частоты иначе называют музыкальным тоном . Поэтому о высоте звука часто говорят как о высоте тона.

Основной тон с «примесью» нескольких колебаний других частот образует музыкальный звук. Например, звуки скрипки и пианино могут включать в себя до 15-20 различных колебаний. От состава каждого сложного звука зависит его тембр.

Частота свободных колебаний струны зависит от ее размеров и натяжения. Поэтому, натягивая струны гитары с помощью колышков и прижимая их к грифу гитары в разных местах, мы изменим их собственную частоту, а следовательно, и высоту издаваемых ими звуков.

В таблице 5 приведены частоты колебаний в звуках различных музыкальных инструментов.

Диапазоны частот, соответствующие голосам певцов и певиц, можно найти в таблице 6.

Характер восприятия звука во многом зависит от планировки помещения, в котором слушается речь или музыка. Объясняется это тем, что в закрытых помещениях слушатель воспринимает, кроме прямого звука, еще и слитный ряд быстро следующих друг за другом его повторений, вызванных многократными отражениями звука от находящихся в помещении предметов, стен, потолка и пола.

Увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных препятствий, называется реверберацией. Реверберация велика в пустых помещениях, где она приводит к гулкости. И наоборот, помещения с мягкой обивкой стен, драпировками, шторами, мягкой мебелью, коврами, а также наполненные людьми хорошо поглощают звук, и потому реверберация в них незначительна.

Отражением звука объясняется и эхо. Эхо - это звуковые волны, отраженные от какого-либо препятствия (зданий, холмов, леса и т. п.) и возвратившиеся к своему источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные интервалом времени t > 50 - 60 мс, то возникает многократное эхо. Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы, раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехии, в определенном месте троекратно повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов!

Название «эхо» связано с именем горной нимфы Эхо, которая, согласно древнегреческой мифологии, была безответно влюблена в Нарцисса. От тоски по возлюбленному Эхо высохла и окаменела, так что от нее остался лишь голос, способный повторять окончания произнесенных в ее присутствии слов.

1. Чем определяется громкость звука? 2. Как называется единица громкости? 3. Почему после удара молоточком по камертону его звук постепенно становится все тише и тише? 4. Чем определяется высота звука? 5. Из чего «состоит» музыкальный звук? 6. Что такое эхо? 7. Расскажите о принципе действия фонографа Эдисона.

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.