Рассмотрим изменение звука колебания струн гитары (рис.
).
Звуки струны будут отличаться, если уменьшать длину её колеблющейся части.
Если зажать струну в точке
, звук будет ниже, так как длина части струны больше, а частота колебаний меньше.
При зажимании в точке
звук будет выше, часть колеблющейся струны меньше, частота колебаний струны больше. Длина колеблющейся струны отсчитывается от нижнего порожка (со стороны отверстия резонатора).
Из опыта следует, что высота звука зависит от частоты колебаний источника звука.
называют количество колебаний в единицу времени.
Высота звука прямо пропорциональна частоте колебаний источника звука.
Рассмотрим колебания ветвей камертона (рис.
). Колебание происходит с неизменной частотой. Поэтому его называют чистым тоном.
— гармонические колебания одной и той же частоты, создаваемые источником звука.
Многообразие источников звука (люди, машины, животные, музыкальные инструменты и т.д.) порождает большое количество чистых тонов, каждый из которых отличается частотой.
Самую низкую частоту такого звука называют , а сам звук — .
Любая собственная частота выше первой, самой низкой (основной тон) называется .
Частичные тоны (обертоны) образуются вследствие сложной формы звуковой волны.
Следует учесть, что высота сложного звука определяется высотой основного тона. Частоты обертонов относятся к частоте основного тона как целые числа. Обертоны называются гармониками, а основной тон считается первой гармоникой.
— качественная сторона звука, его окраска. Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков).
Любой человек способен отличить мелодию, исполняемую на скрипке, от той же мелодии, исполняемой на гитаре или фортепиано. В этом случае мы говорим о разности тембров. А они, в свою очередь, обуславливаются различными обертонами.
Высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Выясним, от чего зависит громкость звука.
Соберём установку из камертона и шарика, подвешенного на нити вблизи одной из ветвей камертона. Приведём другую ветвь в колебательное движение при помощи удара. Механические колебания камертона отбросят шарик, а мы услышим тихий звук (рис.
).
Рис.
. Камертон и реакция шарика
Остановим колебания камертона. Сильнее ударим молоточком. Звук будет громче, шарик отскочит на больший угол. Значит, чем сильнее колебание, тем громче звук. Данное наблюдение позволяет сделать вывод: амплитуда колебаний связана с громкостью звука. Чем меньше амплитуда колебаний источника звука, тем тише звук. И наоборот.
В данном опыте использовался один и тот же камертон. Это означает, что частота тихого звука и громкого звука одинакова.
Если использовать камертоны с различной частотой, то громкость их звучания будет зависеть от амплитуды колебаний. Чувствительность нашего уха избирательна к громкости звуков разной частоты.
Более громкими воспринимаются звуки более высокой частоты в диапазоне
–
кГц, даже если амплитуды звуковых волн одинаковы.
Основной тон детского голоса располагается в диапазоне (170)-(600) Гц. Поэтому детские голоса легко распознать.
Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.
— субъективное восприятие интенсивности звука, которое зависит от звукового давления и частоты звуковых колебаний.
В описании звуковых характеристик чаще всего используется единица измерения уровня звукового давления — децибел (дБ), десятая часть бела (Б).
уровень звукового давления шёпота человека, находящегося на расстоянии менее 1 метра —
дБ; спокойной речи —
дБ, вертолёта — (110) дБ, старта ракеты — (145) дБ. Болевой порог человека — (130) дБ, действие звуковых волн выше этой величины приводит к нарушению слуха.
Если организм человека в течение длительного времени подвержен воздействию громких звуков или шумов, то оно откладывает отпечаток на состояние здоровья. Это воздействие может проявляться по-разному: головная боль, повышенное артериальное давление, быстрая утомляемость, повышенная нервная возбудимость и т.д. Эта проблема в большей степени характерна мегаполисам с огромным количеством людей и автотранспорта.
Рис. 1. Камертон и реакция шарика. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/tuning-fork-resonance-experiment-when-one-309388835. 2021-09-12.