Урок физики в 9 классе. 18.01.2013 Учитель: Селезнева Е. В.
Урок по теме “Звук. Характеристики звука”
Ввести понятие звуковых колебаний, выяснить характеристики и свойства звуковых колебаний.
Показать единство природы, взаимосвязь физики, биологии, музыки.
Воспитание бережного отношения к своему здоровью.
компьютер с мультимедиапроектором, камертон, линейка, зажатая в тисках, звуковой генератор.
Изучение нового материала.
Человек живет в мире звуков. Что же такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от другого? Сегодня на уроке мы с вами попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные со звуковыми явлениями.
Раздел физики, изучающий звуковые явления называется акустикой.
Упругие волны, способные вызвать учеловека слуховые ощущения называются звуковыми.
Человеческое ухо способно воспринимать механические колебания, происходящие с частотой от 20 до 20000 Гц. ( Демонстрация на звуковом генераторе волн с частотой от 20 до 20000 Гц)
Любое колеблющееся со звуковой частотой является источником звука. Но источниками звука могут не только колеблющиеся тела: полет пули в воздухе, сопровождается свистом, бурное течение воды – шумом.
Сам факт выделения из достаточно большого набора частот, называемых звуковыми, связан со свойством слуха человека воспринимать именно эти волны.
Различные живые существа имеют различные границы восприятия звука.
Все источники звука можно разделить на естественные и искусственные.
(демонстрации: звучание камертона илинейки зажатой между тисками.)
Рассмотрим свойства звука.
Звук это продольная волна.
Распространяется звук в упругих средах (воздух, вода, различные металлы)
Звук имеет конечную скорость.
Давайте прослушаем сообщение о том, как были определены скорость звука в воде и других веществах.
Часы установлены по звуку сигнала от удаленного радиоприемника. В каком случае часы будут установлены более точно: летом или зимой?(Летом, так как скорость звука в воздухе увеличивается с температурой)
Могут ли космонавты при выходе в открытый космос общаться между собой при помощи звуковой речи?(На расстоянии нет, т.к. в космическом вакууме нет условий для распространения звуковых волн. Однако если космонавты соприкоснутся шлемами скафандров, они могут услышать друг друга.)
Почему столбы линий электропередач гудят при ветре?(При ветре провода совершают хаотические колебательные движения, воздействуя на изоляторы, укрепленные на столбах. В столбах возбуждаются стоячие звуковые волны.)
Громкость звука. Высота звука. Тембр звука.
– характеристика амплитуды звуковой волны.(показать эксперимент с камертоном и генератором )
от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.
Но если бы мы сравнивали звуки различных частот, то кроме амплитуды нам пришлось бы еще сравнивать и их частоты. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.
Единица громкости звука называется
В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем звукового давления, измеряемых в (дБ), составляющих десятую часть бела.
Тихий шепот, шелест листвы — 20 дБ
Обычная речь — 60 дБ
Рок-концерт — 120 дБ
При увеличении громкости на 10дБ интенсивность звука увеличивается в 10 раз.
Рассчитайте во сколько раз интенсивность звука на рок -концерте больше обычной речи?
Громкость, равную 120 дБ, называют . При длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек, привыкший к рок – концертам уже никогда не услышит тихий шепот или шелест листьев.
звука – характеристика частоты звуковой волны, чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
Кто в полете быстрее машет крыльями – муха, шмель или комар?
Частота колебаний крыльев насекомых и птиц в полете, Гц
Каких птиц и насекомых мы слышим, а каких нет?
У какого насекомого самый высокий звук?
Частота звуковых колебаний, соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 до 1400 Гц.
Частотный диапазон голосов певцов и певиц
При увеличении частоты в 2 раза звук повышается на октаву – именно из этих соображений и была выбрана октава. Каждая октава делится на 12 интервалов в полтона каждая.
звука определяется формой звуковых колебаний.
Мы знаем, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания. Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота. Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний. Звук камертона является
называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.
Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.
Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется , а соответствующий ей звук определенной высоты — (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.
Все остальные тоны сложного звука называются . Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).
Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т.е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).
Как по звуку можно отличить работает дрель вхолостую или под нагрузкой?
Чем музыкальные звуки отличаются от шума? (Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания всевозможных частот и амплитуд.)
Проекция скорости одной из точек звучащей струны виолончели меняется со временем так, как показано на графике. Определите частоту колебаний проекции скорости.
Человек обладает таким уникальным органом как ухо – приемник звука. Давайте рассмотрим, как человек слышит.
Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, проделывают сложный путь, прежде чем мы воспримем их. Сначала они проникают в ушную раковину и заставляют вибрировать барабанную перепонку, замыкающую наружный слуховой проход. Слуховые косточки доносят эти колебания до овального окна внутреннего уха. Пленка, которая закрывает окно, передает вибрации, заполняющей улитку жидкости. Наконец колебания достигают слуховых клеток внутреннего уха. Головной мозг воспринимает эти сигналы и распознает шумы, звуки, музыку, речь.
Голос человека характеризуется многими характеристиками: тоновый диапазон, громкость, тембр.
Одна из важнейших характеристик голоса его тембр, т.е. набор спектральных линий, среди которых можно вы делить пики, состоящие из нескольких обертонов,— так называемые форманты. Именно форманты определяют секрет индивидуального звучания голоса и позволяют распознавать речевые звуки, так как у разных людей форманты даже одного и того же звука отличаются по частоте, ширине и интенсивности. Тембр голоса строго индивидуален, поскольку в процессе звукообразования важную роль играют специфические для каждого индивидуума резонаторные полости глотки, носа, околоносовых пазух и т.д. Неповторимость человеческого голоса можно сравнить лишь с неповторимостью узора отпечатков пальцев. Во многих странах мир, магнитофонная запись человеческого голоса считается неоспоримым юридическим документом, подделать который не возможно
Спектры голосов певцов отличаются от спектра голос обычного человека: в них сильно выражена высокая певческая форманта, т.е. обертоны с частотами 2500—3000 Гц, придающие голосу звонкий оттенок. У выдающихся певцов они составляют в спектре до 35 и более процентов (рис. слева), в то время как у опытных — 15—30%, а у начинающих — 3—5% (рис., справа).
Принято выделять три разновидности голосов для обоих полов: у мужчин — бас, баритон, тенор; у женщин — альт, меццо-сопрано и сопрано. Это разделение является в большей степени искусственным: оно не учитывает большое количество “промежуточных” голосов, так как пока нет объективного метода оценки качества голоса из-за безграничного сочетания его свойс
Рассматривая звуковые колебания нельзя не обратить, внимание на влияние шумов на организм человека.
Длительное воздействие шумов на человека приводит к повреждению центральной нервной системы, повышению кровяного и внутричерепного давления, нарушению нормальной работы сердца, головокружению. Вредное воздействие сильных шумов на человека было замечено давно. Еще 2000 лет назад в Китае в качестве наказания заключенные подвергались непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов и крикунов, пока не падали замертво. При мощности шума 3 кВт и частоте 800 Гц нарушается способность глаза к фокусировке. Мощность шума 5-8кВт дезорганизует работу скелетной мускулатуры, вызывает паралич, потерю памяти. Мощность шума около 200кВт приводит к смерти. Поэтому в больших городах запрещено использование резких и громких сигналов. Значительно снижают шумы деревья, кустарники, которые их поглощают. Поэтому вдоль дорог с интенсивным автомобильным движением необходимы зеленые насаждения. Тишина значительно повышает остроту слуха.
Д/З §34-38 упр. 31
, упр.32 (2,3) практическое задание: определение зависимости высоты тона от частоты колебаний, используя кусочек резиновой нити.
Закончить урок мне хочется вот такимисловами. У Н. Рериха есть картина, названная им “Человеческие праотцы”. Юный пастушок играет на свирели, и со всех сторон сходятся к нему большие бурые медведи. Что влечет их? Музыка? Легенда говорит, что предками некоторых славянских племен были медведи. Думается, идут они услышать самую чудесную музыку на свете – голос доброго человеческого сердца.
А. В. Перышкин, Е. М. Гутник Физика 9 класс Дрофа 2003г.
С. В. Громов, Н. А. Родина Физика 8 класс М. Просвещение 2001г.
В. Н. Мощанский Физика 9 класс М. Просвещение 1994г.
А. В. Аганов, Р. К. Сафиуллин, А. И. Скворцов, Д. А. Таюрский Физика вокруг нас. Качественные задачи по физике. М. Дом педагогики 1998 г.
С. А. Чандаева Физика и человек. М. А О Аспект Пресс 1994 г.
Естествознание в школе № 1 2004 г
УРОК в 9 классе
ТЕМА: Звук. Характеристики звука.
. Дидактическая цель: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.
способствовать формированию представления о существовании в природе звуковых волн, выяснить диапазон звука, ввести понятия высоты и тембра звука, громкости звука, сформировать навыки решения качественных задач
способствовать обучению школьников умению отвечать на вопросы учителя, определять черты сходства и различия изучаемых объектов, формировать умение работать с дополнительной литературой, делать выводы и обобщения по данной теме, прослеживать взаимосвязь наук естественного цикла с физикой.
показать значение опытных фактов и экспериментов в жизни человека, формировать любознательность к изучению истории развития физики, к изучению явлений природы на основе физических знаний.
Вопросы (на слайдах)
Эти колебания земной коры способны разрушить железобетонные здания, стальные мосты, дороги, а деревянные культовые сооружения-пагоды стоят веками. Почему?
По морю идет , идет, а до берега дойдет – тут и пропадет.
На нитке паук.
Прозрачен и чист,
В сияющих звездах
Сегодня мы попробуем с вами разобраться, что же такое звук, звуковые явления. Вы наверное понимаете, что этот вид физических явлений связан с изучаемой нами темой «Колебания. Волны» и наша задача понять природу и сущность звуковых явлений и разобраться в физической природе этого вида явлений. Приступим!
В тетрадях запишите сегодняшнее число и тему урока
«Звук. Характеристики звука».
Будильник, стоящий на небольшой подушечке, поместим под колокол воздушного насоса. Его “тиканье” станет тише, но все же будет вполне различимо. Откачав из-под колокола воздух, мы перестанем слышать тиканье вообще. Следовательно, звук тикающих часов мы слышим потому, что в воздухе могут возникать волны. Они и доносят до нас энергию “тиканья” часов.
Демонстрация видеофрагмента «Звук-волна в среде» (ролик 1).
С физической точки зрения звук представляет собой колебания частиц окружающей среды (воздуха), передающиеся от частицы к частице. Процесс распространение звука начинается с источника звука. В результате взаимодействия источника звука с
окружающим воздухом частицы воздуха начинают сжиматься и расширяться в такт с движениями источника звука. Затем происходит передача колебаний от одних частиц воздуха другим. В результате колебания передаются по воздуху на расстояние, т. е. в воздухе распространяется звуковая или акустическая волна, или, попросту, звук. Звук, достигая уха человека, в свою очередь, возбуждает колебания его чувствительных участков, которые воспринимаются нами в виде речи, музыки, шума и т. д.
Демонстрация анимации «Визуализация звуковой волны» (ролик 7)
2. Попробуем ответить на вопрос: Что такое звук?
Самостоятельно или с помощью учителя приходят к выводу:
ЗВУК-ЭТО ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА, ПРЕДСТАВЛЯЮЩАЯ СОБОЙ СГУЩЕНИЕ И РАЗРЯЖЕНИЕ ЧАСТИЦ СРЕДЫ. ( определение в тетрадь)
Для распространения звука необходима среда, вещество.
В длинную трубу, наполненную воздухом вставлен плотно прилегающий к стенкам поршень. Если поршень резко двинуть вправо и остановить, то воздух, находящийся в непосредственной близости от него, на мгновение сожмется Затем сжатый воздух расширится, толкнув воздух, прилегающий к нему справа, и область сжатия, первоначально возникшая вблизи поршня, будет перемещаться по трубе с постоянной скоростью. Эта волна сжатия и есть звуковая волна в газе (воздухе).
Закономерный вопрос: почему нельзя услышать голоса на Луне? (нет атмосферы, среда для волн отсутствует).
3. Сам по себе звук не появляется. Для того чтобы возникла звуковая волна нужно чтобы что-то или кто-то создал эту волну. Звук исходит от источников звука.
ТЕЛО, СОВЕРШАЮЩЕЕ КОЛЕБАНИЯ И ПОРОЖДАЮЩЕЕ ЗВУК, НАЗЫВАЕТСЯ ИСТОЧНИКОМ ЗВУКА. ( определение в тетрадь)
Приведите примеры источников звука – учащиеся приводят примеры.
Одним из примеров источника звука является прибор – камертон. КАМЕРТОН – ИСТОЧНИК ЗВУКОВЫХ ВОЛН. Демонстрация прибора – камертон.
Проделаем опыт, подтверждающий, что источниками звука действительно являются колеблющиеся тела. Воспользуемся физическим прибором камертон. Он представляет собой металлическую “рогатку”, укрепленную на ящичке, у которого нет одной стенки. Если специальным резиновым молоточком ударить по “ножкам” камертона, то он будет издавать звук, называемый музыкальным тоном.
– если поднести к ветви камертона стеклянную бусинку на нити, то она будет отскакивать, что свидетельствует, о том, что ветви камертона колеблются.
ВЕТВИ КАМЕРТОНА СОВЕРШАЮТ КОЛЕБАНИЯ, ПОРОЖДАЯ ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ.
– звуковой резонанс.
Два одинаковых камертона установлены так, что отверстия резонаторных ящиков находятся напротив друг друга. Ударив молоточком по одному из камертонов и приглушив его звучание рукой, можно услышать как будет звучать соседний камертон. Звуковые волны, образованные первым камертоном, возбуждают во втором камертоне вынужденные колебания с его частотой. Ящики способствуют усилению звука, за счет колебаний самого ящика и воздуха в нем. Определение скорости распространения волн в твердых телах (сталь, алюминий, латунь) основано на резонансном методе.
4. Какие звуки мы слышим? Не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, звук от взмахов крыльев бабочки мы не слышим, а «писк» комара всем хорошо знаком. Исследования показали, что
ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ УХО ВОСПРИНИМАЕТ КАК ЗВУК МЕХАНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ с частотой от 20Гц до 20кГц (20 000 Гц)
Рассмотрим строение ушной раковины:
Звуковая волна 1 попадает в ухо через ушную раковину и направляется по слуховому каналу 2 к барабанной перепонке 3, которая колеблясь приводит в движение слуховые косточки 4. Косточки вибрируют, звук попадает во внутреннее ухо. Во внутреннем ухе звуковые волны вызывают пульсацию жидкости, приводящую в движение
крошечные волоски в улитке 5. С их помощью происходит превращение звуковых колебаний в электрические. Электрический импульс достигает мозга по нервным
Демонстрация анимации «Ухо человека – приемник звука» (ролик 3)
Какие звуки мы не слышим? Учащиеся сами или с помощью учителя приходят к выводу, что звуки, которые не лежат в области человек не слышит.
Запишите в тетрадь
УЛЬТРАЗВУК – частота колебаний звуковой волны свыше 20 кГц (20000 Гц)
Издают ультразвук (летучие мыши, дельфины).
ИНФРАЗВУК – частота колебаний звуковой волны меньше 20 Гц
Издают инфразвук (медузы, ракообразные).
Высота звука зависит от частоты колебаний звуковых волн : чем больше частота колебаний, тем выше звук и наоборот. Звук одной частоты называют чистым тоном.
Камертоны издают чистый тон.
Звуки, издаваемые музыкальными инструментами- это сложные звуки, представляющие собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т.е.совокупность чистых тонов.
Основному тону звука соответствует самая низкая частота сложного звука.
Обертоны – все остальные тоны сложного звука.
Звуки одинаковой высоты, издаваемые разным музыкальными инструментами, мы отличаем по характеру звучания-
Тембр звука определяется разным набором обертонов.
Рояль и скрипка могут издавать звуки одной высоты, но тембр у них разный, т.к. разная совокупность обертонов.
В речевой интонации благодаря тембру различаются различные оттенки эмоций: радость, неудовольствие, угрозу и т.д.
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Громкость звука характеризуется уровнем звукового давления, которое измеряется в
белах (Б) или децибелах (дБ)
Привычные нам понятия шум и тишина мы можем теперь рассмотреть в единицах измерения громкости
80дБ пороговое значение шума для человека, более сильный шум вреден. Болевой порог лежит в пределах 120-130 дБ.
1. Различные музыкальные инструменты и диапазоны из частот.
2. Голоса певцов и частоты, которые они излучают.
3. Шумовое загрязнение.
Урок в 9-м классе по теме «Основные свойства и характеристики звуковых волн»
В начале урока звучат звуки природы.
Откуда звуки возникают,Что слух нас всюду услаждаютПора задуматься всерьез.
Человек живет в мире звуков. Звук это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, гром во время грозы, шелест листьев, тиканье часов. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться давно. Еще древнегреческий ученый Аристотель, исходя из наблюдений, верно, объяснил природу звука.
Сегодня мы отправляемся в необычное путешествие, целью которого является повторение и обобщение темы «Механические колебания волны. Звук». На пути нас ждут много преград, преодолеть которые помогут ваши знания, которые вы получили на прошлых уроках. И так мы начинаем. У нас создана группа экспертов, которая подводит итоги после каждого этапа повторения темы «Звуковые явления».
знаний о природе звука.
В качестве закрепления знаний о природе звука, учащиеся отвечают на вопросы физического диктанта. Работу выполняют на отдельных листках, затем сдают экспертам. Потом на слайде будет показаны правильные ответы.
«Веришь – не веришь» (слайд 11,12,13)
Ребята, а сейчас у нас повторение и закрепление характеристик звука
У звука существуют различные характеристики. Они подразделяются: на
Объективные и субъективные (слайд 14)
Единица измерения тона – Герц.
Наиболее чувствительны наши органы слуха к частотам в диапазоне от 700 до 6000 Гц.
На доске представлена сравнительная таблица:
Частотный диапазон при обычном разговоре:
Примерная частота колебаний голосовых связок при пении:
Бас 80 – 350 Гц. Баритон 110 – 400 Гц. Тенор 130 – 520 Гц. Сопрано 260 – 1050 Гц. Альт 260 – 1050 Гц. Колоратурное сопрано 330 – 1400 Гц.
Звуки с частотой выше 3000 Гц в качестве самостоятельный музыкальных тонов не используются, т.к. слишком резки и пронзительны.
Кроме громкости и высоты тона, музыкальные звуки характеризуются еще одним важным понятием –
Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний, даже при полном отсутствии посторонних шумов, очень трудно, и вот почему. Любое колеблющееся тело издает не только один основной звук. Его постоянно сопровождают звуки других частот. Эти «спутники» всегда выше основного звука и называются , т. е. верхними тонами. Именно они и позволяют нам отличать звук одного инструмента от другого и голоса различных людей, если даже они равны по высоте. Каждому звуку обертоны придают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр. Если основной звук сопровождается близкими ему по высоте обертонами, то сам звук кажется мягким, «бархатным». Когда же обертоны значительно выше основного тона, мы говорим о неприятном «металлическом» голосе или звуке.
Скорость, период, частота, длина волны, амплитуда
Скорость звука зависит от свойств среды, в которой распространяется звук. В настоящее время скорость звука может быть измерена в любой среде.
Скорость звука в различных средах, м/с (при t = 20
знаний об объективных и субъективных характеристик звука.
В качестве закрепления знаний объективных и субъективных характеристик звука. Учащиеся выполняют задания на соответствие. Работу выполняют на отдельных листках, затем сдают экспертам. Потом на слайде будет показаны правильные ответы.
Мягкие, пористые тела – плохие проводники звука. Звуковые волны в них затухают, поглощаются. Это свойство звуковых волн называется поглощение.
Вторым свойством звуковой волны является ее отражение.
Учитель. Как вы думаете, какое это явление?
Легенда о Эхо
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.
Закрепление физических характеристик звука.
А теперь постараемся рассчитать физические характеристики звука (слайд 28)
Учащиеся выбирают уровень, решают задачу, сдают эксперту. Потом на слайде будет показаны правильные ответы
Послушай: музыка вокруг, она во всем – в самой природе,
И для бесчисленных мелодий она сама рождает звук.
А это арфы нам напели, рояль, и скрипка, и гобой.
«Поющий бокал». Мокрой подушечкой указательного пальца провести по торцу тонкого стакана, заполненного жидкостью, и стакан «запоет».
(При движении пальца по бокалу кожа то зацепляется за стекло, то проскальзывает по его поверхности. При этом возникают упругие деформации стакана, сопровождаемые звуком. А так как бокал — твердое тело, имеющее полость, то он является резонатором, усиливающим звук. Высота звука зависит от размеров резонатора).
«Проследи, как распространяется звук».
Опыт проводится с пластиковой бутылкой, у которой срезана нижняя часть и закрыта куском пакета или пленки, прикрепленного с помощью резинки. Если кончиками пальцев стукнуть по пленке, то пламя свечи около горлышка бутылки погаснет.
(Ударяя по натянутой пленке, вызывается сотрясение маленьких частиц воздуха, находящихся возле пленки внутри бутылки. Эти колеблющиеся частички передают колебания все дальше и дальше следующим частичкам. Так звуковые колебания проходят через всю бутылку и гасят пламя).
Ощущение звука возникает при воздействии на органы слуха волн, распространяющихся в воздухе или других средах. Естественным приемником звуковых волн является ухо
Подведение итогов урока
. Повторить §37-41. решить 2 расчетные задачи, сочинить стишок в стиле синквейн про звуковые волны.
1. Человек услышал звук грома через 10 с после вспышки молнии. Считая, что скорость звука в воздухе 340 м/с, определите, на каком расстоянии от человека ударила молния.
2. Колебания мембраны с частотой 200 Гц в газе создают звуковую волну, распространяющуюся со скоростью 340 м/с. Определите длину этой звуковой волны.
Что такое звук
Тема урока посвящена источникам звука, звуковым колебаниям. Поговорим мы и о характеристиках звука – высоте, громкости и тембре. Прежде чем говорить о звуке, о звуковых волнах, давайте вспомним, что механические волны распространяются в упругих средах. Часть продольных механических волн, которая воспринимается человеческими органами слуха, называется звуком, звуковыми волнами. Звук – это воспринимаемые человеческими органами слуха механические волны, которые вызывают звуковые ощущения.
Диапазон звуковых волн
Опыты показывают, что человеческое ухо, органы слуха человека воспринимают колебания частотами от 16 Гц до 20000 Гц. Именно этот диапазон мы и называем звуковым. Конечно, существуют волны, частота которых меньше 16 Гц (инфразвук) и больше 20000 Гц (ультразвук). Но этот диапазон, эти разделы человеческим ухом не воспринимаются.
Рис. 1. Диапазон слышимости человеческого уха
Как мы говорили, области инфразвука и ультразвука человеческими органами слуха не воспринимаются. Хотя могут восприниматься, например, некоторыми животными, насекомыми.
Что такое источник звука? Источниками звука могут быть любые тела, которые совершают колебания со звуковой частотой (от 16 до 20000 Гц)
Рис. 2. Зажатая в тиски колеблющаяся линейка может быть источником звука
Обратимся к опыту и посмотрим, как образуется звуковая волна. Для этого нам потребуется металлическая линейка, которую мы зажмем в тиски. Теперь, воздействуя на линейку, мы сможем наблюдать колебания, но никакого звука не слышим. И тем не менее вокруг линейки создается механическая волна. Обратите внимание, когда линейка смещается в одну сторону, здесь образуется уплотнение воздуха. В другую сторону – тоже уплотнение. Между этими уплотнениями образуется разряжение воздуха. Продольная волна – это и есть звуковая волна, состоящая из уплотнений и разряжений воздуха. Частота колебаний линейки в данном случае меньше звуковой частоты, поэтому мы не слышим этой волны, этого звука. На основе опыта, который мы только что пронаблюдали, в конце XVIII века был создан прибор, который называется камертон.
Рис. 3. Распространение продольных звуковых волн от камертона
Как мы убедились, звук появляется в результате колебаний тела со звуковой частотой. Распространяются звуковые волны во все стороны. Между слуховым аппаратом человека и источником звуковых волн обязательно должна быть среда. Эта среда может газообразной быть, жидкой, твердой, но это обязательно должны быть частицы, способные передавать колебания. Процесс передачи звуковых волн должен обязательно происходить там, где есть вещество. Если вещества нет, никакого звука мы не услышим.
Условия, необходимые для существования звука
Для существования звука необходимы:
1. Источник звука
3. Слуховой аппарат
4. Частота 16–20000 Гц
Высота
Теперь перейдем к обсуждению характеристик звука. Первая – это высота звука. Высота звука – характеристика, которая определяется частотой колебаний. Чем больше частота у тела, которое производит колебания, тем звук будет выше. Давайте вновь обратимся к линейке, зажатой в тиски. Как мы уже говорили, мы видели колебания, но не слышали звука. Если теперь длину линейки сделать меньше, то мы будем слышать звук, но увидеть колебания будет гораздо сложнее. Посмотрите на линейку. Если мы подействуем на нее сейчас, звука никакого мы не услышим, но зато наблюдаем колебания. Если укоротим линейку, мы услышим звук определенной высоты. Мы можем сделать длину линейки еще короче, тогда мы услышим звук еще большей высоты (частоты). То же самое мы можем пронаблюдать и с камертонами. Если мы возьмем большой камертон (он еще называется демонстрационный) и ударим по ножкам такого камертона, то можем пронаблюдать колебание, но звука не услышим. Если возьмем другой камертон, то, ударив по нему, услышим определенный звук. И следующий камертон, настоящий настроечный камертон, который используется для настройки музыкальных инструментов. Он издает звук, соответствующий ноте ля, или, как говорят еще, 440 Гц.
Тембр
Следующая характеристика – тембр звука. Тембром называется окраска звука. Как можно проиллюстрировать эту характеристику? Тембр – это то, чем отличаются два одинаковых звука, исполненные различными музыкальными инструментами. Вы все знаете, что нот у нас всего семь. Если мы услышим одну и ту же ноту ля, взятую на скрипке и на фортепиано, то мы отличим их. Мы сразу сможем сказать, какой инструмент этот звук создал. Именно эту особенность – окраску звука – и характеризует тембр. Нужно сказать, что тембр зависит от того, какие воспроизводятся звуковые колебания, кроме основного тона. Дело в том, что произвольные звуковые колебания довольно сложные. Они состоят из набора отдельных колебаний, говорят спектра колебаний. Именно воспроизведение дополнительных колебаний (обертонов) и характеризует красоту звучания того или иного голоса или инструмента. Тембр является одним из основных и ярких проявлений звука.
Громкость
Еще одна характеристика – громкость. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний. Давайте посмотрим и убедимся, что громкость связана с амплитудой колебаний. Итак, возьмем камертон. Сделаем следующее: если ударить по камертону слабо, то амплитуда колебаний будет небольшая и звук будет тихий. Если теперь по камертону ударить сильнее, то и звук гораздо громче. Это связано с тем, что амплитуда колебаний будет гораздо больше. Восприятие звука – вещь субъективная, зависит от того, каков слуховой аппарат, каково самочувствие человека.