Чем определяется громкость звука высота звука тембр звука

Высота звука, его тембр и громкость

Высота звука — это его свойство, которое определяется частотой волны. Громкость напрямую связана с амплитудой и интенсивностью акустической волны. Тембр зависит от частоты и от интенсивности. В статье мы подробно рассмотрим все свойства звука: высоту, громкость, тембр. Узнаем, звуки каких частот воспринимает наше ухо, и что такое порог слышимости. Разберемся, почему при одной и той же высоте они имеют разную тембровую окраску.

Высота звука

Низкие звуки генерируют тела, которые колеблются с низкой частотой. Высокие получаются от высокочастотной вибрации. Примером, демонстрирующим зависимость высоты звука от частоты, является флексатон. Это музыкальный инструмент, который состоит из металлической рамки и прикрепленной к ее основанию гибкой пластинки. Пластинку отгибают пальцем, и получается звук. Чем быстрее она дрожит, тем выше тон.

Способность человека воспринимать определенные частоты ограничена диапазоном слышимости. Вот его границы: от 20 герц (Гц) до 20 000 Гц. Все, что выше, называется ультразвуком, ниже — инфразвуком. Диапазон зависит от возраста и индивидуальных особенностей восприятия, поэтому его границы могут незначительно сужаться и расширяться.

Громкость

Еще одно свойство звука — это громкость. Если мы ударим молоточком по камертону, то мелодия со временем, конечно, будет затихать. Как при этом ведут себя ножки камертона? Амплитуда их уменьшается, такие колебания называются затухающими. Значит, громкость как-то связана с амплитудой. Будет точнее, если сказать, что громкость зависит от энергии, которую переносит акустическая волна. Физика звука такова, что упругая волна благодаря обладанию энергией заставляет нашу барабанную перепонку колебаться и воспринимать шум. Энергию акустической волны можно охарактеризовать с помощью физической величины — интенсивности.

Интенсивность

Звук — это ощущение, которое обладает такой закономерностью. Увеличим на генераторе частот интенсивность в 10 раз, а потом еще в 10 раз. При каждом изменении будет ощущение, что громкость возросла на одно и то же число.

Чтобы охарактеризовать громкость звука, физики ввели величину уровня громкости (β, дБ). Порогу слышимости I₀ соответствует уровень громкости в 0 децибел. 10 I₀ — соответствует 10 дБ. Интенсивности в 100 порогов слышимости 100 I₀ соответствует 20 дБ, в 1000 — 30 дБ. Если уровень громкости повысился на 10 децибел, это значит, что интенсивность звуковой волны возросла в 10 раз.

Тембр

Воспроизведем несколько звуков, высота которых одинакова, но сами они имеют разный тембр. Ударим молоточком по камертону частотой 440 Гц и возьмем на гитаре ноту «ля». Оба инструмента звучат примерно на одинаковой частоте, но их сложно перепутать. Почему так?

Чтобы исследовать эти звуки, воспользуемся микрофоном и компьютером. На компьютере установлена программа, которая передает сигнал от микрофона и рисует траекторию движения волны.

На графике видно гармонические колебания, которые создает камертон. Осциллограмма показывает, как со снижением громкости уменьшается амплитуда колебаний. Программа позволяет увидеть, какие частоты присутствуют в этом звуке.

Извлечем с помощью гитарной струны ноту «ля». График демонстрирует, что частота звуковой волны (высота звука) та же самая, но форма колебаний отличается. Видны искажения гармонической формы, особенно, когда звук громкий.

По мере того, как он становится тише, колебания приближаются к гармоническим. Пока струна еще звучит звонко, получаются периодические колебания, но они отнюдь не гармонические. В звуке гитары, в отличие от камертона, содержится целый набор частот. Более высокие призвуки называются обертонами. Тембр определяется их количеством и интенсивностью. Если воспроизвести перед микрофоном звук «ш-ш-ш», получатся не гармонические, а хаотические колебания.

Источник

Высота, громкость и тембр звука

Как известно, бас поет низким голосом, а тенор — высоким. От какой же характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что

Частота звуковых колебаний, соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 Гц (низкий бас) до 1400 Гц (самый высокий женский голос — колоратурное сопрано). «Разговорный» частотный диапазон — от 85 до 340 Гц.

При увеличении частоты в 2 раза звук повышается на октаву — именно исходя из этого и была выбрана октава. Каждая октава делится на 12 интервалов в полтона каждый. На фортепиано им соответствуют семь белых клавиш и пять черных. Последние в нотной записи обозначаются знаком «диез» (в случае повышения звука на полтона) или «бемоль» (в случае понижения звука на полтона).

Однако воспринимаемая ухом громкость зависит еще и от частоты звуковой волны, потому что ухо более чувствительно к одним частотам и менее чувствительно — к другим. Например, ультразвук даже большой амплитуды человек не услышит. Единицей измерения громкости является децибел (дБ).

В приведенной таблице указана примерная громкость звука различных источников.

Тиканье ручных часов

Тихий шепот, шелест листьев

Голос профессионального певца

Громкость, равную 120 дБ, называют болевым порогом — при достижении этого уровня возникают болезненные ощущения, а при длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек, привыкший к рок-концертам, уже никогда не услышит тихий шепот или шелест листьев.

Тембр звука определяет его «звуковую окраску». Он определяется наличием и интенсивностью обертонов — частот, кратных основной частоте. Именно благодаря тембру звуки различных музыкальных инструментов имеют разное звучание. Чем больше обертонов, тем «насыщеннее», красивее звук. Чарующий серебристый оттенок голосов хороших певцов обусловлен как раз высокими обертонами.

Источник

Частная школа. 9 класс

Конспекты, контрольные, тесты

Громкость звука. Высота и тембр звука

Конспект по физике для 9 класса «Громкость звука. Высота и тембр звука». ВЫ УЗНАЕТЕ: Основные характеристики звука: громкость, высоту и тембр.

Громкость звука.
Высота и тембр звука

Звуки, окружающие нас, могут быть громкими и еле слышными, приятными и неприятными, звонкими и глухими, высокими и низкими. Для характеристики звука используются такие понятия, как громкость, высота и тембр звука.

ГРОМКОСТЬ ЗВУКА

Для того чтобы выяснить, от какой характеристики звуковой волны зависит громкость звука, вновь обратимся к опыту с камертоном. Чем сильнее мы ударим молоточком по камертону, тем громче будет звук, который мы слышим. Поднеся лёгкий шарик к ветви камертона, легко заметить, что, чем громче звучит камертон, тем с большей амплитудой колеблется шарик. Следовательно, камертон, звучащий громче, имеет большую амплитуду колебаний. Если прислушаться к звуку камертона после удара, то слышно, как он постепенно ослабевает. Это происходит потому, что колебания ножек камертона являются затухающими и их амплитуда с течением времени уменьшается. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.

Единицу громкости звука называют сон (от лат. sonus — звук).

Для характеристики громкости звука используют ещё одну важную физическую величину — звуковое давление. Звуковое колебание создаёт чередование сжатия и разрежения воздуха в точке среды, поэтому давление воздуха то больше, то меньше того давления, которое было в отсутствие звука. Этот избыток или недостаток давления и называют звуковым.

Сегодня в практических задачах акустики громкость звука характеризуется уровнем звукового давления, измеряемым в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.

ВЫСОТА ЗВУКА

Ещё одной характеристикой звука является высота звука. Мы легко различаем низкий голос (бас) и высокий (сопрано). Различные струны гитары, скрипки и виолончели издают звуки разной высоты.

Для исследования влияния характеристик звуковой волны на высоту звука можно использовать камертоны различного размера, один из которых будет издавать более высокий звук, а другой — более низкий звук. Если рассмотреть графики колебаний ветвей этих камертонов, то видно, что более высокому звуку соответствует большая частота колебаний.

Следовательно, высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

Восприятие громкости звука нашим ухом зависит не только от амплитуды, но и от частоты колебаний в звуковой волне. При равной амплитуде колебаний как более громкие мы лучше воспринимаем те звуки, частота которых лежит в пределах от 1000 до 5000 Гц.

Наряду с физическими характеристиками звука для его восприятия важны также физиологические особенности человеческого организма. Например, высокий женский голос с частотой 1000 Гц будет для нашего уха громче низкого мужского с частотой 200 Гц, даже если амплитуды колебаний голосовых связок в обоих случаях одинаковы.

МУЗЫКАЛЬНЫЙ ТОН

Колебания камертона близки к гармоническим. Они медленно затухают, и отклонение от периодичности у них невелико. Звук, издаваемый камертоном или другим гармонически колеблющимся телом, называют музыкальным тоном или чистым тоном либо просто тоном.

ТЕМБР ЗВУКА

В окружающем нас мире мы редко сталкиваемся с чистым тоном. Мы легко распознаём различные источники звука, даже если их звук имеет одинаковую высоту.

Так, несложно отличить звук гитары от звука рояля или трубы, голоса разных людей друг от друга. Объясняется это тем, что если колебание не является гармоническим, то на слух оно имеет ещё одно качество, кроме высоты и громкости, а именно специфический оттенок, называемый тембром.

Дело в том, что большинство звуков представляет собой совокупность гармонических колебаний разных частот. Осциллограмма звуков рояля показывает, что звук складывается из колебаний различных амплитуд и частот.

Составляющую наибольшего периода (т. е. наименьшей частоты) называют основным тоном. Именно основной тон и определяет высоту сложного звука. Остальные составляющие сложного звука называют обертонами (от нем. Оbеrton — верхний тон). У них частота колебаний и, следовательно, высота тона больше, чем у основного.

Набор всех обертонов создаёт уникальную окраску, или тембр звука.

Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Громкость звука. Высота и тембр звука».

Источник