Организация учебного исследования характеристик звука.Подробнее2
Высота, тембр, громкость звука.
Слуховые ощущения человека определяются физическими параметрами звуковой волны, воздействующей на орган слуха. Традиционными физиологическими характеристиками воспринимаемого звука являются высота, тембр и громкость. Выясним, какие физические величины определяют подобную классификацию звуков.
Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук. Колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки. Например, писк комара соответствует 500—600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля — 220 взмахам.
Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц (табл.) (хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты).
В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до 2000 Гц.
На рисунке приведен диапазон частот основных мод колебаний некоторых струнных инструментов
Тембр звука. Звучание одной и той же ноты в исполнении различных музыкальных инструментов или голоса отличает тембр. Данной ноте соответствует определенный период колебаний. Форма колебаний (или зависимость давления в< создаваемого источником колебаний от времени отличается для разных инструментов (рис. Нота «ля» малой октавы (А3; 220 Гц) в исполнении трубы (а) и скрипки (б)) Это объясняется тем, что любое реальное колебание складывается из гармонических колебаний основной моды и обертонов. Если колебание струны имеет форму, близкую к треугольной, то его можно представить как сумму трех гармонических колебаний с частотами ν, 3ν, 5ν. Изменение относительной амплитуды колебаний основной моды и обертонов влияет на форму результирующего колебания и соответственно на его тембр (рис. Относительная амплитуда основной моды (220 Гц) и обертонов при исполнении ноты «ля» малой октавы
а) на фортепиано;
б) контральто).
Тембр звука определяется формой звуковых колебаний. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разной относительной амплитудой основной моды и обертонов.
Громкость звука. Изменение давления в звуковой волне влияет на громкость звука.
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний давления в звуковой волне.
Минимальное изменение давления, которое может фиксироваться человеческим ухом, определяет порог слышимости.
При частоте 1 кГц порог слышимости составляет 10-5Па, или 10-10атм. Подобное изменение давления означает, что человеческое ухо фиксирует амплитуду колебаний молекул порядки 1 нм.
Максимальное изменение давления, которое еще в состоянии фиксировать человеческое ухо, определяет болевой порог.
Болевой порог соответствует изменению давления 10-4атм, или 10 Па.
На практике громкость звука характеризуется уровнем интенсивности звука.
Интенсивность звука — отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности.
Единица интенсивности звука — ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Порог слышимости соответствует интенсивности звука I0 = 10-12Вт/м2; болевой порог Iб п = 1 Вт/м2.
Следовательно, болевой порог отличается по интенсивности звука от порога слышимости на 12 порядков. На столько же порядков отличается диаметр Земли от толщины человеческого волоса. Показатель степени k числа 10, характеризующий порядок величины, называется десятичным логарифмом:
Уровень интенсивности звука — десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука (единица — белл (Б)):
На практике в качестве уровня интенсивности звука принимается величина, в 10 раз большая:
Подобно тому как 5 м соответствуют 50 дм, единицу уровня интенсивности звука принят I дБ. В таблице приведен уровень интенсивности личных звуков. Увеличение интенсивности звука на 10 дБ примерно удваивает громкость.
'Уровень интенсивности 120 дБ является болевым порогом.
Проект: Организация учебного исследования характеристик звука
