Η αντίληψή μας για το ύψος ενός ήχου και τις άλλες ιδιότητές του καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά του ακουστικού κύματος. Αυτά είναι τα ίδια χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε οποιοδήποτε μηχανικό κύμα, δηλαδή η περίοδος, η συχνότητα, το πλάτος των ταλαντώσεων. Οι υποκειμενικές αισθήσεις του ήχου δεν εξαρτώνται από το μήκος και την ταχύτητα του κύματος. Στο άρθρο θα αναλύσουμε τη φυσική του ήχου. Βήμα και χροιά - πώς καθορίζονται; Γιατί αντιλαμβανόμαστε κάποιους ήχους ως δυνατούς και άλλους ως σιωπηλούς; Οι απαντήσεις σε αυτές και άλλες ερωτήσεις θα δοθούν στο άρθρο.
Pitch
Τι καθορίζει το ύψος; Για να το καταλάβουμε αυτό, ας κάνουμε ένα απλό πείραμα. Ας πάρουμε έναν εύκαμπτο μακρύ χάρακα, κατά προτίμηση από αλουμίνιο.
Ας το πιέσουμε στο τραπέζι, πιέζοντας δυνατά την άκρη. Ας χτυπήσουμε την ελεύθερη άκρη του χάρακα με το δάχτυλό σας - θα τρέμει, αλλά η κίνησή του θα είναι σιωπηλή. Τώρα ας μετακινήσουμε τον χάρακα πιο κοντά μας, ώστε το μικρότερο τμήμα του να προεξέχει πέρα από την άκρη του πάγκου. Ας ξαναχτυπήσουμεκυβερνήτης. Η άκρη του θα δονείται πολύ πιο γρήγορα και με μικρότερο πλάτος και θα ακούσουμε έναν χαρακτηριστικό ήχο. Συμπεραίνουμε ότι για να προκύψει ήχος, η συχνότητα ταλάντωσης πρέπει να είναι τουλάχιστον μια ορισμένη τιμή. Το κατώτερο όριο του εύρους συχνοτήτων ήχου είναι 20 Hz και το ανώτερο όριο είναι 20.000 Hz.
Ας συνεχίσουμε το πείραμα. Κοντύνετε ακόμη περισσότερο την ελεύθερη άκρη του χάρακα, θέστε την ξανά σε κίνηση. Είναι αντιληπτό ότι ο ήχος έχει αλλάξει, έχει γίνει υψηλότερος. Τι δείχνει το πείραμα; Αποδεικνύει την εξάρτηση του ύψους του ήχου από τη συχνότητα και το πλάτος των ταλαντώσεων της πηγής του.
Ένταση ήχου
Για να μελετήσουμε την ένταση, θα χρησιμοποιήσουμε ένα πιρούνι συντονισμού - ένα ειδικό εργαλείο για τη μελέτη των ιδιοτήτων του ήχου. Υπάρχουν πιρούνια συντονισμού με διαφορετικά μήκη ποδιών. Δονούνται όταν χτυπηθούν με σφυρί. Τα μεγάλα πιρούνια συντονισμού ταλαντώνονται πιο αργά και παράγουν χαμηλό ήχο. Τα μικρά δονούνται συχνά και διαφέρουν στο ύψος τους.
Ας χτυπήσουμε το κουρδιστήρι και ας ακούσουμε. Ο ήχος εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου. Γιατί συμβαίνει αυτό? Η ένταση του ήχου μειώνεται λόγω της μείωσης του πλάτους της ταλάντωσης των ποδιών της συσκευής. Δεν δονούνται τόσο έντονα, πράγμα που σημαίνει ότι μειώνεται και το πλάτος των δονήσεων των μορίων του αέρα. Όσο πιο χαμηλά είναι, τόσο πιο ήσυχος θα είναι ο ήχος. Αυτή η δήλωση ισχύει για ήχους της ίδιας συχνότητας. Αποδεικνύεται ότι τόσο το ύψος όσο και η ένταση του ήχου εξαρτώνται από το πλάτος του κύματος.
Αντίληψη ήχων διαφορετικών εντάσεων
Από τα παραπάνω, φαίνεται ότι όσο πιο δυνατός είναι ο ήχος, τόσο πιο καθαροί είμαστεακούμε, τόσο πιο λεπτές αλλαγές μπορούμε να αντιληφθούμε. Αυτό δεν είναι αληθινό. Εάν το σώμα είναι φτιαγμένο να ταλαντώνεται με πολύ μεγάλο πλάτος, αλλά χαμηλή συχνότητα, τότε ένας τέτοιος ήχος θα είναι ελάχιστα διακριτός. Γεγονός είναι ότι σε όλο το εύρος ακρόασης (20-20 χιλιάδες Hz), το αυτί μας διακρίνει καλύτερα τους ήχους γύρω στο 1 kHz. Η ανθρώπινη ακοή είναι πιο ευαίσθητη σε αυτές τις συχνότητες. Τέτοιοι ήχοι μας φαίνονται οι πιο δυνατοί. Προειδοποιητικά σήματα, οι σειρήνες ρυθμίζονται ακριβώς στο 1 kHz.
Επίπεδο έντασης διαφορετικών ήχων
Ο πίνακας δείχνει κοινούς ήχους και την ένταση τους σε ντεσιμπέλ.
| Τύπος θορύβου | Επίπεδο έντασης, dB |
| Ήρεμη αναπνοή | 0 |
| Ψίθυρος, θρόισμα φυλλώματος | 10 |
| Χρετκ ρολογιού 1 μ. μακριά | 30 |
| Τακτική συνομιλία | 45 |
| Θόρυβος στο κατάστημα, συζήτηση στο γραφείο | 55 |
| Ήχος του δρόμου | 60 |
| Δυνατή ομιλία | 65 |
| Θόρυβος Εκτυπώσεων | 74 |
| Αυτοκίνητο | 77 |
| Λεωφορείο | 80 |
| Εργαλειομηχανή μηχανικής | 80 |
| Δυνατή κραυγή | 85 |
| Μοτοσικλέτα με σιγαστήρα | 85 |
| Τόρνος | 90 |
| Μεταλλουργικό εργοστάσιο | 99 |
| Ορχήστρα, βαγόνι του μετρό | 100 |
| Σταθμός συμπιεστή | 100 |
| Αλυσοπρίονο | 105 |
| Ελικόπτερο | 110 |
| Thunder | 120 |
| Μηχανή τζετ | 120 |
| Καρτσίνισμα, κοπή χάλυβα (αυτός ο όγκος είναι ίσος με το όριο πόνου) | 130 |
| Αεροπλάνο κατά την εκτόξευση | 130 |
| εκτόξευση πυραύλου (προκαλεί σοκ) | 145 |
| Ήχος κυνηγετικού όπλου μεσαίου διαμετρήματος κοντά στο ρύγχος (προκαλεί τραυματισμό) | 150 |
| Υπερηχητικό αεροσκάφος (αυτός ο όγκος οδηγεί σε τραυματισμό και σοκ) | 160 |
Timbre
Το ύψος και η ένταση του ήχου καθορίζονται, όπως διαπιστώσαμε, από τη συχνότητα και το πλάτος του κύματος. Το timbre είναι ανεξάρτητο από αυτά τα χαρακτηριστικά. Ας πάρουμε δύο πηγές ήχου του ίδιου τόνου για να καταλάβουμε γιατί έχουν διαφορετική χροιά.
Το πρώτο όργανο θα είναι ένα πιρούνι συντονισμού που θα ηχεί σε συχνότητα 440 Hz (αυτή είναι η νότα για την πρώτη οκτάβα), το δεύτερο - ένα φλάουτο, το τρίτο - μια κιθάρα. Με τα μουσικά όργανα, αναπαράγουμε την ίδια νότα στην οποία ακούγεται το κουρδιστήρι. Και τα τρία έχουν τον ίδιο τόνο, αλλά εξακολουθούν να ακούγονται διαφορετικά, διαφέρουν ως προς τη χροιά. Ποιός είναι ο λόγος? Είναι όλα σχετικά με τις δονήσεις του ηχητικού κύματος. Η κίνηση που κάνει ένα ακουστικό κύμα σύνθετων ήχων ονομάζεται μη αρμονική ταλάντωση. Το κύμα σε διάφορες περιοχές ταλαντώνεται με διαφορετική ισχύ και συχνότητα. Αυτοί οι πρόσθετοι τόνοι που διαφέρουν ως προς τον όγκο και τον τόνο ονομάζονται υπέρηχοι.
Μην μπερδεύετε τον τόνο και τη χροιά. Η φυσική του ήχου είναι τέτοια που αν«αναμιγνύουμε» πρόσθετα, υψηλότερα στον κύριο ήχο, παίρνουμε αυτό που λέγεται χροιά. Καθορίζεται από τον όγκο και τον αριθμό των αποχρώσεων. Η συχνότητα των υπερτονικών είναι πολλαπλάσιο της συχνότητας του χαμηλότερου τόνου, δηλαδή είναι ένας ακέραιος αριθμός φορές μεγαλύτερος - 2, 3, 4, κ.λπ. Ο χαμηλότερος τόνος ονομάζεται κύριος τόνος, είναι αυτός που καθορίζει το ύψος, και οι τόνοι επηρεάζουν τη χροιά.
Υπάρχουν ήχοι που δεν περιέχουν καθόλου τόνους, όπως ένα πιρούνι συντονισμού. Εάν απεικονίσετε την κίνηση του ηχητικού του κύματος σε ένα γράφημα, θα λάβετε ένα ημιτονοειδές κύμα. Τέτοιες δονήσεις ονομάζονται αρμονικές. Το πιρούνι συντονισμού εκπέμπει μόνο τον θεμελιώδη τόνο. Αυτός ο ήχος αποκαλείται συχνά βαρετός, άχρωμος.
Όταν ένας ήχος έχει πολλούς τόνους υψηλής συχνότητας, γίνεται σκληρός. Οι χαμηλοί τόνοι δίνουν στον ήχο απαλότητα, βελούδινη. Κάθε μουσικό όργανο, φωνή έχει τους δικούς του τόνους. Είναι ο συνδυασμός του θεμελιώδους τόνου και των αποχρώσεων που δίνει έναν μοναδικό ήχο, προσδίδει στον ήχο μια συγκεκριμένη χροιά.
