Vår oppfatning av tonehøyden til en lyd og dens andre egenskaper bestemmes av egenskapene til den akustiske bølgen. Dette er de samme egenskapene som er iboende i enhver mekanisk bølge, nemlig perioden, frekvensen, amplituden til oscillasjonene. De subjektive følelsene av lyd avhenger ikke av lengden og hastigheten på bølgen. I artikkelen vil vi analysere fysikken til lyd. Tonehøyde og klang – hvordan bestemmes de? Hvorfor oppfatter vi noen lyder som høye og andre som stille? Svarene på disse og andre spørsmål vil bli gitt i artikkelen.
Pitch
Hva bestemmer høyden? For å forstå dette, la oss gjøre et enkelt eksperiment. La oss ta en fleksibel lang linjal, gjerne aluminium.
La oss presse den mot bordet og skyve kanten kraftig. La oss slå den frie kanten av linjalen med fingeren - den vil skjelve, men bevegelsen vil være stille. La oss nå flytte linjalen nærmere oss, slik at dens mindre del stikker utover kanten av benkeplaten. La oss slå igjenHersker. Kanten vil vibrere mye raskere og med mindre amplitude, og vi vil høre en karakteristisk lyd. Vi konkluderer med at for at lyd skal oppstå, må oscillasjonsfrekvensen være minst en viss verdi. Den nedre grensen for lydfrekvensområdet er 20 Hz, og den øvre grensen er 20 000 Hz.
La oss fortsette eksperimentet. Forkort den frie kanten på linjalen enda mer, sett den i bevegelse igjen. Det merkes at lyden har endret seg, den har blitt høyere. Hva viser eksperimentet? Han beviser avhengigheten av tonehøyden til lyden av frekvensen og amplituden til oscillasjonene til kilden.
Lydvolum
For å studere lydstyrke vil vi bruke en stemmegaffel – et spesialverktøy for å studere lydens egenskaper. Det finnes stemmegafler med forskjellige benlengder. De vibrerer når de slås med en hammer. Store stemmegafler svinger saktere og produserer en lav lyd. De små vibrerer ofte og varierer i tonehøyde.
La oss slå på stemmegaffelen og lytte. Lyden svekkes over tid. Hvorfor skjer dette? Volumet på lyden er dempet på grunn av en reduksjon i amplituden til svingningen av bena på enheten. De vibrerer ikke så sterkt, noe som betyr at amplituden av vibrasjoner til luftmolekyler også avtar. Jo lavere den er, jo roligere blir lyden. Denne uttalelsen gjelder for lyder med samme frekvens. Det viser seg at både tonehøyden og volumet på lyden avhenger av amplituden til bølgen.
Oppfattelse av lyder med forskjellige volum
Fra ovenstående ser det ut til at jo høyere lyden er, desto klarere er vivi hører, jo mer subtile endringer kan vi oppfatte. Dette er ikke sant. Hvis kroppen er laget til å oscillere med en veldig stor amplitude, men en lav frekvens, vil en slik lyd være dårlig å skille. Faktum er at i hele hørbarhetsområdet (20-20 tusen Hz), skiller øret vårt best lyder rundt 1 kHz. Menneskelig hørsel er mest følsom for disse frekvensene. Slike lyder virker for oss høyest. Advarselssignaler, sirener er innstilt nøyaktig til 1 kHz.
Volumnivå for forskjellige lyder
Tabellen viser vanlige lyder og deres lydstyrke i desibel.
| Type støy | Volumnivå, dB |
| Rolig pust | 0 |
| Hvisking, rasling av løvverk | 10 |
| Ticking av en klokke 1 m unna | 30 |
| Vanlig samtale | 45 |
| Støy i butikken, samtale på kontoret | 55 |
| Sound of the street | 60 |
| Høyt snakk | 65 |
| Støy fra trykkeriet | 74 |
| Bil | 77 |
| Buss | 80 |
| Engineering maskinverktøy | 80 |
| Høyt skrik | 85 |
| Motorsykkel med lyddemper | 85 |
| Lathe | 90 |
| metallurgisk anlegg | 99 |
| Orkester, T-banevogn | 100 |
| Kompressorstasjon | 100 |
| motorsag | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Thunder | 120 |
| Jetmotor | 120 |
| Nigling, skjæring av stål (dette volumet er lik smerteterskelen) | 130 |
| Fly ved lansering | 130 |
| Rakettoppskyting (forårsaker skallsjokk) | 145 |
| Lyden av en hagle av middels kaliber nær munningen (forårsaker skade) | 150 |
| Supersonic fly (dette volumet fører til skade og smertesjokk) | 160 |
Timbre
Tonehøyden og lydstyrken til lyden bestemmes, som vi fant ut, av frekvensen og amplituden til bølgen. Timbre er uavhengig av disse egenskapene. La oss ta to lydkilder med samme tonehøyde for å forstå hvorfor de har en annen klang.
Det første instrumentet vil være en stemmegaffel med en frekvens på 440 Hz (dette er tonen for den første oktaven), den andre - en fløyte, den tredje - en gitar. Med musikkinstrumenter gjengir vi den samme tonen som stemmegaffelen høres ut på. Alle tre har samme tonehøyde, men låter fortsatt forskjellig, er forskjellige i klang. Hva er grunnen? Alt handler om lydbølgens vibrasjoner. Bevegelsen som en akustisk bølge av komplekse lyder lager kalles en ikke-harmonisk oscillasjon. Bølgen i ulike områder svinger med ulik styrke og frekvens. Disse ekstra overtonene som er forskjellige i volum og tonehøyde kalles overtoner.
Ikke forveksle tonehøyde og klang. Lydens fysikk er slik at hvis"miks" ekstra, høyere til hovedlyden, får vi det som kalles en klang. Det bestemmes av volumet og antall overtoner. Frekvensen til overtonene er et multiplum av frekvensen til den laveste tonen, det vil si at den er et helt antall ganger større - 2, 3, 4 osv. Den laveste tonen kalles hovedtonen, det er den som bestemmer tonehøyden, og overtonene påvirker klangen.
Det er lyder som ikke inneholder overtoner i det hele tatt, for eksempel en stemmegaffel. Hvis du viser bevegelsen til lydbølgen på en graf, får du en sinusbølge. Slike vibrasjoner kalles harmoniske. Stemmegaffelen avgir bare grunntonen. Denne lyden kalles ofte kjedelig, fargeløs.
Når en lyd har mange høyfrekvente overtoner, blir den tøff. Lave overtoner gir lyden mykhet, fløyelsmyk. Hvert musikkinstrument, stemme har sitt eget sett med overtoner. Det er kombinasjonen av grunntonen og overtonene som gir en unik klang, gir klangen en viss klang.
