Onze perceptie van de toonhoogte van een geluid en zijn andere eigenschappen wordt bepaald door de kenmerken van de akoestische golf. Dit zijn dezelfde kenmerken die inherent zijn aan elke mechanische golf, namelijk de periode, frequentie en amplitude van oscillaties. De subjectieve gewaarwordingen van geluid zijn niet afhankelijk van de lengte en snelheid van de golf. In het artikel zullen we de fysica van geluid analyseren. Toonhoogte en klankkleur - hoe worden ze bepaald? Waarom ervaren we sommige geluiden als luid en andere als stil? De antwoorden op deze en andere vragen worden in het artikel gegeven.
Pitch
Wat bepa alt de hoogte? Laten we een eenvoudig experiment doen om dit te begrijpen. Laten we een flexibele lange liniaal nemen, bij voorkeur aluminium.
Laten we het tegen de tafel drukken en krachtig tegen de rand duwen. Laten we met uw vinger op de vrije rand van de liniaal slaan - hij zal beven, maar zijn beweging zal stil zijn. Laten we nu de liniaal dichter naar ons toe verplaatsen, zodat het kleinere deel buiten de rand van het aanrecht uitsteekt. Laten we nog een keer slaanliniaal. De rand zal veel sneller trillen en met een kleinere amplitude, en we zullen een karakteristiek geluid horen. We concluderen dat om geluid te laten optreden, de oscillatiefrequentie op zijn minst een bepaalde waarde moet hebben. De ondergrens van het audiofrequentiebereik is 20 Hz en de bovengrens is 20.000 Hz.
Laten we doorgaan met het experiment. Verkort de vrije rand van de liniaal nog meer, zet hem weer in beweging. Het v alt op dat het geluid is veranderd, het is hoger geworden. Wat laat het experiment zien? Hij bewijst de afhankelijkheid van de toonhoogte van het geluid van de frequentie en amplitude van de trillingen van de bron.
Geluidsvolume
Om luidheid te bestuderen, gebruiken we een stemvork - een speciaal hulpmiddel om de eigenschappen van geluid te bestuderen. Er zijn stemvorken met verschillende beenlengtes. Ze trillen als ze met een hamer worden geraakt. Grote stemvorken oscilleren langzamer en produceren een laag geluid. De kleintjes trillen vaak en verschillen in toonhoogte.
Laten we op de stemvork drukken en luisteren. Het geluid wordt na verloop van tijd zwakker. Waarom gebeurt dit? Het volume van het geluid wordt gedempt door een afname van de amplitude van de oscillatie van de benen van het apparaat. Ze trillen niet zo sterk, waardoor de amplitude van trillingen van luchtmoleculen ook afneemt. Hoe lager het is, hoe stiller het geluid zal zijn. Deze bewering geldt voor geluiden van dezelfde frequentie. Het blijkt dat zowel de toonhoogte als het volume van het geluid afhankelijk zijn van de amplitude van de golf.
Perceptie van geluiden van verschillende volumes
Uit het bovenstaande blijkt dat hoe luider het geluid, hoe helderder we zijnwe horen, hoe meer subtiele veranderingen we kunnen waarnemen. Dit is niet waar. Als het lichaam wordt gemaakt om te oscilleren met een zeer grote amplitude, maar een lage frequentie, dan is zo'n geluid slecht te onderscheiden. Feit is dat ons oor in het hele hoorbereik (20-20 duizend Hz) geluiden rond 1 kHz het beste onderscheidt. Het menselijk gehoor is het meest gevoelig voor deze frequenties. Dergelijke geluiden lijken ons het luidst. Waarschuwingssignalen, sirenes zijn exact afgestemd op 1 kHz.
Volumeniveau van verschillende geluiden
De tabel toont veelvoorkomende geluiden en hun luidheid in decibel.
| Soort geluid | Volumeniveau, dB |
| Rustige ademhaling | 0 |
| Fluister, geritsel van gebladerte | 10 |
| Tik van een klok op 1 m afstand | 30 |
| Regelmatig gesprek | 45 |
| Lawaai in de winkel, gesprek op kantoor | 55 |
| Geluid van de straat | 60 |
| Luid praten | 65 |
| Geluid van de drukkerij | 74 |
| Auto | 77 |
| Bus | 80 |
| Technische werktuigmachine | 80 |
| Luide schreeuw | 85 |
| Motorfiets met geluiddemper | 85 |
| Draaibank | 90 |
| Metallurgische fabriek | 99 |
| Orkest, metrowagen | 100 |
| Compressorstation | 100 |
| Kettingzaag | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Donder | 120 |
| Straalmotor | 120 |
| Klinken, snijden van staal (dit volume is gelijk aan de pijngrens) | 130 |
| Vliegtuig bij lancering | 130 |
| Raketlancering (veroorzaakt shellshock) | 145 |
| Geluid van een middelgroot jachtgeweer bij de snuit (veroorzaakt letsel) | 150 |
| Supersonisch vliegtuig (dit volume leidt tot letsel en pijnschokken) | 160 |
Timbre
De toonhoogte en het volume van het geluid worden, zoals we ontdekten, bepaald door de frequentie en amplitude van de golf. Het timbre is onafhankelijk van deze kenmerken. Laten we twee geluidsbronnen met dezelfde toonhoogte nemen om te begrijpen waarom ze een verschillend timbre hebben.
Het eerste instrument is een stemvork die klinkt met een frequentie van 440 Hz (dit is de noot voor het eerste octaaf), het tweede - een fluit, het derde - een gitaar. Met muziekinstrumenten reproduceren we dezelfde noot waarop de stemvork klinkt. Ze hebben alle drie dezelfde toonhoogte, maar klinken toch anders, verschillen in klankkleur. Wat is de reden? Het draait allemaal om de trillingen van de geluidsgolf. De beweging die een akoestische golf van complexe geluiden maakt, wordt een niet-harmonische oscillatie genoemd. De golf in verschillende gebieden oscilleert met verschillende sterkte en frequentie. Deze extra boventonen die verschillen in volume en toonhoogte worden boventonen genoemd.
Verwar toonhoogte en klankkleur niet. De fysica van geluid is zodanig dat als"mix" extra, hogere tonen aan het hoofdgeluid, we krijgen wat een timbre wordt genoemd. Het wordt bepaald door het volume en het aantal boventonen. De frequentie van de boventonen is een veelvoud van de frequentie van de laagste toon, d.w.z. het is een geheel aantal keren groter - 2, 3, 4, enz. De laagste toon wordt de hoofdtoon genoemd, het is het die de toonhoogte bepa alt, en de boventonen beïnvloeden het timbre.
Er zijn geluiden die helemaal geen boventonen bevatten, zoals een stemvork. Als je de beweging van zijn geluidsgolf in een grafiek weergeeft, krijg je een sinusgolf. Dergelijke trillingen worden harmonisch genoemd. De stemvork stra alt alleen de grondtoon uit. Dit geluid wordt vaak saai, kleurloos genoemd.
Als een geluid veel hoogfrequente boventonen heeft, wordt het hard. Lage boventonen geven het geluid zachtheid, fluweelachtig. Elk muziekinstrument, elke stem heeft zijn eigen boventonen. Het is de combinatie van de grondtoon en boventonen die een uniek geluid geeft, het geluid een bepaald timbre geeft.
