Quelle est la définition du pitch en physique ? Le son en musique

Revenons à l'expérience représentée à la figure 74. Comme déjà mentionné, la partie libre de la règle ne crée du son que si elle vibre à une fréquence d'au moins 16 Hz. Déplaçons la règle vers le bas dans l'étau (raccourcissant ainsi la partie supérieure) et amenons-la dans mouvement oscillatoire. Notez que la fréquence de vibration de la règle a augmenté et que le son qu’elle produit est devenu plus aigu. En continuant à raccourcir périodiquement la partie oscillante de la règle, nous veillerons à ce que le son augmente à mesure que la fréquence d'oscillation augmente.

Vérifions cette conclusion à l'aide d'une autre expérience. Prenons un disque denté (Fig. 79, a), utilisons un dispositif spécial pour le faire tourner et touchons le bord denté avec une fine plaque de carton (Fig. 79, b). Sous l'influence des dents du disque rotatif, le plateau commencera à fonctionner oscillations forcées, nous faisant entendre un son. Augmentons la vitesse de rotation du disque, et la plaque vibrera plus souvent, et le son qu'elle produira sera plus élevé.

Riz. 79. Etude de la dépendance de la hauteur du son sur la fréquence de vibration de la source

Sur la base de l'expérience décrite, nous pouvons conclure que la hauteur du son dépend de la fréquence de vibration : plus la fréquence de vibration de la source sonore est élevée, plus le son qu'elle produit est élevé.

Rappelons que les branches du diapason effectuent des oscillations harmoniques (sinusoïdales), qui sont les plus vue simple hésitation. De telles vibrations n'ont qu'une seule fréquence strictement définie. Le son d’un diapason est un son pur.

• Un son pur est le son d'une source qui fait vibrer des harmoniques à la même fréquence.

Les sons provenant d'autres sources (par exemple, les sons de divers instruments de musique, les voix des gens, le son d'une sirène et bien d'autres) sont un ensemble de vibrations harmoniques différentes fréquences, c'est-à-dire un ensemble de tons purs.

La fréquence la plus basse (c'est-à-dire la plus petite) d'un son aussi complexe est appelée la fréquence fondamentale, et le son correspondant d'une certaine hauteur est le ton fondamental (parfois on l'appelle simplement le ton). La hauteur d'un son complexe est déterminée précisément par la hauteur de sa tonalité fondamentale.

Toutes les autres tonalités d’un son complexe sont appelées harmoniques. Les fréquences de toutes les harmoniques d'un son donné sont un nombre entier de fois supérieures à la fréquence de sa tonalité fondamentale (elles sont donc également appelées tonalités harmoniques supérieures).

Les harmoniques déterminent le timbre d'un son, c'est-à-dire sa qualité qui permet de distinguer les sons de certaines sources des sons d'autres. Par exemple, on distingue facilement le son d’un piano de celui d’un violon, même si ces sons ont la même hauteur, c’est-à-dire la même fréquence fondamentale. La différence entre ces sons est due à un ensemble différent d'harmoniques (l'ensemble des harmoniques différentes sources peuvent différer par le nombre d'harmoniques, leurs amplitudes, le déphasage entre elles, le spectre de fréquence).

Ainsi, la hauteur d'un son est déterminée par la fréquence de sa tonalité fondamentale : plus la fréquence de la tonalité fondamentale est élevée, plus le son est aigu.

Le timbre d'un son est déterminé par l'ensemble de ses harmoniques.

Pour savoir de quoi dépend le volume du son, revenons à l’expérience représentée à la figure 76. Une petite boule accrochée à un fil est rapprochée d’une branche du diapason, et l’autre est légèrement frappée avec un marteau. Les deux branches du diapason se mettent à vibrer. Un petit bruit se fait entendre. La balle rebondit sur la branche oscillante sur une courte distance. Puis le diapason est étouffé et frappé à nouveau, mais beaucoup plus fort que la première fois. Maintenant, le diapason sonne plus fort et la balle rebondit sur une plus grande distance, ce qui indique une plus grande amplitude de vibration des branches.

Cette expérience et bien d'autres nous permettent de conclure que le volume du son dépend de l'amplitude des vibrations : plus l'amplitude des vibrations est grande, plus le son est fort.

Dans l'expérience considérée, les fréquences de vibration des deux sons - faibles et forts - sont les mêmes, puisque leur source est le même diapason. Mais si nous comparons des sons de différentes fréquences, en plus de l'amplitude des vibrations, nous devrons prendre en compte un autre facteur qui affecte le volume. Le fait est que la sensibilité de l'oreille humaine aux sons de différentes fréquences est différente. Avec les mêmes amplitudes, les sons dont les fréquences se situent entre 1 000 et 5 000 Hz sont perçus comme plus forts. Ainsi, par exemple, une voix féminine aiguë avec une fréquence de 1000 Hz sera plus forte à notre oreille qu'une voix masculine grave avec une fréquence de 200 Hz, même si les amplitudes de vibration des cordes vocales sont les mêmes dans les deux cas. Le volume d'un son dépend aussi de sa durée et de caractéristiques individuelles auditeur.

• A amplitudes égales, la voix d'une femme, qui a une fréquence plus élevée que celle d'un homme, est perçue comme plus forte.

Le volume sonore est une qualité subjective de la sensation auditive qui permet de classer tous les sons sur une échelle allant de faible à fort.

L'unité d'intensité sonore s'appelle le sommeil. Dans les problèmes pratiques, le volume sonore est généralement caractérisé par le niveau pression sonore, mesuré en bels (B) ou décibels (dB), qui sont un dixième de blanc.

Par exemple, le son généré en feuilletant un journal correspond à un niveau de pression acoustique d'environ 20 dB, le son d'un réveil - environ 80 dB, le bruit d'un moteur d'avion - environ 130 dB (un son aussi fort provoque douleur chez une personne).

L'exposition systématique d'une personne à des sons forts, notamment au bruit (un ensemble de sons de volumes, hauteurs, timbres différents), nuit à sa santé.

Dans les zones bruyantes, de nombreuses personnes ressentent des symptômes du mal du bruit : augmentation de l'excitabilité nerveuse, fatigue, augmentation la pression artérielle. Donc dans grandes villes des mesures spéciales doivent être prises pour réduire le bruit, par exemple en interdisant les klaxons des voitures.

Des questions

• Dans quel but les expériences représentées dans les figures 74 et 79 ont-elles été réalisées ? Quelle conclusion a-t-on tiré des résultats de ces expériences ?
• Comment pouvez-vous vérifier expérimentalement que parmi deux diapasons, le son le plus aigu est produit par celui dont la fréquence naturelle est la plus élevée ? (Les fréquences sur les diapasons ne sont pas indiquées.)
• De quoi dépend la hauteur du son ?
• Comment le volume d'un son changera-t-il si l'amplitude de ses oscillations sources est réduite ?
• À quelle fréquence sonore - 500 Hz ou 3 000 Hz - l'oreille humaine percevra-t-elle comme étant plus forte étant donné les mêmes amplitudes de vibration des sources de ces sons ?
• Qu'est-ce qui détermine le volume du son ?
• Comment l’exposition systématique à des sons forts affecte-t-elle la santé humaine ?

Exercice 29

• Quel insecte bat le plus souvent des ailes en vol : un bourdon, un moustique ou une mouche ? Pourquoi penses-tu ça?
• Rotation des dents scie circulaire créer une onde sonore dans l'air. Comment la hauteur du son produit par la scie changera-t-elle lors de son utilisation ? au ralenti, si vous commencez à scier une planche épaisse de bois dense dessus ? Pourquoi?
• On sait que plus une corde de guitare est tendue, plus le son qu’elle produit est aigu. Comment la hauteur des cordes de guitare changera-t-elle si la température ambiante augmente de manière significative ? Expliquez votre réponse.

Les ondes sonores, comme les autres ondes, sont caractérisées par des quantités objectives telles que la fréquence, l'amplitude, la phase d'oscillation, la vitesse de propagation, l'intensité sonore et autres. Mais. de plus, ils sont décrits par trois caractéristiques subjectives. Ce sont le volume sonore, la hauteur et le timbre.

La sensibilité de l'oreille humaine varie selon les fréquences. Pour provoquer une sensation sonore, l'onde doit avoir une certaine intensité minimale, mais si cette intensité dépasse une certaine limite, alors le son n'est pas entendu et ne provoque qu'une sensation douloureuse. Ainsi, pour chaque fréquence d’oscillation, il existe un minimum (seuil d'audition) et le plus grand (seuil de la douleur) l'intensité du son qui peut provoquer une sensation sonore. La figure 15.10 montre la dépendance des seuils d'audition et de douleur sur la fréquence du son. L'aire située entre ces deux courbes est zone audible. Distance la plus longue entre les courbes se situe les fréquences auxquelles l'oreille est la plus sensible (1000-5000 Hz). 

Si l'intensité du son est une quantité qui caractérise objectivement le processus ondulatoire, alors la caractéristique subjective du son est l'intensité sonore qui dépend de l'intensité du son, c'est-à-dire est déterminé par le carré de l'amplitude des vibrations de l'onde sonore et de la sensibilité de l'oreille (caractéristiques physiologiques). Puisque l'intensité du son est \(~I \sim A^2,\), plus l'amplitude des vibrations est grande, plus le son est fort.

Pas- la qualité du son, déterminée subjectivement par l'oreille et en fonction de la fréquence du son. Plus la fréquence est élevée, plus la hauteur du son est élevée.

Les vibrations sonores se produisant selon une loi harmonique, avec une certaine fréquence, sont perçues par une personne comme un certain ton musical. Les vibrations à haute fréquence sont perçues comme des sons ton aigu sons de basse fréquence - comme des sons ton bas. La gamme de vibrations sonores correspondant à un doublement de la fréquence de vibration est appelée octave. Ainsi, par exemple, le ton « A » de la première octave correspond à une fréquence de 440 Hz, le ton « A » de la deuxième octave correspond à une fréquence de 880 Hz.

Les sons musicaux correspondent aux sons produits par un corps vibrant harmonieusement.

Ton principal un son musical complexe est la tonalité correspondant à la fréquence la plus basse présente dans l'ensemble des fréquences d'un son donné. Les tonalités correspondant à d'autres fréquences du son sont appelées des connotations. Si les fréquences harmoniques sont des multiples de la fréquence \(~\nu_0\) du ton fondamental, alors les harmoniques sont appelées harmoniques et le ton fondamental de fréquence \(~\nu_0\) est appelé première harmonique harmonique avec la fréquence suivante \(~2 \nu_0\) - deuxième harmonique etc.

Les sons musicaux avec le même ton fondamental diffèrent par le timbre, qui est déterminé par la présence d'harmoniques - leurs fréquences et amplitudes, la nature de l'augmentation des amplitudes au début du son et leur diminution à la fin du son.

A la même hauteur, les sons produits, par exemple, par un violon et un piano sont différents timbre.

La perception du son par les organes auditifs dépend des fréquences incluses dans l'onde sonore.

Des bruits- ce sont des sons qui forment un spectre continu constitué d'un ensemble de fréquences, c'est-à-dire Le bruit contient des vibrations de toutes les fréquences possibles.

Littérature

Aksenovich L. A. Physique à lycée: Théorie. Tâches. Tests : Manuel. allocation pour les établissements dispensant un enseignement général. environnement, éducation / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino ; Éd. KS Farino. - Mn. : Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 431-432.

Le son, c'est-à-dire le nombre de vibrations d'un milieu (généralement de l'air) par seconde qui affectent le tympan humain. À mesure que la fréquence de vibration augmente, la hauteur du son augmente. En première approximation, la hauteur subjective d'un son est proportionnelle au logarithme de la fréquence - selon la loi de Weber-Fechner.

Informations de base

La hauteur est une qualité subjective de la sensation auditive d'une personne, ainsi que le volume et le timbre, qui permet de placer tous les sons sur une échelle allant du bas au haut. Pour un ton pur (Qu'est-ce que c'est?) cela dépend principalement de la fréquence (à mesure que la fréquence augmente, la hauteur du son augmente), mais dans la perception subjective - également de son intensité (amplitude ?) - à mesure que l'intensité augmente, la hauteur du son semble plus basse. La hauteur d'un son avec une composition spectrale complexe dépend de la répartition de l'énergie le long de l'échelle de fréquence.

Les signaux de fréquence d'un spectre complexe sans fréquence fondamentale (la première harmonique du spectre) sont appelés résiduel. La perception de la hauteur d'un signal de fréquence est la même que la perception de la hauteur d'une version résiduelle du même signal.

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Remarques

Littérature

• Haynes B., Cooke P.R. Pitch // Le dictionnaire New Grove de la musique et des musiciens. Londres; New-York, 2001.

voir également

Un extrait caractérisant la hauteur du son

La source de cette extraordinaire capacité de compréhension du sens des phénomènes qui se produisent résidait dans le sentiment national qu'il portait en lui dans toute sa pureté et sa force.
Seule la reconnaissance de ce sentiment en lui a amené le peuple, d'une manière si étrange, à cause de la disgrâce d'un vieil homme, à le choisir contre la volonté du roi comme représentant. guerre populaire. Et seul ce sentiment l'a amené à cette plus haute hauteur humaine, d'où lui, le commandant en chef, a dirigé toutes ses forces non pas pour tuer et exterminer les gens, mais pour les sauver et avoir pitié d'eux.
Cette figure simple, modeste et donc véritablement majestueuse ne pouvait pas correspondre à cette forme trompeuse de héros européen, apparemment contrôlant le peuple, que l'histoire avait inventée.
Pour un laquais, il ne peut y avoir de grand homme, car le laquais a sa propre conception de la grandeur.

Le 5 novembre était le premier jour de ce qu'on appelle Bataille de Krasnenski. Avant le soir, après bien des disputes et des erreurs de généraux qui se sont trompés d'endroit ; après avoir envoyé des adjudants avec des contre-ordres, lorsqu'il devint clair que l'ennemi fuyait partout et qu'il ne pouvait pas y avoir et qu'il n'y aurait pas de bataille, Koutouzov quitta Krasnoïe et se rendit à Dobroye, où l'appartement principal avait été transféré ce jour-là.
La journée était claire et glaciale. Koutouzov, accompagné d'un immense cortège de généraux mécontents de lui et chuchotant derrière lui, se rendit à Dobroy sur son gros cheval blanc. Tout au long de la route, des groupes de prisonniers français capturés ce jour-là (sept mille d'entre eux l'ont été ce jour-là) se pressaient, se réchauffant près des incendies. Non loin de Dobroye, une foule immense de prisonniers en haillons, bandés et enveloppés bourdonnait de conversation, debout sur la route à côté d'une longue rangée de canons français dételés. À l'approche du commandant en chef, la conversation se tut et tous les regards se tournèrent vers Koutouzov, qui, avec sa casquette blanche à bande rouge et son pardessus de coton, assis penché sur ses épaules voûtées, avançait lentement le long de la route. L'un des généraux a rendu compte à Koutouzov de l'endroit où les armes et les prisonniers avaient été emmenés.
Koutouzov semblait préoccupé par quelque chose et n’entendit pas les paroles du général. Il plissa les yeux de mécontentement et regarda attentivement et attentivement les silhouettes des prisonniers qui présentaient une apparence particulièrement pitoyable. La plupart des visages des soldats français étaient défigurés par des nez et des joues gelés, et presque tous avaient les yeux rouges, enflés et purulents.
Un groupe de Français se tenait près de la route et deux soldats - l'un d'eux avait le visage couvert de plaies - déchiraient un morceau de viande avec leurs mains. viande crue. Il y avait quelque chose d'effrayant et d'animal dans ce regard superficiel qu'ils jetaient sur les passants et dans cette expression de colère avec laquelle le soldat aux plaies, regardant Koutouzov, se détourna immédiatement et continua son travail.
Koutouzov regarda longuement ces deux soldats avec attention ; Plissant encore plus son visage, il plissa les yeux et secoua la tête pensivement. A un autre endroit, il remarqua un soldat russe qui, riant et tapotant l'épaule du Français, lui dit quelque chose d'affectueusement. Koutouzov secoua de nouveau la tête avec la même expression.
- Qu'est-ce que tu dis? Quoi? - a-t-il demandé au général, qui a continué à faire son rapport et a attiré l'attention du commandant en chef sur les bannières françaises capturées qui se trouvaient devant le front du régiment Preobrazhensky.
- Ah, les bannières ! - dit Koutouzov, apparemment difficile à s'arracher au sujet qui l'occupait. Il regarda autour de lui distraitement. Des milliers d'yeux de tous côtés, attendant sa parole, le regardaient.
Il s'est arrêté devant le régiment Preobrazhensky, a soupiré lourdement et a fermé les yeux. Quelqu'un de la suite a fait signe aux soldats tenant les banderoles de venir placer leurs mâts de drapeau autour du commandant en chef. Koutouzov resta silencieux pendant quelques secondes et, apparemment à contrecœur, obéissant à la nécessité de sa position, leva la tête et commença à parler. Des foules d'officiers l'entouraient. Il regarda attentivement le cercle d'officiers et reconnut certains d'entre eux.
- Merci tout le monde! - dit-il en se tournant vers les soldats et encore vers les officiers. Dans le silence qui régnait autour de lui, ses paroles lentement prononcées étaient clairement audibles. «Je remercie tout le monde pour leur service difficile et fidèle.» La victoire est complète et la Russie ne vous oubliera pas. Gloire à toi pour toujours ! « Il fit une pause et regarda autour de lui.
« Penchez-le, penchez-lui la tête », a-t-il dit au soldat qui tenait l'aigle français et l'a accidentellement abaissé devant la bannière des soldats de Preobrazhensky. - Plus bas, plus bas, c'est tout. Hourra! « Les gars », d’un mouvement rapide du menton, tournez-vous vers les soldats, dit-il.

Avec l'aide de cette leçon vidéo, vous pouvez étudier le sujet « Sources sonores. Vibrations sonores. Hauteur, timbre, volume." Dans cette leçon, vous apprendrez ce qu'est le son. Nous considérerons également les gammes de vibrations sonores perçues par l'audition humaine. Déterminons quelle peut être la source du son et quelles conditions sont nécessaires à son apparition. Nous étudierons également des caractéristiques sonores telles que la hauteur, le timbre et le volume.

Le sujet de la leçon est consacré aux sources sonores et aux vibrations sonores. Nous parlerons également des caractéristiques du son - hauteur, volume et timbre. Avant de parler du son, oh les ondes sonores ah, rappelons que les ondes mécaniques se propagent dans les milieux élastiques. La partie des ondes mécaniques longitudinales perçue par les organes auditifs humains est appelée son, ondes sonores. Le son est une onde mécanique perçue par les organes auditifs humains et qui provoque des sensations sonores. .

Des expériences montrent que l'oreille humaine et les organes auditifs humains perçoivent des vibrations dont les fréquences varient de 16 Hz à 20 000 Hz. C'est cette gamme que nous appelons le son. Bien entendu, il existe des ondes dont la fréquence est inférieure à 16 Hz (infrasons) et supérieure à 20 000 Hz (ultrasons). Mais cette gamme, ces sections ne sont pas perçues par l'oreille humaine.

Riz. 1. Portée auditive de l'oreille humaine

Comme nous l'avons dit, les zones d'infrasons et d'ultrasons ne sont pas perçues par les organes auditifs humains. Bien qu’ils puissent être perçus, par exemple, par certains animaux et insectes.

Ce qui s'est passé ? Les sources sonores peuvent être n'importe quel corps qui vibre à une fréquence sonore (de 16 à 20 000 Hz).

Riz. 2. Une règle oscillante serrée dans un étau peut être une source sonore.

Passons à l'expérience et voyons comment se forme une onde sonore. Pour ce faire, nous avons besoin d'une règle en métal que nous serrerons dans un étau. Désormais, lorsque nous agirons sur la règle, nous pourrons observer des vibrations, mais nous n’entendrons aucun son. Et pourtant, autour du souverain, il est créé onde mécanique. Veuillez noter que lorsque la règle est déplacée d'un côté, un joint d'air se forme ici. Dans l'autre sens, il y a aussi un sceau. Un vide d'air se forme entre ces joints. Onde longitudinale - il s'agit d'une onde sonore constituée de compactages et de raréfaction de l'air. Fréquence d'oscillation de la règle en dans ce cas inférieure à la fréquence du son, donc on n’entend pas cette onde, ce son. Sur la base de l'expérience que nous venons d'observer, fin XVIII Siècle, un appareil appelé diapason a été créé.

Riz. 3. Propagation des ondes sonores longitudinales à partir d'un diapason

Comme nous l'avons vu, le son apparaît comme le résultat des vibrations d'un corps avec une fréquence sonore. Les ondes sonores se propagent dans toutes les directions. Il doit y avoir un milieu entre l'aide auditive humaine et la source des ondes sonores. Ce milieu peut être gazeux, liquide ou solide, mais il doit s'agir de particules capables de transmettre des vibrations. Le processus de transmission des ondes sonores doit nécessairement se produire là où se trouve la matière. S’il n’y a pas de substance, nous n’entendrons aucun son.

Pour que le son existe, il vous faut :

1. Source sonore

2. Mercredi

3. Aide auditive

4. Fréquence 16-20000Hz

5. Intensité

Passons maintenant à la discussion des caractéristiques sonores. Le premier est le pitch. Hauteur sonore - caractéristique déterminée par la fréquence des oscillations. Plus la fréquence du corps qui produit les vibrations est élevée, plus le son sera aigu. Regardons à nouveau le dirigeant tenu dans un étau. Comme nous l'avons déjà dit, nous avons vu des vibrations, mais n'avons entendu aucun son. Si nous réduisons maintenant la longueur de la règle, nous entendrons le son, mais il sera beaucoup plus difficile de voir les vibrations. Regardez la ligne. Si nous agissons maintenant, nous n’entendrons aucun son, mais nous observerons des vibrations. Si nous raccourcissons la règle, nous entendrons un son d'une certaine hauteur. Nous pouvons rendre la longueur de la règle encore plus courte, nous entendrons alors un son d'une hauteur (fréquence) encore plus élevée. On peut observer la même chose avec les diapasons. Si nous prenons un grand diapason (également appelé diapason de démonstration) et frappons les jambes d'un tel diapason, nous pouvons observer la vibration, mais nous n'entendrons pas le son. Si nous prenons un autre diapason, lorsque nous le frapperons, nous entendrons un certain son. Et le prochain diapason, un véritable diapason, qui sert à accorder les instruments de musique. Il émet un son correspondant à la note A, ou, comme on dit aussi, 440 Hz.

La caractéristique suivante est le timbre du son. Timbre appelé couleur du son. Comment illustrer cette caractéristique ? Le timbre est la différence entre deux sons identiques interprétés par des instruments de musique. Vous savez tous que nous n’avons que sept notes. Si nous entendons la même note A jouée sur un violon et sur un piano, nous pouvons les distinguer. Nous pouvons immédiatement savoir quel instrument a créé ce son. C'est cette caractéristique - la couleur du son - qui caractérise le timbre. Il faut dire que le timbre dépend de ceux qui sont joués vibrations sonores sauf le ton principal. Le fait est que les vibrations sonores arbitraires sont assez complexes. Ils consistent en un ensemble de vibrations individuelles, disent-ils. spectre vibratoire. C'est la reproduction de vibrations supplémentaires (harmoniques) qui caractérisent la beauté du son d'une voix ou d'un instrument particulier. Timbre est l’une des manifestations principales et les plus brillantes du son.

Une autre caractéristique est le volume. Le volume du son dépend de l'amplitude des vibrations. Jetons un coup d'oeil et assurons-nous que le volume est lié à l'amplitude des vibrations. Alors, prenons un diapason. Faisons ceci : si vous frappez faiblement le diapason, l'amplitude des vibrations sera faible et le son sera faible. Si vous frappez maintenant plus fort sur le diapason, le son sera beaucoup plus fort. Cela est dû au fait que l’amplitude des oscillations sera beaucoup plus grande. La perception du son est une chose subjective, elle dépend du type d'aide auditive utilisée et de ce que ressent la personne.

Liste de la littérature supplémentaire :

Ce son vous est-il si familier ? // Quantique. - 1992. - N° 8. - P. 40-41. Kikoin A.K. À propos des sons musicaux et de leurs sources // Quantum. - 1985. - N° 9. - P. 26-28. Manuel de physique élémentaire. Éd. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.