Źródła dźwięku dźwięk wibracji dźwięk. Fale dźwiękowe. Źródła dźwięku. Charakterystyka dźwięku (Eryutkin E.S.)

Źródła dźwięku. Wibracje dźwiękowe

Człowiek żyje w świecie dźwięków. Dźwięk dla człowieka jest źródłem informacji. Ostrzega ludzi przed niebezpieczeństwem. Dźwięk w formie muzyki, śpiew ptaków sprawia nam przyjemność. Lubimy słuchać osoby o miłym głosie. Dźwięki są ważne nie tylko dla ludzi, ale także dla zwierząt, którym dobre wychwytywanie dźwięku pomaga przetrwać.

Dźwięk - Są to mechanicznie sprężyste fale rozchodzące się w gazach, cieczach, ciałach stałych.

Przyczyna dźwięku - drgania (oscylacje) ciał, chociaż często są to drgania niewidoczne dla naszych oczu.

Źródła dźwięku - ciała fizyczne, które są zmienne, tj. drgać lub wibrować z częstotliwością
od 16 do 20 000 razy na sekundę. Wibrujący korpus może być solidny, taki jak struna
lub skorupa Ziemska, gazowe, na przykład strumień powietrza na wietrze instrumenty muzyczne
lub płyn, taki jak fale na wodzie.

Tom

Głośność zależy od amplitudy drgań fali dźwiękowej. Jednostką głośności jest 1 Bel (na cześć wynalazcy telefonu Alexandra Grahama Bella). W praktyce głośność mierzy się w decybelach (dB). 1dB = 0,1B.

10 dB - szept;

20-30 dB – norma hałasu w pomieszczeniach mieszkalnych;
50 dB– rozmowa o średniej głośności;
80 dni B - hałas pracującego silnika ciężarówki;
130 dB- próg bólu

Dźwięk powyżej 180 dB może nawet spowodować pęknięcie błony bębenkowej.

wysokie dźwięki reprezentowane przez fale o wysokiej częstotliwości - na przykład śpiew ptaków.

niskie dźwięki to fale o niskiej częstotliwości, takie jak dźwięk silnika dużej ciężarówki.

fale dźwiękowe

fale dźwiękowe Są to fale sprężyste, które powodują wrażenie dźwięku u osoby.

Fala dźwiękowa może przemieszczać się na różne odległości. Strzały armat słychać na 10-15 km, rżenie koni i szczekanie psów - na 2-3 km, a szept jest tylko kilka metrów dalej. Dźwięki te są przenoszone przez powietrze. Ale nie tylko powietrze może być przewodnikiem dźwięku.

Przykładając ucho do szyn, odgłos nadjeżdżającego pociągu można usłyszeć znacznie wcześniej iz większej odległości. Oznacza to, że metal przewodzi dźwięk szybciej i lepiej niż powietrze. Woda również dobrze przewodzi dźwięk. Po zanurzeniu się w wodzie wyraźnie słychać, jak kamienie uderzają o siebie, jak szeleszczą kamyki podczas falowania.

Właściwość wody - do dobrego prowadzenia dźwięku - jest szeroko wykorzystywana do rozpoznania na morzu podczas wojny, a także do pomiaru głębokości morza.

Niezbędnym warunkiem propagacji fal dźwiękowych jest obecność środowiska materialnego. W próżni fale dźwiękowe nie rozchodzą się, ponieważ nie ma cząstek przenoszących oddziaływanie ze źródła drgań.

Dlatego na Księżycu, ze względu na brak atmosfery, panuje całkowita cisza. Nawet upadek meteorytu na jego powierzchnię nie jest słyszalny dla obserwatora.

Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w każdym medium.

prędkość dźwięku w powietrzu- około 340 m/s.

Prędkość dźwięku w wodzie- 1500 m/s.

Prędkość dźwięku w metalach, w stali- 5000 m/s.

W ciepłym powietrzu prędkość dźwięku jest większa niż w zimnym, co prowadzi do zmiany kierunku rozchodzenia się dźwięku.

WIDELEC

- Ten w kształcie litery U metalowy talerz , którego końce mogą oscylować po uderzeniu.

Opublikowany kamerton Dźwięk jest bardzo słaby i słychać go tylko z niewielkiej odległości.
Rezonator - drewniane pudło, na którym można zamocować kamerton służy do wzmocnienia dźwięku.
W takim przypadku do emisji dźwięku dochodzi nie tylko z kamertonu, ale również z powierzchni rezonatora.
Jednak czas trwania dźwięku kamertonu na rezonatorze będzie krótszy niż bez niego.

EXO

Głośny dźwięk, odbity od przeszkód, po kilku chwilach wraca do źródła dźwięku, a my słyszymy Echo.

Mnożąc prędkość dźwięku przez czas, jaki upłynął od jego wystąpienia do jego powrotu, można wyznaczyć dwukrotną odległość od źródła dźwięku do bariery.
Ta metoda określania odległości od obiektów jest stosowana w echolokacja.

Na przykład niektóre zwierzęta nietoperze,
wykorzystać również zjawisko odbicia dźwięku, stosując metodę echolokacji

Echolokacja opiera się na właściwości odbicia dźwięku.

Dźwięk - działający wół mechaniczny na i przekazuje energię.
Jednak siła jednoczesnej rozmowy wszystkich ludzi na Globus niewiele więcej niż moc jednego samochodu „Moskwicz”!

Ultradźwięk.

· Wibracje o częstotliwościach przekraczających 20 000 Hz nazywane są ultradźwiękami. Ultradźwięki są szeroko stosowane w nauce i technologii.

Ciecz wrze podczas przechodzenia przez falę ultradźwiękową (kawitacja). Powoduje to wstrząs hydrauliczny. Ultradźwięki mogą odrywać kawałki od metalowej powierzchni i kruszyć ciała stałe. Ciecze niemieszalne można mieszać za pomocą ultradźwięków. Tak powstają emulsje olejowe. Pod działaniem ultradźwięków dochodzi do zmydlania tłuszczów. Na tej zasadzie działają pralki.

· Powszechnie używany ultradźwięk w hydroakustyce. Ultradźwięki Wysoka częstotliwość są bardzo słabo wchłaniane przez wodę i mogą rozciągać się na dziesiątki kilometrów. Jeśli napotkają na swojej drodze dno, górę lodową lub inne ciało stałe, są odbijane i odbijają się echem. duża moc. Na tej zasadzie działa ultradźwiękowa echosonda.

w metalu ultradźwięk rozprowadza się prawie bez wchłaniania. Dzięki metodzie lokalizacji ultradźwiękowej możliwe jest wykrycie najmniejsze wady wewnątrz gruba część.

Miażdżący efekt ultradźwięków jest wykorzystywany do produkcji lutownic ultradźwiękowych.

fale ultradźwiękowe, wysyłane ze statku, odbijają się od zatopionego obiektu. Komputer wykrywa czas pojawienia się echa i określa położenie obiektu.

· Ultradźwięki są wykorzystywane w medycynie i biologii do echolokacji, do wykrywania i leczenia guzów oraz niektórych ubytków tkanek ciała, w chirurgii i traumatologii do preparowania tkanek miękkich i kostnych podczas różnych operacji, do spawania złamanych kości, do niszczenia komórek (ultradźwięki o dużej mocy).

Infradźwięki i ich wpływ na ludzi.

Oscylacje o częstotliwościach poniżej 16 Hz nazywane są infradźwiękami.

W naturze infradźwięki powstają w wyniku ruchu wirowego powietrza w atmosferze lub w wyniku powolnych wibracji różnych ciał. Infradźwięki charakteryzują się słabą absorpcją. Dlatego rozprzestrzenia się na duże odległości. Ciało ludzkie boleśnie reaguje na podczerwień wibracje dźwiękowe. Przy wpływach zewnętrznych spowodowanych wibracjami mechanicznymi lub falą dźwiękową o częstotliwościach 4-8 Hz osoba odczuwa ruch narządy wewnętrzne, o częstotliwości 12 Hz - atak choroby morskiej.

Największa intensywność wibracje infradźwiękowe tworzyć maszyny i mechanizmy o dużych powierzchniach, które wykonują niskoczęstotliwościowe wibracje mechaniczne(infradźwięki pochodzenia mechanicznego) lub burzliwe przepływy gazy i ciecze (infradźwięki pochodzenia aerodynamicznego lub hydrodynamicznego).

Dział fizyki zajmujący się drganiami dźwięku nazywa się akustyka.

Ludzkie ucho jest zaprojektowane w taki sposób, że odbiera jako dźwięk wibracje o częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz. Niskie częstotliwości(dźwięk bębna basowego lub piszczałki organowej) są odbierane przez ucho jako nuty basowe. Gwizd lub pisk komara odpowiada wysokim częstotliwościom. Nazywane są oscylacje o częstotliwości poniżej 20 Hz infradźwięki, a z częstotliwością powyżej 20 kHz - ultradźwięk. Człowiek nie słyszy takich wibracji, ale są zwierzęta, które słyszą infradźwięki pochodzące ze skorupy ziemskiej przed trzęsieniem ziemi. Zwierzęta słysząc je opuszczają niebezpieczny obszar.

W muzyce częstotliwości akustyczne odpowiadają ale tam. Nuta „la” oktawy głównej (klawisz C) odpowiada częstotliwości 440 Hz. Nuta „la” następnej oktawy odpowiada częstotliwości 880 Hz. I tak wszystkie pozostałe oktawy różnią się częstotliwością dokładnie dwa razy. W obrębie każdej oktawy rozróżnia się 6 tonów lub 12 półtonów. Każdy ton ma częstotliwość yf2~1,12 różni się od częstotliwości poprzedniego tonu, każdy półton różni się od poprzedniej w "$2 . Widzimy, że każda następna częstotliwość różni się od poprzedniej nie o kilka Hz, ale o ten sam numer raz. Taka skala nazywa się logarytmiczny, ponieważ równa odległość między tonami będzie dokładnie w skali logarytmicznej, gdzie wykreślana jest nie sama wartość, ale jej logarytm.

Jeśli dźwięk odpowiada jednej częstotliwości v (lub z = 2tcv), to nazywa się to harmonicznym lub monochromatycznym. Dźwięki czysto harmoniczne są rzadkością. Prawie zawsze dźwięk zawiera zestaw częstotliwości, tj. jego widmo (patrz sekcja 8 tego rozdziału) jest złożone. Wibracje muzyczne zawsze zawierają ton podstawowy cco \u003d 2n / T, gdzie T jest okresem, a zestaw alikwotów 2 (Oo, Zco 0, 4coo itd. Nazywa się zestaw alikwotów wskazujących ich intensywność w muzyce tembr. Różne instrumenty muzyczne, różni śpiewacy, którzy uderzają w tę samą nutę, mają różne barwy. To daje im różne kolory.

Możliwa jest również domieszka niewielokrotnych częstotliwości. W klasycznej muzyce europejskiej uważa się to za dysonans. Jest jednak używany w muzyce współczesnej. Wykorzystywany jest nawet powolny ruch dowolnych częstotliwości w kierunku wzrostu lub spadku (ukulele).

W dźwiękach niemuzycznych możliwa jest dowolna kombinacja częstotliwości w widmie i ich zmiana w czasie. Widmo takich dźwięków może być ciągłe (patrz rozdział 8). Jeśli intensywności dla wszystkich częstotliwości są w przybliżeniu takie same, taki dźwięk nazywa się „białym szumem” (termin pochodzi z optyki, gdzie biały kolor jest sumą wszystkich częstotliwości).

Dźwięki mowy ludzkiej są bardzo złożone. Mają złożone spektrum, które zmienia się szybko w czasie, gdy wymawiają pojedynczy dźwięk, słowo i całą frazę. Daje to dźwiękom mowy różne intonacje i akcenty. W rezultacie głosem można odróżnić jedną osobę od drugiej, nawet jeśli wypowiada ona te same słowa.

Dźwięk to fale dźwiękowe, które powodują drgania najmniejszych cząsteczek powietrza, innych gazów oraz mediów ciekłych i stałych. Dźwięk może pojawić się tylko tam, gdzie jest materia, bez względu na jej stan. W próżni, gdzie nie ma ośrodka, dźwięk się nie rozchodzi, ponieważ nie ma cząstek, które pełnią funkcję propagatorów fal dźwiękowych. Na przykład w kosmosie. Dźwięk można modyfikować, modyfikować, zamieniając w inne formy energii. W ten sposób dźwięk zamienia się w fale radiowe lub w energia elektryczna, mogą być przesyłane na odległość i zapisywane na nośnikach informacji.

Fala dźwiękowa

Ruchy przedmiotów i ciał prawie zawsze powodują wibracje w otoczeniu. Nie ma znaczenia, czy to woda, czy powietrze. W procesie tym zaczynają oscylować również cząstki ośrodka, do którego przenoszone są drgania ciała. Generowane są fale dźwiękowe. Co więcej, ruchy są wykonywane w kierunkach do przodu i do tyłu, stopniowo zastępując się nawzajem. Dlatego fala dźwiękowa jest podłużna. Nigdy w nim nie ma ruchu poprzecznego w górę iw dół.

Charakterystyka fal dźwiękowych

Jak każde zjawisko fizyczne mają swoje wartości, którymi można opisać właściwości. Głównymi cechami fali dźwiękowej są jej częstotliwość i amplituda. Pierwsza wartość pokazuje, ile fal powstaje na sekundę. Drugi określa siłę fali. Dźwięki o niskiej częstotliwości mają niskie wartości częstotliwości i odwrotnie. Częstotliwość dźwięku mierzy się w hercach, a jeśli przekracza 20 000 Hz, pojawia się ultradźwięk. Istnieje wystarczająco dużo przykładów dźwięków o niskiej i wysokiej częstotliwości w przyrodzie i otaczającym nas świecie. Ćwierkanie słowika, grzmoty, ryk górskiej rzeki i inne to różne częstotliwości dźwięku. Wartość amplitudy fali zależy bezpośrednio od tego, jak głośny jest dźwięk. Z kolei głośność zmniejsza się wraz z oddalaniem się od źródła dźwięku. W związku z tym amplituda jest tym mniejsza, im dalej od epicentrum znajduje się fala. Innymi słowy, amplituda fali dźwiękowej maleje wraz z odległością od źródła dźwięku.

Prędkość dźwięku

Ten wskaźnik fali dźwiękowej jest bezpośrednio zależny od charakteru ośrodka, w którym się rozchodzi. Ważną rolę odgrywają tu również wilgotność i temperatura. Pośrodku warunki pogodowe prędkość dźwięku wynosi około 340 metrów na sekundę. W fizyce istnieje coś takiego jak prędkość naddźwiękowa, która zawsze ma większą wartość niż prędkość dźwięku. Jest to prędkość, z jaką rozchodzą się fale dźwiękowe podczas ruchu samolotu. Samolot porusza się z prędkością ponaddźwiękową, a nawet wyprzedza generowane przez niego fale dźwiękowe. Z powodu stopniowego wzrostu ciśnienia za samolotem powstaje fala uderzeniowa. Ciekawe i niewiele osób zna jednostkę miary takiej prędkości. Nazywa się Mach. Mach 1 jest równy prędkości dźwięku. Jeśli fala porusza się z prędkością Mach 2, to porusza się dwa razy szybciej niż prędkość dźwięku.

Hałasy

W Życie codzienne człowieka są ciągłe odgłosy. Poziom hałasu mierzony jest w decybelach. Ruch samochodów, wiatr, szelest liści, przeplatanie się głosów ludzi i innych dźwięków towarzyszą nam na co dzień. Ale ludzki analizator słuchu potrafi przyzwyczaić się do takich dźwięków. Istnieją jednak również takie zjawiska, z którymi nie radzą sobie nawet zdolności adaptacyjne ludzkiego ucha. Na przykład hałas przekraczający 120 dB może powodować uczucie bólu. Najgłośniejszym zwierzęciem jest płetwal błękitny. Kiedy wydaje dźwięki, można go usłyszeć z odległości ponad 800 kilometrów.

Echo

Jak powstaje echo? Tutaj wszystko jest bardzo proste. Fala dźwiękowa ma zdolność odbijania się różne powierzchnie: z wody, ze skały, ze ścian w pustym pokoju. Ta fala wraca do nas, więc słyszymy dźwięk wtórny. Nie jest tak wyraźna jak pierwotna, ponieważ część energii fali dźwiękowej jest rozpraszana podczas poruszania się w kierunku przeszkody.

Echolokacja

Odbicie dźwięku jest wykorzystywane do różnych celów praktycznych. Na przykład echolokacja. Polega ona na tym, że za pomocą fal ultradźwiękowych można określić odległość do obiektu, od którego te fale są odbijane. Obliczenia przeprowadza się mierząc czas, w którym USG dotrze na miejsce i powróci z powrotem. Wiele zwierząt ma zdolność echolokacji. Na przykład nietoperze, delfiny używają go do poszukiwania pożywienia. Echolokacja znalazła inne zastosowanie w medycynie. W badaniach z wykorzystaniem ultradźwięków powstaje obraz narządów wewnętrznych osoby. Metoda ta polega na tym, że ultradźwięki wpadając do ośrodka innego niż powietrze, powracają, tworząc w ten sposób obraz.

Fale dźwiękowe w muzyce

Dlaczego instrumenty muzyczne wydają określone dźwięki? Kostki do gitary, melodie fortepianu, niskie tony bębnów i trąbek, czarujący cienki głos fletu. Wszystkie te i wiele innych dźwięków są spowodowane wibracjami w powietrzu, czyli innymi słowy, pojawieniem się fal dźwiękowych. Ale dlaczego dźwięk instrumentów muzycznych jest tak zróżnicowany? Okazuje się, że zależy to od kilku czynników. Pierwszy to kształt instrumentu, drugi to materiał, z którego jest wykonany.

Spójrzmy na przykład instrumentów strunowych. Stają się źródłem dźwięku po dotknięciu strun. W rezultacie zaczynają oscylować i wysyłać do środowisko różne dźwięki. Niski dźwięk każdego instrumentu strunowego wynika z większej grubości i długości struny, a także ze słabości jej napięcia. I odwrotnie, im mocniej naciągnięta jest struna, im jest cieńsza i krótsza, tym wyższy dźwięk uzyskany w wyniku grania.

Akcja mikrofonu

Opiera się na zamianie energii fal dźwiękowych na energię elektryczną. W tym przypadku aktualna siła i charakter dźwięku są wprost proporcjonalne. Wewnątrz każdego mikrofonu znajduje się cienka płytka wykonana z metalu. Pod wpływem dźwięku zaczyna działać ruchy oscylacyjne. Spirala, z którą połączona jest płyta, również wibruje, co powoduje Elektryczność. Dlaczego się pojawia? Dzieje się tak, ponieważ mikrofon ma również wbudowane magnesy. Kiedy spirala drga między jej biegunami, powstaje prąd elektryczny, który biegnie wzdłuż spirali, a następnie do kolumny dźwiękowej (głośnika) lub urządzenia do zapisu na nośniku informacji (kaseta, dysk, komputer). Swoją drogą, podobna konstrukcja ma mikrofon w telefonie. Ale jak działają mikrofony stacjonarne i? telefon komórkowy? Faza początkowa jest dla nich taka sama – dźwięk ludzkiego głosu przekazuje swoje wibracje na płytkę mikrofonu, potem wszystko przebiega zgodnie z opisanym powyżej scenariuszem: spirala, która podczas ruchu zamyka dwa bieguny, powstaje prąd. Co dalej? Z telefonem stacjonarnym wszystko jest mniej lub bardziej klarowne – podobnie jak w mikrofonie dźwięk zamieniony na prąd elektryczny płynie przewodami. A co z komórka czy na przykład z krótkofalówką? W takich przypadkach dźwięk jest przekształcany w energię fal radiowych i trafia do satelity. To wszystko.

Zjawisko rezonansu

Czasami takie warunki powstają, gdy amplituda drgań ciała fizycznego gwałtownie wzrasta. Wynika to ze zbieżności wartości częstotliwości drgań wymuszonych i częstotliwości drgań własnych obiektu (ciała). Rezonans może być zarówno korzystny, jak i szkodliwy. Na przykład, aby wyciągnąć samochód z dziury, jest on uruchamiany i popychany w przód iw tył, aby wywołać rezonans i nadać samochodowi pęd. Ale były przypadki negatywne konsekwencje rezonans. Na przykład w Petersburgu około stu lat temu most zawalił się pod zsynchronizowanymi maszerującymi żołnierzami.

Źródła dźwięku. Wibracje dźwiękowe

Człowiek żyje w świecie dźwięków. Dźwięk dla człowieka jest źródłem informacji. Ostrzega ludzi przed niebezpieczeństwem. Dźwięk w formie muzyki, śpiew ptaków sprawia nam przyjemność. Miło nam usłyszeć osobę o miłym głosie. Dźwięki są ważne nie tylko dla ludzi, ale także dla zwierząt, którym dobre wychwytywanie dźwięku pomaga przetrwać.

Dźwiękto fale mechaniczno-sprężyste rozchodzące się w gazach, cieczach, ciałach stałych, które są niewidoczne, ale odbierane przez ludzkie ucho (fala oddziałuje na błonę bębenkową). Fala dźwiękowa jest fala podłużna kompresja i rozrzedzenie.

Przyczyna dźwięku- drgania (oscylacje) ciał, chociaż często są to drgania niewidoczne dla naszych oczu.

WIDELEC- Ten Metalowa płyta w kształcie litery U, którego końce mogą oscylować po uderzeniu. Opublikowany kamerton Dźwięk jest bardzo słaby i słychać go tylko z niewielkiej odległości. Rezonator- do wzmocnienia dźwięku służy drewniana skrzynka, na której można zamocować kamerton. W takim przypadku do emisji dźwięku dochodzi nie tylko z kamertonu, ale również z powierzchni rezonatora. Jednak czas trwania dźwięku kamertonu na rezonatorze będzie krótszy niż bez niego.

Jeśli stworzymy próżnię, czy będziemy w stanie odróżnić dźwięki? Robert Boyle umieścił zegar w 1660 szklane naczynie. Kiedy wypompował powietrze, nie usłyszał żadnego dźwięku. Doświadczenie to potwierdza do rozchodzenia się dźwięku potrzebne jest medium.

Dźwięk może również rozchodzić się w mediach płynnych i stałych. Pod wodą wyraźnie słychać uderzenia kamieni. Połóżmy zegar na jednym końcu drewniana deska. Przykładając ucho do drugiego końca, możesz wyraźnie usłyszeć tykanie zegara.

Źródłem dźwięku jest z konieczności ciało oscylujące. Na przykład struna w gitarze nie brzmi w swoim normalnym stanie, ale gdy tylko wprawimy ją w drgania, powstaje fala dźwiękowa.

Doświadczenie pokazuje jednak, że nie każde wibrujące ciało jest źródłem dźwięku. Na przykład ciężar zawieszony na nitce nie wydaje dźwięku. Źródła dźwięku- ciała fizyczne, które oscylują, tj. drgać lub wibrować z częstotliwością od 16 do 20 000 razy na sekundę. Takie fale nazywają się dźwięk.Ciało wibrujące może być stałe, na przykład struna lub skorupa ziemska, gazowe, na przykład strumień powietrza w dętych instrumentach muzycznych, lub ciecz, na przykład fale na wodzie.

Nazywa się oscylacje o częstotliwości mniejszej niż 16 Hz infradźwięki. Nazywane są oscylacje o częstotliwości większej niż 20 000 Hz ultradźwięk.

Fala dźwiękowa(drgania dźwiękowe) to mechaniczne drgania cząsteczek substancji (na przykład powietrza) przenoszone w przestrzeni. Wyobraźmy sobie, jak fale dźwiękowe rozchodzą się w przestrzeni. W wyniku perturbacji (np. w wyniku drgań stożka głośnika lub struny gitarowej), które powodują ruch i drgania powietrza w określonym punkcie przestrzeni, następuje w tym miejscu spadek ciśnienia, ponieważ powietrze jest ściśnięte podczas ruchu, co powoduje nadciśnienie popychając otaczające warstwy powietrza. Warstwy te ulegają ściśnięciu, co z kolei ponownie wytwarza nadciśnienie, oddziałując na sąsiednie warstwy powietrza. Tak więc, jakby wzdłuż łańcucha, początkowe zaburzenia w przestrzeni są przenoszone z jednego punktu do drugiego. Proces ten opisuje mechanizm propagacji fali dźwiękowej w przestrzeni. Ciało, które powoduje zakłócenia (wibracje) powietrza, nazywa się źródło dźwięku.

Znajoma koncepcja dla nas wszystkich dźwięk" oznacza tylko zestaw wibracji dźwiękowych odbieranych przez ludzki aparat słuchowy. O tym, jakie wibracje osoba postrzega, a które nie, porozmawiamy później.

Charakterystyka dźwięku.

Drgania dźwięku, jak również wszelkie drgania w ogóle, jak wiadomo z fizyki, charakteryzują się amplitudą (natężeniem), częstotliwością i fazą.

Fala dźwiękowa może przemieszczać się na różne odległości. Strzały armat słychać na 10-15 km, rżenie koni i szczekanie psów - na 2-3 km, a szept jest tylko kilka metrów dalej. Dźwięki te są przenoszone przez powietrze. Ale nie tylko powietrze może być przewodnikiem dźwięku.

Przykładając ucho do szyn, odgłos nadjeżdżającego pociągu można usłyszeć znacznie wcześniej iz większej odległości. Oznacza to, że metal przewodzi dźwięk szybciej i lepiej niż powietrze. Woda również dobrze przewodzi dźwięk. Po zanurzeniu się w wodzie wyraźnie słychać, jak kamienie uderzają o siebie, jak szeleszczą kamyki podczas falowania.

Właściwość wody - do dobrego prowadzenia dźwięku - jest szeroko wykorzystywana do rozpoznania na morzu podczas wojny, a także do pomiaru głębokości morza.

Niezbędnym warunkiem propagacji fal dźwiękowych jest obecność środowiska materialnego. W próżni fale dźwiękowe nie rozchodzą się, ponieważ nie ma cząstek przenoszących oddziaływanie ze źródła drgań.

Dlatego na Księżycu, ze względu na brak atmosfery, panuje całkowita cisza. Nawet upadek meteorytu na jego powierzchnię nie jest słyszalny dla obserwatora.

W odniesieniu do fal dźwiękowych bardzo ważne jest, aby wspomnieć o takiej właściwości jak prędkość propagacji.

Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w każdym medium.

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 340 m/s.

Prędkość dźwięku w wodzie wynosi 1500 m/s.

Prędkość dźwięku w metalach, w stali wynosi 5000 m/s.

W ciepłym powietrzu prędkość dźwięku jest większa niż w zimnym, co prowadzi do zmiany kierunku rozchodzenia się dźwięku.

Wysokość, ton i głośność

Dźwięki są różne. Aby scharakteryzować dźwięk, wprowadzono specjalne wielkości: głośność, wysokość i barwę dźwięku.

Głośność dźwięku zależy od amplitudy drgań: im większa amplituda drgań, tym głośniejszy dźwięk. Dodatkowo percepcja głośności dźwięku przez nasze ucho zależy od częstotliwości drgań w fali dźwiękowej. Fale o wyższej częstotliwości są odbierane jako głośniejsze.

Jednostką głośności jest 1 Bel (na cześć wynalazcy telefonu Alexandra Grahama Bella). Głośność dźwięku wynosi 1 B, jeśli jego moc jest 10 razy większa od progu słyszalności.

W praktyce głośność mierzy się w decybelach (dB).

1dB = 0,1B. 10 dB - szept; 20-30 dB - norma hałasu w pomieszczeniach mieszkalnych;

50 dB - rozmowa o średniej głośności;

70 dB - hałas maszyny do pisania;

80 dB - hałas pracującego silnika ciężarówki;

120 dB - hałas pracującego ciągnika w odległości 1 m

130 dB - próg bólu.

Dźwięk powyżej 180 dB może nawet spowodować pęknięcie błony bębenkowej.

częstotliwość dźwięku Fala kąta określa wysokość tonu. Im wyższa częstotliwość wibracji źródła dźwięku, tym wyższy dźwięk przez nie wytwarzany. Głosy ludzkie podzielone są na kilka zakresów zgodnie z ich wysokością.

Dźwięki z różnych x źródła to zbiór oscylacji harmonicznych o różnych częstotliwościach. Większość składnikówostatni okres (najniższa częstotliwość) nazywany jest tonem podstawowym. Reszta elementów dźwiękowych to alikwoty. Zestaw tych składników tworzy kolorku, barwa dźwięku. Całość podtekstów w głosach różnych ludzi jest przynajmniej trochę, ale inna,to definiuje ton głos.

Według legendy Pitago p wszystkie ułożył muzyczne dźwięki w rzędzie, łamiąctę serię na części - oktawy, - i

oktawa - na 12 części (7 głównychnowy i 5 półtonów). Łącznie jest 10 oktaw, zwykle przy wykonywaniu utworów muzycznych używa się 7-8 oktaw. Dźwięki o częstotliwości powyżej 3000 Hz nie są wykorzystywane jako dźwięki muzyczne, są zbyt ostre i przeszywające.

Wokół nas jest dużo źródła dźwięku: instrumenty muzyczne i techniczne, ludzkie struny głosowe, fale morskie, wiatr i inne. dźwięk lub inaczej fale dźwiękowe- są to drgania mechaniczne medium o częstotliwościach 16 Hz - 20 kHz(patrz § 11-a).

Rozważ doświadczenie. Umieszczając budzik na poduszce pod dzwonkiem Pompa powietrza zauważymy: tykanie będzie cichsze, ale nadal będzie słyszalne. Po wypompowaniu powietrza spod dzwonu w ogóle przestaniemy słyszeć dźwięk. To doświadczenie potwierdza, że ​​dźwięk rozchodzi się w powietrzu i nie rozchodzi się w próżni.

Prędkość dźwięku w powietrzu jest stosunkowo duża: mieści się w zakresie od 300 m/s przy –50°С do 360 m/s przy +50°С. To 1,5 razy więcej niż prędkość samolotów pasażerskich. Dźwięk rozchodzi się znacznie szybciej w cieczach i w ciała stałe- nawet szybciej. Na przykład w stalowej szynie prędkość dźwięku wynosi » 5000 m/s.

Spójrz na wykresy wahań ciśnienia powietrza w ustach osoby śpiewającej dźwięki „A” i „O”. Jak widać, oscylacje są złożone i składają się z kilku nachodzących na siebie oscylacji. Jednocześnie wyraźnie widoczne podstawowe wahania, którego częstotliwość jest prawie niezależna od wypowiadanego dźwięku. Dla męskiego głosu jest to około 200 Hz, dla żeńskiego - 300 Hz.

l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Tak więc długość fali dźwiękowej głosu zależy od temperatury powietrza i podstawowej częstotliwości głosu. Pamiętając o naszej wiedzy o dyfrakcji, zrozumiemy, dlaczego w lesie słychać głosy ludzi, nawet jeśli są one zasłaniane przez drzewa: dźwięki o długości fali 1–2 m z łatwością zaginają się wokół pni drzew o średnicy mniejszej niż metr.

Zróbmy eksperyment potwierdzający, że źródłem dźwięku są rzeczywiście ciała oscylujące.

Weźmy urządzenie widelec- metalowa proca zamontowana na pudle bez przedniej ścianki dla lepszego promieniowania fal dźwiękowych. Jeśli uderzysz w końce kamertonu młotkiem, wyda on „czysty” dźwięk, zwany ton muzyczny(na przykład nuta „la” pierwszej oktawy o częstotliwości 440 Hz). Przesuńmy brzmiący kamerton do lekkiej kulki na nitce, a ona natychmiast odbije się na bok. Dzieje się tak właśnie z powodu częstych wahań końcówek procy kamertonu.

Przyczynami, od których zależy częstotliwość drgań ciała, jest jego elastyczność i wielkość. Im większy rozmiar ciała, tym niższa częstotliwość. Dlatego na przykład słonie z dużymi strunami głosowymi emitują dźwięki o niskiej częstotliwości (bas), a myszy, których struny głosowe są znacznie mniejsze, emitują dźwięki o wysokiej częstotliwości (pisk).

Nie tylko to, jak ciało będzie brzmiało, ale także jak będzie odbierało dźwięki i na nie odpowiadało, zależy od elastyczności i wielkości. Nazywa się zjawisko gwałtownego wzrostu amplitudy oscylacji, gdy częstotliwość wpływu zewnętrznego pokrywa się z naturalną częstotliwością ciała rezonans (łac. „rozsądnie” - odpowiadam). Zróbmy eksperyment, aby zaobserwować rezonans.

Ustawmy obok siebie dwa identyczne kamertony, zwracając je do siebie po tych stronach pudełek, gdzie nie ma ścian. Uderz młotkiem w lewy kamerton. Za chwilę stłumimy go ręką. Usłyszymy, że zabrzmi drugi kamerton, którego nie uderzyliśmy. Mówią, że odpowiedni kamerton rezonuje czyli wychwytuje energię fal dźwiękowych z lewego kamertonu, w wyniku czego zwiększa amplitudę własnych oscylacji.