Звукові хвилі
Звукові хвилі
|
Приклад поширення
| При розповсюдженні звуку в газі атоми і молекули коливаються уздовж напряму розповсюдження хвилі. Звукові хвилі в газі часто називають хвилями щільності або хвилями тиску. При сприйнятті різних звуків людське вухо оцінює їх перш за все по рівню гучності, що залежить від потоку енергії або інтенсивності звукової хвилі. Дія звукової хвилі на барабанну перетинку залежить від звукового тискутобто амплітуди p0 коливань тиску в хвилі. Людське вухо здатне спиймати звуки у величезному діапазоні інтенсивностей: від слабкого писку комара до гуркоту вулкана. Поріг чутності відповідає значенню p0 порядку 10–5 Па. При такому слабкому звуці молекули повітря коливаються в звуковій хвилі з амплітудою всього лише 10–7 см!Больовий поріг відповідає значенню p0 порядку 10 Па. Таким чином, людське вухо здатне сприймати хвилі, в яких звуковий тиск змінюється в мільйон разів. Оскільки інтенсивність звуку пропорційна квадрату звукового тиску, то діапазон інтенсивностей виявляється порядку 1012! Такий величезний діапазон людського вуха еквівалентний використанню одного і того ж приладу для виміюваннядіаметра атома і розмірів футбольного поля. Для порівняння вкажемо, що при звичайних розмовах людей в кімнаті інтенсивність звуку приблизно в 106 раз перевищує поріг чутності, а інтенсивність звуку при рок-концерті наближається до больового порогу. |
Ще однією характеристикою звукових хвиль, що визначає їх слухове сприйняття, є висота звуку. Коливання в гармонійній звуковій хвилі сприймаються людським вухом як музичний тон. Коливання високої частоти сприймаються як звуки високого тону, коливання низької частоти – як звуки низького тону. Звуки, що видаються музичними інструментами, а також звуки людського голосу можуть сильно розрізнятися по висоті тону і по діапазону частот. Так, наприклад, діапазон найбільш низького чоловічого голосу – баса – тягнеться приблизно від 80 до 400 Гц, а діапазон високого жіночого голосу – сопрано – від 250 до 1050 Гц. Діапазон звукових коливань, відповідний зміні частоти коливань в два рази, називаєтьсяоктавою. Голос скрипки, наприклад, перекриває приблизно три з половиною октави (196–2340 Гц)а звуки піаніно – більш ніж сім октав (27,5–4186 Гц). |
Коли говорять про частоту звуку, що видається струнами будь-якого струнного музичного інструменту, то мається на увазі частота f1 основного тону (див. §2.6). Але в коливаннях струн можуть бути присутніми і гармоніки, частоти fn яких задовольняють співвідношенню:
fn = nf1 (n = 1, 2, 3...). |
Більшість навколишніх звуків не є музичними. Для них не виконується попереднє твердження. Такий звук називається шумом.
Тому звучна струна може випромінювати цілий спектр хвиль з кратними частотами. Амплітуди An цих хвиль залежать від способу збудження струни (смичок, молоточок); вони визначають музичне забарвлення звуку або тембр.
