Ta lekcja podkreśla temat fale dźwiękowe”. W tej lekcji będziemy kontynuować naukę akustyki. Najpierw powtarzamy definicję fal dźwiękowych, następnie rozważamy ich zakresy częstotliwości i zapoznajemy się z pojęciem fal ultradźwiękowych i infradźwiękowych. Omówimy również właściwości fal dźwiękowych w różnych mediach i dowiemy się, jakie mają cechy. .
Fale dźwiękowe - są to drgania mechaniczne, które rozchodzą się i oddziałują na narząd słuchu i są odbierane przez człowieka (ryc. 1).
Ryż. 1. Fala dźwiękowa
Sekcja, która zajmuje się tymi falami w fizyce, nazywa się akustyką. Zawód ludzi potocznie nazywanych „słuchaczami” to akustyka. Fala dźwiękowa to fala rozchodząca się w ośrodku sprężystym, jest to fala podłużna, a gdy rozchodzi się w ośrodku sprężystym, następuje naprzemienna kompresja i rozrzedzenie. Jest transmitowany w czasie na odległość (ryc. 2).
Ryż. 2. Propagacja fali dźwiękowej
Fale dźwiękowe obejmują takie wibracje, które są przeprowadzane z częstotliwością od 20 do 20 000 Hz. Częstotliwości te odpowiadają długościom fal 17 m (dla 20 Hz) i 17 mm (dla 20 000 Hz). Ten zakres będzie nazywany dźwiękiem słyszalnym. Te długości fal są podane dla powietrza, którego prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa.
Istnieją również takie zakresy, którymi zajmują się akustycy - infradźwięki i ultradźwięki. Infradźwięki to te, które mają częstotliwość mniejszą niż 20 Hz. A ultradźwiękowe to te, które mają częstotliwość większą niż 20 000 Hz (ryc. 3).
Ryż. 3. Zakresy fal dźwiękowych
Każdy wykształcona osoba musi poruszać się w zakresie częstotliwości fal dźwiękowych i wiedzieć, że jeśli pójdzie na USG, to obraz na ekranie komputera zostanie zbudowany z częstotliwością większą niż 20 000 Hz.
USG - Są to fale mechaniczne podobne do fal dźwiękowych, ale o częstotliwości od 20 kHz do miliarda herców.
Nazywa się fale o częstotliwości ponad miliarda herców naddźwiękowy.
Ultradźwięki służą do wykrywania wad części odlewanych. Na badaną część kierowany jest strumień krótkich sygnałów ultradźwiękowych. W miejscach, w których nie ma defektów, sygnały przechodzą przez część bez rejestracji przez odbiornik.
Jeśli w części występuje pęknięcie, wnęka powietrzna lub inna niejednorodność, wówczas sygnał ultradźwiękowy jest od niej odbijany i powracając do odbiornika. Taka metoda nazywa się defektoskopia ultradźwiękowa.
Innymi przykładami zastosowania ultradźwięków są urządzenia ultradźwięk, urządzenia ultradźwiękowe, terapia ultradźwiękowa.
Infradźwięki - fale mechaniczne podobne do fal dźwiękowych, ale o częstotliwości mniejszej niż 20 Hz. Nie są postrzegane przez ludzkie ucho.
Naturalnymi źródłami fal infradźwiękowych są burze, tsunami, trzęsienia ziemi, huragany, erupcje wulkanów, burze.
Infradźwięki są również ważnymi falami, które służą do wibrowania powierzchni (na przykład do niszczenia niektórych dużych obiektów). Wypuszczamy infradźwięki do gleby - a gleba jest kruszona. Gdzie to jest używane? Na przykład w kopalniach diamentów, gdzie biorą rudę zawierającą składniki diamentowe i kruszą ją na małe cząstki, aby znaleźć te wtrącenia diamentowe (ryc. 4).
Ryż. 4. Zastosowanie infradźwięków
Prędkość dźwięku zależy od warunków otoczenia i temperatury (rys. 5).
Ryż. 5. Prędkość propagacji fali dźwiękowej w różnych mediach
Uwaga: w powietrzu prędkość dźwięku jest równa , natomiast prędkość wzrasta o . Jeśli jesteś naukowcem, to taka wiedza może Ci się przydać. Możesz nawet wymyślić jakiś czujnik temperatury, który wykryje rozbieżności temperaturowe, zmieniając prędkość dźwięku w medium. Wiemy już, że im gęstszy ośrodek, tym poważniejsze oddziaływanie między cząsteczkami ośrodka, tym szybciej propaguje się fala. Omówiliśmy to w ostatnim akapicie na przykładzie suchego i powietrznego wilgotne powietrze. W przypadku wody prędkość propagacji dźwięku. Jeśli stworzysz falę dźwiękową (pukaj w kamerton), to prędkość jej propagacji w wodzie będzie 4 razy większa niż w powietrzu. Na wodzie informacje dotrą 4 razy szybciej niż drogą powietrzną. A jeszcze szybciej w stali: 
(rys. 6).
Ryż. 6. Prędkość propagacji fali dźwiękowej
Wiecie z eposów, których używał Ilya Muromets (oraz wszyscy bohaterowie i zwykli Rosjanie i chłopcy z Rewolucyjnej Rady Wojskowej Gajdara), używali bardzo ciekawy sposób wykrycie obiektu, który się zbliża, ale jest jeszcze daleko. Dźwięk, który wydaje podczas ruchu, nie jest jeszcze słyszalny. Ilya Muromets, z uchem przybitym do ziemi, słyszy ją. Czemu? Ponieważ dźwięk jest przesyłany po twardym gruncie z większą prędkością, co oznacza, że szybciej dotrze do ucha Ilji Muromca, a on będzie mógł przygotować się na spotkanie z wrogiem.
Najciekawsze fale dźwiękowe to dźwięki muzyczne i odgłosy. Jakie przedmioty mogą tworzyć fale dźwiękowe? Jeśli weźmiemy źródło fali i elastyczny ośrodek, jeśli sprawimy, że źródło dźwięku wibruje harmonijnie, otrzymamy wspaniałą falę dźwiękową, którą nazwiemy dźwiękiem muzycznym. Tymi źródłami fal dźwiękowych mogą być na przykład struny gitary lub pianina. Może to być fala dźwiękowa, która powstaje w szczelinie dęciaka (organu lub piszczałki). Z lekcji muzyki znasz nuty: do, re, mi, fa, salt, la, si. W akustyce nazywane są tonami (ryc. 7).
Ryż. 7. Dźwięki muzyczne
Wszystkie przedmioty, które mogą emitować dźwięki, będą miały funkcje. Czym się różnią? Różnią się długością fali i częstotliwością. Jeśli te fale dźwiękowe nie są tworzone przez harmonijnie brzmiące ciała lub nie są połączone w wspólny utwór orkiestrowy, to taka liczba dźwięków będzie nazywana szumem.
Hałas- wahania losowe o różnym charakterze fizycznym, charakteryzujące się złożonością struktury czasowej i spektralnej. Pojęcie hałasu jest codzienne i fizyczne, są bardzo podobne, dlatego wprowadzamy go jako osobny ważny przedmiot rozważań.
Przejdźmy do szacunki ilościowe fale dźwiękowe. Jakie są cechy muzycznych fal dźwiękowych? Te cechy dotyczą wyłącznie harmonicznych wibracji dźwięku. Więc, głośność dźwięku. Od czego zależy głośność dźwięku? Rozważ propagację fali dźwiękowej w czasie lub oscylacje źródła fali dźwiękowej (ryc. 8).
Ryż. 8. Głośność dźwięku
Jednocześnie, jeśli nie dodamy do systemu dużo dźwięku (na przykład delikatnie wciskamy klawisz fortepianu), będzie cichy dźwięk. Jeśli głośno, podnosząc wysoko rękę, wywołamy ten dźwięk naciskając klawisz, dostaniemy głośny dźwięk. Od czego to zależy? Ciche dźwięki mają mniej wibracji niż głośny dźwięk.
Następną ważną cechą dźwięku muzycznego i każdej innej jest: Wysokość. Co decyduje o wysokości dźwięku? Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości. Możemy sprawić, że źródło będzie oscylować często lub możemy sprawić, że oscyluje ono niezbyt szybko (to znaczy wykonać mniej oscylacji w jednostce czasu). Rozważmy przemiatanie w czasie wysokich i niskich dźwięków o tej samej amplitudzie (ryc. 9).
Ryż. 9. Smoła
Można wyciągnąć ciekawy wniosek. Jeśli ktoś śpiewa basem, to jego źródło dźwięku (są to struny głosowe) oscyluje kilkakrotnie wolniej niż osoba śpiewająca sopran. W drugim przypadku struny głosowe wibrują częściej, dlatego częściej powodują ogniska kompresji i rozrzedzenia w propagacji fali.
Jest jeszcze jeden ciekawa funkcja fale dźwiękowe, których fizycy nie badają. Ten tembr. Znasz i łatwo rozróżniasz ten sam utwór muzyczny grany na bałałajce lub wiolonczeli. Jaka jest różnica między tymi dźwiękami a tym występem? Na początku eksperymentu poprosiliśmy ludzi, którzy wytwarzają dźwięki, aby nadawali im mniej więcej taką samą amplitudę, aby głośność dźwięku była taka sama. To jak w przypadku orkiestry: jeśli nie ma potrzeby wyróżniania instrumentu, wszyscy grają mniej więcej tak samo, z taką samą siłą. Tak więc barwa bałałajki i wiolonczeli jest inna. Gdybyśmy za pomocą diagramów narysowali dźwięk wydobywany z jednego instrumentu, z drugiego, to byłyby takie same. Ale można łatwo odróżnić te instrumenty po brzmieniu.
Kolejny przykład znaczenia barwy. Wyobraź sobie dwóch śpiewaków, którzy kończą tę samą szkołę muzyczną z tymi samymi nauczycielami. Równie dobrze uczyli się z piątkami. Z jakiegoś powodu jeden staje się wybitnym wykonawcą, a drugi przez całe życie jest niezadowolony ze swojej kariery. W rzeczywistości jest to determinowane wyłącznie przez ich instrument, który powoduje właśnie drgania głosu w otoczeniu, czyli ich głosy różnią się barwą.
Bibliografia
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizyka: podręcznik z przykładami rozwiązywania problemów. - Redystrybucja II edycji. - X .: Vesta: wydawnictwo "Ranok", 2005. - 464 s.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizyka. Klasa 9: podręcznik do kształcenia ogólnego. instytucje / AV Peryszkin, E.M. Gutnika. - 14 wyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 pkt.
- Portal internetowy „eduspb.com” ()
- Portal internetowy „msk.edu.ua” ()
- Portal internetowy „class-fizika.narod.ru” ()
Praca domowa
- Jak rozchodzi się dźwięk? Jakie może być źródło dźwięku?
- Czy dźwięk może podróżować w kosmosie?
- Czy każda fala, która dociera do ludzkiego ucha, jest przez niego postrzegana?
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 dzwonem pompki powietrza zauważymy, że tykanie stanie się 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 zasłaniają je 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. W jaki sposób 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.
Źródła dźwięku.
Wibracje dźwiękowe
Zarys lekcji.
1. Moment organizacyjny
Cześć chłopaki! Nasza lekcja ma szerokie praktyczne zastosowanie w codziennej praktyce. Dlatego Twoje odpowiedzi będą zależeć od obserwacji życiowych i umiejętności analizy swoich obserwacji.
2. Powtórzenie podstawowej wiedzy.
Slajdy nr 1, 2, 3, 4, 5 są wyświetlane na ekranie projektora (Załącznik 1).
Chłopaki, przed wami jest krzyżówka, rozwiązując ją, nauczycie się kluczowego słowa lekcji.
I fragment: nazwij zjawisko fizyczne
Drugi fragment: nazwij proces fizyczny
III fragment: nazwij wielkość fizyczną
Czwarty fragment: nazwij fizyczne urządzenie
r | W | h | ||||||||
W | ||||||||||
Na | ||||||||||
DO |
Zwróć uwagę na podświetlone słowo. To słowo to „DŹWIĘK”, jest słowem kluczowym lekcji. Nasza lekcja poświęcona jest dźwiękom i wibracjom dźwiękowym. Tematem lekcji jest więc „Źródła dźwięku. Wibracje dźwiękowe”. Na lekcji dowiesz się, co jest źródłem dźwięku, czym są drgania dźwiękowe, ich występowanie oraz niektóre praktyczne zastosowania w Twoim życiu.
3. Wyjaśnienie nowego materiału.
Zróbmy eksperyment. Cel eksperymentu: poznanie przyczyn dźwięku.
Doświadczenie z metalową linijką(Załącznik 2).
Co zaobserwowałeś? Jaki może być wniosek?
Wyjście: wibrujące ciało wytwarza dźwięk.
Zróbmy następujący eksperyment. Cel eksperymentu: sprawdzenie, czy dźwięk jest zawsze wytwarzany przez wibrujące ciało.
Urządzenie, które widzisz przed sobą, nazywa się widelec.
Eksperymentuj z kamertonem i piłeczką tenisową zawieszoną na nitce(Załącznik 3) .
Słyszysz dźwięk, który wydaje kamerton, ale wibracje kamertonu nie są zauważalne. Aby mieć pewność, że kamerton drga, ostrożnie przesuwamy go na zacienioną kulkę zawieszoną na gwincie i zobaczymy, że drgania kamertonu są przenoszone na kulkę, która weszła w okresowy ruch.
Wyjście: dźwięk jest generowany przez dowolne wibrujące ciało.
Żyjemy w oceanie dźwięków. Dźwięk jest wytwarzany przez źródła dźwięku. Istnieją zarówno sztuczne, jak i naturalne źródła dźwięku. DO naturalne źródła dźwięk odnoszą się struny głosowe (Załącznik 1 - slajd nr 6) Powietrze, którym oddychamy, opuszcza płuca Drogi lotnicze do krtani. Krtań zawiera struny głosowe. Pod ciśnieniem wydychanego powietrza zaczynają oscylować. Rolę rezonatora pełnią usta i nos oraz klatka piersiowa. Do mowy artykulacyjnej oprócz strun głosowych potrzebny jest również język, usta, policzki, podniebienie miękkie i nagłośnia.
Do naturalnych źródeł dźwięku zalicza się również bzyczenie komara, muchy, pszczoły ( trzepoczące skrzydła).
Pytanie:co tworzy dźwięk.
(Powietrze w balonie jest sprężone pod ciśnieniem. Następnie gwałtownie się rozszerza i tworzy falę dźwiękową.)
Dźwięk tworzy więc nie tylko oscylujące, ale także ostro rozszerzające się ciało. Oczywistym jest, że we wszystkich przypadkach pojawienia się dźwięku, warstwy powietrza poruszają się, czyli powstaje fala dźwiękowa.
Fala dźwiękowa jest niewidoczna, słychać ją tylko, a także rejestrują urządzenia fizyczne. Do rejestracji i badania właściwości fali dźwiękowej wykorzystujemy komputer, który jest obecnie szeroko wykorzystywany przez fizyków do badań. Na komputerze zainstalowany jest specjalny program badawczy i podłączony jest mikrofon, który wychwytuje wibracje dźwięku (Załącznik 4). Spójrz na ekran. Na ekranie widzisz reprezentacja graficzna wibracje dźwięku. Co jest ten wykres? (sinusoida)
Poeksperymentujmy z kamertonem z piórkiem. Uderz kamertonem gumowym młotkiem. Uczniowie widzą wibracje kamertonu, ale nie słyszą dźwięku.
Pytanie:Dlaczego są wibracje, a nie słyszysz dźwięku?
Okazuje się chłopaki, że ludzkie ucho odbiera dźwięki w zakresie od 16 Hz do Hz, to dźwięk słyszalny.
Posłuchaj ich przez komputer i uchwyć zmianę częstotliwości zakresu (Załącznik 5). Zwróć uwagę na to, jak zmienia się kształt sinusoidy, gdy zmienia się częstotliwość drgań dźwięku (okres oscylacji maleje, a co za tym idzie częstotliwość wzrasta).
Istnieją dźwięki niesłyszalne dla ludzkiego ucha. Są to infradźwięki (zakres oscylacji poniżej 16 Hz) i ultradźwięki (zakres większy niż Hz). Zobaczysz schemat zakresów częstotliwości na tablicy, narysuj go w zeszycie (Załącznik 5). Badając infra i ultradźwięki, naukowcy odkryli wiele ciekawe funkcje te fale dźwiękowe. O tym interesujące fakty Twoi koledzy z klasy nam powiedzą (Załącznik 6).
4. Konsolidacja badanego materiału.
Aby utrwalić przestudiowany materiał na lekcji, proponuję zagrać w grę PRAWDA-FAŁSZ. Przeczytałem sytuację, a ty trzymasz znak PRAWDA lub FAŁSZ i wyjaśniasz swoją odpowiedź.
Pytania. 1. Czy to prawda, że źródłem dźwięku jest każde wibrujące ciało? (prawidłowy).
2. Czy to prawda, że w sali pełnej ludzi muzyka brzmi głośniej niż w pustej? (niepoprawnie, ponieważ pusta sala działa jak rezonator drgań).
3. Czy to prawda, że komar trzepocze skrzydłami szybciej niż trzmiel? (prawda, ponieważ dźwięk wytwarzany przez komara jest wyższy, dlatego częstotliwość drgań skrzydeł jest również wyższa).
4. Czy to prawda, że drgania kamertonu zanikają szybciej, gdy jego noga jest położona na stole? (poprawne, bo drgania kamertonu przenoszone są na stół).
5. Czy to prawda? nietoperze widzieć z dźwiękiem? (poprawnie, ponieważ nietoperze emitują ultradźwięki, a następnie słuchają odbitego sygnału).
6. Czy to prawda, że niektóre zwierzęta „przewidują” trzęsienie ziemi za pomocą infradźwięków? (Zgadza się, na przykład słonie odczuwają trzęsienie ziemi w ciągu kilku godzin i są jednocześnie bardzo podekscytowane).
7. Czy to prawda, że infradźwięki powodują? zaburzenia psychiczne w ludziach? (zgadza się, w Marsylii (Francja) obok ośrodek naukowy zbudowano małą fabrykę. Tuż po premierze w jednym z laboratoria naukowe odkrył dziwne zjawiska. Po kilkugodzinnym przebywaniu w jej pokoju badacz zgłupiał: z trudem mógł rozwiązać nawet prosty problem).
Podsumowując, sugeruję, abyś uzyskał kluczowe słowa lekcji z wyciętych liter, zmieniając je.
KVZU - DŹWIĘK
RAMTNOKE - KATRONIK
TRAKZUVLU - ULTRADŹWIĘKI
FRAKVZUNI - INFRAZOUND
OKLABEINJA - WASCULACJA
5. Podsumowanie lekcji i praca domowa.
Wyniki lekcji. W lekcji dowiedzieliśmy się, że:
Że każde wibrujące ciało tworzy dźwięk;
Dźwięk rozchodzi się w powietrzu jako fale dźwiękowe;
Dźwięki są słyszalne i niesłyszalne;
Ultradźwięki to niesłyszalny dźwięk, którego częstotliwość drgań jest wyższa niż 20 kHz;
Infradźwięki to niesłyszalny dźwięk o częstotliwości drgań poniżej 16 Hz;
Ultradźwięki są szeroko stosowane w nauce i technologii.
Praca domowa:
1. §34, przykł. 29 (9 komórek Peryszkina)
2. Kontynuuj rozumowanie:
Słyszę dźwięk: a) leci; b) upuszczony przedmiot; c) burze, bo....
Nie słyszę dźwięku: a) od wspinającego się gołębia; b) z orła szybującego na niebie, bo...
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 z skorupa Ziemska 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 o "$2. Widzimy, że każda następna częstotliwość różni się od poprzedniej nie o kilka Hz, ale tyle samo razy. 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. Różny instrumenty muzyczne, różni śpiewacy, którzy grają tę samą nutę, mają inną barwę. 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.
Przejdźmy do rozważań na temat zjawisk dźwiękowych.
Otaczający nas świat dźwięków jest różnorodny – głosy ludzi i muzyki, śpiew ptaków i bzyczenie pszczół, grzmot podczas burzy i szum lasu na wietrze, odgłos przejeżdżających samochodów, samolotów i innych przedmiotów .
Zwróć uwagę!
Źródła dźwięku to wibrujące ciała.
Przykład:
W imadle mocujemy elastyczną metalową linijkę. Jeśli jego wolna część, której długość jest wybrana w określony sposób, zostanie wprawiona w ruch oscylacyjny, wówczas linijka wyda dźwięk (ryc. 1).
W ten sposób oscylująca linijka jest źródłem dźwięku.
Rozważ obraz brzmiącej struny, której końce są nieruchome (ryc. 2). Rozmyte kontury tej struny i widoczne pogrubienie w środku wskazują, że struna drga.
Jeśli zbliżysz koniec paska papieru do brzmiącej struny, pasek odbije się od wstrząsów struny. Dopóki struna wibruje, słychać dźwięk; zatrzymaj strunę, a dźwięk ustanie.
Rysunek 3 przedstawia kamerton - zakrzywiony metalowy pręt na nodze, który jest zamontowany na puszce rezonatora.
Jeśli uderzysz kamerton miękkim młotkiem (lub naciągniesz nad nim łuk), kamerton zabrzmi (rys. 4).
Lekką kulkę (szklaną kulkę) zawieszoną na nitce przenosimy na sondujący kamerton - kulka odbije się od kamertonu, sygnalizując drgania jego gałęzi (rys. 5).
Aby „zarejestrować” drgania kamertonu o małej (rzędu \(16\) Hz) częstotliwości własnej i dużej amplitudzie drgań można przykręcić cienki i wąski pasek metalowy z końcówką na końcu koniec jednej z jego gałęzi. Końcówkę należy zgiąć w dół i lekko dotknąć przydymioną szklaną płytką leżącą na stole. Gdy płytka porusza się szybko pod drgającymi gałęziami kamertonu, jej końcówka pozostawia na płytce ślad w postaci falistej linii (rys. 6).
Falista linia narysowana końcówką na płytce jest bardzo zbliżona do sinusoidy. Możemy zatem założyć, że każda gałąź sondującego kamertonu wykonuje oscylacje harmoniczne.
Różne eksperymenty pokazują, że każde źródło dźwięku z konieczności drga, nawet jeśli te drgania są niedostrzegalne dla oka. Na przykład odgłosy głosów ludzi i wielu zwierząt powstają w wyniku wibracji ich strun głosowych, dźwięku dętych instrumentów muzycznych, dźwięku syreny, gwizdu wiatru, szelestu liści i grzmoty spowodowane są wahaniami mas powietrza.
Zwróć uwagę!
Nie każde wibrujące ciało jest źródłem dźwięku.
Na przykład wibrujący ciężarek zawieszony na nitce lub sprężynie nie wydaje dźwięku. Metalowa linijka również przestanie brzmieć, jeśli jej wolny koniec zostanie wydłużony tak, że częstotliwość jej drgań spadnie poniżej \ (16 \) Hz.
Ludzkie ucho jest w stanie odbierać jako dźwięk mechaniczne wibracje o częstotliwości od \(16\) do \(20000\) Hz (zwykle przenoszone przez powietrze).
Drgania mechaniczne, których częstotliwość mieści się w zakresie od \(16\) do \(20000\) Hz, nazywane są dźwiękiem.
Określone granice zasięgu dźwięku są warunkowe, ponieważ zależą od wieku ludzi i indywidualne cechy ich aparat słuchowy. Zwykle wraz z wiekiem górna granica częstotliwości odbieranych dźwięków znacznie spada – niektóre osoby starsze mogą słyszeć dźwięki o częstotliwościach nieprzekraczających \(6000\) Hz. Wręcz przeciwnie, dzieci mogą odbierać dźwięki o częstotliwości nieco większej niż \(20 000\) Hz.
Drgania mechaniczne, których częstotliwość przekracza \(20 000\) Hz, nazywane są ultradźwiękami, a drgania o częstotliwościach mniejszych niż \(16\) Hz — infradźwiękami.
Ultradźwięki i infradźwięki są w przyrodzie tak samo rozpowszechnione jak fale dźwiękowe. Są emitowane i wykorzystywane do swoich „negocjacji” przez delfiny, nietoperze i inne żywe stworzenia.
