Висота тону залежить від частоти коливань. Чим більша частота, тим вище здається звук

Звукові хвилі, як інші хвилі, характеризуються такими об'єктивними величинами, як частота, амплітуда, фаза коливань, швидкість поширення, інтенсивність звуку та інші. Але, крім того, вони описуються трьома суб'єктивними характеристиками. Це - гучність звуку, висота тону та тембр.

Чутливість людського вуха різна для різних частот. Для того щоб викликати звукове відчуття, хвиля повинна мати деяку мінімальну інтенсивність, але якщо ця інтенсивність перевищує певну межу, то звук не чутний і викликає тільки больове відчуття. Таким чином, для кожної частоти коливань існує найменша ( поріг чутності) та найбільша ( поріг больового відчуття) Інтенсивність звуку, яка здатна викликати звукове відчуття. На малюнку 1 представлена ​​залежність порогів чутності та больового відчуття від частоти звуку. Область, розташована між цими двома кривими, є областю чутності. Найбільша відстань між кривими посідає частоти, яких вухо найбільш чутливо (1000-5000 Гц).

Якщо інтенсивність звуку - величина, яка об'єктивно характеризує хвильовий процес, то суб'єктивною характеристикою звуку є гучність Гучність залежить від інтенсивності звуку, тобто. визначається квадратом амплітуди коливань у звуковій хвилі та чутливістю вуха (фізіологічними особливостями). Так як інтенсивність звуку, то чим більше амплітуда коливань, тим гучніший звук.

Висота тону- якість звуку, що визначається людиною суб'єктивно на слух і залежить від частоти звуку. Чим більша частота, тим вищий тон звуку.

Звукові коливання, що відбуваються за гармонійним законом, з певною частотою, сприймаються людиною як певний музичний тон. Коливання високої частоти сприймаються як звуки високого тону, звуки низької частоти - як звуки низького тону. Діапазон звукових коливань, що відповідає зміні частоти коливань у два рази, називається октавою. Так, наприклад, тон "ля" першої октави відповідає частоті 440 Гц, тон "ля" другої октави - частоті 880 Гц.

Музичним звукам відповідають звуки, що видаються тілом, що гармонійно вагається.

Основним тономскладного музичного звуку називається тон, що відповідає найменшій частоті, яка є в наборі частот даного звуку. Тони, що відповідають іншим частотам у складі звуку, називаються обертонами. Якщо частоти обертонів кратні частоті основного тону, то обертони називаються гармонічними, причому основний тон із частотою називається першою гармонікою, обертон з наступною частотою - другий гармонікоюі т.д.

Музичні звуки з тим самим основним тоном відрізняються тембром, який визначається наявністю обертонів - їх частотами і амплітудами, характером наростання амплітуд на початку звучання та його спадом наприкінці звучання.

При одній висоті тону звуки, що видаються, наприклад, скрипкою та піаніно, відрізняються тембром.

Сприйняття звуку органами слуху залежить від цього, які частоти входять до складу звукової хвилі.

Шуми- це звуки, що утворюють суцільний спектр, що з набору частот, тобто. в шумі присутні коливання різних частот.

Ще однією якістю звуку, яку може розрізняти людина, є висота тону. Наприклад, легко відрізнити писк комара від гудіння джмеля. Звук комара, що летить, називають високим тоном, а гудіння джмеля - низьким тоном. Покажемо за допомогою досвіду, що висота тону є об'єктивною якістю звуку і однозначно визначається частотою коливань звукової хвилі. Приведемо обертання зубчасті колеса однакового діаметра, але мають різне число зубців (рис. 25.4). По черзі притискаючи невеликий шматок картону до зубців цих коліс, можна встановити, що висота тону підвищується зі збільшенням частоти коливань картону.

Звук, що відповідає строго певній частоті коливань, називають тоном. Якість звуку, яке визначається частотою коливань, характеризують висотою тону, причому більшій частоті коливань відповідає більш високий тон.

У деяких випадках висоту тону характеризують довжиною звукових хвиль повітря (§ 24.17). Справді, формули (24.23) для повітря при 0°С отримуємо

З цієї формули видно, що вищому тону відповідає болег коротка довжина хвилі. Характеризуючи висоту тону довжиною хвилі, слід пам'ятати, що ще залежить і від середовища. Тому в

різних середовищах одному й тому тону відповідають неоднакові довжини хвиль. Неважко збагнути, що більша довжина хвилі буде відповідати середовищі з більшою швидкістю поширення звукових хвиль.

Крім гучності та висоти тону, існує ще одна якість звуку, яку може розрізняти людина. Якість звуку, що дозволяє визначати джерело звуку, називають тембром. Так, за тембром звуку ми дізнаємося, хто говорить, хто співає чи на якому інструменті грають. Причина різних тембрів звуку є такою.

Кожне джерело звуку створює стоячі хвилі. Наприклад, струна коливається як одне ціле та видає певний тон, який називають основним тоном або першою гармонікою (§ 24.22). Крім того, на струні утворюються ще додаткові стоячі хвилі, подібні до зображених на рис. 24.22, що створюють додаткові тони інших частот, кратних частоті основного тону. Їх називають найвищими гармонійними тонами або обертонами.

Кожне джерело звуку має свій набір обертонів з різною відносною гучністю (з різною амплітудою), тобто має спектр (24.22). Це створює характерний відтінок (тембр) його звуку, що дозволяє відрізняти його від звуків, створюваних іншими джерелами, навіть при однаковій висоті основного тону. Зауважимо, що найчистіший звук, відповідний певному тону, створюють камертони. Тому ними користуються для відтворення звуків певної частоти, наприклад, настроювання музичних інструментів.

Часто зустрічаються складні звуки, у яких не можна виділити окремі тони. Такі звуки називають шумом.

Висота звуку

Висота звуку- властивість звуку, що визначається людиною на слух і залежить в основному від його частоти, тобто від числа коливань середовища (зазвичай повітря) за секунду, які впливають на барабанну перетинку. Зі збільшенням частоти коливань зростає висота звуку. У першому наближенні суб'єктивна висота звуку пропорційна логарифму частоти - згідно із законом Вебера-Фехнера. Звук, що має певну висоту, у музиці називається тоном.

Основні відомості

Висота звуку - суб'єктивна якість слухового відчуття, поряд із гучністю і тембром, що дозволяє розташовувати всі звуки за шкалою від низьких до високих. Для чистого тону вона залежить головним чином від частоти (зі зростанням частоти висота звуку підвищується), але при суб'єктивному сприйнятті також від його інтенсивності - при зростанні інтенсивності висота звуку здається нижче. Висота звуку зі складним спектральним складом залежить від розподілу енергії за частотою.

Одиницями виміру висоти звуку музикою є тон, напівтон, цент.

Також висоту звуку вимірюють у крейдах - шкалі висот, різницю між якими слухач сприймає як рівну. Тону з частотою 1 кГц та звуковим тиском 2·10 −3 Па приписують висоту 1000 крейд; в діапазоні 20 Гц – 9000 Гц укладається близько 3000 крейд. Вимірювання висоти довільного звуку засноване на здатності людини встановлювати рівність висот двох звуків або їх відношення (у скільки разів один звук вищий або нижче за інший).

Вимірювання

Висота звуку вимірюється за відносною шкалою: октави, всередині октав – ноти. Октава - це музичний інтервал, що відповідає відношенню частот двох звуків, що дорівнює 2. (Тобто для ноти з тією ж назвою в наступній октаві частота, виражена в герцах, буде рівно в 2 рази вище, ніж у поточній октаві).

Усередині октави найменший музичний інтервал - напівтон (музичний інтервал між двома найближчими нотами в октаві, приблизно відповідний відношенню частот двох звуків, що дорівнює . «Приблизно», тому що в природі ноти всередині октави розташовані нерівномірно).

Відповідність нот у октавах конкретним частотам (герцах) задається стандартами.

У всьому діапазоні значень висот їх можна отримати за допомогою інтервалів між короткими імпульсами, наприклад одиночними відрахунками інтенсивності в дискретному часі t = ndt, де dt = 22,7 мкс.

Звук з висотою, що здається постійно підвищується або знижується, - один з видів акустичних ілюзій - називається тоном Шепарда.

Частотні сигнали складного спектру без основної частоти (першої гармоніки у спектрі) називаються резидуальними. Сприйняття висоти частотного сигналу збігається зі сприйняттям висоти резидуальної версії такого ж сигналу.

Примітки

Література

• Газарян С. Світ музичних інструментів: Кн. для учнів ст. класів. - 2-ге вид. - М: Просвітництво, 1989. - 192 с.: іл.

Див. також

• Критична смуга слуху
• Зміна висоти звуку ( англ.)

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Висота звука" в інших словниках:

Форма сприйняття людиною частоти коливань тіла, що звучить. Зі зростанням частоти висота звуку збільшується. * * * ВИСОТА ЗВУКУ ВИСОТА ЗВУКУ, якість звуку, форма сприйняття людиною частоти коливань тіла, що звучить. Зі зростанням частоти висота звуку. Енциклопедичний словник

висота звуку- суб'єктивне якість звуків, обумовлене їх частотою. За частотою звуки можуть визначатися як низькі чи високі. Словник практичного психолога. М: АСТ, Харвест. С. Ю. Головін. 1998. висота звуку … Велика психологічна енциклопедія

Якість звуку, форма сприйняття людиною частоти коливань тіла, що звучить. Зі зростанням частоти висота звуку збільшується. Великий Енциклопедичний словник

Якість звуку, що визначається людиною суб'єктивно на слух і залежить в осн. від частоти звуку. Зі зростанням частоти Ст з. збільшується (тобто звук стає «вище»), із зменшенням частоти знижується. У невеликих межах Ст з. змінюється також у… … Фізична енциклопедія

Суб'єктивне якість звуків, обумовлене їх частотою, тобто. числом коливань за секунду. На цій підставі звуки можуть бути визначені як низькі чи високі. Як одиниця висоти звуку виступає крейда. Психологічний словник

Висота звуку- Характеристика слухового сприйняття, що дозволяє розподілити звуки за шкалою від низьких до високих частот. Залежить переважно від частоти, але також від величини звукового тиску та форми хвилі звуку. Російська енциклопедія з охорони праці

висота звуку- Якісна характеристика звуку за частотою коливань, що визначається органолептичним методом за допомогою слуху. [ГОСТ 24415 80] Тематики піаніно … Довідник технічного перекладача

ВИСОТА ЗВУКУ- ВИСОТА ЗВУКУ. Суб'єктивна характеристика сприйняття звуків, що визначається їх частотою (числом коливань за одиницю часу). Ця кількісна характеристика слухового відчуття дозволяє розташувати звуки від низьких до високих. Див. слух, тембр. Новий словник методичних термінів та понять (теорія та практика навчання мов)

Якщо малюка, звичайно такого, що чув раніше, як грають на роялі, бачив поблизу клавіші, попросити зобразити на інструменті пташку, то він почне швидко перебирати клавіші на правій стороні клавіатури, щоб отримати високі звуки. Якщо ж… … Музичний словник

висота звуку- Залежить не тільки від частоти основного тону, але і від ряду додаткових факторів, таких, як гучність, тривалість і спектральний склад звучання. Висота звуку складного сигналу визначається найнижчою (основною) частотою, або присутньою. Російський індекс до Англо-російського словника з музичної термінології

Говорячи про будову слухового апарату, ми поступово переходимо до принципу аналізу мозком отриманого сигналу від слухового равлика. У чому полягає? І як мозок розшифровує його? Як він визначає висоту тону звуку? Сьогодні ми якраз поговоримо про останнє, бо в ньому автоматично розкриваються відповіді на перші два питання.

Слід зазначити, що мозок визначає лише періодичні синусоїдальні компоненти звуку. Сприйняття висоти тону людиною так само залежить від гучності та тривалості. Минулої статті ми говорили про базилярну мембрану та її будову. Як відомо, вона має неоднорідність за жорсткістю будови. Це дозволяє їй механічно розбивати звук на компоненти, які мають особливе місце розміщення її поверхні. Звідки волоскові клітини пізніше подають сигнал у мозок. Через цю особливість будови мембрани, «звукова» хвиля, що пробігає її поверхнею, має різні максимуми: низькі частоти – поблизу вершини мембрани, високі – біля овального вікна. Мозок автоматично намагається визначити висоту цієї «топографічної карті», знаходячи на ній локалізацію фундаментальної частоти. Цей метод можна асоціювати із багатосмуговим фільтром. Звідси взято теорію «критичних смуг», яку ми обговорювали раніше:

Але ж це не єдиний підхід! Другий спосіб - це визначення висоти тону за гармоніками: якщо знайти мінімальну частотну різницю між ними, то вона завжди дорівнює фундаментальній частоті - [( n +1) f 0 - (nf 0)] = f 0, де n - Номери гармонік. А також разом з ним використовується і третій метод: знаходження загального співмножника від розподілу всіх гармонік на послідовні числа та, штовхаючись від нього, визначається висота звуку. Експерименти повністю підтвердили обґрунтованість цих способів: слухова система, знаходячи максимуми гармонік, проводить над ними обчислювальні операції і якщо навіть вирізати основний тон або розставити гармоніки в непарній послідовності, при якому метод 1 і 2 не допоможуть, то людина визначає висоту звуку 3 методом.

Але як виявилось – це не всі можливості мозку! Було проведено хитрі експерименти, які здивували вчених. Справа полягає в тому, що три методи працюю лише з першими 6-7 гармоніками. Коли у кожну «критичну смугу» потрапляє по одній гармоніці звукового спектру мозок спокійно «визначає» їх. Але варто, яким гармоніками знаходитися настільки близько один до одного, що в одну область слухового фільтра потрапляє їх кілька, то мозок їх розпізнає гірше або взагалі не визначає: це ставитися до звуків з гармоніками вище сьомої. Ось тут вступає четвертий метод - метод "часу": мозок починає аналізувати час надходження сигналів з органу Корті з фазою коливання всієї базилярної мембрани. Цей ефект отримав назву «замикання фази». Справа полягає в тому, що при коливанні мембрани, коли вона рухається у бік волоскових клітин, ті стикаються з нею, утворюючи нервовий імпульс.
Під час руху назад, жодного електричного потенціалу не з'являється. З'являється взаємозв'язок – час між імпульсами в будь-якому окремому волокні дорівнюватиме цілому числу 1, 2, 3 і так далі, помноженому на період в основній звуковій хвилі f = nT . Як це допомагає в роботі в купе разом із критичними смугами? Дуже просто: ми знаємо, що коли дві гармоніки знаходяться настільки близько, що потрапляють в одну «частотну область», то між ними виникає ефект «биття» (яку музиканти чують при налаштуванні інструмента) – це просто одне коливання із середньою частотою, що дорівнює різниці частот. При цьому період у них буде T = 1/f 0. Таким чином, всі періоди вище шостої гармоніки однакові або мають розряд у ціле число, тобто значення n/f 0. Далі мозок легко вираховує частоту основного тону.

Музичні звуки з тим самим основним тоном відрізняються тембром, який, переважно, визначається частотами і амплітудами обертонів. Ми дізнаємося знайомі голоси та музичні інструменти саме за тембром.

Гучність звуку залежить від інтенсивності звуку.

Найменша інтенсивність звукової хвилі, яка може бути сприйнята органами слуху порогом чутності I 0.

Стандартний поріг чутності приймається рівним

I0 = 10-12 Вт/м2

при основній частоті 1 кГц.

Найбільша інтенсивність звукової хвилі, при якій сприйняття звуку не викликає болючого відчуття, називається порогом больового відчуття або порогом дотику . Поріг дотику залежить від частоти звуку і змінюється від 0,1Вт/м2 при 6 кГц до 10Вт/м2 при низьких та звукових частотах.

Діапазон інтенсивностей звуків, що сприймаються нами, дуже великий.

22) Закон Вебера-Фехнера. Шкала рівнів гучності звуку. Криві рівної гучності.

В основі створення шкали рівнів гучності лежить психофізичний закон Вебера-Фехнера:

якщо подразнення збільшується в геометричній прогресії (тобто в однакове число разів), то відчуття цього роздратування зростає в арифметичній прогресії (тобто на однакову величину).

Щодо звуку це означає, що якщо інтенсивність звуку набуває ряду послідовних значень, наприклад aI 0 , a 2 I 0 , а 3 I 0 , … (а - Деякий коефіцієнт, а>1 ), то відповідні їм відчуття гучності звуку Е 0 , 2Е 0 , 3Е 0 , …

Математично це означає, що гучність звуку пропорційна логарифму інтенсивності звуку.Якщо діють два звукові роздратування з інтенсивностями I і I 0 , причому I 0 – поріг чутності, то на підставі закону Вебера-Фехнера гучність щодо I 0 пов'язана з інтенсивністю наступним чином:

де k-Коефіцієнт пропорційності

Умовно вважають, що на частоті 1 кГц шкали гучності та інтенсивності звуку повністю збігаються

Для відмінності від шкали інтенсивності звуку в шкалі гучності децибели називають фонами (Фон).

Гучність інших частотах можна виміряти, порівнюючи досліджуваний звук зі звуком частотою 1 кГц.

На практиці гучність звуку можна оцінити за так званими кривим рівної гучності ,

Кожна з кривих поєднує звуки однієї і тієї ж гучності, що вимірюється у фонах. При цьому прийнято, що гучність будь-якого звуку у фонах збігається з рівнем інтенсивності рівногучного звуку (у децибелах) на частоті 1 кГц: крива порога чутності відповідає рівень гучності 0 фон.

Кожна проміжна крива відповідає однаковій гучності, але різної інтенсивності звуку для різних частот. за окремої кривої рівної гучності можна знайти інтенсивності, які за певних частот викликають відчуття цієї гучності. Використовуючи сукупність кривих рівної гучності, можна знайти для різних частот гучності, що відповідають певній інтенсивності.

Метод виміру гостроти слуху називається аудіометрією: на спеціальному приладі (аудіометрі) визначають поріг слухового відчуття різних частотах; отримана крива називається аудіограмою .Порівнюючи аудіограму пацієнта з нормальною кривою порога слухового відчуття, можна діагностувати захворювання органів слуху.

А тепер другий лист, тобто молекулярна фізика

Термодинамічна система

Термодинамічною системою можна вважати будь-яку сукупність матеріальних тіл, що взаємодіють потоками енергії та речовини один з одним і з тілами зовнішнього середовища

Термодинамічна система може бути відкритою, закритою, ізольованою та ідеальна терм.ден.система – адіабатна.

Властивістю є, наприклад, тиск, температура, питомий обсяг, щільність (характеризують стан розглянути. Системи)

Тискр– макроскопічна характеристика, що відбиває молекулярну природу рідини чи газу. Тиск чисельно дорівнює силі впливу молекул на деяку поверхню, віднесену до величини цієї поверхні.

Температура t - Фізична величина, що характеризує ступінь нагрітості тіла, °С. Вона, як і тиск, виявляє мікроскопічну при-

роду речовини, виводячи її на наочний макроскопічний рівень. Температура постає як міра інтенсивності теплового руху молекул Абсолютна температура Т, К, відраховується за шкалою Кельвіна: Т = t + 273,15.

Питомий об'єм v- Це об'єм одиниці маси речовини, м3/кг. Зворотну питому обсягу величину називають щільністю: ρ, кг/м3.