Обертон это в физике кратко

Обновлено: 04.07.2024

(нем. Oberton, от ober — верхний и Ton — тон), синусоидальная составляющая периодич. колебания сложной формы с частотой, более высокой, чем основной тон. Любое периодич. колебание можно представить как сумму осн. тона и обертонов, причём частоты и амплитуды этих О.определяются как физ. свойствами колебат. системы, так и способом её возбуждения. Если частоты всех О.— целые, кратные основной частоте, то такие О. наз. гармоническими, или гармониками. Если же частоты зависят от осн. частоты более сложным образом, то говорят о негармонич. О. В этом случае периодич. колебание также может быть представлено как сумма гармоник, но это разложение будет приближённым, тем более точным, чем большее число гармоник взято. Если частота осн. тона f (первый О.), то частота второго О. равна 2f или близка к этому значению, частота третьего — 3f и т. д.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

(от нем. Oberton - высокийтон, высокий звук) - синусоидальная составляющая периодич. колебания сложнойформы с частотой, более высокой, чем основной тон. Любое периодич. f (первая гармоника), то частота второй гармоники равна 2f или близка к этому значению, частота третьей 3f и т. д. Состав икол-во О. сложного звука определяет его качеств. окраску, или тембрзвука. Анализ колебаний и выделение О. относится не только к акустическим,

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Если зажать струну в точке \(1\), звук будет ниже, так как длина части струны больше, а частота колебаний меньше.

При зажимании в точке \(2\) звук будет выше, часть колеблющейся струны меньше, частота колебаний струны больше. Длина колеблющейся струны отсчитывается от нижнего порожка (со стороны отверстия резонатора).

табы.jpg

Рассмотрим колебания ветвей камертона (рис. \(2\)). Колебание происходит с неизменной частотой. Поэтому его называют чистым тоном.

Многообразие источников звука (люди, машины, животные, музыкальные инструменты и т.д.) порождает большое количество чистых тонов, каждый из которых отличается частотой.

Следует учесть, что высота сложного звука определяется высотой основного тона. Частоты обертонов относятся к частоте основного тона как целые числа. Обертоны называются гармониками, а основной тон считается первой гармоникой.

Тембр — качественная сторона звука, его окраска. Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков).

Любой человек способен отличить мелодию, исполняемую на скрипке, от той же мелодии, исполняемой на гитаре или фортепиано. В этом случае мы говорим о разности тембров. А они, в свою очередь, обуславливаются различными обертонами.

Высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.

На­ли­чие обер­то­нов обу­слов­ле­но слож­ным ко­ле­ба­ни­ем зву­ча­ще­го те­ла (виб­ра­то­ра), ко­то­рое яв­ля­ет­ся на­ло­же­ни­ем (су­пер­по­зи­ци­ей) про­стых ко­ле­ба­ний (смотри в статьеСпектр зву­ка). В фи­зи­ке по­ня­тие основного то­на и обертона иног­да рас­про­стра­ня­ет­ся на слож­ные пе­рио­дические ко­ле­ба­ния лю­бой при­ро­ды (в том числе элек­три­че­ские).

Ко­ли­че­ст­во и рас­пре­де­ле­ние обертонов по вы­со­те и ин­тен­сив­но­сти в зна­чительной ме­ре оп­ре­де­ля­ют тембр (ок­ра­ску) зву­ка и за­ви­сят от фор­мы виб­ра­то­ра, его уп­ру­го­сти, фи­зических ха­рак­те­ри­стик ре­зо­на­то­ров и др. Обер­то­ны вме­сте с основным то­ном на­зы­ва­ют­ся час­тич­ны­ми то­на­ми (нем. Teiltöne, Partialtöne); 1-й час­тич­ный тон ра­вен основному то­ну, 2-й - пер­во­му обертону и т. д. Ес­ли час­то­ты по­сле­до­ва­тель­ных обертонов крат­ны час­то­те основного то­на (об­ра­зу­ют вме­сте с ним на­ту­раль­ный зву­ко­ряд или его на­чаль­ный уча­сток), то та­кие обертоны на­зы­ва­ют­ся гар­мо­ни­че­ски­ми (в про­тив­ном слу­чае - не­гар­мо­ни­че­ски­ми), а спектр зву­ка - гар­мо­ни­че­ским. Гар­мо­ни­че­ские обертоны вме­сте с основным то­ном на­зы­ва­ют­ся гар­мо­ни­ка­ми: 1-я гар­мо­ни­ка со­от­вет­ст­ву­ет основному то­ну, 2-я гар­мо­ни­ка - пер­во­му обертону и т. д.; при этом основной тон ус­лов­но счи­та­ют ну­ле­вым обертоном; гар­мо­ни­ки, на­чи­ная со 2-й, на­зы­ва­ют выс­ши­ми. Чёт­ным обертонам (то есть имею­щим чёт­ный но­мер) со­от­вет­ст­ву­ют не­чёт­ные гар­мо­ни­ки, и на­обо­рот 2-ю гар­мо­ни­ку час­то на­зы­ва­ют ок­тав­ной, 3-ю - квин­то­вой, 5-ю - тер­цо­вой, 7-ю - сеп­ти­мо­вой.

Гар­мо­ни­че­ский (или весь­ма близ­кий к не­му) спектр зву­ча­ния ха­рак­те­рен для стол­бов воз­ду­ха в тру­бах и для струн; в слу­чае жё­ст­ких струн (например, в ниж­нем ре­ги­ст­ре фор­те­пиа­но) обертоны мо­гут зна­чи­тель­но от­ли­чать­ся от гар­мо­ни­че­ских. Выс­шие гар­мо­ни­ки, как пра­ви­ло, зву­чат слит­но с основным то­ном и сла­бо рас­по­зна­ют­ся слу­хом. При иг­ре на музыкальных ин­ст­ру­мен­тах для уси­ле­ния или вы­де­ле­ния тех или иных гар­мо­ник ис­поль­зу­ют­ся специальные при­ё­мы: например, на скрип­ке - фла­жо­ле­ты, иг­ра с сур­ди­ной и др., на вар­га­не - из­ме­не­ние фор­мы и объ­ё­ма ре­зо­на­то­ра (по­лос­ти рта) (смотри так­же Гор­ло­вое пе­ние). Кон­струк­ция труб не­ко­то­рых ор­ган­ных ре­ги­ст­ров обес­пе­чи­ва­ет ощу­ти­мое уси­ле­ние тех или иных гар­мо­ник (например, ре­гистр Quin­tadena - уси­ле­ние 3-й гар­мо­ни­ки). У ор­га­на час­то при­сут­ст­ву­ют ре­ги­ст­ры, на­страи­вае­мые в уни­сон не с основным то­ном других ре­ги­ст­ров, а с их выс­ши­ми гар­мо­ни­ка­ми.

Не­гар­мо­ни­че­ские обертоны ха­рак­тер­ны для удар­ных и шу­мо­вых ин­ст­ру­мен­тов, сиг­наль­ных си­рен. Для ин­ст­ру­мен­тов ти­па кси­ло­фо­на, различных ме­тал­ло­фо­нов по­сле­до­ва­тель­ность час­тот основного то­на и обер­то­нов про­пор­цио­наль­на по­сле­до­ва­тель­но­сти квад­ра­тов не­чёт­ных чи­сел на­чи­ная с 3.

Тео­рия гар­мо­ни­че­ских обертонов бы­ла по­ло­же­на в ос­но­ву уче­ния Х. Ри­ма­на о клас­си­ко-ро­ман­тической гар­мо­нии и по­ны­не (во мно­гом бла­го­да­ря позд­ней­шей по­пу­ляр­но­сти его уче­ния) со­став­ля­ет важ­ную часть западных и не­ко­то­рых отечественных учеб­ни­ков гар­мо­нии.

1. Как исследовалась зависимость высоты звука от частоты колебаний его источника? Какой вывод был сделан?


Свободная часть линейки создает звук только в том случае, если она колеблется с частотой, не меньшей чем 20 Гц.
Если укоротить верхнюю часть линейки и привести ее в колебательное движение, то частота колебаний линейки увеличится, а издаваемый ею звук станет выше.

Вывод:
С увеличением частоты колебаний звук повышается.

Возьмем зубчатый диск, с помощью специального устройства приведем его во вращение и прикоснемся к зубчатому краю тонкой картонной пластинкой.
Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начнет совершать вынужденные колебания, в результате чего мы услышим звук.
Увеличим скорость вращения диска, и пластинка станет колебаться чаще, а издаваемый ею звук будет выше.

2. С какой целью ставился опыт, изображенный на рисунке?

Цель опыта показать, что с увеличением частоты колебаний звук повышается.


С помощью устройства зубчатый диск приводится во вращение,
К зубчатому краю прикасаются тонкой картонной пластинкой.
Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начинает совершать вынужденные колебания.
В результате чего слышится звук.
Скорость вращения диска увеличивается - пластинка начинает колебаться чаще, а издаваемый ею звук становится выше.

3. Какой из двух камертонов издает более высокий звук?

Сравним звучание двух камертонов с разной собственной частотой.
Частоты на камертонах не указаны.
Тогда частоты можно сравнить, получив следы колебаний на закопченных пластинках.


Вывод:
Камертон, колеблющийся с большей частотой (а), издает более высокий звук, а с меньшей ( б) — более низкий.

4. От чего зависит высота звука?

Высота звука зависит от частоты колебаний:
чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

5. Что называется чистым тоном?

Ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания.
Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота.
Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний.
Звук камертона является чистым тоном.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.

6. Что такое основной тон?

Звуки - это обычно совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.
Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой.
Соответствующий ей звук определенной высоты —- основным тоном, или иногда его называют просто тоном.
Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.


6. Что такое обертоны звука?

Высота сложного звука определяется высотой его основного тона.
Все остальные тоны сложного звука называются обертонами.
Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).

7. Чем определяется высота звука?

Высота звука определяется частотой его основного тона.
Чем больше частота основного тона, тем выше звук.

8. Что такое тембр звука и чем он определяется?

Тембр звука - это качество звука, которое позволяет отличать звуки одних источников от звуков других.

Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот.

Легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т. е. одну и ту же частоту основного тона.
Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов.

Читайте также: