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).
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: