Свойства звука сила высота тембр кратко

Обновлено: 04.05.2024

Рис. 16. Графическое изображение гармонического колебания (синусоида)

Свойства звука

В звуке различают три основных свойства: силу, высоту и тембр.

Сила звука зависит от величины амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда, т. е. чем шире размах колебаний, тем звук сильнее, и, наоборот, чем меньше размах, тем меньше сила звука. Амплитуда колебаний ветвей звучащего камертона постепенно уменьшается, уменьшается размах колебаний частиц окружающей среды (воздуха) и соответственно — сила звука камертона. Сила звука определяется величиной давления, которое производит звуковая волна на единицу поверхности. Звуковое давление (как и атмосферное) измеряется в паскалях (Па), показывающих, какая сила в ньютонах (Н) действует на площадь в квадратных метрах (м2). Давление в 1 Па=1Н/1м2. Давление в 1 атмосферу (атм.) приблизительно составляет 105 паскалей (Па), т. е. 100 000 Па.

На практике оказывается более удобным измерять силу звука не в абсолютных, а в относительных единицах. При этом определяют величину отношения данной силы звука к силе звука, условно принятой за нулевую, т. е. за уровень отсчета. Это отношение часто выражается огромными цифрами, поэтому пользуются его логарифмом, величина которого обозначается в белах. Обычно применяется единица в десять раз меньшая — децибел (дБ). Если, например, говорят, что сила звука равна 30 дБ, то это значит, что отношение данной силы к силе, условно принятой за нулевую, равно 103, т. е. 1000, или, другими словами, данная сила звука в 1000 раз больше нулевой. Соответственно при 10 дБ это отношение будет равно 101 т. е. данная сила звука в 10 раз больше нулевой, а при 50 дБ величина отношения равна 105, или 100 000.

Вообще, для того чтобы, зная число децибел, определить величину отношения данной силы звука к нулевому уровню, нужно число децибел разделить на 10 и возвести в 10-ю степень, равную полученному частному. Таблица 1 дает конкретное представление об уровне интенсивности некоторых звуков в децибелах.

Звук – объективно существующее в природе физическое явление, вызываемое механическими колебаниями какого-либо упругого тела, вследствие чего образуются звуковые волны, воспринимаемые ухом и преобразуемые в нём в нервные импульсы. Звуковыми волнами называются периодически чередующиеся сгущения и разрежения в какой-либо упругой (т.е. звукопроводящей) среде; звуковые волны воспринимаются слуховыми органами человека и животных и при помощи центростремительных нервов передаются в большие полушария головного мозга, где и осознаются как конкретные звуки.

Все звуки вокруг нас распадаются на 2 типа: с определенный высотой (музыкальные звуки) и с неопределённой высотой (шумовые звуки). Музыкальные звуки составляют звуковой фонд музыки, в то время как шумовые звуки применяются лишь эпизодически. Музыкальный звук имеет 4 основных свойства: высота, длительность, громкость, тембр.

Высота

Высота звука обусловлена частотой колебаний вибратора и находится от неё в прямой зависимости. Частота колебаний находится в обратной зависимости от величины (длины и толщины) звучащего тела и в прямой – от упругости.

Слух человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц, в раннем детстве до 22000 Гц, в старости до 14000-15000Гц. Наиболее точно и ясно человек воспринимает звуки в пределах 16-4200-4500Гц, этот диапазон и используется в музыке. Зависимость между частотой колебаний и высотой звука – геометрическая прогрессия. При увеличении частоты на 110 Гц (это приблизительно соответствует укорачиванию струны в два раза) от A (110Гц) образуются интервалы: ч.8, ч.5, ч.4, б. 3, м.3, м.3, несколько б.2, несколько м.2. Дальше образуются интервалы меньше полутона. Этот звуковой ряд соответствует натуральному ряду чисел и называется натуральным звукорядом. Его можно получить при делении струны на 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. частей, чем пользуются при исполнении на струнных инструментах флажолетов. Эталон высоты звука – 440 Гц (а первой октавы).

Акустическая единица измерения звуковысотных расстояний – цент = 1/100 темперированного полутона. Порог различения изменения высоты звука в среднем регистре – 5 центов.

Длительность

Длительность звука – выраженное в ритмических единицах время, в течение которого совершаются колебательные движения вибратора. Прямая зависимость. Длительность музыкального звука колеблется от 0,015-0,02 с до нескольких минут (педальные звуки органа). В тактовой нотации (с 17 в.) ноты указывают лишь относительную длительность звука, реальное значение которой зависит от темпа.

Громкость

Громкость звука – отражение в восприятии силы звука, обусловленной амплитудой колебаний. Применяемые в музыкальной практике обозначения динамических оттенков показывают не абсолютные значения громкости звука, а соотношения между их градациями.Forte (f) сильно, громко, piano (p) слабо, тихо; mezzo forte (mf) умеренно громко; mezzo piano (mp) умеренно тихо; fortissimo (ff) очень громко; pianissimo (pp) очень тихо; forte-fortissimo (fff) чрезвычайно громко; piano-pianissimo (ppp) чрезвычайно тихо. Реже встречаются 4, 5 f или p.

Subito piano, subito forte (subito p, subito f) – внезапно громко или тихо.

Crescendo (cresc.) – постепенно усиливая силу звука; diminuendo, decrescendo (dim., decresc.) — постепенно затихая.

Колебания бывают 2 видов: затухающие (т.е. с постепенно уменьшающейся за счё т сопротивления воздуха и внутреннего торможения амплитудой – рояль, арфа, струнно-щипковые) и незатухающие (с постоянной или произвольно меняющейся амплитудой – орган, скрипка при игре смычком). При затухающих колебаниях громкость звука постепенно уменьшается до полного затихания (высота остаётся практически неизменной). При незатухающих колебаниях громкость можно варьировать в зависимости от художественных целей.

Интенсивность (сила) звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности, измеряется в Вт/м2. При росте силы звука в геометрической прогрессии громкость возрастает лишь в арифметической.

Тембр

Тембр – окраска звука, характер звучания. Он зависит от конструкции инструмента, материала, из которого он сделан, его качества, способа звукоизвлечения, среды, где распространяется звук и т.д. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высота и громкости, шумовые призвуки, форманты, вибрато и т.д.

Обертоны – призвуки, входящие в спектр музыкального звука, звучат выше основного тона.

Высота звука — это его свойство, которое определяется частотой волны. Громкость напрямую связана с амплитудой и интенсивностью акустической волны. Тембр зависит от частоты и от интенсивности. В статье мы подробно рассмотрим все свойства звука: высоту, громкость, тембр. Узнаем, звуки каких частот воспринимает наше ухо, и что такое порог слышимости. Разберемся, почему при одной и той же высоте они имеют разную тембровую окраску.

Высота звука

Низкие звуки генерируют тела, которые колеблются с низкой частотой. Высокие получаются от высокочастотной вибрации. Примером, демонстрирующим зависимость высоты звука от частоты, является флексатон. Это музыкальный инструмент, который состоит из металлической рамки и прикрепленной к ее основанию гибкой пластинки. Пластинку отгибают пальцем, и получается звук. Чем быстрее она дрожит, тем выше тон.

Способность человека воспринимать определенные частоты ограничена диапазоном слышимости. Вот его границы: от 20 герц (Гц) до 20 000 Гц. Все, что выше, называется ультразвуком, ниже — инфразвуком. Диапазон зависит от возраста и индивидуальных особенностей восприятия, поэтому его границы могут незначительно сужаться и расширяться.

Громкость

Еще одно свойство звука — это громкость. Если мы ударим молоточком по камертону, то мелодия со временем, конечно, будет затихать. Как при этом ведут себя ножки камертона? Амплитуда их уменьшается, такие колебания называются затухающими. Значит, громкость как-то связана с амплитудой. Будет точнее, если сказать, что громкость зависит от энергии, которую переносит акустическая волна. Физика звука такова, что упругая волна благодаря обладанию энергией заставляет нашу барабанную перепонку колебаться и воспринимать шум. Энергию акустической волны можно охарактеризовать с помощью физической величины — интенсивности.

Интенсивность

Интенсивность волны (I) определяет громкость. Громкие звуки обладают большей интенсивностью, тихие — меньшей. Интенсивность некоторых настолько мала, что мы их едва слышим. Наименьшая, которую мы можем воспринять, — это порог слышимости. Обозначим интенсивность, соответствующую порогу, как I₀. Она равняется 10 -12 Вт/м 2 . Это интенсивность самого тихого звука, которую воспринимает наше ухо. Если он становится все громче и громче, то мы уже не столько слышим звук, сколько ощущаем боль в ушах. Такая интенсивность соответствует болевому порогу (I=1 Вт/м 2 ).

Звук — это ощущение, которое обладает такой закономерностью. Увеличим на генераторе частот интенсивность в 10 раз, а потом еще в 10 раз. При каждом изменении будет ощущение, что громкость возросла на одно и то же число.

Чтобы охарактеризовать громкость звука, физики ввели величину уровня громкости (β, дБ). Порогу слышимости I₀ соответствует уровень громкости в 0 децибел. 10 I₀ — соответствует 10 дБ. Интенсивности в 100 порогов слышимости 100 I₀ соответствует 20 дБ, в 1000 — 30 дБ. Если уровень громкости повысился на 10 децибел, это значит, что интенсивность звуковой волны возросла в 10 раз.

Тембр

Воспроизведем несколько звуков, высота которых одинакова, но сами они имеют разный тембр. Ударим молоточком по камертону частотой 440 Гц и возьмем на гитаре ноту "ля". Оба инструмента звучат примерно на одинаковой частоте, но их сложно перепутать. Почему так?

Чтобы исследовать эти звуки, воспользуемся микрофоном и компьютером. На компьютере установлена программа, которая передает сигнал от микрофона и рисует траекторию движения волны.

На графике видно гармонические колебания, которые создает камертон. Осциллограмма показывает, как со снижением громкости уменьшается амплитуда колебаний. Программа позволяет увидеть, какие частоты присутствуют в этом звуке.

Извлечем с помощью гитарной струны ноту "ля". График демонстрирует, что частота звуковой волны (высота звука) та же самая, но форма колебаний отличается. Видны искажения гармонической формы, особенно, когда звук громкий.

По мере того, как он становится тише, колебания приближаются к гармоническим. Пока струна еще звучит звонко, получаются периодические колебания, но они отнюдь не гармонические. В звуке гитары, в отличие от камертона, содержится целый набор частот. Более высокие призвуки называются обертонами. Тембр определяется их количеством и интенсивностью. Если воспроизвести перед микрофоном звук "ш-ш-ш", получатся не гармонические, а хаотические колебания.

Перед тем как переходить к Важным музыкальным понятиям, нотам и музыкальным закономерностям, думаю есть смысл рассказать физические моменты звука - ведь именно здесь находятся первые истоки целого музыкального мира.

В первую очередь стоит понимать, что звук - это конкретная форма звучания, которая имеет определенную тональность. Именно от сюда идут все различие между, скажем, музыкальным звуком и шумом. Ведь шум в свою очередь - это хаотические колебания.

Человеческий слух способен улавливать звуки с частотой от 16 до 20000 Гц (Гц - Герц - единица измерения частоты - количество колебаний в единицу времени). Но честно говоря это диапазон доступен не всем, средний человек слышит до 16-18 кГц. А с возрастом этот диапазон может ещё сокращаться. Всё что находится ниже 16 Гц - называется инфразвуком, а то что выше 20 кГц - ультразвуком.

Основные физические свойства звука:

Высота

Как Вы знаете, источником звучания инструмента является колебание струн, переходящее в колебание воздуха. Таким образом, толстые и длинные струны издают низкий (мягкий) звук, а вот тонкие и короткие - высокий. То есть получается, что звук будет выше, при меньшей массе музыкального тела.

При этом соотношение частоты колебания звуков между звуками отстоящих друг от друга на октаву равно 2 к 1. То есть Соль первой октавы имеет частоту 392 Гц, а второй октавы - в два раза больше - 784 Гц

Тут приведем таблицу звуков частот каждой из нот.

Громкость звук

Так же может называться динамикой и силой звука. Идиница измерения - децибелы (обозначается дБ). При этом если звук увеличивается в 2-а раза, это значит увеличение громкости звука на 10 дБ. Чрезмерная громкость звука вредна для человеческого здоровься, так вредный порог начинается с 90 дБ, а болезненный со 130 дБ, при этом звук более 180 дБ уже смертельно опасен.

Исли мы приведем таблицу громкости, то будет видно, что рок-концерты обладают весьма существенной динамикой.

Фортепьяно	60 дБ
Идущий поезд	100 дБ
Реактиыный самолёт	110 дБ
Артелирийский обстрел	130 дБ
Рок-концерт	110-120 дБ

От сюда видно, что рок-концерты находятся во вредном диапазоне звучания. Именно поэтому во многих странах действую ограничения на громкость звука. В принципе на концерты мы ходим не каждый день, поэтому организм успешно справляется с таким стрессом.

Тембр

Понятие тембра можно рассмотреть на примере певцов. Вспомните - каждый певец имеет неповторимое звучание своего голаса, а всё благодаря чему ? Благодаря уникальному строению своих голосовых связок и различных резонаторов внутренних органов (легкие, горло, зубы и так далее), которые добавляют к "основному" звучанию (к основному тону) различные призвуки. Именно голоса с одинаковой частотой звучат совершенно по-разному.

Так и у гитары (да и у любого струнного инструмента). Во время игры струны звучат не только целиком, но к их звучанию добаляются коллебания половины струны, четверти и так далее. Да, эти звуки называются обертонами. Об обертонах мы говорим в статье о Флажолетах в нашем самоучителе.

Ну и осталось сказать только о человеческом слухе. Слух делится на три типа - тембровый, звуковысотный, динамический. То есть некоторые люди воспринимают звуки по-разному. Одни люди больше обращают внимание на громкость звука, другие на его чувсвительность и интонацию. Одним из самых полезных для музыканта является - звуковысотный слух. Именно он позволяет улавливать различие между тонами (по сути слышать каждую ноту), тем самым помогая уловить эмоциональную окраску произведения.

Чем больше человек занимается музыкой, тем больше у него начинает развиваться музыкальный слух во всех его проявлениях.

Читайте также: