Высота и тембр звука реферат
Обновлено: 09.05.2024
Презентация на тему: " Высота, тембр и громкость звука 900igr.net Разобрать звук как явление. Разобрать звук как явление. Изучить все свойства звука. Изучить все свойства звука." — Транскрипт:
3 Разобрать звук как явление. Разобрать звук как явление. Изучить все свойства звука. Изучить все свойства звука. Вспомнить все, что знаем о звуке. Вспомнить все, что знаем о звуке.
4 Источники звука. Звуковые колебания. Мир окружающих нас звуков – голоса людей и музыка, пение птиц и жужжание пчел, гром во время грозы и шум леса на ветру, звук проезжающих автомобилей, самолетов и т.д. – разнообразен. Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т.е. источники звука, колеблются.
5 Камертон. Прибор для измерения звука, называется камертоном. Он представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке. В данном случае камертон укреплен на резонаторном ящике. Прибор для измерения звука, называется камертоном. Он представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке. В данном случае камертон укреплен на резонаторном ящике.
6 Что же такое звуковые колебания? Человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания тел, происходящих с частотой от 20Гц до Гц. Поэтому колебания, частоты которых находятся в этом диапазоне, называются звуковыми. Человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания тел, происходящих с частотой от 20Гц до Гц. Поэтому колебания, частоты которых находятся в этом диапазоне, называются звуковыми.
7 Высота и тембр звука. Если сравнить звук мужского голоса с женским, то он будет значительно ниже. Также и звуки баса будут ниже звуков тенора. От чего же зависит высота звука? Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
8 Что называется чистым тоном? Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты. Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты. Звук камертона является чистым тоном.
9 Чем определяется тембр звука? Тембр звука определяется совокупностью его обертонов. Тембр звука определяется совокупностью его обертонов. Обертон – тон сложного звука. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона ( поэтому его также называют высшим гармоническим тоном). Обертон – тон сложного звука. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона ( поэтому его также называют высшим гармоническим тоном).
10 Громкость звука. Громкость звука – это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Громкость звука – это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
11 Распространение звука. Мы воспринимаем звук с помощью уха. Между звучащим телом и ухом находится вещество, передающее звуковые колебания от источника звука к приемнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух. Мы воспринимаем звук с помощью уха. Между звучащим телом и ухом находится вещество, передающее звуковые колебания от источника звука к приемнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух. В разреженном воздухе звук распространяется плохо и совсем не распространяется в безвоздушном пространстве. В разреженном воздухе звук распространяется плохо и совсем не распространяется в безвоздушном пространстве. Звук распространяется во всех упругих телах, но не может распространяться в безвоздушном пространстве. Звук распространяется во всех упругих телах, но не может распространяться в безвоздушном пространстве.
12 Звуковые волны. Звук распространяется в пространстве только при наличии какой-либо упругой среды. Среда необходима для передачи колебаний от источника звука к приемнику, например к уху человека. Волна, достигая уха, взаимодействует на барабанную перепонку, заставляя ее колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука. Звук распространяется в пространстве только при наличии какой-либо упругой среды. Среда необходима для передачи колебаний от источника звука к приемнику, например к уху человека. Волна, достигая уха, взаимодействует на барабанную перепонку, заставляя ее колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука.
13 Скорость звука. От чего она зависит? Скорость звука зависит от свойств среды, в которой распространяется звук. Скорость звука зависит от свойств среды, в которой распространяется звук.
14 Скорость звука в различных средах, м/с (при t = 20°C) Вода 1483 Дерево (ель) 5000 Свинец 2160 Сталь Медь 4700 Стекло 5500
15 Отражение звука. Эхо. Каждый из нас знаком с таким звуковым явлением, как эхо. Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград – стен большого пустого помещения, леса, сводов высокой арки в здании. Мы слышим эхо в том случае, когда отраженный звук воспринимается отдельно от произнесенного. Для этого нужно чтобы промежуток времени между взаимодействием этих двух звуков на ушную барабанную перепонку составлял не менее 1/15с. Каждый из нас знаком с таким звуковым явлением, как эхо. Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград – стен большого пустого помещения, леса, сводов высокой арки в здании. Мы слышим эхо в том случае, когда отраженный звук воспринимается отдельно от произнесенного. Для этого нужно чтобы промежуток времени между взаимодействием этих двух звуков на ушную барабанную перепонку составлял не менее 1/15с.
16 Рупор. Как он связан с эхом? На свойстве звука отражаться от гладких поверхностей основано действие рупора – расширяющиеся трубы обычно круглого или прямоугольного сечения. При использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается и он распространяется на большее расстояние. На свойстве звука отражаться от гладких поверхностей основано действие рупора – расширяющиеся трубы обычно круглого или прямоугольного сечения. При использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается и он распространяется на большее расстояние.
17 Звуковой резонанс. Амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения в том случае, если частота вынужденной силы совпадает с собственной частотой колебательной силы. Это явление называют резонансом. Амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения в том случае, если частота вынужденной силы совпадает с собственной частотой колебательной силы. Это явление называют резонансом. Тело, отзывающееся на звук, называется резонатором. Тело, отзывающееся на звук, называется резонатором.
18 Ультразвук. Механические колебания, происходящие с частотой более 20000Гц, называют ультразвуковыми. Человек ультразвуки не слышит. Ими пользуются в основном животные. Механические колебания, происходящие с частотой более 20000Гц, называют ультразвуковыми. Человек ультразвуки не слышит. Ими пользуются в основном животные. Ультразвук применяется для обнаружения в литых деталях различных дефектов. Этот метод называется – ультразвуковой дефектоскопией. Ультразвук применяется для обнаружения в литых деталях различных дефектов. Этот метод называется – ультразвуковой дефектоскопией. Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний.
19 Инфразвук. Механические колебания с частотой менее 20Гц называются инфразвуком. Инфразвук используется в военном деле, рыболовецком промысле и т.д.
20 Интерференция звука. Явление сложения в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией.
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.
Источники звука. Звуковые колебания: ультразвуковые и инфразвуковые. Высота и тембр звука. Высота сложного звука. Единица громкости звука. Распространение звука. Звуковые волны. Скорость звука. Скорость звука в воздухе и воде. Тоны сложного звука.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.05.2012 |
| Размер файла | 18,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Источники звука. Звуковые колебания
Мы знаем, как разнообразен мир окружающих нас звуков - голоса людей и музыка, пение птиц и жужжание пчел, гром во время грозы и шум леса на ветру, звук проезжающих автомобилей, самолетов и т.д.
Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т.е. источники звука, колеблются. В этом можно убедиться на простых опытах. Рассмотрим их.
На рисунке изображена укрепленная в тисках упругая металлическая линейка. Мы знаем, что линейка будет издавать звук, если ее свободную часть, длина которой подобрана определенным образом, привести в колебательное движение (крайние положения колеблющейся линейки показаны пунктирными линиями). В данном случае колебания источника звука очевидны. Теперь обратимся к рисунку. На нем мы видим изображение звучащей струны, концы которой закреплены. Размытые очертания этой струны и кажущееся утолщение в середине свидетельствуют о том, что струна колеблется. Если к ее средней части (где амплитуда колебаний максимальна) прикоснуться концом бумажной полоски, то от периодических толчков струны полоска будет подпрыгивать. Когда же струна перестанет звучать, полоска остановится.
Прибор, изображенный на рисунке, называется камертоном. Он представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке. В данном случае камертон укреплен на резонаторном ящике.
Если по камертону ударить молоточком, он зазвучит. Колебания ветвей камертона незаметны. Но их можно обнаружить, если к звучащему камертону поднести маленький, подвешенный на нити шарик (например, бусинку или пуговицу). Шарик будет периодически отскакивать, что свидетельствует о колебаниях ветвей камертона. Колебания звучащего камертона можно наблюдать иным способом.
Для этого к одной ветви камертона прикрепим иголку и быстро проведем ее острием по закопченной стеклянной пластинке. Если камертон не звучал, на пластинке увидим прямую линию. Звучащий же камертон оставляет на пластинке след в виде волнистой линии. Одно полное колебание соответствует одному выступу и одной впадине этой линии. Линия, очень близка к синусоиде. Таким образом, можно считать, что каждая ветвь звучащего камертона совершает гармонические колебания. Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется (хотя чаще всего эти колебания незаметны для глаза). Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха. Но далеко не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине. Перестанет звучать и металлическая линейка, изображенная на рисунке, если переместить ее в тисках вверх и тем самым удлинить свободный конец настолько, чтобы частота его колебаний стала меньше 20 Гц. Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания тел, происходящие с частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. Поэтому колебания, частоты которых находятся в этом диапазоне, называются звуковыми. Механические колебания, частота которых превышает 20000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее 20 Гц - инфразвуковыми. Следует отметить, что указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается - некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20000 Гц. Колебания, частоты которых больше 20000 Гц или меньше 20 Гц, слышат некоторые животные.
2. Высота и тембр звука
Заставим звучать две разные струны на гитаре или балалайке. Мы услышим разные звуки: один более низкий, другой - более высокий. Звуки мужского голоса более низкие, чем звуки голоса женщины, звуки баса ниже звуков тенора, сопрано выше альта. От чего зависит высота звука? Чтобы ответить на этот вопрос, проделаем опыты. На рисунке изображен прибор, состоящий из нескольких зубчатых металлических дисков, насаженных на общую ось. Число зубьев на дисках различно. Когда прибор приводят во вращение и тонкой картонной пластинкой касаются зубьев одного из дисков, то слышен звук. Источником этого звука является колеблющаяся пластинка.
При вращении диска каждый его зубец отклоняет пластинку, а когда мимо нее проходит выемка диска, пластинка выпрямляется.
В результате пластинка колеблется. Чем быстрее вращается диск, тем больше частота колебаний пластинки и тем выше издаваемый ею звук. Если прибору задать постоянную скорость вращения и попробовать подставить пластинку к разным дискам, то можно услышать разные по высоте звуки. Звук будет тем выше, чем больше число зубьев на пластинке, т.е. чем больше частота колебаний пластинки. На рисунке изображены следы острия от двух камертонов, издающих звуки разной высоты. Оба камертона двигались с одинаковой скоростью вдоль закопченной стеклянной пластинки, касаясь ее острием. Верхний след - след камертона с более высоким звуком. Сравнивая эти следы на рисунке, видим, что частота колебаний больше у камертона с более высоким звуком. На основании описанных опытов можно заключить, что высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук. Мы знаем, что 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. Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т.е. совокупность чистых тонов. Самая низкая (т.е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой, а соответствующий ей звук определенной высоты - основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно 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). Обертоны определяют тембр звука, т.е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы 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 же этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).
Таким образом, высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
3. Громкость звука
Чтобы выяснить, от чего зависит громкость звука, вернемся к опыту, изображенном на рисунке. К одной ветви камертона подводят вплотную маленький, висящий на нити шарик, а по другой слегка ударяют молоточком. Обе ветви камертона приходят в колебательное движение. Слышен негромкий звук. Шарик отскакивает от колеблющейся ветви на небольшое расстояние. Затем камертон глушат и снова ударяют по нему, но гораздо сильнее, чем в первый раз. Теперь камертон звучит громче, а шарик отскакивает на большее расстояние, что свидетельствует о большей амплитуде колебаний ветвей.
Этот и многие другие опыты позволяют сделать вывод о том, что громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
В рассмотренном опыте частоты колебаний обоих звуков - тихого и громкого - одинаковы, так как их источником является один и тот же камертон. Но если бы мы сравнивали звуки разных частот, то кроме амплитуды колебаний нам пришлось бы учитывать еще один фактор, влияющий на громкость. Дело в том, что чувствительность человеческого уха к звукам разной частоты различна. При одинаковых амплитудах как более громкие мы. воспринимаем звуки, частоты которых лежат в пределах от 1000 Гц до 5000 Гц. Поэтому, например, высокий женский голос с частотой 1000 Гц будет для нашего уха громче низкого мужского с частотой 200 Гц, даже если амплитуды колебаний голосовых связок в обоих случаях одинаковы.
Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.
Громкость звука - это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких.
Единица громкости звука называется сон.
В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем громкости звука, измеряемым в фонах, а в некоторых случаях - в белах (или в децибелах, составляющих десятую часть бела).
При листании газеты, например, создается звук громкостью порядка 20 дБ; громкость звонка будильника равна примерно 80 дБ, а звука, создаваемого реактивным двигателем самолета, - 130 дБ (звук такой громкости вызывает у человека болевое ощущение).
Систематическое воздействие на человека громких звуков, особенно шумов (неупорядоченной суммы звуков разной громкости, высоты тона, тембра), неблагоприятно отражается на его здоровье. В шумных районах у многих людей появляются симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышенное артериальное давление. Поэтому в больших городах приходится принимать специальные меры для уменьшения шумов, например запрещать звуковые сигналы автомобилей.
звук колебание высота тембр
4. Распространение звука
Мы воспринимаем звук с помощью уха. Между звучащим телом (источником звука) и ухом (приемником звука) находится вещество, передающее звуковые колебания от источника звука к приемнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух. В безвоздушном пространстве звук распространяться не может. Опыты подтверждают такое заключение. Рассмотрим один из них. Под колокол воздушного насоса помещают звонок и включают его. Затем начинают откачивать воздух насосом.
По мере разрежения воздуха звук становится слышен все слабее и слабее и, наконец, почти совсем исчезает. Когда же воздух снова начинают впускать под колокол, то звук звонка опять становится слышимым.
Итак, в разреженном воздухе звук распространяется плохо и совсем не распространяется в безвоздушном пространстве.
Звук распространяется не только в воздухе, но и в других телах. Это также можно обнаружить на опыте. Даже такой слабый звук, как тиканье карманных часов, лежащих на одном конце стола, можно отчетливо услышать, приложив ухо к другому концу стола.
Хорошо известно, что по земле и особенно по железнодорожным рельсам звук передается на большие расстояния. Прикладывая ухо к рельсу или к земле, можно услышать звук далеко идущего поезда или топот скачущей лошади.
Если мы, находясь под водой, ударим камень о камень, то ясно услышим звук удара. Следовательно, звук распространяется и в воде.
Рыбы слышат шаги и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам. Опыты показывают, что различные твердые тела проводят звук по-разному. Упругие тела - хорошие проводники звука. Большинство металлов, дерево, газы, а также жидкости являются упругими телами и поэтому хорошо проводят звук.
Мягкие и пористые тела - плохие проводники звука. Когда, например, часы лежат в кармане, они окружены мягкой тканью, и мы не слышим их тиканья. Чтобы защитить какое-нибудь помещение от посторонних звуков, стены, пол и потолок покрывают прослойками из материалов, плохо проводящих звук (войлок, ковры, прессованная пробка, опилки, пористые камни).
Звуковые колебания, дойдя до таких прослоек, затухают в них. Энергия колебательного движения в таких телах превращается во внутреннюю энергию - тела нагреваются.
Итак, звук распространяется во всех упругих телах - твердых, жидких и газообразных,
но не может распространяться в безвоздушном пространстве.
5. Звуковые волны. Скорость звука
Известно, что звук распространяется в пространстве только при наличии какой-либо упругой среды. Среда необходима для передачи колебаний от источника звука к приемнику, например к уху человека. Другими словами, колебания источника создают в окружающей его среде упругую волну звуковой частоты. Волна, достигая уха, воздействует на барабанную перепонку, заставляя ее колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука.
В газах и жидкостях могут существовать только упругие продольные волны. Звук в воздухе, например, передается продольными волнами, т.е. чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука.
Звуковая волна, как и любые другие механические волны, распространяется в пространстве не мгновенно, а с определенной скоростью. Простейшие наблюдения позволяют убедиться в этом. Например, во время грозы мы сперва видим молнию, и только некоторое время спустя слышим гром, хотя колебания воздуха, воспринимаемые нами как звук, возникают одновременно со вспышкой молнии. Дело в том, что скорость света очень велика (300000 км/с!), поэтому можно считать, что мы видим вспышку в момент ее возникновения. А звук грома, образовавшегося одновременно с молнией, требуется вполне ощутимое для нас время t, чтобы пройти расстояние от места его возникновения до наблюдателя, стоящего на земле. Если измерить промежуток времени t, прошедший от момента возникновения звука (когда мы видим вспышку) до того момента, когда он достигает наблюдателя, и расстояние 8 между источником звука и наблюдателем, то можно определить скорость звука V по формуле
Скорость звука в воздухе впервые довольно точно была определена в 1822 г. французскими учеными. В двух пунктах, расстояние между которыми было известно, стреляли из пушек. В обоих пунктах измеряли промежутки времени между появлением огня при выстреле и моментом, когда слышался звук выстрела. Скорость звука в воздухе при 20°С равна 340 м/с.
Список литературы
Подобные документы
Что такое звук. Распространение механических колебаний среды в пространстве. Высота и тембр звука. Сжатие и разрежение воздуха. Распространение звука, звуковые волны. Отражение звука, эхо. Восприимчивость человека к звукам. Влияние звуков на человека.
реферат [32,6 K], добавлен 13.05.2015
Природа звука и его источники. Основы генерации компьютерного звука. Устройства ввода-вывода звуковых сигналов. Интенсивность звука как энергетическая характеристика звуковых колебаний. Распределение скорости звука. Затухающие звуковые колебания.
контрольная работа [23,1 K], добавлен 25.09.2010
Звуковые волны и природа звука. Основные характеристики звуковых волн: скорость, распространение, интенсивность. Характеристика звука и звуковые ощущения. Ультразвук и его использование в технике и природе. Природа инфразвуковых колебаний, их применение.
реферат [28,2 K], добавлен 04.06.2010
Распространение звуковых волн в атмосфере. Зависимость скорости звука от температуры и влажности. Восприятие звуковых волн ухом человека, частота и сила звука. Влияние ветра на скорость звука. Особенность инфразвуков, ослабление звука в атмосфере.
лекция [1,3 M], добавлен 19.11.2010
Высота звука - спектральный состав распределения энергии по шкале частот. Субъективное качество слухового ощущения: громкость, тембр. Звук в музыке, вид и качество; чувство звука, "порог слышимости". Акустические иллюзии, резидуальные частотные сигналы.
презентация [360,7 K], добавлен 11.02.2012
Звук как источник информации. Причина и источники звука. Амплитуда колебаний в звуковой волне. Необходимые условия распространения звуковых волн. Длительность звучания камертона на резонаторе и без него. Использование в технике эхолокации и ультразвука.
презентация [3,7 M], добавлен 15.02.2011
Свойства звука и его характеристики. Шум. Музыка. Речь. Законы распространения звука. Инфразвук, ультразвук, гиперзвук. Звук - это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твёрдых телах - механические колебания, воспринимаемые органами слу
Звук, создаваемый одним источником, отличается от звука, создаваемого другим. Например, каждая из струн гитары издает звук, отличающийся от звука, который выдается другими струнами.
Две, казалось бы, совершенно одинаковые скрипки могут звучать по-разному. При этом звук скрипки нельзя спутать со звуком гобоя, звук барабана — со звуком тромбона. Те же звуки, созданные разными людьми, отличаются друг от друга.
Все это свидетельствует о необходимости ввести характеристики, с помощью которых можно было бы оценивать излучения и восприятия звука.
Ударим молоточком по ножке камертона с прикрепленным к ней острием и проведем ним по закопченному стеклу. Мы увидим знакомый волнообразный следует, изображенный на рисунке.
· громкость звука определяется амплитудой колебаний тела, звучит .
Конечно, чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем звук кажется более громким, но громкость для звуков различных частот будет разной. Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких (около 20 кГц) частот и значительно лучше — звуки средних частот (от 300 Гц до 3000 Гц). Это объясняется строением органов слуха человека.
Мы хорошо знаем, что звук бывает высокий и низкий. Как известно, бас поет низким голосом, а тенор — высоким. От какой же характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что
· высота звука определяется частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше.
Частота звуковых колебаний, создаваемых музыкальными инструментами, может изменяться от 20 до 4000 Гц.
Писк комара соответствует 500-600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля — 220 взмахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц, хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.
В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до 2000 Гц.
Звуки одинаковой высоты и громкости, создаваемые различными музыкальными инструментами, звучат по-разному, даже та же нота, взятая различными певцами, звучит по-разному.
Особое качество звука — его окрас, характерный для каждого голоса или музыкального инструмента, — называют тембром . Тембр связан со специфическими свойствами источника звука.
От чего же зависит тембр звука? Оказывается, что любой источник звука (при незначительных исключений, например, камертона) осуществляет сложные Несинусоидальные колебания. Их можно наблюдать с помощью осциллографа. Если подключить микрофон и спеть какую-нибудь мелодию, то на экране осциллографа появится не синусоида, а сложнее кривая.
Несинусоидальный колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами. Колебания с наименьшей частотой называется основным тоном , а колебания с более высокой частотой называется обертоном , или гармоникой .
· Тембр звука определяет его окраску. Он определяется наличием и интенсивностью обертонов — частот, кратных основной.
Звук, распространяясь в какой-либо среде, доходит до препятствия и почти полностью отражается. В этом можно убедиться на многих опытах.
В лесу, горах, иногда в помещениях нам приходилось слышать эхо.
Луна — результат отражение звука: звуковые волны отражаются от различных препятствий, даже от облаков. Иногда можно услышать даже многократную эхо — результат нескольких отражений.
Эти и другие опыты с механическими волнами позволяют сформулировать обобщения: механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред.
Отражение звука происходит по такому же закону, что и отражение света угол отражение равно кутупадиння .
Звук, воспринимается или слышится ухом человека, имеет частоты в диапазоне 20-20 000 Гц. Звуковые волны с более низкими частотами называют инфразвуком , а с выше — ультразвуком .
Инфразвук вызывают, например, землетрясения и вибрация тяжелых механизмов, автомобилей, тракторов и бытовых приборов. Например, сельскохозяйственные тракторы и грузовики имеют максимальные вибрации в диапазоне 1,5-3,5 Гц, гусеничные тракторы — около 5 Гц. Музыкальный орган так же может излучать инфразвук. Всевозможные взрывы и обвалы также могут излучать звуки инфракрасных частот.
Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Такие звуки не слышны, однако они оказывают негативное воздействие на организм человека: появляется повышенная нервозность, чувство страха, приступы тошноты. Иногда из носа и ушей идет кровь.
Чувствительны приемники ультразвука показали, что он входит в состав шума ветра и водопадов, в состав звуков, излучаемых некоторыми животными.
Ультразвуковые волны можно получить с помощью специальных высокочастотных излучателей. Узкий параллельный пучок ультразвуковых волн в процессе распространения очень мало расширяется. Благодаря этому ультразвуковую волну можно излучать в заданном направлении.
Ультразвук сегодня широко применяют в различных отраслях. Например, с его помощью измеряют глубину моря. С судна посылают ультразвуковой сигнал и определяют промежуток времени, прошедший до момента прихода сигнала, отраженного от дна. Зная скорость звука в воде, можно определить расстояние до дна. Прибор для измерения глубины дна называют эхолотом .
Ультразвук широко используют и в медицине — как для обследования больного, так и для его лечения. Лечение ультразвуком основано на том, что он вызывает внутренний разогрев тканей организма.
Окружающие нас предметы имеют разнообразные характеристики — цвет, размер, запах и т. д. Воспринимая их, человек познает окружающий мир. Роль звуков особенна — они вторгаются в жизнь человека ещё до рождения и сопровождают всю жизнь.
Как же рождается и распространяется звук, какими характеристиками он обладает?
Как рождаются звуки
В окружающей нас жизни мы часто встречаемся с механическими волнами. Это волны на поверхности воды от брошенного камня, это сейсмические волны в земной коре. Отчётливо видна волна, бегущая по резиновому шнуру, лежащему на столе при резком поднятии и опускании его свободного конца. Иными словами говоря, волна, это колебание, распространяющееся в любой упругой среде. Именно такую природу имеют и окружающие нас звуки — шелест листвы, раскаты грома, музыка, человеческая речь и т.д.
При всем разнообразии их звучания, способы их получения одинаковы. Это колебания самых разнообразных тел:
Итак, звук это механические волны, распространяющиеся в упругой среде. Звук, также как и цвет, сам по себе не существует. Вокруг нас безмолвно путешествуют сгущения и разряжения воздуха различных частот. Попадая в наш слуховой аппарат, они трансформируются в различные звуки. Однако природа оградила нас от лавины звуков, выделив из всего многообразия частот лишь небольшую их часть, доступную нашему слуху. Не всякое вибрирующее тело издает слышимый звук. Источниками звука могут являться физические тела, вибрирующие частотой от 16 до 20 000 Гц. Именно эти звуковые частоты доступны нашему восприятию.
Звуковые волны с частотой меньшей 16 Гц называются инфразвуками, а большей 20 кГц ультразвуками. И хотя инфразвуки располагаются за порогом слышимости, они оказывают сильное влияние на организм человека. Воздействуя на мозг, они представляют опасность для его физического и психического здоровья.
Так, разработанное учёными звуковое оружие не уничтожает противника, а вынуждает его покинуть поле боя. Мощные генераторы инфразвука, направляя свое излучение на агрессивную толпу людей, служат средством её сдерживания, заставляя бежать из опасной зоны.
Что касается ультразвука, его роль в жизни человека положительна. Особенно велико его значение в медицине. Он используется в диагностике, хирургии и как один из физиотерапевтических методов.
Основные характеристики звука
Как и всякое физическое явление, звук обладает рядом характеристик: громкостью, высотой, тембром и скоростью распространения.
Громкость звука тем больше, чем больше амплитуда колебаний тела. Чем сильнее мы оттянем струну на гитаре, тем громче будет издаваемый ею звук, а звуковая волна, будет интенсивнее воздействовать на барабанную перепонку.
Чувствительность нашего слуха зависит от частоты звукового колебания. Поэтому среди звуков одинаковых амплитуд, наиболее громким нам покажутся частоты от 1000 до 5000 Гц.
За единицу громкости принят бел – в честь изобретателя телефона Александра Белла. Однако практически используют децибелы. 1дБ = 0,1Б. Норма шума в помещении не должна превышать 30 дБ. Более громкие звуки отрицательно действуют на слух, и даже могут вызвать болевые ощущения. А громкость свыше 180 дБ способна вызвать разрыв барабанной перепонки. Эти нормы относятся как к музыкальным звукам, так и к беспорядочным шумам. В любом случае не следует злоупотреблять громкостью звуков, чтобы не нанести вред себе и окружающим.
Приподняв крышку рояля, мы увидим ряд натянутых струн разной длины. Они — то и создают звук при нажатии на клавиши. Самая короткая струна рождает самый высокий звук. Частота её колебаний наибольшая (более 4 000 Гц). Самая длинная струна одарит нас густым, низким звуком, частота её колебаний всего 27 Гц. Т.е. высота звука зависит от частоты колебаний источника звука.
Чем она больше, тем выше издаваемый звук. Высокий, надоедливый комариный писк не спутать с низким гудением майских жуков. И у комаров и у майских жуков звук рождается за счёт взмахов крыльев. Только комар делает в секунду 500–600 взмахов, а солидный майский жук всего 45 .
И вот, наконец, мы подобрались к понятию тембра звука. Тембр голоса – это его звучание, та окраска, которая придает ему индивидуальность.
Тембр проявляется во время разговора и пения. Он определяется основным тоном и обертонами, т. е. дополнительными звуками. То, как звучит голос, определяется не только строением голосового аппарата, но и физическим и эмоциональным состоянием человека.
Именно благодаря тембру мы различаем звучание различных инструментов, даже если они играют одну и ту же мелодию. Эта специфическая окраска музыкального звука зависит от материала, из которого изготовлен инструмент, от его размеров и от способа, которым извлекается звук. Именно поэтому нежный звук флейты мы не спутаем с трепетным звучанием скрипки или яркой мелодией поющей трубы.
Почему мы не узнаем свой голос в записи
Если у вас сотовый телефон с диктофоном, попробуйте записать несколько фраз, которые вы произносите обычным тоном. А теперь прослушайте… Вы, наверняка, будете удивлены услышанным голосом. Он словно принадлежит не вам.
Скорость звука
Скорость звука в воде равна 1440 м/с (при 8°с). В твёрдых же телах её значение превышает эту скорость.
А нам, живущим в XXI веке, звуковые волны по-прежнему служат средством познания, позволяют наслаждаться прекрасными поэтическими строчками, слушать чарующую музыку и просто общаться с друзьями.
Категория: Физика
Читайте также: