Сообщение на тему голос физика
Обновлено: 05.07.2024
Источником голоса человека являются голосовые связки: эластичные образования в горле, которые по-разному "дребезжат" под напором выдыхаемого воздуха. Согласные звуки образуются во рту движениями губ, зубов и языка. Звук крыльев комара попадает в слышимый диапазон человеческого слуха (20-20000Гц) , а из птиц так часто машут крыльями разве что колибри.
Человек слышит звуковые частоты на частоте 40- 17000 гц, комар пищит на частоте около 5000 гц, птицы могут петь в ультразвуковом диапазоне, как киты и дельфины. Около 20000-25000гц. Вот мы и не слышим.
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
Иному простодушному человеку кажется: ну что тут хитрого выдумывать электрические голоса: есть генераторы, есть реостаты, приспособления настройки — так группируй их по-разному, пробуй всевозможные варианты — и дело с концом. В действительности же, как видите, все обстоит куда запутаннее. Ведь, строго говоря, тембр — не только спектральный состав. Есть еще такие важные его элементы, как начало и конец звука. Лишите звучание рояля начального звонкого удара — и вы не узнаете его.
Можно, но не так-то просто. Сколько проблем! И совсем не мелких, как иногда кажется на первый взгляд. Не сразу Москва строилась. Не сразу рождается красота электрических голосов. Это — вполне закономерно. И едва ли стоит, подражая чересчур строгим и ревностным знатокам, предавать остракизму инструменты с теми или иными недостатками.
Автор: Г. Анфилов.
P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что именно благодаря достижениям физики мы имеем множество полезных музыкальных изобретений, например, тот же сабвуфер, позволяющий получать качественные низкочастотные звуки. Но чтобы получить отличный звук нужно знать, как правильно провести тест сабвуфера и определить самое лучшее акустическое устройство.
Звук, с точки зрения физики – это энергия. В зависимости от частоты звуковых колебаний, уровня громкости, ритма и гармонии, звук может воздействовать на человека положительно или отрицательно. Правильно подобранные звуковые колебания способны активизировать резервы человека. С помощью звука такие физиологические функции, как пульс, сердечный ритм, дыхание, пищеварение, могут быть скоординированы.
Как всем известно, звуки и звуки музыки в частности, являются продольными волнами. И как любые волны, изменяются в замкнутом (или открытом) пространстве на некоторую величину. Параллельно звуковые волны, в силу своих параметров, оказывают влияние на пространство. Даже незначительные изменения уровня мерности пространства (например, человек, вошедший в помещение, наполненное звучащей музыкой; или, напротив, в помещении с людьми включается музыка) вызывают перераспределение музыкальных волн, пронизывающих данный объём пространства.
В результате этого, будучи пронизываемо музыкальными звуковыми волнами, изменяется и пространство; в данном пространстве изменяется распределение первичных волн. Как следствие, изменяется и состояние человека, находящегося в зоне воздействия звуковых волн. Происходит вторичное насыщение человеческого организма волновыми материями.
Колокольный звон
Попутно можно отметить, что в настоящее время колокольный звон широко используется уже в положительных целях (что доказано исследованиями – звуковые волны, вызванные биением колокола, совпадают между собою и их резонанс благотворно действует на организм человека, но при этом уничтожает бактерии).
Колокольная звонница – это мини-оркестр, который по православной традиции условно делится на 3 группы колоколов: малые (зазвонные), средние (подзвонные) и большие (благовестники). Звон колоколов той или иной группы преимущественно создаёт соответствующие эмоциональные настроения; известно, что более низкие тона действуют успокаивающе, в то время как высокие – возбуждают. Эти знания отчасти и применяют церковные звонари в зависимости от характера праздника и богослужения.
Еще больше влиять на эмоциональное восприятие прихожан можно, используя ладовую основу и динамику звонов. Так, если вы имеете в звоннице мажорный лад, то при увеличении темпа звона он вызывает радостное настроение, а при снижении темпа – спокойствие; при минорном ладе ускорение звона вызывает беспокойство (или гнев), а при замедлении – печаль. Правда, такая закономерность в колокольном звоне не всегда однозначна.
Таким образом, звук – это волна, которая в зависимости от её параметров, воздействует на организм человека как положительно, так и отрицательно.
Попытаемся разобраться, что при этом происходит на клеточном уровне.
Звук, как доктор или палач
Звуковая волна, как и любая другая продольная волна, приходит единым фронтом, и её действие продолжается некоторый промежуток времени, в течение которого сохраняется изменённое состояние клеток. С рассеиванием звуковой волны клетки тела возвращаются к качественному состоянию, в котором они находились до прихода волны. При этом человек переживает соответствующие эмоции.
Таким образом, звуки музыки вызывают у слушателей вынужденные эмоции. Вопрос заключается в том, какие вынужденные эмоции создаёт та или иная музыка?
Распространение звуков в пространстве происходит очень быстро. Распространяющиеся сгустки воздуха (волны), чередуются друг с другом с различной частотой. Поэтому и звуки, которые мы слышим, имеют различную высоту.
Воздушные волны, которые имеют наименьшую частоту колебаний, воспринимаются как низкие, басовые (ударные) звуки. И наоборот, волны, чередующиеся с высокой частотой колебаний, воспринимаются слухом как высокие. Учитывая тот факт, что колебания звуковой волны (биения) обозначаются в Герцах (сокращенно Гц), следует обратиться к научной трактовке этой единицы измерения.
Что такое Герц (Hz)?
Герц – единица для обозначения частоты периодических процессов (в нашем случае – частота звуковых колебаний) в Международной системе единиц; международное обозначение: Hz.
Например, 10 Гц – десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду. Если частота воздушной волны в 200 Гц, это значит, колебания плотности воздуха – 200 раз в одну секунду. Таким образом, частота звука измеряется в герцах, то есть в количестве колебаний за одну секунду. Более интенсивные колебания (тысячи колебаний в секунду) измеряются в килогерцах.
Человеческое ухо воспринимает частоту колебания воздуха как высоту тона (звука): чем интенсивнее колебания воздуха, тем выше звук. Ухо человека способно воспринимать не все звуковые частоты. Доказано, что среднестатистический человек не может слышать звуки частотой ниже 20 Гц и выше 20 кГц. При старении человек всё хуже слышит высокие частоты. Музыканты воспринимают звук в чуть большем диапазоне: 16 герц – 22 килогерца. Частотный диапазон, улавливаемый человеческим ухом, условно делят на три части: нижний звуковой диапазон, средний и верхний.
Звуки, которые превышают значения в 20 кГц, называются ультразвуком (высокие частоты). Хотя ультразвук и не слышен ухом человека, он широко применяется в медицине и других сферах.
Воздействие частот на организм человека
В настоящее время, в результате скрупулезных опытов доказано, что каждый орган человеческого организма резонирует с определенной частотой колебаний. Приведем резонансы некоторых органов:
- 20-30 Гц (т.е. 20-30 колебаний в секунду) – резонанс головы
- 40-100 Гц – резонанс глаз
- 0.5-13 Гц – резонанс вестибулярного аппарата
- 4-6 Гц – резонанс сердца
- 2-3 Гц – резонанс желудка
- 2-4 Гц – резонанс кишечника
- 6-8 Гц – резонанс почек
- 2-5 Гц – резонанс рук
В исследованиях часто выделяется звуковые колебания с конкретными числовыми значениями частот, которые резонируют с определенным участком мозга.
Например, низкий Бета-ритм частотой 15 Гц представляет нормальное состояние бодрствующего сознания. Альфа-ритм частотой 10,5 Гц вызывает состояние глубокой релаксации. Все аспекты имеют прямое отношение к воздействию музыки на организм человека.
А если новая звуковая волна приходит до того момента, как клетка ещё не успела вернуться к исходному состоянию? В таком случае звуковая энергия новой волны не позволяет клетке вернуться к исходному состоянию и вынужденно удерживает клетку на этом качественном уровне. Другими словами, периодически повторяющиеся низкочастотные звуки не только провоцируют у человека определённую эмоциональную реакцию, но и в состоянии навязать ему это эмоциональное состояние. Эмоциональные состояния навязываются человеку против его воли, часто даже без понимания с его стороны того, что ему что-то навязывают.
Периодически повторяющиеся низкочастотные звуки в состоянии не только вынужденно удерживать клетку на определённом качественном уровне, но могут вызывать и частичное разрушение её качественных структур. Естественно, это приводит к дестабилизации клетки в целом и частичному разрушению тела клетки, в первую очередь, структур клетки, которые у молодёжи находятся в стадии развития и поэтому легко могут быть разрушены подобным процессом.
Звуковые волны с частотой 6-8 Герц (6-8 биений звуковой волны в секунду), вообще являются оружием. Фронт звуковой волны с данной частотой вызывает такое перераспределение первичных материй при своём прохождении, что вызывает необратимые процессы у высокоорганизованных клеток, которыми являются нейроны мозга. В результате этого возникает перегрузка мозга и нейроны разрушаются, что в итоге приводит к их смерти…
Как учёные объясняют влияние музыки на здоровье?
Интересно то, что музыку наш мозг воспринимает одновременно обоими полушариями: левое полушарие отвечает за ритм, а правое – тембр и мелодию. Самое сильное воздействие на организм человека оказывает ритм. Ритмы музыкальных произведений лежат в диапазоне от 2,2 до 4 колебаний в секунду, что очень близко к частоте дыхания и сердцебиения. Организм человека, слушающего музыку, как бы подстраивается под неё. В результате поднимается настроение, работоспособность, снижается болевая чувствительность, нормализуется сон, восстанавливается стабильная частота сердцебиения и дыхания.
Интересный случай
Музыкальные пристрастия
Для многих не секрет, что разным возрастным группам нравится разная музыка. Но мало кто задумывался над вопросом – почему? Дело в том, что одна и та же музыка по-разному влияет на людей, имеющих различный интеллектуальный и нравственный уровень. Музыка предлагает сущности человека определённое качественно состояние, которое может быть в гармонии с его собственным, или является полностью несовместимым.
В первом случае человек чувствует внутренний подъём, радость. При этом реакция происходит на подсознательном уровне и практически не контролируется сознанием человека. При дисгармонии между музыкой и качественной структурой сущности (состоянием человека), у человека может появиться раздражение или другие эмоциональные проявления, побуждающие человека прекратить слушать данную музыку. Подобное реагирование на музыку является защитной реакцией человека.
Давайте попытаемся понять, почему при слушании музыки может появиться защитная реакция? Как музыка воздействует на человека?
Классическая и эстрадная музыка
В классической музыке преобладают высокие частоты, которые наиболее полезны для здоровья и интеллекта, хотя и труднее воспринимаются неискушенным слушателем. Важная роль в классике принадлежит средним частотам (в фольклоре европейских народов средние частоты являются основополагающими).
Музыка времён Баха приводит к тому, что мозг начинает кроме синхронизации работы полушарий генерировать так называемые Тета-волны, что приводит к улучшению памяти, повышению концентрации, внимание гораздо дольше удерживается на предмете изучения. О том, что музыка периода классицизма оказывает положительное влияние на работоспособность мозга, уже известно.
Но в современной эстрадной музыке всё больше преобладают низкие частоты, которые ранее как в классике, так и в народной музыке применялись лишь эпизодически.
Музыка как физическое явление (частота волнового биения) вызывает сходное действие у любого человеческого организма и не только. Аналогичное воздействие испытывают любые живые организмы, как, например, животные и растения. Естественно, не являются исключением и люди.
Влияние звука на воду
В качестве примера были произведены элементарные с точки зрения физики опыты по воздействию звука на любые вещества, как органические, так и неорганические, например, воду.
Влияние звука на сахар
Первый опыт демонстрирует воздействие низких звуков (басов) на воду. В результате хаотичных биений звуковых волн, колебания которых не совпадают, образуя антирезонанс, на воде образуется беспорядочная рябь.
Второй опыт демонстрирует воздействие высоких звуков на сахар. Большая часть данного примера сопровождается звуком, который воспринимается слухом. Таким образом, – это ещё не ультразвук (который воспринимается человеком только на уровне подсознания), а используется обычный высокочастотный звук; лишь в конце эксперимента он переходит в сверхвысокое звучание. Соответственно – здесь изначальная частота звука не превышает 20000 Гц (= 20 кГц), примерный диапазон частот – от 100 Гц до 30 кГц.
С ультразвуком (при частоте колебания выше 20 кГц) происходило бы нечто подобное, с той лишь разницей, что длина волны была бы намного меньше, а узоры мельче (что-то похожее на рябь на воде).
Ультразвук с точки зрения физики – это колебание частиц упругой среды. Ученым хорошо известно, что ультразвук способен изменить мембрану клеток (вплоть до летального исхода), разрушить здание и т.п.; в области биофизики и медицины этой теме посвящено немало мыслей. Именно для подтверждения таких выводов представлен данный пример, процесс которого рассматривается ниже:
Таким образом, подобный эффект является результатом наложения друг на друга сжатых или разреженных воздушных участков. Как уже известно, в момент образования звучания распространяющиеся сгустки воздуха (волны) чередуются друг с другом с различной частотой.
Хорошо заметно следующая взаимосвязь: чем выше звук, тем мельче узоры рисунка. Меняется частота звука, меняется и форма фигур. В данном случае наглядность опыта зависела не только от источника звука (расположение источника относительно поверхности с сахаром), или от того, как сам ультразвук направлен на пластину, но и от поверхности на которой рассыпан сахар.
Здесь тип поверхности – тонкая пластина – позволяет ультразвуку максимально эффективно действовать на эту поверхность. В результате стол с пластиной интенсивно подвергается волновому колебанию, и, соответственно, подвергает аналогичным процессам частицы сахара. Думается, что если поставить колонку на пол и рядом рассыпать сахар – эффект будет не таким ярким.
Но в любом случае, – звук, как волновое колебание, однозначно и эффективно действует на любой живой организм, в т.ч. и на человеческий. В свете вышерассмотренного следует осторожнее относиться к выбору музыки для прослушивания. Очень важно всегда сознательно и целенаправленно определять параметры её звучания, такие как громкость, продолжительность, насыщенность низкими частотами и т.п.
Читайте также: