Сообщение о тембре звука
Обновлено: 20.05.2024
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.
Тембр – это одно из качеств звука, которое характеризует его колорит или окрас.
Тембр звука является сложной характеристикой, поскольку на его формирование влияет множество факторов, таких как: количество гармоник, уровень громкости каждой отдельной гармоники, переходные процессы и многое другое. Анализируя тембры различных инструментов можно уловить явные различия в колорите. Можно без особого труда отличить звуки рояля и гитары. Это происходит потому, что каждый инструмент имеет свой характерный тембр.
Тембр звука живых инструментов формируется за счёт колебания струны или столба воздуха, при этом источник звука (например, струна) колеблется не только целиком, но и по частям. В результате такого процесса формирования звука и образуются различные тембры (фортепиано, гитара, труба, балалайка и т.д.)
Различие тембров инструментов связано в первую очередь с количеством чётных и нечётных гармоник, которые и придают звуку специфический окрас.
Кроме того, на тембр звука влияет уровень громкости каждой отдельно взятой гармоники.
Важную роль в формировании тембра играют переходные процессы (атака, спад, удержание и восстановление).
Кроме вышеперечисленного на тембр звука могут влиять и другие факторы, например различные виды обработки (перегруз, хорус, реверберация и т.д.).
Для описания характера тембра обычно используют прилагательные: яркий, звонкий, глухой, тусклый, хрустальный, матовый, тёмный, насыщенный и другие.
Подбор тембров играет важную роль для грамотной аранжировки и дальнейшего сведения трека. Поэтому стоит уделять особое внимание синтезу.
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.
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.
Читайте также: