От чего зависит тембр звука в физике 9 класс кратко

Обновлено: 02.07.2024

Тембр, или окраска звуа, зависит от набора и относительной громкости
обертонов. Когда звучит струна (рояля, скрипки, гитары) , она колеблется
с целым набором частот. Например, "ля" 1-й октавы пианино имеет
основную частоту 440 герц, и ухо воспринимает звук от неё именно
такой высоты. Форма таких колебаний - кусок синусоиды, от одного
узла до другого (половина периода) . Но при этом есть еще колебания
с двойной частотой 880 Герц, тройной, и так далее. Они называются
обертонами, или высшими гармониками. Их размах гораздо меньше
основного тона, но всё же ухо их воспринимает. Чем больше их
громкость относительно основного тона, тем тембр звучания жёстче,
резче. Этот эффект заметен, например, на басовых струнах малогабаритных
пианино - они звучат как бы со звоном, не совсем даже понятно, какой
высоты тон. На больших концертных инструментах басовые струны
звучат "благородно", мягко.

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.

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.

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: