Удивительный мир звука
пряжения звуковых колебаний.
Наиболее наглядны волны на поверхности воды. Если бросить камень в
воду, вначале появится углубление, затем - возвышение воды, а потом
возникают волны, представляющие собой последовательно чередующиеся гребни и
впадины. Увеличиваясь по фронту, они распространяются по всем направлениям,
но отдельные частицы не передвигаются вместе с волнами, а колеблются только
в небольших пределах около некоторого неизменного положения. В этом можно
убедиться, например, наблюдая за щепкой, подпрыгивающую на волнах. Она
будет подниматься и опускаться, т.е. колебаться, пропуская под собой
бегущую волну.
Волны бывают продольные и поперечные; в первом случае колебания частиц
среды совершаются вдоль направления распространения волны, во втором -
поперек него.
Человеческое ухо способно воспринимать колебания с частотой примерно
от 200 до 20000 колебаний в секунду. Соответственно этому механические
колебания с указанными частотами называются звуковыми, или акустическими.
Вопросы, которыми занимается акустика, очень разнообразны. Некоторые из них
связаны со свойствами и особенностями органов слуха.
Общая акустика изучает вопросы возникновения, распространения и
поглощение звука.
Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний, а
за последние десятилетия охватила и колебания, лежащие за пределами
слышимости (ультраакустика). При этом она широко пользуется разнообразными
методами превращения механические колебания, электрические и обратно.
Применительно к звуковым колебаниям, число задач физической акустики входит
и изучение физических явлений, обусловливающих те или иные качества звука,
различимые на слух.
Электроакустика, или техническая акустика, занимается получением,
передачи, приемом и записью звуков при помощи электрических приборов.
Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях,
влияние на звук размеров и формы помещений, свойств материалов, покрывающих
стены и потолки и. т. д. При этом имеется в виду слуховое восприятие звука.
Музыкальная акустика исследует природу музыкальных звуков, а также
музыкальные настрой и системы. Мы различаем, например, музыкальные звуки
(пение, свист, звон, звучание струн) и шумы (треск, стук, скрип, шипение,
гром). Музыкальные звуки более простые, чем шумы. Комбинация музыкальных
звуков может вызвать ощущение шума, но никакая комбинация не даст
музыкального звука.
Гидроакустика (морская акустика) занимается изучением явлений,
происходящих в водной среде, связанных с излучением, приемом и
распространением акустических волн. Она включает вопросы разработки и
создания акустических приборов, предназначенных для использования в водной
среде.
Атмосферная акустика изучает звуковые процессы в атмосфере, в
частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего
распространения звука.
Физиологическая акустика исследует возможности органов слуха, их
устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и
восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи.
Создание систем; способных анализировать человеческую речь - важный этап на
пути проектирования машин, в особенности роботов- манипуляторов и
электронно- вычислительных машин, послушным устным распоряжениям оператора.
Аппарат для синтеза речи может дать большой экономический эффект. Если по
международным телефонным каналам, передавать не сами речевые сигналы, а
коды, полученные в результате их анализа, а на выходе линий синтезировать
речь, потому же каналу можно передавать несколько раз больше информации.
Правда, абонент не услышит настоящего голоса собеседника, но слова- то
будут те же, что были сказаны в микрофон. Конечно, это не совсем подходит
для семейных разговоров, но удобно для деловых бесед, а именно они- то и
перегружают каналы связи.
Биологическая акустика рассматривает вопросы звукового и
ультразвукового общения животных и изучает механизм локации, которым они
пользуются, исследует так же проблемы шумов, вибрации и борьбы сними за
оздоровление окружающей среды.
ЗВУК и СЛУХ.
Основные физические характеристики любого колебательного движения -
период и амплитуды колебания, а применительно к звуку- частота и
интенсивность колебаний.
Периодом колебания называется время, в течение которого совершается
полное колебание, когда, например, качающийся маятник из крайнего левого
положения. Частота колебаний - это число полных колебаний (периодов) за
одну секунду. Такую единицу называют герц (Гц). Частота- одна из основных
характеристик, по которой мы различаем звуки. Чем больше частота колебаний,
тем более высокий тон.
Человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам с частотой от 1000 до
3000 Гц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. С
возрастом слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность
находится в области 3000 Гц, от 40 до 60 лет- 2000 Гц, старше 60 лет- 1000
Гц.
В пределах до 500 Гц мы способны различить понижение или повышение
частоты даже 1 Гц. На более высоких частотах наш слуховой аппарат
становится менее восприимчивым к такому незначительному изменению частоты.
Так, после 2000 Гц мы можем отличить один звук от другого только, когда
разница в частоте будет не менее 5 Гц. При меньшей разнице звуки нам будут
казаться одинаковыми. Однако правил без исключения почти не бывает. Есть
люди, обладающие необычайно тонким слухом. Одаренный музыкант может уловить
изменение звука всего на какую-то долю колебаний.
С периодом и частотой связано понятие о длине волны, т.е. в расстоянии
между двумя гребнями (или впадинами). Наглядное представление об этом
понятии дают волны, распространяющиеся по поверхности воды.
Звуки могут отличаться один от другого и по тембру. Это значит, что
одинаковые звуки по высоте тона могут звучат по-разному, потому что
основной тон звука сопровождается, как правило, второстепенными тонами,
которые всегда выше по частоте. Они предают основному звуку дополнительную
окраску и называются обертонами. Иными словами, темброкачественная
характеристика звука. Чем больше обертонов налагается на основной тон, тем
«богаче» звук в музыкальном отношении. Если основной звук сопровождается
близкими к нему по высоте обертонами, то сам звук будет мягким,
«бархатным». Когда же обертоны значительно выше основного тона, появляется
«металличность» в голосе или звуке.
Органы слуха благодаря своему замечательному устройству легко отличают
одно колебание от другого, голос близкого или знакомого человека от голосов
других людей. Потому, как говорит человек, мы судим о его настроении,
состоянии, переживаниях. Радость, боль, гнев, испуг, страх перед опасностью-
все это можно услышать, даже не видя кому принадлежит голос.
Диаграмма восприятия звуков.
Амплитудой колебания называется наибольшее отклонение от положения
равновесия при гармонических колебаниях. На примере с маятником амплитуда -
максимальное отклонение его от положения равновесия в крайнее левое или
правое положение. Амплитуда колебания определяет интенсивность (силу)
звука. С интенсивностью звука связана громкость. Чем больше интенсивность
звука, тем он громче. Однако понятия о громкости и интенсивности не
равнозначны. Громкость звука- это мера силы слухового ощущения, вызываемого
звуком.
Звук одинаковой интенсивности может создавать у различных людей
неодинаковые по своей громкости слуховые восприятия. Так, например, звуки,
одинаковые по интенсивности, но различающиеся по высоте, воспринимаются
ухом с разной громкостью в зависимости от особенностей слухового аппарата.
Мы не воспринимаем как очень слабые, так и очень сильные звуки - каждый
человек обладает так называемым порогом слышимости, который определяется
наименьшей интенсивностью звука, необходимой для того, чтобы звук был
услышан.
Звуки, наиболее хорошо воспринимаемые по частоте, лучше различаются и
по громкости. При частоте 32 Гц по громкости различаются три звука, при
частоте 125 Гц- 94 звука, а при частоте 1000 Гц- 374. Увеличение это не
беспредельно. Начиная с частоты 8000 Гц число различимых звуков по
громкости уменьшается. Например, при частоте 16000 Гц человек может
различить только 16 звуков.
Звуки очень большой интенсивности человек перестает слышать и
воспринимает их как ощущение давления или боли. Такую силу звука называют
порогом болевого ощущения. Исследования показали, что интенсивность, при
которой звуки разной частоты вызывают болевое ощущение, различна.
Если силу звука увеличить в миллион раз, громкость возрастает только в
несколько сотен раз. Выяснилось, что ухо преобразует силу звука в
громкость, по сложному логарифмическому закону ограждая свои внутренние
части от чрезмерных воздействий. Имеется еще одна особенность человеческого
уха. Если к звуку определенной громкости добавить звук той же или близкой к
ней частоты, то общая громкость окажется меньше математической суммы тех же
громкостей. Одновременно звучащие звуки как бы компенсируют или маскируют
друг друга. А звуки, далеко отстоящие по частоте, не влияют друг на друга,
и их громкость оказывается максимальной. Эту закономерность композиторы
используют для достижения наибольшей мощности звучания оркестра.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА.
Как уже говорилось, звуковые волны могут распространяться в воздухе,
газах, жидкостях и твердых телах. В безвоздушном пространстве волны не
возникают. В этом легко убедиться на простом опыте. Если электрический
звонок поместить под воздухонепроницаемый колпак, из которого откачен
воздух, мы никакого звука не услышим. Но как только колпак наполнится
воздухом, возникает звук.
Скорость распространения колебательных движений от частицы к частице
зависит от среды.
| |  скачать работу |
Удивительный мир звука |
