Pitanja.
1. Na osnovu slike 70, recite nam kako je proučavana zavisnost visine zvuka od frekvencije vibracije njegovog izvora. Šta je bio zaključak?
U eksperimentu na sl. 70 imamo ravnalo stegnuto u škripac i proizvodi zvuk kada vibrira. Pomerajući lenjir u škripcu tako da se njegov vibrirajući komad smanjuje, primećujemo da kada kraći deo lenjira vibrira, zvuk koji proizvodi postaje veći i frekvencija vibracije se povećava. Iz ovog eksperimenta možemo zaključiti da kako se frekvencija vibracije povećava, visina zvuka se povećava.
2. Koja je bila svrha eksperimenta prikazanog na slici 75? Opišite kako je ovaj eksperiment izveden i do kojeg zaključka je došlo.
U eksperimentu na sl. 75 kada kartonska ploča dođe u kontakt s rotirajućim zupčastim diskom, čuje se zvuk kao rezultat vibracija ploče. Kako se brzina rotacije zupčastog diska povećava, frekvencija oscilacija se povećava i shodno tome se povećava visina zvuka.
3. Kako možete eksperimentalno provjeriti da od dvije viljuške za podešavanje veći zvuk proizvodi onaj s višom prirodnom frekvencijom? (Frekvencije na viljuškama za podešavanje nisu naznačene.)
Kamton sa jačim zvukom na dimljenoj ploči ostaviće češći trag, tj. oscilira višom frekvencijom (vidi sliku 76)
4. Od čega zavisi visina zvuka?
Visina zvuka zavisi od frekvencije vibracije.
5. Šta je čisti ton?
Čisti ton je zvuk izvora koji izvodi harmonijske vibracije jedne frekvencije.
6. Koji su osnovni ton i prizvuci zvuka?
Osnovni ton je frekvencijska komponenta složenog zvuka s najnižom (malom) frekvencijom vibracije.
Overtonovi su skup frekvencijskih komponenti zvuka bez njegovog osnovnog tona. Frekvencije prizvuka su višestruki od osnovne frekvencije.
7. Šta određuje visinu zvuka?
Visina zvuka određena je visinom osnovnog tona.
8. Koji je tembar zvuka i kako se određuje?
Zvučni tembar - prizvuk boje zvuka; specifična karakteristika muzički zvuk. Timbar zvuka je određen ukupnom zbirkom njegovih tonova.
Vježbe.
1. Koji insekt češće maše krilima u letu - bumbar, komarac ili muva? Zašto tako misliš?
Što je frekvencija veća, to je jači zvuk. Zbog toga komarac češće maše krilima.
2. Zubi rotirajuće kružne pile stvaraju u zraku zvučni talas. Kako će se promijeniti visina zvuka koji proizvodi pila kada radi u praznom hodu ako počnete testeriti debelu dasku od gustog drveta? Zašto?
Visina zvuka će se smanjiti jer brzina rotacije kružne pile će se smanjiti.
3. Poznato je da što je žica gitare čvršća, to je jači zvuk. Kako se mijenja teren? žice za gitaru sa značajnim povećanjem temperature okoline? Objasnite svoj odgovor.
Kako temperatura raste, žica gitare se rasteže, stoga se period vibracije povećava, što znači da se frekvencija i visina zvuka smanjuju.
Zvučne talase, kao i druge talase, karakterišu takve objektivne veličine kao što su frekvencija, amplituda, faza oscilovanja, brzina širenja, intenzitet zvuka i druge. Ali, osim toga, opisuju ih tri subjektivne karakteristike. To su jačina zvuka, visina i tembar.
Osetljivost ljudskog uha varira za različite frekvencije. Da bi izazvao zvučni osjećaj, val mora imati određeni minimalni intenzitet, ali ako taj intenzitet prijeđe određenu granicu, tada se zvuk ne čuje i uzrokuje samo bolnu senzaciju. Dakle, za svaku frekvenciju oscilacije postoji minimum ( prag sluha) i najveći ( prag bola) intenzitet zvuka koji može izazvati zvučni osjećaj. Na slici 1 prikazana je zavisnost pragova sluha i bola od frekvencije zvuka. Područje koje se nalazi između ove dvije krive je opseg čujnosti. Najveća udaljenost između krivina javlja se na frekvencijama na koje je uho najosjetljivije (1000-5000 Hz).
Ako je intenzitet zvuka veličina koja objektivno karakteriše talasni proces, onda subjektivno svojstvo zvuk je glasnoća. Jačina zavisi od intenziteta zvuka, tj. određuje se kvadratom amplitude vibracija u zvučnom talasu i osetljivošću uha (fiziološke karakteristike). Pošto je intenzitet zvuka , što je veća amplituda vibracija, to je zvuk glasniji.
Pitch- kvaliteta zvuka, koju osoba određuje subjektivno na uho iu zavisnosti od frekvencije zvuka. Što je frekvencija veća, to je veća visina zvuka.
Zvučne vibracije koje se javljaju prema harmonijskom zakonu, sa određenom frekvencijom, osoba doživljava kao određenu muzički ton. Vibracije visoke frekvencije se percipiraju kao zvukovi visoki ton, zvuci niske frekvencije - poput zvukova nizak ton. Raspon zvučnih vibracija koji odgovara udvostručenju frekvencije vibracije naziva se oktava. Tako, na primjer, ton "A" prve oktave odgovara frekvenciji od 440 Hz, ton "A" druge oktave odgovara frekvenciji od 880 Hz.
Muzički zvuci odgovaraju zvucima koje proizvodi tijelo koje harmonično vibrira.
Glavni ton složeni muzički zvuk je ton koji odgovara najnižoj frekvenciji koja je prisutna u skupu frekvencija datog zvuka. Zovu se tonovi koji odgovaraju drugim frekvencijama u zvuku prizvuci. Ako su frekvencije prizvuka višekratne frekvencije osnovnog tona, tada se prizvuci nazivaju harmonijski, a osnovni ton sa frekvencijom se nazivaju prvi harmonik, prizvuk sa sljedećom frekvencijom - drugi harmonik itd.
Muzički zvuci sa istim osnovnim tonom razlikuju se po tembru, koji je određen prisustvom prizvuka - njihovim frekvencijama i amplitudama, prirodom povećanja amplituda na početku zvuka i njihovim opadanjem na kraju zvuka.
Na istoj visini, zvuci koje proizvode, na primjer, violina i klavir su različiti timbre.
Percepcija zvuka od strane slušnih organa zavisi od toga koje su frekvencije uključene u zvučni talas.
Buke- to su zvuci koji čine kontinuirani spektar koji se sastoji od skupa frekvencija, tj. Buka sadrži vibracije svih mogućih frekvencija.
Zvučne talase, kao i druge talase, karakterišu takve objektivne veličine kao što su frekvencija, amplituda, faza oscilovanja, brzina širenja, intenzitet zvuka i druge. Ali. osim toga, opisuju ih tri subjektivne karakteristike. To su jačina zvuka, visina i tembar.
Osetljivost ljudskog uha varira za različite frekvencije. Da bi izazvao zvučni osjećaj, val mora imati određeni minimalni intenzitet, ali ako taj intenzitet prijeđe određenu granicu, tada se zvuk ne čuje i uzrokuje samo bolnu senzaciju. Dakle, za svaku frekvenciju oscilacije postoji minimum (prag sluha) i najveći (prag bola) intenzitet zvuka koji može izazvati zvučni osjećaj. Slika 15.10 prikazuje zavisnost pragova sluha i bola od frekvencije zvuka. Područje koje se nalazi između ove dvije krive je domet sluha. Najveća udaljenost između krivina javlja se na frekvencijama na koje je uho najosjetljivije (1000-5000 Hz).
Ako je intenzitet zvuka veličina koja objektivno karakteriše talasni proces, onda je subjektivna karakteristika zvuka glasnoća, tj. određuje se kvadratom amplitude vibracija u zvučnom talasu i osetljivošću uha (fiziološke karakteristike). Pošto je intenzitet zvuka \(~I \sim A^2,\), što je veća amplituda vibracija, to je zvuk glasniji.
Pitch- kvaliteta zvuka, koju osoba određuje subjektivno na uho iu zavisnosti od frekvencije zvuka. Što je frekvencija veća, to je veća visina zvuka.
Zvučne vibracije koje se javljaju prema harmonijskom zakonu, sa određenom frekvencijom, osoba doživljava kao određenu muzički ton. Vibracije visoke frekvencije se percipiraju kao zvukovi visoki ton zvuci niske frekvencije - poput zvukova nizak ton. Raspon zvučnih vibracija koji odgovara udvostručenju frekvencije vibracije naziva se oktava. Tako, na primjer, ton "A" prve oktave odgovara frekvenciji od 440 Hz, ton "A" druge oktave odgovara frekvenciji od 880 Hz.
Muzički zvuci odgovaraju zvucima koje proizvodi tijelo koje harmonično vibrira.
Glavni ton složeni muzički zvuk je ton koji odgovara najnižoj frekvenciji koja je prisutna u skupu frekvencija datog zvuka. Zovu se tonovi koji odgovaraju drugim frekvencijama u zvuku prizvuci. Ako su frekvencije prizvuka višekratne frekvencije \(~\nu_0\) osnovnog tona, tada se prizvuci nazivaju harmonijski, a osnovni ton s frekvencijom \(~\nu_0\) se nazivaju prvi harmonik prizvuk sa sljedećom frekvencijom \(~2 \nu_0\) - drugi harmonik itd.
Muzički zvuci sa istim osnovnim tonom razlikuju se po tembru, koji je određen prisustvom prizvuka - njihovim frekvencijama i amplitudama, prirodom povećanja amplituda na početku zvuka i njihovim opadanjem na kraju zvuka.
Na istoj visini, zvuci koje proizvode, na primjer, violina i klavir su različiti timbre.
Percepcija zvuka od strane slušnih organa zavisi od toga koje su frekvencije uključene u zvučni talas.
Buke- to su zvuci koji čine kontinuirani spektar koji se sastoji od skupa frekvencija, tj. Buka sadrži vibracije svih mogućih frekvencija.
Književnost
Aksenovich L. A. Fizika u srednja škola: Theory. Zadaci. Testovi: Udžbenik. dodatak za ustanove koje pružaju opšte obrazovanje. okoliš, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 431-432.
Govoreći o strukturi slušnog aparata, postepeno prelazimo na princip da mozak analizira primljeni signal iz slušne pužnice. Šta je? I kako to mozak dešifruje? Kako određuje visinu zvuka? Danas ćemo govoriti o potonjem, jer automatski otkriva odgovore na prva dva pitanja.
Treba napomenuti da mozak detektuje samo periodične sinusoidne komponente zvuka. Ljudska percepcija visine zvuka takođe zavisi od jačine i trajanja. IN zadnji članak govorili smo o bazilarnoj membrani i njenoj strukturi. Kao što je poznato, ima heterogenost u strukturnoj krutosti. To mu omogućava da mehanički razbije zvuk na komponente koje imaju određenu lokaciju na njegovoj površini. Odakle ćelije kose kasnije šalju signal u mozak. Zbog ove strukturne karakteristike membrane, „zvučni“ talas koji putuje duž njene površine ima različite maksimume: niske frekvencije blizu vrha membrane, visoke frekvencije blizu ovalnog prozora. Mozak automatski pokušava odrediti visinu iz ove "topografske karte", pronalazeći lokaciju osnovne frekvencije na njoj. Ova metoda se može povezati sa višepojasnim filterom. Odavde potiče teorija kritičnog pojasa o kojoj smo ranije govorili: 
Ali ovo nije jedini pristup! Druga metoda je određivanje visine tona iz harmonika: ako nađete minimalnu frekvencijsku razliku između njih, ona je uvijek jednaka osnovnoj frekvenciji - [( n +1) f 0 - (nf 0)]= f 0, gdje je n – brojevi harmonika. Uz to se koristi i treća metoda: pronalaženje zajedničkog faktora dijeljenjem svih harmonika na uzastopne brojeve i, polazeći od njega, određuje se visina zvuka. Eksperimenti su u potpunosti potvrdili valjanost ovih metoda: slušni sistem, pronalazeći maksimume harmonika, izvodi računske operacije na njima, pa čak i ako izrežete osnovni ton ili rasporedite harmonike u neparan niz, u kojem metode 1 i 2 ne pomažu, tada osoba određuje visinu zvuka koristeći metodu 3.
Ali kako se ispostavilo, to nisu sve mogućnosti mozga! Izvedeni su lukavi eksperimenti koji su iznenadili naučnike. Poenta je da tri metode rade samo sa prvih 6-7 harmonika. Kada jedan harmonik zvučnog spektra padne u svaki „kritični pojas“, mozak ih mirno „identifikuje“. Ali ako su neki harmonici toliko blizu jedan drugom da nekoliko njih pada u jedno područje slušnog filtera, tada ih mozak prepoznaje lošije ili ih uopće ne identificira: to se odnosi na zvukove s harmonicima iznad sedmog. Tu na scenu stupa četvrta metoda – metoda „vremena“: mozak počinje analizirati vrijeme prijema signala iz Cortijevog organa s fazom oscilacije cijele bazilarne membrane. Ovaj efekat se naziva "zaključavanje faze". Poenta je da kada membrana vibrira, kada se kreće prema ćelijama dlake, one dolaze u kontakt s njom, formirajući nervni impuls. 
Prilikom vraćanja unatrag ne pojavljuje se električni potencijal. Pojavljuje se odnos - vrijeme između impulsa u bilo kojem pojedinačnom vlaknu bit će jednako cijelom broju 1, 2, 3 i tako dalje, pomnoženo s periodom u glavnom zvučnom valu f = nT . Kako ovo pomaže u radu u odjeljku zajedno sa kritičnim trakama? Vrlo jednostavno: znamo da kada su dva harmonika toliko blizu da padaju u istu „frekvencijsku oblast“, tada se između njih javlja efekat „prebijanja“ (koji muzičari čuju kada štimuju instrument) - to je jednostavno jedna vibracija sa prosjekom frekvencija jednaka frekvenciji razlike U tom slučaju će imati menstruaciju T =1/f 0. Dakle, svi periodi iznad šestog harmonika su isti ili imaju cijeli broj, odnosno vrijednost n/f 0. Zatim, mozak jednostavno izračunava frekvenciju osnovnog tona.
Vratimo se još jednom eksperimentu prikazanom na slici 74. Kao što je već spomenuto, slobodni dio ravnala stvara zvuk samo ako vibrira frekvencijom ne manjom od 16 Hz. Pomaknimo ravnalo dolje u škripcu (čime skraćujemo gornji dio) i unesemo ga u oscilatorno kretanje. Imajte na umu da se frekvencija osciliranja ravnala povećala, a zvuk koji proizvodi je postao viši. Nastavljajući povremeno skraćivati oscilirajući dio ravnala, pobrinut ćemo se da kako se frekvencija osciliranja povećava, zvuk se povećava.
Provjerimo ovaj zaključak pomoću drugog eksperimenta. Uzmimo nazubljeni disk (Sl. 79, a), upotrijebimo poseban uređaj za rotiranje i dodirnimo nazubljenu ivicu tankom kartonskom pločom (Sl. 79, b). Pod utjecajem zubaca rotirajućeg diska, ploča će početi vršiti prisilne vibracije, zbog čega ćemo čuti zvuk. Povećajmo brzinu rotacije diska i ploča će vibrirati češće, a zvuk koji proizvodi bit će jači.
Rice. 79. Proučavanje zavisnosti visine zvuka od frekvencije vibracije izvora
Na osnovu opisanog iskustva možemo zaključiti da visina zvuka zavisi od frekvencije vibracije: što je vibracija izvora zvuka, to je jači zvuk koji proizvodi.
Podsjetimo, grane kamerona vrše harmonijske (sinusoidne) oscilacije, koje su najviše jednostavan pogled oklevanje. Takve vibracije imaju samo jednu strogo definisanu frekvenciju. Zvuk tuning viljuške je čist ton.
- Čisti ton je zvuk izvora koji vibrira harmonike na istoj frekvenciji.
Zvukovi iz drugih izvora (na primjer, zvukovi iz raznih muzički instrumenti, glasovi ljudi, zvuk sirene i mnogi drugi) su skup harmonijskih vibracija različitih frekvencija, odnosno skup čistih tonova.
Najniža (tj. najmanja) frekvencija tako složenog zvuka naziva se osnovna frekvencija, a odgovarajući zvuk određenu visinu- osnovni ton (ponekad se naziva jednostavno ton). Visina složenog zvuka određena je upravo visinom njegovog osnovnog tona.
Svi ostali tonovi složenog zvuka nazivaju se prizvuci. Frekvencije svih prizvuka datog zvuka su cijeli broj puta veće od frekvencije njegovog osnovnog tona (zato se nazivaju i viši harmonijski tonovi).
Prizvuci određuju tembar zvuka, odnosno njegovu kvalitetu koja nam omogućava da razlikujemo zvukove nekih izvora od zvukova drugih. Na primjer, lako razlikujemo zvuk klavira od zvuka violine, čak i ako ti zvuci imaju istu visinu, odnosno istu osnovnu frekvenciju. Razlika između ovih zvukova je zbog različitog skupa prizvuka (skup prizvuka raznih izvora mogu se razlikovati po broju prizvuka, njihovim amplitudama, faznom pomaku između njih, frekvencijskom spektru).
Dakle, visina zvuka određena je frekvencijom njegovog osnovnog tona: što je viša frekvencija osnovnog tona, to je jači zvuk.
Timbar zvuka određen je ukupnošću njegovih prizvuka.
Da bismo saznali o čemu zavisi jačina zvuka, vratimo se eksperimentu prikazanom na slici 76. Mala loptica koja visi o niti približi se jednoj grani kamerona, a druga se lagano udari čekićem. Obje grane viljuške za podešavanje počinju da vibriraju. Čuje se tihi zvuk. Lopta se na kratkoj udaljenosti odbija od oscilirajuće grane. Zatim se kamerton priguši i ponovo udari, ali mnogo jače nego prvi put. Sada viljuška zvuči glasnije, a lopta se odbija na veću udaljenost, što ukazuje na veću amplitudu vibracija grana.
Ovaj i mnogi drugi eksperimenti nam omogućavaju da zaključimo da jačina zvuka zavisi od amplitude vibracija: što je veća amplituda vibracija, to je zvuk glasniji.
U razmatranom eksperimentu, frekvencije vibracija oba zvuka - tihog i glasnog - su iste, budući da im je izvor isti viljuška za podešavanje. Ali ako uporedimo zvukove različitih frekvencija, onda bismo pored amplitude vibracije morali uzeti u obzir još jedan faktor koji utiče na jačinu zvuka. Činjenica je da je osjetljivost ljudskog uha na zvukove različitih frekvencija različita. Sa istim amplitudama, zvukovi čije se frekvencije nalaze u rasponu od 1000 do 5000 Hz percipiraju se kao glasniji. Stoga, na primjer, visoka ženski glas sa frekvencijom od 1000 Hz će za naše uho biti glasnije od niskog muškog sa frekvencijom od 200 Hz, čak i ako su amplitude vibracija glasnih žica u oba slučaja iste. Jačina zvuka zavisi i od njegovog trajanja i od individualne karakteristike slušalac.
- Pri jednakim amplitudama, ženski glas, koji ima višu frekvenciju od muškog, percipira se kao glasniji
Jačina zvuka je subjektivni kvalitet slušnog osjeta koji omogućava da se svi zvukovi rangiraju na skali od tihog do glasnog.
Jedinica jačine zvuka naziva se spavanje. U praktičnim problemima, jačinu zvuka obično karakteriše nivo zvučnog pritiska, meren u belima (B) ili decibelima (dB), koji čini desetinu bela.
Na primjer, zvuk koji se generira prilikom prelistavanja novina odgovara nivou zvučnog pritiska od oko 20 dB, zvuk zvona budilice - oko 80 dB, zvuk motora aviona - oko 130 dB (tako glasan zvuk uzrokuje bol kod osobe).
Sistematsko izlaganje osobe glasnim zvukovima, posebno buci (skup zvukova različite jačine, visine, tona), negativno utječe na njegovo zdravlje.
U bučnim područjima, mnogi ljudi doživljavaju simptome bolesti buke: povećana nervna razdražljivost, umor, visok krvni pritisak. Zbog toga je u velikim gradovima potrebno poduzeti posebne mjere za smanjenje buke, na primjer zabranu automobilskih sirena.
Pitanja
- U koju svrhu su izvedeni eksperimenti prikazani na slikama 74 i 79? Kakav je zaključak izvučen iz rezultata ovih eksperimenata?
- Kako možete eksperimentalno provjeriti da od dvije viljuške za podešavanje jači zvuk proizvodi onaj s višom prirodnom frekvencijom? (Frekvencije na viljuškama za podešavanje nisu naznačene.)
- Od čega zavisi visina zvuka?
- Kako će se promijeniti jačina zvuka ako se smanji amplituda izvornih oscilacija?
- Koju frekvenciju zvuka - 500 Hz ili 3000 Hz - će ljudsko uho percipirati kao glasnije s obzirom na iste amplitude vibracija izvora ovih zvukova?
- Šta određuje jačinu zvuka?
- Kako sistematsko izlaganje glasnim zvucima utiče na zdravlje ljudi?
Vježba 29
- Koji insekt češće maše krilima u letu - bumbar, komarac ili muva? Zašto tako misliš?
- Zubi rotirajuće kružne pile stvaraju zvučni val u zraku. Kako će se promijeniti visina zvuka koji emituje pila kada radi u praznom hodu ako počne testeriti debelu dasku od gustog drveta? Zašto?
- Poznato je da što je žica gitare čvršća, to je jači zvuk. Kako će se promijeniti visina žica gitare ako se temperatura okoline značajno poveća? Objasnite svoj odgovor.