Высота и тембр звука

Высота и тембр звука

• Если создать вакуум, то будем ли мы различать звуки? Роберт Бойль в 1660 году поместил часы в стеклянный сосуд. Откачав воздух, он не услышал звука. Опыт доказывает, что  для распространения звука необходима среда .

• Звук может также распространятся в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны удары камней. Положим часы на один конец деревянной доски.
• Приложив ухо к другому концу, можно ясно услышать тиканье часов.

• колебательные движения

• Однако опыт показывает, что не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звук грузик, подвешенный на нити. Дело в том, что человеческое ухо воспринимает не все волны, а только те, которые создают тела, колеблющиеся с  частотой  от 16Гц до 20000Гц. Такие волны называются  звуковыми . Колебания с частотой меньше 16Гц называется  инфразвуком . Колебания с частотой больше 20000Гц называются  ультразвуком

Скорость звука

• Звуковые волны распространяются не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью (аналогично  скорости равномерного движения )

• Именно поэтому во время грозы мы сначала видим молнию, то есть свет (скорость света гораздо больше скорости звука), а затем доносится звук.
• Скорость звука зависит от среды: в твердых телах и жидкостях скорость звука значительно больше, чем в воздухе. Это табличные измеренные  постоянные . С увеличением температуры среды скорость звука возрастает, с уменьшением - убывает.

Высота, тембр и громкость звука

• Звуки бывают разными. Для характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука.
• Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие.
• Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук. Человеческие голоса по высоте делят на несколько диапазонов.

Диапазоны частот мужских и женских голосов

• Звуки от разных источников представляет собой совокупность гармонических колебаний разных частот.
• Составляющая наибольшего периода (наименьшей частоты) называется основным тоном.
• Остальные составляющие звука - обертонами.
• Набор этих составляющих создает окраску, тембр звука.
• Совокупность обертонов в голосах разных людей хоть немного, но отличается, это и определяет тембр конкретного голоса.

Звуковые явления

• Эхо . Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград - гор, леса, стен, больших зданий и т.п.
• Эхо возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от первоначально произнесенного звука. Если отражающих поверхностей много и они находятся на разных расстояниях от человека, то отраженные звуковые волны дойдут до него в разные моменты времени. В этом случае эхо будет многократным. Препятствие должно находится на расстоянии 11м от человека, чтобы можно было услышать эхо.

Отражение звука.

• Звук отражается от гладких поверхностей. Поэтому при использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается, и он распространяется на большее расстояние.
• Некоторые животные (например, летучая мышь, дельфин) издают ультразвуковые колебания, затем воспринимают отраженную волну от препятствий. Так они определяют местоположение и расстояние до окружающих предметов.

Применение звуковых волн

• Эхолокация . Это способ определения местоположения тел по отраженным от них ультразвуковым сигналам. Широко применяется в мореплавании. На судах устанавливают  гидролокаторы  - приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. На дне судна помещают излучатель и приемник звука. Излучатель дает короткие сигналы.

Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта отразившего звук.

Применение ультразвука

• Ультразвук используется для обнаружения и определения различных повреждений в деталях машин (пустоты, трещины и др.). Прибор, используемый для этой цели называется  ультразвуковым дефектоскопом .
• На исследуемую деталь направляется поток коротких ультразвуковых сигналов, которые отражаются от находящихся внутри нее неоднородностей и, возвращаясь, попадают в приемник. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь без существенного отражения и не регистрируются приемником.

• Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. В отличие от рентгеновских лучей его волны не оказывают вредного влияния на ткани.  Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ)  позволяют без хирургического вмешательства распознать патологические изменения органов и тканей. Специальное устройство направляет ультразвуковые волны с частотой от 0,5 до 15МГц на определенную часть тела, они отражаются от исследуемого органа и компьютер выводит на экран его изображение.

Применение ультразвука

• Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и земной коре могут распространятся на очень далекие расстояния.
• Это явление находит практическое применение при  определении мест  сильных взрывов или положения стреляющего оружия.
• Распространение инфразвука на большие расстояния в море дает возможность  предсказания стихийного бедствия  - цунами.
• Медузы, ракообразные и др. способны воспринимать инфразвуки и задолго до наступления шторма чувствуют его приближение.