Для школьников.
Механические колебания тела и создаваемые ими волны частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом, называются звуковыми колебаниями и волнами.
Мы с удовольствием слушаем песню, игру пианиста или скрипача, духовой оркестр. Все эти звуки мы называем музыкальными звуками или музыкой. Другие звуки в виде визга, скрежета, грохота нам неприятны.
В науке музыкальным называется тот звук, в котором изменение акустического давления, воспринимаемого ухом, упорядочено и, кроме того, повторяется регулярно, через равные промежутки времени.
Звук перестаёт быть музыкальным, и его называют шумом, если звуковое давление изменяется в нём беспорядочно.
В каждом музыкальном звуке есть тон и тембр. Понятие звуковой тон ввёл в акустику Галилео Галилей.
Тон звука определяется частотой, с которой изменяется давление в звуковой волне. Низкая частота колебаний соответствует низкому тону, высокая частота колебаний соответствует высокому тону.
Если бы вибрирующие тела в каждый момент времени создавали только один тон, то мы не смогли бы отличить голос одного человека от голоса другого человека, а все музыкальные инструменты звучали бы для нас одинаково.
Всякое вибрирующее тело создаёт одновременно звуки нескольких тонов и при этом различной силы. Самый низкий из них называют основным тоном. Более высокие тона, сопровождающими основной, называют обертонами.
В совместном звучании основной тон и обертоны создают тембр звука.
Если этот процесс изображается синусоидой (является гармоническим), то тон называется простым или чистым. Источником простого (чистого) тона является, например, камертон.
Каждому музыкальному инструменту, каждому человеческому голосу присущ свой тембр, своя "окраска" звука.
Один тембр отличается от другого числом и силой обертонов. Чем больше обертонов в звучании основного тона, тем приятнее тембр звука.
Ухо человека способно анализировать звук (разбираться в совокупности тонов и обертонов), что позволяет ему отличить один тембр от другого.
Если высокие обертоны преобладают в человеческом голосе над низкими, то говорят, что в голосе слышится звучание металла. Когда же преобладают низкие обертоны, то голос называют мягким, бархатистым.
В музыкальных произведениях (симфониях, концертах) одновременно звучит не один тон, а несколько, и каждый из них сопровождается своими обертонами. Такое явление называется созвучием.
Самое простое созвучие - одновременное звучание двух тонов. У каждого из них своя частота колебаний. Отношение двух таких тонов называют интервалом. Если это отношение равно 1:1, то интервал будет унисоном, если отношение 1:2, то - октавой.
Теперь посмотрим на возможные звуковые колебания с точки зрения физики.
При изучении колебаний мы говорили, что самым простым видом колебаний являются гармонические колебания, графически изображаемые синусоидой. Такие колебания характеризуются частотой.
Так, источником гармонических звуковых колебаний является камертон. Чем короче ножка камертона, тем более высокий звук он излучает при колебании.
Музыкальные же инструменты издают сложные (негармонические) периодические звуковые колебания, имеющие период колебаний, но не имеющие определённой частоты.
На рисунке ниже показаны такие сложные периодические звуковые колебания, излучаемые разными инструментами (кларнетом, пианино и скрипкой).
Видим, что период этих сложных колебаний одинаков, а их вид (форма) разные. Вид колебаний зависит от материала и формы звучащего тела, от резонатора, которым служит корпус инструмента и др.
Согласно теореме Фурье сложное периодическое колебание представляет собой набор гармонических колебаний, что поясняется следующим рисунком.
Здесь сложное колебание г) разложено на гармонические колебания а), б) и в), каждое из которых характеризуется своей частотой.
Частота колебания а), называемого основным тоном, равна величине, обратной периоду 1/Т сложного колебания г).
Все другие гармонические колебания, имеющие свои более высокие частоты, называются обертонами.
Из рисунка видно, что частота обертона б) в три раза выше частоты основного тона. а частота обертона в) в пять раз выше частоты основного тона.
Чем сложнее звуковое колебание, тем из большего количества обертонов оно состоит. Одновременное звучание основного тона и обертонов определяет тембр (окраску) звука.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент.
Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Почему камертон излучает слабый звук и как усилить этот звук?
Следующая запись: Магнетизм вещества. Как наука объясняет это явление? Парамагнетики. Диамагнетики.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .