Nhận thức của chúng ta về cao độ của âm thanh và các đặc tính khác của nó được xác định bởi các đặc tính của sóng âm. Đây là những đặc điểm giống nhau vốn có trong bất kỳ sóng cơ học nào, đó là chu kỳ, tần số, biên độ của dao động. Cảm giác chủ quan của âm thanh không phụ thuộc vào độ dài và tốc độ của sóng. Trong bài viết chúng ta sẽ phân tích tính chất vật lý của âm thanh. Cao độ và âm sắc - chúng được xác định như thế nào? Tại sao chúng ta cảm nhận một số âm thanh lớn và một số âm thanh khác lại yên tĩnh? Câu trả lời cho những câu hỏi này và những câu hỏi khác sẽ được đưa ra trong bài viết.
Sân
Điều gì quyết định chiều cao? Để hiểu điều này, chúng ta hãy làm một thí nghiệm đơn giản. Hãy lấy một cây thước dài mềm dẻo, tốt nhất là bằng nhôm.
Hãy nhấn nó xuống bàn, đẩy mạnh cạnh. Hãy dùng ngón tay chạm vào mép tự do của thước - nó sẽ run lên, nhưng chuyển động của nó sẽ im lặng. Bây giờ chúng ta hãy di chuyển thước đến gần chúng ta hơn để phần nhỏ hơn của nó nhô ra ngoài mép của mặt bàn. Hãy đánh một lần nữacái thước kẻ. Cạnh của nó sẽ dao động nhanh hơn nhiều và với biên độ nhỏ hơn, và chúng ta sẽ nghe thấy một âm thanh đặc trưng. Ta kết luận rằng để âm xảy ra thì tần số dao động phải đạt ít nhất một giá trị nào đó. Giới hạn dưới của dải tần số âm thanh là 20 Hz và giới hạn trên là 20.000 Hz.
Hãy tiếp tục thử nghiệm. Hãy rút ngắn cạnh tự do của thước nhiều hơn nữa, đặt nó chuyển động trở lại. Có thể nhận thấy rằng âm thanh đã thay đổi, nó trở nên cao hơn. Thí nghiệm cho thấy điều gì? Ông chứng minh sự phụ thuộc của độ lớn của âm vào tần số và biên độ dao động của nguồn âm.
Âm lượng
Để nghiên cứu độ to, chúng ta sẽ sử dụng một âm thoa - một công cụ đặc biệt để nghiên cứu các thuộc tính của âm thanh. Có nĩa điều chỉnh với độ dài chân khác nhau. Chúng rung động khi bị đập bằng búa. Nĩa điều chỉnh lớn dao động chậm hơn và tạo ra âm thanh trầm. Những cái nhỏ rung thường xuyên và khác nhau về cao độ.
Hãy nhấn vào âm thoa và lắng nghe. Âm thanh yếu dần theo thời gian. Tại sao chuyện này đang xảy ra? Âm lượng giảm dần do biên độ dao động của chân thiết bị giảm. Chúng không dao động mạnh có nghĩa là biên độ dao động của các phân tử không khí cũng giảm đi. Càng xuống thấp, âm thanh sẽ càng êm. Tuyên bố này đúng với các âm thanh có cùng tần số. Hóa ra cả cao độ và âm lượng của âm thanh đều phụ thuộc vào biên độ của sóng.
Cảm nhận âm thanh của các âm lượng khác nhau
Từ phía trên, có vẻ như âm thanh càng lớn, chúng ta càng rõchúng ta nghe thấy, những thay đổi tinh vi hơn mà chúng ta có thể nhận thấy. Đây không phải là sự thật. Nếu cơ thể được tạo ra để dao động với biên độ rất lớn, nhưng tần số thấp, thì âm thanh như vậy sẽ rất khó phân biệt. Thực tế là trong toàn bộ phạm vi khả năng nghe (20-20 nghìn Hz), tai của chúng ta phân biệt tốt nhất các âm thanh xung quanh 1 kHz. Thính giác của con người nhạy cảm nhất với những tần số này. Những âm thanh như vậy đối với chúng tôi dường như là lớn nhất. Tín hiệu cảnh báo, còi báo động được điều chỉnh chính xác đến 1 kHz.
Mức âm lượng của các âm thanh khác nhau
Bảng hiển thị các âm thanh phổ biến và độ lớn của chúng bằng decibel.
| Loại tiếng ồn | Mức âm lượng, dB |
| Thở bình tĩnh | 0 |
| Thì thầm, xào xạc của tán lá | 10 |
| Nháy đồng hồ cách đó 1 m | 30 |
| Cuộc trò chuyện thường xuyên | 45 |
| Tiếng ồn trong cửa hàng, cuộc trò chuyện trong văn phòng | 55 |
| Âm thanh của đường phố | 60 |
| Nói lớn | 65 |
| Tiếng ồn của Cửa hàng In | 74 |
| Xe | 77 |
| Xe buýt | 80 |
| Máy công cụ kỹ thuật | 80 |
| Tiếng hét lớn | 85 |
| Xe máy có giảm thanh | 85 |
| Tiện | 90 |
| Nhà máy luyện kim | 99 |
| Dàn nhạc, toa tàu điện ngầm | 100 |
| Trạm máy nén | 100 |
| Cưa | 105 |
| Trực thăng | 110 |
| Sấm | 120 |
| Động cơ phản lực | 120 |
| Đinh tán, cắt thép (khối lượng này bằng ngưỡng chịu đau) | 130 |
| Máy bay khi ra mắt | 130 |
| Phóng tên lửa (gây sốc vỏ) | 145 |
| Âm thanh của một khẩu súng ngắn cỡ trung bình gần mõm (gây thương tích) | 150 |
| Máy bay siêu thanh (khối lượng này dẫn đến chấn thương và sốc) | 160 |
Âm sắc
Cao độ và độ to của âm thanh được xác định bởi tần số và biên độ của sóng. Âm sắc độc lập với những đặc điểm này. Hãy lấy hai nguồn âm thanh có cùng cao độ để hiểu tại sao chúng có âm sắc khác nhau.
Nhạc cụ đầu tiên sẽ là một âm thoa phát ra ở tần số 440 Hz (đây là nốt cho quãng tám đầu tiên), âm thứ hai - sáo, thứ ba - ghita. Với các nhạc cụ, chúng ta tái tạo cùng một nốt nhạc mà âm thoa phát ra. Cả ba đều có cao độ như nhau, nhưng nghe vẫn khác nhau, khác nhau về âm sắc. Lý do là gì? Đó là tất cả về sự dao động của sóng âm thanh. Chuyển động mà sóng âm của âm phức tạp tạo ra được gọi là dao động không điều hòa. Sóng ở các khu vực khác nhau dao động với cường độ và tần số khác nhau. Những âm bội bổ sung này khác nhau về âm lượng và cao độ được gọi là âm bội.
Đừng nhầm lẫn cao độ và âm sắc. Vật lý của âm thanh là như vậy nếu“Trộn” các âm bổ sung, cao hơn vào âm chính, chúng ta nhận được cái được gọi là âm sắc. Nó được xác định bởi âm lượng và số lượng âm bội. Tần số của âm bội là bội số của tần số của âm thấp nhất, tức là nó là một số nguyên lần lớn hơn - 2, 3, 4, v.v. Âm thấp nhất được gọi là âm chính, nó quyết định cao độ., và âm bội ảnh hưởng đến âm sắc.
Có những âm thanh hoàn toàn không chứa âm bội, chẳng hạn như âm thoa. Nếu bạn mô tả chuyển động của sóng âm thanh của nó trên đồ thị, bạn sẽ có một sóng hình sin. Những dao động như vậy được gọi là dao động điều hòa. Âm thoa chỉ phát ra âm cơ bản. Âm thanh này thường được gọi là buồn tẻ, không màu.
Khi âm thanh có nhiều âm bội tần số cao, âm thanh đó sẽ trở nên chói tai. Âm bội thấp cho âm thanh mềm mại, mượt mà. Mỗi nhạc cụ, giọng nói đều có bộ âm bội riêng. Đó là sự kết hợp giữa âm cơ bản và âm bội tạo ra âm thanh độc đáo, kết thúc âm thanh với một âm sắc nhất định.
