Физички количини. Теорија на звук и акустика на јасен јазик

Од раѓање до смрт сме во океан од звуци. Во градот постојано слушаме звуци на автомобили во движење, разговори на случајни минувачи и звуци во позадина. Електричните апарати работат дома, вклучуваме телевизор, радио и компјутери. Можеби нема да ги забележите овие звуци, да не обрнувате внимание на нив, но тие влијаат на нашиот светоглед и благосостојба. Кога сме, како што изгледа, во тишина, надвор од градот, во природа, звуците сè уште постојат околу нас. лисја, зуењето на инсектите, шумолењето на чекорите по тревата. Апсолутна тишина на Земјата во природни условине постои.

Од гледна точка на физиката, звукот се еластични бранови кои се шират во медиум и создаваат механички вибрации. Што ја одредува висината на звукот и нашите други сензации?

Од физиолошка гледна точка, звукот е поврзан со слухот. И тоа е директно поврзано со нашите сетила.

Медиум за ширење на звучните бранови може да биде воздухот, водата, металот и други материи.

Бидејќи звукот е она што е, тој се опишува со истите параметри како и секој бран. Тоа се фреквенција, бранова должина, амплитуда, бран вектор (насока), брзина.

Едно лице слуша звуци во опсег од 15 Hz до 20.000 Hz. Опсегот под нивото на звучност се нарекува инфразвук, над нивото и до 1 GHz се нарекува ултразвук. Над 1 GHz е хиперзвук.

Теренот

Висината на звукот е субјективно чувстволице. По уво ги рангираме сите звуци на скала од ниско до високо. Од што зависи висината на звукот? Главно на фреквенцијата на звучниот бран. Но, на перцепцијата на висината влијае и нејзиниот интензитет. При висок интензитет, звуците се појавуваат пониски.

Единицата за мерење на висината е креда. Кредите се распоредени по должината на скалата во интервали кои увото ги смета за еднакви.

Научниците открија дека ако кратките импулси се свират во интервали од 5 милисекунди, тогаш тие постојано ќе се перципираат со уво.

Како и секоја информација од нашите сетила, звучните информации се обработуваат од мозокот. Ајде да размислиме од што зависи фреквенцијата на звукот. Познат е таканаречениот Шепардов ефект. Вага која создава илузија за постојано растење или опаѓање на теренот, иако во реалноста ништо не се менува. Ова се постигнува со наметнување на звучни бранови во октави (повеќекратни фреквенции). Овој ефект беше интуитивно користен од Бах, Равел и Шопен.

Звучни тонови

Комплексен тон е звукот на неколку фреквенции одеднаш. Едноставен тон може да се произведе со помош на генератор на звучен сигнал или камертон. Комплексниот тон го создаваат музичките инструменти и човечкиот глас. Спектарот на сложениот тон се состои од основна фреквенција и многу дополнителни хармоници, наречени призвук. Што ја одредува висината на звукот и самиот звук? Тоа зависи од основната фреквенција на тонот. Но, интензитетот влијае и на перцепцијата на висината. Колку е поголем интензитетот, толку е помал звукот.

Јачина на звукот

Јачината на звукот го карактеризира нивото на сензација на звукот. Што ја одредува јачината и висината на звукот? Перцепцијата на јачината на звукот е субјективна сензација и зависи и од интензитетот на звукот и од возраста, полот, етничката припадност и условите за слушање. Чувството на гласност е опишано со психофизичкиот закон Вебер-Фехнер. Според овој закон, доколку интензитетот на звукот се зголеми за геометриска прогресија, тогаш чувството на гласност е аритметичко. (Логаритамска зависност). Од што зависи волуменот и многу причини. Висината на звукот се појавува помала кога јачината на звукот се зголемува. За некој човек, ниските и високите фреквенции секогаш изгледаат потивки од средните фреквенции.

Звучен тембр

Темброт се одредува со призвук (хармоника на основната фреквенција) што му дава боја на спектарот. Тие додаваат емоционална боја на секој звук. Што ја одредува висината и темброт на звукот? Тие зависат од дизајнот и материјалите Музички Инструменти, од карактеристиките на човечкиот глас. Многубројните призвуки кои се појавуваат му даваат уникатност на звукот.

Секоја од познатите виолини Страдивариус имаше уникатна тембр. Ова беше одредено според обликот на резонаторот, видот на дрвото, па дури и лакот на облогата.

Некои веруваат дека посебната перцепција на звукот на човекот придонела за неговиот опстанок во античко време. За да се анализира надворешниот шум, неопходно беше да се разбере од што зависи висината на звукот, да се изолираат од масата на бучава, звучните фреквенции звуците на притаен предатор или да се слушне навреме пристапот на некоја природна катастрофа.

Сега е можно да се синтетизираат сите звуци и да се обработат постоечките аудио снимки за да се постигне саканиот ефект. Но, дури и во раните денови на снимањето на звукот, беа направени комбинации на звук. Пример за таков ефект е познатиот крик на Тарзан, создаден вештачки во 1932 година.

Архитектонска акустика

Од што зависи висината на звукот? Се разбира, тоа зависи од просторијата во која се јавува.

Тие знаеле за ова во античко време и граделе храмови земајќи ги предвид акустичните елементи, теоретска основаза што потоа беше развиен. Ова ја вклучува акустичната форма на куполи и акустични школки.

18 февруари 2016 година

Светот на домашната забава е доста разновиден и може да вклучува: гледање филмови на добар систем за домашно кино; фасцинантен и возбудлив процес на играили слушање музика. Како по правило, секој наоѓа нешто свое во оваа област или комбинира сè одеднаш. Но, без оглед на целите на една личност за организирање на своето слободно време и во која крајност и да одат, сите овие врски се цврсто поврзани со еден едноставен и разбирлив збор - „звук“. Навистина, во сите овие случаи ќе бидеме водени за рака звучна придружба. Но, ова прашање не е толку едноставно и тривијално, особено во случаи кога постои желба да се постигне висококвалитетен звук во просторија или во какви било други услови. За да го направите ова, не е секогаш неопходно да се купуваат скапи hi-fi или hi-end компоненти (иако тоа ќе биде многу корисно), но доволно е добро познавање на физичката теорија, што може да ги елиминира повеќето проблеми што се јавуваат за секого. кој тргнува да добие висококвалитетно гласовно глумење.

Следно, теоријата на звук и акустика ќе се разгледува од гледна точка на физиката. Во овој случај, ќе се обидам да го направам ова што е можно подостапно за разбирање на секоја личност која, можеби, е далеку од познавањето на физичките закони или формули, но сепак страсно сонува да го оствари сонот за создавање совршен акустичен систем. Не претпоставувам да кажам дека за да постигнете добри резултати во оваа област дома (или во автомобил, на пример), треба темелно да ги знаете овие теории, но разбирањето на основите ќе ви овозможи да избегнете многу глупави и апсурдни грешки. , а исто така ќе ви овозможи да постигнете максимален ефектзвук од систем од кое било ниво.

Општа теорија на звук и музичка терминологија

Што е тоа звук? Ова е сензација што ја перцепира слушниот орган "уво"(самиот феномен постои без учество на „увото“ во процесот, но тоа е полесно да се разбере), што се случува кога тапанчето е возбудено од звучен бран. Увото во овој случај делува како „приемник“ на звучни бранови со различни фреквенции.
Звучен бранво суштина е секвенцијална серија на набивање и реткост на медиумот (најчесто воздушниот медиум во нормални услови) на различни фреквенции. Природата на звучните бранови е осцилаторна, предизвикана и произведена од вибрациите на кое било тело. Појавата и ширењето на класичен звучен бран е можно во три еластични медиуми: гасовити, течни и цврсти. Кога ќе се појави звучен бран во еден од овие типови простор, неизбежно се случуваат некои промени во самиот медиум, на пример, промена на густината или притисокот на воздухот, движење на честичките од воздушната маса итн.

Бидејќи звучниот бран има осцилаторна природа, тој има таква карактеристика како фреквенција. Фреквенцијамерено во херци (во чест на германскиот физичар Хајнрих Рудолф Херц), и го означува бројот на осцилации во временски период еднаков на една секунда. Оние. на пример, фреквенцијата од 20 Hz означува циклус од 20 осцилации во една секунда. Субјективниот концепт на неговата висина зависи и од фреквенцијата на звукот. Колку повеќе звучни вибрации се случуваат во секунда, толку звукот се појавува „повисок“. Звучниот бран има и друга важна карактеристика, која има име - бранова должина. Бранова должинаВообичаено е да се земе предвид растојанието што го поминува звукот со одредена фреквенција во период еднаков на една секунда. На пример, брановата должина на најнискиот звук во човечкиот звучен опсег на 20 Hz е 16,5 метри, а брановата должина на највисокиот звук на 20.000 Hz е 1,7 сантиметри.

Човечкото уво е дизајнирано на таков начин што може да воочи бранови само во ограничен опсег, приближно 20 Hz - 20.000 Hz (во зависност од карактеристиките конкретна личност, некои се способни да слушнат малку повеќе, некои помалку). Така, тоа не значи дека звуците под или над овие фреквенции не постојат, тие едноставно не се перцепирани од човечкото уво, надминувајќи го звучниот опсег. Звукот над звучниот опсег се нарекува ултразвук, се нарекува звук под звучниот опсег инфразвук. Некои животни се способни да перцепираат ултра и инфра звуци, некои дури го користат овој опсег за ориентација во вселената ( лилјаците, делфини). Ако звукот поминува низ медиум кој не е во директен контакт со човечкиот слушен орган, тогаш таквиот звук може да не се слушне или последователно да биде значително ослабен.

Во музичката терминологија на звукот, постојат такви важни ознаки како октава, тон и призвук на звукот. Октавазначи интервал во кој односот на фреквенцијата помеѓу звуците е 1 спрема 2. Октавата обично многу се разликува по уво, додека звуците во овој интервал можат да бидат многу слични еден на друг. Октава може да се нарече и звук кој вибрира двојно повеќе од друг звук во истиот временски период. На пример, фреквенцијата од 800 Hz не е ништо повеќе од повисока октава од 400 Hz, а фреквенцијата од 400 Hz за возврат е следната октава на звук со фреквенција од 200 Hz. Октавата, пак, се состои од тонови и призвук. Променливите вибрации во хармоничен звучен бран со иста фреквенција се перцепирани од човечкото уво како музички тон. Вибрациите со висока фреквенција може да се толкуваат како звуци со висок тон, додека вибрациите со ниска фреквенција може да се толкуваат како звуци со низок тон. Човечкото уво е способно јасно да разликува звуци со разлика од еден тон (во опсег до 4000 Hz). И покрај тоа, музиката користи исклучително мал број тонови. Ова се објаснува од размислувањата за принципот на хармонична согласка; сè се заснова на принципот на октави.

Ајде да ја разгледаме теоријата на музичките тонови користејќи го примерот на низа испружена на одреден начин. Таквата низа, во зависност од силата на затегнување, ќе биде „наместена“ на една специфична фреквенција. Кога оваа низа е изложена на нешто со една специфична сила, што предизвикува да вибрира, постојано ќе се набљудува еден специфичен тон на звук и ќе ја слушнеме саканата фреквенција на подесување. Овој звук се нарекува основен тон. Фреквенцијата на нотата „А“ од првата октава е официјално прифатена како основен тон во музичкото поле, еднаква на 440 Hz. Сепак, повеќето музички инструменти никогаш не репродуцираат само чисти основни тонови; тие се неизбежно придружени со призвук т.н. призвук. Тука е соодветно да се запамети важна дефиницијамузичка акустика, концепт на звучна тембр. Тембр- ова е карактеристика на музичките звуци што им дава на музичките инструменти и гласови нивната единствена, препознатлива специфичност на звукот, дури и кога се споредуваат звуци со иста јачина и јачина. Темброт на секој музички инструмент зависи од распределбата на звучната енергија меѓу призвуките во моментот кога се појавува звукот.

Овертонови формираат специфично обојување на основниот тон, со што можеме лесно да препознаеме и препознаеме одреден инструмент, како и јасно да го разликуваме неговиот звук од друг инструмент. Постојат два вида призвук: хармоничен и нехармоничен. Хармонични призвукпо дефиниција се множители на основната фреквенција. Напротив, ако призвуките не се повеќекратни и забележливо отстапуваат од вредностите, тогаш тие се нарекуваат нехармоничен. Во музиката, работењето со повеќе призвук е практично исклучено, па терминот се сведува на концептот „овертон“, што значи хармоничен. За некои инструменти, како што е пијаното, основниот тон нема ни време да се формира; за краток временски период, звучната енергија на призвукот се зголемува, а потоа исто толку брзо се намалува. Многу инструменти го создаваат она што се нарекува ефект на „преоден тон“, каде што енергијата на одредени призвуки е највисока во одреден момент во времето, обично на самиот почеток, но потоа нагло се менува и преминува на други призвук. Фреквентниот опсег на секој инструмент може да се разгледува одделно и обично е ограничен на основните фреквенции што тој конкретен инструмент е способен да ги произведе.

Во теоријата на звук постои и таков концепт како БУЧАВА. Бучава- ова е секој звук што се создава со комбинација на извори кои се неконзистентни еден со друг. На сите им е познат звукот на листовите од дрвјата кои се нишаат од ветрот итн.

Што ја одредува јачината на звукот?Очигледно е дека слична појавадиректно зависи од количината на енергија што ја пренесува звучниот бран. За да се утврдат квантитативните показатели за гласност, постои концепт - интензитет на звук. Интензитетот на звукотсе дефинира како проток на енергија што минува низ одредена област на просторот (на пример, cm2) по единица време (на пример, во секунда). При нормален разговор, интензитетот е приближно 9 или 10 W/cm2. Човечкото уво е способно да воочи звуци во прилично широк опсег на чувствителност, додека чувствителноста на фреквенциите е хетерогена во звучниот спектар. Значи најдобриот начинВоочениот опсег на фреквенција е 1000 Hz - 4000 Hz, што најшироко го покрива човечкиот говор.

Бидејќи звуците се многу различни по интензитет, попогодно е да се замисли како логаритамска големина и да се измери во децибели (по шкотскиот научник Александар Греам Бел). Долниот праг на чувствителност на слухот на човечкото уво е 0 dB, горниот е 120 dB, исто така наречен „праг на болка“. Горна границаЧувствителноста исто така не ја перцепира човечкото уво на ист начин, туку зависи од одредена фреквенција. Звуците со ниска фреквенција мора да имаат многу поголем интензитет од звуците со висока фреквенција за да го активираат прагот на болка. На пример, прагот на болка при ниска фреквенција од 31,5 Hz се јавува на ниво на јачина на звук од 135 dB, кога на фреквенција од 2000 Hz чувството на болка ќе се појави на 112 dB. Постои и концепт на звучен притисок, кој всушност го проширува вообичаеното објаснување за ширењето на звучниот бран во воздухот. Звучен притисок- ова е променлив вишок притисок што се јавува во еластична средина како резултат на минување на звучен бран низ него.

Бранова природа на звукот

За подобро да го разберете системот за генерирање звучни бранови, замислете класичен звучник сместен во цевка исполнета со воздух. Ако говорникот прави тикнапред, тогаш воздухот во непосредна близина на дифузорот моментално се компресира. Воздухот потоа ќе се прошири, а со тоа ќе го турка регионот на компримиран воздух по должината на цевката.
Ова движење на бранот последователно ќе стане звук кога ќе достигне слушен органи „возбуди“ тапанчето. Кога ќе се појави звучен бран во гас, се создава вишок притисок и прекумерна густина и честичките се движат со константна брзина. За звучни брановиВажно е да се запамети фактот дека супстанцијата не се движи заедно со звучниот бран, туку се јавува само привремено нарушување на воздушните маси.

Ако замислиме клип суспендиран во слободен простор на пружина и прави повторливи движења „напред и назад“, тогаш таквите осцилации ќе се наречат хармонични или синусоидални (ако го замислиме бранот како график, тогаш во овој случај ќе добиеме чиста синусоид со повторени опаѓања и издигнувања). Ако замислиме звучник во цевка (како во примерот опишан погоре), кој врши хармонични вибрации, тогаш во моментот кога звучникот се движи „напред“, се добива веќе познатиот ефект на компресија на воздухот, а кога звучникот се движи „наназад“ обратен ефектпразнење. Во овој случај, низ цевката ќе се пропагира бран на наизменична компресија и реткост. Ќе се повика растојанието долж цевката помеѓу соседните максимални или минимуми (фази). бранова должина. Ако честичките осцилираат паралелно со насоката на ширење на бранот, тогаш бранот се нарекува надолжен. Ако тие осцилираат нормално на правецот на ширење, тогаш се нарекува бранот попречно. Вообичаено, звучните бранови во гасовите и течностите се надолжни, но кај цврстите материи може да се појават бранови од двата типа. Попречните бранови кај цврстите тела се појавуваат поради отпорност на промена на обликот. Главната разлика помеѓу овие два вида бранови е тоа попречен бранима својство на поларизација (осцилациите се јавуваат во одредена рамнина), но надолжната не.

Брзина на звукот

Брзината на звукот директно зависи од карактеристиките на медиумот во кој се шири. Се одредува (зависен) со две својства на медиумот: еластичност и густина на материјалот. Брзината на звукот во цврсти материи директно зависи од видот на материјалот и неговите својства. Брзината во гасовити подлоги зависи само од еден тип на деформација на медиумот: компресија-рерафакција. Промената на притисокот во звучниот бран се јавува без размена на топлина со околните честички и се нарекува адијабатска.
Брзината на звукот во гасот главно зависи од температурата - се зголемува со зголемување на температурата и се намалува со намалување на температурата. Исто така, брзината на звукот во гасовита средина зависи од големината и масата на самите молекули на гасот - колку е помала масата и големината на честичките, толку е поголема „спроводливоста“ на бранот и, соодветно, поголема брзината.

Во течни и цврсти медиуми, принципот на ширење и брзината на звукот се слични на тоа како бранот се шири во воздухот: со компресија-празнење. Но, во овие средини, покрај истата зависност од температурата, тоа е доволно важноја има густината на медиумот и неговиот состав/структура. Колку е помала густината на супстанцијата, толку е поголема брзината на звукот и обратно. Зависноста од составот на околината е посложена и се одредува во секоја конкретен случајземајќи ја предвид локацијата и интеракцијата на молекулите/атомите.

Брзина на звук во воздух при t, °C 20: 343 m/s
Брзина на звук во дестилирана вода при t, °C 20: 1481 m/s
Брзина на звук во челик при t, °C 20: 5000 m/s

Стоечки бранови и пречки

Кога звучникот создава звучни бранови во затворен простор, неизбежно се појавува ефектот на брановите што се рефлектираат од границите. Како резултат на тоа, тоа најчесто се случува ефект на пречки- кога два или повеќе звучни бранови се преклопуваат еден со друг. Посебни случаиинтерферентни појави се формирање на: 1) тепачки бранови или 2) стоечки бранови. Отчукувања на бранови- ова е случај кога се случува додавање на бранови со слични фреквенции и амплитуди. Сликата на појавата на отчукувања: кога два бранови со слични фреквенции се преклопуваат еден со друг. Во одреден момент во времето, со такво преклопување, врвовите на амплитудата може да се совпаѓаат „во фаза“, а опаѓањата може да се совпаднат и во „антифаза“. Така се карактеризираат звучните отчукувања. Важно е да се запамети дека, за разлика од стоечките бранови, фазните совпаѓања на врвовите не се случуваат постојано, туку во одредени временски интервали. За увото, оваа шема на отчукувања се разликува сосема јасно и се слуша како периодично зголемување и намалување на волуменот, соодветно. Механизмот со кој се јавува овој ефект е исклучително едноставен: кога врвовите се совпаѓаат, волуменот се зголемува, а кога долините се совпаѓаат, волуменот се намалува.

Стоечки брановисе јавуваат во случај на суперпозиција на два бранови со иста амплитуда, фаза и фреквенција, кога кога таквите бранови се „сретнуваат“ едниот се движи по права линија, а другиот се движи во права линија. обратна насока. Во областа на просторот (каде што е формиран стоечкиот бран), се појавува слика на суперпозиција на две фреквентни амплитуди, со наизменични максимални (т.н. антиноди) и минимуми (т.н. јазли). Кога ќе се појави овој феномен, фреквенцијата, фазата и коефициентот на слабеење на бранот на местото на рефлексија се исклучително важни. За разлика од патувачките бранови, нема пренос на енергија во стоечкиот бран поради фактот што напредните и назадните бранови кои го формираат овој бран пренесуваат енергија во еднакви количини и во напред и во спротивна насока. За јасно да се разбере појавата на стоечки бран, да замислиме пример од домашната акустика. Да речеме дека имаме системи за звучници на подот во одреден ограничен простор (соба). Натерајќи ги да пуштат некоја песна со голема сумабас, ајде да се обидеме да ја смениме локацијата на слушателот во собата. Така, слушателот кој се најде во зоната на минимум (одземање) на стоечкиот бран ќе го почувствува ефектот дека има многу малку бас, а ако слушателот се најде во зона на максимум (собирање) на фреквенции, тогаш спротивното. се добива ефект на значително зголемување на бас регионот. Во овој случај, ефектот се забележува во сите октави на основната фреквенција. На пример, ако основната фреквенција е 440 Hz, тогаш феноменот на „собирање“ или „одземање“ ќе се забележи и на фреквенции од 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz итн.

Резонанца феномен

Повеќето цврсти материи имаат фреквенција на природна резонанца. Сосема е лесно да се разбере овој ефект користејќи го примерот на обична цевка, отворена само на едниот крај. Ајде да замислиме ситуација кога звучник е поврзан на другиот крај на цевката, кој може да репродуцира една константна фреквенција, која исто така може да се смени подоцна. Значи, цевката има своја фреквенција на резонанца, во едноставни термини - ова е фреквенцијата на која цевката „резонира“ или прави свој звук. Ако фреквенцијата на звучникот (како резултат на прилагодување) се совпаѓа со фреквенцијата на резонантната цевка, тогаш ќе се појави ефектот на зголемување на јачината на звукот неколку пати. Ова се случува затоа што звучникот ги возбудува вибрациите на воздушниот столб во цевката со значителна амплитуда додека не се најде истата „резонантна фреквенција“ и не се појави ефектот на додавање. Резултирачкиот феномен може да се опише на следниов начин: цевката во овој пример му „помага“ на звучникот со резонирање на одредена фреквенција, нивните напори се собираат и „резултираат“ со звучен гласен ефект. Користејќи го примерот на музичките инструменти, овој феномен може лесно да се види, бидејќи дизајнот на повеќето инструменти содржи елементи наречени резонатори. Не е тешко да се погоди што служи за подобрување на одредена фреквенција или музички тон. На пример: тело на гитара со резонатор во форма на дупка што се спојува со јачината на звукот; Дизајнот на цевката за флејта (и сите цевки воопшто); Цилиндричниот облик на телото на барабанот, кој само по себе е резонатор на одредена фреквенција.

Фреквентен спектар на звук и фреквентен одговор

Бидејќи во пракса практично нема бранови со иста фреквенција, станува неопходно да се разложи целиот звучен спектар на звучниот опсег на призвук или хармоника. За овие цели, постојат графикони кои ја прикажуваат зависноста на релативната енергија на звучните вибрации од фреквенцијата. Овој график се нарекува графикон на спектарот на звучна фреквенција. Фреквентен спектар на звукПостојат два вида: дискретни и континуирани. Дискретниот спектар на заплет прикажува поединечни фреквенции одделени со празни места. Во континуиран спектар, сè е присутно одеднаш аудио фреквенции.
Во случај на музика или акустика, најчесто се користи вообичаениот график Карактеристики на амплитуда-фреквенција(скратено како „АФЦ“). Овој графикон ја покажува зависноста на амплитудата на звучните вибрации од фреквенцијата низ целиот фреквентен спектар (20 Hz - 20 kHz). Гледајќи во таков график лесно е да се разбере, на пример, силен или слаби страниспецифичен звучник или акустичен систем како целина, најсилните области на излезна енергија, падови и покачувања на фреквенцијата, слабеење, а исто така и следење на стрмнината на падот.

Пропагирање на звучни бранови, фаза и антифаза

Процесот на ширење на звучните бранови се случува во сите правци од изворот. Наједноставниот примерда се разбере оваа појава: камче фрлено во вода.
Од местото каде што паднал каменот, бранови почнуваат да се шират низ површината на водата во сите правци. Сепак, да замислиме ситуација со користење на звучник во одредена јачина, да речеме затворена кутија, која е поврзана со засилувач и пушта некаков музички сигнал. Лесно е да се забележи (особено ако примените моќен сигнал со ниска фреквенција, на пример бас-тапан) дека звучникот прави брзо движење „напред“, а потоа истото брзо движење „наназад“. Она што останува да се разбере е дека кога звучникот се движи напред, емитува звучен бран што го слушаме подоцна. Но, што се случува кога звучникот се движи наназад? И парадоксално, истото се случува, звучникот го испушта истиот звук, само во нашиот пример тој се шири целосно во јачината на кутијата, без да ги надминува нејзините граници (кутијата е затворена). Општо земено, во горниот пример може да се набљудуваат доста интересни физички феномени, од кои најзначајниот е концептот на фаза.

Звучниот бран што звучникот, кој е во јачина, го емитува во насока на слушателот е „во фаза“. Обратен бран, кој влегува во волуменот на кутијата, ќе биде соодветно антифазен. Останува само да се разбере што значат овие концепти? Фаза на сигнал– ова е нивото на звучен притисок во тековниот момент во времето во одреден момент во просторот. Најлесен начин да се разбере фазата е со примерот на репродукција на музички материјал со конвенционален стерео пар системи за домашни звучници на подот. Да замислиме дека во одредена просторија се поставени два такви звучници на подот и играат. Во овој случај, двата акустични системи репродуцираат синхрон сигнал со променлив звучен притисок, а звучниот притисок на едниот звучник се додава на звучниот притисок на другиот звучник. Сличен ефект се јавува поради синхроничноста на репродукцијата на сигналот од левиот и десниот звучник, соодветно, со други зборови, врвовите и коритата на брановите емитирани од левиот и десниот звучник се совпаѓаат.

Сега да замислиме дека звучните притисоци сè уште се менуваат на ист начин (не претрпеле промени), но дури сега тие се спротивни еден на друг. Ова може да се случи ако поврзете еден од два систем на звучници во обратен поларитет ("+" кабел од засилувачот до терминалот "-" на системот за звучници и "-" кабел од засилувачот до терминалот "+" на систем на звучници). Во овој случај, спротивниот сигнал ќе предизвика разлика во притисокот, што може да се претстави во бројки на следниов начин: левиот звучник ќе создаде притисок од „1 Pa“, а десниот звучник ќе создаде притисок од „минус 1 Pa“. Како резултат на тоа, вкупната јачина на звукот на локацијата на слушателот ќе биде нула. Овој феномен се нарекува антифаза. Ако го погледнеме примерот подетално за разбирање, излегува дека два звучници кои играат „во фаза“ создаваат идентични области на набивање и реткост на воздухот, а со тоа всушност си помагаат еден на друг. Во случај на идеализирана антифаза, областа на компримиран воздушен простор создадена од еден звучник ќе биде придружена со површина на редок воздушен простор создадена од вториот звучник. Ова изгледа приближно како феноменот на меѓусебно синхроно откажување на брановите. Точно, во пракса јачината на звукот не паѓа на нула и ќе слушнеме многу искривен и ослабен звук.

Најпристапниот начин да се опише овој феномен е како што следува: два сигнали со исти осцилации (фреквенција), но поместени во времето. Со оглед на ова, попогодно е да се замислат овие феномени на поместување користејќи го примерот на обичен кружен часовник. Да замислиме дека на ѕидот висат неколку идентични кружни часовници. Кога вторите стрелки на овој часовник работат синхроно, на едниот часовник 30 секунди, а на другиот 30, тогаш ова е пример за сигнал кој е во фаза. Ако вторите стрелки се движат со поместување, но брзината е сè уште иста, на пример, на еден часовник е 30 секунди, а на друг е 24 секунди, тогаш ова е класичен пример за фазно поместување. На ист начин, фазата се мери во степени, во виртуелен круг. Во овој случај, кога сигналите се поместуваат релативно едни на други за 180 степени (половина период), се добива класична антифаза. Често во пракса се случуваат мали фазни поместувања, кои исто така може да се утврдат во степени и успешно да се елиминираат.

Брановите се рамни и сферични. Фронтот на рамни бранови се шири само во една насока и ретко се среќава во пракса. Сферичен брановиден фронт е едноставен тип на бран кој потекнува од една точка и патува во сите правци. Звучните бранови имаат својство дифракција, т.е. способност да одиме околу пречки и предмети. Степенот на свиткување зависи од односот на звучната бранова должина со големината на пречката или дупката. Дифракција се јавува и кога има некоја пречка на патот на звукот. Во овој случај, можни се две сценарија: 1) Ако големината на пречката е многу поголема од брановата должина, тогаш звукот се рефлектира или апсорбира (во зависност од степенот на апсорпција на материјалот, дебелината на пречката итн. ), а зад пречката се формира зона „акустична сенка“. 2) Ако големината на пречката е споредлива со брановата должина или дури и помала од неа, тогаш звукот до одреден степен дифрактира во сите правци. Ако звучен бран, кога се движи во еден медиум, го погоди интерфејсот со друг медиум (на пример воздушна срединасо цврст медиум), тогаш може да се случат три сценарија: 1) бранот ќе се рефлектира од интерфејсот 2) бранот може да премине во друг медиум без промена на насоката 3) бранот може да премине во друг медиум со промена на насоката на граница, ова се нарекува „прекршување на брановите““.

Односот на вишокот притисок на звучниот бран со осцилаторната волуметриска брзина се нарекува отпорност на бранови. Зборувајќи со едноставни зборови, бранова импеданса на медиумотможе да се нарече способност да се апсорбираат звучните бранови или да им се „спротивстави“. Коефициентите на рефлексија и пренос директно зависат од односот на брановите импеданси на двата медиума. Отпорот на бранови во гасовита средина е многу помал отколку во водата или цврстите материи. Затоа, ако звучен бран во воздухот удри во цврст предмет или на површината на длабока вода, звукот или се рефлектира од површината или се апсорбира во голема мера. Тоа зависи од дебелината на површината (вода или цврста) на која паѓа саканиот звучен бран. Со мала дебелина на цврст или течен медиум, звучните бранови речиси целосно „поминуваат“, и обратно, со голема дебелина на медиумот, брановите почесто се рефлектираат. Во случај на рефлексија на звучни бранови, овој процес се случува според добро познат физички закон: „Агол на инциденца еднаков на аголотрефлексија". Во овој случај, кога бран од медиум со помала густина ќе ја погоди границата со медиум со поголема густина, се јавува феноменот рефракција. Се состои во свиткување (прекршување) на звучен бран по „сретнување“ на пречка и нужно е придружено со промена на брзината. Прекршувањето зависи и од температурата на медиумот во кој се јавува рефлексијата.

Во процесот на ширење на звучните бранови во вселената, нивниот интензитет неизбежно се намалува, можеме да кажеме дека брановите слабеат и звукот слабее. Во пракса, средба сличен ефектприлично едноставно: на пример, ако двајца луѓе застанат на поле на некое блиско растојание (метар или поблиску) и почнат да си кажуваат нешто едни на други. Ако последователно го зголемите растојанието помеѓу луѓето (ако тие почнат да се оддалечуваат едни од други), истото ниво на гласност на разговорот ќе станува сè помалку звучно. Овој пример јасно го покажува феноменот на намалување на интензитетот на звучните бранови. Зошто се случува ова? Причината за ова различни процесипренос на топлина, молекуларна интеракција и внатрешно триење на звучните бранови. Најчесто во пракса, звучната енергија се претвора во топлинска енергија. Ваквите процеси неизбежно се јавуваат во која било од 3-те медиуми за ширење на звукот и може да се карактеризираат како апсорпција на звучни бранови.

Интензитетот и степенот на апсорпција на звучните бранови зависи од многу фактори, како што се притисокот и температурата на медиумот. Апсорпцијата зависи и од специфичната фреквенција на звукот. Кога звучниот бран се шири низ течности или гасови, се јавува ефект на триење помеѓу различни честички, што се нарекува вискозност. Како резултат на ова триење на молекуларно ниво, се јавува процес на претворање на бран од звук во топлина. Со други зборови, колку е поголема топлинската спроводливост на медиумот, толку е помал степенот на апсорпција на бранови. Апсорпцијата на звукот во гасовити медиуми зависи и од притисокот (атмосферскиот притисок се менува со зголемување на надморската височина во однос на нивото на морето). Што се однесува до зависноста на степенот на апсорпција од фреквенцијата на звукот, земајќи ги предвид горенаведените зависности на вискозност и топлинска спроводливост, колку е поголема фреквенцијата на звукот, толку е поголема апсорпцијата на звукот. На пример, кога нормална температураи притисок, во воздухот апсорпцијата на бран со фреквенција од 5000 Hz е 3 dB/km, а апсорпцијата на бран со фреквенција од 50.000 Hz ќе биде 300 dB/m.

Во цврсти медиуми, сите горенаведени зависности (топлинска спроводливост и вискозност) се зачувани, но на ова се додаваат уште неколку услови. Тие се поврзани со молекуларната структура на цврстите материјали, кои можат да бидат различни, со свои нехомогености. Во зависност од оваа внатрешна цврста молекуларна структура, апсорпцијата на звучните бранови во овој случај може да биде различна и зависи од видот на конкретниот материјал. Кога звукот поминува низ цврсто тело, бранот претрпува голем број трансформации и изобличувања, што најчесто доведува до дисперзија и апсорпција на звучната енергија. На молекуларно ниво, ефектот на дислокација може да се случи кога звучниот бран предизвикува поместување на атомските рамнини, кои потоа се враќаат во нивната првобитна положба. Или, движењето на дислокациите доведува до судир со дислокации нормално на нив или дефекти во кристалната структура, што предизвикува нивна инхибиција и, како последица на тоа, одредена апсорпција на звучниот бран. Сепак, звучниот бран може да резонира и со овие дефекти, што ќе доведе до нарушување на оригиналниот бран. Енергијата на звучниот бран во моментот на интеракција со елементите на молекуларната структура на материјалот се троши како резултат на процесите на внатрешно триење.

Во оваа статија ќе се обидам да ги анализирам карактеристиките на човековата аудитивна перцепција и некои од суптилностите и карактеристиките на ширењето на звукот.

Висината ја опишува висината на звуците што ги изговарате и е одредена од вибрациите на фреквенцијата на вашиот грклан. За висок глас, типична е висока фреквенција на вибрации, за низок глас, соодветно, ниска фреквенција на вибрации.

Важен услов за немонотичен глас е способноста да се покрие барем октава, т.е. четири ноти над средината и четири ноти долу. Ако имате амбиции да станете познат со изведување улоги во шекспирови претстави (а кој актер не?!), треба да научите да покривате најмалку две, а по можност три октави во вашиот опсег.

Волумен

Ако има микрофони, тогаш не треба да зборувате гласно, бидејќи индикаторот за јачина на звук може да се исклучи. Ако личноста со која разговарате е малку наглух, не заборавајте дека само гласноста не е доволна. За да ве слушне таква личност, потребна ви е и резонанца.

Аудибилност

Звучноста на вашиот говор зависи од просторијата во која зборувате и на кого сакате да го пренесете вашиот говор. Полно тело, луксузен глас совршено се слуша во сите агли на секоја соба. Нема потреба да се напрегате за да го направите вашиот глас да се пренесува низ собата. Основата на вашиот глас треба да биде вашата дијафрагма. Внесете повеќе воздух во белите дробови за да го контролирате гласот.

Звучноста на гласот не зависи од јачината на звукот. Апсолутно не е неопходно да се зборува гласно или со повишен глас. Звучноста на гласот е способност да се применат сите принципи на правилна гласовна контрола, така што вашиот природен глас се шири рамномерно и јасно се слуша.

Тембр

Тимбре ви овозможува да идентификувате различни гласови по уво. На пример, секогаш можете да разликувате глас позната пејачкаили актер, без напор да го разликувате гласот на детето од гласовите на возрасните.

Изразување

За да го направите вашиот говор експресивен, обидете се да го визуелизирате она што го комуницирате. Внесете жива нота во вашиот изговор, во звуците на вашиот глас; внесете чувство и боја во вашиот говор.

Во секојдневниот живот, вашиот говор е најживописен во неформалниот разговор. Земете ги вашите ораторски вештини на јавен настап. Ако имате проблем да го направите ова, обидете се да снимате некои од вашите разговори еден на еден со добар пријател. Обидете се да заборавите дека магнетофонот е вклучен. Потоа, кога сте сами, слушнете ја снимката и забележете ги оние делови од разговорот каде што особено ви се допадна експресивноста на вашиот говор, не заборавајќи и што не ви се допадна.

Вежбајте да рецитирате поезија и драмски драми и научете да го препознавате бараниот израз по уво.

Запомнете дека секој израз мора прво да биде спонтан. Избегнувајте театралност и извештаченост во вашите говори.

Тонот на гласот се карактеризира со неговиот тон, вибрации и модулација. Прекрасниот глас се издвојува поради малите промени во тонот. Интонацијата е „подигнувања“ и „падови“ на гласот. Монотонијата е заморна за увото, бидејќи постојаниот тон го применува истиот тон. Индивидуални луѓене ја препознаваат разликата во тонот на гласот. Меѓутоа, со менување на тонот, можете целосно да го промените значењето на зборовите.

>> Физика: Јачина и висина на звукот. Ехо

Аудитивните сензации што различните звуци ги предизвикуваат во нас во голема мера зависат од амплитудата на звучниот бран и неговата фреквенција. Амплитудата и фреквенцијата се физички карактеристики на звучниот бран. Ова физички карактеристикиодговараат на одредени физиолошки карактеристики поврзани со нашата перцепција на звукот. Таков физиолошки карактеристикисе волуменот и висината.

Волумензвукот се одредува според неговата амплитуда: колку е поголема амплитудата флуктуацииво звучен бран, толку е погласен звукот. Значи, кога вибрациите на звучната камертон изумираат, јачината на звукот се намалува заедно со амплитудата. И обратно, со посилно удирање на камертонот и со тоа зголемување на амплитудата на неговите вибрации, ќе предизвикаме погласен звук.

Јачината на звукот зависи и од тоа колку нашето уво е чувствително на тој звук. Човечкото уво е најчувствително на звучни бранови со фреквенција од 1-5 kHz.

Со мерење на енергијата пренесена од звучен бран за 1 s низ површина со површина од 1 m2, ќе најдеме количина т.н. интензитетот на звукот.

Се покажа дека интензитетот на најмногу гласни звуци(во која се јавува чувство на болка) го надминува интензитетот на најслабите звуци достапни за човечката перцепција. 10 трилиони пати! Во оваа смисла, човечкото уво се покажува како многу понапреден уред од кој било од вообичаените мерни инструменти. Невозможно е некој од нив да измери толку широк опсег на вредности (за уреди ретко надминува 100).

Единицата за гласност се нарекува поспан(од латинскиот „sonus“ - звук). Придушен разговор има волумен од 1 спиење. отчукувањето на часовникот се карактеризира со волумен од околу 0,1 dson. нормален разговор - 2 спие, звукот на машината за пишување - 4 спие, силен уличен шум - 8 спие. Во ковачница, волуменот достигнува 64 сони, а на растојание од 4 m од млазен мотор што работи - 256 sones. Звуците со уште поголем волумен почнуваат да предизвикуваат болка.
Јачината на човечкиот глас може да се зголеми со користење мегафон. Тоа е конусен рог поставен во близина на устата зборува човек(Сл. 54). Во овој случај, засилување на звукот се јавува поради концентрацијата на емитуваниот звук енергијаво правец на оската на рогот. Уште поголемо зголемување на јачината на звукот може да се постигне со помош на електричен мегафон, чиј сирен е поврзан со микрофон и специјален транзисторски засилувач.

Може да се користи и сирена за засилување на примениот звук. За да го направите ова, треба да се стави на вашето уво. Во старите денови (кога немаше посебни помагала за слушање) ова често го користеле луѓе со наглуви.

Рогови беа користени и во првите уреди дизајнирани за снимање и репродукција на звук.

МеханичкиСнимањето на звук е измислено во 1877 година од Т. Едисон (САД). Се викаше апаратот што тој го дизајнираше фонограф. Тој испратил еден од своите фонографи (сл. 55) на Л.Н. Толстој.

Главните делови на фонографот се валјак 1, покриен со лимена фолија и мембрана 2, поврзана со сафирно игла. Звучниот бран, дејствувајќи низ рогот на мембраната, предизвика иглата да вибрира и да притиска посилно и послабо во фолијата. Кога рачката се ротираше, ролерот (чија оска имаше конец) не само што се ротираше, туку и се движеше во хоризонтална насока. Во овој случај, на фолијата се појави спирален жлеб со променлива длабочина. За да се слушне снимениот звук, иглата беше поставена на почетокот на жлебот и ролерот повторно се ротираше.

Последователно, ротирачкиот валјак во фонографот беше заменет со рамна тркалезна плоча и жлебот на него почна да се нанесува во форма на спирала за преклопување. Вака се појавија грамофонските плочи.

Покрај гласноста, звукот се карактеризира и со висина. Висиназвукот се одредува според неговата фреквенција: колку е поголема фреквенцијата на вибрации во звучниот бран, толку е поголем звукот. Вибрациите со ниска фреквенција одговараат на ниски звуци, вибрациите со висока фреквенција одговараат на високи звуци.

Така, на пример, бумбарот ги мавта крилјата во лет со помала фреквенција од комарецот: за бумбар тоа е 220 отчукувања во секунда, а за комарец е 500-600. Затоа, летот на бумбарот е придружен низок звук(зуење), а летот на комарец е со висок тон (шкрипење).

Се нарекува и звучен бран со одредена фреквенција музички тон.Затоа, висината често се нарекува теренот.
Се формира главниот тон со „мешавина“ од неколку вибрации на други фреквенции музички звук. На пример, звуците на виолина и пијано може да вклучуваат до 15-20 различни вибрации. Составот на секој сложен звук го одредува неговиот тембр.

Фреквенција бесплатни вибрациинизата зависи од нејзината големина и напнатост. Затоа, затегнувајќи ги жиците на гитарата со помош на штипки и притискајќи ги на вратот на гитарата во различни места, ќе ја промениме нивната природна фреквенција, а со тоа и висината на звуците што ги прават.

Табела 5 ги прикажува фреквенциите на вибрации во звуците на различни музички инструменти.

Опсегот на фреквенции што одговараат на гласовите на пејачките и пејачките може да се најдат во Табела 6.


При нормален говор, кај машкиот глас се јавуваат вибрации со фреквенција од 100 до 7000 Hz, а кај женскиот глас од 200 до 9000 Hz. Вибрациите со највисока фреквенција се дел од звукот на согласката „s“.

Природата на перцепцијата на звукот во голема мера зависи од распоредот на просторијата во која се слуша говор или музика. Ова се објаснува со фактот дека во затворените простори слушателот, покрај директниот звук, восприема и континуирана серија на брзи последователни повторувања на истиот, предизвикани од повеќекратни рефлексии на звукот од предметите во просторијата, ѕидовите, таванот и подот.

Зголемувањето на времетраењето на звукот предизвикано од неговите рефлексии од различни пречки се нарекува одекнување. Одекот е висок во празни простории, каде што резултира со бум звук. И обратно, соби со меки ѕидни тапацири, драперии, завеси, тапациран мебел, теписите, а исто така и оние полни со луѓе добро го апсорбираат звукот и затоа одекот во нив е незначителен.

Одразот на звукот исто така го објаснува ехото. Ехо- тоа се звучни бранови што се рефлектираат од некоја пречка (згради, ридови, шуми и сл.) и се враќаат до нивниот извор. Ако до нас стигнат звучните бранови, последователно рефлектирани од неколку пречки и разделени со временски интервал t> 50 - 60 ms, тогаш настанува повеќекратно ехо. Некои од овие ехо станаа светски познати. На пример, карпите распослани во облик на круг кај Адерсбах во Чешка повторуваат 7 слогови три пати на одредено место, а во замокот Вудсток во Англија ехото јасно повторува 17 слогови!

Името „ехо“ се поврзува со името на планинската нимфа Ехо, која, според старогрчката митологија, невозвратено била вљубена во Нарцис. Од копнежот по својата сакана, Ехо се исуши и се скамени, така што од неа остана само глас способен да ги повтори завршетоците на зборовите кажани во нејзино присуство.

??? 1. Што одредува волумензвук? 2. Како се вика единицата за волумен? 3. Зошто, откако ќе се удри во камертон со чекан, нејзиниот звук постепено станува сè потивок и потивок? 4. Што ја одредува висината на звукот? 5. Од што „се состои“ музичкиот звук? 6. Што е ехо? 7. Кажете ни за принципот на работа на Едисоновиот фонограф.

С.В. Громов, Н.А. Родина, физика 8 одделение

Поднесено од читатели од интернет страници

Лекции по физика, програми по физика, апстракти по физика, тестови по физика, курс по физика, учебници по физика, физика на училиште, развој на часови по физика, календар тематско планирањево физиката