Ljudkällor. Ljudvibrationer
Människan lever i en värld av ljud. Ljud för människor är en källa till information. Han varnar människor för fara. Ljud i form av musik, fågelsång ger oss njutning. Vi tycker om att lyssna på en person med en trevlig röst. Ljud är viktigt inte bara för människor utan också för djur, för vilka bra ljuddetektering hjälper dem att överleva.
Ljud – Dessa är mekaniska elastiska vågor som utbreder sig i gaser, vätskor och fasta ämnen.
Anledning till ljudet - vibrationer (oscillationer) av kroppar, även om dessa vibrationer ofta är osynliga för våra ögon.
Ljudkällor
- fysiska kroppar, som fluktuerar, dvs. darra eller vibrera med en frekvens
från 16 till 20 000 gånger per sekund. Den vibrerande kroppen kan vara solid, till exempel en sträng
eller jordskorpan, gasformig, till exempel, en ström av luft i blåsmusikinstrument
eller vätska, till exempel vågor på vatten.
Volym
Ljudstyrkan beror på amplituden av vibrationer i ljudvågen. Enheten för ljudvolym är 1 Bel (till ära av Alexander Graham Bell, telefonens uppfinnare). I praktiken mäts ljudstyrkan i decibel (dB). 1 dB = 0,1 B.
10 dB – viska;
20–30 dB
– Bullernormer i bostäder.
50 dB– medium volym konversation;
80 d B
– Ljudet från en lastbilsmotor i gång.
130 dB– smärtgräns
Ljud högre än 180 dB kan till och med orsaka att trumhinnan brister.
Höga ljud representeras av högfrekventa vågor - till exempel fågelsång.
Låga ljud Dessa är lågfrekventa vågor, som ljudet från en stor lastbilsmotor.
Ljudvågor
Ljudvågor– Det här är elastiska vågor som gör att en person upplever ljud.
En ljudvåg kan färdas på många olika avstånd. Skottlossning hörs på 10-15 km, gnällande av hästar och skällande hundar på 2-3 km, och viskningar på bara några meter. Dessa ljud överförs genom luften. Men inte bara luft kan vara en ledare av ljud.
Genom att placera örat mot rälsen kan du höra ljudet av ett annalkande tåg mycket tidigare och på större avstånd. Det gör att metall leder ljud snabbare och bättre än luft. Vatten leder också ljud bra. Efter att ha dykt ner i vattnet kan man tydligt höra stenarna slå mot varandra, bullret från småstenen under bränningen.
Egenskapen vatten - den leder ljud bra - används i stor utsträckning för spaning till havs under krig, samt för att mäta havsdjup.
Nödvändig förutsättning utbredning av ljudvågor – närvaron av ett materialmedium. I ett vakuum sprider sig inte ljudvågor, eftersom det inte finns några partiklar där som överför interaktionen från vibrationskällan.
Därför, på grund av bristen på atmosfär, råder fullständig tystnad på månen. Inte ens fall av en meteorit på dess yta är hörbart för observatören.
I varje medium färdas ljud med olika hastigheter.
Ljudhastighet i luften- cirka 340 m/s.
Ljudhastighet i vatten- 1500 m/s.
Ljudhastighet i metaller, stål- 5000 m/s.
I varm luft är ljudets hastighet högre än i kall luft, vilket leder till att ljudets utbredningsriktning ändras.
GAFFEL
- Det här U-formad metallplatta, vars ändar kan vibrera efter att ha slagits.
Publicerad stämgaffel ljudet är mycket svagt och kan bara höras på kort avstånd.
Resonator- en trälåda som en stämgaffel kan fästas på tjänar till att förstärka ljudet.
I det här fallet sker ljudemission inte bara från stämgaffeln utan också från resonatorns yta.
Varaktigheten av ljudet från en stämgaffel på en resonator kommer dock att vara kortare än utan den.
E X O
Ett högt ljud, som reflekteras från hinder, återgår till ljudkällan efter några ögonblick, och vi hör eko.
Genom att multiplicera ljudets hastighet med tiden från dess ursprung till dess återkomst kan du bestämma två gånger avståndet från ljudkällan till hindret.
Denna metod för att bestämma avståndet till objekt används i ekolokalisering.
Vissa djur, som fladdermöss,
använd även fenomenet ljudreflektion med hjälp av ekolokaliseringsmetoden
Ekolokalisering baseras på egenskapen ljudreflektion.
Ljud - löpande mekanisk våg på och överför energi.
Men kraften i samtidiga samtal från alla människor på jorden är knappast mer än kraften hos en Moskvich-bil!
Ultraljud.
· Vibrationer med frekvenser över 20 000 Hz kallas ultraljud. Ultraljud används i stor utsträckning inom vetenskap och teknik.
· Vätskan kokar när en ultraljudsvåg passerar igenom (kavitation). I detta fall uppstår vattenhammare. Ultraljud kan slita bitar av metallytan och krossa fasta ämnen. Ultraljud kan användas för att blanda oblandbara vätskor. Så här framställs emulsioner i olja. Under påverkan av ultraljud sker förtvålning av fetter. Tvättanordningar är designade enligt denna princip.
Mycket använd ultraljud inom hydroakustik. Ultraljud med hög frekvens absorberas mycket svagt av vatten och kan spridas över tiotals kilometer. Om de möter botten, isberget eller annan fast kropp i sin väg reflekteras de och producerar ett eko av stor kraft. Ett ultraljuds ekolod är designat enligt denna princip.
I metall ultraljud sprider sig praktiskt taget utan absorption. Med hjälp av ultraljudslokaliseringsmetoden är det möjligt att upptäcka de minsta defekterna inuti en del av stor tjocklek.
· Den krossande effekten av ultraljud används för tillverkning av ultraljudslödkolvar.
Ultraljudsvågor, skickade från fartyget, reflekteras från det sjunkna föremålet. Datorn känner av den tid då ekot visas och bestämmer platsen för objektet.
· Ultraljud används inom medicin och biologi för ekolokalisering, för identifiering och behandling av tumörer och vissa defekter i kroppsvävnader, inom kirurgi och traumatologi för skärning av mjuk- och benvävnader vid olika operationer, för svetsning av brutna ben, för att förstöra celler (högeffekt ultraljud).
Infraljud och dess inverkan på människor.
Vibrationer med frekvenser under 16 Hz kallas för infraljud.
I naturen uppstår infraljud på grund av virvelrörelsen av luft i atmosfären eller som ett resultat av långsamma vibrationer av olika kroppar. Infraljud kännetecknas av svag absorption. Därför sprider det sig över långa avstånd. Människokroppen reagerar smärtsamt på infraljudsvibrationer. Under yttre påverkan orsakad av mekanisk vibration eller ljudvågor vid frekvenser på 4-8 Hz, känner en person rörelse inre organ, vid en frekvens av 12 Hz - en attack av sjösjuka.
· Högsta intensitet infraljudsvibrationer skapa maskiner och mekanismer som har stora ytor som utför lågfrekventa mekaniska vibrationer (infraljud av mekaniskt ursprung) eller turbulenta flöden av gaser och vätskor (infraljud av aerodynamiskt eller hydrodynamiskt ursprung).
Det är mycket folk runt omkring oss ljudkällor: musikaliska och tekniska instrument, stämband människa, havsvågor, vind och andra. Ljud eller med andra ord, ljudvågor– dessa är mekaniska vibrationer av mediet med frekvenser på 16 Hz – 20 kHz(se § 11-a).
Låt oss överväga erfarenhet. Genom att placera väckarklockan på en dyna under ringklockan på luftpumpen kommer vi att märka att tickandet blir tystare, men ändå hörs. Efter att ha pumpat ut luften under klockan kommer vi att sluta höra ljudet alls. Detta experiment bekräftar att ljud färdas genom luft och inte färdas i ett vakuum.
Ljudhastigheten i luften är relativt hög: den sträcker sig från 300 m/s vid –50°С till 360 m/s vid +50°С. Detta är 1,5 gånger snabbare än passagerarflygplanens hastighet. I vätskor färdas ljud märkbart snabbare, och in fasta ämnen- ännu snabbare. I en stålskena är ljudhastigheten till exempel » 5000 m/s.
Ta en titt på graferna över lufttrycksfluktuationer i munnen på en person som sjunger ljuden "A" och "O". Som du kan se är vibrationerna komplexa och består av flera vibrationer överlagrade på varandra. Samtidigt väl synlig huvudsakliga fluktuationer, vars frekvens är nästan oberoende av det talade ljudet. För en mansröst är detta cirka 200 Hz, för en kvinnlig röst - 300 Hz.
l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.
Så röstens ljudvåglängd beror på lufttemperaturen och röstens grundläggande frekvens. Med vår kunskap om diffraktion kommer vi att förstå varför människors röster kan höras i skogen, även om de är blockerade av träd: ljud med våglängder på 1–2 m böjer sig lätt runt trädstammar vars diameter är mindre än en meter.
Låt oss utföra ett experiment som bekräftar att ljudkällorna verkligen är oscillerande kroppar.
Låt oss ta enheten gaffel– en metallslunga monterad på en låda utan frontvägg för bättre utstrålning av ljudvågor. Om du träffar slingshotändarna på en stämgaffel med en hammare kommer den att producera ett "rent" ljud som kallas musikalisk ton(till exempel tonen "A" i den första oktaven med en frekvens på 440 Hz). Låt oss flytta en klingande stämgaffel mot en lätt boll på ett snöre, så studsar den omedelbart åt sidan. Detta händer just på grund av de frekventa vibrationerna i ändarna på stämgaffelslangen.
Skälen till vilka vibrationsfrekvensen hos en kropp beror på är dess elasticitet och storlek. Ju större kroppsstorlek, desto lägre frekvens. Därför avger till exempel elefanter med stora stämband lågfrekventa ljud (bas), och möss, vars stämband är mycket mindre, avger högfrekventa ljud (gnisslande).
Inte bara hur kroppen kommer att låta, utan också hur den kommer att fånga ljud och reagera på dem beror på elasticitet och storlek. Fenomenet med en kraftig ökning av amplituden av svängningar när frekvensen av yttre påverkan sammanfaller med naturlig frekvens kroppen kallas resonans (lat. "rimligt" - jag svarar). Låt oss göra ett experiment för att observera resonans.
Låt oss placera två identiska stämgafflar sida vid sida och vrida dem mot varandra på de sidor av lådorna där det inte finns några väggar. Låt oss slå den vänstra stämgaffeln med en hammare. Om en sekund dränker vi den med händerna. Vi kommer att höra ljudet av den andra stämgaffeln, som vi inte träffade. De säger att rätt stämgaffel resonerar, det vill säga den fångar energin från ljudvågor från den vänstra stämgaffeln, som ett resultat av vilket den ökar amplituden för sina egna vibrationer.
Innan du förstår vilka ljudkällor det finns, fundera på vad ljud är? Vi vet att ljus är strålning. Den här strålningen reflekterar från föremål och når våra ögon och vi kan se den. Smak och lukt är små partiklar av kroppar som uppfattas av våra respektive receptorer. Vad är det för djur för ljud?
Ljud överförs genom luften
Du har säkert sett hur gitarren spelas. Kanske kan du göra detta själv. En annan viktig sak är ljudet som strängarna gör i en gitarr när du plockar dem. Det stämmer. Men om du kunde placera en gitarr i ett vakuum och plocka strängarna skulle du bli mycket förvånad över att gitarren inte skulle göra något ljud.
Sådana experiment utfördes med en mängd olika kroppar, och resultatet var alltid detsamma: inget ljud kunde höras i luftlöst utrymme. Den logiska slutsatsen följer att ljud överförs genom luften. Därför är ljud något som händer med luftpartiklar och ljudproducerande kroppar.
Ljudkällor - oscillerande kroppar
Nästa. Som ett resultat av en mängd olika experiment var det möjligt att fastställa att ljud uppstår på grund av kroppars vibrationer. Ljudkällor är kroppar som vibrerar. Dessa vibrationer överförs av luftmolekyler och vårt öra, som uppfattar dessa vibrationer, tolkar dem till förnimmelser av ljud som vi förstår.
Det är inte svårt att kolla. Ta en glas- eller kristallbägare och ställ den på bordet. Knacka lätt på den med en metallsked. Du kommer att höra ett långt tunt ljud. Rör nu vid glaset med handen och knacka igen. Ljudet kommer att förändras och bli mycket kortare.
Låt nu flera personer linda sina händer runt glaset så fullständigt som möjligt, tillsammans med stjälken, och försök att inte lämna ett enda fritt område, förutom en mycket liten plats för att slå med en sked. Slå i glaset igen. Du kommer knappt att höra något ljud, och det som kommer att vara kommer att vara svagt och mycket kort. vad betyder det?
I det första fallet, efter nedslaget, svängde glaset fritt, dess vibrationer överfördes genom luften och nådde våra öron. I det andra fallet absorberades de flesta vibrationerna av vår hand, och ljudet blev mycket kortare när kroppens vibrationer minskade. I det tredje fallet absorberades nästan alla kroppens vibrationer omedelbart av händerna på alla deltagare och kroppen vibrerade knappt och gav därför nästan inget ljud.
Detsamma gäller för alla andra experiment du kan tänka dig och genomföra. Vibrationer av kroppar, som överförs till luftmolekyler, kommer att uppfattas av våra öron och tolkas av hjärnan.
Ljudvibrationer av olika frekvenser
Så ljud är vibration. Ljudkällor överför ljudvibrationer genom luften till oss. Varför hör vi då inte alla vibrationer från alla föremål? Eftersom vibrationer kommer i olika frekvenser.
Ljudet som uppfattas av det mänskliga örat är ljudvibrationer med en frekvens på cirka 16 Hz till 20 kHz. Barn hör ljud med högre frekvenser än vuxna, och uppfattningsintervallen för olika levande varelser varierar i allmänhet mycket.
Öronen är ett mycket tunt och delikat instrument som ges till oss av naturen, så vi bör ta hand om det, eftersom det inte finns någon ersättning eller analog i människokroppen.
Ljud orsakas av mekaniska vibrationer i elastiska medier och kroppar, vars frekvenser ligger i området från 20 Hz till 20 kHz och som det mänskliga örat kan uppfatta.
Följaktligen kallas denna mekaniska vibration med de angivna frekvenserna ljud och akustisk. Ohörbara mekaniska vibrationer med frekvenser under ljudområdet kallas infraljud, och med frekvenser över ljudområdet kallas de ultraljud.
Om en klingande kropp, till exempel en elektrisk klocka, placeras under klockan på en luftpump, så kommer ljudet att bli svagare och svagare när luften pumpas ut och slutligen stanna helt. Överföringen av vibrationer från den sondande kroppen sker genom luften. Låt oss notera att under dess svängningar komprimerar den klingande kroppen omväxlande luften intill kroppens yta, och tvärtom skapar ett vakuum i detta lager. Således börjar utbredningen av ljud i luften med fluktuationer i luftdensiteten vid ytan av den vibrerande kroppen.
Musikalisk ton. Volym och tonhöjd
Ljudet som vi hör när dess källa utför en harmonisk svängning kallas musikalisk ton eller, kort sagt, ton.
I varje musikalisk ton kan vi urskilja två kvaliteter på gehör: volym och tonhöjd.
De enklaste observationerna övertygar oss om att tonerna för varje given tonhöjd bestäms av vibrationernas amplitud. Ljudet av en stämgaffel bleknar gradvis efter att ha träffat den. Detta sker tillsammans med dämpning av svängningar, d.v.s. med en minskning av deras amplitud. Genom att slå hårdare på stämgaffeln, d.v.s. Genom att ge vibrationerna en större amplitud kommer vi att höra ett högre ljud än vid ett svagt slag. Detsamma kan observeras med en sträng och i allmänhet med vilken ljudkälla som helst.
Om vi tar flera stämgafflar av olika storlekar kommer det inte att vara svårt att ordna dem efter gehör i ordningsföljd med ökande tonhöjd. Således kommer de att ordnas i storlek: den största stämgaffeln ger det lägsta ljudet, den minsta ger det högsta ljudet. Således bestäms tonhöjden av vibrationsfrekvensen. Ju högre frekvens och, därför, kortare svängningsperiod, desto högre ljud hör vi.
Akustisk resonans
Resonansfenomen kan observeras i mekaniska vibrationer av vilken frekvens som helst, särskilt i ljudvibrationer.
Låt oss placera två identiska stämgafflar bredvid varandra, med hålen i lådorna som de är monterade på vända mot varandra. Lådor behövs eftersom de förstärker ljudet från stämgafflar. Detta uppstår på grund av resonans mellan stämgaffeln och luftpelarna som är inneslutna i lådan; därför kallas rutorna resonatorer eller resonanslådor.
Låt oss slå en av stämgafflarna och sedan dämpa den med fingrarna. Vi kommer att höra hur den andra stämgaffeln låter.
Låt oss ta två olika stämgafflar, d.v.s. med olika tonhöjder och upprepa experimentet. Nu kommer var och en av stämgafflarna inte längre att svara på ljudet från en annan stämgaffel.
Det är inte svårt att förklara detta resultat. Vibrationerna från en stämgaffel verkar genom luften med viss kraft på den andra stämgaffeln, vilket får den att utföra sina påtvingade vibrationer. Eftersom stämgaffel 1 utför harmoniska vibrationer kommer kraften som verkar på stämgaffel 2 att ändras enligt lagen harmonisk vibration med stämgaffelns frekvens 1. Om kraftens frekvens är annorlunda då påtvingade svängningar kommer att vara så svaga att vi inte hör dem.
Ljud
Vi hör ett musikaliskt ljud (not) när vibrationen är periodisk. Till exempel produceras den här typen av ljud av en pianosträng. Om du trycker på flera tangenter samtidigt, d.v.s. göra flera toner ljud, då kommer känslan av musikaliskt ljud att förbli, men skillnaden mellan konsonant (behaglig för örat) och dissonant (obehaglig) toner kommer tydligt att synas. Det visar sig att de toner vars perioder är i förhållandet små tal är konsonanta. Till exempel erhålls konsonans med ett periodförhållande på 2:3 (femte), 3:4 (kvanta), 4:5 (stor tredjedel), etc. Om perioderna är relaterade som stora siffror, till exempel 19:23, då blir resultatet dissonans - ett musikaliskt, men obehagligt ljud. Vi kommer att gå ännu längre bort från svängningarnas periodicitet om vi trycker på många tangenter samtidigt. Ljudet kommer redan att vara brusliknande.
Buller kännetecknas av en stark icke-periodicitet i svängningsformen: antingen är det en lång svängning, men mycket komplex till formen (vässande, knarrande), eller individuella emissioner (klick, knackningar). Ur denna synvinkel bör ljud även innefatta ljud som uttrycks av konsonanter (väsande, labial, etc.).
I samtliga fall består bullervibrationer av ett stort antal harmoniska vibrationer med olika frekvenser.
Således består spektrumet av en harmonisk vibration av en enda frekvens. För en periodisk oscillation består spektrumet av en uppsättning frekvenser - den huvudsakliga och dess multipler. I konsonantkonsonanser har vi ett spektrum som består av flera sådana uppsättningar av frekvenser, där de huvudsakliga är relaterade till små heltal. I dissonanta konsonanser är grundfrekvenserna inte längre i så enkla relationer. Ju fler olika frekvenser det finns i spektrumet, desto närmare brus kommer vi. Typiska ljud har spektra där det finns extremt många frekvenser.
Den här lektionen täcker ämnet "Ljudvågor". I den här lektionen kommer vi att fortsätta studera akustik. Låt oss först upprepa definitionen av ljudvågor, sedan överväga deras frekvensområden och bekanta oss med begreppet ultraljuds- och infraljudvågor. Vi kommer också att diskutera ljudvågornas egenskaper i olika medier och lära oss vilka egenskaper de har. .
Ljudvågor – dessa är mekaniska vibrationer som, sprider sig och interagerar med hörselorganet, uppfattas av en person (fig. 1).
Ris. 1. Ljudvåg
Den gren av fysiken som sysslar med dessa vågor kallas akustik. Yrket för människor som populärt kallas "lyssnare" är akustiker. En ljudvåg är en våg som fortplantar sig i ett elastiskt medium, det är en longitudinell våg, och när den fortplantar sig i ett elastiskt medium växlar kompression och urladdning. Den sänds över tid över ett avstånd (Fig. 2).
Ris. 2. Ljudvågsutbredning
Ljudvågor inkluderar vibrationer som uppstår med en frekvens från 20 till 20 000 Hz. För dessa frekvenser är motsvarande våglängder 17 m (för 20 Hz) och 17 mm (för 20 000 Hz). Detta område kommer att kallas för hörbart ljud. Dessa våglängder anges för luft, vars ljudhastighet är lika med .
Det finns också serier som akustiker sysslar med – infraljud och ultraljud. Infraljud är de som har en frekvens på mindre än 20 Hz. Och ultraljud är de som har en frekvens som är större än 20 000 Hz (Fig. 3).
Ris. 3. Ljudvågsområden
Varje utbildad person bör vara bekant med ljudvågornas frekvensområde och veta att om han går på ultraljud kommer bilden på datorskärmen att konstrueras med en frekvens på mer än 20 000 Hz.
Ultraljud – Dessa är mekaniska vågor som liknar ljudvågor, men med en frekvens som sträcker sig från 20 kHz till en miljard hertz.
Vågor med en frekvens på mer än en miljard hertz kallas hyperljud.
Ultraljud används för att upptäcka defekter i gjutna delar. En ström av korta ultraljudssignaler riktas till den del som undersöks. På de ställen där det inte finns några defekter passerar signalerna genom delen utan att registreras av mottagaren.
Om det finns en spricka, en luftkavitet eller annan inhomogenitet i delen, reflekteras ultraljudssignalen från den och kommer tillbaka in i mottagaren. Denna metod kallas ultraljudsdetektering av fel.
Andra exempel på ultraljudstillämpningar är ultraljudsmaskiner, ultraljudsmaskiner, ultraljudsterapi.
Infraljud – mekaniska vågor som liknar ljudvågor, men med en frekvens på mindre än 20 Hz. De uppfattas inte av det mänskliga örat.
Naturliga källor till infraljudsvågor är stormar, tsunamier, jordbävningar, orkaner, vulkanutbrott och åskväder.
Infraljud är också en viktig våg som används för att vibrera ytan (till exempel för att förstöra en del stora föremål). Vi lanserar infraljud i jorden - och jorden bryts upp. Var används detta? Till exempel i diamantgruvor, där de tar malm som innehåller diamantkomponenter och krossar den till små partiklar för att hitta dessa diamantinneslutningar (fig. 4).
Ris. 4. Tillämpning av infraljud
Ljudhastigheten beror på miljöförhållanden och temperatur (fig. 5).
Ris. 5. Ljudvågsutbredningshastighet i olika medier
Observera: i luft är ljudets hastighet vid lika med , och vid , ökar hastigheten med . Om du är forskare kan denna kunskap vara användbar för dig. Du kanske till och med kommer på någon form av temperatursensor som registrerar temperaturskillnader genom att ändra ljudhastigheten i mediet. Vi vet redan att ju tätare mediet är, desto allvarligare är interaktionen mellan partiklar i mediet, desto snabbare utbreder sig vågen. I det sista stycket diskuterade vi detta med exemplet torr luft och fuktig luft. För vatten är ljudets utbredningshastighet . Om du skapar en ljudvåg (knacka på en stämgaffel), kommer hastigheten för dess utbredning i vatten att vara 4 gånger högre än i luft. Med vatten når informationen 4 gånger snabbare än med flyg. Och i stål är det ännu snabbare: 
(Fig. 6).
Ris. 6. Ljudvågens utbredningshastighet
Du vet från eposerna som Ilya Muromets använde (och alla hjältar och vanliga ryska människor och pojkar från Gaidars RVS) använde en mycket intressant metod för att upptäcka ett föremål som närmar sig, men som fortfarande är långt borta. Ljudet den gör när den rör sig är ännu inte hörbar. Ilya Muromets, med örat mot marken, kan höra henne. Varför? Eftersom ljud sänds över fast mark med högre hastighet, vilket betyder att det kommer att nå Ilya Muromets öra snabbare, och han kommer att kunna förbereda sig för att möta fienden.
De mest intressanta ljudvågorna är musikaliska ljud och ljud. Vilka föremål kan skapa ljudvågor? Om vi tar en vågkälla och ett elastiskt medium, om vi får ljudkällan att vibrera harmoniskt, kommer vi att få en underbar ljudvåg, som kommer att kallas musikaliskt ljud. Dessa källor till ljudvågor kan till exempel vara strängarna på en gitarr eller piano. Detta kan vara en ljudvåg som skapas i luftgapet på en pipa (orgel eller pipa). Från musiklektionerna känner du till tonerna: do, re, mi, fa, sol, la, si. Inom akustiken kallas de för toner (fig. 7).
Ris. 7. Musikaliska toner
Alla objekt som kan producera toner kommer att ha funktioner. Hur är de olika? De skiljer sig åt i våglängd och frekvens. Om dessa ljudvågor inte skapas av harmoniskt klingande kroppar eller inte är kopplade till något slags gemensamt orkesterstycke, kommer en sådan mängd ljud att kallas för brus.
Buller– slumpmässiga svängningar av olika fysisk natur, kännetecknad av komplexiteten i deras tidsmässiga och spektrala struktur. Begreppet buller är både inhemskt och fysiskt, de är väldigt lika, och därför introducerar vi det som ett separat viktigt föremål för övervägande.
Låt oss gå vidare till kvantitativa uppskattningar av ljudvågor. Vad kännetecknar musikaliska ljudvågor? Dessa egenskaper gäller uteslutande för harmoniska ljudvibrationer. Så, ljudvolym. Hur bestäms ljudvolymen? Låt oss betrakta utbredningen av en ljudvåg i tiden eller svängningarna från ljudvågens källa (fig. 8).
Ris. 8. Ljudvolym
Samtidigt, om vi inte tillförde mycket ljud till systemet (vi slår till exempel en pianotangent tyst), så blir det ett tyst ljud. Om vi högt höjer vår hand högt, orsakar vi detta ljud genom att slå på tangenten, vi får ett högt ljud. Vad beror detta på? Ett tyst ljud har en mindre vibrationsamplitud än ett högt ljud.
Nästa viktiga egenskap hos musikaliskt ljud och alla andra ljud är höjd. Vad beror tonhöjden på ljudet på? Höjden beror på frekvensen. Vi kan få källan att svänga ofta, eller så kan vi få den att svänga inte särskilt snabbt (det vill säga göra färre svängningar per tidsenhet). Låt oss betrakta tidssvepet för ett högt och lågt ljud med samma amplitud (fig. 9).
Ris. 9. Pitch
En intressant slutsats kan dras. Om en person sjunger med basröst, vibrerar hans ljudkälla (detta är stämband) flera gånger långsammare än för en person som sjunger sopran. I det andra fallet vibrerar stämbanden oftare och orsakar därför oftare fickor av kompression och urladdning i vågens utbredning.
Det finns en till intressant egenskap ljudvågor, som fysiker inte studerar. Detta klangfärg. Du känner och kan lätt särskilja samma musikstycke framfört på en balalaika eller cello. Hur skiljer sig dessa ljud eller denna prestanda? I början av experimentet bad vi personer som producerar ljud att göra dem med ungefär samma amplitud, så att volymen på ljudet är densamma. Det är som i fallet med en orkester: om det inte finns något behov av att lyfta fram något instrument, spelar alla ungefär lika mycket, med samma styrka. Så klangen på balalaika och cello är annorlunda. Om vi skulle rita ljudet som produceras från ett instrument från ett annat med hjälp av diagram, skulle de vara desamma. Men du kan enkelt särskilja dessa instrument på deras ljud.
Ytterligare ett exempel på vikten av klang. Föreställ dig två sångare som tar examen från samma musikuniversitet med samma lärare. De studerade lika bra, med raka A:n. Av någon anledning blir den ene en enastående artist, medan den andre är missnöjd med sin karriär hela livet. I själva verket bestäms detta enbart av deras instrument, som orsakar röstvibrationer i miljön, det vill säga deras röster skiljer sig i klangfärg.
Referenser
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fysik: en uppslagsbok med exempel på problemlösning. - 2:a upplagan ompartition. - X.: Vesta: förlag "Ranok", 2005. - 464 sid.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physics. 9:e klass: lärobok för allmän bildning. institutioner/A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2009. - 300 sid.
- Internetportal "eduspb.com" ()
- Internetportal "msk.edu.ua" ()
- Internetportal "class-fizika.narod.ru" ()
Läxa
- Hur reser ljud? Vad kan vara ljudkällan?
- Kan ljud färdas genom rymden?
- Uppfattas varje våg som når en persons hörselorgan av honom?
