Какие бывают свойства звука
В этой статье речь пойдёт непосредственно о звуке.
Рассмотрим такие вопросы:
— Что такое звук?
— Характеристики звука или свойства и качества.
— Воздействие звука на человеческий слух.
Итак начнём!
Что такое звук?
Давайте для начала обратимся к Википедии, как же там трактуется слово «звук».
Звук, в широком смысле — упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека.
Давайте разбираться. Немного упростим определение. Звук – это волны, которые распространяются в какой-то определенной среде (вода, воздух, камень и т.д.), и создают в ней механические колебания (вибрация), слышимые нами. Звук – это определённого рода давление воздуха. Когда вы хлопаете в ладоши, воздух между ладонями выталкивается и создается звуковая волна. Но ведь звуки бывают различные (писк, гул, шум, хрип и т.д.). Почему так происходит?
Это зависит от характеристик звука.
Характеристики звука
Для начала давайте разберёмся, что такое свойства и качества звука. Свойствами звука называют присущие ему физические особенности, а качествами звука – отражения физических свойств звука в наших ощущениях. Определённое свойство звука отражается в его качестве.
| № | Свойство звука | Качество звука |
|---|---|---|
| 1 | Частота | Высота |
| 2 | Продолжительность | Длительность |
| 3 | Амплитуда | Громкость |
| 4 | Состав | Тембр |
Рассмотрим характеристики звука на примере синусоидальной волны.
1.Частота (высота) – количество полных колебаний за единицу времени (единица измерения — Герц)
Низкий звук (бас)
Высокий звук (писк)
2. Продолжительность ( длительность) – время, за которое звук из ясно слышимого переходит в абсолютную тишину.
3. Амплитуда (громкость) – максимальное значение колебательного движения ( единица измерения – Децибел)
Высокий уровень громкости
Низкий уровень громкости
Вот вам табличка для ещё более наглядного понимания
| Звук | Громкость, дБ: |
| Порог слышимости | 0 |
| Тиканье наручных часов | 10 |
| Шепот | 20 |
| Звук настенных часов | 30 |
| Приглушенный разговор | 40 |
| Тихая улица | 50 |
| Обычный разговор | 60 |
| Шумная улица | 70 |
| Опасный для здоровья уровень | 75 |
| Пневматический молоток | 90 |
| Кузнечный цех | 100 |
| Громкая музыка | 110 |
| Болевой порог | 120 |
| Сирена | 130 |
| Реактивный самолет | 150 |
| Смертельный уровень | 180 |
| Шумовое оружие | 200 |
4. Состав (тембр) – количество тонов звука, переплетающихся между собой, которые возникают потому, что источник звука колеблется не только целиком, но и по частям ( половинами, третями, четвертями, пятыми и т.д.).
Звук пианино
Звук гитары
Звук синтезатора
Воздействие звука на человеческий слух
Для работы со звуком необходимо знать, как этот звук воспринимается человеком и воздействует на него.
Здоровый человек способен воспринимать звук в диапазоне приблизительно от 16 Гц до 20 кГц.
В тоже время мы воспринимаем высокие звуки как более громкие по сравнению с низкими, хотя на самом деле они имеют одинаковую громкость. Этот эффект можно рассмотреть с помощью кривых равной громкости.
На графиках мы можем отчетливо проследить разность восприятия громкости низких, средних и высоких звуков (нелинейность восприятия).
При продолжительном прослушивании звука с частотой, скажем, 100 Гц мы можем услышать дополнительные гармоники превышающие основной звук по частоте в два, три раза (200 и 300 Гц). Появление «субъективных гармоник» — еще одно проявление нелинейности восприятия.
Еще один аспект, о котором хотелось бы рассказать – это тот факт, что со временем способность воспринимать высокие звуки падает. Приблизительно каждые десять лет спектр восприятия высоких звуков сужается на 1 кГц.
Также когда вы слушаете два звука одной частоты, один из которых более громкий, то вы будете слышать только громкий звук, а звук с меньшим уровнем громкости просто затеряется и не будет различим. Это проявление так называемого «эффекта маскировки». Примером может служить слишком шумное помещение или вагон метро. Ведь когда вы хотите что-нибудь сказать в такой обстановке вам приходится кричать.
Бинауральный эффект или то, что нужно знать о панорамировании
Как известно, человек имеет два уха, что дает ему возможность воспринимать звук с разных сторон и определять направление звука и приблизительное расстояние до источника звука. Наш мозг воспринимает информацию, полученную из левого и правого ушей и оперируя этими данным делает определенные заключения. В этом собственно и проявляется бинауральный эффект.
Бинауральный эффект на разных частотах неравномерен. На низких частотах он практически неощутим. Ведь слушая только бас мы неспособны определить направление, расстояние до источника и другие параметры. На средних частотах определение параметров сигнала осуществляется на основе разности фаз между восприятием левого и правого ушей, а на высоких частотах – за счет сравнения силы сигнала, поступающего с разных сторон.
Таким образом с помощью стерео мы можем расположить звуки в пространстве и сделать их более живыми.
На мой взгляд понимание основ восприятия звука важный аспект для написания музыкальных композиций.
Посмотрите видео «Звук и его характеристики».
Понравилась статья? Поделись с друзьями.
Автор: Александр Коваленко
Подписывайся на новые статьи:
Источник
Звук – объективно существующее в природе физическое явление, вызываемое механическими колебаниями какого-либо упругого тела, вследствие чего образуются звуковые волны, воспринимаемые ухом и преобразуемые в нём в нервные импульсы. Звуковыми волнами называются периодически чередующиеся сгущения и разрежения в какой-либо упругой (т.е. звукопроводящей) среде; звуковые волны воспринимаются слуховыми органами человека и животных и при помощи центростремительных нервов передаются в большие полушария головного мозга, где и осознаются как конкретные звуки.
Все звуки вокруг нас распадаются на 2 типа: с определенный высотой (музыкальные звуки) и с неопределённой высотой (шумовые звуки). Музыкальные звуки составляют звуковой фонд музыки, в то время как шумовые звуки применяются лишь эпизодически. Музыкальный звук имеет 4 основных свойства: высота, длительность, громкость, тембр.
Высота
Высота звука обусловлена частотой колебаний вибратора и находится от неё в прямой зависимости. Частота колебаний находится в обратной зависимости от величины (длины и толщины) звучащего тела и в прямой – от упругости.
Слух человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц, в раннем детстве до 22000 Гц, в старости до 14000-15000Гц. Наиболее точно и ясно человек воспринимает звуки в пределах 16-4200-4500Гц, этот диапазон и используется в музыке. Зависимость между частотой колебаний и высотой звука – геометрическая прогрессия. При увеличении частоты на 110 Гц (это приблизительно соответствует укорачиванию струны в два раза) от A (110Гц) образуются интервалы: ч.8, ч.5, ч.4, б. 3, м.3, м.3, несколько б.2, несколько м.2. Дальше образуются интервалы меньше полутона. Этот звуковой ряд соответствует натуральному ряду чисел и называется натуральным звукорядом. Его можно получить при делении струны на 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. частей, чем пользуются при исполнении на струнных инструментах флажолетов. Эталон высоты звука – 440 Гц (а первой октавы).
Акустическая единица измерения звуковысотных расстояний – цент = 1/100 темперированного полутона. Порог различения изменения высоты звука в среднем регистре – 5 центов.
Длительность
Длительность звука – выраженное в ритмических единицах время, в течение которого совершаются колебательные движения вибратора. Прямая зависимость. Длительность музыкального звука колеблется от 0,015-0,02 с до нескольких минут (педальные звуки органа). В тактовой нотации (с 17 в.) ноты указывают лишь относительную длительность звука, реальное значение которой зависит от темпа.
Громкость
Громкость звука – отражение в восприятии силы звука, обусловленной амплитудой колебаний. Применяемые в музыкальной практике обозначения динамических оттенков показывают не абсолютные значения громкости звука, а соотношения между их градациями.Forte (f) сильно, громко, piano (p) слабо, тихо; mezzo forte (mf) умеренно громко; mezzo piano (mp) умеренно тихо; fortissimo (ff) очень громко; pianissimo (pp) очень тихо; forte-fortissimo (fff) чрезвычайно громко; piano-pianissimo (ppp) чрезвычайно тихо. Реже встречаются 4, 5 f или p.
Subito piano, subito forte (subito p, subito f) – внезапно громко или тихо.
Crescendo (cresc.) – постепенно усиливая силу звука; diminuendo, decrescendo (dim., decresc.) — постепенно затихая.
Колебания бывают 2 видов: затухающие (т.е. с постепенно уменьшающейся за счё т сопротивления воздуха и внутреннего торможения амплитудой – рояль, арфа, струнно-щипковые) и незатухающие (с постоянной или произвольно меняющейся амплитудой – орган, скрипка при игре смычком). При затухающих колебаниях громкость звука постепенно уменьшается до полного затихания (высота остаётся практически неизменной). При незатухающих колебаниях громкость можно варьировать в зависимости от художественных целей.
Интенсивность (сила) звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности, измеряется в Вт/м2. При росте силы звука в геометрической прогрессии громкость возрастает лишь в арифметической.
Тембр
Тембр – окраска звука, характер звучания. Он зависит от конструкции инструмента, материала, из которого он сделан, его качества, способа звукоизвлечения, среды, где распространяется звук и т.д. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высота и громкости, шумовые призвуки, форманты, вибрато и т.д.
Обертоны – призвуки, входящие в спектр музыкального звука, звучат выше основного тона.
На характер тембра влияют количество слышимых обертонов и то или иное распределение громкости между отдельными гармониками (тонами, входящими в состав сложного звука). Форманта – область усиленных частичных тонов в спектре музыкальных звуков и звуков речи, а также сами эти призвуки, определяющие своеобразие тембра звука. Форманты есть почти у всех музыкальных инструментов и голоса. Например, в пении, кроме речевых формант, возникают характерные певческие форманты: высокая певческая форманта (около 3000 Гц) придаёт голосу блеск, серебристость, «полётность», способствует хорошей разборчивости гласных и согласных; низкая певческая форманта (около 500 Гц) придаёт звучанию мягкость, округлость.
Источник
Раскаты грома, музыка, шум прибоя, человеческая речь и все остальное, что мы слышим – это звук. А что такое “звук”?
Источник изображения: pixabay.com
В действительности все, что мы привыкли считаем звуком – это всего лишь одна из разновидностей колебаний (воздуха), которые могут воспринимать наш мозг и органы слуха.
Какая природа у звука
Все звуки, распространяемые в воздухе, представляют собой вибрации звуковой волны. Она возникает посредством колебания объекта и расходится от её источника во всех направлениях. Колеблющийся объект сжимает молекулы в окружающей среде, а затем создаёт разреженную атмосферу, заставляя молекулы отталкиваться друг от друга всё дальше и дальше. Таким образом, изменения в давлении воздуха распространяются от объекта, сами молекулы остаются в неизменной для себя позиции.
Воздействие звуковых волн на барабанную перепонку. Источник изображения:prd.go.th
По мере того, как звуковая волна распространяется в пространстве, она отражается от объектов, встречающихся на её пути, создавая изменения в окружающем воздухе. Когда эти изменения, достигая вашего уха, воздействуют на барабанную перепонку, нервные окончания подают сигнал в мозг, и вы воспринимаете эти колебания как звук.
Основные характеристики звуковой волны
Самой простой формой звуковой волны является синусоида. Синусоидные волны в чистом виде редко встречаются в природе, однако именно с них следует начинать изучение физики звука, так как любые звуки можно разложить на комбинацию синусоидных волн.
Синусоида чётко демонстрирует три основных физических критерия звука – частоту, амплитуду и фазу.
Частота
Чем реже частота колебаний, тем звук ниже, Источник изображения:ReasonGuide.Ru
Частота – это величина, характеризующая количество колебаний в секунду. Она измеряется в количестве периодов колебания либо в герцах (ГЦ). Человеческое ухо может воспринимать звук в диапазоне от 20 Гц (низкочастотные) и до 20 КГц (высокочастотные). Звуки, находящиеся выше данного диапазона называется ультразвуком, а ниже – инфразвуком, и человеческими органами слуха не воспринимаются.
Амплитуда
Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче звук.
Понятие амплитуды (или интенсивности) звуковой волны имеет отношение к силе звука, которую человеческие органы слуха воспринимают как объём или громкость звука. Люди могут воспринимать достаточно широкий спектр громкости звука: от капающего крана в тихой квартире, и до музыки, звучащей на концерте. Для измерения громкости используются фонометры (показатели в децибелах), в которых используется логарифмическая шкала чтобы сделать измерения более удобными.
Фаза звуковой волны
Фазы звуковой волны. Источник изображения: Muz-Flame.ru
Используется для того, чтобы описать свойства двух звуковых волн. Если две волны имеют одинаковую амплитуду и частотность, то говорят, что две звуковые волны находятся в фазе. Фаза измеряется в диапазоне от 0 до 360, где 0 – это значение, показывающее, что две звуковые волны синхронны (в фазе), а 180 – значение, означающее противоположность волн друг к другу (находятся в противофазе). Когда две звуковые волны находятся в фазе, то два звука накладываются и сигналы усиливают друг друга. При совмещении двух сигналов, не совпадающих по амплитуде, из-за разницы давления идёт подавление сигналов, что приводит к нулевому результату, то есть звук исчезает. Этот феномен известен как “подавление фазы”.
При совмещении двух одинаковых аудио сигналов – подавление фазы может стать серьёзной проблемой, так же огромной неприятностью является совмещение оригинальной звуковой волны с волной, отражённой от поверхностей в акустической комнате. Например, когда совмещают левый и правый каналы стерео микшера, чтобы получить гармоничную запись, сигнал может страдать от подавления фаз.
Что такое децибел?
В децибелах измеряется уровень звукового давления или электрического напряжения. Это такая единица, которая показывает коэффициент отношения двух разных величин друг к другу. Бел (названный в честь американского ученого Александра Белла) является десятичным логарифмом, отражающим соотношение двух разных сигналов друг к другу. Это означает, что для каждого последующего бела в шкале, принимаемый сигнал в десять раз мощнее. Например, звуковое давление громкого звука в миллиарды раз выше, чем у тихого. Для того чтобы отображать такие большие величины, стали использовать относительную величину децибел (дБ) – при этом 1.000.000.000 – это 109, или просто 9. Принятие физиками акустиками данной величины позволило сделать работу с огромными числами удобнее.
Шкала громкости различных звуков. Источник изображения: Nauet.ru
На практике получается так, что бел является слишком большой единицей для измерения уровня звука, поэтому вместо него стали использовать децибел, что составляет одну десятую от бела. Нельзя сказать, что применение децибелов вместо белов – это как использование, скажем, сантиметров вместо метров для обозначения размера обуви, белы и децибелы — относительные величины.
Из выше сказанного понятно, что уровень звука принято измерять в децибелах. Некоторые эталоны уровня звука используются в акустике на протяжении многих лет, начиная со времён изобретения телефона, и по сей день. Большинство этих эталонов сложно применить относительно современного оборудования, они используются только для устаревших единиц техники. На сегодняшний день на оборудовании в студиях звукозаписи и вещания используется такая единица, как дБu (децибел относительно уровня 0,775 В), а в бытовой аппаратуре – дБВ (децибел, отсчитываемый относительно уровня 1 В). В цифровой аудио аппаратуре для измерения мощности звука применяется дБFS (децибел полной шкалы).
дБм – “м” обозначает милливатты (мВт), данная единица измерения используется для обозначения электрической мощности. Следует отличать мощность от электрического напряжения, хотя эти два понятия тесно связаны друг с другом. Единицу измерения дБм начали использовать ещё на заре внедрения телефонных коммуникаций, на сегодняшний день её тоже используют в профессиональной аппаратуре.
дБu — в данном случае измеряется напряжение (вместо мощности) относительно эталонного нулевого уровня, за эталонный уровень принято считать 0,75 вольт. В работе с современной профессиональной аудио аппаратуре дБu заменён на дБм. В качестве единицы измерения в сфере звукотехники было удобнее использовать дБu раньше, когда для оценки уровня сигнала было важнее считать электрическую мощность, а не его напряжение.
дБВ – в основе данной единицы измерения так же лежит эталонный нулевой уровень (как и в случае с дБu), однако за эталонный уровень принимают 1 В, что является более удобным, чем цифра 0,775 В. Данная единица измерения звука часто используется для бытовой и полу профессиональной аудио аппаратуры.
дБFS – данная оценка уровня сигнала широко используется в цифровой звукотехнике и сильно отличается от указанных выше единиц измерения. FS (full scale) – полная шкала, которая используется из-за того, что, в отличие от аналогового звукового сигнала, которое имеет оптимальное напряжение, весь диапазон цифровых значений одинаково приемлем при работе с цифровым сигналом. 0 дБFS – это максимально возможный уровень цифрового звукового сигнала, который можно записать без искажения. У аналоговых стандартов измерения таких, как дБu и дБВ, после уровня 0 дБFS нет запаса по динамическому диапазону.
Если Вам понравилась статья , поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП . Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
Источник
Источники звука. Звуковые колебания
Человек живёт в мире звуков. Звук для
человека является источником информации. Он предостерегает людей об опасности.
Звук в виде музыки, пения птиц доставляет нам удовольствие. Нам приятно слушать
человека с приятным голосом. Звуки важны не только для человека, но и для
животных, которым хорошее улавливание звука помогает выжить.
Звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах,
жидкостях, твердых телах, которые невидимы, но воспринимаемые
человеческим ухом (волна воздействует на барабанную перепонку уха). Звуковая
волна является продольной волной сжатия и разрежения.
Причина звука – вибрация (колебания) тел, хотя эти
колебания зачастую незаметны для нашего глаза.
КАМЕРТОН – это U-образная металлическая пластина, концы которой могут
колебаться после удара по ней. Издаваемый камертоном звук очень слабый и
его слышно лишь на небольшом расстоянии. Резонатор – деревянный ящик, на
котором можно закрепить камертон, служит для усиления звука. Излучение звука
при этом происходит не только с камертона, но и с поверхности резонатора. Однако
длительность звучания камертона на резонаторе будет меньше, чем без него.
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.
Источник звука –
это обязательно колеблющиеся тела. Например, струна на гитаре в обычном
состоянии не звучит, но стоит нам заставить ее совершать колебательные движения,
как возникает звуковая волна.
Однако опыт
показывает, что не всякое колеблющееся тело является источником звука.
Например, не издает звук грузик, подвешенный на нити. Источники звука – физические тела, которые колеблются, т.е.
дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Такие
волны называются звуковыми. Вибрирующее
тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным,
например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или жидким,
например, волны на воде.
Колебания с
частотой меньше 16 Гц называется инфразвуком. Колебания с частотой
больше 20000 Гц называются ультразвуком.
Звуковая
волна (звуковые
колебания) – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул
вещества (например, воздуха). Давайте представим себе, каким образом происходит
распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений
(например, в результате колебаний диффузора громкоговорителя или гитарной
струны), вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке
пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в
процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее
окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает
избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке,
происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в
другую. Этот процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой
волны. Тело, создающее возмущение (колебания) воздуха, называют источником
звука.
Привычное
для всех нас понятие «звук» означает всего лишь воспринимаемый слуховым
аппаратом человека набор звуковых колебаний. О том, какие колебания человек
воспринимает, а какие нет, мы поговорим позднее.
Характеристики звука.
Звуковые
колебания, а также вообще все колебания, как известно из физики,
характеризуются амплитудой (интенсивностью), частотой и фазой.
Звуковая волна может проходить самые
различные расстояния. Орудийная стрельба слышна на 10-15 км, ржание лошадей и
лай собак – на 2-3 км, а шепот всего на несколько метров. Эти звуки передаются
по воздуху. Но проводником звука может быть не только воздух.
Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум
приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит
металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Вода тоже хорошо проводит
звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни,
как шумит во время прибоя галька.
Свойство воды – хорошо проводить звук –
широко используется для разведки в море во время войны, а также для измерения
морских глубин.
Необходимое условие распространения звуковых
волн – наличие материальной среды. В вакууме звуковые волны не
распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от
источника колебаний.
Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы
царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно
наблюдателю.
В отношении
звуковых волн очень важно упомянуть такую характеристику, как скорость
распространения.
В каждой среде звук распространяется с
разной скоростью.
Скорость звука в воздухе – приблизительно
340 м/с.
Скорость звука в воде — 1500 м/с.
Скорость звука в металлах, в стали — 5000
м/с.
В теплом воздухе скорость звука больше, чем
в холодном, что приводит к изменению направления распространения звука.
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.
За единицу
громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра
Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1 Б, если его
мощность в 10 раз больше порога слышимости.
На практике
громкость измеряют в децибелах (дБ).
1 дБ = 0,1Б. 10 дБ – шепот; 20–30 дБ – норма шума в жилых
помещениях;
50 дБ – разговор
средней громкости;
70 дБ – шум
пишущей машинки;
80 дБ – шум
работающего двигателя грузового автомобиля;
120 дБ – шум
работающего трактора на расстоянии 1 м
130 дБ – порог
болевого ощущения.
Звук громкостью
свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной
перепонки.
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.
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.
Согласно легенде,
Пифагор все музыкальные звуки расположил в ряд, разбив этот ряд на части – октавы,
– а
октаву – на 12 частей (7 основных тонов и 5 полутонов). Всего насчитывается
10 октав, обычно при исполнении музыкальных произведений используются 7–8
октав. Звуки частотой более 3000 Гц в качестве музыкальных тонов не
используются, они слишком резки и пронзительны.
Источник