Surse de sunet. Vibrații sonore
Omul trăiește în lumea sunetelor. Sunetul pentru o persoană este o sursă de informații. El avertizează oamenii de pericol. Sunetul sub formă de muzică, cântecul păsărilor ne face plăcere. Ne bucurăm să auzim o persoană cu o voce plăcută. Sunetele sunt importante nu numai pentru oameni, ci și pentru animale, pentru care o bună captare a sunetului ajută la supraviețuire.
Sunetsunt unde elastice mecanice care se propagă în gaze, lichide, solide, care sunt invizibile, dar percepute de urechea umană (unda afectează timpanul). Unda sonoră este o undă longitudinală de compresie și rarefacție.
Cauza sunetului- vibrația (oscilațiile) corpurilor, deși aceste vibrații sunt adesea invizibile pentru ochii noștri.
FURCULIŢĂ- Acest Placa metalica in forma de U, ale căror capete pot oscila după lovirea lui. Publicat diapazon Sunetul este foarte slab și poate fi auzit doar la mică distanță. Rezonator- o cutie de lemn pe care se poate fixa un diapazon, serveste la amplificarea sunetului. În acest caz, emisia de sunet are loc nu numai de la diapazon, ci și de la suprafața rezonatorului. Cu toate acestea, durata sunetului diapazonului de pe rezonator va fi mai mică decât fără acesta.
Dacă creăm un vid, vom putea distinge sunetele? Robert Boyle a pus un ceas într-un vas de sticlă în 1660. Când a pompat aerul, nu a auzit niciun sunet. Experiența demonstrează asta este nevoie de un mediu pentru a propaga sunetul.
Sunetul se poate propaga și în medii lichide și solide. Sub apă se aud clar impactul pietrelor. Pune ceasul la un capăt al plăcii de lemn. Punând urechea la celălalt capăt, puteți auzi clar ticăitul ceasului.
Sursa sunetului este în mod necesar un corp oscilant. De exemplu, o coardă de pe o chitară nu sună în starea sa normală, dar de îndată ce o facem să oscileze, apare o undă sonoră.
Cu toate acestea, experiența arată că nu orice corp care vibra este o sursă de sunet. De exemplu, o greutate suspendată pe un fir nu scoate niciun sunet. Surse de sunet- corpuri fizice care oscileaza, i.e. tremură sau vibrează la o frecvență de 16 până la 20.000 de ori pe secundă. Astfel de unde se numesc sunet.Corpul care vibra poate fi solid, cum ar fi o sfoară sau scoarța terestră, gazos, cum ar fi un jet de aer în instrumentele muzicale de suflat, sau lichid, cum ar fi valurile pe apă.
Se numesc oscilații cu o frecvență mai mică de 16 Hz infrasunete. Se numesc oscilații cu o frecvență mai mare de 20.000 Hz ecografie.
Unda de sunet(vibrațiile sonore) sunt vibrații mecanice ale moleculelor unei substanțe (de exemplu, aer) transmise în spațiu. Să ne imaginăm cum se propagă undele sonore în spațiu. Ca urmare a unor perturbații (de exemplu, ca urmare a vibrațiilor unui con de difuzor sau a unei corzi de chitară) care provoacă mișcare și vibrații ale aerului într-un anumit punct din spațiu, în acest loc are loc o cădere de presiune, deoarece aerul este comprimat în timpul mișcării, rezultând o presiune excesivă.împingerea straturilor de aer din jur. Aceste straturi sunt comprimate, ceea ce la rândul său creează din nou presiune în exces, afectând straturile de aer învecinate. Deci, ca de-a lungul unui lanț, perturbația inițială în spațiu este transmisă dintr-un punct în altul. Acest proces descrie mecanismul de propagare a undelor sonore în spațiu. Un corp care creează o perturbare (vibrație) aerului se numește sursa de sunet.
Conceptul familiar pentru noi toți sunet"înseamnă doar un set de vibrații sonore percepute de aparatul auditiv uman. Despre ce vibrații le percepe o persoană și care nu, vom vorbi mai târziu.
Caracteristicile sunetului.
Vibrațiile sonore, precum și toate vibrațiile în general, așa cum se știe din fizică, sunt caracterizate prin amplitudine (intensitate), frecvență și fază.
O undă sonoră poate parcurge o mare varietate de distanțe. Trage de tun se aude la 10-15 km, nechezat de cai și lătrat de câini - la 2-3 km, iar șoapta este la doar câțiva metri. Aceste sunete sunt transmise prin aer. Dar nu numai aerul poate fi conductor de sunet.
Punându-ți urechea pe șine, poți auzi zgomotul unui tren care se apropie mult mai devreme și la o distanță mai mare. Aceasta înseamnă că metalul conduce sunetul mai repede și mai bine decât aerul. Apa conduce, de asemenea, bine sunetul. După ce te-ai scufundat în apă, poți auzi clar cum pietrele se ciocnesc unele de altele, cum pietricelele foșnesc în timpul surfului.
Proprietatea apei - de a conduce bine sunetul - este utilizată pe scară largă pentru recunoașterea pe mare în timpul războiului, precum și pentru măsurarea adâncimii mării.
O condiție necesară pentru propagarea undelor sonore este prezența unui mediu material. În vid, undele sonore nu se propagă, deoarece nu există particule care să transmită interacțiunea de la sursa de vibrații.
Prin urmare, pe Lună, din cauza absenței unei atmosfere, domnește liniștea deplină. Nici măcar căderea unui meteorit pe suprafața sa nu este audibilă de observator.
În ceea ce privește undele sonore, este foarte important să menționăm o asemenea caracteristică precum viteza de propagare.
Sunetul se deplasează la viteze diferite în fiecare mediu.
Viteza sunetului în aer este de aproximativ 340 m/s.
Viteza sunetului în apă este de 1500 m/s.
Viteza sunetului în metale, în oțel este de 5000 m/s.
În aerul cald, viteza sunetului este mai mare decât în aerul rece, ceea ce duce la o schimbare a direcției de propagare a sunetului.
Ton, ton și volum
Sunetele sunt diferite. Pentru caracterizarea sunetului se introduc cantități speciale: volumul, înălțimea și timbrul sunetului.
Intensitatea sunetului depinde de amplitudinea oscilațiilor: cu cât amplitudinea oscilațiilor este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic. În plus, percepția sunetului de către urechea noastră depinde de frecvența vibrațiilor în unda sonoră. Undele de frecvență mai înaltă sunt percepute ca fiind mai puternice.
Unitatea de volum a sunetului este 1 Bel (în onoarea lui Alexander Graham Bell, inventatorul telefonului). Puterea unui sunet este de 1 B dacă puterea lui este de 10 ori pragul audibilității.
În practică, zgomotul este măsurat în decibeli (dB).
1 dB = 0,1B. 10 dB - șoaptă; 20–30 dB - standard de zgomot în spații rezidențiale;
50 dB - conversație de volum mediu;
70 dB - zgomot mașină de scris;
80 dB - zgomotul unui motor de camion în funcțiune;
120 dB - zgomotul unui tractor care funcționează la o distanță de 1 m
130 dB - pragul durerii.
Sunetul peste 180 dB poate provoca chiar o ruptură a timpanului.
frecvența sunetului Unda unghiulară determină pasul. Cu cât frecvența de vibrație a sursei de sunet este mai mare, cu atât sunetul produs de aceasta este mai mare. Vocile umane sunt împărțite în mai multe intervale în funcție de înălțimea lor.
Sunete din diferite x surse este un set de oscilații armonice de diferite frecvențe. Cele mai multe componenteultima perioadă (frecvența cea mai joasă) se numește ton fundamental. Restul componentelor sunetului sunt armături. Un set de aceste componente creează o culoareku, timbrul sunetului. Totalitatea tonurilor din vocile diferitelor persoane este cel puțin puțin, dar diferită,aceasta definește tonul vocea.
Potrivit legendei, Pitago p toate sunete muzicale aranjate la rând, rupându-seaceastă serie în părți - octave, - și
octava - în 12 părți (7 principalenou și 5 semitonuri). Există 10 octave în total, de obicei se folosesc 7-8 octave la interpretarea lucrărilor muzicale. Sunetele cu o frecvență mai mare de 3000 Hz nu sunt folosite ca tonuri muzicale, sunt prea dure și pătrunzătoare.
Înainte de a înțelege ce sunt sursele de sunet, gândiți-vă ce este sunetul? Știm că lumina este radiație. Reflectată de obiecte, această radiație intră în ochii noștri și o putem vedea. Gustul și mirosul sunt particule mici ale corpului care sunt percepute de receptorii noștri respectivi. Ce fel de sunet este acest animal?
Sunetele sunt transmise prin aer
Trebuie să fi văzut cum se cântă la chitară. Poate că tu însuți știi cum să o faci. Este important ca corzile să emită un sunet diferit în chitară atunci când sunt trase. În regulă. Dar dacă ai putea pune chitara în vid și ai trage corzile, atunci ai fi foarte surprins că chitara nu ar scoate niciun sunet.
Astfel de experimente au fost efectuate cu o mare varietate de corpuri, iar rezultatul a fost întotdeauna același - nu se auzea niciun sunet în spațiul fără aer. De aici rezultă o concluzie logică, sunetul este transmis prin aer. Prin urmare, sunetul este ceva ce se întâmplă cu particulele de substanțe din aer și corpurile producătoare de sunet.
Surse de sunet - corpuri vibratoare
Mai departe. Ca rezultat al unei largi varietati de numeroase experimente, a fost posibil să se stabilească că sunetul apare din cauza vibrației corpurilor. Sursele de sunet sunt corpuri care vibrează. Aceste vibrații sunt transmise de moleculele de aer și urechea noastră, percepând aceste vibrații, le interpretează în senzații sonore care ne sunt de înțeles.
Nu este greu să verifici asta. Luați un pahar sau un pahar de cristal și puneți-l pe masă. Loviți ușor cu o lingură de metal. Veți auzi un sunet lung și subțire. Acum atingeți paharul cu mâna și atingeți din nou. Sunetul se va schimba și va deveni mult mai scurt.
Și acum lăsați mai multe persoane să își înfășoare brațele în jurul paharului cât mai complet posibil, împreună cu piciorul, încercând să nu lase o singură zonă liberă, cu excepția unui loc foarte mic pentru a lovi cu lingura. Lovi din nou paharul. Cu greu vei auzi niciun sunet, iar cel care va fi se va dovedi a fi slab și foarte scurt. Ce spune?
În primul caz, după impact, sticla a oscilat liber, vibrațiile sale s-au transmis prin aer și au ajuns la urechile noastre. În al doilea caz, majoritatea vibrațiilor au fost absorbite de mâna noastră, iar sunetul a devenit mult mai scurt, pe măsură ce vibrațiile corpului au scăzut. În al treilea caz, aproape toate vibrațiile corpului au fost absorbite instantaneu de mâinile tuturor participanților, iar corpul aproape că nu a oscilat și, în consecință, aproape niciun sunet nu a fost emis.
Același lucru este valabil și pentru toate celelalte experimente la care te poți gândi și rula. Vibrațiile corpurilor, transmise moleculelor de aer, vor fi percepute de urechile noastre și interpretate de creier.
Vibrații sonore de diferite frecvențe
Deci sunetul este vibrație. Sursele de sunet ne transmit vibrațiile sonore prin aer. Atunci de ce nu auzim toate vibrațiile tuturor obiectelor? Pentru că vibrațiile vin în frecvențe diferite.
Sunetul perceput de urechea umană este vibrații sonore cu o frecvență de aproximativ 16 Hz până la 20 kHz. Copiii aud sunete cu frecvențe mai înalte decât adulții, iar intervalele de percepție ale diferitelor ființe vii diferă în general foarte mult.
Urechile sunt un instrument foarte delicat și delicat dat de natură, așa că ar trebui să aveți grijă de el, deoarece nu există înlocuitori sau analogi în corpul uman.
Sunet După cum ne amintim, sunt unde longitudinale elastice. Și undele sunt generate de obiectele oscilante.
Exemple de surse de sunet: riglă oscilantă, al cărei capăt este prins, corzi vibrante, membrană difuzor.
Dar nu întotdeauna obiectele oscilante generează un sunet audibil de ureche - dacă frecvența oscilațiilor lor este sub 16 Hz, atunci ele generează infrasunete, iar dacă este mai mare de 20 kHz, atunci ecografie.
Ultrasunetele și infrasunetele - din punct de vedere al fizicii, aceleași vibrații elastice ale mediului ca sunetul obișnuit, dar urechea nu este capabilă să le perceapă, deoarece aceste frecvențe sunt prea departe de frecvența de rezonanță a membranei timpanice (membrana pur și simplu nu poate oscila cu o astfel de frecvență).
Sunetele de înaltă frecvență sunt resimțite mai subtile, sunetele de frecvență joasă mai slabe.
Dacă un sistem oscilator efectuează oscilații armonice de aceeași frecvență, atunci sunetul său este numit ton pur. De obicei, sursele de sunet emit sunete de mai multe frecvențe simultan - atunci se numește frecvența cea mai joasă tonul principal, iar restul se numesc acorduri. Hartonurile determină timbru sunet - datorită lor putem distinge cu ușurință un pian de o vioară, chiar și atunci când frecvența lor fundamentală este aceeași.
Volum sunetul este o senzație subiectivă care vă permite să comparați sunetele ca „mai tare” și „mai puțin tare”. Loudness depinde de mulți factori - este frecvența, durata, caracteristicile individuale ale ascultătorului. Dar mai ales depinde de presiunea sonoră, care este direct legată de amplitudinea vibrațiilor obiectului care emite sunet.
Se numește unitatea de măsură pentru volum vis.
În problemele practice, se folosește de obicei o cantitate, numită nivelul volumului sau nivelul de presiune al sunetului. Această valoare este măsurată în alb [B] sau, mai des, decibeli [dB].
Această valoare este legată logaritmic de presiunea sonoră - adică o creștere de 10 ori a presiunii crește nivelul volumului cu 1 dB.
Sunetul răsfoit printr-un ziar este de aproximativ 20 dB, un ceas cu alarmă este de 80 dB, sunetul unui avion care decolează este de 100-120 dB (în pragul durerii).
Una dintre aplicațiile neobișnuite ale sunetului (mai precis, ultrasunetele) este ecolocatie. Puteți emite un sunet și puteți măsura timpul după care va veni ecoul. Cu cât distanța până la obstacol este mai mare, cu atât întârzierea este mai mare. De obicei, această metodă de măsurare a distanțelor este folosită sub apă, dar liliecii o folosesc direct în aer.
Distanța de ecolocație este definită după cum urmează:
2r=vt, unde v este viteza sunetului în mediu, t este timpul de întârziere înainte de ecou, r este distanța până la obstacol.
Întrebări.
1. Povestește-ne despre experimentele prezentate în figurile 70-73. Ce concluzie rezultă din ele?
În primul experiment (Fig. 70), o riglă metalică prinsă într-o menghină scoate un sunet când vibrează.
În al doilea experiment (Fig. 71), se pot observa vibrațiile coardei, care scoate și un sunet.
În al treilea experiment (Fig. 72) se observă sunetul unui diapazon.
În al patrulea experiment (Fig. 73), vibrațiile diapazonului sunt „înregistrate” pe o placă de funingine. Toate aceste experimente demonstrează natura oscilativă a originii sunetului. Sunetul provine din vibrații. În al patrulea experiment, acest lucru poate fi observat și vizual. Vârful acului lasă o urmă în formă aproape de sinusoid. În acest caz, sunetul nu apare de nicăieri, ci este generat de surse sonore: o riglă, o sfoară, un diapazon.
2. Ce proprietate comună au toate sursele de sunet?
Orice sursă de sunet este obligată să oscileze.
3. Vibrațiile mecanice la ce frecvențe se numesc sunet și de ce?
Vibrațiile sonore se numesc vibrații mecanice cu frecvențe de la 16 Hz la 20.000 Hz, deoarece. în acest interval de frecvenţă sunt percepute de o persoană.
4. Ce vibrații se numesc ultrasonice? infrasunete?
Oscilațiile cu frecvențe mai mari de 20.000 Hz se numesc ultrasonice, iar cele cu frecvențe sub 16 Hz se numesc infrasonice.
5. Spuneți-ne despre măsurarea adâncimii mării folosind ecolocație.
Exerciții.
1. Auzim sunetul batatului aripilor unui tantar zburator. dar o pasăre zburătoare nu. De ce?
Frecvența de oscilație a aripilor unui țânțar este de 600 Hz (600 de lovituri pe secundă), o vrabie este de 13 Hz, iar urechea umană percepe sunete de la 16 Hz.
Cu ajutorul acestei lecții video, puteți învăța subiectul „Surse de sunet. Vibrații sonore. Ton, ton, volum. În această lecție, veți învăța ce este sunetul. Vom lua în considerare și intervalele de vibrații sonore percepute de auzul uman. Să stabilim care poate fi sursa sunetului și ce condiții sunt necesare pentru apariția acestuia. Vom studia, de asemenea, caracteristici ale sunetului precum înălțimea, timbrul și volumul.
Tema lecției este dedicată surselor de sunet, vibrațiilor sonore. Vom vorbi și despre caracteristicile sunetului - înălțimea, volumul și timbrul. Înainte de a vorbi despre sunet, despre unde sonore, să ne amintim că undele mecanice se propagă în medii elastice. O parte a undelor mecanice longitudinale, care este percepută de organele auzului uman, se numește sunet, unde sonore. Sunetul este unde mecanice care sunt percepute de organele auzului uman, care provoacă senzații de sunet. .
Experimentele arată că urechea umană, organele auzului uman percep vibrații cu frecvențe de la 16 Hz la 20.000 Hz. Este acest interval pe care îl numim domeniul de sunet. Desigur, există unde a căror frecvență este mai mică de 16 Hz (infrasunete) și mai mare de 20.000 Hz (ultrasunete). Dar acest interval, aceste secțiuni nu sunt percepute de urechea umană.
Orez. 1. Interval de auz al urechii umane
După cum am spus, zonele de infrasunete și ultrasunete nu sunt percepute de organele auzului uman. Deși pot fi percepute, de exemplu, de unele animale, insecte.
Ce ? Sursele de sunet pot fi orice corp care oscilează cu frecvența sunetului (de la 16 la 20.000 Hz)
Orez. 2. O riglă oscilantă prinsă într-o menghină poate fi o sursă de sunet
Să ne întoarcem la experiență și să vedem cum se formează o undă sonoră. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de o riglă metalică, pe care o prindem într-o menghină. Acum, acționând asupra riglei, putem observa vibrații, dar nu auzim niciun sunet. Și totuși, în jurul riglei se creează o undă mecanică. Rețineți că atunci când rigla se mișcă într-o parte, aici se formează un sigiliu de aer. Pe de altă parte, există și un sigiliu. Între aceste etanșări se formează un vid de aer. undă longitudinală - aceasta este o undă sonoră, constând din etanșări și descărcări de aer. Frecvența de vibrație a riglei în acest caz este mai mică decât frecvența audio, așa că nu auzim acest val, acest sunet. Pe baza experienței pe care tocmai am observat-o, la sfârșitul secolului al XVIII-lea a fost creat un instrument numit diapazon.
Orez. 3. Propagarea undelor sonore longitudinale de la un diapazon
După cum am văzut, sunetul apare ca urmare a vibrațiilor corpului cu o frecvență a sunetului. Undele sonore se propagă în toate direcțiile. Trebuie să existe un mediu între aparatul auditiv uman și sursa undelor sonore. Acest mediu poate fi gazos, lichid, solid, dar trebuie să fie particule capabile să transmită vibrații. Procesul de transmitere a undelor sonore trebuie neapărat să aibă loc acolo unde există materie. Dacă nu există substanță, nu vom auzi niciun sunet.
Pentru ca sunetul să existe:
1. Sursa de sunet
2. miercuri
3. Aparatură auditivă
4. Frecventa 16-20000Hz
5. Intensitate
Acum să trecem la discutarea caracteristicilor sunetului. Primul este pitch-ul. Tonalitatea sunetului - caracteristică, care este determinată de frecvența oscilației. Cu cât frecvența corpului care produce vibrații este mai mare, cu atât sunetul va fi mai mare. Să ne întoarcem din nou la riglă, prinsă într-o menghină. După cum am spus deja, am văzut vibrațiile, dar nu am auzit sunetul. Dacă acum lungimea riglei este mai mică, atunci vom auzi sunetul, dar va fi mult mai dificil să vedem vibrațiile. Uită-te la linie. Dacă acţionăm acum asupra lui, nu vom auzi niciun sunet, dar observăm vibraţii. Dacă scurtăm rigla, vom auzi un sunet de o anumită înălțime. Putem face lungimea riglei și mai scurtă, apoi vom auzi sunetul de înălțime și mai mare (frecvență). Același lucru îl putem observa cu diapazonele. Dacă luăm un diapazon mare (se mai numește și diapazon demonstrativ) și lovim picioarele unui astfel de diapazon, putem observa oscilația, dar nu vom auzi sunetul. Dacă luăm un alt diapazon, atunci, lovindu-l, vom auzi un anumit sunet. Și următorul diapazon, un adevărat diapazon, care este folosit pentru a acorda instrumente muzicale. Produce un sunet corespunzător notei la sau, după cum se spune, 440 Hz.
Următoarea caracteristică este timbrul sunetului. Timbru numită culoare sonoră. Cum poate fi ilustrată această caracteristică? Timbre este diferența dintre două sunete identice redate de instrumente muzicale diferite. Știți cu toții că avem doar șapte note. Dacă auzim aceeași notă A, luată la vioară și la pian, atunci le vom distinge. Putem spune imediat ce instrument a creat acest sunet. Această caracteristică - culoarea sunetului - este cea care caracterizează timbrul. Trebuie spus că timbrul depinde de ce vibrații sonore sunt reproduse, pe lângă tonul fundamental. Faptul este că vibrațiile sonore arbitrare sunt destul de complexe. Ele constau dintr-un set de vibrații individuale, spun ei spectrul de vibrații. Este reproducerea vibrațiilor suplimentare (harmonice) care caracterizează frumusețea sunetului unei anumite voci sau instrument. Timbru este una dintre principalele și izbitoare manifestări ale sunetului.
O altă caracteristică este volumul. Puterea sunetului depinde de amplitudinea vibrațiilor. Să aruncăm o privire și să ne asigurăm că volumul este legat de amplitudinea vibrațiilor. Deci, să luăm un diapazon. Să facem următoarele: dacă loviți slab diapazonul, atunci amplitudinea oscilației va fi mică și sunetul va fi liniștit. Dacă acum diapazonul este lovit mai tare, atunci sunetul este mult mai puternic. Acest lucru se datorează faptului că amplitudinea oscilațiilor va fi mult mai mare. Percepția sunetului este un lucru subiectiv, depinde de cum este aparatul auditiv, cum este starea de bine a persoanei.
Lista literaturii suplimentare:
Sunteți familiarizat cu sunetul? // Quantum. - 1992. - Nr 8. - C. 40-41. Kikoin A.K. Despre sunetele muzicale și sursele lor // Kvant. - 1985. - Nr 9. - S. 26-28. Manual elementar de fizică. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.
