§ 25. Акустичні та фізіологічні характеристики звуку

Акустичні (фізичні) та фізіологічні характеристики звуку. Як ви вже знаєте, звук — це механічна хвиля, яка описується певними фізичними величинами. У той же час, звук — це окремий діапазон механічних хвиль, які може відчувати людина завдяки органам слуху. Тому розрізняють акустичні (фізичні) та фізіологічні характеристики звуку.

До фізичних параметрів звуку належать частота й амплітуда. Основними фізіологічними характеристиками звуку є висота та гучність. (Існують й інші характеристики звуку, такі як тембр звуку, тони й обертони, гармоніки, тривалість тощо.)

Щодо частоти звуку, то як ви вже знаєте, людина сприймає механічні коливання як звук за умови, що частота хвилі коливається в межах від 16 до 20 000 Гц. Коливання, частота яких менша від 16 Гц, називають інфразвуком, а коливання із частотами, більшими за 20 000 Гц, — ультразвуком (мал. 173, с. 122).

Мал. 173. Шкала частоти коливань звукових хвиль

Із частотою звуку пов’язана фізіологічна характеристика, яку називають висотою звуку (тоном).

Для унаочнення поняття висоти звуку можна здійснити такий дослід. Візьміть невеличку трубку, закрийте один з її отворів і подуйте біля другого отвору. Матимете свищик, який дає звук певної висоти. Якщо хочете змінити висоту звуку, вставте у трубку поршень. Тепер можна змінювати висоту стовпчика повітря в трубці й одержувати звук різної частоти, а отже, й різної висоти звуку. Спробуйте встановити залежність між висотою звуку й висотою стовпчика повітря.

Отже, більшій частоті відповідає більша висота звуку (мал. 174).

Мал. 174. Висота звуку визначається частотою звукової хвилі

З амплітудою звукових коливань пов’язана інша фізіологічна характеристика, яку називають гучністю звуку. Що більшою є амплітуда коливань, то гучніший звук (мал. 175).

Мал. 175. Гучність звуку визначається амплітудою звукової хвилі

Одиницею гучності звуку є децибел. (1 дБ). Вона названа на честь американського вченого Александера Грейама Белла — винахідника телефону та слухового апарата для людей із вадами слуху.

Проте, як було сказано, гучність звуку є фізіологічною величиною й один і той самий звук одній людині може здаватися гучним, а іншій — тихим. Гучність звуку визначається середнім тиском звукової хвилі на органи слуху людини, тому є поняттям суб’єктивним.

Гучність звуку шелесту листя оцінюється в 10 дБ, шепоту — 20 дБ, вуличного шуму — 70 дБ. Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою й викликає больові відчуття.

Мал. 176. Межі сприйняття людиною звуків різної гучності й частоти

Сприймання звуку людиною. Вухо є надзвичайно чутливим приймачем звуку, який працює в дуже широкому діапазоні частот й амплітуд. Чутливість вуха є такою, що ми сприймаємо звук уже тоді, коли тиск звукової хвилі дорівнює 10 Па. Чутливість органів слуху людини має нижній і верхній пороги чутності, які визначаються співвідношеннями гучності й частоти звуку. На малюнку 176 (с. 123) зображено межі звукових сигналів різної гучності й частоти, які сприймаються людиною. Кожна окрема крива є кривою однієї і тієї ж гучності. Рожева лінія на малюнку відповідає нижньому порогу чутності, а блакитна — верхньому.

Проаналізувавши малюнок, можна зробити висновок, що нижній поріг чутності має дві ділянки на частотах 4000 і 16 000 Гц, де людське вухо більш чутливе. (До речі, саме на частоті 16 000 Гц пищить комар.)

Ще кілька висновків щодо сприйняття звуків людиною:

• хвилі однакової амплітуди (гучності) людина сприймає, як менш гучні на високих та низьких частотах;
• якщо джерело звуку наближається до спостерігача (мал. 177), то довжина хвилі буде сприйматися спостерігачем меншою, ніж є насправді (звук буде здаватися вищим), і навпаки — при віддаленні джерела звуку спостерігач сприйматиме довжину хвилі більшою (звук буде здаватися нижчим).

Мал. 177. Сприйняття звуку від рухомого джерела

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

• 1. Назвіть акустичні та фізіологічні характеристики звуку.
• 2. Джміль під час польоту «гуде» гучніше, ніж бджола. Хто з комах частіше змахує крилами?
• 3. Чому людина сприймає звуки однакової амплітуди, але різних частот як звуки різної гучності?

joomla templates

• Ко Дню Святого Валентина
• ТЮЗ остается в Макеевке
• С Новым годом
• Гуманитарная помощь
• Театральные встречи
• Открылся 44 театральный сезон.
• Для льготников!artMisto.net Наш бизнес-сообщник artMisto.net. Новое казино “Buddy.Bet” приглашает всех желающих испытать волнение азарта и насладиться широким выбором азартных развлечений.

• Положення про фестиваль
• ТЮЗ – 2007
• ТЮЗ – 2009
• Сведения об участниках фестиваля ТЮЗ-2009
• ТЮЗ-2011
• ПРОГРАМА Третього відкритого фестивалю театрів для дітей та юнацтва «ТЮГ-2011»
• Итоги Третьего открытого фестиваля театров для детей и юношества ТЮЗ-2011
• Пресс-релиз IV Открытого фестиваля театров для детей июношества «ТЮЗ – 2013».
• Итоги IV открытого фестиваля театров для детей и юношества «ТЮЗ – 2013»

Що таке звук: його швидкість, смертельний рівень, частота

1. Що таке звук
2. Частота дискретизації звуку
3. Смертельний рівень звуку
4. Швидкість звуку в км на годину і метри в секунду
5. потужність звуку
6. Висота і нота
7. Властивості і якість звуку
8. кодування звуку
9. формати звуку

У статті ви дізнаєтеся, що таке звук, який його смертельний рівень гучності, а також швидкість в повітрі та інших середовищах. Також поговоримо про частоту, кодування і якість звуку.

Ще розглянемо дискретизацию, формати і потужність звуку. Але спочатку дамо визначення музики, як впорядкованого звуку – протилежність неупорядкованого хаотичного, який ми сприймаємо, як шум.

Що таке звук

Звук – це звукові хвилі, які утворюються в результаті коливань і зміни атмосфери, а також об’єктів навколо нас.

Навіть при розмові ви чуєте свого співрозмовника тому, що він впливає на повітря. Також, коли ви граєте на музичному інструменті, б’єте ви по барабану або смикаєте струну, ви робите цим коливання певної частоти, якої в навколишньому повітрі виробляє звукові хвилі.

Звукові хвилі бувають впорядковані і хаотичні. Коли вони впорядковані і періодичні (повторюються через якийсь проміжок часу), ми чуємо певну частоту або висоту звуку.

Тобто ми можемо визначити частоту, як кількість повторення події в заданий проміжок часу. Таким чином, коли звукові хвилі хаотичні, ми сприймаємо їх як шум.

Але коли хвилі впорядковані і періодично повторюються, то ми можемо виміряти їх кількістю повторюваних циклів в секунду.

Частота дискретизації звуку

Частота дискретизації звуку – це кількість вимірювань рівня сигналу за 1 секунду. Герц (Гц) або Hertz (Hz) – це наукова одиниця виміру, яка визначає кількість повторень якоїсь події в секунду. Цю одиницю ми будемо використовувати!

Частота дискретизації звуку

Напевно, ви дуже часто бачили таку абревіатуру – Гц або Hz. Наприклад, в плагінах еквалайзерів. У них одиницями виміру є герци і кілогерц (тобто 1000 Гц).

Зазвичай людина чує звукові хвилі від 20 Гц до 20 000 Гц (або 20 кГц). Все, що менше 20 Гц – це інфразвук. Все, що більше 20 кГц – це ультразвук.

Давайте я відкрию плагін еквалайзера і покажу вам як це виглядає. Вам, напевно, знайомі ці цифри.

За допомогою еквалайзера ви можете послаблювати або посилювати певні частоти в межах чутного людиною діапазону.

Тут у мене запис звукової хвилі, яка була згенерована на частоті 1000 Гц (або 1 кГц). Якщо збільшити масштаб і подивитися на її форму, то ми побачимо, що вона правильна і повторювані (періодична).

Повторювані (періодична) звукова хвиля

В одній секунді тут відбувається тисяча повторюваних циклів. Для порівняння, давайте подивимося на звукову хвилю, яку ми сприймаємо як шум.

Тут немає якоїсь конкретної повторюється частоти. Також немає певного тону або висоти. Звукова хвиля не впорядкована. Якщо ми поглянемо на форму цієї хвилі, то побачимо, що в ній немає нічого повторюваного або періодичного.

Давайте перейдемо в більш насичену частину хвилі. Ми збільшуємо масштаб і бачимо, що вона не стала.

Невпорядкована хвиля при масштабуванні

Через відсутність циклічності ми не в змозі почути якусь певну частоту в цій хвилі. Тому ми сприймаємо її як шум.

Смертельний рівень звуку

Хочу трохи згадати про смертельний рівень звуку для людини. Він бере свій початок від 180 дБ і вище.

Варто відразу сказати, що за нормативними нормам, безпечним рівнем гучності шуму вважається не більше 55 дБ (децибел) вдень і 40 дБ вночі. Навіть при тривалому впливі на слух, цей рівень не завдасть шкоди.

Рівні гучності звуку (дБ) Визначення Джерело 0 Зовсім Лишня 5 Майже не чути 10 Майже не чути Тихий шелест листя 15 Ледве чутно Шелест листя 20 – 25 Ледве чутно Шепіт людини на відстані 1 метр 30 Тихо Цокання настінного годинника (допустимий максимум за нормами для житлових приміщень вночі з 23 до 7 годин) 35 Досить чутно приглушений розмова 40 Досить чутно Звичайна мова (норма для житлових приміщень днем з 7 до 23 годин) 45 Досить чутно розмова 50 Чітко чути Друкарська машинка 55 Чітко чути розмова (європейська норма для про існих приміщень класу А) 60 Шумно (норма для контор) 65 Шумно Голосна розмова (1м) 70 Шумно Гучні розмови (1м) 75 Шумно Крик і сміх (1м) 80 Дуже шумно Крик, мотоцикл з глушником 85 Дуже шумно Гучний крик, мотоцикл з глушником 90 Дуже шумно Гучні крики, вантажний залізничний вагон (7м) 95 Дуже шумно вагон метро (в 7 метрах зовні або всередині вагона) 100 Вкрай шумно Оркестр, грім (за європейськими нормами, це максимально допустимий звуковий тиск для навушників) 105 Вкрай шумно в старих літаках 110 Вкрай шумно Вертоліт 115 Вкрай шумно піску оструйний апарат (1м) 120-125 Майже нестерпно Відбійний молоток 130 Больовий поріг Літак на старті 135 – 140 Контузія Взлетающий реактивний літак 145 Контузія Старт ракети 150 – 155 Контузія, травми 160 Шок, травма Ударна хвиля від надзвукового літака 165+ Розрив барабанних перетинок і легких 180 + Смерть

Швидкість звуку в км на годину і метри в секунду

Швидкість звуку – це швидкість поширення хвиль в середовищі. Нижче даю таблицю швидкостей поширення в різних середовищах.

0 ºС м / с км / год Повітря 331 1191.6 Водень 1284 4622.4 Азот 334 1202.4 Аміак 415 1494.0 Ацетилен 327 1177.2 Гелій 965 3474.0 Залізо 5950 21420.0 Золото 3240 11664.0 Кисень 316 1137.6 Літій 6000 21600.0 Метан 430 1548.0 Чадний газ 338 1216.8 Неон 435 1566.0 Ртуть 1383 4978.0 Скло 4800 17280.0 Вуглекислий газ 259 932.4 Хлор 206 741.6

Швидкість звуку в повітрі набагато менше ніж в твердих середовищах. А швидкість звуку у воді набагато вище, ніж в повітрі. Складає вона 1430 м / с. У підсумку, поширення йде швидше і чутність набагато далі.

потужність звуку

Потужність звуку – це енергія, яка передається звуковою хвилею через дану поверхню за одиницю часу. Вимірюється в (Вт). Буває миттєве значення і середнє (за період часу).

Давайте продовжимо працювати з визначеннями з розділу теорія музики!

Висота і нота

Висота – це музичний термін, який позначає майже те ж саме, що і частота. Виняток становить те, що вона не має одиниці виміру. Замість того щоб визначати звук кількістю циклів в секунду в діапазоні 20 – 20 000 Гц, ми позначаємо певні значення частот латинськими буквами.

Музичні інструменти виробляють періодичні звукові хвилі правильної форми, які ми називаємо тонами або нотами.

Тобто іншими словами, нота – це свого роду моментальний знімок періодичної звукової хвилі певної частоти. Висота цієї ноти говорить нам про те, наскільки нота висока або низька за своїм звучанням. При цьому більш низькі ноти мають довші хвилі. А високі, більш короткі.

Давайте подивимося на звукову хвилю в 1 кГц. Зараз я збільшу масштаб, і ви побачите яка відстань між циклами.

Звукова хвиля в 1 кГц

Тепер давайте поглянемо на хвилю в 500 Гц. Тут частота в 2 рази менше і відстань між циклами більше.

Звукова хвиля в 500 Гц

Тепер візьмемо хвилю в 80 Гц. Тут буде ще ширше і висота набагато нижче.

Ми бачимо взаємозв’язок між висотою звуку і формою його хвилі.

Кожна музична нота заснована на одній основоположною частоті (основному тоні). Але крім тону в музиці складається і з додаткових резонансних частот або обертонів.

Давайте я покажу вам ще один приклад!

Нижче хвиля в 440 Гц. Це стандарт в світі музики для настроювання інструментів. Відповідає він ноті ля.

Чистий звукова хвиля в 440 Гц

Ми чуємо тільки основний тон (чисту звукову хвилю). Якщо збільшити масштаб, то побачимо, що вона періодична.

А тепер давайте подивимося на хвилю тієї ж частоти, але зіграну на піаніно.

Періодичний звук піаніно

Подивіться, вона теж періодична. Але в ній є невеликі доповнення і нюанси. Всі вони в сукупності і дають нам поняття про те, як звучить піаніно. Але крім цього, обертони обумовлюють і той факт, що одні ноти матимуть більшу спорідненість до даної ноті ніж інші.

Для прикладу можна зіграти ту ж саму ноту, але на октаву вище. За звучанням буде зовсім інакше. Однак вона буде спорідненої попередньої ноті. Тобто це та сама нота, тільки зіграна на октаву вище.

Така родинний зв’язок двох нот в різних октавах обумовлена ​​наявністю обертонів. Вони постійно присутні і визначають наскільки близько чи віддалено певні ноти пов’язані один з одним.

Зараз я покажу вам за допомогою нотного редактора. Тут ми бачимо, як записується нота ля.

Чим вище нота розташовується на нотному стані , Тим вище її висота. Чим нижче розташована нота, тим нижче висота її звуку.

Крім традиційного уявлення нот на нотному стані, в сучасних музичних редакторах ви можете зустріти іншу систему запису і редагування нот. Найчастіше вона являє собою піаніно сітку або таблицю.

Зліва ми бачимо клавіатуру піаніно. А справа, що відповідають кожній ноті, прямокутники.

В принципі, така система не відрізняється від класичної вище. Просто спосіб представлення висоти нот реалізований по-іншому. Точно також, коли ми говоримо 440 Гц або ля, ми маємо одну і ту ж висоту або частоту звуку.

Властивості і якість звуку

Властивості звуку – це його фізичні особливості, які можна виміряти. Сюди входить частота коливань, їх тривалість і амплітуда. Ще відноситься і склад коливань. Тобто поєднання найпростіших коливань в складне.

А ось відображення фізичних властивостей в наших відчуттях (то, що ми відчуваємо) називається якістю звуку. Так само як висота і тривалість звуку. А також гучність і тембр.

Висота звуку залежить від частоти коливань. Чим частіше коливання, тим вище звук. Чим рідше коливання, тим нижче звук.

Тривалість залежить від тривалості коливань.

Гучність залежить від амплітуди коливань. Наприклад, після удару по гітарної струні, можна побачити, що вона почне коливатися в різні боки. Чим ширше ці коливання, тим голосніше звук. Ширина цього розмаху називається амплітудою коливань.

Якщо сильно вдаримо по струні, то амплітуда буде великий. Відповідно, ми почуємо гучний звук. Якщо легенько чіпатимемо пальцем струну, то амплітуда буде маленькою. В такому випадку, звук буде тихим.

Тембр – це обертонового забарвлення звуку. Вона дозволяє нам розрізняти звуки однієї висоти, але виконані різними інструментами або голосами.

кодування звуку

Кодування звуку – це процес перетворення коливань повітря в коливання електричного струму з подальшою дискретизацией аналогового сигналу. Тобто таке кодування необхідно нам для подальшої роботи зі звуком вже на комп’ютері.

А оскільки ми на ПК не можемо працювати з аналоговим сигналом, в такому випадку ми повинні перетворити його в цифровий. Так ми можемо наприклад, за допомогою спеціальних комп’ютерних програм для створення звуку працювати з самим сигналом.

Для перетворення сигналу використовуються спеціальні аналого-цифрові перетворювачі (АЦП). У комп’ютері це зазвичай звукові карти .

формати звуку

Формати звуку призначені для подання аудіо даних з подальшим зберіганням на електронних носіях. Є три основні групи:

1. формат звуку із стисненням і втратами якості (MP3, Ogg)
2. із стисненням без втрат (APE, Flac)
3. без стиснення (WAW, AIFF)

Тепер ви знаєте, що таке звук і які його характеристики. Також ми додатково розглянули такі поняття, як частота, висота і нота. А також як вони співвідносяться один з одним.

Уважаемые зрители!

Коллектив Донецкого академического русского театра юного зрителя приглашает Вас каждую субботу в 15.00 на спектакли для взрослых зрителей, каждое воскресенье в 11.00 на музыкальные сказки для детей!

ВНИМАНИЕ! Лучшие спектакли нашего репертуара, доступные цены (15 – 20 грн. на представления для детей, 30-45 грн. – для взрослых), удобное время, комфорт и радушная театральная атмосфера!