Naša percepcija visine zvuka i njegovih drugih svojstava određena je karakteristikama akustičnog talasa. To su iste karakteristike koje su svojstvene svakom mehaničkom valu, a to su period, frekvencija, amplituda oscilacija. Subjektivni osjećaji zvuka ne zavise od dužine i brzine vala. U članku ćemo analizirati fiziku zvuka. Visina i tembar - kako se određuju? Zašto neke zvukove doživljavamo kao glasne, a druge kao tihe? Odgovori na ova i druga pitanja biće dati u članku.
Pitch
Šta određuje visinu? Da bismo ovo razumjeli, napravimo jednostavan eksperiment. Uzmimo fleksibilno dugačko ravnalo, po mogućnosti aluminijsko.
Pritisnimo ga na sto, snažno gurajući ivicu. Udarimo prstom slobodnu ivicu lenjira - ono će zadrhtati, ali će njegovo kretanje biti tiho. Sada pomaknimo ravnalo bliže nama, tako da njegov manji dio viri izvan ruba stola. Udarimo ponovovladar. Njegova ivica će vibrirati mnogo brže i sa manjom amplitudom, a mi ćemo čuti karakterističan zvuk. Zaključujemo da da bi se zvuk pojavio, frekvencija oscilovanja mora biti barem određena vrijednost. Donja granica opsega audio frekvencija je 20 Hz, a gornja granica je 20.000 Hz.
Nastavimo eksperiment. Još više skratite slobodnu ivicu ravnala, ponovo ga pokrenite. Primjetno je da se zvuk promijenio, postao je viši. Šta eksperiment pokazuje? On dokazuje zavisnost visine zvuka od frekvencije i amplitude oscilacija njegovog izvora.
Jačina zvuka
Za proučavanje glasnoće koristićemo viljušku za podešavanje - poseban alat za proučavanje svojstava zvuka. Postoje tuning viljuške sa različitim dužinama nogu. Vibriraju kada se udare čekićem. Velike viljuške za podešavanje osciliraju sporije i proizvode slab zvuk. Mali vibriraju često i razlikuju se po visini.
Udarimo viljušku za podešavanje i slušamo. Zvuk vremenom slabi. Zašto se ovo dešava? Jačina zvuka je oslabljena zbog smanjenja amplitude oscilacije nogu uređaja. Ne vibriraju tako jako, što znači da se smanjuje i amplituda vibracija molekula zraka. Što je niže, zvuk će biti tiši. Ova izjava vrijedi za zvukove iste frekvencije. Ispostavilo se da i visina i jačina zvuka zavise od amplitude talasa.
Percepcija zvukova različite jačine
Iz gore navedenog, čini se da što je zvuk glasniji, to smo jasnijičujemo, suptilnije promjene možemo uočiti. Ovo nije istina. Ako je tijelo napravljeno da oscilira s vrlo velikom amplitudom, ali niskom frekvencijom, tada će se takav zvuk slabo razlikovati. Činjenica je da u cijelom rasponu čujnosti (20-20 hiljada Hz) naše uho najbolje razlikuje zvukove oko 1 kHz. Ljudski sluh je najosjetljiviji na ove frekvencije. Takvi zvuci nam se čine najglasnijim. Signali upozorenja, sirene su podešene tačno na 1 kHz.
Nivo jačine različitih zvukova
Tabela prikazuje uobičajene zvukove i njihovu glasnoću u decibelima.
| Vrsta buke | Nivo glasnoće, dB |
| Smireno disanje | 0 |
| Šapat, šuštanje lišća | 10 |
| Otkucavanje sata udaljenog 1 m | 30 |
| Redovni razgovor | 45 |
| Buka u radnji, razgovor u kancelariji | 55 |
| Zvuk ulice | 60 |
| glasan razgovor | 65 |
| Šum iz štamparije | 74 |
| Auto | 77 |
| Autobus | 80 |
| Alatna mašina za inženjering | 80 |
| glasan vrisak | 85 |
| Motocikl sa prigušivačem | 85 |
| Strog | 90 |
| Metalurški pogon | 99 |
| Orkestar, vagon podzemne željeznice | 100 |
| Kompresorska stanica | 100 |
| Monačna pila | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Thunder | 120 |
| mlazni motor | 120 |
| Zakivanje, sečenje čelika (ova zapremina je jednaka pragu boli) | 130 |
| Avion na lansiranju | 130 |
| lansiranje rakete (izaziva šok granatom) | 145 |
| Zvuk puške srednjeg kalibra u blizini otvora (izaziva ozljedu) | 150 |
| Supersonični avion (ovaj volumen dovodi do ozljeda i šoka od bola) | 160 |
Timbre
Visina i jačina zvuka određuju se, kako smo saznali, frekvencijom i amplitudom talasa. Timbar je nezavisan od ovih karakteristika. Uzmimo dva izvora zvuka iste visine da shvatimo zašto imaju drugačiji tembar.
Prvi instrument će biti kamton koji zvuči na frekvenciji od 440 Hz (ovo je nota za prvu oktavu), drugi - flauta, treći - gitara. Kod muzičkih instrumenata reprodukujemo istu notu na kojoj zvuči kamerton. Sva tri imaju istu visinu tona, ali ipak različito zvuče, razlikuju se po tembru. Šta je razlog? Sve se radi o vibracijama zvučnog talasa. Kretanje koje stvara akustični val složenih zvukova naziva se neharmoničnom oscilacijom. Val u različitim područjima oscilira različitom snagom i frekvencijom. Ovi dodatni prizvuci koji se razlikuju po jačini i visini zvuka nazivaju se prizvuci.
Ne brkajte visinu i tembar. Fizika zvuka je takva da ako“miksati” dodatne, više one na glavni zvuk, dobijamo ono što se zove tembar. Određuje se glasnoćom i brojem prizvuka. Frekvencija prizvuka je višestruka od frekvencije najnižeg tona, tj. cijeli je broj puta veći - 2, 3, 4, itd. Najniži ton se zove glavni ton, on određuje visinu tona., a prizvuci utiču na tembar.
Postoje zvukovi koji uopšte ne sadrže prizvuke, kao što je viljuška za podešavanje. Ako na grafikonu prikažete kretanje njegovog zvučnog talasa, dobićete sinusni talas. Takve vibracije se nazivaju harmonijskim. Kamera emituje samo osnovni ton. Ovaj zvuk se često naziva dosadnim, bezbojnim.
Kada zvuk ima mnogo visokofrekventnih prizvuka, postaje oštar. Niski prizvuci daju zvuku mekoću, baršunast. Svaki muzički instrument, glas ima svoj skup prizvuka. Kombinacija osnovnog tona i prizvuka daje jedinstven zvuk, daje zvuk određenom tembrom.
