Характеристики звука: высота, громкость, тембр
⚡ Физика · 9 класс
От чего зависит, какой звук мы слышим
Звук — это упругая волна, которая распространяется в воздухе, воде или твёрдых телах и воспринимается нашим ухом. Разные звуки заметно отличаются друг от друга, и эти различия описывают тремя главными характеристиками: высотой, громкостью и тембром. Каждая из них связана с определённым физическим свойством звуковой волны, поэтому, изменяя источник звука, мы целенаправленно меняем то, как звук звучит. Понимание этих связей — основная цель данной темы.
Высота звука
Высота звука определяется частотой колебаний источника, а значит, и частотой звуковой волны. Чем выше частота, тем более высоким воспринимается звук. Тонкая короткая струна колеблется быстро и звучит высоко, толстая длинная — медленно и звучит низко. Человек слышит звуки в диапазоне примерно от 16 до 20 000 герц. Колебания с частотой ниже 16 герц называют инфразвуком, а выше 20 000 герц — ультразвуком; ни те, ни другие человеческое ухо не воспринимает, хотя многие животные их слышат.
Громкость звука
Громкость связана с амплитудой колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук. Если сильнее ударить по струне, она отклонится больше, и звук будет громче. Громкость зависит ещё и от частоты: ухо человека наиболее чувствительно к звукам в области от 1000 до 4000 герц, поэтому звуки одинаковой амплитуды, но разной частоты могут казаться неодинаково громкими. Слишком громкие звуки вредны для слуха.
Тембр звука
Тембр — это «окраска» звука, по которой мы безошибочно отличаем скрипку от флейты, даже если они играют одну и ту же ноту с одинаковой громкостью. Тембр определяется формой колебаний: помимо основного тона любой музыкальный инструмент издаёт дополнительные колебания — обертоны, и именно их набор создаёт неповторимый голос инструмента и человека.
| Характеристика | Свойство волны | Пример |
|---|---|---|
| Высота | частота колебаний | писк комара выше гудка тепловоза |
| Громкость | амплитуда колебаний | крик громче шёпота |
| Тембр | форма колебаний | скрипка и труба на одной ноте |
Разбор примера
Источник звука совершает 500 колебаний за 2 секунды. Найдём частоту звука и оценим, к высоким он относится или к низким.
N = 500; t = 2 с;
ν = N / t;
ν = 500 / 2 = 250 Гц.Частота 250 герц попадает в слышимый диапазон и соответствует сравнительно низкому звуку. Если бы источник совершал, например, 5000 колебаний за то же время, частота составила бы 2500 герц, и звук был бы заметно выше.
Частые ошибки: путают высоту звука с громкостью; считают, что громкость зависит только от частоты; забывают, что инфразвук и ультразвук человек не слышит; смешивают понятия тембра и высоты.
Кратко о главном
- Высота звука определяется частотой колебаний.
- Громкость зависит от амплитуды колебаний.
- Тембр определяется формой колебаний и набором обертонов.
- Слышимый диапазон человека — примерно от 16 до 20 000 герц.
- Инфразвук и ультразвук человеческое ухо не воспринимает.